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
I
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 20XX Reservados todos los derechos de reproducción
II
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
III
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
IV
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
V
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
VI
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
2.1.1. Corriente Continua, Pulsante y Alterna
15 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
2.2.
2.1.2.1.
Ondas Senoidales
17
2.1.2.2.
Ondas Cuadradas Y Rectangulares
17
COMPONENTES ELÉCTRICOS BÁSICOS
2.2.1. Resistencias
18 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 2.2.5.1.
Oscilador electrónico
35
2.2.5.2.
Funcionamiento Del Circuito
35
2.2.6. Diodo 2.2.6.1.
36 Diodo Rectificador
2.2.7. Diodo Zener
38 40
2.2.7.1.
Efecto Zener
40
2.2.7.2.
Funcionamiento
41
2.2.8. Transistores
2.3.
35
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
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 2.3.6. Sensor IAT, Sensor De Temperatura Del Aire De
58
Admisión 2.3.6.1.
Circuito NTC y PTC
2.3.7. Sensor CKP Sensores de Posición del Cigüeñal CAPÍTULO III 3. DISEÑO Y DESARROLLO
60 62 63 6 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 3.9.
LISTA DE COMPONENTES
3.10. PROCESO DE ARMADO DEL BANCO DE PRUEBAS
87 92 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. 6.2.
Conclusiones Recomendaciones
112 113
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.
59
Funcionamiento del sensor de temperatura
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 Figura 59. Diseño en PROTEUS del banco de pruebas
78 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
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
VII
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.
VIII
IX
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
1
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
2
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 KJetronic 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
3
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 DJetronic 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.
4
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
5
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.
6
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
7
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.
8
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.
9
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.
10
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.
11
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.
12
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
13
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.
14
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.
15
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.
16
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.
17
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
18
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.
19
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 amarillovioleta 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: 1-5-44ceros, con una tolerancia del 2%, o sea, 1540000 W ó 1540 KW ó 1.54
20
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.
21
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.
22
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).
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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).
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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.
25
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%.
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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
27
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
28
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.
29
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.
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Diagrama De Pines Pinout 30F4013
Figura 13. Datasheet dsPIC30F4013
Pines De Programación 30F4013
Figura 14. Pines de programación 30F4013
31
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.
32
Tabla 3. Datasheet dsPIC30F4013
33
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
34
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
35
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.
36
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
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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).
38
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.
39
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.
40
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
41
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.
42
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.
43
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:
44
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.
45
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
46
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
47
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.
48
Figura 27. Sensores y actuadores
49
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.
50
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
51
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.
52
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.
53
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
54
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
55
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
56
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.
57
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.
58
TEMPERATURA DEL
RESISTENCIA
REFRIGERANTE (°F)
(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
59
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.
60
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.
61
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.
62
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.
63
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.
64
Señales Obtenidas Mediante Osciloscopio
Figura 45. Señal sensor CKP tipo inductivo
Figura 46. Señal sensor CKP tipo inductivo
65
Figura 47. Sensor CKP inductivo con recubrimiento aislante
Figura 48. Sensor tipo hall
66
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.
67
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
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
72
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.
O a 1V
MAP
MAF
VDD
VDD
TPS
VDD
IAT
VDD
ECT
VDD
VDD
ROA1 4K7
P-MAP
P-MAF
P-TPS
P-IAT
P-ECT
P1K MAP 0a1V
C8
MAF C9
TPS C10
IAT C11
ECT C12
C7
Figura 53. Simulación de sensores mediante potenciómetros
73
Figura 54. Simulador TPS con potenciómetro de 5K
Figura 55. Señal del TPS en el osciloscopio
74
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
75
+12V
330
2
LBOB-4
BOB4
2
LBOB-3
BOB3
LBOB-2
2
LBOB-1
1
RBOB-4
330
1
RBOB-3
330
1
RBOB-2
330
BOB2
1 2 BOB1
RBOB-1
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.
76
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.
77
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.
78
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()
79
{
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
80
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.
81
3.7.
Con la
DISEÑO EN PROTEUS DEL BANCO DE PRUEBAS
ayuda de un simulador denominado Proteus se procede a la
construcción y simulación del banco cuyo circuito completo es mostrado a
VDD
VDD
continuación.
