banco de pruebas para ecu corsa 1.3-1.4-1.8
TRANSCRIPT
I
UNIVERSIDAD TECNOLÒGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ
FABRICACION DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA ECU DE
CHEVROLET CORSA 1.3, 1.4, 1.6.
TRABAJO PREVIA LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERIO
AUTOMOTRIZ
GUIDO ANDRÉS MERINO SANDOVAL
DIRECTOR DE TESIS: ING. DIEGO WLADIMIR LOPEZ
Quito, Febrero, 2012
II
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 20XX
Reservados todos los derechos de reproducción
III
DECLARACIÓN
Yo GUIDO ANDRES MERINO SANDOVAL, declaro que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para
ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
_________________________
Guido Andrés Merino Sandoval
C.I. 1721497855
IV
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “FABRICACION DE UN
BANCO DE PRUEBAS PARA ECU DE CHEVROLET CORSA 1.3, 1.4,
1.6.”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado
por Guido Andrés Merino Sandoval, bajo mi dirección y supervisión, en la
Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones
requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25
___________________
Diego Wladimir López
DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I.1711362242
V
DEDICATORIA
Con profundo amor, afecto y gratitud, el presente trabajo y en si todo el
sacrificio y esfuerzo puesto en este proyecto, se lo dedico a mis padres;
quienes han sido el pilar y la fuente que me ha impulsado a iniciar un
proceso educativo lleno de esperanza, metas e ilusiones.
Guido Andrés Merino Sandoval
VI
AGRADECIMIENTO
A Dios por haber dado la vida y la oportunidad de culminar con mis
metas propuestas, conocimiento, salud y fuerza para adelante en los
momentos más difíciles, por haber sido mi alimento espiritual y el motor que
me ha impulsado a seguir a adelante.
De manera muy especial expreso mi más profundo agradecimiento al
Ing. Diego López, Director de Tesis quien con su predisposición y
amabilidad, sin escatimar tiempo y esfuerzo ha proporcionado su
incondicional colaboración en la elaboración de este proyecto, aportando con
sus valiosos conocimientos profesionales y académicos.
A la Universidad Tecnológica Equinoccial, por haber dado la
oportunidad de educarme y formarme profesionalmente en sus aulas, las
mismas que han sido el templo del saber a lo largo de mi vida universitaria.
De manera general a todas las personas que contribuyeron en mi
formación humana, académica y profesional; que a su vez colaboraron
desinteresadamente en la elaboración del presente proyecto.
Guido Andrés Merino Sandoval
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÀGINA
RESUMEN VII
CAPÍTULO I 1
1. INTRODUCCION 1
1.1. ANTECEDENTES 1
1.2. MISIÓN 8
1.3. VISIÓN 8
1.4. PROCESOS ACTUALES 8
1.5. JUSTIFICACIÓN 9
1.6. ALCANCES 10
1.7. OBJETIVOS 11
1.7.1. Objetivo General 11
1.7.2. Objetivos Específicos 11
1.8. IDEA A DEFINIR 12
1.9. METODOLOGÍA 12
1.9.1. Diseño y Tipo De Investigación 12
1.9.2. Métodos de Investigación 13
1.9.3. Técnicas De Investigación 13
1.9.4. Análisis De Datos 13
CAPÍTULO II 15
2. MARCO TEÓRICO 15
2.1. PRINCIPIOS BÁSICOS 15
2.1.1. Corriente Continua, Pulsante y Alterna 15
2.1.1.1. Corriente Continua (DC) 15
2.1.1.2. Corriente Pulsante 15
2.1.1.3. Corriente Alterna (AC) 16
2.1.1.4. Corriente Directa Pulsante 16
2.1.2. Formas De Onda Con Osciloscopio 17
2.1.2.1. Ondas Senoidales 17
2.1.2.2. Ondas Cuadradas Y Rectangulares 17
2.2. COMPONENTES ELÉCTRICOS BÁSICOS 18
2.2.1. Resistencias 18
2.2.1.1. Resistencias Eléctricas 18
2.2.1.2. Resistencias Químicas 19
2.2.2. Condensadores 21
2.2.3. Regulador De Tensión 28
2.2.4. Micro Controlador DS Pic 4013 30
2.2.4.1. Datasheet dsPIC30F4013 32
2.2.4.2. Master Clear 34
2.2.5. Oscilador 35
2.2.5.1. Oscilador electrónico 35
2.2.5.2. Funcionamiento Del Circuito 35
2.2.6. Diodo 36
2.2.6.1. Diodo Rectificador 38
2.2.7. Diodo Zener 40
2.2.7.1. Efecto Zener 40
2.2.7.2. Funcionamiento 41
2.2.8. Transistores 42
2.2.8.1. Funcionamiento Del Transistor 43
2.2.8.2. Polarización Del Transistor 44
2.2.8.3. Tipos de transistor y simbología 44
2.2.8.4. Transistor Tipo Darlington 45
2.3. DESCRIPCIÓN DE SENSORES 48
2.3.1. Sensor TPS Posición de Mariposa de Aceleración 50
2.3.2. Sensor MAF Sensor De Flujo De Aire 52
2.3.3. Sensor MAP Sensor De Presión 54
2.3.4. Sensor O2 Sensor De Oxigeno 55
2.3.5. Sensor ECT Sensor De Temperatura Del Liquido
Refrigerante 58
2.3.6. Sensor IAT, Sensor De Temperatura Del Aire De
Admisión 60
2.3.6.1. Circuito NTC y PTC 62
2.3.7. Sensor CKP Sensores de Posición del Cigüeñal 63
CAPÍTULO III 6
3. DISEÑO Y DESARROLLO 67
3.1. DIAGRAMA ELECTRÓNICO ECU CORSA 67
3.2. SIMULACIÓN DE SENSORES 71
3.3. SALIDA DE ACTUADORES 75
3.4. DISEÑO DE FUENTE DE ALIMENTACIÓN 76
3.5. GENERADOR DE ONDA HALL 78
3.6. GENERADOR DE ONDA INDUCTIVA SENSOR CKP 81
3.7. DISEÑO EN PROTEUS DEL BANCO DE PRUEBAS 82
3.8. DISEÑO DE PLACA DE IMPRESIÓN 86
3.8.1. Proceso 87
3.9. LISTA DE COMPONENTES 92
3.10. PROCESO DE ARMADO DEL BANCO DE PRUEBAS 94
CAPÍTULO IV 99
4. MANUAL DE USO Y MEDICIONES 99
4.1. ALIMENTACIÓN 100
4.2. EMULACIÓN DE SENSORES 100
4.2.1. Emulador De TPS 100
4.2.2. Emulador De Sensor De Temperatura 100
4.2.3. Emulador De Sensor MAP 100
4.2.4. Emulador De Sonda Lambda 101
4.3. SECUENCIA DE PRUEBAS 101
4.3.1. Emulador De TPS 101
4.3.2. Emulador De Sensor De Temperatura 102
4.3.3. Emulador De MAP 103
4.3.4. Emulador de Sensor de Oxígeno (Sonda Lambda) 105
4.3.5. Emulador de Sensores Hall 106
CAPÍTULO V 107
5. ANALISIS DE MÓDULOS 107
5.1. Partes Del Módulo Electrónico De Control ECU 107
5.1.1. Circuito de alimentación o fuente 107
5.1.2. Circuitos de Control 109
5.1.3. Procesamiento de Datos 110
CAPÍTULO VI 112
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 112
6.1. Conclusiones 112
6.2. Recomendaciones 113
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Código de colores de resistencias 21
Tabla 2. Codificación de colores condensadores 26
Tabla 3. Datasheet dsPIC30F4013 33
Tabla 5. Valores de Temperatura / Resistencia 58
Tabla 6. Funcionamiento del sensor de temperatura 59
Tabla 8. Valores medidos Resistencia/ Temperatura 103
Tabla 9. Medición De Sensor MAP Vacio/ Hertz 104
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Señales Senoidales 17
Figura 2. Ondas cuadradas y rectangulares 18
Figura 3. Código de colores de resistencias 20
Figura 4. Condensadores 22
Figura 5. Tipo de condensadores 23
Figura 6. Identificación De Los Valores De Los Condensadores 25
Figura 7. Codificación mediante letras condensadores 27
Figura 8. Ejemplo Condensador 27
Figura 9. Condensador cerámico 28
Figura 10. Circuito regulador 5V. 29
Figura 11. Circuito regulador 5V con filtrado. 29
Figura 12. Circuito regulador 5V. con conexión a 220V 30
Figura 13. Datasheet dsPIC30F4013 31
Figura 14. Pines de programación 30F4013 31
Figura 15. Pin de RESET 34
Figura 16. Oscilador 35
Figura 17. Símbolo y curva característica tensión-corriente del diodo 36
Figura 18. Ejemplo práctico del funcionamiento del Diodo 37
Figura 19. Ejemplo del funcionamiento del diodo 38
Figura 20. Diodo rectificador 39
Figura 21. Símbolo de diodo zener 41
Figura 22. Curva característica de un diodo zener 41
Figura 23. Transistor 43
Figura 24. Tipos de transistor y simbología 44
Figura 25. Transistor Tipo Darlington 46
Figura 26. Transistor TIP 120 47
Figura 27. Sensores y actuadores 49
Figura 28. Cuerpo de mariposa de aceleración 50
Figura 29. Esquema del funcionamiento del TPS 51
Figura 30. Esquema del funcionamiento del TPD de 4 cables 51
Figura 31. TPS de 4 cables con interruptor de 4 cables 52
Figura 32. Sensor MAF sensor de flujo de aire 52
Figura 33. Sensor MAF de 4 cables con IAT 53
Figura 34. Sensor MAP 54
Figura 35. Sensor de oxigeno 55
Figura 36. Reacción química sensor de oxigeno 56
Figura 37. Sensor de temperatura del líquido refrigerante 58
Figura 38. Variación de la resistencia / temperatura 59
Figura 39. Circuito del sensor IAT 60
Figura 40. Sensor de temperatura 61
Figura 41. Medición de resistencia 63
Figura 42. Medición de voltaje 63
Figura 43. Sensor CKP 64
Figura 44. Grafica del osciloscopio del funcionamiento del CKP 64
Figura 45. Señal sensor CKP tipo inductivo 65
Figura 46. Señal sensor CKP tipo inductivo 65
Figura 47. Sensor CKP inductivo con recubrimiento aislante 66
Figura 48. Sensor tipo hall 66
Figura 49. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 1/4 68
Figura 50. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 2/4 69
Figura 51. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 3/4 70
Figura 52. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 4/4 71
Figura 53. Simulación de sensores mediante potenciómetros 73
Figura 54. Simulador TPD con potenciómetro de 5K 74
Figura 55. Señal del TPS en el osciloscopio 74
Figura 56. Simulación del funcionamiento del inyector/ bobina 75
Figura 57. Circuito diseñado en PROTEUS del la
simulación de actuadores 76
Figura 58. Circuito diseñado en PROTEUS de la fuente
de alimentación 78
Figura 59. Diseño en PROTEUS del banco de pruebas 82
Figura 60. Librería de componentes 83
Figura 61. Desarrollo en proteus del banco de pruebas 85
Figura 62. Diseño para la impresión de la placa 86
Figura 63. Proceso de impresión 87
Figura 64. Impresión del diseño de la placa en papel 88
Figura 65. Proceso de impresión en la baquelita 89
Figura 66. Proceso de calentamiento de la baquelita 90
Figura 67. Limpieza de la placa 91
Figura 68. Proceso químico de cloruro férrico 91
Figura 69. Perforación de los orificios para los componentes 95
Figura 70. Perforación y soldadura de componentes 96
Figura 71. Potenciómetros con soldadura 97
Figura 72. Soldadura de resistencias y condensadores 97
Figura 73. Suelda de potenciómetros 98
Figura 74. Sensor De Oxigeno 106
Figura 75. Fotografía de un circuito fuente 108
Figura 76. Circuito de control de bobinas 109
Figura 77. Elementos del circuito procesador 111
VII
RESUMEN
El siguiente proyecto de tesis con el tema: ¨Fabricación de un banco de
pruebas para ECU de Chevrolet Corsa 1.3, 1.4, 1.6 para la formación
académica automotriz.
La finalidad es permitir desarrollar prácticas reales que ayuden a los
estudiantes y docentes conocer el funcionamiento del sistema de inyección
electrónica y diagnosticar fallas del mismo.
Facilitará a los docentes enseñar la parte electrónica del sistema de inyección.
El desarrollo del banco de pruebas funcional se lo realizó, en primera
instancia, analizando las necesidades actuales de los estudiantes que no
tienen un banco de pruebas donde desarrollar las enseñanzas profesionales d
dadas por los docentes ya que es una herramienta de aprendizaje escasa en
nuestro medio educativo.
Para la construcción del banco de pruebas se analizó y se estableció un
esquema electrónico de los sensores que permiten el funcionamiento del
sistema de inyección MULTEC MPFI perteneciente al Chevrolet Corsa 1.3, 1.4,
1.6, que se utilizó para programar y diseñar las señales de algunos de los
sensores con lo que podrán los estudiantes visualizar tanto las variaciones de
voltaje como las variaciones de las magnitudes como la temperatura del
refrigerante , la presión dentro del múltiple de admisión.
Para adquirir los datos de algunos de los sensores se realizó mediante el
scanner y el osciloscopio, obteniendo mediciones en tiempo real.
La aplicación del banco de pruebas permitirá visualizar gráficamente y
digitalmente las variaciones de las magnitudes, generar fallas ,visualizar,
arrancar al módulo de control fuera del vehículo y ver las diferentes cartas de
diagnósticos de cada falla generada con sus respectivos diagramas eléctricos y
pasos a seguir, adicionalmente tiene un conector OBDI donde podrán conectar
VIII
un escáner de diagnostico para facilitar la manipulación de las líneas de los
diferentes cables como también conectar un osciloscopio.
Se instalaron cables en paralelo con terminales para una pronta conexión,
El banco está diseñado específicamente para la aplicación didáctica.
IX
1
CAPÍTULO I
1. INTRODUCCIÓN
1.1. ANTECEDENTES
La historia de la inyección de combustible se remonta al siglo XIX.
N.A. Otto y J.J.E. Lenoir presentaron motores de combustión interna en la
Feria Mundial de París de 1867. En 1875, Wilhelm Maybach de Deutz fue el
primero en convertir un motor de gas para funcionar con gasolina.
Hacia finales del siglo, Maybach, Carl Benz y otros, habían desarrollado un
alto nivel de desarrollo en la tecnología del carburador. Se había
desarrollado el carburador de chorro de rocío controlado por un flotador.
En fecha tan lejana como 1883, junto con los que trabajaban en los
carburadores, otros estaban experimentando con la inyección de
combustible rudimentaria. Edward Butler, Deutz y otros desarrollaron
sistemas precursores de inyección de combustible. La inyección del
combustible a gasolina realmente tomó vuelo por medio de la aviación. La
inyección de combustible jugó un papel importante desde el principio en el
desarrollo de la aviación práctica.
