Como detectar posibles problemas en el sistema de encendido

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Los motores de combustión interna de cuatro tiempos con igual numero de cilindros, se fundamentan en el ciclo de Nicolaus Otto (de 1861) basados en cuatro tiempos: admisión, compresión, combustión, expansión y escape. El tener 4 procesos termodinámicos y cuatro cilindros, nos permite distribuir equitativamente dichos procesos de modo que ocurra una explosión (proceso de expansión de gases) cada media vuelta del cigueñal ( cada 180 grados). 

La configuración de la mayoría de estos motores agrupa dos pares de pistones en un cigueñal desfasados 180 grados, garantizando así que solo un pistón de cada par produzca trabajo en ese corto lapso de tiempo llamado expansión . Se denomina expansión por el cambio de volumen súbito que ocurre después de la detonación controlada de la mezcla de aire gasolina dentro de cada cilindro dentro del cual, herméticamente controlado por válvulas mecánicas el volumen del cilindro aumenta debido a la expansión de lo gases producto de la detonación. Este proceso ocurre de acuerdo al siguiente  orden: Pistón1, Pistón3, Pistón4, Pistón2, el ciclo se repite una y otra vez mientras el motor esté encendido. Cada detonación está controlada por una bujía que le proporciona la chispa inicial, pero  la señal que indica cual grupo debe encenderse está a cargo del Unidad de Encendido Computarizado mejor conocido como ECU o computadora automotriz. 

De la ECU del vehículo salen dos señales de activación de detonación las cuales identificaremos como SA y SB, cada señal llega por un canal diferente a cada bobina que inducirá una chispa controlada según el ángulo en el que se encuentre el cigueñal (la posición del Cigueñal) normalmente se detona 10 grados antes del punto muerto superior para aprovechar el tiempo de combustión completa de la mezcla. Las señales SA y SB son controladas por la ECU mediante la captación de parametros por los sensores principales del sistema,  posición de leva de aceleración en el múltiple de admisión, cantidad de Oxigeno medida tanto en la entrada (Iac- Map) de la mezcla como en la salida (sonda de escape), sensor de impacto en el bloque del motor, sensor de posición de cigueñal  y sensor de posición del árbol de levas.

Podemos detectar posibles problemas en alguno de estos sensores con la sencilla medidión del tiempo de encendido entre las señales de l os grupos A y B   denominados SA y SB, midiendo este tiempo a bajas revoluciones, comparando con los valores calculados podemos establecer, si las RPM medidas en el instante se encuentras fuera de rango, sospechando asi de alguno de los sensores de posición principal, tanto el  de cigueñal como el del arbol de levas. Calculemos entonces los parametros:

Tenemos un motor de 4 cilindros con un patrón de encendido específico y una relación entre las RPM y el tiempo entre señales SA y SB. Se nos pide encontrar el tiempo entre las señales SA y SB (T) cuando el motor está a 1000 RPM (velocidad aproximada de reposo), y además determinar la frecuencia de detonaciones por segundo a esa revolución. 

En la parte práctica puede usted utilizar herramientas como el osciloscopio, un computador con entrada de sonido colocando un micrófono directo al cuerpo del vehículo (asegurarse que el motor este frío para no dañar el micrófono con el calor del motor) desplegar la gráfica del sonido y tomar la medida del tiempo en la onda sónica comparar los datos con lo calculado en el apartado siguiente:

Datos y Ecuaciones:

• RPM = 30 / T  Esta ecuación relaciona las RPM con el tiempo entre señales SA y SB (T).
• Orden de encendido: P1 - P3 - P4 - P2 (alterna entre grupos A y B). si su auto es 4 cilindros cuatro tiempos se presenta de esa forma. 
• Desfase: Hay un desfase de 180 grados entre los grupos A y B.

Solución:

1. Calcular T:
• Sustituimos RPM = 1000 en la ecuación:  T = 30 / RPM
• 1000 = 30 / T
• T = 30 / 1000
• T = 0.03 segundos
2. Tiempo entre SA-SB-SA: si usted prefiere medir el tiempo en la salida de un solo canal puede utilizar la señal de una de las dos bobinas.
• Sabemos que el tiempo entre SA y SB es T = 0.03 segundos.
• Dado que el orden de encendido es alternado (SA-SB-SA-SB), el tiempo entre una secuencia SA-SB-SA es simplemente el doble del tiempo entre SA y SB.
• El tiempo medido en una misma bobina (en un solo canal) = 0.06 segundos. físicamente tomamos el tiempo del diagrama del sonido en el computador. este tiempo es igual = 2 * T = 0.06 segundos = Tiempo medido
• Mediendo el tiempo de la señal obtenemos el valor T = Tiempo medido /2 = 0.03 seg

Respuesta:

• T = 0.03 segundos: Tiempo entre las señales SA y SB.
• Frecuencia Hz = 1 / T = 33.333 explosiones/seg

Explicación:

• A 1000 RPM, las señales SA y SB se generan cada 0.03 segundos, lo que indica que cada 0.03 segundos se genera una explosión.
• El tiempo entre la señal de una sola bobina es mayor ya que se  genera solo cada dos vueltas del cigueñal por lo que es el doble de T debido a que se incluyen dos intervalos entre señales.

En resumen:

A 1000 RPM, las señales SA y SB se alternan cada 0.03 segundos, y una secuencia completa SA-SB-SA ocurre cada 0.06 segundos. lo que nos indica que a modo general la frecuencia del motor es de 33.333 explosiones por segundo.  Encienda su vehículo mida los tiempos entre las dos señales que llegan a las dos bobinas por medio de un osciloscopio o cualquier otro instrumento como tomar las señales digitales por medio de un arduino, compare los datos obtenidos con los calculados  y saque su conclusión. Si no le gustan los cálculos puede usar la calculadora al final de esta página.

Consideraciones adicionales:

• Frecuencia: A mayor velocidad del motor, mayor será la frecuencia de las señales SA y SB, y menor será el tiempo entre ellas.
• Orden de encendido: El orden de encendido asegura una distribución uniforme de las explosiones en los cilindros, lo que contribuye a un funcionamiento más suave del motor.

Aplicaciones:

• Diseño de motores: Este tipo de cálculos son fundamentales para diseñar y optimizar sistemas de encendido de motores.
• Diagnóstico de fallas: Al medir el tiempo entre señales, se pueden detectar posibles problemas en el sistema de encendido.
• Control de motores: La frecuencia de las señales puede utilizarse para controlar la velocidad del motor en aplicaciones como sistemas de inyección de combustible.

Calculadora de Ts y Frecuencia

Ingrese las RPM:  

Variable	Valor
Ts (seg) =
Frecuencia (explosión/seg) =