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INTRODUCCION AL OBDII
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LUSTRACIONES
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Contenido
1 INTRODUCCION AL OBDII ... 6
2 POWERTRAIN Y CONTROLES DE EMISIÓN EN VEHÍCULOS DE PASAJEROS ... 12
2.1 GENERALIDADES ... 12
2.2 ESTRANGULADOR Y MÚLTIPLE DE ADMISIÓN ... 14
2.3 ESCAPE Y SISTEMA DE COMBUSTIBLE ... 14
2.4 COMBUSTIÓN Y DINÁMICA ROTACIONAL ... 16
2.5 TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA ... 16
3 MANUAL ESTÁNDAR OBDII PARA VEHÍCULOS LIVIANOS Y MEDIANOS DE SERVICIO ... 17
3.1 HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO OBDII (SAEJ1978) ... 19
3.2 EJEMPLOS DE LOS MENSAJES QUE ESTÁN INCLUIDOS EN EL ESTÁNDAR PARA EXPLICAR MUCHOS MODOS COMPLEJOS ... 21
3.3 MODOS DE PRUEBA MEJORADOS SAEJ2190... 22
3.4 INTERFAZ UNIVERSAL PARA LA HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO OBDII... 24
3.5 PROTOCOLO DE DIAGNÓSTICO EXPANDIDO PARA LAS HERRAMIENTAS DE DIAGNÓSTICO OBDII ... 24
3.6 INTERFAZ DE RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – SAEJ1850 ... 25
3.7 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – FORMATO DETALLADO DEL ENCABEZAMIENTO Y SEGMENTOS DE DIRECCIONAMIENTO FÍSICO SAEJ2178/1 ... 25
3.8 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – DEFINICIÓN DE PARÁMETROS DE DATOS SAEJ 2178/2 ... 26
3.9 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – IDENTIFICACIÓN ID DE CUADROS O MARCOS PARA FORMAS DE BYTE SIMPLE DE ENCABEZADOS SAEJ2178/3... 26
3.10 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – DEFINICIÓN DE MENSAJES PARA ENCABEZADOS DE 3 BYTES ... 27
4 FUNDAMENTOS DE ESTRATEGIAS DE CONTROL Y DIAGNÓSTICOS OBDII DEL POWERTRAIN ... 27
4.1 REQUISITOS DE DIAGNÓSTICO OBDII ... 28
4.2 DETECCIÓN DE FALTA DE CHISPA O COMBUSTIÓN INCOMPLETA EN EL MOTOR ... 28
4.3 MONITOR DE EFICIENCIA DEL CATALIZADOR ... 30
4.4 MONITOREO DEL SENSOR DE OXIGENO Y SU CALENTADOR DE OXIGENO ... 31
4.5 MONITOREO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE ... 32
4.6 MONITOREO DEL SISTEMA DE EVAPORACIÓN ... 33
4.7 MONITOREO DEL SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE ... 35
4.8 MONITOREO DEL SISTEMA DE AIRE SECUNDARIO ... 37
4.9 MONITOREO COMPRENSIVO DE COMPONENTES ... 38
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4.11 ANOMALÍA GENERAL DE CIRCUITO ... 39
4.12 RANGO/RENDIMIENTO ... 39
4.13 VALOR BAJO DE ENTRADA PROVENIENTE DEL CIRCUITO ... 39
4.14 VALOR ALTO DE ENTRADA PROVENIENTE DEL CIRCUITO ... 40
4.15 DTCS PRINCIPALES ... 40
4.16 DTCS NO UNIFORMES ... 41
4.17 EJEMPLOS ... 41
4.18 MODO 1 (MODE $01) ... 43
4.19 SENSOR DE PRESIÓN ABSOLUTA DEL MÚLTIPLE (DTCS 105-109) ... 44
4.20 SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIÓN (DTCS 110-114) ... 44
4.21 SENSOR DE OXÍGENO (DTCS 130-167) ... 45
4.22 SENSOR DE FLUJO DE MASA DE AIRE (FLUJÓMETRO) (DTCS 100-104) ... 45
4.23 SENSOR DE POSICIÓN DEL ESTRANGULADOR (TPS) (DTCS 120-124, 220-229) ... 45
4.24 SENSOR DE POSICIÓN ANGULAR DEL CIGÜEÑAL (DTCS 335-344, 385-389) ... 45
4.25 SENSOR DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE DE MOTOR (DTCS 115-119, 125-126) ... 46
4.26 SENSOR DE CASCABELEO (DTCS 325-334) ... 46
4.27 SENSOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR (DTCS 320-323) ... 46
4.28 SENSOR DE VELOCIDAD DEL VEHÍCULO (DTCS 500-503) ... 46
4.29 SENSOR DE FALTA DE CHISPA O COMBUSTIÓN INCOMPLETA (DTCS 300-312) ... 47
4.30 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (FLUJO DE PURGA) (DTCS 465-469) 47 4.31 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (VÁLVULA DE PURGA) (DTCS 440-445) ... 47
4.32 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (VÁLVULA DE VENTILACIÓN) (DTCS 446-449) ... 47
4.33 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (SENSOR DE PRESIÓN) (DTCS 450-455) ... 47
4.34 BOBINA DE ENCENDIDO O IGNICIÓN (DTCS 350-379) ... 48
4.35 SISTEMA DE COMBUSTIBLE – AJUSTE DE COMBUSTIBLE (DTCS 170-195, 230-233) ... 48
4.36 INYECTORES INDIVIDUALES DE COMBUSTIBLE (DTCS 251-296) ... 48
4.37 VÁLVULA/SENSOR EGR (RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE) DTCS 400-408 ... 49
4.38 VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE PARA RALENTÍ (DTCS 505-507) ... 49
4.39 SISTEMA DE INYECCIÓN DE AIRE SECUNDARIO (DTCS 410-419) ... 49
4.40 SENSOR DE NIVEL DE COMBUSTIBLE (DTCS 460-464) ... 49
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5 SENSORES Y ACTUADORES USADOS EN LOS DIAGNOSTICOS OBDII ... 50
5.1 SENSOR DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE – PRINCIPIO DE OPERACIÓN 51 5.2 SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIÓN ... 52
5.3 SENSOR DE PRESIÓN ABSOLUTA EN EL MÚLTIPLE (MAP) – PRINCIPIO DE OPERACIÓN 52 5.4 SENSOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR (VELOCIDAD ANGULAR) ... 53
5.5 SENSOR DE OXÍGENO DEL GAS DE ESCAPE EGO ... 54
5.6 SENSOR DE POSICIÓN (ANGULAR) DEL ESTRANGULADOR TPS – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ... 54
5.7 SENSOR DE POSICIÓN (ANGULAR) DEL CIGÜEÑAL ... 55
5.8 SENSOR DE FLUJO DE MASA DE AIRE MAF (FLUJÓMETRO) ... 55
5.9 SENSOR DE CASCABELEO ... 56
5.10 SENSOR DEL ENCENDIDO ACELERADO – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ... 57
5.11 ACTUADOR DE GASES DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE EGR – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ... 58
5.12 VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE EN RALENTÍ IAC ... 59
5.13 VÁLVULA DE AIRE SECUNDARIO – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ... 60
5.14 ACTUADOR DE MEDICIÓN DE COMBUSTIBLE – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ... 60
5.15 INYECTOR DE COMBUSTIBLE – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ... 61
6 FUNCIONALIDAD DEL MODULO DE CONTROL DEL POWERTRAIN (PCM) EN LOS DIAGNOSTICOS OBDII ... 62
6.1 AUTODIAGNÓSTICO DEL MICROPROCESADOR PARA ASEGURAR LA CORRECTA OPERACIÓN DEL CEREBRO PCM Y EL ALMACENAMIENTO SEGURO DE LOS DATOS DEL DIAGNÓSTICO ... 62
6.2 DIAGNÓSTICO A BORDO EN TIEMPO REAL PARA ALERTAR AL CONDUCTOR ILUMINANDO LA LUZ (CHECK) EN CASO DE FALLA ... 63
6.3 FUNCIONES OBDII ... 64
6.3.1 CATALIZADOR ... 65
6.3.2 DETECCIÓN DE COMBUSTIÓN INCOMPLETA ... 65
6.3.3 SENSOR DE OXÍGENO ... 65
6.3.4 SISTEMA DE EVAPORACIÓN ... 65
6.3.5 SISTEMA DE AIRE DE SECUNDARIO ... 66
6.3.6 SISTEMA DE COMBUSTIBLE ... 66
6.3.7 SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE EGR ... 66
6.4 EL CEREBRO REALIZA FUNCIONES DE CONTROL DEL POWERTRAIN PARA REDUCIR LAS EMISIONES Y CUMPLIR LAS REGULACIONES OBDII DURANTE LA OPERACIÓN DE CIRCUITO ABIERTO EN EL ARRANQUE ... 66
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6.5 EL CEREBRO REALIZA FUNCIONES POWERTRAIN PARA REDUCIR LAS EMISIONES Y CUMPLIR LAS REGULACIONES OBDII EN CONTROL DE CIRCUITO CERRADO DURANTE LA
OPERACIÓN NORMAL DEL VEHICULO ... 67
6.5.1 ENRIQUECIMIENTO EN LA ACELERACIÓN ... 67
6.5.2 EMPOBRECIMIENTO EN LA DECELERACIÓN Y CONTROL DE VELOCIDAD EN MARCHA LENTA O RALENTÍ ... 67
6.5.3 CONTROL EN VELOCIDAD DE MARCHA LENTA O RALENTÍ ... 68
6.5.4 CONTROL DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE ... 68
6.5.5 ADMINISTRACIÓN DEL AIRE SECUNDARIO ... 69
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1
INTRODUCCION AL OBDII
Las normativas sobre el diagnóstico a bordo OBD para vehículos livianos y medianos (de motor de combustión interna) fueron introducidas en USA para implementar los estándares de la calidad del aire.
