SENSORES DE GIRO Y SINCRONISMO
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Sensores CKP y CMP EL sensor CKP (Cranck shaft position) y el sensor CMP (Cam shaft position) son esenciales en los modernos sistemas de inyección diesel debido al sincronismo que estos necesitan
Los sensores CKP y CMP son básicamente sensores de rotación y eléctricamente tenemos dos tipos inductivos y de efecto Hall, el sensor de efecto óptico que se utiliza en algunos sistemas bencineros no encuentra aplicación en sistemas diesel. Sensor Inductivo
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Recordando el principio del sensor inductivo, este sensor genera corriente eléctrica alterna gracias al fenómeno de corte de líneas de fuerza d e un campo magnético Para que las bobinas pueda cortar líneas de fuerza del campo magnético, esta se diseña sobre un imán permanente teniendo de esta forma un conductor en presencia de magnetismo, solo falta poder producir el corte y con esto la creación de la señal, antes de abordar directamente la generación de esta, cabe destacar que la magnitud de ella, es decir, el voltaje máximo que se c ree dependerá de las siguientes factores. -Característica del conductor : largo, sección, material (comúnmente cobre) -Magnitud del campo magnético : básicamente depende de la calidad del imán utilizado, es decir, la cantidad de líneas que tendrá para poder ser cortadas, con respecto a este concepto de magnitud del campo cabe señalar el término “entre hierro” esto se refiere a la distancia que existe entre el sensor y la rueda fónica o dentada que provoca el movimiento del campo, si esta es variada(espacio) también varia la magnitud y calidad de la señal esto ocurre con el alojamiento entre ambos elementos o bien con la pérdida del entre hierro a causa de la acumulación de sedimentos, por lo que este es un punto a verificar en el proceso de diagnostico.
-La velocidad de corte : La rapidez con que el conductor corta las líneas de fuerza de un campo magnético, es directamente proporcional a la magnitud de la corriente inducida por este, es decir, si el movimiento es rápido la magnitud es elevada y disminuirá al bajar la rapidez de corte.
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Tal como muestra la imagen, la señal comienza a crearse cuando el diente enfrenta al campo y este por ende se desplaza, con ello se genera en el cuadrante positivo una señal que c rece hasta el punto máximo, en donde comienza a descender por que el movimiento del campo de ha detenido, esto hace que la tensión inducida caiga a cero, luego cuando el diente comienza a salir del campo el vuelve a su posición original cortando nuevamente las líneas de fuerza generando a su vez una nueva señal de valor negativo pero de igual magnitud.
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En consecuencia se genera una señal como la que se identifica en la figura, note que se destaca que la señal es en el momento del arranque, en donde la velocidad de giro es entre 200 y 300 RPM Aprox. y la amplitud de señal es Aprox. 2 VAC
Por otro lado si bien es cierto, en forma, la señal que se muestra ahora es igual que la anterior (arranque) podemos destacar que la magnitud de esta es el doble, Aprox. 4 VAC, este aumento responde al aumento de las RPM, es decir, a la velocidad de corte
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Pruebas al sensor Como hemos mencionado el sensor inductivo no necesita alimentación para su funcionamiento ya que genera su propia señal, pero si es necesario contar con un circuito eléctrico que transporte esta señal. Básicamente solo se necesitan dos vías que cor responden a los extremos de la bobina. CIRCUITO
En muchos casos y sobre todo en vehículos modernos este sensor cuenta con una malla protectora de señales o también conocida como blindaje, la función de este protector es impedir que se induzcan señales erróneas por magnetismo en las vías del sensor, esta malla está conectada a negativo en alguna parte del vehículo por lo que hay que tener cuidado de no perforarla en alguna medición
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Si bien es cierto una medición de señal con un osciloscopio es lo más certero para su diagnostico es válido y necesario medir la resistencia del bobinado que oscila generalmente entre 0,5 y 1,5KΩ . En el caso de encontrarnos con un sensor inductivo de 3 vías la tercera responde al blindaje y deberá verificarse como indica el esquema anterior Circuito equivalente
Como el sensor inductivo genera una señal, a esta se le debe aplicar una carga para verificar su potencia, es por ello que el diagrama de prueba de laboratorio indica que al conectar un osciloscopio en paralelo con el sensor, se deberá intercalar en paralelo una carga representada por una resistencia de al menos 500Ω, también se puede utilizar un LED, en conjunto con la resistencia (paralelo), este encenderá solo en un cuadrante de señal.
