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Tema 4: Sensores y Actuadores

• Los sensores detectan y miden parámetros físicos en el vehículo o motor, transformándolos en señales eléctricas.
• Estas señales se envían a la Unidad de Control Electrónica (UCE) para su evaluación.
• La UCE procesa la información de los sensores para activar los actuadores, optimizando el funcionamiento del motor.
• La UCE usa datos captados de los sensores instalados en el vehículo.
• La UCE determina la activación de actuadores para un preciso funcionamiento del motor.
• La UCE determina la distribución, tiempo y cantidad de inyección del combustible.

Sensores de motores diésel

• Los sensores son esenciales para que la UCE detecte el estado del motor y gestione sus funciones.
• La cantidad de sensores para control del motor ha aumentado con los años.
• Los sensores que se van a ver estan instalados en motores diésel.
• Sensor de régimen del motor
• Sensor de posición del árbol de levas
• Sensor de temperatura del motor
• Sensor de temperatura del aire
• Sensor del caudal o de la masa de aire
• Sensor de posición de la mariposa
• Sensor de posición del pedal de acelerador
• Sensor de velocidad del vehículo
• Sensor de presión atmosférica
• Sensor de oxígeno (sonda lambda)
• Interruptor del pedal de freno
• Interruptor del pedal de embrague

Sensor de Régimen del Motor

• El sensor de régimen del motor mide la velocidad de rotación del cigüeñal, expresada en RPM.
• La lectura instantánea del régimen del motor y la posición del pistón número 1 son datos básicos para el sistema de inyección.
• Sistemas más antiguos usaban dos sensores, uno para el régimen y otro para la posición del pistón nº1.
• Ahora solo se usa un sensor para las dos informaciones.
• Los sensores actuales miden el movimiento relativo entre una pieza fija (donde está el sensor) y una móvil en el cigüeñal.
• Las dos piexas móviles pueden ser la carcasa del embrague/volante motor, la carcasa de retén de aceite/rueda dentada.

Características de los sensores de régimen

• Los sensores deben medir velocidades de rotación muy bajas, como en el arranque del vehículo.
• El sensor ha de admitir el mayor entrehierro posible y ser insensible a las variaciones.
• Han de ser de tamaño reducido
• Algunos sensores identifican el sentido de rotación.
• Han de identificar las marcas de referencia.
• Han de aguantar temperaturas relativamente elevadas (200°C)

Tipos de sensores de RPM y PMS

• Hay sensores de RPM y PMS inductivos.
• También hay sensores de efecto Hall

Sensores de RPM y PMS Inductivos

• Los sensores inductivos constan de un rotor con dientes unidos al cigüeñal, explorados por el sensor para detectar la velocidad.
• No requieren alimentación eléctrica, basándose en la inducción magnética (variaciones) para inducir corriente alterna en una bobina.

Constitución de sensores RPM y PMS Inductivos

• Un imán permanente con un devanado de hilo de cobre
• El conjunto se recubre con una carcasa metálica o de plástico con sujeción para el soporte mediante tornillos.
• Dos cables (extremos de la bobina) envían la señal eléctrica hasta la UCE.
• El entrehierro necesario para que la señal sea efectiva debe de estar entre 0,8 y 1,5 mm.

Funcionamiento de sensores RPM y PMS Inductivos

• Al pasar un diente cerca, el flujo magnético del campo se concentra, aumentando la intensidad (tensión positiva).
• Cuanto el diente se aleja, hay una variación de flujo en sentido contrario y se induce corriente negativa.
• Para que la UCE evalúe bien la señal, el voltaje debe estar entre 30mV (20-30 rpm) hasta 100V a altas revoluciones.
• Los sensores inductivos se están reemplazando por los de efecto Hall.
• Los sensores de efecto Hall se denominan sensores inteligentes o activos; son más caros pero más precisos.

Sensores de RPM y PMS de Efecto Hall

• Estos sensores incluyen un circuito electrónico para amplificar y procesar las señales generadas.
• Son de tamaño reducido y ligeros, permitiendo su integración en el retén de aceite del cigüeñal.

Tipos de Sensores de Efecto Hall

• Con rotor dentado pasivo
• Con rotor magnético activo

Sensores de Efecto Hall con Rotor Dentado Pasivo

• Formado por un elemento Hall adosado a un imán permanente.
• Conexiones: positivo (5V), masa y señal.
• Se instala mirando a una corona de dientes metálicos en el rotor pasivo.

Sensores de Efecto Hall con Rotor Magnético Activo

• Similar al anterior, pero la corona tiene gran cantidad de imanes permanentes que alternan su polaridad.
• Detectan el sentido del giro.

