ESPS (Engine Speed & Position Sensor)
Principios
¿Qué miden?
Función/Actividad
Estos sensores proporcionan información sobre la posición exacta y la velocidad de varias piezas del motor.
Velocidad:
- Cigüeñal
Posición:
- Pistón
- Árbol de levas
- Válvulas
Tareas
- Para garantizar la inyección de combustible y el encendido en todas las condiciones de funcionamiento del motor, la unidad de control del motor (ECU) debe recibir información sobre la velocidad y la posición del motor.
- La señal del cigüeñal se utiliza para determinar la velocidad del motor. Además, proporciona la información cuando el primer cilindro está en el punto muerto superior.
- El sensor del árbol de levas confirma en qué carrera se encuentra cada cilindro.
- A partir de ambas señales, la ECU puede regular cuándo se inyecta el combustible y cuándo se activa la mezcla de combustible y aire mediante las bujías.
- En el caso de que fallara el sensor del árbol de levas, la ECU puede poner en marcha un programa de emergencia a partir de la señal del sensor del cigüeñal.
- Si lo que falla es el sensor del cigüeñal, la información del sensor del árbol de levas no es suficiente para mantener el motor en marcha.
Sensor del cigüeñal (Velocidad)
- El sensor del cigüeñal mide la velocidad de giro y la posición del cigüeñal.
- Esta es la información más importante que necesita la ECU para poder funcionar.
Sensor del árbol de levas (Posición)
El sensor del árbol de levas mide su posición. Esta señal, junto con la posición del cigüeñal, se utiliza para determinar en qué carrera se encuentra cada cilindro. La ECU necesita esta señal para determinar cuándo inyectar combustible y accionar la bujía.
Sensor del cigüeñal
Se utilizan en motores de gasolina y diésel con sistemas de inyección electrónica. Gasolina: a partir de los años 80 ("Motronic" 1979); desde ~ 1990 casi todos los coches llevan sensores de cigüeñal. Diésel: a partir de la tecnología "common rail", 1997 (Alfa 156 JTD).
Sensor del árbol de levas
- Se utilizan en motores de gasolina y diésel con sistemas de inyección electrónica.
- Muchos motores nuevos tienen dos árboles de levas y, a menudo (no siempre), dos sensores.
- Con la distribución variable, los sensores también se utilizan para controlar esta función.
Aspecto de los sensores del cigüeñal
Historia/Evolución
Diferentes diseños de los sensores del cigüeñal
Principales diferencias:
- 2 o 3 pines
- con o sin cable
Aspecto de los sensores del cigüeñal
Historia/Evolución
Diferentes diseños de los sensores del árbol de levas
Características principales:
- mayoritariamente 3 pines
- con o sin cable
Posición de instalación: sensor del cigüeñal (de velocidad)
- El sensor del cigüeñal está cerca del cigüeñal, en el bloque inferior del motor o cerca de él.
- Capta la señal de un disco o rueda dentada que gira con el cigüeñal.
- El sensor puede estar a ambos lados del cigüeñal (lado de la correa de transmisión o del volante de inercia) o en el centro.
- En algunos casos, está en contacto con el aceite.
Posición de instalación: sensor del árbol de levas (posición)
Posición del árbol de levas:
La posición del árbol de levas es (junto con la posición del cigüeñal) un indicador de la posición del pistón que permite determinar a la ECU en qué carrera se encuentra cada pistón.
El/los sensor/es del árbol de levas se instala/n cerca del árbol de levas, en la culata o cerca de ella.
Construcción
Principio de funcionamiento
- Los sensores funcionan según el principio inductivo o según el principio de efecto Hall.
- No se pueden intercambiar.
Principio de inducción
La inducción electromagnética se da cuando se origina una tensión eléctrica a lo largo de un bucle conductor (p. ej. una bobina), debido a un cambio en el flujo magnético.
Este principio se puede ilustrar fácilmente con un sencillo experimento.
Se conecta una bobina a un voltímetro sensible; después, hay que mover un imán en el interior de la bobina. El movimiento genera una tensión eléctrica porque cambia el flujo magnético. Durante el movimiento del imán, se puede medir una tensión. Cuanto más rápido sea el movimiento, mayor será la tensión medida.
En cualquier caso, la tensión generada es muy baja. Para mejorar este efecto, la bobina se puede enrollar alrededor de un núcleo de hierro. De esta forma, se amplifica el campo magnético dado que los imanes elementales (los átomos de su rejilla metálica) se alinean en función del campo magnético.
Sensor inductivo
Este sensor consiste en una bobina con un núcleo de hierro en el centro. Debajo tiene un imán que genera un campo magnético.
Debido a su posición, el sensor está alineado de tal forma que el campo magnético del imán puede verse afectado por la rueda dentada del cigüeñal.