En 1.903, el avión de Wright utilizó un motor de 28HP con inyección de
combustible. En la Europa, anterior a la primera guerra mundial, la industria
de la aviación comprobó las ventajas obvias de la inyección de combustible.
Los carburadores de los aviones son propensos a congelarse durante los
cambios de altitud, limitando la potencia disponible, cosa que no sucede con
la inyección de combustible. Las cubas del flotador del carburador son
propensas a derramarse y a incendiarse durante todo lo que no sea vuelo
normal controlado y nivelado; eso no sucede con la inyección de
2
combustible. La primera guerra mundial trajo consigo, sin embargo, un
énfasis en el incremento en los costos por rapidez y desarrollo. El desarrollo
de los carburadores se impuso y la inyección de combustible quedó
relegada.
La prosperidad de la posguerra en los veintes trajo consigo la renovación de
cierto interés acerca del desarrollo da la inyección de combustible. A
mediados de los años veinte, Stromberg presentó un carburador sin flotador
para aplicaciones en aeronaves, que es el predecesor de los sistemas
actuales.
Bosch se proyectó hacia la evolución de la inyección de combustible en la
rama de la aviación. En esos primeros sistemas Bosch usaba inyección
directa, que rociaban el combustible a gran presión dentro de la cámara de
combustión, tal como lo hace el sistema de inyección diesel. De hecho la
bomba de inyección que usó Bosch para esos sistemas, fue una bomba que
se modificó en la inyección de diesel.
Durante la segunda guerra mundial la inyección de combustible dominó los
cielos. Ya avanzada la guerra, Continental empleó un sistema de inyección
de combustible que diseñó la compañía de carburadores SU de Inglaterra.
Tal sistema lo construyó en los EUA la Simmonds Aerocessories en el motor
enfriado por aire Simmonds, desarrollado para usarse en el tanque Patton.
Ottavio Fuscaldo fue el primero en incorporar en 1940 un solenoide eléctrico
para controlar el flujo del combustible hacia el motor.Esto llevó a la industria
automotriz hacia la moderna inyección electrónica de combustible.
Después de la segunda guerra mundial la inyección de combustible tocó
tierra. Con la investigación y el desarrollo de la industria aérea cambiados de
la inyección de combustible a los motores de chorro, los adelantos que se
originaron en la guerra parecían destinados al olvido. Entonces, en 1949, un
3
auto equipado con inyección de combustible, Offenhauser participó en la
carrera de Indianápolis 500.
El sistema de inyección lo diseñó Stuart Hilborn y utilizazó inyección directa,
en la cual el combustible inyectaba en el múltiple de admisión justamente
delante de la válvula de admisión,era como tener un sistema de inyección
regulado para cada cilindro. Podría también compararse con el sistema K-
Jetronic de Bosch usado en los VW; Rabbit, Audi 5000, Volvo y otros, en que
el combustible no era expulsado en la lumbrera de admisión sino rociado
continuamente, a lo que se nombró inyección de flujo constante.
Chevrolet presentó en 1957 el primer motor con inyección de combustible de
producción en masa en el Corvette. Basándose básicamente en el diseño de
Hilborn, el sistema de inyección de combustible Rochester Ramjet la
Chevrolet lo usó en 1957 y 58, y Pontiac en el Bonneville en 1957. El
sistema Ramjet utilizaba una bomba de alta presión para llevar el
combustible desde el tanque hasta los inyectores, que lo rociaban
continuamente adelante de la válvula de admisión. Un diafragma de control
monitoreaba la presión del múltiple de admisión y la carga del motor. El
diagrama, a su vez, se conectaba a una palanca que controlaba la posición
de un émbolo para operar una válvula. Un cambio en la posición de la
válvula operada por el émbolo cambiaba la cantidad de combustible
desviado de regreso hacia el depósito de la bomba y alejado de los
inyectores. Esto alteraba la relación aire / combustible para satisfacer la
necesidades del motor.
Este sistema tenía el problema de la falta de compresión por parte de los
responsables de su mantenimiento diario. Como resultado, Chevrolet y
Pontiac lo suprimieron en su lista de opciones en 1959.
Al mismo tiempo que el sistema Ramjet se desarrollaba, evolucionó el
sistema de inyección electrónico de combustible (EFI) el cual tenía como fin
la producción en masa. El trabajo de diseño para esos sistemas comenzó en
4
1952 en la Eclipse Machine, división de la corporación Bendix, y en 1961 se
patentó como el sistema Bendix Electrojector. Casi simultáneamente, al EFI
se le declaró como un proyecto muerto por la gerencia de la Bendix y se
archivó.
Aunque el sistema Electrojector en sí nunca llegó a la producción en masa,
fue el antecesor de, prácticamente, todos los sistemas modernos de
inyección de combustible. Cuando la Bendix descartó al EFI en 1961, el
interés renació hasta 1966 en que la compañía comenzó a otorgar permisos
de patentes a Bosch.
La VW presentó en 1968 el sistema D-Jetronic de Bosch en el mercado de
los Estados Unidos en sus modelos tipo 3.
Al principio de los setentas el sistema D-Jetronic se usó en varias
aplicaciones europeas, incluyendo SAAB, Volvo y Mercedes aunque los
encargados de dar servicio al sistema no comprendían totalmente cómo
funcionaba, el D-Jetronic persistió y los procedimientos de servicio y
diagnóstico del EFI se expusieron a los mecánicos de los Estados Unidos. A
despecho de su uso extendido en las importaciones Europeas, este sistema
fue considerado por la industria de reparación de autos como un fiasco.
Cadillac introdujo el primer sistema EFI de producción en masa en
Septiembre de 1975. Era equipo estándar en el modelo Cadillac Seville de
1976. El sistema se desarrolló por medio de un esfuerzo conjunto de Bendix,
Bosch y la General Motors (GM). Tenía un gran parecido con el sistema D-
Jetronic de Bosch. Por este tiempo se habían desarrollado métodos
sistematizados de localización de fallas como ayuda en el servicio y
reparación de la inyección de combustible.
El sistema Cadillac-Bendix se usó hasta la introducción de la siguiente
mejora tecnológica de la inyección de combustible, la computadora digital.
Cadillac presentó un sistema de inyección digital de combustible en 1980.
5
Por simplicidad, era un sistema de dos inyectores. Para la Bendix, la idea del
control digital de la inyección de combustible se remonta a sus patentes de
1970, 71 y 73. Los beneficios de la computadora digital incluyen un control
más preciso de los inyectores más la habilidad de la computadora de
controlar una gran variedad de sistemas de apoyo del motor. Con el uso de
una computadora digital, el tiempo de ignición, la regulación del ralentí, el
avance o retraso de la chispa de encendido, y una gran variedad de
aspectos relacionados con la emisión, podían controlarse con un solo
módulo de control compacto.
En 1965 la inyección de combustible Hilborn se le adaptó al Ford con motor
V-8 de cuatro levas, desarrollado para autos Indy. Un motor Lotus de cuatro
cilindros y 16 válvulas, equipado con inyección de combustible Lucas, se usó
en pocos Ford Scorts europeos modelos 1970. Fue hasta 1983 que una
división Ford decidió usar la inyección de combustible de manera formal. Ese
año la Ford Europea comenzó a usar el sistema K-Jetronic de Bosch que
usaron ampliamente los fabricantes del norte de Europa desde los primeros
años de los setentas. Mientras tanto, comenzó en 1978, la Ford de Estados
Unidos pasó por tres generaciones de carburadores controlados
electrónicamente. Los sistemas EECI, II y III se proyectaron para cumplir con
las normas cada vez más estrictas de emisión de fines de los setenta y los
inicios de los ochenta. Desde una perspectiva extranjera, la Ford y sus
competidores de los Estados Unidos tenían el temor de comercializar autos
con inyección de combustible o se estaban reservando para perfeccionar sus
sistemas.
La Ford introdujo su inyección de combustible centralizada a gran presión
(CFI) en el Versalles de 5 litros equipado con EEC III. El uso se extendió en
1981 hasta el LTD y el Gran Marqués. El modelo 1983 vio la introducción de
la inyección multipuntos (MPI) en las aplicaciones de 1.6 litros. Con la
introducción del sistema EEC IV en los modelos 1984, la carburación resultó
la excepción en lugar de la regla para la Ford. Al entrar a los noventa, los
6
únicos Ford, todavía con equipo de carburadores, fueron paquetes de
equipos especiales, como autos policíacos y remolques.
La inyección de combustible ha recorrido un largo camino durante los últimos
20 años, pero su historia se remonta a los primeros días del carburador. Así
como las razones más convincentes para utilizar la inyección de combustible
tienen que encontrarse en las desventajas del carburador moderno, la falta
de refinamiento y la versatilidad de los antiguos carburadores prepararon el
camino para hacer los primeros experimentos con la inyección de
combustible. Los orígenes de la inyección de combustible no pueden
desligarse de la historia del carburador y la evolución de los combustibles
para motor.
La ciencia de la carburación comenzó en 1.795 cuando Robert Street logró
la evaporación de la trementina y el aceite de alquitrán de hulla en un motor
tipo atmosférico (un motor que trabaja sin comprensión). Pero no fue sino
hasta 1.824 cuando el inventor norteamericano Samuel Morey y el abogado
de patentes inglés Erskine Hazard crearon el primer carburador para este
tipo de motor. Su método de funcionamiento incluía un precalentado para
favorecer la evaporación.
En 1.841 avanzó más el principio de la evaporación, debido al científico
italiano Luigi de Cristoforis, quien construyó el motor tipo atmosférico sin
pistones, equipado con un carburador en la superficie, en el cual una
corriente de aire se dirigía sobre el tanque de combustible para recoger los
vapores del mismo.
De 1.848 a 1.850, el estadounidense doctor Alfred Drake experimentó con
los motores de combustión, tratando de utilizar gasolina en vez de gas. En el
proceso hizo varios tipos de carburadores.
7
En 1.860 el inventor del motor Deutz de gas, de 4 tiempos, Nikolaus August
Otto, comenzó a experimentar con un motor de combustión que tenía un
dispositivo para evaporar combustibles líquidos de hidrocarburos. Otto
ensayó el motor con una bencina mineral, pero como no tuvo éxito se
concentró en desarrollar y producir motores a gas, durante cierto tiempo.
En 1.875 Wilhelm Maybach de la Deutz, fabricante de motores a gas, fue el
primero en convertir un motor a gas que funcionara con gasolina.
Fernand Forest, un prolífico mecánico e inventor, ideó y construyó un
carburador que incluía una cámara de flotador y una boquilla con rociador de
combustible. Esto lo adaptó a un nuevo motor que construyó en 1.884.
En 1.885, Otto logró finalmente los resultados que buscaba, con una
variedad de combustibles líquidos de hidrocarburos, incluyendo gasolina y
bencina mineral, utilizando un carburador de superficie mejorado.
En otoño de 1.886, Carl Benz mejoró el carburador de superficie al agregarle
una válvula de flotador para asegurar un nivel constante de combustible.
En el mismo año, Maybash había inventado y 0robado su propio tipo de
carburador con cámara de flotador. Finalmente en 1.892, planeó el
carburador con rociador, que se convirtió en la base para todos los
carburadores subsecuentes.
El primer carburador de 2 gargantas apareció en 1.901, y fue un invento de
un estadounidense llamado Krastin, quien declaraba que formaba
consistentemente buenas mezclas, sin importar el flujo masivo de aire.
El primer empleo práctico de la inyección de combustible no se llevó a cabo
en un automóvil, sino en un motor estacionario. El estadounidense Franz
Burger, ingeniero que trabajaba para la Charter Gas Engine Company, de
8
Sterling, Illinois, desarrolló un sistema de inyección de combustible que
empezó a producirse en 1.887. En este sistema, se alimentaba el
combustible por gravedad, desde el tanque y entraba al cuerpo inyector a
través de una válvula de estrangulación. La boquilla del inyector sobresalía
en forma horizontal, entrando al tubo vertical de admisión.
1.2. MISIÓN
Desarrollar una herramienta óptima para facilitar el diagnostico y la
reparación de la ECU de un vehículo Chevrolet Corsa 1.3, 1.4, 1.6, que sea
aplicable en la práctica del estudio de ingeniería automotriz.
1.3. VISIÓN
Promover la capacitación para aumentar nuevas plazas de trabajo,
buscando una rama no muy aplicada dentro de la ingeniería automotriz.
1.4. PROCESOS ACTUALES
El Técnico Mecánico de hoy día, debe cumplir una serie de requisitos que
hasta hace unos años eran impensables.
Cualquier automóvil modelo 2007 tiene incorporado por lo menos un módulo
que funcione en su interior con electrónica, y para los modelos de alta gama
esto se vuelve un poco más complicado y aparecen muchos componentes
que comandan cada vez mas y mas cosas dentro de estos módulos. No se
encuentra otra cosa más que electrónica, es por eso que en mitad de una
reparación en algún momento el Técnico debe analizar un circuito o
diagnosticar si cambiar o no un módulo. Por esta razón se explica este tema
con un enfoque muy práctico, desde el punto de vista del Técnico Mecánico
que requiere una solución a su problema con una reparación bien realizada
o un reemplazo lógico para un determinado componente averiado.
9
Para brindar un ejemplo a esta afirmación se analizará un problema de
calentamiento del motor en un automóvil, en el que no arrancan los electros
ventiladores.
La lógica de esta falla llevará a un usual circuito en donde el modulo de
control electrónico, PCM, recibe una señal del sensor de temperatura del
liquido refrigerante, ECT, y en caso de determinar la alta temperatura
definida en la programación del PCM accionará el relevador y de esta forma
el motor del Electro ventilador girará. En algún automóvil se podría encontrar
que existiesen varias velocidades, esto se logra con diferentes relevadores y
dos motores de electro ventiladores, o simplemente un solo motor con dos
circuitos uno con un resistor y otro sin resistor pero el caso más común fue el
mencionado inicialmente.
Cuando el Técnico fue a revisar el circuito, simplemente nunca encontró el
relevador, es mas el motor del ventilador no se encontraba conectado a
ningún interruptor ni contacto, los cables los llevaban a una caja en donde en
el interior encontró una serie de relevadores con toda una electrónica como
si se tratara del PCM, y este módulo estaba ubicado justo al lado de los
electro ventiladores.
Este módulo ,en el caso de los Opel Astra por ejemplo, controla las
funciones del A/C incluyendo la activación de los electro ventiladores, recibe
los requerimientos de información de temperatura del motor por un Bus de
datos CAN y perfectamente se puede verificar con el scanner. Con un TEST
DE ACTUADORES se podrían accionar cada una de las funciones que
controla y en caso de una falla generar un código de fallas del motor, DTC,
del tipo BXXX referente a los sistemas relacionados con el chasis. Ahora
como conclusión se tiene que cada vez se encontrará mas electrónica en
sitios donde hasta hace un tiempo era impensable.