BANCO DE PRUEBAS
C6
C5
RVP D+ 1
VI
3
VO
VDD
2
GND
+12V
CE12V
CE0
CC0
CC1
CE1
VSS
U0
VDD VSS
1 XT0
VSS C0B
2
LINY4 LINY3 LINY2 LINY1 D-ENB VSS
7.3728
VDD VSS 0+5V SIN 0+12V
R5 VDD VSS LBC LMIL LEGR LPPL-R
10k
U1:A
U1:B
4
C0A
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
RST AVDD AN0-B0 AVSS AN1-B1 AN9-B9 AN2-B2 AN10-B10 AN3-B3 AN11-B11 AN4-B4 AN12-B12 AN5-B5 D0 AN6-B6 D1 AN7-B7 VDD AN8-B8 VSS VDD F0 VSS F1 XT1-INP RX2-F4 XT2-OUT/C15 TX2-F5 TX1AUX/C13 RX1-F2 RX1AUX/C14 TX1-F3 INT0-RA11 F6 INT2-D9 INT1-D8 D3 D2 VSS VDD
R6
2
OUT-PH+5
R1
R2
330
R3
330
LPPL-V VDD
1
R4
330
C1
6 7
10k
3
VSIN
5
330
C2
C3
C4
VDD 8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
PG-1 INY1 INY2 INY3 INY4 PPL EGR MIL BC
AD822AP
R7
AD822AP
10k
MK-DS30F4013
R8 10k
SINY-2
SINY-3
SINY-4
S-BC
S-MIL
S-EGR
S-PPL +12V
SINY-1
330
INY2
INY3
BC
INY4
MIL
EGR
PPL
RINY2-B
RINY3-B
RINY4-B
RBC-B
RMIL-B
REGR-B
RPPL-B
330
330
330
330
330
330
330
330
RBOB-1
RBOB-2
RBOB-3
RBOB-4
330
330
330
330
LBOB-1
BOB2
LBOB-2
LBOB-3
LBOB-4
LPPL-V
BOB1
2
RINY1-B
1
INY1
1
RPPL-A
330
2
REGR-A
330
BOB4
RMIL-A
330
1
RBC-A
330
2
RINY4-A
330
BOB3
RINY3-A
330
1
RINY2-A
330
2
RINY1-A
LINY2
LINY3
LINY4
LBC
LMIL
LEGR 1
LINY1
RINY-2
RINY-3
RINY-4
R-BC
R-MIL
R-EGR
330
330
330
330
330
330
330
2
L-PPL RINY-1
R-PPL 1
1
1
1
L-EGR 2
L-MIL 2
L-BC 2
LINY-4 2
LINY-3 2
LINY-2 2
2
LINY-1
1
1
1
330
SIN 0 a 1V
HALL +5V VDD
VDD
P-SIN 0+5V
O a 1V
MAP
PH+12V SIN
MAF
VDD
VDD
HALL +12V
VDD
PH+5
0+12V
TPS
VDD
IAT
VDD
ECT
VDD
VDD
ROA1 4K7
P-MAP
P-MAF
P-TPS
P-IAT
P-ECT
P1K MAP 0a1V
C8
MAF C9
TPS C10
IAT C11
ECT C12
C7
12-NOV-2009
Figura 59. Diseño en PROTEUS del banco de pruebas
82
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
83
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.
84
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
85
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.
86
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.
87
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.
88
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
89
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.
90
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
91
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
92
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
5m
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
93
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.
94
Figura 69. Perforación de los orificios para los componentes
95
Figura 70. Perforación y soldadura de componentes
Figura 71. Potenciómetros con soldadura
96
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
97
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.
98
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.
99
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.
100
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.
101
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.
102
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.
103
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
TABLA +/- 10% VACÍO
HERTZ
0
160
5
145
10
130
15
118
20
105
25
92
Elaborado por Guido Merino
A. Masa B. Señal C. 5V Tabla 9. Medición De Sensor MAP Vacio/ Hertz
104
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.
105
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.
106
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:
107
• 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.
108
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
109
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.
110
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.
111
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.
112
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
113
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.
114
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.
115
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.
116
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