Cuando la rueda empieza a girar, el campo magnético sube y baja, generando tensión eléctrica en la bobina.
Cuanto más rápido gire la rueda, mayor será la tensión generada.
Principio del efecto Hall
El efecto Hall se produce cuando un conductor de corriente activo se ve alterado por un campo magnético. El campo magnético afecta a los electrones que se mueven por el conductor eléctrico, desplazándolos perpendicularmente tanto en la dirección del flujo de corriente como hacia el campo magnético, lo cual resulta en una tensión que se puede medir perpendicularmente al flujo de corriente.
Sensor de efecto Hall
Este sensor consta de un conductor eléctrico al que la ECU suministra una tensión de 5 V o 12 V. Si un campo magnético incide en el conductor de corriente, la fuerza Lorentz actúa sobre los electrones. Como resultado se obtiene un exceso de electrones en un lado y carencia en el otro. La diferencia de carga se puede medir en forma de tensión y se transmite a la ECU a través de la línea de señal. La animación muestra el flujo de corriente con y sin la influencia del campo magnético.
Sensor de efecto Hall
Ahora bien, si el campo magnético alternativamente se acerca o se aleja del sensor mediante una rueda dentada, se genera una señal de salida cuadrada de 0 a 5 V o 12 V.
Cuanto más rápido gire la rueda, más corto será el periodo de tiempo entre el nivel alto y el bajo.
Detección de la posición y velocidad del cigüeñal
- Por medio de un "truco" la ECU puede detectar la velocidad y la posición del cigüeñal al mismo tiempo.
- La rueda dentada tiene un hueco más grande en una posición específica.
- La señal que genera el sensor refleja este hueco más grande, por lo que la ECU puede calcular la posición.
- Esta característica de la señal se denomina marca de referencia. Con los sensores inductivos, en este punto se produce un pico de tensión mayor que en el resto de la señal. Sin embargo, en ese punto con los sensores de efecto Hall, se produce un periodo de nivel alto ligeramente más largo.
Comparación entre un sensor de efecto Hall y un sensor inductivo
| Sensor de efecto Hall | Sensor inductivo |
|---|---|
| Electrónica integrada | Electrónica no integrada |
| Alimentación externa de 5 V | Genera una señal, sin alimentación externa |
| Señal de salida cuadrada (0 V/5 V) | Señal de salida en forma de onda |
| La tensión no varía conforme a la velocidad de la rueda | La tensión varía según la velocidad de la rueda y depende de la distancia de la rueda |
| 3 pines | 2 o 3 pines (el tercero para blindaje electromagnético) |
| Detección de velocidad casi en parada (detección a baja velocidad) | La detección de la velocidad solo es posible a partir de una velocidad determinada |
| El diseño del sensor es más pequeño y ligero | El diseño del sensor es más grande |
| La sensibilidad a interferencias electromagnéticas es menor | La sensibilidad a interferencias electromagnéticas es mayor |
| Los cambios en el entrehierro entre el sensor y la rueda dentada no afectan directamente a la señal | Los cambios en el entrehierro entre el sensor y la rueda dentada afectan directamente a la señal |
| Mayor resistencia a las vibraciones y a las fluctuaciones de temperatura | Menor resistencia a las vibraciones y a las fluctuaciones de temperatura |
Instalación
Instalación
- Tras la instalación de nuevos sensores del árbol de levas y del cigüeñal, muchos coches necesitan un procedimiento de "aprendizaje". Para ello se necesita una herramienta de escaneo.
- La ECU "aprenderá" la posición exacta del sensor.
Premisa: los elementos de detección Hall en la carcasa del sensor no tienen por qué estar necesariamente en la misma posición que el sensor anterior. Esto hace que la señal llegue un poco más tarde o un poco antes.
Diagnóstico
Consecuencias de los fallos del sensor
Árbol de levas
- Sin esa señal, la ECU puede (en la mayoría de los coches) mantener el motor en marcha.
- El motor arranca con retraso. El motor funciona en el programa de emergencia. El testigo de avería de motor se enciende.
- La distribución variable del árbol de levas (si el motor dispone de esta función) no funciona.
Cigüeñal
- Sin esa señal (señal de entrada principal para la ECU), la unidad de control del motor no puede mantener el motor en marcha.
- El motor no funciona ni arranca.
Síntomas de un sensor del cigüeñal defectuoso
- En la mayoría de los casos, el motor no funciona y se registra un DTC (código de avería de diagnóstico).
- A veces el error aparece de repente. Los siguientes síntomas indican un sensor del cigüeñal defectuoso:
- Mal arranque
- El motor da tirones
- El motor se cala o se apaga
- Mal funcionamiento
- Fallos de encendido
Contactos desgastados
En este caso, el agua ha penetrado en la carcasa del conector provocando la corrosión de los contactos. Cuando se sustituya el sensor, hay que comprobar las juntas y los contactos del conector a fondo así como los cables que están entre el conector y la unidad de control del motor.