Para tal fin, la California Motor Vehicle Pollution Control Board CMVPCB fue creada en 1960.
California y el gobierno federal establecieron el ciclo de manejo para certificar los vehículos año 1996 y posteriores que fue referido como el Ciclo California o el Federal Test Procedure (FTP).
Los siguientes requerimientos OBDII son obligatorios:
- Todos los sistemas de control de emisiones del vehículo y todos sus componentes que afecten dichas emisiones deben ser monitoreados. Las anomalías deberán ser detectadas antes que excedan 1.5 veces el estándar especificado por la EPA.
- Las anomalías deberán ser detectadas dentro de 2 ciclos de manejo.
- Si una anomalía es detectada, el testigo (CHECK) MIL Malfunction Indicator Light deberá ser encendido. - La primera ley más importante sobre aire limpio fue adoptada por el Congreso de USA en 1970.
El Congreso USA estableció la Agencia de Protección Ambiental (Enviromental Protection Agency) o EPA con la responsabilidad de regular la contaminación de la atmósfera debido a motores de vehículo. Dicho Congreso también normó programas de inspección y mantenimiento (I/M) como otra alternativa para mejorar la calidad del aire.
Todas las regulaciones anteriores dieron lugar a la aparición del recolector de carbono (charcoal canister), válvulas de recirculación de gases de escape (EGR) y finalmente los convertidores catalíticos en 1975.
Más aún, en 1977, las enmiendas hechas a la ley sobre aire limpio ordenaron la inspección y mantenimiento de vehículos usados en áreas altamente contaminadas afectadas por las altas emisiones de hidrocarbonos.
Los sistemas de diagnóstico a bordo OBD fueron diseñados para mantener bajas las emisiones de los vehículos en uso, incluyendo vehículos livianos y medianos de servicio.
En 1989, el Código de Regulaciones de California o CCR, conocido como OBDII fue adoptado por la California Air Resources Board (Junta del Recurso Aire de California) o CARB.
OBDII es la siguiente generación del sistema OBD para vehículos. OBDII está diseñado para reducir el tiempo entre la ocurrencia de la falla y su detección/ reparación, con el objetivo de reducir las emisiones de hidrocarbonos HC causadas por las anomalías del sistema del control de emisiones de los vehículos.
El sistema OBDII está diseñado para satisfacer las regulaciones EPA las cuales limitan la cantidad de emisiones de hidrocarbono provenientes de un vehículo.
OBDII también minimiza el daño a otros sistemas o componentes de un vehículo.
Dichos sistemas de diagnóstico son implementados incorporando software y hardware adicional en el sistema electrónico del vehículo para recolectar y analizar datos disponibles en la computadora a bordo, y monitorear todo el sistema de control de emisiones.
El Gobierno Federal de USA ha publicado procedimientos de prueba que incluyen varias etapas como la prueba de dinamómetro, el analizador de hidrocarbonos y otros analizadores. El vehículo es operado de acuerdo a un cronograma establecido de velocidad y carga (aplicada al motor) para simular la conducción en autopistas así
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como en ciudad. De esta manera, las emisiones son medidas usando los procedimientos anteriormente indicados. Los estándares han sido establecidos para la media vida útil del vehículo (5 años o 50000 millas –la primera en llegar-) y para toda la vida útil (10 años o 100000 millas). Los siguientes estándares son obligatorios al 100% a partir de 1996:
HC 0.31 g / milla CO 4.20 g / milla
NOx 0.60 g / milla (vehículos que no son a diésel) 1.25 g / milla (a diésel)
Estas regulaciones FTP son obligatorias para todos los vehículos livianos o medianos de servicio en todo USA. Los estándares europeos y asiáticos son más relajados. Los estándares europeos y asiáticos no han sido finalizados del todo por sus respectivos países.
El OBDII requiere a los fabricantes de vehículos implementar un nuevo y comprensivo sistema de diagnóstico a bordo empezando en 1994 para sustituir al OBDI.
La EPA en 1978, emitió su primera política de inspección y mantenimiento de vehículos (I/M) emisores de hidrocarbonos a la atmósfera.
Como las emisiones de contaminantes crecieron, las regulaciones de la EPA se volvieron estrictas resultando en la introducción del convertidor catalítico de 3 vías, las computadoras a bordo y los sensores de oxígeno en 1981. El OBDII monitorea más componentes y sistemas que el OBDI, incluyendo:
Convertidores catalíticos.
Sistema de control de evaporaciones.
Emisiones relacionadas con el rendimiento del powertrain (motor y transmisión) – sensor de oxígeno. Emisiones relacionadas con los sensores y actuadores – monitoreo del EGR (recirculación de gases de
escape).
Detección de falta de chispa o combustión incompleta en el motor.
PCV (Ventilación positiva del crankcase –block-) (implementación 2002-2004) Sistema de combustible – rendimiento del combustible en circuito cerrado. Termostatos (implementación 2000 – 2002)
Los componentes son monitoreados según lo siguiente:
Continuidad de la circuitería y valores fuera de rango de los sensores, actuadores, interruptores y cableado. Chequeos funcionales de los componentes de salida listados anteriormente.
Chequeos de valores coherentes durante la operación del vehículo como ser: racionalidad, sanidad, o chequeos lógicos de componentes de entrada y componentes de salida donde fueren aplicables.
El monitoreo del termostato es la nueva adición a los requerimientos existentes del OBDII. Esto es requerido debido a:
o La degradación del termostato puede extender el tiempo de operación en circuito abierto luego del arranque.
o Una prolongada operación en circuito abierto puede incrementar las emisiones.
o La temperatura del líquido refrigerante para motor caliente es requisito obligatorio para todas las operaciones del monitoreo OBDII.
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Los nuevos requerimientos para el tema del termostato implementados durante 2000-2002 incluyen lo siguiente: Detección de anomalías que pueden afectar a la temperatura del líquido refrigerante y pueden deshabilitar
las funciones de monitoreo del OBDII debido una temperatura inferior a la requerida para la operación normal del vehículo.
Detección de anomalías que puedan impedir al vehículo alcanzar su temperatura normal de operación. Las anomalías del PCV (Ventilación positiva de crankcase –block-) pueden incrementar las emisiones en 1.2 g/milla de hidrocarbonos por vehículo.
De ésta manera, el PCV debe ser monitoreado y sus requisitos son:
- Detectar las conexiones de mangueras relacionadas con el PCV que puedan causar un incremento en las emisiones.
- Seguir todas las directivas de diseño concernientes a las conexiones de mangueras, válvulas y materiales para asegurar una ventilación positiva de crankcase –block-.
Ilustración 1. Ventilación positiva de –block- PCV
La intención del sistema OBDII es detectar la mayoría de las anomalías del vehículo cuando el rendimiento del sistema powertrain (motor y transmisión) o un componente del mismo se deterioran a tal punto que el vehículo se excede en emisiones de hidrocarbonos con relación a los estándares regidos por la EPA.