Funcionamiento del Efecto Hall

• Produce un voltaje Hall cuando un campo magnético transversal se aplica a un cable por el que circulan cargas.
• La fuerza magnética perpendicular al campo y la velocidad impulsa las cargas hacia un lado del conductor, generando el voltaje.

Sensor de Posición del Árbol de Levas

• También se conoce como "sensor de fase".
• Se usa para determinar el ciclo de trabajo en el que está el pistón (compresión o escape).
• Esta información sirve para:
  • Activar inyectores y bobinas individualmente.
  • Gestión de distribución variable.
  • Arranque rápido del vehículo (la UCE sabe qué cilindro está en compresión con solo media vuelta).
  • Informar a la UCE si falla el sensor de RPM (1 vuelta del árbol de levas = 2 del cigüeñal).

Avería del Sensor de Posición del Árbol de Levas

• El motor no arranca si el sensor falla. Si la avería ocurre en marcha, el vehículo sigue con el ciclo memorizado hasta la parada.
• Una vez parado, el motor no arrancará.

Tipos de Sensores de Posición del Árbol de Levas

– Sensor Hall – Sensor Hall diferencial

Sensor Hall (Árbol de levas)

• Similar al sensor de RPM de efecto Hall.
• Formado por un elemento Hall tras un imán permanente.
• Ubicado en la tapa de culata o distribución, mirando a una rueda pasiva de material ferromagnético con dientes especiales o ventanas laterales de igual anchura y diferente longitud.

Sensor Hall Diferencial

• Necesario para detectar la posición del árbol de levas con gran precisión.
• Consta de dos elementos Hall: uno detecta un diente y el otro, un hueco o ventana.
• Ventajas:
  • Mayor precisión que los sensores normales.
  • Mayor entrehierro.
  • Mejor compensación de la temperatura.

Sensor de Temperatura del Motor

• Informa a la UCE sobre la temperatura del motor en cada instante.
• Ubicado en la culata, la caja de distribución del líquido refrigerante o el bloque, siempre en contacto con el líquido refrigerante.

Constitución del Sensor de Temperatura del Motor

• Basado en resistencias eléctricas cuyo valor varía con la temperatura.
• Las más usadas son las de cerámica sinterizada (termistencias) por sus buenas propiedades de medición y fabricación económica.
• Alimentado por la UCE con 5V a través de un conector de plástico.

Tipos de Sonddas de Temperatura

• De coeficiente de temperatura negativo (NTC).
  • Resistencia inversamente proporcional a la temperatura (más temperatura, menos resistencia).
• De coeficiente de temperatura positivo (PTC).
  • Resistencia directamente proporcional a la temperatura (más temperatura, más resistencia).

Sensor de Temperatura del Aire de Admisión

• Complementa la información del sensor de caudal o masa de aire.
• La UCE determina con precisión la masa de aire aspirada, independientemente de su volumen o temperatura, dosificando la mezcla.
• Ubicado en el colector de admisión, integrado en el medidor de caudal/masa de aire o en el sensor de presión.
• Sonda NTC en contacto directo con el aire de admisión, alimentada con 5V por la UCE.

Funcionamiento del Sensor de Temperatura del Aire de Admisión

• Las variaciones de resistencia con la temperatura se convierten en una señal de tensión analógica enviada a la UCE.
• La UCE tiene una gráfica en memoria para comparar cada valor de resistencia con la temperatura del motor.

Sensor de Caudal o Masa de Aire

• La cantidad de aire aspirada define el estado de carga del motor.
• La masa de aire a medir está entre 400 y 1200 kg/h, dependiendo de la cilindrada.
• Ubicado entre el filtro de aire y el cuerpo de mariposa.
• Debe detectar los reflujos de aire para no medir lo mismo dos veces.
• La medición del aire aspirado debe realizarse en masa, no en volumen.

Tipos de Sensores de Caudal/Masa de Aire

• Medidor de caudal de aire por aleta sonda.
• Sensor de masa de aire por hilo caliente.
• Sensor de masa de aire por película caliente.

Medidor de Caudal de Aire por Aleta Sonda

• Usados en los primeros sistemas de inyección electrónica diésel.
• Un plato sonda móvil se movía en un conducto según circulaba el aire

Constitución do Medidores de Gaudal por Aleta Sonda

• Cuerpo de aleación ligera con conductos de entrada y salida de aire.
• Plato sonda en compuerta que cierra el conducto de aire.
• Compuerta de compensación formando 90º, para amortiguar las oscilaciones por pulsaciones de aire.
• Cursor con resistencias formando potenciómetro, montado en el extremo del eje.
• Muelle en espiral que mantiene la sonda cerrada en reposo.