Sensor Hall
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Este tipo de sensor es del tipo digital y también es usado para medir movimiento de rotación y en este caso corresponde a CKP y CMP.
Funcionamiento: este sensor está compuesto por una unidad integrada por la que circula corriente entre sus terminales de alimentación, siendo esta la primera diferencia entre este sensor y el inductivo, recientemente estudiado el cual no necesita alimentación. El efecto Hall se resume básicamente en la desviación de corriente por un tercer terminal (terminal de señal) en el momento que el elemento Hall esta en presencia de un campo magnético, tal caso lo indica el grafico 1 en la fig.
Al interponerse un elemento entre el elemento Hall y el campo magnético o la desaparición de este la desviación desaparece como se demuestra en 2. Podemos tener dos sistemas de generar la señal de este sensor, primero con una lamina que se interponga entre el imán y el sensor Hall o bien la más utilizada en vehículos diesel, que es montar el imán directamente en el eje de levas
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La señal que se provoca en este tipo de sensor es del tipo digital en donde la principal función para ella es marcar el momento en el que el cilindro N º1 se encuentra próximo a TDC o PMI y en carrera de compresión, para así con ello sincronizar el momento de la inyección.
Señal de sensor Hall
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Pruebas al sensor. Interpretación del diagrama eléctrico Como hemos mencionado el sensor Hall necesita para su funcionamiento 3 conexiones, una alimentación dependiendo del vehículo, que será de 5; 8 o 12 Volt Tenemos además una tierra que por lo general viene directamente de la computadora y por ultimo una señal de orden digital cuya frecuencia variará según la velocidad de giro del eje que este censando, por lo general el eje de levas. Diagrama sistema siemens
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Pruebas en laboratorio Al verificar en el automóvil el conexionado eléctrico, además podemos ver si el sensor genera una señal adecuada a través del osciloscopio, en el caso de que no fuese así se debe realizar una prueba del sensor en el laboratorio generando el siguiente circuito. Circuito de laboratorio
En este circuito destaca la inserción de una carga que permite verificar la creación de la señal Hall que será vista atreves de un osciloscopio, para poder realizar un circuito de laboratorio se debe tener muy claro el orden de conexión del sensor, ya que no todos los modelos usan la misma forma.
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Sincronismo
Una vez estudiado los sensores de giro en cuanto a su funcionamiento, conexionado, señales y formas de verificación. Estamos en condiciones de poder aplicar estos conceptos al motor, y en específico en la lógica de control de los inyectores. Como hemos mencionado la ECU necesita saber en qué posición se encuentra el pistón de determinado cilindro para poder decidir que inyector deberá funcionar, es por este motivo que el sistema Common Rail necesita para su correcto funcionamiento dos sensores uno en el cigüeñal llamado CKP y que será encargado de dos funciones básicas, primero indicar la velocidad del motor y en segundo lugar la posición angular del pistón o cilindro de referencia. Por otra parte el solo uso del sensor CKP no es suficiente para determinar en qué parte de la carrera, se encuentra el pistón, por lo que se deberá adosar otro sensor en el eje de levas (CMP) cuya misión principal será indicar la carrera de compresión del cilindro numero 1 y con ello poder determinar la del resto de los cilindros en base al orden de encendido. Esta coordinación se denomina sincronismo y esta dado por la posición de los sensores en el motor frente a sus respectivas ruedas fónicas, además principalmente por el calaje de la distribución, que es lo que mecánicamente coordina el sincronismo entre válvulas y pistones (tren Motriz)
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Identificación del cilindro 1 Los fabricantes de automóviles pueden optar por múltiples maneras para encontrar la posición angular de una ruedas, pero las más utilizadas son dividirlas en dientes y en esta forma las más usadas son las de 60-2 y 36-2 Si tenemos una rueda fónica, debemos saber que toda circunferencia tiene 360º si esta circunferencia la dividimos en 60 dientes nos daremos cuenta que cada diente equivale a 3º y cada espacio a 3º por lo tanto entre inicio y termino de la señal tendremos 6º. Para saber cuál será la longitud de cada diente debemos recordar la relación entre los ángulos sexagesimales y los radianes, estos últimos son la unidad de medida del sistema internacional y vinculan la longitud de radio de una circunferencia sobre el perímetro de la mi sma.