El conductor del vehículo es notificado en el momento en que el vehículo empieza a exceder los estándares de emisiones; de esta manera, se ilumina el testigo (CHECK) Malfunction Indicator Lamp.
Tanto las regulaciones CARB como la EPA requieren el monitoreo de los sistemas, la iluminación del testigo (CHECK) MIL y el registro de un código de falla DTC (Diagnostic Trouble Code) cuando una anomalía es detectada.
Las evaluaciones que se llevan a cabo una vez por viaje son: Eficiencia del catalizador (eficiencia de la conversión)
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Sistema de evaporación (flujo de aire / detección de fuga de evaporación)
Sistema secundario de aire (cantidad de aire adecuada durante la marcha lenta o ralentí) Sensor de oxígeno (voltaje de salida y frecuencia de respuesta)
Sensor de oxígeno (corriente y caída de tensión)
Sistema EGR (tasa adecuada de flujo de gas de escape vertido en el múltiple de admisión) Las evaluaciones continuas son:
Detección de falta de chispa o combustión incompleta (porcentaje de falta de chispa o número específico de cilindro)
Rendimiento del sistema de combustible (cantidad adecuada de entrega y flujo de inyección)
Monitoreo exhaustivo de componentes – sensores de entrada y actuadores de salida que puedan afectar las emisiones
Un incremento en las emisiones mayor al 50% del estándar permitido, es considerado inadmisible. El OBDII es un sistema de diagnóstico a bordo y una metodología de servicio.
El OBDII dictamina una herramienta estándar de diagnóstico-escáner- (SAE J1978) con un enchufe estándar único para todos los vehículos fabricados en USA.
Los modos de diagnóstico (SAE J1979) incluyen: Tratamiento de códigos de falla.
Códigos sobre el estado de preparación o códigos “readiness” con relación a los monitores. Información del vehículo en tiempo real.
Información del cuadro congelado de falla.
Una nomenclatura estándar para todos los códigos OBDII (SAE J1930) es requerida.
El OBDII estandariza la mayoría de los códigos de falla para las anomalías del vehículo identificados por áreas como ser: el powertrain (motor y transmisión), la carrocería, etc.
El OBDII estandariza sobre la lectura de los sensores, formatos de los mensajes, prioridad de los mensajes, etc. para todos los vehículos.
El OBDII estandariza sobre la cantidad de memoria (cuadro congelado de falla o Freeze Frame) que debe usarse para almacenar las lecturas de los sensores del vehículo cuando se registra un código de falla histórico.
El OBDII estandariza el método de diagnóstico para almacenar códigos de falla y encender el testigo (CHECK) el cual no podrá ser apagado o borrado hasta que la anomalía sea reparada.
El OBDII proporciona al técnico información adicional para el diagnóstico y reparación de problemas relacionados con las emisiones del vehículo.
Ítem Requerimiento Oficial Técnica de diagnóstico
Monitoreo del conversor catalítico
Iluminar el testigo (CHECK) cuando la eficiencia en la conversión de
hidrocarbonos disminuya al 60%.
Un sensor de oxígeno antes y otro después del catalizador.
Monitoreo de falta de chispa o combustión incompleta.
Iluminar el testigo (CHECK) cuando se detecte un porcentaje específico de combustión incompleta o falta de chispa
Medición de las fluctuaciones de velocidad del cigüeñal y mediante la
10 en algún cilindro entre las 200 o 1000 revoluciones dependiendo si se está en la etapa de calentamiento del motor o circuito abierto, o si se está ya en circuito cerrado. Cálculos complicados pueden llevarse al respecto. También debe identificarse el número específico de cilindro que está teniendo la falta de chispa.
estimación individual del torque por cilindro luego de la combustión.
Monitoreo del sistema de combustible.
Encender el testigo (CHECK) cuando las desviaciones de la proporción
estequiométrica perduren por largo tiempo almacenadas en el controlador de la mezcla aire combustible, y las cuales excedan límites definidos que no cumplan con la especificación para los
componentes del sistema de combustible.
Medición de las desviaciones de la demanda de combustible fuera de la razón estequiométrica durante un prolongado monto de tiempo. Comparar el valor de la sonda lambda.
Monitoreo del sensor de oxígeno.
Encender el testigo (CHECK) cuando la frecuencia del cambio de mezcla rica a pobre y viceversa, exceda un límite predefinido. Verificar el voltaje del circuito de entrada para detectar un corto circuito o circuito abierto. El valor representativo (BIAS) es de 0.450 voltios.
Monitorear la respuesta de los dos sensores lambda; uno antes y otro después del conversor catalítico.
Monitorear si el sensor lambda reacciona lento con respecto a las variaciones de la mezcla aire combustible. Por lo tanto verificar el periodo del sensor lambda el cual es la inversa de la frecuencia en circuito cerrado.
Monitoreo de la recirculación de gases de escape o EGR
Encender el testigo (CHECK) cuando la operación del EGR falle ya sea por un incremento en la presión en el múltiple, ya sea por incremento en la temperatura del múltiple de admisión o ya sea por un decremento en un 50 en las revoluciones por minuto o RPM del motor. El EGR puede ser inducido de manera intrusiva durante la operación normal del vehículo, o bien interrumpida cuando el monitoreo detecte dichos cambios durante la operación del EGR.
Monitorear los cambios de temperatura en el múltiple, los cambios de presión en el múltiple y también los cambios de los RPM del motor; todo esto según el flujo del EGR. Se usa sensores para detectar estos cambios.
Monitoreo del sistema secundario de aire.
Encender el testigo (CHECK) cuando el sensor lambda no se desvíe de acuerdo a los cambios de flujo del aire secundario. En funcionamiento de circuito abierto el flujo de aire deberá ser proveído al múltiple de salida de gases de escape; además la temperatura del múltiple y la carga aplicada al motor deberán estar por debajo de un umbral específico. En
Monitorear las lecturas del sensor lambda cuando el aire secundario sea introducido en el múltiple del escape o en la segunda cámara del catalizador.
11 circuito cerrado la operación del aire secundario deberá ser dirigida hacia la segunda cámara del conversor catalítico cuando se trate de un catalizador de tres vías.
La mayoría de los componentes incluyendo el catalizador y el sistema de evaporación, son monitoreados de tal manera que, cuando las emisiones exceden 1.5 veces el estándar, la anomalía es identificada.
El OBDII requiere la detección de relativamente bajas tasas de falta de chispa o combustión incompleta para evitar un daño severo al catalizador.
Ilustración 2. Reporte tipo del estado de monitores OBDII.
Más aún, el OBDII exige un Cuadro Congelado de Datos, Instantánea de la Falla o Freeze Frame, que permita al cerebro almacenar en memoria las condiciones exactas de operación en el momento de la ocurrencia falla; de tal manera que, las fallas intermitentes puedan ser investigadas repitiendo las mismas condiciones en las cuales ocurrió el problema.
Aunque el OBDII y sus requerimientos reflejan el estado del arte en cuanto a su capacidad como sistema, hay limitaciones en las técnicas actuales en el momento de detectar la anomalía en los componentes. Estas limitaciones no permiten a los sistemas OBDII sustituir o tomar el lugar de las pruebas tipo FTP para la medición de las emisiones de vehículos.
La razón radica en que los sistemas de monitoreo pueden detectar cuando los componentes están funcionando dentro de su rango operacional pero no pueden determinar cuan preciso están funcionando dentro de dicho rango. El OBDII está asociado con el IM240 que es el programa mejorado para la inspección y mantenimiento para estados con normas de calidad de aire como California.
El IM240 también está introducido en el área de las nuevas pruebas ASE (Automotive Service Engineering) para los “súper mecánicos”.
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Las reglas de OBDII para 1998 han sido tomadas de los estándares EPA que incluyen entre otras cosas una computadora a bordo para predecir cuando un vehículo puede fallar o no pasar las pruebas de emisiones.
El OBDII estandariza que los códigos de falla registrados durante la detección de anomalías en los componentes relacionados con las emisiones del vehículo, puedan ser almacenados en una memoria sin la posibilidad de su borrado antes de la reparación.
El OBDII exige que todos los códigos de falla puedan ser registrados al momento de su aparición y puedan ser recuperados mediante una herramienta de diagnóstico.