Funcionamiento de Medidores de Gaudal por Aleta Sonda

• Con el motor parado, el muelle mantiene la sonda cerrada, impidiendo el paso de aire.
• Cuando el motor está en marcha, el aire aspirado vence el muelle, abriendo la compuerta (sonda).
• La sonda se abrirá más o menos dependiendo del flujo de aire que pase, moviendo el cursor giratorio sobre la pista de resistencias.
• El cursor transmite entonces una tensión eléctrica a la UCE , obteniendo la medida del caudal volumétrico aspirado por el motor.
• La sonda mide el flujo volumétrico del aire aspirado por el motor (m³/h).
• La masa volumétrica del aire de admisión varían con la temperatura o la altitud.
  • Es necesario un sensor de Tº de aire y otro barométrico.

Medidor de Caudal de Aire por Hilo Caliente

• Mide el flujo de masa de aire aspirado por el motor en kg/h.
• Insensible a las pulsaciones en el flujo de aire.
• No reconoce la dirección del flujo de aire (directo o inverso).
• Si por un hilo conductor se hace circular una corriente, el hilo se calienta por efecto Joule y alcanza una temperatura determinada.
• La rejilla evita remolinos generando un paso de aire uniforme-
• Se establece un equilibrio entre La potencia eléctrica = la potencia calorífica disipada
• La corriente eléctrica = masa de aire

Constitución de Medidores de Caudal de Aire por Hilo Caliente

• El sensor es un tubo cilíndrico hueco de plástico por el que circula el flujo de aire de admisión.
• Cuenta con una rejilla en la entrada para retener suciedad y evitar remolinos.
• Un hilo de platino y una resistencia sin calefacción se encuentran en su interior.

Funcionamiento de Medidores de Caudal de Aire por Hilo Caliente

• El aire que va hacia el motor primero pasa por la resistencia de compensación que mide su temperatura.
• Después pasa la resistencia calefactada (hilo de platino).
• La corriente de calefacción entonces genera una resistencia de medición de alta precisión.
• La señal de tensión es proporcional al flujo de masa de aire y se transmite a la UCE informando del caudal de masa de aire aspirado.

Auto mantenimiento de Medidores de Caudal de Aire por Hilo Caliente

• Para evitar que la suciedad afecte a la exactitud de la medición, la UCE alimenta el hilo a 1000°C durante 1 segundo tras parar el motor (efecto pirolisis).

Medidor de Caudal de Aire por Película Caliente

• Evolución del sensor de hilo caliente que usa el mismo principio térmico.
• Las resistencias de medición y regulación están sobre un sustrato o película de cerámica.
• Mide con gran precisión pero no detecta la dirección del flujo de aire.

Evoluciones posteriotes de Películas Calientes

• Sensor con detección de flujo inverso
• Sensor con señal por frecuencia

Sensor con Detección del Flujo Inverso

• Permite detectar la dirección del flujo de aire (directo o inverso).
• Resta el flujo de aire directo y el que circula en sentido inverso obteniendo mayor exactitud.

Sensor con Señal por Frecuencia

• Dispone de una electrónica integrada para transformar la señal de tensión en una de frecuencia, enviándola a la UCE.
• Elimina las interferencias que podrían afectar a la señal.-
• Las resistencias están conectadas a un circuito electrónico que alimenta eléctricamente la resistencia calefactada y regula su temperatura.
• La resistencia calefactada se conecta a un amplificador.
  • Mide la corriente eléctrica consumida
  • La transforma en señal de tensión para la UCE.
• El flujo de masa de aire aspirado a temperatura ambiente T.
• Pasa por un conducto de medición donde está montado el sensor.
• Funcionamiento básico*
• El sensor es alimentado desde la ECU.
  • La resistencia mide la diferencia de temperatura del aire.
• El circuito electrónico transforma las variaciones en una variable de tensión adaptada a la UCE.
• La masa de aire se calcula con esta señal.

