Sistemas eléctricos del motor

Información general
El sistema eléctrico es de 12 voltios con masa negativa, y consta de una batería de 12 voltios, un alternador con regulador de voltaje integrado, motor de arranque y accesorios, componentes y cableado eléctricos relacionados. La batería es de tipo de bajo mantenimiento o sin mantenimiento “sellada de por vida” y es cargada por un alternador accionado por correa desde la polea del cigüeñal. El motor de arranque es de tipo de engrane previo, con solenoide integrado. Al arrancar, el solenoide desplaza el piñón de accionamiento para engranar con la corona del volante antes de que el motor de arranque se energice. Una vez arrancado el motor, un embrague de sentido único impide que el inducido del motor sea accionado por el motor hasta que el piñón se desengrane del volante.

El sistema de encendido se encarga de encender la mezcla aire/combustible en cada cilindro en el momento correcto en relación con el régimen y la carga del motor. En la gama Sierra/P100 se montan varios sistemas de encendido diferentes, desde un sistema electrónico básico sin platinos hasta un sistema integral de gestión del motor que controla el encendido y los sistemas de inyección de combustible.

El sistema de encendido se basa en suministrar tensión de baja tensión desde la batería a la bobina, donde se convierte en alta tensión.

La alta tensión es suficientemente potente para saltar la distancia de electrodos de la bujía en los cilindros muchas veces por segundo bajo las altas presiones de compresión, siempre que el sistema esté en buen estado. El circuito de baja tensión (o primario) consta de la batería, el cable hasta el interruptor de encendido, el cable desde el interruptor de encendido hasta los devanados de baja tensión de la bobina (borne + /15) y también hasta el borne de alimentación del módulo electrónico, y el cable desde los devanados de baja tensión de la bobina (borne - /1) hasta el borne de control del módulo electrónico.

El circuito de alta tensión (o secundario) consta de los devanados de alta tensión de la bobina, el cable de AT (alta tensión) desde la bobina hasta la tapa del distribuidor, el rotor, los cables de AT hasta las bujías y las propias bujías.

El sistema funciona de la siguiente manera. La corriente que circula por los devanados de baja tensión de la bobina genera un campo magnético alrededor de los devanados de alta tensión. Al girar el motor, un sensor genera un impulso eléctrico que se amplifica en el módulo electrónico y se utiliza para cortar el circuito de baja tensión.

El posterior colapso del campo magnético sobre los devanados de alta tensión genera alta tensión, que se envía a la bujía correspondiente a través de la tapa del distribuidor y el rotor. El módulo electrónico vuelve a conectar automáticamente el circuito de baja tensión, para que el campo magnético se vuelva a formar antes del encendido de la siguiente bujía. El avance y el retardo del encendido se regulan automáticamente para que la chispa se produzca en el instante correcto en relación con el régimen y la carga del motor.

Para mejorar la conducción durante el calentamiento y reducir los niveles de emisiones de escape, algunos vehículos están equipados con un sistema de control de chispa sensible a la temperatura y accionado por vacío.

Sistema de descarga inductiva. Es el sistema menos sofisticado de la gama Sierra/P100 y consta de un distribuidor sin platinos y un módulo electrónico de conmutación/amplificación, además de la bobina y las bujías.

El impulso eléctrico necesario para interrumpir el circuito de baja tensión lo genera una bobina generadora de impulsos magnética en el distribuidor. Una rueda generadora gira dentro de un estator magnético, y el campo magnético lo proporciona un imán permanente. El campo magnético entre los dos polos (brazo del estator y brazo de la rueda generadora) depende de la separación de aire entre ambos. Cuando la separación de aire es mínima, el brazo de la rueda generadora está enfrentado al brazo del estator; este es el punto de disparo. Al variar el flujo magnético entre el brazo del estator y la rueda generadora, se induce una tensión en la bobina generadora montada debajo de la rueda. Esta tensión es detectada y amplificada por el módulo electrónico, que la utiliza para interrumpir el circuito de baja tensión. Hay un brazo de rueda generadora y un brazo de estator por cada cilindro (4).