El OBDII sin embargo enciende el testigo (CHECK) de manera selectiva en situaciones cuando anomalías o fallas requieren la atención inmediata del conductor por motivos de seguridad.
Un Freeze Frame o instantánea de falla debe ser almacenado cuando una primera anomalía sea detectada. Si ocurriera una segunda anomalía emergente del sistema de combustible o una falta de chispa, entonces los primeros datos de la instantánea de falla deberán ser reemplazados con los datos de la falla subsiguiente. Los datos de diagnóstico deberán estar disponibles cuando sean requeridos por la herramienta de diagnóstico. Todos los resultados de las pruebas recientes y sus límites a los cuales son comparados, deberán estar disponibles para todos los sistemas de control de emisiones en los cuales los diagnósticos OBDII sean ejecutados. El contenido de los mensajes y el protocolo de descarga están definidos para todos los códigos de falla, valores de lecturas específicas y datos del cuadro congelado o instantánea de falla.
Las fallas o anomalías deben ser detectadas antes de que las emisiones excedan un umbral específico (generalmente 1.5 veces el estándar). En la mayoría de los casos, las fallas o anomalías deberán ser detectadas y registradas dentro de los 2 ciclos de manejo o viajes (Ciclos Californianos).
Las actividades de investigación y desarrollo (R&D) en el monitoreo de anomalías de los componentes de vehículos como los convertidores catalíticos, están avanzando a pasos agigantados.
Hay bastante campo para aplicaciones de control avanzado y técnicas de procesamiento de señales para controlar las emisiones de gases de escape de vehículos OBDII.
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POWERTRAIN Y CONTROLES DE EMISIÓN EN VEHÍCULOS DE PASAJEROS
2.1 GENERALIDADES
Diagnósticos en línea de motores de combustión interna en vehículos de pasajeros, son requeridos debido a las estrictas regulaciones en USA y en algunos países europeos (e. g. EFTA European Free Trade Agency) para controlar las emisiones de hidrocarbonos provenientes del escape.
El subsistema Powertrain consiste en el motor y transmisión incluyendo todo el aparato de control de emisiones de gases de escape el cual necesita continuamente ser monitoreado por un cerebro de motor PCM en busca de defectos potenciales que puedan dar lugar a un deterioro en la efectividad del sistema de control de emisiones (e. g. catalizador de tres vías) y a su vez que puedan dar lugar a un incremento en las emisiones de hidrocarbonos, las cuales están reguladas por la EPA.
Los componentes del powertrain relacionados con las emisiones, son: El estrangulador y el múltiple.
El escape y el sistema de combustible. La combustión y la dinámica de rotación.
13 La transmisión automática.
Cada uno de los componentes anteriores está dividido en subcomponentes: Estrangulador y múltiple:
Cuerpo del estrangulador.
Válvula de control de aire en marcha lenta o ralentí. Recirculación de gases de escape.
Múltiple de admisión. Escape y sistema de combustible:
Válvulas de escape.
Línea o conducto de gas de escape. Bomba de combustible.
Sensor de nivel de combustible. Sensor de vacío.
Ventilación del contenedor (canister).
Entrega de combustible y su correspondiente medición. Inyectores de combustible.
Sensores de oxígeno. Convertidor catalítico. Combustión y dinámica rotacional:
Motor.
Ensamblado del cigüeñal y volante de inercia. Sensor de ángulo del cigüeñal.
Sensor de flujo de masa de aire.
Sensor de temperatura de líquido refrigerante. Sensor de presión absoluta del múltiple MAP. Sensor de velocidad del motor.
Sensor de cascabeleo. Solenoide de purga. Transmisión automática:
Conversor de torque.
Eje de entrada a la transmisión automática. Embrague de bloqueo de transmisión. Bomba hidráulica y circuito hidráulico. Válvulas de solenoide.
Sensor de posición de estrangulador. Sensor de velocidad del vehículo.
Sensor de velocidad de eje de entrada a la transmisión automática.
El objetivo del diagnóstico a bordo es alertar al conductor sobre la presencia de una anomalía en el sistema de control de emisiones e identificar la ubicación de dicho problema para la asistencia al mecánico en cuanto a su correcta reparación. Adicionalmente, el sistema OBDII deberá iluminar el testigo (CHECK) y almacenar un
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código de falla en la memoria del cerebro para todas las memorias que contribuyan a un incremento en las emisiones de hidrocarbono.
El powertrain es controlado por el cerebro o módulo de control del powertrain PCM que entrega el torque requerido al vehículo mientras se limitan las emisiones del vehículo a un mínimo establecido por las regulaciones EPA. Las funciones del powertrain serán descritas a continuación para mostrar como el PCM controla las emisiones mientras entrega al vehículo el torque requerido por el conductor.
Ilustración 3. Un cerebro del –powertrain- (motor y transmisión).
2.2
ESTRANGULADOR Y MÚLTIPLE DE ADMISIÓN
El cuerpo del estrangulador es una válvula de aire. Regula el flujo de aire hacia el interior del motor así contribuyendo a la velocidad y potencia del motor. El IACV (válvula de control de aire en ralentí o marcha lenta) provee aire adicional para compensar la carga aplicada al motor cuando el estrangulador está cerrado. El EGR o Exhaust Gas Recirculation (recirculación de gases de escape) provee de gases de escape al múltiple de admisión. Esto tiene el efecto de reducir el contenido de oxígeno en el cilindro del motor. A su vez esto reduce la temperatura de la llama de combustión en el cilindro. Esto tiene un efecto importante en la reducción de las emisiones de NOx (óxidos de nitrógeno) las cuales están reguladas por la EPA. La cámara del múltiple de admisión es el pasaje principal desde la válvula del estrangulador hasta los cilindros del motor. La cantidad de aire que pasa por el múltiple de admisión hacia los cilindros es la misma para cada cilindro en cada tiempo de admisión (intake stroke). Luego, cada cilindro requiere un monto de combustible determinado por la densidad de aire en dicho cilindro. El sensor MAP es usado para calcular la densidad del aire en la cámara o múltiple de admisión. La presión barométrica absoluta es usada para calcular el flujo de EGR. El vacío en la cámara es medido como la diferencia entre dichas presiones. El combustible requerido está en proporción directa a ésta masa de aire la cual es controlada por la PCM para mantener exacta la relación estequiométrica de aire/combustible en 14.7 que permite la emisión mínima de hidrocarbonos y cumple las regulaciones EPA.
2.3
ESCAPE Y SISTEMA DE COMBUSTIBLE
Las válvulas de escape de los cilindros del motor purgan el escape por medio de la línea del gas escape la cual pasa por el convertidor catalítico y en el cual la mayor parte de HC (hidrocarbonos) y CO (monóxido de carbono)
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son oxidados en CO2 (dióxido de carbono) y agua. El oxígeno adicional requerido para esta oxidación es suministrada añadiendo aire al vapor de escape por medio de una bomba de aire accionada por un motor. Este aire llamado aire secundario por lo general es introducido en el múltiple de salida o de gases de escape. Esto tiene un gran efecto en la reducción de emisiones y en cumplir las regulaciones de la EPA.
La bomba de combustible suple de combustible medido el cual es inyectado electrónicamente mediante los inyectores a su vez operados mediante solenoides bajo el control del PCM. El combustible del tanque de combustible debe ser filtrado.
El sensor de nivel de combustible mide la cantidad de combustible en el tanque.
El sensor de vacío mide el vacío de entrada o admisión lo cual a su vez es una medida de la succión de la bomba de combustible y lo cual afecta a la preparación o entrega de combustible. El vacío de admisión es monitoreado para asegurar que el flujo de entrada del combustible hacia los cilindros no esté restringido.
La ventilación del contenedor (canister) es empleado para dirigir los vapores de combustible fuera del contenedor donde dichos vapores son absorbidos por un carbón activo (charcoal) en el contenedor. La purga de los vapores de combustible es realizada mediante una válvula de purga y periódicamente.
La entrega de combustible y su medición es realizada por el PCM con relación al flujo de masa de aire a su vez para minimizar las emisiones de hidrocarbonos (HC) al mínimo. El flujo de aire es controlado por la válvula del estrangulador la cual es operada por el pedal del conductor.
Los inyectores de combustibles inyectan el combustible como un spray que esparce el combustible dentro de los cilindros de manera atomizada para mezclarse con el aire en virtud de una combustión completa.