10
Por eso una buena práctica es conocer todos estos componentes y si no es
el caso de reparar los módulos por lo menos poder brindar un diagnostico
seguro.
1.5. JUSTIFICACIÓN
Los cambios que se han dado en los últimos tiempos, en lo que se refiere a
la fabricación automotriz, permiten pensar en la necesidad de disponer de
un banco de pruebas para los diferentes módulos de control electrónico de
los vehículos y de esta manera determinar las fallas que pueden producirse
en el funcionamiento del motores a componentes comandados por los
módulos de control por diferentes razones. El costo de adquirir un modulo de
control nuevo y en el peor de los casos un nuevo vehículo es alto. Si
podemos determinar las fallas presentadas en los motores provocados por
fallas del modulo de control, se puede restablecer el buen funcionamiento
de esos motores con costos muy bajos, utilizando circuitos electrónicos que
nos ayudan a simular señales referentes a cada uno de los sensores
principales para el funcionamiento optimo del motor de combustión interna.
Es importante recalcar que la fabricación de un banco de pruebas se lo
puede realizar con un bajo contos y con componentes electrónicos comunes,
y fáciles de encontrar en cualquier laboratorio electrónico.
1.6. ALCANCES
El presente trabajo está orientado a diseñar y fabricar un Banco de pruebas
para diagnostico y reparación de ECU de Chevrolet Corsa 1.3, 1.4, 1.6.
11
1.7. OBJETIVOS
1.7.1. Objetivo General
Fabricar un banco de pruebas para diagnosticar y reparar el módulo de
control del Chevrolet Corsa 1.3, 1.4, 1.6 el cual pueda ser funcional en el
laboratorio para prácticas en el estudio de la carrera de ingeniería
automotriz.
1.7.2. Objetivos Específicos
Disponer de un Banco de pruebas que pueda ser utilizado en el laboratorio
de una Universidad.
Diseñar un banco de pruebas para control de la ECU de los autos Chevrolet
Corsa 1.3, 1.4 ,1.6.
Diagnosticar las fallas que pueden producirse en la ECU de los autos
Chevrolet Corsa 1.3, 1.4 y 1.6.
Reparar la ECU de los autos Chevrolet Corsa 1.3, 1.4 y 1,6 cuando
presenten deficiencias.
12
1.8. IDEA A DEFINIR
Cómo realizar un banco de pruebas, para el laboratorio, con el objeto de
diagnosticar las fallas que pueden producirse en un auto Chevrolet Corsa
1.3, 1.4, 1.6
1.9. METODOLOGÍA
1.9.1. Diseño y Tipo De Investigación
Si hablamos de investigación, no podemos decir que se siguió un solo tipo
de metodología sino se utilizaron diferentes como la científica para
determinar que cumple con las condiciones necesarias de una investigación
científica es decir poder determinar leyes que se cumplen.
La metodología utilizada en este trabajo es también experimental y
aplicada puesto que, de los conocimientos adquiridos, se pudo emplear cada
una de ellas para plasmar en una repuesta útil y aplicable para el caso del
banco de pruebas que se busca establecer.
Para llegar a este resultado se planteó el objetivo que se pensaba
determinar y en base al objetivo planteado se encasilló el proceso a seguir.
Se dispone de un módulo de control de corsa en el cual se podrá comprobar
con el banco de pruebas los problemas que pueden presentarse, el mayor
problema de todo el desarrollo fue diseñar el Banco de Pruebas.
Para fabricar el banco de pruebas, se diseñó un circuito lógico que nos
indique las variaciones que se presentan en el funcionamiento del motor a
inyección electrónica.
13
1.9.2. Métodos de Investigación
Próximamente expondré el proceso seguido en el trabajo, pero podemos
decir que se encasilló la investigación en un tipo experimental y aplicada
Se dice Investigación experimental por obtener la información de la
actividad intencional realizada por el investigador y que se encuentra dirigida
a modificar la realidad con el propósito de crear el fenómeno mismo que se
indaga, y así poder observarlo.
A la investigación aplicada se le denomina también activa o dinámica y se
encuentra íntimamente ligada a la anterior ya que depende de sus
descubrimientos y aportes teóricos que busca confrontar la teoría con la
realidad.
1.9.3. Técnicas De Investigación
La técnica empleada para este trabajo es la siguiente
Se recogieron los datos, personalmente, necesarios para desarrollar el
trabajo, siendo esta una observación participativa.
Se utilizaron elementos técnicos como son los cuadros, tablas, figuras de
una forma sistemática, convirtiéndose en una observación no estructurada
Observación de campo y de laboratorio que es el recurso principal de la
observación descriptiva
El trabajo fue realizado por una sola persona, en nuestro caso el autor del
trabajo. Es por esto una observación individual.
1.9.4. Análisis De Datos
A medida que se desarrolló el trabajo se analizaron los datos obtenidos y
sobre todo las funciones matemáticas que se requirieron para entender las
14
variables de los diferentes campos que se establecen al proponer los
circuitos lógicos que se definieron al hacer la simulación de la tarjeta de
control
Podemos ver que el análisis de la senoidal, por ejemplo, es muy frecuente
en la presentación del osciloscopio, determinando los máximos y los
mínimos que pueden darse en los circuitos, en lo que respecta al voltaje y
amperaje de cada uno de los enlaces que se quisieron revisar.
De lo experimentado se pudo ver que los circuitos satisfacían lo esperado y
daban las alarmas correspondientes al encontrar variaciones no válidas en
las alteraciones que podrían presentarse en cada uno de los elementos
analizados.
15
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
2.1. PRINCIPIOS BÁSICOS
2.1.1. Corriente Continua, Pulsante y Alterna
En el estudio de las señales eléctricas, aplicadas a la automotriz,
encontramos las siguientes: corriente continua (DC), pulsante y corriente
alterna.
2.1.1.1. Corriente Continua (DC)
La corriente continua es producida por medio de procesos electroquímicos
como pilas y baterías, pero también puede ser rectificada a partir de la
tensión alterna que generan los alternadores. Se puede medir con un
multímetro y con osciloscopio. La corriente continua a diferencia de la alterna
presenta un comportamiento físico caracterizado por la circulación de
electrones en un sólo sentido, lo que le da la polaridad.
La corriente continua o directa no genera un tipo de onda en particular, solo
se muestra en el osciloscopio como una línea continua.
La característica principal en este tipo de corriente es que,
independientemente de su voltaje, no cambia su sentido de circulación.
2.1.1.2. Corriente Pulsante
La corriente pulsante parte de modular la amplitud a la corriente continua.
Está compuesta por pulsos que pueden llegar como mínimo al valor cero,
por lo que físicamente se podría representar como electrones que se dirigen
en un solo sentido pero a pulsaciones.
16
La tensión pulsante se debe medir con el osciloscopio ya que con un
multímetro nos marcará valores que nada nos dicen acerca del
comportamiento real de la señal.
2.1.1.3. Corriente Alterna (AC)
La corriente alterna es aquella que cambia su sentido de circulación, por
este motivo al ser graficada tendrá partes por encima y por debajo de cero.
En otras palabras la corriente cambia permanentemente.
La corriente alterna se puede medir con un multimetro eligiendo la escala
AC. El instrumento sólo medirá el valor eficaz de la tensión alterna,
denominada RMS.
Esta medición poco nos dice acerca de los cambios que se producen en la
tensión alterna, lo que nos resultará evidente si medimos esa corriente con
osciloscopio.
2.1.1.4. Corriente Directa Pulsante
Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro
de tensión a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. La televisión,
la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señal,
fundamentalmente como relojes y temporizadores.
Las ondas rectangulares se diferencian de la cuadradas en no tener iguales
los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son
particularmente importantes para analizar circuitos digitales.
17
2.1.2. Formas De Onda Con Osciloscopio
2.1.2.1. Ondas Senoidales
Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: poseen propiedades
matemáticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de señales
senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier
forma de onda).
La señal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y
se producen en fenómenos de oscilación, pero que no se mantienen en el
tiempo. Se representan en la figura 1.
Figura 1. Señales Senoidales
2.1.2.2. Ondas Cuadradas Y Rectangulares
Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro
de tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. La televisión,
la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señales,
fundamentalmente como relojes y temporizadores.
Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales
los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son
particularmente importantes para analizar circuitos digitales.
En la figura 2 se presentan ejemplos de las ondas cuadradas y las
rectangulares.
18
Figura 2. Ondas cuadradas y rectangulares
2.2. COMPONENTES ELÉCTRICOS BÁSICOS
2.2.1. Resistencias
2.2.1.1. Resistencias Eléctricas
Las resistencias son elementos eléctricos cuya misión es dificultar el paso de
la corriente eléctrica a través de ellas. Su característica principal es su
resistencia óhmica, aunque tienen otra no menos importante que es la
potencia máxima que pueden disipar. Ésta última depende principalmente de
la construcción física del elemento.
La resistencia óhmica de una resistencia se mide en ohmios, valga la
redundancia. Se suele utilizar esa misma unidad, así como dos de sus
múltiplos: el Kilo-Ohmio (1KW) y el Mega-Ohmio (1MW=106W).
El valor resistivo puede ser fijo o variable. En el primer caso hablamos de
resistencias comunes o fijas y en el segundo de resistencias variables,
ajustables, potenciómetros y reóstatos como es el caso de un sensor de
temperatura del motor. Nos centraremos en el primer tipo, las fijas.
Las resistencias fijas pueden clasificarse en dos grupos, de acuerdo con el
material con el que están constituidas: "resistencias de hilo", solamente para
19
disipaciones superiores a 2 W, y "resistencias químicas" para, en general,
potencias inferiores a 2 W.
2.2.1.2. Resistencias Químicas
Las resistencias de hilo de valor óhmico elevado necesitarían una cantidad
de hilo tan grande que en la práctica resultarían muy voluminosas. Las
resistencias de este tipo se realizan de forma más sencilla y económica
empleando, en lugar de hilo, carbón pulverizado mezclado con sustancias
aglomerantes.
La relación entre la cantidad de carbón y la sustancia aglomerante determina
la resistividad por centímetro, por lo que es posible fabricar resistencias de
diversos valores. Existen tipos de carbón aglomerado como son las de
película de carbón y de película metálica. Normalmente están constituidas
por un soporte cilíndrico aislante (de porcelana u otro material análogo)
sobre el cual se deposita una capa de material resistivo.
En las resistencias, además del valor óhmico que se expresa mediante un
código de colores, hay una contraseña que determina la precisión de su
valor (aproximación), o sea la tolerancia anunciada por el fabricante. Esta
contraseña está constituida por un anillo pintado situado en uno de los
extremos del cuerpo.
Interpretación Del Código De Colores En Las Resistencias
Las resistencias llevan grabadas sobre su cuerpo bandas de color que nos
permiten identificar el valor óhmico que éstas poseen. Esto es valedero para
resistencias de potencia pequeña (menor de 2W.), ya que las de potencia
mayor generalmente llevan su valor impreso con números sobre su cuerpo,
tal como se indicó anteriormente figura 3.
20
Figura 3. Código de colores de resistencias
En la resistencia de la izquierda se representa el método de codificación más
difundido.
En el cuerpo de la resistencia hay 4 anillos de color que, considerándolos a
partir de un extremo y en dirección al centro, indican el valor óhmico de este
componente El número que corresponde al primer color indica la primera
cifra, el segundo color la segunda cifra y el tercer color indica el número de
ceros que siguen a la cifra obtenida, con lo que se tiene el valor efectivo de
la resistencia. El cuarto anillo, o su ausencia, indican la tolerancia.
Podemos ver que la resistencia de la izquierda tiene los colores amarillo-
violeta naranja- oro (hemos intentado que los colores queden representados
lo mejor posible en el dibujo), de forma que según la tabla 1 podríamos decir
que tiene un valor de: 4-7-3ceros, con una tolerancia del 5%, o sea, 47000
W ó 47 KW. La tolerancia indica que el valor real estará entre 44650 W y
49350 W (47 KW±5%).
La resistencia de la derecha, por su parte, tiene una banda más de color y es
porque se trata de una resistencia de precisión. Esto además es corroborado
por el color de la banda de tolerancia, que al ser de color rojo indica que es
una resistencia del 2%. Éstas tienen tres cifras significativas (al contrario que
las anteriores, que tenían 2) y los colores son marrón-verde-amarillo-naranja,
de forma que según la tabla1 podríamos decir que tiene un valor de: 1-5-4-
4ceros, con una tolerancia del 2%, o sea, 1540000 W ó 1540 KW ó 1.54
21
MW. La tolerancia indica que el valor real estará entre 1509.2 KW y 1570.8
KW (1.54 MW±2%).
Tabla 1. Código de colores de resistencias
2.2.2. Condensadores
Los condensadores son encontrados básicamente dentro de los módulos de
control en un automóvil, la batería se comporta como un gran condensador
que amortigua la tensión cambiante generada por el sistema de carga.
22
Figura 4. Condensadores
Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía
en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas
paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico
(figura 4).
Tiene una serie de características como capacidad, tensión de trabajo,
tolerancia y polaridad. En la versión más sencilla del condensador, no se
pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separación, en
cuyo caso se dice que el dieléctrico es el aire.
Aclaramos sobre las características indicadas:
Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande
que es mejor utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios
(μF=10-6F), nanofaradios (nF=10- 9 F) y pico faradios (pF=10-12 F).
Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un
condensador, que depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté
fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse
(quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este sentido hay que tener cuidado
al elegir un condensador, de forma que nunca trabaje a una tensión superior
a la máxima.
23
Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que
puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad
indicada sobre su cuerpo.
Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad
superior a 1 μF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión
prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los
inferiores a 1μF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los
que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta.
Tipo De Condensadores
Vamos a mostrar a continuación una serie de condensadores de los más
típicos que se pueden encontrar (Figura 5). Es válido apuntar que la mayoría
de estos componentes los vamos a tener generalmente en módulos de
control o en sistemas que incorporen una electrónica avanzada.
Figura 5. Tipo de condensadores
En la figura 5 se representan condensadores numerados para identificar
cada uno de ellos.
1. Electrolíticos. Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en
electrolito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1 μF.
Arriba observamos claramente que el condensador nº 1 es de 2200
μF, con una tensión máxima de trabajo de 25v. (Inscripción: 2200 μ /
25 V).
24
2. Electrolíticos de tántalo o de gota. Emplean como dieléctrico una
finísima película de óxido de tantalio amorfo, que con un menor
espesor tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y una
capacidad superior a 1 μF. Su forma de gota les da muchas veces
ese nombre.
3. De poliéster metalizado MKT. Suelen tener capacidades inferiores a
1 μF y tensiones de trabajo a partir de 63v. Su estructura está
compuesta por dos láminas de poli carbonato recubierto por un
depósito metálico que se bobinan juntas.
4. De poliéster. Son similares a los anteriores, aunque con un proceso
de fabricación algo diferente. En ocasiones este tipo de
condensadores se presentan en forma plana y llevan sus datos
impresos en forma de bandas de color, recibiendo comúnmente el
nombre de condensadores "de bandera". Su capacidad suele ser
como máximo de 470 nF.
