Bobinas de encendido
Principios
La función de la bobina de encendido dentro del proceso de encendido
Varios componentes participan en el encendido de la mezcla de aire y combustible. La bujía, los cables de encendido y la bobina de encendido tienen una gran importancia. La bobina de encendido se encuentra al inicio del proceso de encendido, ya que genera la alta tensión que produce la descarga de chispa en la bujía.
En el tipo clásico que se muestra aquí, un distribuidor mecánico garantiza que esta tensión llega a las bujías y los cilindros individuales por turnos y en el momento adecuado.
En esta configuración, la tensión de encendido se suministra a través de la tapa del distribuidor y el cable de encendido hacia el conector de la bujía. Desde aquí, alcanza el extremo del electrodo central y, ya en forma de chispa, cruza hasta el electrodo de masa.
Estructura de la bobina de encendido
La bujía necesita alta tensión para formar una chispa.Ya que la batería suele suministrar 12 voltios, hay que transformar esta tensión de salida. Esa tarea es de las bobinas de encendido.Transforman la tensión constante de la batería en un pulso de varios miles de voltios.
En lo que respecta al principio básico, cada bobina presenta la misma estructura: dos arrollamientos de alambre con un núcleo ferromagnético común.
Ambos arrollamientos están devanados con alambre de cobre.El arrollamiento primario tiene un número de espiras relativamente baja con un alambre de diámetro grueso, mientras que el arrollamiento secundario tiene muchas más espiras de un alambre mucho más delgado.La relación del devanado es de aproximadamente 1:150 a 1:200.
Terminal 4 de conexión de alta tensión
La alta tensión del circuito eléctrico secundario está conectada al terminal 4 y puede suministrarse a la bujía a través del cable de encendido.
Terminal 15
El terminal 15 forma la conexión con el interruptor del motor de arranque ('conmutación positiva').
Terminal 1
En función del diseño, este terminal sirve como conexión con el interruptor automático (puntos de contacto) o con la unidad de encendido.
Cubierta aislante
Al igual que la moldura y el papel aislante, garantiza el aislamiento óptimo de las altas tensiones generadas.
Moldura
Al igual que la cubierta aislante y el papel aislante, garantiza el aislamiento óptimo de las altas tensiones generadas.
Núcleo de hierro
El núcleo de hierro laminado ferromagnético intensifica el campo magnético generado en el arrollamiento primario.
Alojamiento de áminas metálicas
Contribuye al cierre del circuito magnético.
Conexión del arrollamiento secundario
Conecta el arrollamiento secundario con la conexión de alta tensión, lo que garantiza la transferencia del pulso de tensión.
Arrollamiento secundario
El arrollamiento secundario se bobina con muchas espiras de alambre extremadamente fino.
Arrollamiento primario
El arrollamiento primario se bobina con alambre relativamente grueso y tiene pocas espiras.
Capas de devanado de papel aislante
Al igual que la cubierta aislante y la moldura, garantiza el aislamiento óptimo de las altas tensiones generadas.
Aislante
Junto con la cubierta aislante, contiene un núcleo de hierro.
Carcasa
Robusta y fabricada con tolerancias milimétricas.
Principio de funcionamiento de la bobina de encendido
¿Cómo hace la bobina de encendido para transformar 12 voltios en 30.000 voltios o más?El principio se explica con facilidad:
El terminal 15 de la bobina de encendido está conectado al polo positivo de la batería a través del interruptor de encendido. El terminal 1 está conectado a masa (tierra) con otra forma de interruptor. En cuanto se cierra el circuito eléctrico, la corriente fluye a través del arrollamiento primario. Como con cualquier conductor por el que fluye electricidad, se genera un campo magnético (electromagnetismo).
Si se rompe el circuito eléctrico, este campo magnético se colapsa. Cuando esto ocurre, se activa un pulso eléctrico de 300 a 400 voltios en el arrollamiento primario. El campo magnético colapsado del circuito primario induce una tensión en el circuito secundario a medida que las líneas del flujo magnético cortan las numerosas espiras de alambre fino.
El hecho de que esta inducción genere un pulso de tensión notablemente superior se debe a la relación de devanado entre el arrollamiento primario y el secundario. Esta acción se conoce como transformación.
