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Encendido electrónico del automóvil

El artículo sistema de encendido sirve para entender como funciona este sistema y de paso conocer la construcción de los sistemas clásicos de distribución para motores policilíndricos usados hasta los años 1960s, y este artículo es su continuación.

Con la aparición y desarrollo de los dispositivos semiconductores se comenzó una carrera de "electronificación" del sistema de encendido que lo han convertido en la actualidad en uno de los sistemas con menor posibilidad de fallo y mas larga vida del automóvil, además de ser absolutamente libre de mantenimiento. Todavía en algunos modelos de automóviles se conserva el distribuidor, pero hay una marcada tendencia a su desaparición. Hagamos un breve recorrido por este desarrollo.
Contenido del artículo
Se introduce el transistor
Desaparece el contacto
Método foto-electrónico
Método de inducción
Método a efecto Hall

Se introduce el transistor

En el sistema clásico el contacto tienen que manejar plenamente la corriente del primario de la bobina de encendido. Esta corriente no es muy alta, pero como el contacto la interrumpe miles de veces por minuto en el motor policilíndrico en marcha normal, el pequeño chisporreteo que se produce al abrir el contacto termina desgastándolo, por lo que es necesario de vez en vez, limarlo o sustituirlo por uno nuevo así como reajustar la distancia de apertura al valor adecuado. Cuando este contacto "se quema" un poco, la potencia de la chispa se reduce y puede, en caso grave, producir fallos y hasta detener el motor.

Poco después de que el transistor era un dispositivo semiconductor terminado y confiable, comenzó a utilizarse para alargar en mucho la vida de los contactos y reducir la posibilidad de fallo. Aunque la práctica demuestra que no es así, teóricamente los componentes electrónicos no tiene porque fallar, no hay desgaste, no hay movimiento no hay factores externos mecánicos que lo perjudiquen si se mantienen a la temperatura y humedad debidas. También la práctica ha demostrado que en cualquier caso tienen una vida muy larga.

En la figura 1 se muestra un esquema simplificado de la "transistorización" del encendido, en este caso el contacto que abre y cierra para producir el alto voltaje en la bobina de encendido, solo maneja la pequeñísisma corriente de base del transistor, y es este último, el que se ocupa de interrumpir la corriente del primario.

En el ejemplo se ha usado un transistor NPN. Observe como la base del transistor está conectada a tierra a través de la resistencia R₂ de manera que cuando el contacto está abierto el circuito del primario está interrumpido (transistor abierto) y no circula corriente por el primario de la bobina de encendido al no existir corriente colector-emisor ni posibilidad de paso por el diodo.

Cuando el contacto se cierra la base del transistor se polariza positivamente y este conduce, por lo que se establece la corriente del primario, la repetición de los ciclos de apertura y cierre del contacto, hace que se abra y cierre el circuito del primario y que se generen los pulsos de alto voltaje en el secundario y con ello la chispa en la bujía, tal y como sucedería si el contacto estuviera interrumpiendo la corriente del primario de la bobina, con la diferencia de que la corriente de base para la apertura y cierre del transistor es sumamente pequeña comparada con la del primario. Esta disminución de la corriente manejada por el contacto alarga mucho su vida útil y reduce las posibilidades de fallo del contacto. Otro aspecto positivo de este método es que como el contacto no tiene que manejar la corriente del primario, esta puede elevarse haciendo un bobina de encendido mas robusta y producir con ella voltajes de encendido mayores (hasta 35,000 voltios).

La resistencia R₁ es necesaria para limitar la corriente de base del transistor a un valor seguro para él, y el diodo, para derivar a tierra el pulso de alto voltaje de polaridad invertida auto-generado en el primario durante la apertura y cierre del transistor que puede averiarlo.

El circuito ha sido simplificado para facilitar su comprensión, no obstante, en la práctica, algunos otros componentes como pequeños condensadores pueden ser agregados para producir una interrupción mas rápida y lograr mas potencia en la chispa. Lo mas común es que todo este circuito electrónico se fabrique en un conjunto como un circuito integrado y que se coloque o bien dentro o bien fuera del distribuidor.

Desparece el contacto

De todas formas el contacto es un eslabón débil de la cadena, aunque con el uso del transistor su vida se alargue desde el punto de vista eléctrico, todavía resulta ser una pieza en movimiento, con una parte que se desliza por la leva que lo abre y cierra y con la posibilidad de la introducción de suciedades entre las superficies de contacto. Esto hace que de todas formas el desgaste esté presente como un factor de sustitución o fallo más o menos tarde o temprano, por eso los fabricantes de sistemas de encendido encontraron las formas de eliminar este contacto usando otros artificios eléctricos.