5. De poliéster tubular. Similares a los anteriores, pero enrollados de
forma normal, sin aplastar.
6. Cerámico "de lenteja" o "de disco". Son los cerámicos más
corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre
0.5 pF y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de
bandas de color.
7. Cerámico "de tubo". Sus valores de capacidad son del orden de los
pico faradios y generalmente ya no se usan, debido a la gran deriva
térmica que tienen (variación de la capacidad con las variaciones de
temperatura).
25
Identificación De Los Valores De Los Condensadores
Hemos visto que algunos tipos de condensadores llevan sus datos impresos
codificados con unas bandas de color. Esta forma de codificación es muy
similar a la empleada en las resistencias, en este caso, sabiendo que el valor
queda expresado en pico faradios (pF). Las bandas de color son como se
observa en esta figura 6. :
Figura 6. Identificación De Los Valores De Los Condensadores
En el condensador de la izquierda vemos los siguientes datos:
Verde-azul-naranja = 56000 pF = 56 nF (recordemos que el "56000" está
expresado en pF). El color negro indica una tolerancia del 20%, tal como
veremos en la tabla de abajo y el color rojo indica una tensión máxima de
trabajo de 250v.
En el de la derecha tenemos:
Amarillo-violeta-rojo = 4700 pF = 4.7 nF. En los de este tipo no suele
aparecer información acerca de la tensión ni la tolerancia.
26
En la tabla 2 se representa la codificación de colores de los condensadores
Tabla 2. Codificación de colores condensadores
Codificación Mediante Letras
Este es otro sistema de inscripción del valor de los condensadores sobre su
cuerpo. En lugar de pintar bandas de color se recurre también a la escritura
de diferentes códigos mediante letras impresas , como se visualiza en la
figura 7.
A veces aparece impresa en los condensadores la letra "K" a continuación
de las letras; en este caso no se traduce por "kilo", o sea, 1000 sino que
significa Cerámico, si se halla en un condensador de tubo o disco. Si el
componente es un condensador de dieléctrico plástico (en forma de
paralelepípedo), "K" significa tolerancia del 10% sobre el valor de la
capacidad, en tanto que "M" corresponde a tolerancia del 20% y "J",
tolerancia del 5%.
27
Figura 7. Codificación mediante letras condensadores
Detrás de estas letras figura la tensión de trabajo y delante de las mismas el
valor de la capacidad indicado con cifras. Para expresar este valor se puede
recurrir a la colocación de un punto entre las cifras (con valor cero),
refiriéndose en este caso a la unidad microfaradio (μF) o bien al empleo del
prefijo "n" nanofaradio = 1000 pF).
Ejemplo: un condensador marcado con 0,047 J 630 ( figura 8) tiene un valor
de 47000 pF = 47 nF, tolerancia del 5% sobre dicho valor y tensión máxima
de trabajo de 630v. También se podría haber marcado de las siguientes
maneras: 4,7n J 630, o 4n7 J 630.
Figura 8. Ejemplo Condensador
Código “101” De Los Condensadores.
Por último, vamos a mencionar el código 101 utilizado en los condensadores
Cerámicos como alternativa al código de colores. De acuerdo con este
sistema se imprimen 3 cifras, dos de ellas son las significativas y la última de
ellas indica el número de ceros que se deben añadir a las precedentes
28
Figura 9. Condensador cerámico
El resultado debe expresarse siempre en picofaradios pF.
Así, 561 significa 560 pF, 564 significa 560000 pF = 560 nF, y en el ejemplo
de la figura de la derecha, 403 significa 40000 pF = 40 nF.
2.2.3. Regulador De Tensión
La familia 78xx y 79xx son una gama de integrados dedicados a la
regulación de voltaje, hay muchas variables: regulables, fijos, de tensión
positiva o negativa.
El más común, y el que mayormente usaremos en el mundo de los PICs, es
el famoso 7805, que es un regulador de tensión positiva de 5 Volts a 1A, la
tensión justa y mucho más corriente de la que necesitan nuestros PICs para
funcionar. Se sabe que el buen funcionamiento del firmware que grabemos
en el PIC está sujeto, no sólo a la buena programación que hayamos hecho
a la hora de diseñarlo, sino que también a una alimentación fija, constante y
regulada a la hora de ejecutarlo. Entonces, la manera más segura,
económica y sencilla de obtener ese voltaje, es la utilización de un integrado
regulador de voltaje, y el 7805 es uno de los más indicados ya que
mantendrá fija la tensión en 5V, siempre y cuando en su entrada reciba al
menos 6V. Por lo tanto a la entrada podremos despreocuparnos de la
alimentación superando por mucho el voltaje de trabajo del PIC.
Para trabajar con baterías sólo basta con conectar la entrada del IC (PIN 1)
al terminal positivo de la misma y el común (PIN 2) al negativo, a la salida
29
tenemos 5V que es la tensión de trabajo del micro controlador, podremos
añadir un capacitor entre GND y la salida, como se aprecia en la Figura 10,
para eliminar cualquier fluctuación de voltaje que pueda ocurrir, pero esto es
siempre recomendable hacerlo con el micro controlador independientemente
del origen que tenga la alimentación.
Figura 10. Circuito regulador 5V.
Si al IC lo utilizamos para regular la tensión proveniente de una fuente de
alimentación, el filtrado debe hacerse más concienzudamente. A parte del
capacitor luego de la regulación, necesitará dos adicionales antes, en el
diagrama de la Figura 11 se ve el circuito para conectarlo a una fuente de
alimentación regulada o estabilizada de más de 5 V.
Figura 11. Circuito regulador 5V con filtrado.
Para hacer una fuente completa que se conecte a 220V se necesita agregar
un transformador de corriente alterna y rectificar la tensión saliente para
convertirla en continua y poder acoplarla al circuito antes visto, todo esto se
aprecia en la Figura 12.
30
Figura 12. Circuito regulador 5V. con conexión a 220V
Obsérvese que lo único que se añadió fue el transformador para obtener
12V de corriente alterna y 4 diodos que la convierten en corriente continua.
Para terminar basta con aclarar que los capacitores C1 y C2 deben ser no
polarizados de .1uF y el C3 polarizado de 1000uF y al menos 16V para
soportar los 12V que entrega el transformador, no está de más aclarar que la
tensión sube un poco al rectificarla y no es conveniente que los capacitores
operen al límite. Los diodos pueden ser 1N4001 al 1N4007.
Los diagramas de conexión son válidos para cualquier integrado de la familia
78xx, por ser de tensión positiva.
2.2.4. Micro Controlador DS Pic 4013
Un DSPIC es un procesador de señales digitales muy rápido y poderoso,
capaz de procesar audio y algunos hasta video en tiempo real. Por sus
capacidades son perfectos para aplicaciones en las que no vamos a tolerar
retrasos. Existe una gran variedad de ellos para pequeños y grandes
requerimientos.
31
Diagrama De Pines Pinout 30F4013
Figura 13. Datasheet dsPIC30F4013
Pines De Programación 30F4013
Figura 14. Pines de programación 30F4013
32
2.2.4.1. Datasheet dsPIC30F4013
Un datasheet es un documento que resume el funcionamiento y otras
características de un componente (por ejemplo, un componente electrónico)
o subsistema (por ejemplo, una fuente de alimentación) con el suficiente
detalle para ser utilizado por un ingeniero de diseño y diseñar el componente
en un sistema.
Comienza típicamente con una página introductoria que describe el resto
del documento, seguido por los listados de componentes específicos, con la
información adicional sobre la conectividad de los dispositivos. En caso de
que haya código fuente relevante a incluir se une cerca del extremo del
documento o se separa generalmente en otro archivo.
Información Típica:
Datos del fabricante
Número y denominación
Lista de formatos con imágenes y códigos
Propiedades
Breve descripción funcional
Esquema de conexiones. Habitualmente es un anexo con
indicaciones detalladas.
Tensión de alimentación, consumo.
Condiciones de operación recomendadas
Tabla de especificaciones, tanto en corriente continua como alterna
Esquema de la onda de entrada-salida
Medidas
Circuito de prueba
Información sobre normas de seguridad y uso.
33
Tabla 3. Datasheet dsPIC30F4013
34
2.2.4.2. Master Clear
Este pin es utilizado para resetear al microcontrolador, esto quiere decir que
sin importar lo que se encuentre haciendo, al momento de aterrizar este
puerto (puede hacer con un botón conectado a tierra) el micro vuelve a la
primer tarea para la cual está programado. Este pin también es utilizado por
el programador cuando se carga o lee el programa del micro.
Figura 15. Pin de RESET
35
2.2.5. Oscilador
2.2.5.1. Oscilador electrónico
Un oscilador electrónico es un circuito electrónico que produce una señal
electrónica repetitiva, a menudo una onda senoidal o una onda cuadrada.
Un oscilador de baja frecuencia (o LFO) es un oscilador electrónico que
engendra una forma de onda de C.A. entre 0,1 Hz y 10 Hz. Este término se
utiliza típicamente en el campo de sintetizadores de audiofrecuencia, para
distinguirlo de un oscilador de audiofrecuencia.
Figura 16. Oscilador.
2.2.5.2. Funcionamiento Del Circuito
El condensador, en un tiempo igual a cero, ofrece una impedancia cercana a
cero ohmios, por lo que permite que fluya una gran corriente a través de él,
la cual va disminuyendo hasta que sus placas sean llenadas de
tantas cargas positivas y negativas como lo permita el tamaño de las mismas
y la permisividad eléctrica del aislante que hay entre ellas.
En este instante el condensador actúa como un aislante, ya que no puede
permitir más el paso de la corriente, y se crea un campo eléctrico entre las
36
dos placas, que es el que crea la fuerza necesaria para mantener
almacenadas las cargas eléctricas positivas y negativas, en sus respectivas
placas.
2.2.6. Diodo
El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de
corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la
bloquea en el sentido contrario.
Se muestran el símbolo y la curva característica tensión-intensidad del
funcionamiento del diodo ideal. El sentido permitido para la corriente es de A
a k (Figura 16).
Figura 17. Símbolo y curva característica tensión-corriente del diodo
El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta
resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y
resistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de la flecha del símbolo
circuital, representada en la figura 16, indica el sentido permitido de la
corriente.
37
Presenta resistencia nula.
Presenta resistencia infinita.
Mediante el siguiente ejemplo (Figura 17) se pretende mostrar el
funcionamiento ideal de un diodo en circuito sencillo.
Como podemos ver el diodo según su funcionamiento solo permite el paso
de la corriente en un solo sentido, por esa razón solo uno de los focos se
encuentra encendido
Figura 18. Ejemplo práctico del funcionamiento del Diodo
38
En la figura 18 el circuito de la izquierda, el diodo permite dicha circulación,
ya que la corriente entra por el ánodo, y éste se comporta como un
interruptor cerrado. Debido a esto, se produce una caída de tensión de 10V
en la resistencia, y se obtiene una corriente de 5mA.
En el circuito de la derecha, el diodo impide el paso de corriente,
comportándose como un interruptor abierto, y la caída de tensión en la
resistencia es nula: los 10V se aplican al diodo.
Figura 19. Ejemplo del funcionamiento del diodo.
2.2.6.1. Diodo Rectificador
El diodo es un componente electrónico, del tipo semiconductor, es decir solo
permite que la corriente circule en un solo sentido. Los diodos utilizados en
el automóvil pueden ser de dos tipos: de "ánodo común" que son los que
tienen conectado el ánodo a la parte metálica que los sujeta (la herradura
que hemos visto antes) y que está conectada a masa y de "cátodo común"
que son los diodos que tienen el cátodo unido a la parte metálica que los
sujeta (masa).
39
Figura 20. Diodo rectificador
El diodo rectificador hace que se supriman las semiondas negativas y solo
se dejan pasar las semiondas positivas de forma que se genere una
corriente continua pulsatoria. A fin de aprovechar para la rectificación todas
las semiondas, incluso las negativas suprimidas, se aplica una rectificación
doble o de onda completa. Para aprovechar tanto las semiondas positivas
como las negativas de cada fase (rectificación de onda completa), se
dispone de dos diodos para cada fase, uno en el lado positivo y otro en el
negativo, siendo necesarios en total seis diodos de potencia en un alternador
trifásico.
Las semiondas positivas pasan por los diodos del lado positivo y las
semiondas negativas por los diodos del lado negativo, quedando así
rectificadas. La rectificación completa con el puente de diodos origina la
suma de las envolventes positivas y negativas de estas semiondas, por lo
que se obtiene del alternador una tensión levemente ondulada.
40
2.2.7. Diodo Zener
Hemos visto que un diodo semiconductor normal puede estar polarizado
tanto en directa como inversamente.
En directa se comporta como una pequeña resistencia.
En inversa se comporta como una gran resistencia.
Veremos ahora un diodo de especiales características que recibe el nombre
de diodo zener.
El diodo zener trabaja exclusivamente en la zona de característica inversa y,
en particular, en la zona del punto de ruptura de su característica inversa
Esta tensión de ruptura depende de las características de construcción del
diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios. Polarizado en directa actúa como
un diodo normal y por tanto no se utiliza en dicho estado.
2.2.7.1. Efecto Zener
El efecto zener se basa en la aplicación de tensiones inversas que originan,
debido a la característica constitución de los mismos, fuertes campos
eléctricos que causan la rotura de los enlaces entre los átomos dejando así
electrones libres capaces de establecer la conducción. Su característica es
tal que una vez alcanzado el valor de su tensión inversa nominal y
superando la corriente a su través un determinado valor mínimo, la tensión
en bornas del diodo se mantiene constante e independiente de la corriente
que circula por él.
41
2.2.7.2. Funcionamiento
El símbolo del diodo zener es como se representa en la figura 21:
Figura 21. Símbolo de diodo zener
y su polarización es siempre en inversa, es decir
Figura 22. Curva característica de un diodo zener
42
Tres son las características que diferencian a los diversos diodos Zener
entre sí:
a. Tensiones de polarización inversa, conocida como tensión zener:
Es la tensión que el zener va a mantener constante.
b. Corriente mínima de funcionamiento: Si la corriente a través del
zener es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga
constante la tensión en sus bornes.
c. Potencia máxima de disipación: Puesto que la tensión es constante,
nos indica el máximo valor de la corriente que puede soportar el
Zener.
Por lo tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene
constante la tensión en sus bornas a un valor llamado tensión de Zener,
pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores
comprendidos entre el valor mínimo de funcionamiento y el correspondiente
a la potencia de zener máxima que puede disipar. Si superamos el valor de
esta corriente el zener se destruye.
2.2.8. Transistores
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple
funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término
"transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de
transferencia"). Actualmente se encuentran ,prácticamente, en todos los
aparatos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras,
reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavadoras,
automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo,
ordenadores, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de
rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, teléfonos celulares, etc.
43
El transistor se puede considerar como la unión de dos diodos, por lo que
debe de tener dos uniones PN ó NP.