Tecnología de chispa simple
La tecnología de la bobina de encendido puede dividirse en dos principios operativos fundamentales: "tecnología de chispa simple" y "tecnología de chispa doble".
Las bobinas de encendido de chispa simple solo liberan un pulso de alta tensión a través de una salida de alta tensión.
La forma clásica de una bobina de encendido con tecnología de chispa simple es la bobina de encendido con distribuidor: siempre libera su energía de encendido hacia el distribuidor mecánico de encendido, el cual controla la distribución hacia la bujía correspondiente de acuerdo con el orden de encendido.
En la actualidad, la tecnología de chispa simple es más popular entre los fabricantes de automóviles, pero normalmente como bobina tipo lápiz. En este caso, cada bobina de encendido suministra a un único cilindro.
Tecnología de chispa doble
Las bobinas de encendido de chispa doble disponen de varias salidas de alta tensión que suministran energía de encendido a dos bujías simultáneamente.
Con el orden de encendido clásico de un motor de cuatro cilindros, tanto los cilindros 1 y 4 como los cilindros 2 y 3 reciben un pulso de alta tensión al mismo tiempo.
Sin embargo, a causa del principio de 4 tiempos, solo uno de estos cilindros se encuentra en la carrera de potencia, durante la cual se prende la mezcla de aire y combustible.
El otro cilindro se encuentra en la carrera de escape. Aquí, se activa otra chispa para completar el circuito eléctrico, pero se apaga sin ningún efecto. Por esta razón, se conoce como "chispa perdida".
Estructura
Evolución de la bobina de encendido
A lo largo de los años, muchos desarrollos han contribuido a la evolución de los diferentes tipos de bobinas de encendido.
Al principio, la estrategia era evitar los fallos y mejorar la fiabilidad del encendido.Sin embargo, con la introducción del catalizador de tres vías a partir de la década de los 80, la inyección directa de combustible, la fiabilidad, el control preciso y la especificación de los diferentes parámetros de encendido pasaron a tener mayor importancia. Esto solo fue posible gracias a los sistemas electrónicos.
Durante el desarrollo de los motores compactos modernos, que cumplen las estrictas normativas EURO y reducen tanto la producción de CO² como el consumo de combustible, se produjo un crecimiento de las demandas relacionadas con los requisitos de tensión de encendido, la resistencia al calor extremo, el aumento del rendimiento de la transformación, la tolerancia electromagnética y la reducción de peso.
En la actualidad, se utilizan varios tipos de bobinas de encendido.
Bobina de cilindro
La bobina de cilindro o 'tambor', una de las más antiguas, es una bobina de encendido con distribuidor. Puede encontrarse en los vehículos más clásicos y antiguos.
Normalmente, se llena de aceite para que actúe como aislante. El problema: el riesgo de fugas y el aumento de cortocircuitos con el paso del tiempo.
Bobina de encendido con distribuidor
Después de la bobina de cilindro, se utilizaron versiones considerablemente más compactas y potentes de la bobina con distribuidor.
Sin embargo, se mantuvo una importante debilidad de este tipo de dispositivos tradicionales: la distribución mecánica. Los componentes con piezas móviles siempre estarán sujetos al desgaste, y los distribuidores mecánicos sufren de problemas de humedad y de contactos en función de las condiciones climatológicas.
Regletas de bobinas de encendido
Algunos fabricantes de automóviles tuvieron la idea de combinar varias bobinas de encendido en un sistema completo. Dicho sistema se conoce como “rail” y, en algunas aplicaciones, puede contar con un dispositivo de medición de corriente iónica que comprueba la calidad de la combustión.
Bobina de bloque
Los vehículos deben cumplir requisitos cada vez mayores: operar con mayor eficacia, consumir menos combustible y ser más respetuosos con el medio ambiente.
La fiabilidad y el control del encendido desempeñan aquí un papel especial.
Esto se logró con el desarrollo de las bobinas de bloque a través de un módulo de encendido integrado, el tipo habitual de bobina que se encuentra en los sistemas de encendido con 'distribución estática'.