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En cuanto a la equivalencia entre ángulos radianes y sexagesimales son: 1 Rad = 180º = 57,296º π
Tipos de Ruedas Las divisiones más comunes como hemos mencionado son de 60-2 dientes y 36-2 dientes, en el primer caso como veremos en la señal desde la falta de dientes hasta el PMS existen 114º, en este punto aparece la señal diferente del CKP se supone la del CMP Como apreciamos en la figura la corona tiene 60 dientes pero en realidad le faltan el 59 y el 60 dando con ello la siguiente figura, además apreciamos que cada diente equivale a 3º la señal expuesta pertenece a un sistema CRI Siemens instalado en un Citroën C3
Como muestra la señal los dientes que anteriormente se veían se transforman en una señal medible por el ECM con la cual ella podrá determinar la posición exacta del cilindro. La siguiente señal tomada desde un sistema de inyección CRI Delphi montado en Hyundai Terracan, nos muestra la misma relación, salvo que para esta marca el PMS estará a 108º después del sincronismo entre
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CKP y CMP y que corresponde a la generalidad de los sistemas que utilicen una rueda fonica dividida en 60-2 dientes.
Como podemos apreciar se condice con la obtenida en forma real en un vehículo que funcionara en óptimas condiciones
Señal Real Terracan
Para poder observar esta señal, debemos configurar el osciloscopio de manera tal de poder ver un giro completo del cigüeñal, 2 veces la marca de referencia.
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De esta forma podemos contar los periodos y determinar de cuantos dientes es esta rueda fónica, luego asignar la cantidad de grados a cada diente y situar en la figura los 108º que corresponden exactamente a los 18 dientes después del sincronismo y que identifican el PMS en una rueda fónica de 60-2 dientes. La siguiente figura muestra una señal normal tomada en un sistema BOSCH montado en un mercedes SPRINTER, como se observa el PMS se encuentra en el diete 18 después del sincronismo, esto se destaca por que la magnitud de la señal decrece en el punto de máxima compresión. Esta cantidad de dientes nos determina en una rueda fónica de 60-2 dientes que el PMS se encuentra a 108º después de la señal de sincronismo y más precisamente con respecto a la marca emanada por la falta de 2 dientes.
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Señal de Sprinter con falla.
Por último en esta figura podemos apreciar claramente que las señales de CKP se encuentran en el PMS modificando el sincronismo y por ende este vehículo no arranca a pesar de que la señal del CKP y CMP están correctos. Con este tipo de mediciones podemos determinar dos cosas, si se ha desplazado la distribución o bien si se ha corrido la rueda fónica del volante o dámper en el cigüeñal.
Rueda fónica corrida . Como ya hemos mencionado la marca del CKP indicando el cilindro de sincronismo (por lo general el nº1) debe aparecer en la señal aproximadamente a los 108º en ruedas de 60-2 y a los 115 en ruedas de 36-2 antes del PMS, situación que se advierte en la disminución de la amplitud de la señal alterna del sensor inductivo, como esta disminución obedece a la pérdida de velocidad del cigüeñal, se recomienda que esta señal se tome de tal manera que el computador no inyecte, ya que la preinyección e inyección principal varían la presión en la cámara modificando la velocidad de giro del motor, tal como se muestra en la figura.