Un transistor tiene por tanto tres zonas de dopado, en un transistor PNP, por
ejemplo, existen tres zonas de dopado, diferenciadas entre sí y con
diferentes cualidades. En un transistor PNP, la base es la zona N y las otras
dos zonas P se denominan colector y emisor y viceversa. El emisor y la base
de un transistor son como si fueran un diodo (una unión PN) y la base y el
colector forman la otra unión PN. A efectos prácticos, un transistor no
funciona como la unión de dos diodos.
Figura 23. Transistor
2.2.8.1. Funcionamiento Del Transistor
En el transistor, el emisor es el encargado de “inyectar” electrones en la
base, la cual se encarga de gobernar dichos electrones y mandarlos
finalmente al colector.
La fabricación del transistor se realiza de forma que la base es la zona más
pequeña, después el emisor, siendo el colector el más grande en tamaño.
44
2.2.8.2. Polarización Del Transistor
Un transistor cuenta con dos uniones PN, por lo que necesita ser polarizado
correctamente. La unión emisor debe estar polarizada directamente y la
unión colector debe de estar polarizada inversamente.
Por ejemplo, en un transistor NPN, dispondremos de dos baterías, una
tendrá conectado a su polo positivo el colector N del transistor y la otra
tendrá conectado a su polo negativo el emisor N del transistor, quedando así
polarizado el transistor, circulando una corriente del emisor a la base y de
esta al colector, también circula una pequeña Intensidad de base, la cual es
muy pequeña comparada con la intensidad de colector, que se puede tomar
en la práctica casi idéntica a la intensidad de emisor, aunque la intensidad
de emisor sea igual a la intensidad de colector más la intensidad de base.
2.2.8.3. Tipos de transistor y simbología
Figura 24. Tipos de transistor y simbología
Existen varios tipos de transistores que dependen de su proceso de
construcción y de las aplicaciones a las que se destinan. Aquí abajo
mostramos la tabla 4 con los tipos de uso más frecuente y su simbología:
45
Tabla 4. Configuración de diferentes tipos de transistor
2.2.8.4. Transistor Tipo Darlington
Cuando el circuito necesita más corriente que la que puede suministrar un
simple transistor, como cuando se quiere controlar un motor o un relé,
necesita emplear un dispositivo que sea capaz de suministrar esta corriente.
Este dispositivo puede ser un circuito Darlington, también llamado par
Darlington o transistor Darlington, en honor a Sidney Darlington de los
Laboratorios Bell.
El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una alta
ganancia de corriente.
46
Figura 25. Transistor Tipo Darlington
Está compuesto internamente por dos transistores bipolares que se
conectan es cascada. Ver la figura 25 El transistor T1 entrega la corriente
que sale por su emisor a la base del transistor T
La ecuación de ganancia de un transistor típico es: IE= β x IB (Corriente de
colector es igual a beta por la corriente de base).
Entonces analizando el gráfico:
Ecuación del primer transistor es: IE1 = β1 x IB1 (1),
Ecuación del segundo transistor es: IE2 = β2 x IB2 (2)
Observando el gráfico, la corriente de emisor del transistor (T1) es la misma
que la corriente de base del transistor T2. Entonces IE1 = IB2 (3)
Entonces utilizando la ecuación (2) y la ecuación (3) se obtiene: IE2 = β2 x
IB2 = β2 x IE1
Reemplazando en la ecuación anterior el valor de IE1 (ver ecuación (1) ) se
obtiene la ecuación final de ganancia del transistor Darlington.
IE2 = β2 x β1 x IB1
47
Como se puede deducir, este amplificador tiene una ganancia mucho mayor
que la de un transistor corriente, pues aprovecha la ganancia de los
dos transistores. (las ganancias se multiplican).
Si se tuvieran dos transistores con ganancia 100 (β = 100) conectados como
un transistor Darlington y se utilizara la fórmula anterior, la ganancia sería,
en teoría: β2 x β1 = 100 x 100 = 10000. Como se ve es una ganancia muy
grande. En la realidad la ganancia es menor.
Se utilizan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas
grandes con corrientes muy pequeñas.
Muy importante: La caída de tensión entre la base y el emisor
del transistor Darlington es 1.4 voltios que resulta de la suma de las caídas
de tensión de base a emisor del primer transistor B1 a E1 (0.7 voltios) y base
a emisor del segundo transistor B2 y E2 (0.7 voltios).
Figura 26. Transistor TIP 120
48
2.3. DESCRIPCIÓN DE SENSORES
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o
químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en
variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por
ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación,
desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en
contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse
también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el
fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro
dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la
propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de
la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que
convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores:
Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina, Industria de
manufactura, Robótica, etc.
Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener
ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde
el sensor, etc.
49
Figura 27. Sensores y actuadores
50
2.3.1. Sensor TPS Posición de Mariposa de Aceleración
Esta señal le dice al PCM acerca de la posición de la mariposa del
acelerador que imprime el conductor de un vehículo, logrando con ello
incrementar la potencia del motor cuando se lo requiere.
Figura 28. Cuerpo de mariposa de aceleración
El potenciómetro localizado en el eje de la Mariposa no es más que una
resistencia que varía con el movimiento angular del eje. Se alimenta con una
tensión definida de 5 voltios y masa en dos de sus tres pines, y por el tercer
pin sale una señal variable de voltaje, señal que se dirige al PCM.
El PCM puede saber con exactitud la posición del acelerador en todas las
etapas. Con esta información, es posible calcular no solamente la cantidad
de combustible que debe inyectarse, sino que en los últimos sistemas
combinados de Inyección y encendido, se puede calcular mejor el torque que
se puede obtener del motor, adelantando o retardando el punto de
encendido, de acuerdo a las necesidades.
Si no ejercemos ninguna acción sobre la mariposa entonces la señal estaría
en 0 volts, con una acción total sobre ésta la señal será del máximo de la
tensión, por ejemplo 4.6 volts, con una aceleración media la tensión sería
proporcional con respecto a la máxima, es decir 2.3 volts.
51
Generalmente tiene 3 terminales de conexión, o 4 cables si incluyen un
switch destinado a la marcha lenta
Si tienen 3 cables el cursor recorre la pista pudiéndose conocer según la
tensión dicha la posición del cursor.
Figura 29. Esquema del funcionamiento del TPS
Algunos sensores TPS son de cuatro cables, pues incorporan un interruptor
adicional conocido como contacto de ralenti. Este interruptor se cierra
cuando el papalote del cuerpo de aceleración está cerrado. En ese
momento, la PCM mide 0 Volts en esa terminal. Cuando el papalote se abre,
el interruptor se abre y la PCM mide voltaje B+ en dicha terminal.
Figura 30. Esquema del funcionamiento del TPD de 4 cables
52
Figura 31. TPS de 4 cables con interruptor de 4 cables
2.3.2. Sensor MAF Sensor De Flujo De Aire
El sensor MAF está ubicado entre el filtro de aire y la mariposa, la función
de este sensor radica en medir la corriente de aire aspirada que ingresa al
motor. Su funcionamiento se basa en una resistencia conocida como hilo
caliente, el cual recibe un voltaje constante siendo calentada por éste
llegando a una temperatura de aproximadamente 200°C con el motor en
funcionamiento.
Esta resistencia se sitúa en la corriente de aire o en un canal de muestreo
del flujo de aire.
53
Figura 32. Sensor MAF sensor de flujo de aire
La resistencia del hilo varía al producirse un enfriamiento provocado por la
circulación del aire aspirado. Actualmente se usan dos tipos de sensores
MAF, los análogos que producen un voltaje variable y los digitales que
entregan la salida en forma de frecuencia.
Mediante la información que este sensor envía la unidad de control, y
tomándose en cuenta otros factores como son de temperatura y humedad
del aire, puede determinar la cantidad de combustible necesaria para las
diferentes regímenes de funcionamiento del motor. Así si el aire aspirado es
de un volumen reducido la unidad de control reducirá el volumen de
combustible inyectado.
54
Figura 33. Sensor MAF de 4 cables con IAT
2.3.3. Sensor MAP Sensor De Presión
El sensor MAP, es utilizado para medir la presión del múltiple de Admisión y
conocer la carga del motor.
Figura 34. Sensor MAP
55
El múltiple de admisión genera una condición de vacío, cuando la mariposa
de aceleración está cerrada o cuando está abierta en condiciones de RPM
constantes; en momentos de aceleración esta condición de vacio se pierde y
la presión pasa a ser cercana a la atmosférica.
Entonces el PCM compara la señal que emite el sensor y la compara con
valores propios que fueron almacenados en la memoria del mismo, es así
como puede, con la ayuda del TPS y el CKP, calcular la carga exacta del
motor.
El sensor MAP internamente está compuesto por un circuito integrado.
El caso más común utilizado es el MAP por variación de tensión.
2.3.4. Sensor O2 Sensor De Oxigeno
Está basado en el principio de funcionamiento de una célula galvánica de
concentración de oxigeno con un electrolito sólido, indicada en la figura 35.
Figura 35. Sensor de oxigeno
El electrolito sólido está formado por un compuesto cerámico de Dióxido de
Zirconio estabilizado con oxido de Itrio, dicha estructura es impenetrable por
56
los gases, la capa cerámica está cerrada por un extremo, por el otro extremo
está en contacto con la atmósfera (aire exterior) como referencia, ambos
extremos del cuerpo cerámico están provistos en su parte interna de
electrodos que poseen una fina capa de platino permeable a los gases, un
tubo cerrado por un extremo y ranurado por los laterales que protege al
cuerpo cerámico de golpes y cambios bruscos de temperatura.
El cuerpo cerámico es permeable a los Iones de O2 a partir de
aproximadamente 350° C, con temperaturas de trabajo de 600° C , ésta es
la razón por la cual las sondas lambda están siendo provistas de sistemas
calentadores (resistencias eléctricas) para que la sonda entre en
funcionamiento (envíe señal a la E.C.U) cuando el motor aun, no ha
alcanzado su temperatura normal de funcionamiento.
El contenido de O2 en los gases de escape en relación con el aire de
referencia produce una tensión eléctrica entre ambas superficies.
Esta tensión puede ser, con una mezcla rica (lambda <1) de 800 a 1000 mV
(0.8 a 1.0 voltios) con una mezcla pobre (Lambda >1), la tensión estaría en
valores de 100 mV (0.01 Voltios).
El margen de transición entre mezcla rica y pobre, está entre 450 y 500 mV
(0.45 a 0.50 Voltios).
El Diagnostico de vehículos con analizadores de gases, un registro de altas
concentraciones de O2 en los gases de escape denotan carencia de
combustible, concentraciones muy bajas de O2 acusan mezcla rica, exceso
de combustible, faltó oxigeno para encender toda la mezcla, la cantidad
sobrante de O2 en los gases de escape con una mezcla estequiometria
representa un margen muy pequeño que debe ser medido por el sensor de
O2 e interpretado por la ECU
El la figura 36, se representa la reacción química de sensor de oxigeno
57
Figura 36. Reacción química sensor de oxigeno
Estos sensores pueden ser divididos genéricamente en tres grandes grupos,
esta división responde a la cantidad de conductores de conexión que lleva el
componente y no a la tecnología utilizada en su construcción:
Sondas de 1 conductor.
Sondas de 3 conductores.
Sondas de 4 conductores.
En estos distintos tipos de sonda, siempre el conductor de color negro es el
que lleva la información brindada por la sonda, a la computadora.
En la mayoría de las sondas de 3 y 4 conductores, que son las que tienen
incorporada resistencia calefactora, los conductores de color blanco son los
que alimentan con + 12 Volts y masa a dicha resistencia.
El cuarto conductor que incorporan las sondas de 4 conductores, color gris
claro, es masa del sensor de oxígeno. Esta masa es tomada en la masa de
sensores en un Pin determinado de la computadora.
58
2.3.5. Sensor ECT Sensor De Temperatura Del Liquido
Refrigerante
El Sensor de Temperatura del Refrigerante envía información para la
preparación de la mezcla aire / combustible, registrando las temperaturas del
motor, la computadora adapta el ángulo de inyección y el tiempo de
encendido para las diferentes condiciones de trabajo, dependiendo de la
información del sensor. El Sensor de Temperatura del refrigerante es un
sensor con un coeficiente negativo, lo que significa que su resistencia interna
aumenta cuando la temperatura disminuye.
Mide la temperatura del refrigerante del motor a través de una resistencia
que provoca la caída de voltaje a la computadora para que ajuste la mezcla
aire /combustible y la duración de pulsos de los inyectores. Este sensor
enviará información a la computadora que servirá también para la activación
del ventilador.
Figura 37. Sensor de temperatura del líquido refrigerante
En la tabla 5 se encuentran las variaciones de la temperatura del refrigerante
con la resistencia presentada y en la figura 38 se presenta la variación
matemática que existe entre la resistencia en función de la temperatura del
sensor.
59
TEMPERATURA DEL
REFRIGERANTE (°F)
RESISTENCIA
(Ohms)
14 7000-12,000
50 3000-5000
68 2000-3000
122 700-1000
176 200-400
Elaborado por Guido Merino
Tabla 5. Valores de Temperatura / Resistencia
Figura 38. Variación de la resistencia / temperatura
En tabla 6 se presentan la descripción de circuito- componente, terminal del
módulo de control del motor, señal, estado y valor típico
60
Tabla 6. Funcionamiento del sensor de temperatura
2.3.6. Sensor IAT, Sensor De Temperatura Del Aire De Admisión
Figura 39. Circuito del sensor IAT
El IAT detecta la temperatura del aire entrante. En los vehículos equipados
con un sensor MAP, el IAT se encuentra en un paso de aire de admisión. En
los vehículos con sensor MAF, el IAT es parte del sensor MAF.
El IAT se utiliza para la detección de la temperatura ambiente en un
arranque en frío y la temperatura del aire de admisión mientras el motor
calienta el aire entrante.
61
Una estrategia usada por la ECM para determinar el arranque del motor en
frío es comparando las señales de la ETC y IAT. Si ambos están dentro de
8°C (15 °F) uno del otro, el ECM asume que es un arranque en frío.
Esta estrategia es importante porque algunos monitores de diagnóstico, tales
como el monitor EVAP, se basan en un arranque en frío.
A pesar de los diferentes sensores de temperatura miden cosas distintas,
todas operan de la misma manera. De la señal de voltaje del sensor de
temperatura, la PCM sabe la temperatura. A medida que la temperatura del
sensor se calienta, la señal de tensión disminuye. La disminución de la
tensión es causada por la disminución de la resistencia. El cambio en la
resistencia hace que la señal de tensión caiga.
Figura 40. Sensor de temperatura
El sensor de temperatura (Figura 40) se conecta en serie a una resistencia
de valor fijo. El ECM suministra 5 voltios para el circuito y mide la variación
de voltaje entre la resistencia de valor fijo y el sensor de temperatura.