Funcionamiento del sensor con detección de flujo inverso

• En motor parado se alimenta la resistencia calefactada hasta que alcanza Tº superior a la del ambiente.
• La Tº es medida por dos sensores.
• En motor en marcha el flujo de aire pasa primero por el sensor que mide la temperatura ambiente.
• Después entra en contacto con la resistencia calefactada elevando su temperatura.
• Despues pasa por el sensor situado midiendo la temperatura de salida.
• Permite detectar la dirección del flujo de flujo

Distinguiendo las direcciones del flujo de aire

• "Flujo directo."
  • El aire medido situado delante de la resistencia es menor al medido por el sensor trasero (temperatura ambiente + temperatura absorbida del calefactor). -el circuito electrónico mide así el flujo de masa de aire.
• "Flujo inverso."
  • El Flujo de masa de aire hacia atrás.
  • La temperatura trasera es mayot
• El circuito electrónico reconoce el flujo inverso y lo resta del flujo directo"

Constitución del medidor de Masa de Aire

• El sensor de medición está formado por una plaquita de cerámica con dos cortes longitudinales de separación sobre la que se montan las diferentes resistencias:
• Resistencia de platino calefactada.
  • Genera la señal de tensión representativa a la masa de aire medida,
• Resistencia de entrada:
  • mide la temperatura del aire del aspirado
• "Resistencia de verificación."
  • Mide su temperatura,
• Resistencia de salida.
  • Mide la temperatura del aire después de pasar por la resistencia

Funcionamiento del sensor con señal por frecuencia

• El circuito obtiene la señal de masa de aire aspirada.
  • Transforma tensión en señal de frecuencia y la envía a la UCE
  • A menor masa, menor frecuencia

Sensor de Presión en el Colector de Admisión

• Se conoce como sensor MAP.
• Mide la presión dentro del colector de admisión.
• En motores con sobrealimentación también se utiliza como sensor de presión de sobrealimentación.
• Informa a la UCE de la presión atmosférica (disminuye con la altitud).

Ubicación del Sensor de Presión en el Colector de Admisión

En la UCE, conectado al colector a través de una tubería. En el mismo colector de admisión. Detrás de la válvula de mariposa.

Constitución del sensor

• Formado por carcasa
• En su interior, hay una membrana en forma de campana. Consiste en resistencias piezorresistivas que varían su resistividad cuando se someten a tensión mecánica

Funcionamiento del sensor

• La presión absoluta del colector varía con el estado de carga.
• Es mínima en ralentí y aumenta conforme lo hace la carga)-
• La membrana se deforma y transmite la tensión a las resistencias.
• Estas resistencias varian su conductividad de manera proporcional
• Se envía una señal tratada de valor variable entre 0 y 5 voltios a la UCE.

Sensor de Posición de la Mariposa

• Mide la apertura de la válvula de mariposa.
• Si el de inyección no tiene sensor de aire, este suple la informacion
• La UCE usa esta señal para Conocer el estado carga (ralentí/parcial=plena carga)
• Emergencía si la UCE falla sensor de caudal
• Estratégia de aceleraciones, en ralentí , en calentamiento.
• Pueden ser Sensor de contacto Sensor doble con grafica proporcional Sensor doble con grafica opuesta

Información suministrada a UCE según sistema

• Sensor de contactos.
• Sensor de doble potenciómetro con gráfica proporcional.
• Sensor de doble potenciómetro con gráfica opuesta.

Sensor de Contactos

• Es el mas antiguo
• Informa a la UCE estados
• Ralentí
• Carga parcial
• Plena carga
• Este sistema usa una leva que acciona los distintos interruptores.

Sensor de Doble Potenciómetro y Gráfica Proporcional

• Tiene 2 potenciometros
• Se detecta con precisión la posición
• "La pistas tienen una relación tensiónes alta entre un rango angula de 0 a 23 grados.
• la otra grafica, en cambio hace seguimiento del angulo entre .15 y .88, y da un margen mas amplio.
• Si una de las pistas falla
• enciende avertía,

Sensor de Contactos

• El más antiguo envía tres señales.
• a trávés de 3 interuptores
  • Ralentí
  • Carga parcial -Plena carga.

Sensor con doble potenciómetro y gráfica opuesta

• Son mototizadas con un motor eléctrico.
• La señal puede utilizar la posicion .
• El 1º potenciómetro envía tensión 0,75 у 4,75V.
• 2º señal opuesta con valores entre 4,75 y 0.75 V"- Si hay alguna avería el siste,a usa uno para funcionar. Si fallan ambos, entra en un ralentí aceleradi

Sensor de Posición del Pedal del Acelerador

• Sistemas convencionales pedal de acelerador y mariposa unidos con un cable Bowden
• Ahora debido a nuevas funciores de asignadas a la UCE se hace necesario regular independiente la mariposa del posición
• Sirve a controlar Sistemas anticontaminación.Control de velocidad ESP ASR Hay sensores. Sensor doble potenciómetro Hall. Hall tiene ventaja .