Sistemas de encendido de automóvil sin distribuidor (Distributorless ignition systems - DIS)

¿Podemos evitar el uso de distribuidores (distributors) en un sistema de encendido (ignition system) del automóvil?

En caso afirmativo, ¿cómo podemos gestionar (manage) la sincronización de la chispa (timing of the spark) en motores de varios cilindros (multiple cylinder engines)? Vamos a averiguarlo.

Como sabemos todos los sistemas de encendido (ignition systems) introducidos últimamente son

• Sistema de encendido de bujías incandescentes (Glow plug ignition system)
• Sistema de encendido por magneto (Magneto ignition system)
• Sistema de encendido por bobina eléctrica (Electric coil ignition system)
• Sistema de encendido electrónico (Electronics ignition system)

Como resultado de la mejora en los sistemas citados, para hacer que el sistema de encendido de un vehículo sea más confiable y efectivo, el último de todos los anteriores, el sistema de encendido electrónico, es el que se utiliza en casi todos los autos y motocicletas actuales, pero se encuentra que este sistema también tiene algunas limitaciones que hicieron necesario desarrollar un sistema que pueda superar estas limitaciones que son las siguientes:

(i) El sistema de encendido eléctrico (electric coil ignition system) usa un distribuidor que se usa para distribuir la señal de alto voltaje (high voltage signal) desde el módulo de encendido (ignition module) a las bujías (spark plugs), el distribuidor usado es un dispositivo mecánico (mechanical device) que tiene un rotor que completa el circuito y también controla la sincronización de la chispa (spark timing), lo que hace este sistema sea un poco menos eficiente, y además, se enfrenta al desgaste mecánico y eléctrico (mechanical and electrical wear and tear).

(ii) El sistema de encendido electrónico (electronic ignition system) con distribuidor requiere mayor mantenimiento (higher maintenance) que el sistema de encendido sin distribuidor (distributor less ignition system), es decir, el período de servicio para el primer sistema de encendido electrónico es de aproximadamente 40 km y el del sistema de encendido sin distribuidor es de aproximadamente 160 km.

(iii) El distribuidor en el sistema de encendido eléctrico requiere una verificación periódica del espacio entre los puntos del distribuidor (distributor’s point gap), ya que están sujetos a desgaste (wear and tear).

(iv) La precisión de la sincronización de la chispa (spark timing accuracy) del sistema de encendido eléctrico disminuye con el tiempo.

La precisión de la sincronización de la chispa (spark timing accuracy) del sistema de encendido eléctrico disminuye con el tiempo. Estos problemas dieron lugar al desarrollo de un sistema de encendido inteligente (smart ignition system) denominado sistema de encendido sin distribuidor (distributorless ignition system) en el que se aumenta la precisión del tiempo de chispa mediante una unidad de control electrónico (electronic control unit) junto con el módulo de encendido (ignition module) y la distribución de la señal de voltaje a las bujías (distribution of the voltage signal to the spark plugs) se realiza directamente mediante el encendido de múltiple bobinas (multiple ignition coils), lo que reduce el desgaste del sistema y lo convierte en el sistema de encendido del automotor más eficiente y confiable hasta la fecha.

En la mayoría de los motores actuales controlados electrónicamente, el distribuidor ha sido reemplazado por múltiples bobinas (multiple coils). Cada bobina suministra la chispa (spark) a uno o dos cilindros (cylinders). En tal sistema, el controlador selecciona la bobina apropiada y envía un pulso de disparo (trigger pulse) a los circuitos de control de encendido (ignition control circuitry) en el momento correcto para cada cilindro.

El sistema de encendido sin distribuidor (DIS) es el sistema de encendido en el que el distribuidor del sistema de encendido electrónico se reemplaza con varias bobinas de inducción (replaced with a number of induction coils), es decir, una bobina por cilindro (one coil per cylinder) o una bobina por par de cilindros, y la sincronización de la chispa se controla mediante una Unidad de control de encendido (Ignition controls unit - ICU) y la unidad de control del motor (Engine control unit - ECU), lo que hace que este sistema sea más eficiente y preciso (efficient and accurate).

Debido al uso de múltiples bobinas de encendido (multiple ignition coils), que proporciona voltaje directo a las bujías (direct voltage to the spark plugs), este sistema también se conoce como sistema de encendido directo (Direct Ignition System - DIS).

En cuanto a la idea básica, empecemos por el eje del distribuidor (distributor shaft). Está alimentado por el árbol de levas (camshaft). Con la pieza polar (pole piece) creando la señal de control para el transistor de potencia (power transistor) del módulo HE1. Si se conectara un sensor de efecto Hall (Hall effect sensor) al balanceador armónico (harmonic balancer) , el cigüeñal giratorio (spinning crankshaft) nos daría la mejor indicación de dónde está exactamente la manivela (crank). Sin embargo, dado que la manivela (crank) gira dos veces por cada revolución del árbol de levas (revolution of the camshaft), debemos disparar dos cilindros al mismo tiempo para que el motor funcione correctamente, que es como funciona.