Cuando el sensor está frío, la resistencia del sensor es alta, y la señal de
tensión es alta. A medida que el sensor se calienta, la resistencia disminuye
y disminuye la tensión de la señal. De la señal de tensión, el ECM puede
determinar la temperatura del refrigerante, el aire de admisión, o de los
gases de escape.
62
2.3.6.1. Circuito NTC y PTC
Los circuitos de este tipo son utilizados básicamente en sensores de
temperatura, su principal función es medir un cambio en la resistencia de un
componente llamado TERMISTOR, y mediante un circuito eléctrico poder
conocer un cambio en la temperatura.
El termistor es una resistencia que varía de acuerdo a la temperatura a la
cual es expuesta, para esto existen dos tipos de termistor.
NTC (Coeficiente Negativo De Temperatura), este tipo de termistores
disminuyen la resistencia interna a medida que aumenta la temperatura a la
cual es expuesto, es decir para cada temperatura tienen un valor de
resistencia. Si se calienta tendrán menor resistencia que si se enfrían.
PTC (Coeficiente Positivo De Temperatura), este tipo de termistores
presentan un cambio ascendente de resistencia a medida que se eleva la
temperatura.
Los termistores NTC son los más utilizados en la parte automotriz, en
modelos FORD, son aplicados en Sensores ECT, CHT, IAT, y componentes
del sistema de acondicionamiento de aire y climatizador electrónico.
Básicamente las mediciones sobre estos componentes permiten medir un
cambio de resistencia para cada nivel de temperatura.
De esta forma el fabricante suministra una tabla en la cual determina que la
resistencia del componente debe tener un valor especifico para cada
temperatura y esta tabla se puede verificar realizando mediciones.
En la siguiente grafica se muestra la forma sobre la cual se mide el más
común de los termistores, el sensor de Temperatura.
63
Figura 41. Medición de resistencia
Figura 42. Medición de voltaje
2.3.7. Sensor CKP Sensores de Posición del Cigüeñal
Proporcionar a la ECU la posición del cigüeñal y las r.p.m. Es del tipo
captador magnético. Es un sensor de tipo inductivo en otros casos un sensor
de efecto hall. Se instala cercano a la rueda volante de inercia, los dientes
de la cinta del volante de inercia pasan muy cerca del sensor inductivo y por
cada diente se genera un pulso de corriente alterna; es decir si la cinta
dentada tuviera 300 dientes, por ejemplo en cada vuelta completa del eje
cigüeñal se inducirían 300 pulsos en el sensor.
64
Figura 43. Sensor CKP
Figura 44. Grafica del osciloscopio del funcionamiento del CKP
La señal del CKP es usada para establecer la posición del cigüeñal,
velocidad del motor, punto de encendido y momento de la inyección.
65
Señales Obtenidas Mediante Osciloscopio
Figura 45. Señal sensor CKP tipo inductivo
Figura 46. Señal sensor CKP tipo inductivo
66
Figura 47. Sensor CKP inductivo con recubrimiento aislante
Figura 48. Sensor tipo hall
67
CAPÍTULO III
3. DISEÑO Y DESARROLLO
Es un equipo que se encarga de simular los sensores que son de vital
importancia para el funcionamiento del módulo de control electrónico.
Con este equipo estaremos en condiciones de probar la computadora de
control del motor analizando si este módulo de control está o no está en
buen estado o funciona de manera adecuada cuando se le ha sometido a
reparación.
3.1. DIAGRAMA ELECTRÓNICO ECU CORSA
Mediante el análisis del diagrama eléctrico de cualquier vehículo se puede
analizar y estudiar el funcionamiento electrónico del motor. Un diagrama
eléctrico es la grafica que representa la relación entre los diferentes
componentes de un conjunto, o sistema eléctrico permitiendo ubicar estos
componentes dentro de un circuito.
En los siguientes diagramas podemos encontrar los pines correspondientes
para cada sensor y actuador que hacen que el motor funcione, entre los más
importantes tenemos los pines de Ignición, batería, masa, que corresponden
a la alimentación de modulo de control si estos no están correctamente
alimentados la ECU no va a encender, una de las fallas comunes es el
problema de masa, ya que una mala masa puede generar valores erróneos,
con un multimetro podemos medir el valor de masa el cual no debe exceder
alrededor de 30 mili voltios.
68
Figura 49. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 1/4
69
Figura 50. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 2/4
70
Figura 51. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 3/4
71
Figura 52. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 4/4
72
3.2. SIMULACIÓN DE SENSORES
Los sensores son elementos que se encargan de transformar cualquier
unidad medible de electricidad y nos envían datos exactos y precisos al
módulo de control.
La simulación de los sensores considerados importantes para el
funcionamiento del motor se puede realizar gracias a la ayuda de
componentes electrónicos que se encuentran en el mercado con gran
facilidad.
Con la ayuda de un simulador virtual o cualquier software de aplicación
electrónica se pueden llegar a obtener dichas señales, estos reciben el
nombre de emuladores y son de gran ayuda para nuestro objetivo final que
es la construcción de un banco de pruebas para poder probar ECUS o
computadoras automotrices.
Previo a esto es necesario comprender el funcionamiento de cada unos de
los sensores considerados de prioridad alta para un buen funcionamiento del
motor.
A continuación se indican los que tomamos en consideración para nuestra
construcción.
Sensor TPS Posición de Mariposa
Sensor MAF Sensor de flujo de aire
Sensor MAP Sensor de presión del múltiple de admisión
Sensor O2 Sensor de oxígeno
Sensor ECT Sensor de temperatura del líquido refrigerante del motor
Sensor CKP Sensores de Posición del Cigüeñal
73
Con los sensores podemos realizar ciertas operaciones, dependiendo del
tipo de sensor utilizado.
A si, por ejemplo, con el sensor de posición de Mariposa del tipo
potenciómetro con el cual al acelerar o aplastar el pedal de aceleración, se
abre la mariposa, este movimiento es captado por el TPS enviando la señal
hacia el ECU.
Para la construcción del circuito utilizamos un software llamado Proteus o
LIVE WIRE, gracias a la ayuda del simulador virtual es muy fácil emular a
dichos sensores como el ejemplo TPS.
Figura 53. Simulación de sensores mediante potenciómetros
VDD VDD VDD VDD VDDVDD
0a1V
IATTPSMAFMAP ECT
P-MAP P-MAF
MAP MAF
P-TPS
TPS
P-IAT
IAT
P-ECT
ECT
P1K
O a 1V
ROA14K7
C7
C8 C9 C10 C11C12
74
Figura 54. Simulador TPS con potenciómetro de 5K
Figura 55. Señal del TPS en el osciloscopio
75
3.3. SALIDA DE ACTUADORES
Resultaría muy complicado tener los propios actuadores ya que estos
involucrarían desmontarlos del auto, pero para evitar este inconveniente y
gracias a la ayuda del simulador se puede realizar una interpretación de un
actuador con componentes de salidas de dicho software utilizando diodos
emisores de luz o LEDS, lámparas de pruebas, relays, etc.
Estos componentes sirven de gran ayuda ya que son muy comerciables y se
necesitan para realizar la construcción del banco de pruebas.
Como ejemplo demostrativo efectuamos en el simulador lo que vendría a ser
los inyectores.
Figura 56. Simulación del funcionamiento del inyector/ bobina
76
Figura 57. Circuito diseñado en PROTEUS del la simulación de actuadores
3.4. DISEÑO DE FUENTE DE ALIMENTACIÓN
Uno de los elementos muy estables que debe poseer el banco de prueba es
la fuente, ya que ésta debe alimentar a elementos que activan a 12 V y a 5
V. Para ello se utilizaron elementos pasivos para protegerlos de ruidos y
posibles cortos, para la regulación de voltaje. Se emplean reguladores de
tensión como son los TL 7805 y TL 7812 que son simples y fáciles de
conseguirlos en cualquier casa electrónica.
Gracias a los reguladores de tensión integrados, es muy fácil (y económico)
armar un circuito que a partir de la tensión disponible de una fuente
conmutada, que sea 12V de corriente continua, obtener 5V de corriente
continua perfectamente regulados.
+1
2V
BO
B1
BO
B2
BO
B3
BO
B4
RBOB-1330
12
LBOB-1
RBOB-2330
12
LBOB-2
RBOB-3330
12
LBOB-3
RBOB-4330
12
LBOB-4
77
La fuente no sólo servirá para alimentar al micro controlador, también actúa
sobre el funcionamiento de los componentes que ayudan a la simulación de
sensores y actuadores
La corriente máxima que entrega esta fuente es de 1 Amper. Sin embargo, si
no empleamos un buen disipador de calor en el regulador de voltaje TL7805,
sólo podremos exigirle poco más de la mitad de la corriente máxima, ya que
el calor generado por este componente sería excesivo. De todos modos, el
TL7805 cuenta con una protección térmica interna que lo apagará en caso
de que su temperatura supere los limites de seguridad.
La salida del transformador está protegida por un condensador de
470uF/16V que ayuda a eliminar parte del ruido propio de este tipo de
rectificador. El corazón de la fuente es el regulador de tensión, que posee un
condensador de 0.1uF a su entrada y otro a su salida, tal como se especifica
en su hoja de datos (datasheet). A la salida de esta etapa se encuentran los
5V regulados.
Otro condensador de 470uF/16V se encarga de eliminar cualquier pequeño
ruido que hubiese quedado.
Si en lugar de obtener 5V en la salida de la fuente se necesita otra tensión,
fácilmente se puede sustituir el regulador de voltaje empleado, Por ejemplo,
un TL7812 proporciona a la salida 12V de corriente continua. Es posible
conseguir con facilidad, reguladores de 3V, 5V, 6V, 8V, 9V, 12V y 15V.
Todos tienen como nombre “TL78xx” donde “xx” es la tensión de salida.
78
Figura 58. Circuito diseñado en PROTEUS de la fuente de
alimentación
3.5. GENERADOR DE ONDA HALL
Para nuestro banco, además de los emuladores para sensores de tipo
analógico elaboramos un diseño para sensor de efecto HALL o pulsos que
pueden estar presentes en algunas marcas.
Mediante el Micro Controlador DS Pic 4013 generamos la onda tipo Hall,
para lo cual se programó el DS Pic que nos permite, por su versatilidad,
generar sin problema una onda estable y controlable con los rangos
requeridos y la posibilidad de modificarlos sin ningún problema.
79
Programación del Ds PIC:
#int_rtcc
interrupcion_timer0()
if(input(pin_c3)==1)
output_low(pin_c3);
else
output_high(pin_c3);
set_rtcc(5); /*vuelvo a cargar el tmr0
,cambiado el 6 por un 5 para que sea más preciso*/
void main()
80
set_tris_c(0x00); /*configuro el puerto c como salida
aquí tenías otro fallo, si pones 0xFF configuras el
puerto como entrada*/
// se ha borrado varias líneas que no eran
imprescindibles
setup_counters(RTCC_INTERNAL,RTCC_DIV_2|RTCC_8_BIT);
set_rtcc(5); /*cargo el tmr0 a este valor*/
ENABLE_INTERRUPTS(INT_RTCC);
ENABLE_INTERRUPTS(GLOBAL);
output_low(pin_c3); /*pongo el puerto de salida a 0
inicialmente*/
while (1) // añado un bucle sin fin porque de lo
contrario el programa finaliza
Elaborado por Guido Merino
81
3.6. GENERADOR DE ONDA INDUCTIVA SENSOR CKP
Dentro de la simulación de sensores, una de las señales más importantes
es la del CKP, debido a que si la ECU no detecta, el giro del cigüeñal no
enciende. Para poder obtener la señal se usa un trasformador de 220 a 9 o
12V, que podría ser un cargador de celular, se quita el rectificador si lo tiene
y se utiliza sólo primario y secundario.
El primario 220V es la conexión al CKP del vehículo
El secundario se conecta a un Plug Estéreo.
Para la grabación, se debe conectar el transformador al CKP en paralelo y
en la PC conectar el PLUG al Jack del micrófono.
En la PC se sigue la siguiente ruta:
INICIO/ TODOS LOS PROGRAMAS/ ACCESORIOS/ENTRETENIMIENTO /
GRABADOR DE SONIDO.
Se enciende el motor y se presiona REC. De esta manera, se graba la señal
en una aceleración continua de 700 RPM a 3500 RPM, en velocidad
constante.
Para la Reproducción.
Ahora el Plug del trasformador va al Jack del auricular, salida de audio, y el
primario de éste se lo lleva a los pines correspondientes al CKP en la ECU
Una vez alimentada la ECU en el banco, se presiona PLAY y la ECU
enciende.
82
3.7. DISEÑO EN PROTEUS DEL BANCO DE PRUEBAS
Con la ayuda de un simulador denominado Proteus se procede a la
construcción y simulación del banco cuyo circuito completo es mostrado a
continuación.
Figura 59. Diseño en PROTEUS del banco de pruebas
PG-1
INY1
INY2
INY3
INY4
PPL
EGR
MIL
BC
VDD
VSS
LINY4
LINY3
LINY2
LINY1
D-ENB
VSS
VDD
VSS
0+5V
SIN
0+12V
VDD
VSS
LBC
LMIL
LEGR
LPPL-R
OUT-PH+5
LPPL-V
VDD
VSS
+12V VDD
VDD
0+5V
VDD
0+12V
VDD VDD VDD VDD VDDVDD
VDD
SIN
LINY1 LINY2 LINY3 LINY4 LBC LMIL LEGR
SINY-1
INY1
SINY-2
INY2
SINY-3
INY3
SINY-4
INY4
S-BC
BC
S-MIL
MIL
S-EGR
EGR
S-PPL
PPL
VSS
+1
2V
BO
B1
BO
B2
BO
B3
BO
B4
VD
D
VSIN
LP
PL-V
VD
D
VD
D
0a1V
IATTPSMAFMAP ECT
1
2
XT0
7.3728
C0A
C0B
VI1
VO3
GN
D2
RVP
CE12V CC1
BANCO DE PRUEBAS
12-NOV-2009
RST AVDD
AVSS
AN10-B10
D0
AN11-B11
AN12-B12
D1
F0
F1
VDD
D2
INT1-D8
F6
TX1-F3
RX1-F2
TX2-F5
RX2-F4
AN0-B0
AN1-B1
AN2-B2
AN3-B3
AN4-B4
AN5-B5
AN6-B6
AN7-B7
AN8-B8
AN9-B9
XT1-INP
XT2-OUT/C15
TX1AUX/C13
RX1AUX/C14
INT0-RA11
INT2-D9
D3
VSS
VDD
VSS
VDD
VSS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
U0
MK-DS30F4013
CE1CC0
D+
CE0
PH+5 PH+12V
HALL +5V HALL +12V
P-MAP P-MAF
MAP MAF
P-TPS
TPS
P-IAT
IAT
P-ECT
ECT
P1K
O a 1V
ROA14K7
P-SIN
SIN 0 a 1V
RINY-1330
12
LINY-1
RINY-2330
12
LINY-2
RINY-3330
12
LINY-3
RINY-4330
12
LINY-4
RBOB-1330
12
LBOB-1
RBOB-2330
12
LBOB-2
RBOB-3330
12
LBOB-3
RBOB-4330
12
LBOB-4
R-BC330
12
L-BC
R-MIL330
12
L-MIL
R-EGR330
12
L-EGR
R-PPL330
12
L-PPL
RINY1-A330
RINY1-B330
RINY2-A330
RINY2-B330
RINY3-A330
RINY3-B330
RINY4-A330
RINY4-B330
RBC-A330
RBC-B330
RMIL-A330
RMIL-B330
REGR-A330
REGR-B330
RPPL-A330
RPPL-B330
R1
330
C1
R2
330
C2
R3
330
C3
R4
330
C4
3
2
1
84
U1:A
AD822AP
5
6
7
U1:B
AD822AP
R5
10k
R6
10k
R7
10k
R8
10k
C5C6
C7
C8 C9 C10 C11C12
83
El primer paso a realizar será seleccionar los componentes que
necesitaremos en el proceso, para lo cual utilizaremos la herramienta
componente. Pulsando en ese botón veremos como a la derecha de la barra
de herramientas se activará una lista (vacía en primera instancia) con el
título de devices. Ahí es donde veremos el listado de componentes
seleccionados para su inclusión en el esquema. Podemos observar como a
la izquierda de este título hay dos botones, pulsaremos sobre el botón 'P' y
tendremos acceso a la ventana de selección de componentes:
Figura 60. Librería de componentes
En este cuadro de diálogo podemos seleccionar la librería en la que
deseamos buscar y, dentro de esa librería el componente que queremos
añadir a la lista. En la parte derecha de la ventana veremos una pre
visualización del componente en el esquema y la placa de circuito impreso
respectivamente. Para añadir un componente a la lista haremos doble click
84
sobre su nombre. Una vez hayamos añadido los componentes que
necesitemos podemos cerrar la ventana y volver a la ventana de diseño.