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Ssanyong Action en funcionamiento Señal en ralentí
Como podemos observar esta señal no esclarece cual es el PMS de este motor y si contamos los dientes, el sector de menos amplitud esta a 30 dientes desde el sincronismo lo que representa 180º de adelantamiento, lo que no es lo ideal. Pero aun así, el motor funciona y lo hace muy bien. Si bien es cierto la señal es correcta, la forma de obtenerla no lo es, si lo que queremos es esclarecer la correcta posición del a rueda fónica. Lo correcto para este objetivo y como ya se ha mencionado, es tomarlo en el momento de arranque y sin inyección, en donde la única fuente de disminución de velocidad de giro del motor, es la compresión, tal como lo muestra la siguiente figura tomada en el mismo vehículo
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Sincronismo OK Ssangyong Action
Una vez aclarada la manera de configurar el osciloscopio y las condiciones de prueba (solo arranque) podemos determinar en un vehículo que no arranque y que además la falla sea el sincronismo, si es por distribución corrida (cadena, correa u otro sistema) o bien por el dámper o rueda fónica, en este último caso la falla se determinará en la ubicación del PMS de la Señal
Mercedes Sprinter con rueda fónica corrida
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Tal como muestra la figura tomada desde un vehículo que no arranca, la falla está en la corona dentada corrida ya que el PMS se encuentra exactamente en la marca (-2 dientes) indicado 0º ya que la marca de referencia esta en el punto más bajo de la señal no, bastante lo anterior la señal del CKP y del CMP están juntas (levente desplazadas de lo ideal) De lo anterior nuestro diagnostico determinara trabajar en el volante y no en la distribución.
Distribución corrida: La configuración tanto del osciloscopio como la forma de obtener la señal serán las mismas, lo que cambiará y será la evidencia de la falla en este caso es la posición de las marcas.
Señal Action Corrida
Como podemos apreciar en la figura, el PMS está ubicado a 108º y es el de menor amplitud, este dato nos dirá que la falla de no arrancar, conjuntamente con código de sincronismo permanente no se debe a una corona corrida o dámper por lo tanto el desplazamiento debe estar en la distribución
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Señal Action Normal
Para determinar lo anteriormente planteado contar con una señal patrón tomada desde el manual, si es que lo proporciona o bien desde un motor que funcione en forma óptima es esencial, de esta última manera es en la que hemos obtenido la figura en la que se aprecia claramente el sincronismo entre CKP y CMP. Alineada con el inicio de los dos dientes perdidos de la corona es decir el inicio de CKP con el fin de CMP Si volvemos a la señal con errores nos daremos cuenta que estas dos marcas están desplazadas en 4 dientes es decir, la señal de CKP está adelantada24º a la del CMP y por ello que la ECU no permite el arranque y graba código de sincronismo
Rueda de 360/36 = 10º La otra configuración de rueda fónica es dividir los 360º en 36-2 dientes lo que nos indicara que cada diente corresponde a 5º + 5º del espacio por lo tanto el ciclo completo de una señal alterna equivale a 10º
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En el siguiente ejemplo de la figura que corresponde a un sistema CRI Denso Montado en Toyota Hilux, apreciamos una rueda dentada en el cigüeñal de 36-2 dientes y en el leva una rueda con 1 marca, en ambos casos los sensores son del tipo inductivos.
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Destacamos de esta figura, primero que todo que el sincronismo de distribución entre el CKP y CMP es una señal de eleva intercalada en el centro de la referencia del cigüeñal, lo segundo que desde este mismo punto rescatamos, es que 115º (11,5 dientes) después se encuentra el PMS (TDC), c omo esta figura es teoría nosotros debemos asumir que en una señal real este punto de 115º deberá coincidir con la amplitud menor en la señal del CKP.
Lo otro que destacamos y a diferencia con las otras señales vistas es que cada diente vale 10º en conjunto con el espacio (5º+5º) y después de la marca del CKP existen 10 dientes lo que nos dará 100º, Pero la referencia esta en el centro de la marca del CKP y en ese sector existen dos dientes y 2 espacios que en su conjunto representan 20º como la señal está entre dientes, sumamos 15 más 100 y tenemos 115º que indica el fabricante.
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Funciones Derivadas Una de las tantas funciones que cumple la ECU en base a las señales del CKP y CMP es la compensación de vibraciones del motor en ralentí producto de la diferencia de velocidad entre cada cilindro.
Como vemos en la figura la Ecu detecta el Delta tiempo ( Δt diferencia de tiempo) entre el inicio de la señal de CKP y el termino de esta para cada cilindro. Si los Δt Son diferentes la ECU compensa aquello con el control de inyección, es decir, avanzara o enviara más o menos pulso de inyección al cilindro en cuestión para equilibrar las potencias para cada c ilindro, obteniendo con ellos un motor sin vibraciones y con un andar más suave, si no lo logra por algún motivo generara código de cilindro defectuoso o inyector defectuoso, según sea el modelo sobre el cual se trabaje.
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