El sensor de oxígeno es empleado para monitorear el oxígeno residual (después de la catálisis en el conversor) en los gases de escape. Las salidas de los sensores de oxígeno son calibradas para la medición de la relación aire/ combustible (la cual es proporcional al oxígeno en los gases de escape) en los cilindros del motor. Esta razón llamada Lambda es igual a 1 para la relación estequiométrica 14.7 aire/combustible. Este es el objetivo para mantener mínimas las emisiones.
El sensor de oxígeno es usado como un detector de estequiometría y está conectado en circuito cerrado como parte del control para un circuito limitado. Los valores del sensor de oxígeno son como señales de encendido o apagado que hacen que la proporción aire combustible se reajusten o vuelvan a ser 1 cuando éstos varíen entre 0.93 y 1.07. La razón por la cual el sensor de oxígeno se comporta de ésta manera es que el catalizador es mucho más eficiente en eliminar todos los contaminantes mediante la oxidación de los HC a CO2 y la reducción de los NOx a N2, siempre y cuando la relación estequiométrica aire/combustible presente en los gases de escape sea igual a 14.7 detectada por el sensor de oxígeno en dichos gases de escape EGO.
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El catalizador o conversor catalítico es un catalizador de tres vías que oxida los hidrocarbonos incluyendo CO a CO2 y reduce los NOx a N2 en los gases de escape; todo ésta de manera simultánea y eliminando los contaminantes.
2.4
COMBUSTIÓN Y DINÁMICA ROTACIONAL
El motor provee el poder mecánico al vehículo. Los cilindros del motor se encargan de la combustión aire combustible en una razón estequiométrica de 14.7. El cuerpo del cigüeñal y el volante de inercia encierran al sensor del cigüeñal el cual a su vez determina la posición del punto muerto alto central (top dead center TDC) de los cilindros y provee la chispa necesaria en la bujía en el ángulo correcto de cigüeñal entre el punto de referencia sobre el volante de inercia y la línea horizontal central del cigüeñal. La cantidad necesaria de combustible para la combustión en los cilindros del motor está en función directa de la posición del estrangulador y la masa de aire que pasa por la cámara del múltiple de admisión lo cual es controlado por la posición del acelerador. Esta masa de aire es medida con el sensor flujómetro MAF. La correcta masa de aire es calculada mediante compensación con relación a la temperatura del aire de admisión la cual es medida por el sensor de temperatura del aire de admisión. El sensor de presión absoluta en el múltiple (MAP) mide la presión de entrada o admisión en dicho múltiple y es usado también para medir la cantidad de aire que va hacia los cilindros como un segundo método para determinar la cantidad de combustible que deba ir a los inyectores que esparcen combustible dentro de los cilindros. Todo esto es para asegurar que una cantidad precisa de combustible vaya a ser usada en los cilindros para lograr economía de combustible así como la reducción de emisiones para una combustión eficiente. El sensor de velocidad del motor es necesario para proveer información de entrada al cerebro PCM que le permita calcular el tiempo de encendido o combustión. La velocidad del motor es medida por un sensor de velocidad similar al sensor de posición del cigüeñal. Otra variable que debe ser tomada en cuenta para el control del motor, es, el ángulo del estrangulador o la posición de la válvula del estrangulador la cual es medida por el sensor del ángulo del estrangulador.
La placa del estrangulador esta mecánicamente conectada al pedal del acelerador el cual a su vez es operado por el conductor. Cuando se presiona dicho pedal, rota la placa o mariposa del estrangulador y permite mayor admisión de aire que pasa hacia el múltiple de admisión. El ángulo de rotación de la placa del estrangulador es medido por el sensor del ángulo del estrangulador. Todo esto puede ser usado para medir la cantidad de aire que va hacia los cilindros.
El cascabeleo es causado por una rápida elevación en la presión del cilindro durante la combustión, causado por una alta presión en el múltiple (MAP) y a su vez por una excesiva aceleración en el encendido. Es importante detectar el cascabeleo para evitar un excesivo cascabeleo y un excesivo daño al motor. El cascabeleo es detectado por el sensor de cascabeleo.
Durante la condición de carro en motor apagado, el combustible almacenado en el sistema de combustible tiende a evaporarse hacia la atmósfera. Para reducir dichas emisiones de hidrocarbonos, son reunidas en un filtro de carbono en un latón contenedor o canister. El combustible reunido es despachado hacia la toma de combustible mediante una válvula de purga cuyo solenoide es controlado por el cerebro PCM periódicamente.
2.5 TRANSMISIÓN
AUTOMÁTICA
La transmisión automática usa acoplamiento hidráulico para transmitir la potencia del motor a las ruedas. Una transmisión eficiente de la potencia generada por el motor hacia el cardán de entrada de la transmisión automática es realizada mediante un embrague de bloqueo de transmisión similar al embrague estándar del tipo placa de
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presión que va dentro del convertidor de torque (el acople mediante fluido es usado como un amplificador de torque). Para poder enganchar suavemente el -embrague bloqueador-, la presión del fluido hidráulico es regulada mediante el control de la corriente de salida hacia las válvulas del solenoide del bloqueador.
La transmisión automática es controlada gracias a los valores provenientes del sensor de velocidad del vehículo y el sensor de posición del estrangulador el cual a su vez siente la potencia exigida al vehículo. Los puntos de cambio en la caja automática, el punto en el cual el embrague bloqueador es activado y el nivel de presión hidráulica del embrague, todos son controlados por el cerebro PCM. Los puntos de cambio óptimos y la operación del bloqueador son llevados a cabo usando una válvula accionada por solenoide para abrir y cerrar el circuito hidráulico preparado por la bomba hidráulica.
La velocidad del cardán de entrada a la transmisión automática es monitoreada durante los cambios mediante un sensor de velocidad después de que la señal ON/OFF sale de los solenoides de las válvulas de cambios, El proceso de cambios es ajustado mediante la presión hidráulica del embrague de tal manera que el embrague sea suavemente enganchado. El torque del motor es controlado en sincronía con los cambios para reducir el impacto debido a los cambios. Durante una travesía de crucero, el embrague bloqueador es enganchado y desenganchado durante los cambios lo cual mejora la economía de combustible y las emisiones.
3
MANUAL ESTÁNDAR OBDII PARA VEHÍCULOS LIVIANOS Y MEDIANOS DE
SERVICIO
Existen dos juegos de documentos: - Documentos Comité Diagnósticos - Documentos Comité Multiplex
Los siguientes estándares están en los documentos Comité Diagnósticos:
- SAEJ1930 Términos de diagnósticos, definiciones, abreviaciones y acrónimos. - SAEJ1962 Conector de Diagnóstico OBDII
- SAEJ1978 Herramienta de diagnóstico - SAEJ1979 Modos de Prueba de Diagnóstico - SAEJ2012 Definiciones de códigos de fallas - SAEJ2186 Seguridad en la conexión de datos
- SAEJ2190 Modos mejorados E/E de Prueba de Diagnósticos - SAEJ2201 Interfaz universal para el diagnóstico OBDII
- SAEJ2205 Protocolo de Diagnóstico Expandido para Herramientas de Diagnóstico OBDII Los siguientes estándares están en los documentos Comité Multiplex:
- SAEJ1850 Interfaz de Red Comunicaciones de Datos Clase B
- SAEJ2178/1 Mensajes de Red de Comunicación de Datos Clase B: Formatos detallados de cabecera y asignaciones de direcciones físicas.
- SAEJ2178/2 Mensajes de Red de Comunicación de Datos Clase B: Definiciones de parámetros de datos.
- SAEJ2178/3 Mensajes de Red de Comunicación de Datos Clase B: ID de Cuadros para formularios de cabeceras de byte simple.
- SAEJ2178/4 Mensajes de Red de Comunicación de Datos Clase B: Definiciones de Mensaje para Cabeceras de tres bytes.
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El OBDII tiene 10 requerimientos en cuanto a monitores: nueve monitores específicos y uno que cubre todos los otros. Los nueve sistemas de monitoreo son: 1) Catalizador 2) Calentador del catalizador 3) Falta de chispa o combustión incompleta 4) Sistema de evaporación 5) Sistema de aire secundario 6) Refrigerante del sistema de aire acondicionado 7) Sistema de combustible 8) Sensor de oxígeno 9) Sistema de recirculación del gas de escape EGR 10) Sistema comprensivo de componentes (entradas/sensores y salidas/actuadores).