El avance del encendido es una función del distribuidor y se controla tanto mecánicamente como mediante un sistema de vacío. El regulador mecánico consta de dos masas que se desplazan hacia fuera del eje del distribuidor a medida que aumenta el régimen del motor, debido a la fuerza centrífuga. Al desplazarse hacia fuera, hacen girar la rueda generadora con respecto al eje del distribuidor, adelantando así la chispa.

Las masas están sujetas en su posición por dos muelles ligeros, y la tensión de estos muelles es la principal responsable de un avance de chispa correcto.

El control de vacío consta de un diafragma, uno de cuyos lados está conectado mediante un tubo de pequeño diámetro al carburador o al colector de admisión, y el otro lado al distribuidor. La depresión en el colector de admisión y/o en el carburador, que varía con el régimen del motor y la posición de la mariposa, hace que el diafragma se desplace, moviendo la placa base y adelantando o retrasando la chispa. Se consigue un control fino mediante un muelle en el conjunto del diafragma.

Sistema ESC (Control Electrónico de Chispa). Este sistema solo se monta en los primeros modelos «Economy», y consta de un distribuidor de «efecto Hall» y un módulo ESC, además de la bobina y las bujías.

El impulso eléctrico necesario para interrumpir el circuito de baja tensión lo genera un sensor en el distribuidor. Una paleta generadora gira en el entrehierro entre un imán permanente y el sensor. La paleta tiene cuatro ranuras, una por cada cilindro. Cuando una de las ranuras de la paleta está alineada con el sensor, el flujo magnético puede pasar entre el imán y el sensor. Cuando un segmento de la paleta está alineado con el sensor, el flujo magnético se desvía a través de la paleta, alejándose del sensor. El sensor detecta el cambio de flujo magnético y envía un impulso al módulo ESC, que interrumpe el circuito de baja tensión.

El avance del encendido es una función del módulo ESC y se controla por vacío. El módulo está conectado al colector de admisión mediante un tubo de vacío, y un transductor en el módulo convierte la señal de vacío en tensión eléctrica. A partir de la señal de vacío, el módulo ESC determina la carga del motor, y el régimen del motor se determina a partir del intervalo entre los impulsos suministrados por el sensor del distribuidor. El módulo tiene una gama de valores de avance de encendido almacenados en su memoria, y se selecciona el valor adecuado para el régimen y la carga correspondientes. Así, el grado de avance puede variarse constantemente para adaptarse a las condiciones de régimen y carga del motor en cada momento.

Sistema ESC II (Control Electrónico de Chispa II)
Modelos con carburador SOHC de 1,8 y 2,0 litros. Este sistema es una evolución del sistema ESC descrito anteriormente en esta sección, pero permite un control más preciso del funcionamiento del motor gracias a la inclusión de funciones de supervisión adicionales y salidas de control.

Los vehículos equipados con el sistema ESC II disponen de un calentador eléctrico del colector de admisión que calienta la mezcla aire/combustible cuando el motor está frío. Así se reduce la cantidad de enriquecimiento de combustible necesaria, se disminuye el consumo y se mejora la conducción con el motor frío.

El calentador es activado por el módulo ESC II, que recibe información sobre la temperatura del motor de un sensor de temperatura del líquido refrigerante montado en el colector de admisión.

En los modelos SOHC de 2,0 litros, el módulo ESC II controla un motor paso a paso del carburador para regular el régimen de ralentí. Utilizando información sobre el régimen, la carga, la temperatura y la posición de la mariposa (suministrada por un interruptor en el carburador), el módulo acciona el motor paso a paso para mantener un régimen de ralentí constante. En los modelos equipados con cambio automático y/o aire acondicionado, se suministran al módulo señales adicionales para que pueda accionar el motor paso a paso y compensar la carga adicional que imponen el cambio automático o el aire acondicionado. El módulo ESC II también controla un relé de «retención de potencia», que permite que el motor paso a paso siga funcionando brevemente después de desconectar el encendido, para realizar un ciclo de anti-retorno de ralentí y ventilación del colector.

Modelos con carburador DOHC de 2,0 litros. Se utiliza una evolución del sistema ESC II para controlar el funcionamiento del motor. El módulo recibe información de un sensor de régimen/posición del cigüeñal (similar al descrito para el sistema ESC Híbrido), salvo que este sensor se activa mediante un disco dentado situado en la parte trasera del cigüeñal, en el interior del bloque de cilindros, y de un sensor de temperatura del líquido refrigerante.