Seleccionaremos el nombre del componente a colocar con el ratón y
haremos click izquierdo en un espacio del esquema. Por cada click que
hagamos colocaremos una nueva copia del componente. En la ventana de
pre visualización podremos comprobar cómo va a ser colocado el
componente y rotarlo mediante los botones de la esquina superior izquierda.
Pero quizá podamos querer rotar o mover un componente después de
colocarlo, esto se consigue seleccionándolo con un click derecho del ratón y
arrastrándolo con el botón izquierdo (para moverlo), o manipulando los
botones de rotación una vez seleccionado. Para deseleccionar un
componente haremos click derecho en un espacio vacío.
Una vez colocados de forma correcta los componentes en el espacio de
trabajo el siguiente paso lógico sería conectarlos entre sí mediante cables,
usando para ello la herramienta cable (wires). Para usarla solo tenemos que
accionarla y hacer click izquierdo en cada uno de los pines que queramos
conectar (es importante que el componente en cuestión no esté
seleccionado o sólo conseguiremos editar sus propiedades), Isis se encarga
automáticamente de seleccionar la mejor ruta a seguir para el trazado del
cable. Aunque si no estamos satisfechos con el resultado podemos actuar
sobre el cable trazado del mismo modo que lo haríamos sobre un
componente.
Existe una opción que nos permite eliminar de la lista de componentes
aquellos componentes que todavía no se han utilizado en nuestro diseño. Es
la opción Tidy del menú Edit. Podemos probar a incluir en la lista cualquier
componente y después seleccionar la opción Tidy para ver como
desaparece de la lista si no ha sido colocado antes.
85
Bien, ya tenemos nuestro primer circuito diseñado, ahora vamos a probar
algo de simulación básica, por el momento nos limitaremos a comprobar si el
circuito se comporta como debería comportarse. Para ello activaremos el
modo de simulación pulsando el botón de inicio de simulación de la barra
inferior, o presionando F12. Para simular la acción sobre el pulsador del
circuito haremos click sobre él una vez la simulación esté en marcha y
comprobaremos su efecto. Para detener la simulación pulsaremos el botón
correspondiente de la barra.
Figura 61. Desarrollo en proteus del banco de pruebas
Si queremos editar las propiedades de un componente, primero lo
seleccionamos haciendo click derecho sobre él, para después hace click
izquierdo. Ante nosotros aparecerá el cuadro de diálogo de propiedades de
componente, que variará según el componente y mediante el cual podremos
configurarlo a nuestro gusto. Elementos comunes a la mayoría de
componentes son su referencia (R1, R2, C1...) y valor, así como también el
footprint seleccionado para pasar el esquema a ARES, la aplicación de
diseño de PCB. Si el componente tiene pins de alimentación que se
encuentran ocultos, podemos seleccionar a que red (net) queremos
86
conectarlos mediante el botón “Power Pins”, aunque en circunstancias
normales los valores por defecto son adecuados.
Un detalle a tener en cuenta sobre la simulación de circuitos en Proteus es
que no es necesario diseñar en él el circuito completo para poder simularlo,
ya que podemos obviar partes, como pueden ser las alimentaciones de los
circuitos integrados, los osciladores de los micro controladores, incluso las
salidas, ya que durante la simulación se nos muestra mediante un sistema
de colores el estado lógico de cada salida o extremo de un componente.
Figura 63. Diseño para la impresión de la placa
3.8. DISEÑO DE PLACA DE IMPRESIÓN
Una vez simulado y probado en el software, el siguiente paso es elaborar la
placa del circuito impreso, para esto contamos con otro software llamado
ARES que enlaza directamente al circuito desarrollado en Proteus con la
placa impresa de una forma directa y rápida, para luego proceder a
fabricarla.
87
Los pasos para elaborar el PCB los detallamos a continuación
Seleccionamos la opción OUTPUT del menú principal y elegimos PRINT y
aparece la opción PRINT LAYOUT.
Figura 63. Proceso de impresión
3.8.1. Proceso
Sería conveniente que examináramos por última vez el diseño del circuito
impreso, para descartar cualquier error que, nos pudiera provocar una
posterior pérdida de dinero y tiempo. Cuando confirmemos que el circuito ha
sido correctamente diseñado, entonces lo imprimiremos en la hoja de
acetato, utilizando una impresora láser o una fotocopiadora.
88
Figura 64. Impresión del diseño de la placa en papel
En cuanto a la placa, es muy importante que la limpiemos antes de la etapa
del planchado, para eliminar los residuos que pudieran interferir con la
transferencia térmica del tóner. Para esto, tallaremos de manera uniforme la
superficie de cobre con la fibra verde, agregando un poco de detergente en
polvo y agua. Al terminar, simplemente enjuagamos y secamos.
Posteriormente, fijaremos el acetato (debidamente recortado y con el lado
impreso hacía el cobre) sobre la superficie de la placa con pequeños cortes
de cinta adhesiva dispuestas en las cuatro esquinas de la misma, con la
finalidad de evitar su movimiento a la hora del planchado. Si la cinta
adhesiva llegara a tocar la cara de cobre, debemos recordar limpiarla antes
de la etapa del rebajado, ya que su adhesivo actuará como protección
adicional del cobre.
89
Figura 65. Proceso de impresión en la baquelita
El planchado del acetato es quizá, la etapa más frustrante del proceso de
elaboración de PCBs, ya que en muchas ocasiones el tóner del acetato no
se transferirá adecuadamente a la placa. Esto puede deberse a varios
90
factores, aunque el más importante y el que finalmente determinará una
buena transferencia de tóner será el calor que nuestra plancha pueda
brindarnos (aunque demasiado calor podría deformar el acetato).
Figura 66. Proceso de calentamiento de la baquelita
Al retirar el acetato veremos como el tóner se habrá traspasado parcial o
totalmente a la cara de cobre de la placa. Si el resultado es muy malo, es
decir, si muchas partes del diseño, especialmente las pistas y pads, no se
han traspasado al cobre, podremos retirar fácilmente la tinta tallando
nuevamente sobre su superficie (con la fibra verde, jabón y agua), para
posteriormente realizar el mismo procedimiento pero ahora modificando el
tiempo de planchado o aumentando un poco la temperatura. Ahora, si el
tóner se ha traspasado casi en su totalidad, entonces ocuparemos el
marcador permanente para rellenar los huecos
Para remover el cobre mezclaremos cloruro férrico en solución y agua dentro
de un contenedor. Las instrucciones especifican que por cada dos partes de
cloruro férrico se debe agregar una de agua.
91
Figura 67. Limpieza de la placa
Lista la mezcla, ahora meteremos la placa por unos 45 minutos, moviendo
constantemente el contenedor en una dirección y luego en otra, verificamos
si el cobre está disminuyendo (pasará de un color cobrizo a uno rosado para
finalizar en blanco). Si el cobre se ha disuelto sacamos la placa, pero si aún
no vemos un avance significativo, entonces tendremos que agregar más
cloruro férrico.
Figura 68. Proceso químico de cloruro férrico
92
Figura 69. Cloruro férrico
3.9. LISTA DE COMPONENTES
En la siguiente lista se detalla la cantidad y nombre de componentes que se
necesita para la construcción del banco de pruebas.
Lista de componentes:
CANTIDAD COMPONENTES
2 Condensador electrónico 2200 uF 16V
1 Condensador electrónico 100 uF 10V
1 Regulador de voltaje TL7805 encapsulado TO-220
1 Disipador de calos para Regulador de voltaje
9 Potenciómetros 2K
1 Micro controlador DS PIC 4013
1 Regulador de tensión TL 7805
1 Regulador de tensión TL 7812
1 Micro Controlador DS Pic 4013
1 Potensiómetro de 50 K
93
1 Diodo 1N 4007
1 Diodo Zenez 1.2 v
1 Capacitor electrolíticode 10µF a 25 v
1 Capacitor electrolítico de 1000 µF a 25 v
1 Capacitor electrolítico de 100 µF a 25 v
12 Resistencias de 1 KΩ a ¼ vatios
10 Resistencias de 560Ω a ¼ vatios
1 Resistencia de 470 Ω a ¼ vatios
1 Resistencia de 10 KΩ a ¼ vatios
3 Potenciómetros de 5 K
1 Potenciómetro de 10 K
1 Potenciómetro de 25 K
5 Transistores NPN TL3904
14 Diodos Leds varios colores
14 Borneras con sujeción por tornillo
1 Swich ON OFF
5 m Cable de parlante bipolar Número 3
3m Cinta termocontraible
1 Cautín
14 Portal leds
26 Borneras de conexión superficial
TABLA 7 Componentes Para La Construcción Del Banco
94
3.10. PROCESO DE ARMADO DEL BANCO DE PRUEBAS
Antes de proceder al armado del banco es necesario fabricar una pequeña
caja ya sea de madera o cartón prensado para montar el banco.
Luego de fabricar la placa, se procede a perforar los orificios donde los
componentes se ubicarán, a continuación realizamos la soldadura, con la
ayuda del cautín y con el estaño colocamos los componentes en cada uno
de los lugares correspondientes.
95
Figura 69. Perforación de los orificios para los componentes
96
Figura 70. Perforación y soldadura de componentes
Figura 71. Potenciómetros con soldadura
97
Figura 72. Soldadura de resistencias y condensadores
Cuando se concluya con la colocación de los elementos, los agujeros en la
tapa que se colocará en la parte superior de nuestra caja, serán los lugares
donde se colocarán los PORTA LEDS.
Figura 73. Suelda de potenciómetros
98
Luego de cada bornera y lugar de LEDs, en la placa impresa, procedemos a
sacar cables que se colocarán con las borneras de conexión superficial, las
mismas que estarán ubicadas en la tapa del banco.
Es necesario acotar que cada cable en los puntos de soldaduras con los
LEDs estarán totalmente aislados con cinta contraíble.
Luego, una vez armado procedemos a probarlo alimentándolo con una
fuente variable a un voltaje variable hasta los 12 voltios. Si no se dispone de
una fuente variable, un adaptador variable sirve para alimentar al banco.
99
CAPÍTULO IV
4. MANUAL DE USO Y MEDICIONES
El Emulador de Sensores o Banco De Pruebas es un notable instrumento de
múltiples funciones, diseñado específicamente para el diagnóstico
automotor.
La versatilidad, practicidad y bajo costo comparativo de este notable
instrumento, le permitirán contar con un útil “SIMULADOR VIRTUAL” de
Funciones y Señales, que podrá enviar información para testear la
computadora (ECU) del vehículo.
En este Manual de Uso encontrará secuencias detalladas de pruebas,
esquemas de conexión, tablas con valores de medición y otras
informaciones útiles.
Consta básicamente de las siguientes funciones:
1. Emulador de TPS
2. Emulador de Sensores de Temperatura
3. Emulador de MAP
4. Emulador de Sonda Lambda (Sensor de Oxígeno)
5. Emulador de Sensores Hall
6. Emulador de Sensores Inductivos
De funcionamiento simple y confiable, este novedoso tester le permitirá
ahorrar tiempo en el diagnóstico de fallas complicadas, pudiendo enviar
información hacia la ECU, un osciloscopio o un multímetro.
100
4.1. ALIMENTACIÓN
Este instrumento se debe alimentar con 12 volts de corriente continua
(batería del vehículo o fuente regulada).
Fusible en Cable de Alimentación: 250 miliamperios.
4.2. EMULACIÓN DE SENSORES
4.2.1. Emulador De TPS
Se provee de una salida triple para reemplazar al TPS del vehículo consta
de Masa, Señal, +5 volts. Con la Perilla se podrá variar entre 0 y 5 volts
4.2.2. Emulador De Sensor De Temperatura
Consta de una perilla que permiten tener una salida de resistencia variable
entre 100 ohms y 110 Kohms para reemplazar el Sensor de Temperatura del
vehículo, pudiendo fijar con gran precisión los valores que representan las
distintas temperaturas.
4.2.3. Emulador De Sensor MAP
Una fuente de tensión continúa, variable entre 0 y 5 Volts permite
reemplazar los MAP con salida en tensión, verificando la reacción de la ECU
a distintos valores.
101
4.2.4. Emulador De Sonda Lambda O2
Una fuente de tensión continua variable entre 0 y 1 Volts permite reemplazar
la SONDA LAMBDA del vehículo. Con la Perilla de regulación se podrán
simular valores que representen situaciones de mezcla rica o pobre, así
como todos sus valores intermedios.
4.3. SECUENCIA DE PRUEBAS
4.3.1. Emulador De TPS
Para reemplazar el TPS del vehículo por la función TPS del Emulador, se
deben tener en cuenta las polaridades de ambos a fin de hacerlo en forma
correcta. Tener en cuenta que las fichas que corresponde al TPS, por lo
tanto sirve para inferir el positivo, la masa y la señal, en la ficha del lado del
cableado de la computadora del auto.
Una vez identificado el tipo de TPS a reemplazar, es conveniente verificar
con un Multímetro Digital en la escala de 20 volts, las polaridades de la ficha
del cableado, poniendo en contacto el vehículo y midiendo los pines de la
ficha. Quitar el contacto del vehículo.