Los componentes comprensivos mayormente son las entradas y salidas a y del powertrain consistentes en sensores y actuadores. Todos estos deben ser probados para la continuidad de su circuito, por fallas cuando los valores están atascados en 1 o cuando los valores están atascados en 0 (tierra), y para problemas de rendimiento o fuera de rango, y fallas intermitentes.
El OBDII tiene que comunicar la información de diagnóstico al mecánico del vehículo mediante la red de comunicación usando códigos de falla (DTC).
Ilustración 5. Reporte de códigos de falla de un diagnóstico de vehículo.
Un conector especial SAE J1962 es empleado para facilitar la interfaz de la comunicación.
El mecánico usa la herramienta de diagnóstico SAE J1978 para recolectar todos los mensajes de diagnóstico provenientes del vehículo.
Existen estándares SAE para las herramientas de diagnóstico OBDII. Cada estándar SAE tiene partes específicas que deben ser acatadas. Los requerimientos para cada estándar SAE son descritos a continuación.
Los diagnósticos OBDII requeridos deben cumplir con los estándares SAE con relación a las siguientes áreas: SAEJ1930 define los términos de diagnóstico aplicable a los sistemas eléctricos y electrónicos incluyendo términos mecánicos, definiciones, abreviaciones y acrónimos. Estos términos solo deben ser empleados por el OBDII. El estándar será continuamente actualizado por la SAE para su acatamiento por parte del OBDII en el futuro.
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Todos los documentos con relación a los temas de emisiones del vehículo y los procedimientos de servicio del motor deberán ir de acuerdo a la nomenclatura relacionada con emisiones y a las abreviaciones que otorga el SAEJ1930. Esto también se aplica a todos los nuevos documentos impresos o actualizados por el fabricante a partir de 1993.
Las descripciones comunes para los sistemas y componentes han sido reconocidas como beneficiosas por técnicos que trabajan en múltiples modelos de vehículos. Los términos del powertrain fueron aprobados en 1993. El estándar es actualizado periódicamente por la correspondiente fuerza de trabajo.
El SAEJ1962 define los requerimientos mínimos para los conectores de diagnóstico que todas las herramientas de diagnóstico deberán cumplir para realizar el monitoreo OBDII o las funciones de diagnóstico a bordo del vehículo. El SAEJ1962 es un conector de 16 pines ubicado bajo el panel de instrumentos en el lado del conductor del vehículo.
Las asignaciones de los pines están especificadas por el estándar SAEJ1850 de conexión serial de datos (2 pines), poder de la batería (pin 16), Tierra para batería o señal de tierra (pin 5), y ISO9141 conexión serial de datos (2 pines). Los conectores de las terminales 2, 7, 10, y 15, deberán ser compatibles con las asignaciones y el uso de su terminal asociada en el conector del vehículo. Tierra a chasis es el pin 4 y está definido en el SAEJ2201. Tierra a batería deberá ser señal libre de ruido y limpia. Todo esto debería ser acatado por toda la industria de vehículos. Los estándares SAE están bajo control y mantenimiento del Comité de Diagnósticos de Sistemas del vehículo.
La característica relevante del estándar SAEJ1962 sobre la especificación del conector de diagnóstico OBDII, dice:
Localización consistente en el panel de instrumentos del vehículo, fácil acceso para el mecánico, fácil visibilidad para el técnico y facilidad de acople del equipo sin afectar la operación normal del vehículo.
El diseño del conector deberá ser compatible con configuraciones previas del vehículo, deberá cumplir el parámetro eléctrico de 10 A DC así como la especificación mecánica del material, la forma, requisitos de acoplamiento, y asignaciones de terminal.
Ilustración 6. Enchufe o conector OBDII hembra de 16 pines.
3.1
HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO OBDII (SAEJ1978)
El estándar SAE J1978 define los requisitos para la herramienta de diagnóstico OBDII.
Esta es una función importante del OBDII. La herramienta de diagnóstico debe permitir las siguientes funciones OBDII:
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1) Determinación automática a manos libres de la interfaz de comunicación usada.
2) Obtener y desplegar el estado y los resultados de las evaluaciones del diagnóstico a bordo. 3) Obtener y desplegar los códigos de falla DTC relacionados a las emisiones OBDII. 4) Obtener y desplegar la información actual relacionada a las emisiones OBDII.
5) Obtener y desplegar el cuadro congelado de datos relacionado con las emisiones OBDII.
6) Eliminar los registros de los códigos de falla relacionados con las emisiones OBDII, los registros del cuadro congelado relacionado con las emisiones OBDII y el estado de las pruebas de diagnóstico relacionadas con las emisiones OBDII.
7) Tener la habilidad de realizar funciones del protocolo expandido de diagnóstico tal como está descrito en el SAEJ2205.
8) Obtener y desplegar las pruebas y los resultados de los parámetros relacionados con las emisiones OBDII como esta descrito en el SAEJ1979.
9) Proveer un manual amigable o una fácil ayuda.
Ilustración 7. Herramienta de diagnóstico OBDII: escáner LAUNCH X431 con diversos conectores.
Los requisitos de interfaz universal (SAEJ2201) para la herramienta de diagnóstico (SAEJ1978), interfaz de red de comunicación de datos (SAEJ1850), los requisitos de la interfaz del conector (SAEJ1962), los modos de prueba (SAEJ1979) y los códigos de falla (SAEJ2012), y los modos de prueba mejorados (SAEJ2190) son descritos en detalle en el estándar. Las características generales, las características mecánicas y eléctricas también son descritas en el estándar. Las regulaciones EPA dicen que el SAEJ1978 debe ser capaz de realizar un control bi-direccional en el diagnóstico. Los fabricantes de vehículos deberán usar mensajes específicos para realizar dichas funciones o finalmente usar el SAEJ2205 (protocolo expandido de herramienta de diagnóstico) para habilitar esas funciones bi-direccionales con la herramienta de diagnóstico SAEJ1978.
El SAEJ1979 define los modos de prueba de diagnóstico y los mensajes requeridos o de respuesta necesarios a ser otorgados por los fabricantes de vehículos así como las herramientas de diagnósticos que cumplan los requisitos OBDII de la EPA.
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Los modos de prueba o diagnóstico del modo $01 al modo $08 están descritos en el estándar. Todos los modos a excepción del modo $08 están relacionados con el tema de requerir información de diagnóstico relacionada con las emisiones o resultados de las pruebas o códigos de falla del diagnóstico. El modo de prueba $08 es para requerir el control del sistema a bordo en vez de datos. Todas estas solicitudes son hechas por la herramienta de diagnóstico SAEJ1978.
El modo $01 es la solicitud de la información actual de diagnóstico del powertrain, como ser: - Entradas y salidas analógicas.
- Entradas y salidas digitales.
- Información del estado del sistema. - Valores calculados.
El modo $02 es la solicitud del cuadro congelado de datos del powertrain para los mismos ítems del modo $01. El modo $03 es la solicitud de los códigos de falla de diagnóstico DTC relacionados con las emisiones del powertrain.
El modo $04 nos permite eliminar o inicializar toda la información de diagnóstico relacionada con las emisiones. El modo $05 es la solicitud para los resultados de las pruebas de monitoreo del sensor de oxígeno.
El modo $06 es la solicitud de los resultados de las pruebas a bordo de los sistemas que son monitoreados de manera no-continua.
El modo $07 es la solicitud de los resultados de las pruebas a bordo de los sistemas que son monitoreados de manera continua.
El modo $08 es la solicitud para controlar un sistema de prueba a bordo, o componente. Para cada modo de prueba este estándar especifica:
- Descripción funcional del modo de prueba. - Formatos de mensaje de solicitud y de respuesta.
3.2
EJEMPLOS DE LOS MENSAJES QUE ESTÁN INCLUIDOS EN EL ESTÁNDAR PARA
EXPLICAR MUCHOS MODOS COMPLEJOS
El formato de mensaje de diagnóstico, el tiempo de respuesta (100 ms) y varios ítems de los datos están descritos en el estándar. PID $1D en la tabla para el modo $01 ha sido incluido para las ubicaciones alternativas del sensor de oxígeno. PID $1E en la tabla del modo $01 ha sido incluido para el estado de la entrada auxiliar.