El avance del encendido es una función del módulo ESC II y se controla por vacío.

El módulo está conectado al carburador mediante un tubo de vacío, y un transductor en el módulo convierte la señal de vacío en una tensión eléctrica. A partir de la señal de vacío, el módulo determina la carga del motor; el régimen y la temperatura del motor se determinan a partir del sensor de régimen/posición del cigüeñal y del sensor de temperatura del refrigerante del motor. El módulo tiene en su memoria una serie de valores de avance del encendido, y selecciona el valor adecuado para el régimen, la carga y la temperatura correspondientes. Así, el grado de avance puede variar constantemente para adaptarse al régimen y a las condiciones de carga existentes.

Sistema ESC Hybrid (Electronic Spark Control Hybrid)
Este sistema se monta en los modelos 1.8 CVH y comprende diversos sensores y un módulo ESC Hybrid, además de la bobina y las bujías. El distribuidor sirve únicamente para distribuir la alta tensión a las bujías y consta simplemente de un rotor montado directamente en el extremo del árbol de levas, y de una tapa del distribuidor.

El impulso eléctrico necesario para desconectar el circuito de baja tensión lo genera un sensor de régimen/posición del cigüeñal, que es activado por una rueda dentada situada en el cigüeñal. La rueda dentada tiene 35 dientes equidistantes con un hueco en la posición 36.

El hueco es utilizado por el sensor para determinar la posición del cigüeñal con respecto al PMS (punto muerto superior) del pistón n.º 1.

El módulo ESC Hybrid recibe la información de carga del motor a través de un transductor de vacío situado dentro del módulo, que está conectado al colector de admisión mediante un tubo de vacío. Se reciben señales adicionales de un sensor de temperatura del refrigerante del motor montado en el colector de admisión y de un sensor de temperatura del aire de admisión montado en la base del filtro de aire. El módulo selecciona el valor óptimo de avance del encendido en función de la información recibida de los distintos sensores. Así, el grado de avance puede variar constantemente para adaptarse a las condiciones de funcionamiento del motor.

Además del circuito de encendido, el módulo controla una resistencia calefactora del estrangulador eléctrico y una electroválvula que a su vez controla un amortiguador de mariposa en el carburador. El módulo acciona la resistencia calefactora del estrangulador eléctrico utilizando la información suministrada por el sensor de temperatura del refrigerante del motor. La resistencia calefactora se utiliza para reducir la velocidad a la que se abre el estrangulador, mejorando así la conducción y el consumo de combustible global cuando el motor está frío. La electroválvula controla el suministro de vacío al amortiguador de mariposa del carburador. El amortiguador de mariposa evita el cierre brusco de la mariposa durante la deceleración, manteniendo así la combustión de la mezcla aire/combustible, lo que reduce las emisiones nocivas de gases de escape.

Tenga en cuenta que el sistema ESC Hybrid no permite ajustar el avance del encendido.

Sistema EEC IV (Electronic Engine Control IV)
Modelos de inyección de combustible 2.0 litros SOHC. Este sistema controla tanto el encendido como la inyección de combustible. El módulo EEC IV recibe información de un sensor de efecto Hall del distribuidor (similar al descrito anteriormente en esta sección para el sistema ESC), de un sensor de temperatura del refrigerante del motor montado en el colector de admisión, de un sensor de posición de la mariposa y de un caudalímetro de aire.

Además, en los modelos equipados con cambio automático y/o aire acondicionado, se suministran entradas adicionales al módulo para que aumente el régimen de ralentí y compense la carga adicional que imponen el cambio automático o el aire acondicionado. El módulo proporciona salidas para controlar la bomba de combustible, los inyectores, el régimen de ralentí y el circuito de encendido. Utilizando las señales de los distintos sensores, el módulo EEC IV calcula el avance óptimo del encendido y la duración del impulso de los inyectores para adaptarse a las condiciones de funcionamiento del motor. Este sistema proporciona un control muy preciso del motor en todas las condiciones, mejora el consumo de combustible y la conducción, y reduce las emisiones de gases de escape. Una «estrategia de funcionamiento limitado» (LOS) permite que el vehículo siga circulando, aunque con menor potencia y eficiencia, en caso de fallo del módulo o de sus sensores.