El único truco es hacer que las bobinas comiencen (get the coils started off) en la secuencia correcta y luego la electrónica hará que todo funcione correctamente. Esta señal inicial (initial signal) puede provenir de varios lugares, como el uso de un sensor de efecto Hall doble (double Hall effect sensor) en el balanceador con uno que tiene solo una paleta (vane) para señalar electrónicamente la secuencia de inicio y luego el sensor regular de paleta (regular vaned sensor) puede proporcionar la señal de control para operar los paquetes de bobinas (coil packs).

Figura : Para muchos motores de seis cilindros, un rotor de 3 paletas es montado en la parte posterior del balanceador armónico. Cuando estas paletas pasan a través del sensor de efecto Hall se produce una señal de onda cuadrada. Cada paleta es dedicada a un solo paquete de bobinas que disparará dos bujías a la vez. El cilindro en compresión y el cilindro en el escape

Esta señal de arranque (start up signal) también podría provenir de un sensor de efecto Hall montado en el engranaje de sincronización (timing gear), ya que también identificaría dónde dar arranque y luego el efecto Hall de la manivela (crank Hall effect) se haría cargo de la posición de la misma.

Estas señales generadas por la manivela proporcionan la misma información a la unidad de control del motor (Electronic Control Module - ECM) que recibiría del detector magnético (magnetic pickup) en un sistema de ignición de alta energía (High Energy Ignition - HEI) estándar, solo que ahora no necesitamos el distribuidor (distributor) para generar estas señales.

Aunque la mezcla (mixture) para los motores modernos con regulación de emisiones (emission-regulated engines) está restringida por las regulaciones de emisiones (emissions regulations), la sincronización de la chispa se puede variar para lograr un rendimiento óptimo dentro de la restricción de la mezcla (mixture constraint). Por ejemplo, la sincronización del encendido (ignition timing) se puede elegir para producir el mejor par motor (engine torque) posible para cualquier condición de funcionamiento dada. Este momento óptimo de encendido se conoce para cualquier configuración de motor dada a partir de estudios de rendimiento del motor medidos en un dinamómetro de motor (engine dynamometer).

El valor de avance de la chispa (spark advance value) se calcula en el control principal del motor (es decir, el controlador que regula el combustible) (controller that regulates fuel). Este sistema recibe datos de varios sensores (como por ejemplo el control de combustible) (fuel control) y determina el avance de chispa correcto para la condición de operación instantánea.

Las variables (variables) que influyen en la sincronización óptima de la chispa (optimum spark timing) en cualquier condición de funcionamiento incluyen las RPM, la presión del colector (manifold pressure) (o flujo de aire másico - mass air flow), la presión barométrica (barometric pressure) y la temperatura del refrigerante (coolant temperature). El tiempo de encendido correcto para cada valor de estas variables se almacena en una tabla de búsqueda de memoria ROM (ROM lookup table).

(Autombile, Automóvil ) The number of vanes corresponds with the number of cylinders. In constant dwell systems the dwell is determined by the width of the vanes. The vanes cause the Hall chip to be alternately in and out of a magnetic field. The result of this is that the device will produce almost a square-wave output, which can then easily be used to switch further electronic circuits. The three terminals on the distributor are marked + , 0 and - terminals + and -  are for a voltage supply and terminal 0 is the output signal.

Typically, the output from a Hall effect sensor will switch between 0V and about 7V. The supply voltage is taken from the ignition ECU and on some systems is stabilized at about 10V to prevent changes to the output of the sensor when the engine is being cranked. Hall effect distributors are very common owing to the accurate signal produced and long-term reliability. They produce a kind of square-wave output signal.

El número de paletas corresponde al número de cilindros. En los sistemas de permanencia constante (dwell), la permanencia está determinada por el ancho de las paletas. Las paletas hacen que el chip Hall entre y salga alternativamente de un campo magnético. El resultado de esto es que el dispositivo producirá casi una salida de onda cuadrada, que luego se puede usar fácilmente para activar la conmutación de otros circuitos electrónicos. Los tres terminales del distribuidor están marcados con +, 0 y –, los terminales + y - son para suministro de tensión y el terminal 0 es la señal de salida.

Típicamente, la salida de un sensor de efecto Hall cambiará entre 0 V y aproximadamente 7 V. El voltaje de alimentación se toma de la ECU de encendido y, en algunos sistemas, se estabiliza en alrededor de 10 V para evitar cambios en la salida del sensor cuando se da arranque al motor. Los distribuidores de efecto Hall son muy comunes debido a la precisión de la señal producida y la confiabilidad a largo plazo. Producen una especie de señal de salida de onda cuadrada.