Cables rotos o pelados
Los cables están dañados debido a factores externos. Esto se puede deber a un fuerte movimiento de tracción (cable demasiado tensado, tirones del cable durante la instalación) o a las piezas giratorias (roce del cable con las piezas giratorias, p. ej. la rueda del cigüeñal). Por lo tanto, durante la instalación, hay que fijarse en el correcto tendido de los cables.
Hueco demasiado grande
La separación entre el engranaje y el sensor es demasiado grande, lo que hace que la señal sea más débil.<br>Este problema puede derivar de un sensor mal instalado o que sea inadecuado para el motor.
Rueda dentada dañada
La rueda dentada está dañada mecánicamente.
Un engranaje dañado mecánicamente en el que uno o varios dientes estén dañados o rotos, puede provocar un mal funcionamiento de la señal. Por ello, la rueda dentada también debe someterse a una inspección visual.
Comprobación de los sensores del árbol de levas y del cigüeñal
La mejor forma de determinar si el sensor del árbol de levas o del cigüeñal funciona correctamente es comprobar si la señal es correcta. Para ello, la mejor herramienta es un osciloscopio.
En primer lugar, hay que determinar si se espera una señal Hall o inductiva.
Un buen indicador es si el sensor tiene 2 o 3 pines. Si tiene 2 pines, lo más probable es que sea un sensor inductivo y, si tiene 3, lo más probable es que sea uno de efecto Hall. No obstante, hay algunas excepciones... Y es que, en ocasiones, un sensor inductivo puede llegar a tener un tercer pin para blindaje (shield).
Una buena manera de identificar los sensores NTK es por el número de pieza. Si empieza por "CM", es un sensor inductivo y si empieza por "CH", es un sensor de efecto Hall.
Comprobación de los sensores inductivos
- Comprobación de los sensores inductivos
- Seleccionar el preajuste del osciloscopio de forma que se pueda ver claramente la señal del sensor. Para evaluar la señal, lo mejor es visualizar dos giros del cigüeñal. Para seguir viendo la señal, la configuración se debe ajustar con el aumento de la velocidad del motor. Por aquí algunas claves que pueden ayudar en el ajuste de los ejes X e Y:
| Eje Y: | Eje X: |
|---|---|
| Tensión de la señal de al menos 0,5 V durante el arranque. | Entre 100 y 200 mseg para poder visualizar dos giros completos del cigüeñal. |
| Tensión de la señal de al menos 2 V al ralentí. | |
| La tensión de la señal aumenta con la velocidad del motor. |
- Excepto por la marca de referencia, los picos de tensión no deben ser muy diferentes entre sí. Una desviación del 20 o 30 por ciento es normal para muchos fabricantes de vehículos. Las desviaciones superiores indican daños en la rueda de impulsos.
Comprobación de los sensores de efecto Hall
- Conectar las salidas de medida del osciloscopio con el pin de la línea de señal del sensor y la masa de la batería (borne 31).
- Seleccionar el preajuste del osciloscopio de forma que se pueda ver claramente la señal del sensor. Para evaluar la señal, lo mejor es visualizar dos giros del cigüeñal. Para seguir viendo la señal, la configuración se debe ajustar con el aumento de la velocidad del motor. Por aquí algunas claves que pueden ayudar en el ajuste de los ejes X e Y:
| Eje Y: | Eje X: |
|---|---|
| Tensión de señal de 0-5 V o 0-12 V. | Entre 150 y 200 mseg. para poder visualizar dos giros completos del cigüeñal a ralentí. |
| El período de tiempo entre el nivel alto y el bajo aumenta con la velocidad del motor. |
Comprobación de los sensores de efecto Hall
- Si no se detecta ninguna señal con el osciloscopio o la tensión de la señal es demasiado baja, lo más probable es que haya un problema con la fuente de alimentación del sensor. Para comprobar la alimentación del sensor, se puede medir la tensión entre los cables positivo y negativo del sensor. Se espera un valor medido correspondiente según si el circuito es de 5 V o 12 V.
- Si no se puede medir ninguna señal en el pin de la línea de señal del sensor y la fuente de alimentación es correcta, eso es que el sensor está defectuoso.
Otras comprobaciones del circuito del sensor
Para contrastar este resultado, se puede comprobar la resistencia de los cables situados entre la ECU y el sensor. El cable se debe medir sin que haya paso de corriente para evitar daños en el circuito. Para ello, hay que desconectar el conector de la ECU y del sensor. La resistencia puede variar en función de la longitud y del diámetro del cable, no obstante, un valor de resistencia de aproximadamente 1 ohm. es un valor normal para un cable que funciona.