Modelos de inyección de combustible 2.0 litros DOHC. Se utiliza una evolución del sistema EEC IV para controlar tanto el encendido como la inyección de combustible. El módulo recibe información de un sensor de régimen/posición del cigüeñal (similar al descrito para el sistema ESC Hybrid), excepto que el sensor es activado por un disco dentado situado en la parte trasera del cigüeñal, en el interior del bloque de cilindros; de un sensor de posición de la mariposa; de un sensor de temperatura del refrigerante del motor; de un sensor de temperatura del combustible; de un sensor de temperatura del aire de admisión; de un sensor de presión absoluta del colector (MAP); y de un sensor de velocidad del vehículo (montado en la caja de cambios). Además, en los modelos con convertidor catalítico, el módulo EEC IV recibe una señal adicional de un sensor de oxígeno de gases de escape (HEGO). En los modelos con cambio automático, se han instalado sensores adicionales en la transmisión para informar al módulo EEC IV cuando la transmisión está en punto muerto y cuando se acciona el kickdown.

El módulo proporciona salidas para controlar la bomba de combustible, los inyectores, el régimen de ralentí, el circuito de encendido y el cambio automático.

Además, en los modelos con aire acondicionado, el módulo EEC IV desconecta el embrague del compresor del aire acondicionado al arrancar el motor y cuando se acelera bruscamente. En los modelos equipados con convertidor catalítico, el módulo EEC IV también controla la electroválvula de purga del depósito de carbón activo.

Utilizando las señales de los distintos sensores, el módulo EEC IV calcula el avance óptimo del encendido y la duración del impulso de los inyectores para adaptarse a las condiciones de funcionamiento del motor. Una «estrategia de funcionamiento limitado» (LOS) permite que el vehículo siga circulando, aunque con menor potencia y eficiencia, en caso de fallo del módulo o de uno de sus sensores.

Modelos CVH de 1,6 litros y 1,8 litros (tipo R6A) Se utiliza una evolución del sistema EEC IV para controlar tanto el sistema de encendido como el de inyección de combustible. Se monta un sistema de encendido totalmente electrónico sin distribuidor (DIS), que sustituye la distribución mecánica de la alta tensión (mediante un distribuidor rotativo) por componentes electrónicos de estado sólido «estáticos».

El sistema selecciona el avance de encendido más adecuado para las condiciones de funcionamiento del motor en cada momento, a partir de un mapa tridimensional de valores almacenado en la memoria del módulo de control EEC IV. El módulo selecciona el valor de avance apropiado según la información suministrada sobre la carga del motor, el régimen y la temperatura de funcionamiento por los distintos sensores.

El módulo EEC IV recibe información de un sensor de régimen/posición del cigüeñal (similar al descrito para el sistema ESC Hybrid), salvo que en los motores de 1,6 litros el sensor se activa mediante un disco dentado montado en el volante motor), un sensor de posición de la mariposa, un sensor de temperatura del líquido refrigerante del motor, un sensor de temperatura del aire de admisión, un sensor de presión absoluta del colector (MAP), un sensor de velocidad del vehículo (montado en la caja de cambios) y una sonda lambda de oxígeno en los gases de escape.

El módulo proporciona salidas para controlar la bomba de combustible, los inyectores, el motor de control de la mariposa, la electroválvula de control de aire por impulsos, la electroválvula de purga del depósito de carbón activo (según aplicación) y el sistema de encendido.

Utilizando las señales de los distintos sensores, el módulo EEC IV calcula el avance de encendido óptimo y la duración de los impulsos de los inyectores para adaptarse a las condiciones del motor en cada momento. Una «estrategia de funcionamiento limitado» (LOS) significa que el vehículo seguirá siendo conducible, aunque con menor potencia y eficiencia, en caso de fallo del módulo o de uno de sus sensores.

Precauciones
Generalidades
Es necesario extremar el cuidado al trabajar en el sistema eléctrico para evitar daños en los dispositivos semiconductores (diodos y transistores) y evitar el riesgo de lesiones personales. Además de las precauciones indicadas en la sección «¡Seguridad ante todo!» al principio de este manual, tenga en cuenta los siguientes puntos al trabajar en el sistema.

