Funcionamiento y Tipos de Sensores para la Gestión del Motor

Medición de la Masa de Aire para la Mezcla

Para regular la mezcla aire-combustible es necesario determinar la masa de aire aspirado por el motor. Existen métodos directos e indirectos para realizar esta medición:

Métodos Directos (Miden directamente la masa o volumen de aire)

• Caudalímetro de hilo caliente (MAF - Mide masa de aire)
• Caudalímetro de membrana caliente (Mide masa de aire)
• Caudalímetro de paleta (VAF - Mide volumen de aire)
• Caudalímetro tipo Karman (basado en ultrasonidos, mide frecuencia de vórtices)

Métodos Indirectos (Calculan la masa de aire a partir de otras magnitudes)

• Sensor de presión absoluta en el colector de admisión (MAP)
• Sensor de ángulo de mariposa (TPS)

Tipos de Caudalímetros y Sensores de Presión/Posición

Caudalímetro de Hilo Caliente (MAF - Mass Air Flow)

Mide directamente la cantidad de masa de aire que entra al motor. Utiliza un hilo de platino calentado eléctricamente a una temperatura constante; la cantidad de corriente necesaria para mantener esa temperatura (o el enfriamiento que sufre el hilo) es proporcional a la cantidad de masa de aire que pasa y lo enfría.

Ventajas: Tiempo de respuesta rápido y no introduce pérdidas de carga significativas en la admisión.

Inconvenientes: Es sensible a la suciedad y puede ser delicado.

Caudalímetro de Membrana Caliente

Funciona con un principio similar al de hilo caliente, pero utiliza una pequeña membrana o película cerámica sobre la que están integradas las resistencias de calentamiento y medición. Suele ser más robusto que el de hilo.

Caudalímetro de Paleta (VAF - Volume Air Flow)

Mide el volumen de aire que entra en el motor. Incorpora una paleta móvil en el conducto de admisión que es empujada por el flujo de aire contra la fuerza de un muelle de retorno. El ángulo de giro de la paleta es mayor cuanto mayor sea el flujo de aire. Un potenciómetro solidario a la paleta envía una señal eléctrica a la unidad de control (UCE) indicando la posición angular (y por tanto, el volumen de aire).

Ventajas: Es un sistema robusto y fiable.

Inconvenientes: Ocupa bastante espacio, introduce pérdidas de carga en la admisión debido a la obstrucción de la paleta y mide volumen, no masa (requiere corrección por temperatura y presión).

Caudalímetro Tipo Karman

Mide la frecuencia de las oscilaciones (remolinos o vórtices de Karman) generadas cuando el flujo de aire pasa por un obstáculo de forma específica dentro del caudalímetro. La frecuencia de estos vórtices es proporcional a la velocidad del aire (y por tanto al caudal volumétrico). La detección se realiza a menudo mediante emisores y receptores de ultrasonidos.

Sensor de Presión Absoluta (MAP - Manifold Absolute Pressure)

Mide la presión absoluta (no relativa a la atmosférica) dentro del colector de admisión. Esta presión es un indicador de la carga del motor. Conociendo la presión absoluta, la temperatura del aire de admisión (medida por un sensor IAT) y el régimen del motor (RPM), la UCE puede calcular la masa de aire aspirado utilizando mapas característicos del motor.

Sensor de Ángulo de Mariposa (TPS - Throttle Position Sensor)

Detecta la posición angular de la válvula de mariposa de gases y proporciona una señal eléctrica (normalmente voltaje) correspondiente a esa posición. Con esta señal, la centralita determina la demanda de carga del conductor (aceleración, deceleración, ralentí, plena carga) y ajusta parámetros como el tiempo de inyección y el avance del encendido. Existen varios tipos:

• Sistemas tipo interruptor: Solo informan de dos o tres posiciones clave: mariposa cerrada (ralentí) y/o mariposa totalmente abierta (plena carga).
• Sistemas continuos (potenciómetro o sin contacto): Informan a la centralita de la posición exacta de la mariposa en todo su recorrido angular, proporcionando una señal variable continua.

Sensores de Régimen y Posición del Cigüeñal (PMS)

Estos sensores son fundamentales para que la UCE conozca la velocidad de giro del motor (RPM - Revoluciones Por Minuto) y la posición angular exacta del cigüeñal, especialmente la referencia del Punto Muerto Superior (PMS) del cilindro nº1, para sincronizar con precisión la inyección de combustible y el instante de encendido.

Sensor Inductivo

Consta de un imán permanente y una bobina arrollada alrededor de un núcleo ferromagnético. Se monta frente a una rueda fónica (rueda dentada solidaria al cigüeñal o, a veces, al volante motor). Al girar la rueda, el paso de cada diente frente al sensor provoca una variación del campo magnético, induciendo una tensión alterna sinusoidal en la bobina. La frecuencia de esta señal indica las RPM, y un diente faltante o diferente en la rueda fónica sirve como referencia para el PMS. El voltaje de la señal depende de la velocidad de giro y de la distancia (entrehierro) entre el sensor y los dientes.

Sensor de Efecto Hall

Utiliza un elemento semiconductor (sensor Hall) por el que circula una corriente constante. Cuando este elemento se expone a un campo magnético perpendicular (generado por imanes en la rueda fónica o por el paso de dientes/ventanas de una rueda de acero frente a un imán fijo en el sensor), se genera una tensión transversal (tensión Hall). Esto produce una señal digital (onda cuadrada) muy clara, cuya frecuencia indica las RPM y los flancos definen la posición angular. La amplitud de la señal no depende de la velocidad de giro.