Para sustituir el contacto solo necesitamos algún dispositivo que pueda conectar y desconectar la corriente de base del transistor de manera brusca (como un pulso eléctrico) ya que este se encarga del resto del trabajo.

En este momento se separan los caminos, algunos fabricantes se decidieron por un método y otros por otro; veamos:
Distribuidor electrónico

Figura 1


Método foto-electrónico

Los LEDs son dispositivos que pueden generar luz o rayos infrarrojos casi instantáneamente cuando se les aplica corriente, su velocidad de respuesta al contrario de las luces incandescentes es muy rápida, lo mismo ocurre con los foto-diodos, dispositivos que conducen la electricidad cuando son iluminados con rayos de luz o infrarrojos y no lo hacen cuando están en la oscuridad, es decir el efecto contrario al LED.

Estas posibilidades tecnológicas sugieren que si conectamos corriente a un LED y con él iluminamos un foto-diodo tendremos algo como un contacto cerrado, si interponemos un objeto opaco entre ellos, el foto-diodo queda a oscuras y no conduce, lo que representa el mismo contacto abierto. La velocidad de respuesta de ambos dispositivos es muy rápida por lo que puede resultar efectivo para nuestro sistema de encendido.

En la figura 2 se representa esquemáticamente como puede sustituirse el contacto por el método foto-electrónico.

En un cuerpo común se colocan de frente un LED y un foto-diodo de manera que el primero alumbre al segundo, se interpone entre ellos un disco dentado que está acoplado al motor y gira con él de manera sincronizada.

El disco dentado al girar deja que los diodos "se vean" o "no se vean" de manera alternada y brusca debido al dentado, de esta manera la corriente procedente de la batería a través de la resistencia R₁ termina alimentando por pulsos la base del transistor para establecer y quitar la corriente del primario de la bobina de encendido y lograr las chispas en las bujías.

La resistencia R₂ se usa para limitar la corriente al LED a un valor seguro y la R₁ lo mismo, pero para la base del transistor. El contacto ha desaparecido y este sistema será muy seguro.
Distribuidor foto-electrónico

Figura 2


Método de inducción

Cuando cambia el valor del campo magnético a que está sometido una bobina, en ella se induce un voltaje que dependerá de la magnitud del cambio por unidad de tiempo y del número de vueltas de la bobina. En este principio se basan los transformadores incluyendo nuestra bobina de encendido. Si construimos un pequeño generador con tantas zapatas polares como bujías tenga el motor y sincronizado con su giro, podremos generar un pulso de voltaje cada vez que sea necesario y enviar este pulso a la base del transistor, de manera que en este caso, como en los anteriores, el transistor se ocupe de producir e interrumpir la corriente en el circuito primario de la bobina en el momento justo que hace falta para producir la chispa en la bujía.

En otros casos el rotor y sus zapatas polares no están imantados, la bobina está energizada con electricidad y el simple hecho de que pase frente a ella un cuerpo ferromagnético hace un cambio en el flujo electromagnético del núcleo y con ello, una pequeña variación del voltaje en la bobina. Este cambio se procesa en un circuito electrónico con el uso de comparadores y se genera el pulso que irá a parar a la base del transistor.
 
Observe el esquema de la figura 3, la pieza dentada gira sincronizada con el motor y tiene las zapatas polares, en este caso 8 para un motor de 8 cilindros. Estas zapatas polares pasan muy cerca de núcleo (amarillo) de la bobina. Cada vez que una de estas zapatas pase frente al núcleo, se producirá un cambio en el voltaje de la bobina, este cambio será procesado y enviado a la base del transistor como un pulso eléctrico, para producir y quitar la corriente del primario y así producir la chispa en la bujía correspondiente en el momento preciso.
esquema

Figura 3

Método a efecto Hall

Este método se basa en el efecto hall, en este caso un aro dentado y magnetizado de manera que cada diente constituye una zona imantada, gira como en el caso anterior, frente a un sensor Hall, el voltaje producido por el sensor se amplifica, se convierte en un pulso bien definido y se aplica a la base del transistor.

Mas adelante, con el desarrollo de la electrónica, también desaparece el propio ditribuidor, y ya modernamente los automóviles están dotados de sistemas de encendido sin distribuidor.

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