Bobinas tipo lápiz
Desde el año 2000, hemos presenciado un gran avance en el desarrollo de los motores compactos que, gracias en parte a un turbocargador, ofrecen un rendimiento similar al de los motores anteriores de mayor tamaño.
Debido a la alta presión de carga y a los movimientos más rápidos de la mezcla, necesitaban tensiones de encendido superiores que debían llegar a la bujía sin pérdida de energía y sin interferir en los sistemas electrónicos de a bordo.
Por este motivo, se desarrollaron las bobinas tipo lápiz, que suministran alta tensión directamente a la bujía y que, por ello, no necesitan cables de encendido tradicionales.
Bobina con distribuidor
La bobina con distribuidor es el tipo más antiguo de bobina. Inicialmente, se fabricó con un diseño similar al de las bobinas de cilindro y se llenó con aceite o alquitrán para obtener aislamiento.
La estructura más moderna es la bobina de bloque con o sin amplificador integrado (módulo de encendido).En función del vehículo, puede instalarse en el distribuidor o, con más frecuencia, en el compartimiento del motor.
Las bobinas de encendido liberan el pulso de alta tensión hacia un distribuidor giratorio.El distribuidor suministra el pulso a través de los cables de encendido hacia los respectivos cilindros, de acuerdo con el orden de encendido.
La tensión máxima que puede generarse con este tipo de bobinas es de unos 30.000 voltios.
Bobina con distribuidor II
Aquí puede ver un esquema de la distribución de alta tensión con un distribuidor mecánico.
Un brazo con rotor acoplado a la parte superior del eje del distribuidor gira por debajo de la tapa del distribuidor.A medida que el rotor del distribuidor pasa por la superficie de contacto de cada uno de los cilindros, el pulso de alta tensión se suministra a los cilindros correspondientes.
Bobina con distribuidor: vista de 360°
Bobina con distribuidor: vista de 360°
Bobina de bloque
En una bobina de bloque, varias bobinas de encendido se combinan para alimentar a varias bujías a través de cables de encendido. La mayoría de las bobinas de bloque realizan esta operación gracias a la tecnología de chispa doble. En función de los requisitos del fabricante, una bobina de bloque puede alimentar a dos bujías como mínimo.
Sin embargo, una bobina de bloque con cuatro salidas de alta tensión y tecnología de chispa simple puede alimentar también un motor de 4 cilindros.
Las bobinas de bloque trabajan con distribución estática.Se activan con la ayuda del módulo de encendido para controlar la sincronización precisa de la chispa de encendido.Según el vehículo, el módulo de encendido forma parte del sistema de control del motor o se encuentra integrado en la bobina de bloque.
Una bobina de bloque puede generar tensiones de encendido de hasta 36.000 voltios.
Bobina de bloque: estructura
La vista transversal que aparece aquí muestra con claridad dos bobinas de encendido integradas en una bobina de bloque.
En las bobinas de alta calidad, se vierte resina epóxica dentro de la bobina de bloque en un proceso de moldeo al vacío: esto crea un aislamiento ideal, ya que garantiza una densidad elevada sin que queden atrapadas burbujas de aire en su interior.
Bobina de bloque: vista de 360°
Bobina de bloque: vista de 360°
Bobina tipo lápiz
En los motores compactos modernos, hay un espacio limitado. Al mismo tiempo, se necesitan altas tensiones de encendido y una protección para los sistemas electrónicos de a bordo frente a las posibles interferencias electromagnéticas.
Para cumplir estos requisitos, se diseñó la bobina tipo lápiz. Este tipo de bobina se acopla directamente a la bujía. Utiliza la lumbrera ya existente de la bujía en la culata y, por ello, no necesita espacio adicional en el compartimiento del motor.
Las bobinas tipo lápiz con tecnología de chispa simple ofrecen una importante ventaja: la alta tensión se genera muy cerca de las bujías y no tiene que transportarse a través de los cables de encendido de alta tensión. De esta manera, se eliminan las posibles pérdidas a través de las conexiones y los cables.
Sin embargo, algunas bobinas tipo lápiz funcionan con tecnología de chispa doble, con lo que solo una bujía se alimenta directamente sin necesidad de cable de encendido, pero se necesita un cable de encendido de alta tensión para la conexión con la segunda bujía.