El SAEJ2012 define los códigos de falla DTCs para el OBDII. Este estándar se enfoca en el formato del código de diagnóstico y mensajes codificados para los sistemas de control electrónicos automotrices de todos los vehículos livianos y medianos. Los DTCs están definidos en 4 categorías básicas: Anomalía general de circuitos, problemas de rango y rendimiento, entrada baja o alta al circuito. Un DTC consiste en una designación alfanumérica, B0-B3 para carrocería, C0-C3 para el chasis, P0-P3 para el powertrain, y U0-U3 para la red de comunicación; todos estos seguidos de tres dígitos. P0-P3 para el powertrain es de interés primordial. Los códigos de falla de diagnóstico están definidos para indicar sobre la sospecha de un problema o un área problemática como una directiva para un procedimiento adecuado de servicio. Los DTC están planeados para indicar solo una anomalía que requiere servicio pero no cuando las funciones del vehículo están dentro de lo normal.
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La decisión de iluminar el (CHECK) para un determinado DTC está basada en como la anomalía afecta las emisiones.
El estándar tiene los DTC agrupados ya sean controlados por la SAE, por el fabricante, o reservados para uso futuro. Esto impide que cualquier fabricante cambie cualquier DTC controlado por la SAE o a la SAE a cambiar los DTCs del fabricante.
Cada código de falla definido está asociado a un mensaje para indicar el circuito, componente o área de sistema que fue diagnosticada como fallada. Los mensajes están organizados de tal manera que los diversos mensajes con relación a un sensor o sistema en particular están juntos o agrupados. Cada grupo tiene un código genérico que viene a ser como el primer código o mensaje que indica la naturaleza genérica de la falla. El fabricante tiene la opción de definir más DTCs específicos para cada falla de menor nivel en el grupo. Sin embargo solo un código deberá ser almacenado en el OBDII por cada falla detectada.
El SAEJ2186 define las prácticas de seguridad que deberán ser implementadas en acceder a la información de diagnóstico solo por personas autorizadas. El estándar define varios niveles de accesibilidad, como funciones seguras, funciones inseguras y datos de solo lectura. Los datos relacionados con las emisiones son accesibles solo mediante personal autorizado de la EPA, responsable de que el estándar sea acatado.
Los parámetros operativos del motor que está codificados en el cerebro no deberán ser cambiables sin el uso de herramientas especializadas y procedimientos accesibles solo a personal autorizado.
Cualquier cerebro reprogramable deberá emplear métodos probados para impedir una reprogramación no autorizada.
La CARB y la EPA exigen una protección mejorada ante la modificación o alteración para los carros año 1999 en adelante que deberá incluir la encriptación de datos y acceso electrónico al cerebro del fabricante para una seguridad en el acceso.
Hay un procedimiento definido para proveer una protección legislada ante una alteración que al mismo tiempo va acorde con los temas de seguridad deseados por el fabricante ante una alteración pero al mismo tiempo que permita un servicio legítimo.
Una de dichas técnicas habilita ciertas operaciones como descarga por bloques si y solo si se tiene un acceso seguro exitoso. La normalidad de las comunicaciones no se ven afectadas.
3.3
MODOS DE PRUEBA MEJORADOS SAEJ2190
El SAEJ2190 extiende los modos de diagnóstico definidos en el SAEJ1979 para incluir acceso a datos relacionados con las emisiones que no están incluidos en el SAEJ1979 y acceso a datos no relacionados con las emisiones como un complemento al SAEJ1979. Este estándar describe los valores o datos byte para los mensajes de diagnóstico transmitidos entre equipo de prueba y diagnóstico existente en o fuera del vehículo, y los módulos electrónicos del vehículo. No se hace distinción entre diagnósticos relacionados a emisiones u otros no relacionados a las emisiones. Estos mensajes pueden ser usados con conector de datos J1850 tal como está descrito en el estándar SAEJ1850.
El SAEJ2190 incluye modos de prueba identificados para diagnósticos que van más allá de los requerimientos legales; los cuales incluyen sistemas no relacionados con las emisiones. Los modos de prueba incluyen capacidades como ser:
23 - Solicitud del cuadro congelado de datos
- Solicitud de códigos de falla y estado - Eliminación de información de diagnóstico - Solicitud de información de diagnóstico - Acceso seguro
- Habilitar/deshabilitar la transmisión normal de mensajes - Solicitar o definir paquetes de datos de diagnóstico - Entrar o salir de la rutina de diagnóstico
- Solicitar resultados de la rutina de diagnóstico - Control de entrada y salida
- Leer o escribir bloques de memoria
Los mensajes deberán ser usados solo con la herramienta de diagnóstico SAEJ1978 y solo usando el protocolo EDP con herramientas mejoradas de diagnóstico.
Esta actividad se está coordinando con la fuerza de trabajo para los servicios de diagnóstico ISO para promover capacidades comunes de diagnóstico a través de toda la industria.
Se tienen los siguientes modos de prueba extendidos:
- Modo 10 – Iniciar la operación de diagnóstico (limitado) - Modo 11 – Solicitud de re- inicialización de módulo - Modo 12 – Solicitud del cuadro congelado de datos - Modo 13 – Solicitud de información DTC
- Modo 14 – Eliminar la información de diagnóstico - Modo 17 – Solicitud del estado de los DTC - Modo 18 – Solicitud de los DTC según el estado - Modo 20 – Volver a la operación normal
- Modos 21 – 23 – Solicitud de datos de diagnóstico según el PID - Modo 2 A – Solicitud de los paquetes de datos de diagnóstico
- Modo 2 C – Dinámicamente definir los paquetes de datos de diagnóstico - Modo 3 F – Probar si el dispositivo está presente
- Modo 7 F – Mensaje general de respuesta - Modo A E – Solicitud de control de dispositivo
Para cada modo de prueba este estándar da una descripción funcional de la prueba, el contenido de los bytes de datos de los mensajes de solicitud, el contenido de los bytes de datos de los mensajes de reporte, y un ejemplo o aclaración si es necesario.
El direccionamiento físico es usado para todos los mensaje de diagnóstico en éste estándar. A cada dispositivo deberá ser asignada una dirección en éste esquema la cuál es usada por el método J1850 para comunicarse con los dispositivos.
Los mensajes 0 a FH y 40H a 4FH son reservados para el SAE J1979. Los mensajes para el J2190 empiezan en 10H y terminan en FFH (H = hexadecimal). El estándar define la longitud de mensaje, los requisitos de respuesta del mensaje y sus formatos.
24
3.4
INTERFAZ UNIVERSAL PARA LA HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO OBDII
El SAEJ2201 define la interfaz de comunicación del vehículo para una herramienta de diagnóstico OBDII descrita en el SAE1978. Esta interfaz conecta el conector de diagnóstico SAEJ1962 al hardware/software del SAEJ1978 o herramienta de diagnóstico OBDII la cual a su vez usará dicha interfaz para comunicarse con el vehículo para acceder a las funciones OBDII requeridas. La interfaz define varios términos estándares y la funcionalidad de la interfaz. Este estándar describe en detalle los requerimientos de software del programa en la PCM que facilite la comunicación entre la herramienta de diagnóstico (externa) y los componentes internos del vehículo. El medio de comunicación es un conector serial descrito en la SAE J1850.
El estándar define los requisitos de la estructura de soporte de los mensajes, la señal de tierra, tierra a chasis, longitud del cable desde el conector a la herramienta de diagnóstico y otros requisitos usados por la herramienta de diagnóstico SAEJ1978.
3.5
PROTOCOLO DE DIAGNÓSTICO EXPANDIDO PARA LAS HERRAMIENTAS DE
DIAGNÓSTICO OBDII
El SAEJ2205 define el protocolo de diagnóstico expandido EDP para la herramienta de diagnóstico OBDII (SAEJ1978). El propósito del protocolo de diagnóstico expandido es definir la técnica de codificado a ser usada:
- Para describir para la herramienta de diagnóstico OBDII los mensajes a ser transmitidos al vehículo y cómo deberán ser ellos transmitidos.
- Para describir para la herramienta de diagnóstico OBDII los mensajes a ser recibidos y procesados por dicha herramienta.
- Para describir para la herramienta de diagnóstico OBDII cómo procesar los datos en el mensaje recibido. Este estándar define los requerimientos para el diagnóstico e información de servicio que deberá ser proveído por el fabricante de vehículos. Este incluye un mínimo del soporte de diagnóstico y servicio de los sistemas y componentes relacionados con las emisiones. El EDP es una manera de permitir a los fabricantes de vehículos comunicarse por medio de la interfaz de comunicación OBDII, con los módulos del vehículo usando mensajes específicos del vehículo.