Sensores de Temperatura

Miden la temperatura en puntos clave del motor para que la UCE pueda realizar correcciones en la gestión, especialmente en la riqueza de la mezcla y el control del ralentí.

Sensor de Temperatura del Aire de Admisión (IAT - Intake Air Temperature)

Generalmente es un termistor tipo NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo), ubicado en el conducto de admisión. Su resistencia eléctrica disminuye a medida que aumenta la temperatura del aire que entra al motor. La UCE aplica una tensión de referencia (usualmente 5V) a través de una resistencia fija y mide la caída de tensión en el termistor para calcular la temperatura del aire, dato crucial para determinar su densidad.

Sensor de Temperatura del Líquido Refrigerante (ECT - Engine Coolant Temperature / CTS - Coolant Temperature Sensor)

También suele ser un termistor NTC, sumergido en el circuito de refrigeración para medir la temperatura del motor. Es un sensor vital, ya que informa a la UCE si el motor está frío, en fase de calentamiento o a temperatura de régimen. Con esta información, la UCE ajusta el tiempo de inyección (enriqueciendo la mezcla en frío), la velocidad de ralentí, el avance de encendido y la activación de los electroventiladores.

Sensor de Detonación (Picado - Knock Sensor)

Es un sensor piezoeléctrico, normalmente atornillado al bloque motor, diseñado para detectar las vibraciones de alta frecuencia características de una combustión anómala por detonación (autoencendido prematuro de la mezcla, conocido como "picado"). Esto puede ocurrir por usar combustible de bajo octanaje, excesivo avance de encendido, alta temperatura, etc. Cuando la UCE detecta la señal de picado, actúa inmediatamente para proteger el motor, generalmente retrasando momentáneamente el ángulo de avance del encendido hasta que cesa la detonación, y a veces también enriqueciendo ligeramente la mezcla.

Sensor de Fase (Sensor de Posición del Árbol de Levas - CMP - Camshaft Position Sensor)

Se utiliza principalmente en sistemas de inyección de combustible secuencial (donde cada inyector pulveriza justo antes de que abra la válvula de admisión de su cilindro) y en sistemas de encendido sin distribuidor (DIS). Este sensor permite a la UCE identificar en qué fase del ciclo de cuatro tiempos se encuentra cada cilindro (específicamente, distinguir entre la carrera de compresión/explosión y la de admisión/escape, ya que el cigüeñal da dos vueltas por cada ciclo completo). Reconoce la posición del árbol de levas, a menudo identificando cuándo el cilindro nº1 está iniciando su carrera de admisión. Suele ser de tipo inductivo o de efecto Hall, leyendo una rueda fónica o leva en el árbol de levas.

Sensores Anticontaminación

Sonda Lambda (Sensor de Oxígeno - O2 Sensor)

Está situada en el sistema de escape, típicamente antes del catalizador (sonda de regulación) y a veces también después del catalizador (sonda de diagnóstico). Su función es medir la concentración de oxígeno residual en los gases de escape. Esta medida informa a la UCE sobre la relación aire/combustible real con la que se ha producido la combustión en los cilindros (mezcla rica = poco O2; mezcla pobre = mucho O2). La UCE utiliza esta información en un bucle cerrado (closed loop) para ajustar finamente el tiempo de inyección y mantener la mezcla lo más cerca posible de la relación estequiométrica ideal (Lambda = 1), condición necesaria para la máxima eficiencia del catalizador de tres vías en la reducción de emisiones contaminantes (CO, HC, NOx).

Reguladores de Ralentí

Son actuadores, no sensores, cuya función es controlar la cantidad de aire que entra al motor cuando la mariposa de gases está cerrada (pedal de acelerador suelto), para mantener un régimen de giro estable (ralentí) y ajustarlo según las condiciones (motor frío, aire acondicionado conectado, etc.).

Actuador de Aire Adicional / Válvula de Control de Ralentí (IAC - Idle Air Control Valve / ISCV - Idle Speed Control Valve)

La función principal de estos dispositivos es controlar las RPM del motor al ralentí. Se encargan de suministrar una cantidad controlada de aire que 'by-passa' la mariposa cerrada. Esto es esencial para el arranque en frío (se necesita más aire y combustible) y para mantener un ralentí estable durante la fase de calentamiento y bajo diferentes cargas accesorias. Existen varios tipos constructivos:

• Válvula de aire adicional termostática: Modelos más antiguos, usan un elemento bimetálico o de cera que abre un paso de aire en frío y lo cierra gradualmente al calentarse. No son controladas activamente por la UCE.
• Actuador de ralentí electromagnético (solenoide rotativo o lineal): Controlado por la UCE mediante señales eléctricas (a menudo PWM - Modulación por Ancho de Pulsos) para regular con precisión el paso de aire.
• Motor paso a paso: La UCE controla la posición exacta de una válvula mediante impulsos eléctricos enviados a un motor paso a paso, permitiendo un control muy preciso del caudal de aire.
• Motor de corriente continua con control de posición: Similar a un motor DC normal, pero con un sistema (a veces un potenciómetro) que informa a la UCE de la posición de la válvula.