Quítese siempre los anillos, relojes, etc., antes de trabajar en el sistema eléctrico. Incluso con la batería desconectada, puede producirse una descarga capacitiva si un terminal con tensión de un componente se conecta a masa a través de un objeto metálico.

Esto podría provocar una descarga eléctrica o una quemadura grave.

No invierta las conexiones de la batería.

Componentes como el alternador o cualquier otro con circuitos semiconductores podrían resultar dañados de forma irreparable.

Si el motor se arranca con cables de emergencia y una batería auxiliar, conecte el positivo con positivo y el negativo con negativo. Esto también se aplica al conectar un cargador de batería.

Nunca desconecte los terminales de la batería ni el conector multipolar del alternador con el motor en marcha.

Los cables de la batería y el conector multipolar del alternador deben desconectarse antes de realizar cualquier soldadura eléctrica en el vehículo.

Nunca utilice un óhmetro de tipo con generador de manivela para pruebas de circuitos o de continuidad.

Sistemas de encendido y gestión del motor
Advertencia: La tensión de alta tensión (AT)
generada por un sistema de encendido electrónico es extremadamente elevada y, en determinadas circunstancias, podría resultar mortal. Tenga cuidado de no recibir descargas eléctricas del lado de alta tensión del sistema de encendido. No toque los cables de alta tensión ni el distribuidor o la bobina con el motor en marcha. Si va a localizar averías en el circuito de alta tensión, utilice herramientas bien aisladas para manipular los cables con tensión.

Los módulos de gestión del motor son componentes muy sensibles, por lo que deben tomarse las siguientes precauciones para evitar daños en el módulo al trabajar en un vehículo equipado con sistema de gestión del motor:

Cuando se realicen operaciones de soldadura en el vehículo con equipos de soldadura eléctrica, deben desconectarse la batería y el alternador.

Aunque los módulos montados bajo el capó (todos excepto el EEC IV) soportan las condiciones normales del compartimento motor, pueden verse afectados negativamente por el exceso de calor o de humedad.

Si utiliza equipos de soldadura o de lavado a presión en las proximidades del módulo, tenga cuidado de no dirigir calor ni chorros de agua o vapor hacia el módulo. Si no puede evitarse, retire el módulo del vehículo y proteja su conector con una bolsa de plástico.

Antes de desconectar cualquier cableado o de retirar componentes, asegúrese siempre de que el encendido esté desconectado.

En los modelos con módulos montados bajo el capó, no haga funcionar el motor con el módulo separado del panel de la carrocería, ya que la carrocería actúa como un eficaz disipador de calor y el módulo puede dañarse por sobrecalentamiento interno.

No intente improvisar procedimientos de diagnóstico de averías con una lámpara de prueba o un multímetro, ya que podría causar daños irreparables en el módulo.

Después de trabajar en los componentes del sistema de encendido o de gestión del motor, asegúrese de que todo el cableado esté correctamente reconectado antes de conectar la batería o de conectar el encendido.

En algunos distribuidores Bosch de primera generación, es posible que, con la tapa del distribuidor retirada, al girar el motor de arranque los clips de sujeción de la tapa caigan hacia dentro y bloqueen la rueda/paleta de disparo, desalineándola. Si esto ocurre, deberá sustituirse el distribuidor, ya que la rueda/paleta de disparo no puede recolocarse. Por tanto, tenga cuidado de no accionar el motor de arranque con la tapa del distribuidor retirada. Los distribuidores posteriores tienen clips rediseñados que eliminan este problema.

Desmontaje
1 La batería se encuentra en el compartimento del motor, en el lado izquierdo del tabique.

2 Desconecte los cables del terminal negativo (masa) desenroscando la tuerca de sujeción y retirando el perno. Retire la cubierta de plástico y desconecte los cables del terminal positivo de la misma forma.

3 Afloje el perno de la abrazadera lo suficiente para poder levantar la batería de su alojamiento (véase la ilustración). Mantenga la batería en posición vertical para evitar derramar electrolito sobre la carrocería.

Montaje
4 El montaje se realiza en orden inverso al desmontaje, pero unte vaselina en los terminales al conectar los cables y conecte siempre primero el cable positivo y por último el negativo.