Las bobinas tipo lápiz pueden generar tensiones de hasta 40.000 voltios.
Bobina tipo lápiz II
Las bobinas tipo lápiz pueden encontrarse en vehículos con encendido completamente electrónico.
La bobina de encendido se activa a través del sistema de control del motor o con un módulo de encendido integrado en la propia bobina.
En la versión de chispa simple, las bobinas tipo lápiz disponen de diodos de alta tensión para impedir la generación de una chispa de cierre.Las bobinas de encendido de chispa doble no necesitan esta función y suministran la tensión requerida a las dos bujías al mismo tiempo.
Bobina tipo lápiz: vista de 360°
Bobina tipo lápiz: vista de 360°
Sistemas de bobinas de encendido
Gracias a las regletas de bobinas de encendido (los denominados "raíles"), se combinan varias bobinas tipo lápiz en un solo componente.
Al igual que las bobinas tipo lápiz simples, las regletas también disponen de tecnología de chispa simple y doble, y pueden tener o no módulos de encendido.
En la versión de chispa simple, también se necesita un diodo de alta tensión integrado para evitar el preencendido no deseado derivado de la chispa de cierre.
Los sistemas de regletas de bobinas de encendido pueden generar tensiones de encendido de hasta 40.000 voltios.
Sistemas de bobinas de encendido II
La vista transversal muestra un sistema completo para un motor de 4 cilindros.Este sistema en particular combina dos bobinas tipo lápiz de tecnología de chispa doble en un solo componente.Cada una de las bobinas de encendido suministra alta tensión a dos bujías a través de los contactos del resorte de compresión.
Sistema de bobinas de encendido: vista de 360°
Sistema de bobinas de encendido: vista de 360°
Requerimientos
Requisitos eléctricos
Las exigencias sobre la bobina de encendido en lo que respecta a la electrónica son inmensas. No debe existir descarga disruptiva de tensión entre las espiras individuales (los cortocircuitos entre fases) y la alta tensión producida no debe alcanzar la masa. Además, el campo electromagnético generado por la bobina de encendido no debe interferir con los demás componentes electrónicos y debe ser inmune a las interferencias eléctricas de otros componentes.
Un aspecto de la estructura de la bobina es que resulta de extrema importancia tener un encapsulado o una moldura en el interior de la carcasa de la bobina. Lo ideal es verter el compuesto en un proceso de moldeo al vacío para que no se formen burbujas de aire en su interior. El aire no es un aislante eléctrico ideal y cualquier burbuja de aire atrapada podría actuar como ruta de acceso que permitiera a la alta tensión encontrar una forma de alcanzar la masa. La calidad del propio devanado en sí también desempeña un papel importante: cuanto mejor sea el bobinado del cable, menor será el riesgo de que se produzca un cortocircuito entre fases.
Requisitos térmicos
Otros requisitos relacionados con el diseño
Una bobina de encendido debe cumplir muchos otros requisitos para garantizar un funcionamiento satisfactorio.
En primer lugar, las medidas deben ser las correctas para obtener un ajuste mecánico preciso. Si no fuera así, podría producirse una tensión mecánica en la carcasa, lo que provocaría daños y, posteriormente, una avería.
Dentro de la bobina y fuera de la carcasa, todos los materiales, componentes, devanados, puntos de soldadura y conexiones deben cumplir los estándares más altos del sector automovilístico; desde la calidad de los plásticos empleados hasta el ajuste exacto de las juntas y los retenes, pasando por la fabricación perfecta de los núcleos de hierro.
Instalación
Evolución de la bobina de encendido
Aquí puede ver las seis categorías de bobinas de encendido NGK. Cada una recibe un código (U1 a U6) que representa sus diferencias tecnológicas.
Cómo elegir la bobina de encendido correcta
La gama de bobinas de encendido NGK ofrece la bobina adecuada para casi cualquier vehículo de Europa. Estas bobinas se dividen en seis categorías.
El sistema de numeración inteligente de la gama NGK revela bastante del tipo y número de bobinas y cables de encendido que pueden necesitar un vehículo.