Seguidamente se procederá a conectar la ficha del cableado del vehículo, a
los terminales del Emulador, respetando la polaridad marcada en los
terminales del mismo.
Con las conexiones realizadas se debe ahora hacer la prueba con el
vehículo en funcionamiento, girando la Perilla TPS en el sentido de apertura.
Verificar que no hay saltos o interrupciones en todo el recorrido.
En el caso de tener algún tipo de Scanner de Auto diagnóstico se puede
controlar la variación específica de la tensión del TPS seleccionando la
pantalla correspondiente.
102
4.3.2. Emulador De Sensor De Temperatura
El reemplazo del Sensor de Temperatura del vehículo por la función variable
del simulador es muy sencillo, ya que se requieren conectar solamente dos
bornes.
Desconectar la ficha del Sensor de Temperatura del vehículo.
Se procederá a conectar la ficha del cableado del vehículo a los terminales
emulador (Bornes OHMS) mediante el cableado provisto. Por ser una
Resistencia la conexión no posee polaridad.
Buscar en la tablas de valores adjuntas el que corresponde al vehículo en
prueba, y colocar el valor de resistencia que sea necesario según la
temperatura que queremos simular, ya sea una prueba de arranque en frío o
bien un funcionamiento en cualquier punto de temperatura.
Las escalas de perillas grabadas en emulador son aproximadas (como
referencia). Para lograr un valor exacto de resistencia, deberá chequearlo
con la ayuda de un Multímetro Digital en la función óhmetro, conectándolo a
los Bornes OHMS. Por ejemplo, si desea exactamente 7550 ohms, conecte
el multímetro, mueva las perillas hasta encontrar el valor, y seguidamente
con el valor encontrado, conecte el emulador al cableado del vehículo para
enviarle esa información a la computadora (ECU) del auto.
103
CHEVROLET CORSA PICK UP 1.6 EFI/CORSA SEDAN 1.6 MPFI/CORSA 1.0-1.6
MPFI
Sensor De Agua Sensor De Aire
Cº Ohms Cº Ohms
0 5600 0 5600
20 2500 20 2500
40 1200 40 1200
50 973 50 973
60 660 60 660
70 465 70 465
80 325 80 325
90 235 90 235
100 175 100 175
Elaborado por Guido Merino
Tabla 8. Valores medidos Resistencia/ Temperatura
4.3.3. Emulador De MAP
El Emulador en esta función proporciona una tensión continua variable de
cero a cinco volts, que es útil para simular la salida de tensión de los
sensores de vacío.
Desconectar la ficha de conexión del MAP con la Computadora (ECU) del
vehículo. El primer paso consiste en identificar el MAP del vehículo en los
gráficos adjuntos. Tener en cuenta que las fichas que aparecen
corresponden a los MAP, por lo tanto sirve para inferir la polaridad en la ficha
del cableado de la computadora (ECU) del auto.
Para estar seguros antes de conectar el Emulador, deberíamos chequear
con un multímetro en la ficha del lado cableado la posición de 5V, Masa Y
Señal.
104
La conexión será: masa de cableado: Borne 0v
Señal del cableado: Borne Salida
Para llevar a cabo la prueba poner el vehículo en marcha y variar la Perilla
del T600 de acuerdo a la tabla de vacios del MAP reemplazado, valores que
irán de cerca de 5 Volts a 1Volt a medida que aumenta el valor de vacío.
Como en las anteriores pruebas, de contar con un Scanner de
Autodiagnóstico, buscando la pantalla correspondiente al MAP se podrá
verificar que variando en el T600 los valores de tensión se modifiquen las
lecturas en la pantalla del mismo.
CHEVROLET CORSA PICK UP 1.6 EFI/CORSA SEDAN 1.6 MPFI/CORSA 1.0-1.6
MPFI
Elaborado por Guido Merino
A. Masa
B. Señal
C. 5V
Tabla 9. Medición De Sensor MAP Vacio/ Hertz
TABLA +/- 10%
VACÍO HERTZ
0 160
5 145
10 130
15 118
20 105
25 92
105
4.3.4. Emulador de Sensor de Oxígeno (Sonda Lambda)
El Emulador en esta función proporciona una tensión continua variable, de
cero a 1 volt, que es útil para simular la salida de tensión de la Sonda
Lambda.
Desconectar la ficha de conexión de la Sonda Lambda con la Computadora
(ECU) del vehículo. El primer paso consiste en identificar la SONDA
LAMBDA del vehículo en los gráficos adjuntos. Tener en cuenta que las
fichas que aparecen corresponden a las SONDAS LAMBDA, por lo tanto
sirve para inferir la polaridad en la ficha del cableado de la computadora
(ECU) del auto.
Para estar seguros, antes de conectar el Emulador, deberíamos chequear
con un multímetro en la ficha del lado cableado, la posición de positivo y
masa.
La conexión será: masa del cableado - Borne 0v
Positivo del cableado- Borne Salida
Para llevar a cabo la prueba poner el vehículo en marcha y variar la perilla
del Emulador entre 0 volt. (Mezcla pobre) y 1 volt. (Mezcla rica), y todos los
valores intermedios posibles.
Como en las anteriores pruebas, de contar con un Scanner de
Autodiagnóstico dado que la velocidad de respuesta de la pantalla del mismo
es lenta (actuando como osciloscopio), se puede seleccionar el cuadro que
nos grafica los valores de la sonda pero en volts (formato display de
multímetro) ya que de esa manera podremos variar más rápidamente la
Perilla del Emulador y de esa manera ver la fluctuación de los valores de
tensión al mismo tiempo que ella se produce.
106
Si se desea ver como osciloscopio entonces realizar la variación en forma
lenta dándole tiempo a la imagen de ir variando en el sentido que queremos
de menor a mayor o de mayor a menor tensión.
CHEVROLET CORSA PICK UP 1.6 EFI/CORSA SEDAN 1.6 MPFI/CORSA 1.0-1.6
MPFI
Sonda Contacto Único Positivo
Masa Cuerpo Del Sensor Negativo
Figura 74. Sensor De Oxigeno
4.3.5. Emulador de Sensores Hall
El Emulador provee una salida de Señal Digital (cuadrada de 5 volts) con
posibilidad de variar su frecuencia entre 10 y 200 hertz. Puede ser usada
para simular la salida en frecuencia de los MAPs (que tienen salida digital),
como así también para simular salidas de Sensores Hall. De la misma
manera servirá para disparar Bobinas Secas Múltiples que incorporan
módulos con ellas, y requieren una señal cuadrada de estas características
para reemplazar la señal de control de la computadora (ECU) del vehículo.
Desconectar la ficha de conexión del Sensor Hall. Se deberá estar seguro de
la polaridad de los cables del Sensor. (Positivo, masa y señal)
El Emulador simulará una Señal Digital conectando solamente 2 bornes:
Masa de cableado - Borne 0v (masa)
Señal de cableado - Borne Cuadrada hall (Señal)
Se podrá cambiar la frecuencia variando la perilla entre 10 y 200 Hertz.
107
CAPÍTULO V
5. ANÁLISIS DE MÓDULOS
5.1. Partes Del Módulo Electrónico De Control ECU
Un modulo de control como por ejemplo el PCM de un vehículo, está
compuesto por una gran cantidad de circuitos y componentes que en
muchos casos ni siquiera son de carácter comercial, lo importante al
momento de tratar de Reparar un Modulo es identificar qué sector del mismo
es el que se encuentra con algún problema y sobre esa base tratar de
analizar cuál puede ser una efectiva solución, Tan importante como buscar
un reemplazo en una casa electrónica de acuerdo a una referencia es saber
qué tipo de control o señal eléctrica maneja un determinado circuito, puesto
que si no se encuentra un componente en particular podríamos pensar en un
reemplazo de acuerdo a la cantidad de corriente, el voltaje o la frecuencia
entre otros parámetros que el modulo controle o reciba de un actuador o un
sensor.
En general un Modulo de control está compuesto por elementos periféricos y
elementos de procesamiento.
5.1.1. Circuito de alimentación o fuente
Este circuito está diseñado para proteger el modulo y mantener un nivel de
tensión estable al interior del mismo en los elementos de procesamiento no
se permite cambios en los niveles de tensión recordemos que en un
automóvil el sistema de carga se caracteriza por los cambios de voltaje.
Un circuito fuente está conformado por componentes encargados de
proteger, estabilizar y regular los niveles de tensión y corriente dentro de los
elementos más usuales tenemos los siguientes:
108
• Diodos Rectificadores y Zenner.
• Condensadores.
• Reguladores de Tensión.
• Varistores.
• Resistencias.
En la siguiente grafica se puede observar una fotografía de un circuito
fuente.
Figura 75. Fotografía de un circuito fuente
Una de las características con la que se puede identificar un circuito fuente
es que siempre están muy cerca de los pines de conexión y además son los
componentes de mayor tamaño puesto que manejan una cantidad de
corriente considerable.
109
5.1.2. Circuitos de Control
Los circuitos de control dentro de un Modulo Eléctrico están básicamente
diseñados para controlar los Actuadores como por ejemplo los inyectores las
bobinas las válvulas de marcha mínima los relevadores entre otros , estos
circuitos deben cumplir con requisitos de manejo de potencia puesto que la
corriente que se maneja en muchos de ellos alcanza los 5 ampere y los
voltajes operados pueden llegar a picos de hasta 400V dentro de los
principales componentes que hacen partes de estos circuitos tenemos:
• Transistores.
• Circuitos integrados de control (DRIVER´S).
En la siguiente imagen se presenta un ejemplo de un circuito de control de
bobinas de encendido DIS compuestos por dos transistores del tipo Mosfet.
Figura 76. Circuito de control de bobinas
110
Una de las características que podrían ayudar a identificar este tipo de
circuitos es que siempre manejan pistas de gran tamaño y generalmente
están dispuestos en lugares de fácil disipación de calor como laminas de
hierro o chapas disipadoras.
Ahora otra parte podría analizar los elementos que hacen parte del
procesamiento de los datos.
5.1.3. Procesamiento de Datos
En esta parte de circuito encontramos la parte lógica y operacional del
modulo en donde se encuentran almacenados los datos de funcionamiento
(Memoria), y en donde existe un componente que es encargado de operar
todos los controles y señales del modulo (Procesador), estos dos
componentes ayudados de muchos circuitos integrados como conversores
análogos digitales, se encargan de gestionar cada una de las funciones del
modulo de control de acuerdo al requerimiento o señal enviada por parte de
los sensores o sistemas que requieran una operación cualquiera del modulo
en la siguiente imagen se puede apreciar una imagen de elementos de este
circuito.
111
Figura 77. Elementos del circuito procesador
El procesador siempre se encuentra muy cercano a la memoria y cercano al
procesador se va a encontrar el cristal del procesador.
En algunos casos se puede encontrar que la memoria y el procesador se
encuentran ubicados en un mismo componentes, a este arreglo se le
denomina MICROCONTROLADOR.
A continuación se listaran cada uno de estos componentes con su respectiva
especificación y clasificación.
112
CAPÍTULO VI
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1. Conclusiones
La electrónica ha permitido desarrollar, en muchos ámbitos, el uso de
circuitos digitales, permitiendo desarrollar programas computacionales,
utilizados en muchos mecanismos de actualidad.
Las computadoras varían permanentemente razón por la cual no podemos
estacionarnos con el uso de equipos utilizados en tiempos relativamente
cercanos.
Al hablar del tema de computación están insertos los computadores
utilizados actualmente en los vehículos. Vemos que de acuerdo a los
modelos que salen al mercado se instalan diferentes tipos de computadores
para diferentes usos.
Los llamados módulos de control de los vehiculos son cada vez más
sofisticados y si no se entiende el circuito electrónico tampoco se podrá
entender la operación de estos cerebros.
Los costos de estos equipos son elevados si se necesitan ser cambiados
por causa de daños en los circuitos
El establecer un banco de pruebas nos lleva a pensar que con este equipo
podremos determinar las fallas producidas en el computador del vehículo.
El emulador de sensores es una herramienta totalmente funcional con la
habilidad de generar el entorno necesario para el funcionamiento del control
electrónico del motor ECU.
113
Mediante la utilización de electrónica básica podemos generar señales y
ondas, con las características necesarias para cumplir los parámetros de
funcionamiento.
El uso de micro controlador nos ayuda a mejorar la versatilidad del equipo ya
que nos permite tener un mayor control de los valores requeridos.
6.2. Recomendaciones
El banco de pruebas que se ha desarrollado es aplicable a un tipo de
vehículo específicamente, esto es no se puede hacer uso en cualquier
marca o tipo de vehículo
Si se requiere utilizar en otras macas y tipos de vehículos se deberá
fabricar un banco para cada tipo.
Por lo tanto es necesario tener claro el vehículo en el cual vamos a poner en
uso el banco de pruebas, y verificar en el diagrama eléctrico del vehículo ya
que los conectores y funcionamiento varían en forma parcial en cada marca
de vehículo.
Se deben analizar los diagramas de los vehículos para poder identificar con
mayor facilidad, el funcionamiento de cada uno de los cables de los
diferentes sensores.
Mediante el diagrama identificar los pines del conector de PCM para realizar
una correcta conexión al simulador de sensores, ya que se puede provocar
un corto.
El uso del banco de pruebas debe utilizarse con cuidado por ser elementos
delicados debiendo ser utilizado por personas técnicas que tengan
conocimiento de lo que representa
114
El manual que se adjunta en el trabajo debe ser utilizado según se indican
los pasos a seguir.
El equipo está diseñado para voltajes específicos de esta manera se evitará
que se produzcan daños en el banco de pruebas y por lo tanto en
computador del vehículo
Por último no debemos olvidar que es un banco a nivel didáctico y no
comercial.
115
NOMENCLATURA O GLOSARIO
Ω ohmio.
°C Grados Celsius.
°F Grados Fahrenheit.
CKP Sensor de posición del cigüeñal.
ECT Sensor de temperatura del líquido refrigerante.
ECU Engine control unit (Unidad de control del motor).
HZ Hertz.
I Intensidad.
IAT Sensor de temperatura del aire de admisión.
LED Diodo emisor de luz.
MAF Sensor de flujo de aire.
MAP Sensor de presión.
MPFI MULTI-POINT FUELL INJECTION (Sistema de inyección
electrónica multipunto).
mV Mili voltios.
NTC Coeficiente negativo de temperatura.
O2 Oxigeno.
PCBs Printed circuit board (Tarjeta de circuitos impresos).
PTC Coeficiente positivo de temperatura.
R Resistencia.
RELAY Interruptor electromecánico.
RPM Revoluciones por minuto.
Sensor O2 Sensor de oxigeno.
SONDA LAMBDA Sensor de oxigeno.
TPS Sensor de la mariposa de aceleración.
116
TO-220 Tipo de encapsulado del regulador de voltaje.
uF Microfaradio .
V Voltaje
VARISTOR Componente electrónico cuya resistencia óhmica varía
cuando la tensión eléctrica aplicada aumenta.
117
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