¿Cuál es la función del sensor del cigüeñal del vehículo?
El sensor del cigüeñal (también conocido como sensor de velocidad del motor) es el sensor principal del sistema de control electrónico del motor. Se utiliza principalmente para detectar la posición del cigüeñal, la posición del pistón (punto muerto superior) y la velocidad del motor, y transmite señales a la ECU para controlar el encendido y la sincronización de la inyección de combustible. Este sensor suele instalarse en la parte delantera del cigüeñal, en la parte delantera del árbol de levas, en el volante o en el distribuidor. Debe funcionar en conjunto con el sensor de posición del árbol de levas.
Según su principio de funcionamiento, se puede clasificar en tres tipos: tipo de pulso magnético, tipo Hall y tipo fotoeléctrico: El tipo de pulso magnético genera una señal sinusoidal al activar un cambio de campo magnético a través de un disco de señal. El tipo Hall emite una señal de onda cuadrada mediante una lámina de activación. El tipo fotoeléctrico genera un voltaje de pulso mediante la transmisión de un orificio de luz. El tipo Hall requiere una fuente de alimentación externa de 5 V, y el tipo fotoeléctrico es susceptible a la degradación de la precisión de la señal debido a la contaminación por aceite. Las fallas típicas incluyen interferencia de señal causada por cableado envejecido y dificultad de arranque debido a un sensor sucio. Las situaciones anormales pueden activar la luz de falla del motor y causar potencia insuficiente o la imposibilidad de arrancar. La ruta de la tecnología moderna muestra una tendencia evolutiva de señales analógicas a detección digital.
Principio de detección del sensor de posición del cigüeñal de tipo impulso magnético
Sensor de posición del cigüeñal de tipo impulso magnético de la compañía Nissan
Este sensor de posición del cigüeñal se instala detrás de la polea, en el extremo delantero del cigüeñal. En el extremo posterior de la polea, hay un disco circular delgado con dientes finos (utilizado para generar señales, denominado disco de señal), que se instala junto con la polea del cigüeñal y gira con este. En el borde exterior del disco de señal, hay un diente cada 4° a lo largo de la circunferencia. Hay un total de 90 dientes, y se disponen 3 protuberancias cada 120°, sumando un total de 3. La caja del sensor instalada en el borde del disco de señal es un generador de señal que produce una señal eléctrica. El generador de señal tiene 3 cabezales magnéticos enrollados alrededor del imán permanente en la bobina de inducción, donde el cabezal magnético ② genera una señal de 120°, y los cabezales magnéticos ① y ③ generan conjuntamente una señal de ángulo del cigüeñal de 1°. El cabezal magnético ② apunta hacia la protuberancia de 120° del disco de señal, mientras que los cabezales magnéticos ① y ③ apuntan hacia el anillo dentado del disco de señal, con una diferencia de fase respecto al ángulo del cigüeñal. El generador de señal cuenta con circuitos de amplificación y conformación de señal, y un conector externo de cuatro orificios. El orificio "1" corresponde a la línea de salida de señal de 120°, el orificio "2" a la línea de alimentación del circuito de amplificación y conformación de señal, el orificio "3" a la línea de salida de señal de 1° y el orificio "4" a la línea de tierra. A través de este conector, la señal generada por el sensor de posición del cigüeñal se transmite a la ECU.
Cuando el motor gira, los dientes y las protuberancias del disco de señal provocan un cambio en el campo magnético que atraviesa la bobina de inducción, generando así una fuerza electromotriz alterna en dicha bobina. Tras filtrar y conformar la señal, esta se convierte en una señal de pulso. Después de una rotación del motor, el cabezal magnético ② genera tres señales de pulso de 120°, y los cabezales magnéticos ① y ③ generan cada uno 90 señales de pulso (alternas). Dado que los cabezales magnéticos ① y ③ están instalados con un intervalo de 3° en el ángulo del cigüeñal y generan una señal de pulso cada 4°, la diferencia de fase entre las señales de pulso generadas por los cabezales magnéticos ① y ③ es exactamente de 90°. Estas dos señales de pulso se envían al circuito de amplificación y conformación de señal para su síntesis, generando así una señal de 1° en el ángulo del cigüeñal.