U1 000
Los vehículos con distribuidor mecánico de encendido siempre utilizan una bobina de encendido NGK de la categoría U1; dicha bobina suministra alta tensión a las bujías a través del distribuidor. Importante para el mantenimiento del vehículo: en este caso, el número de cables de encendido requerido se corresponde con el número de bujías. Además, se necesita un cable que conecte la bobina con el distribuidor.
U2 000
El código U2 describe una bobina de bloque con varias salidas de alta tensión. Una bobina como esta suministra a varias bujías a la vez. En función del vehículo, se necesitarán una o varias bobinas de encendido. Por lo general, se necesita una bobina por culata. El número de cables de encendido se corresponde con el número de bujías.
U3 000
Aquí puede ver una bobina de bloque con dos salidas de alta tensión. Una bobina suministra a dos bujías a la vez con un único pulso de energía.
Este tipo tiene la designación U3 en el sistema de numeración NGK. En función de la aplicación, se necesitarán varias bobinas para un vehículo. El número de cables de encendido se corresponde con el número de bujías.
U4 000
U4 Bobina directa para dos bujías. También se conoce como diseño en palo, seta o bobina en tapón. En esta versión, que recibe la designación U4, la bobina suministra alta tensión a dos bujías. La bobina se acopla directamente a una de las bujías y necesita un cable de encendido para conectar la otra bujía.
U5 000
Ahora llegamos a la bobina tipo lápiz con tecnología de chispa simple, también conocida como diseño en palo, seta o bobina en tapón. Estas bobinas se identifican con el código U5 y solo suministran tensión a una bujía. No necesitan cables de encendido.
U6 000
La gama NGK incluye también sistemas de bobinas de encendido identificados con el código U6 (Tambien llamadas regletas de bobinas de encendido). Se trata de bobinas específicas de cada cilindro en un sistema completo, por lo que un mismo componente suministra alta tensión a un grupo de bujías. En algunos casos, se necesita más de un sistema de bobina por vehículo. Por ejemplo una configuración V6 puede necesitar dos. Por lo general, no es necesario utilizar cables de encendido en un sistema como este.
Consejos para la instalación
Una instalación adecuada es fundamental para permitir que la bobina de encendido realice su función de forma óptima durante toda su vida útil.
No debe ejercerse una fuerza excesiva.Si una bobina de encendido no se ajusta, hay que comprobar la aplicación del vehículo.
Lo mismo se aplica a los terminales de las bujías: deben adaptarse a las conexiones correspondientes de la bobina de encendido (la norma DIN no debe confundirse con la SAE o M4).Si se emplea una conexión incorrecta, los contactos se oxidarán y sufrirán daños.
Siempre debe utilizar las herramientas apropiadas; esto resulta especialmente importantes cuando haya herramientas de mantenimiento específicas.Un buen ejemplo de ello es la instalación recta de las bobinas tipo lápiz en las lumbreras para bujías.Las bujías pueden resultar difíciles de desmontar y se corre el riesgo de dañarlas si no se emplea un extractor especial que permita su extracción en posición recta.
Por último, aunque no menos importante, cualquier tornillo de la bobina de encendido debe apretarse con el par de apriete adecuado.
Lista de comprobación
También puede descargarse la lista de comprobación en formato PDF: Descargar
Diagnosis
Medición de la resistencia en las bobinas de bloque - U2001
El funcionamiento de una bobina de bloque puede comprobarse midiendo su resistencia eléctrica con un ohmímetro.Esta operación debe realizarse con la bobina desmontada.La resistencia eléctrica se mide a través del circuito secundario.
Medición del campo magnético
Además de medir la resistencia, la medición del campo magnético es un método rápido y simple de comprobar la funcionalidad de la bobina.
Esto se debe a que una bobina de encendido en funcionamiento genera un campo magnético, y su potencia proporciona información sobre la capacidad funcional de la bobina.
Para ello, el detector se coloca sobre el componente eléctrico que se desea comprobar.Una señal acústica y una serie de LED encendidos proporcionan información sobre su capacidad funcional.
Cómo probar una bobina de encendido con el dispositivo:
- Encienda el medidor
- Coloque la punta del detector en paralelo con la zona del devanado y por encima de ella, tal y como se describe en las instrucciones
- Lea el resultado en el LED