El cabezal magnético ② que genera la señal de 120° está instalado a 70° antes del punto muerto superior, por lo que su señal también puede llamarse señal de 70° antes del punto muerto superior, es decir, durante el funcionamiento del motor, el cabezal magnético ② genera una señal de pulso en el punto muerto superior de cada cilindro.
Sensor de posición del cigüeñal de tipo pulso magnético de la compañía Toyota
El sistema TCCS de Toyota instala un sensor de posición del cigüeñal de tipo pulso magnético en el distribuidor. El sensor se divide en una parte superior e inferior: la parte superior genera la señal G y la parte inferior la señal Ne. Ambas utilizan un rotor con dientes que giran para provocar un cambio en el flujo magnético de la bobina de inducción del generador de señales, generando así una fuerza electromotriz inducida alterna en la bobina de inducción, la cual se amplifica y se envía a la ECU.
La señal Ne es la señal para detectar el ángulo del cigüeñal y la velocidad del motor, equivalente a la señal de 1° del sensor de posición del cigüeñal de tipo impulso magnético de Nissan. Esta señal se genera mediante un rotor (rotor de sincronización N0.2) fijado en la parte inferior con 24 dientes espaciados uniformemente y una bobina sensora adyacente.
Cuando el rotor gira, el espacio de aire entre los dientes y la brida (cabezal magnético) de la bobina sensora cambia, lo que provoca una variación en el campo magnético que la atraviesa y genera una fuerza electromotriz inducida. Al acercarse y alejarse los dientes del cabezal magnético, se produce un aumento y una disminución del flujo magnético, de modo que cada diente genera una señal de voltaje CA completa en la bobina sensora al pasar por el cabezal magnético. El rotor de sincronización N0.2 tiene 24 dientes, por lo que cuando el rotor gira un círculo completo (es decir, el cigüeñal gira 720°), la bobina sensora genera 24 señales de voltaje CA. Un pulso de la señal Ne en un ciclo equivale a 30° de rotación del cigüeñal (720° ÷ 24 = 30°). Se logra una detección de ángulo más precisa dividiendo el tiempo de rotación de 30° por la ECU en 30 partes iguales, generando así una señal de rotación del cigüeñal de 1°. De forma similar, la ECU mide la velocidad del motor en función del tiempo transcurrido entre dos pulsos de la señal Ne (60° de rotación del cigüeñal). La señal G se utiliza para identificar los cilindros y detectar el punto muerto superior del pistón, equivalente a la señal de 120° del sensor de posición del cigüeñal de impulsos magnéticos de Nissan. La señal G se genera mediante un rotor con brida (rotor de sincronización n.° 1) situado sobre el generador Ne y sus dos bobinas sensoras simétricas (bobina sensora G1 y bobina sensora G2). El principio de generación de la señal es el mismo que el de la señal Ne. La señal G también se utiliza como señal de referencia para calcular el ángulo del cigüeñal.
Las señales G1 y G2 detectan respectivamente el punto muerto superior del sexto cilindro y del primer cilindro. Debido a la posición del generador de señales G1 y G2, cuando se generan dichas señales, el pistón no se encuentra exactamente en el punto muerto superior (PMS), sino en una posición 10° antes del punto muerto superior.
Detección del sensor de posición del cigüeñal por pulso magnético
Para ilustrar su método de detección, tomemos como ejemplo el sensor de posición del cigüeñal por impulsos magnéticos utilizado en el sistema de control electrónico del motor 2JZ-GE del sedán Crown 3.0.
Comprobación de la resistencia del sensor de posición del cigüeñal.
Apague el interruptor de encendido, desconecte el conector del sensor de posición del cigüeñal y mida la resistencia entre los terminales del sensor con un multímetro (Tabla 1). Si la resistencia no se encuentra dentro del rango especificado, deberá reemplazarse el sensor de posición del cigüeñal.
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