El protocolo habilitará al técnico de servicio la entrada de mensajes no requerida o no exigida para cumplir los requisitos específicos OBDII pero las cuales son necesarias para reparar los vehículos.
Estos mensajes adicionales serán especificados en la información de servicio proveída al técnico de servicio por medio del fabricante. Esto es debido a que el requisito es que los vehículos deberán ser capaces de ser reparados solo usando la herramienta de diagnóstico SAEJ1978 y otras herramientas no basadas en microprocesadores. Este estándar provee las siguientes definiciones EDP:
- Tipo de control - Tipo de transmisión - Tipo solo de recepción - Tipo misceláneas
Estos formatos de mensajes están definidos en el estándar. También se definen los códigos para los campos de definición de formatos EDP. Existe una extensa información sobre el mensaje de formato que está incluida y la cual necesita ser soportada por la herramienta de diagnóstico. Este estándar exige que el SAE J1978 o herramienta de diagnóstico OBDII deberá soportar los mensajes EDP los cuales pueden ser únicos a un solo fabricante de vehículo, modelo, año, etc. Estos mensajes pueden tener encabezamientos distintos, y campos diferentes de datos
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en comparación con los formatos de mensaje para el SAEJ1979. El EDP también deberá soportar la interfaz ISO9141-2. El protocolo extendido con relación a los formatos de mensajes, validación de los datos, seguridad de datos y otros detalles, es explicado en éste estándar.
3.6
INTERFAZ DE RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – SAEJ1850
La interfaz de red de comunicación de datos Clase B estándar SAEJ1850 define los requisitos de comunicación de la red que satisface las necesidades de los fabricantes de vehículos para realizar las funciones OBDII de una manera efectiva menos costosa.
Este estándar describe dos implementaciones específicas de red basada en un ancho de pulso de tipo variable VPW o 10.4 Kb/s y otra con ancho de pulso modificado a 41.6 Kb/s o PWM. La versión de 10.4 Kb/s usa un cable simple mientras que la versión de 41.6 Kb/s usa un bus diferenciado de dos cables así como la capa o medio físico para el estándar de los mensajes define la capa física y la capa de conexión de datos del modelo OSI o sistema abierto de interconexión ISO (International Standars Organization). En consecuencia, este estándar sigue las convenciones ISO pero usa variados estilos descriptivos para definir los formatos de mensajes. El vehículo aplicable para ésta red clase B está definido en el SAE J1213 que permite compartir la información paramétrica del vehículo. También la red Clase B deberá ser capaz de realizar las funciones de la red Clase A la cual opera a menos de 10 Kb/s.
La red de comunicación de datos o J1850 interconecta los distintos módulos electrónicos del vehículo por medio de un enfoque de arquitectura abierta. El enfoque de arquitectura abierta permite añadir o remover cualquier número de módulos en la red sin efectos adversos en el rendimiento de la red. El J1850 usa el protocolo CSMA (carrier sense multiple access) para implementar la arquitectura abierta. Adicionalmente la red soporta la priorización de los cuadros de mensajes de tal manera que en caso de que haya razón, los cuadros de alta prioridad ganan su arbitraje y completan su transacción. El estándar define una topología de bus simple donde todos los dispositivos en la red transmiten y reciben por medio de un camino sencillo y al mismo tiempo los mismos datos que se comunican. La red usa un control de bus sin maestro y un arbitraje de prioridad. La consecuencia de este protocolo es una latencia indeterminada y un perfil de uso pico de bus a excepción de los mensajes de alta prioridad para las cuales está garantizada una latencia mínima a costa de los otros mensajes.
Aunque este estándar se enfoca en las capas físicas y de conexión de datos en el modelo OSI, la capa de aplicación también es descrita porque esta necesita estar incluida para los requisitos legales de comunicación del diagnóstico en lo que respecta a las emisiones. La red clase B se mapea en el modelo OSI del estándar. Este estándar describe en detalle la capa de conexión de datos para los mensajes de diagnóstico, sus formatos, direccionamiento físico para los dispositivos, comandos para el protocolo del bus, esquemas de detección y corrección de errores. Las dimensiones físicas de la red así como sus características eléctricas también están descritas en detalle.
El SAEJ1850 es el estándar más importante en la fase de comunicación de datos del OBDII.
3.7
MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – FORMATO
DETALLADO DEL ENCABEZAMIENTO Y SEGMENTOS DE DIRECCIONAMIENTO
FÍSICO SAEJ2178/1
El SAEJ2178/1 es la especificación del detalle del formato del encabezamiento de los mensajes de la red de comunicación de datos Clase B y las asignaciones de direcciones físicas. Este estándar define la información contenida en el encabezamiento y campos de datos de mensajes no relacionados al diagnóstico. Este estándar
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también especifica los tamaños de los campos, el escalado, las representaciones, y las posiciones de datos usada dentro los mensajes. El estándar SAEJ1979 define la información contenida en el encabezado y campos de datos de los mensajes de diagnóstico relacionados a las emisiones. El estándar SAEJ2190 define la información contenida en el encabezado y campos de datos de otros mensajes de diagnóstico no relacionado con las emisiones. El estándar SAEJ1850 define el hardware de la interfaz de red Clase B, la definición del protocolo básico, las especificaciones eléctricas, y el esquema de detección y corrección de error usando un byte CRC (chequeo de redundancia cíclica). El SAEJ1850 define solo dos formatos de mensajes, Estos son: el formato de byte sencillo y el formato consolidado de encabezado. El formato de encabezado consolidado tiene dos formas: una forma de byte simple, y una forma de 3 bytes. Este estándar cubre todos esos formatos y formas para identificar los contenidos de los mensajes los cuales pueden ser enviados en una red SAEJ1850.
El SAEJ2178 consiste en 4 partes. SAEJ2178/1, la primera parte (éste estándar) describe las dos formas permitidas de formatos de encabezamiento de mensajes; la de byte simple y la de formato consolidado de encabezado. Esta también contiene el rango de asignaciones de direcciones de nudo para los subsistemas típicos de un automóvil. Este estándar define los términos y definiciones de los formatos de datos. Los mensajes definidos por éste estándar están clasificados en dos categorías: solicitudes o consultas de datos (comandos de carga o modificación), y respuestas como reportes o reconocimientos. La estructura general de los mensajes esta descrita según lo siguiente:
- Mensajes estándares SAE completamente definidos
- Mensajes reservados para futura estandarización por parte de la SAE - Mensajes reservados para fabricantes para sus mensajes de carácter único
Los formatos de mensajes en este estándar son obligatorios para el uso de la red J1850 excepto para muchos de los códigos de mensaje reservados para los fabricantes cuyas asignaciones pueden ser usadas.
3.8
MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – DEFINICIÓN
DE PARÁMETROS DE DATOS SAEJ 2178/2
El estándar de definición de parámetros de datos define los parámetros usados para describir las variables de datos usadas en la operación normal del vehículo así como en la operación de diagnóstico. Los parámetros son asignados a Números de Referencia de Parámetros (PRNs) los cuales se describen en el estándar. Cada PRN tiene su estructura en el estándar. La segunda parte de la definición del parámetro es SLOT. PRN identifica un parámetro específico por el nombre, la unidad de medida y un SLOT asociado. El SLOT define las características matemáticas de los parámetros en términos de su presentación numérica, su escalado, sus límites, su compensación y su función de transferencia.
El SAEJ1979 se refiere a los números PIDS (Parameter Identification) los cuales son un número de referencia de byte simple. Los primeros 256 PRNs definidos en éste estándar son idénticos a las definiciones de los PIDs del SAEJ1979. Este estándar contiene listas detalladas de asignaciones PRNs las cuales son usadas como referencia.
3.9 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B –
IDENTIFICACIÓN ID DE CUADROS O MARCOS PARA FORMAS DE BYTE SIMPLE DE
ENCABEZADOS SAEJ2178/3
El estándar SAEJ2178/3 Identificación ID de Cuadros o Marcos para Formas de byte Simple de Encabezados, define los mensajes especificados para redes usando encabezados de un solo byte o la forma de un solo byte para encabezados consolidados tal como está especificado en el SAEJ1850. Este estándar se enfoca en los cuadros o
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marcos ID el cual es el primer byte del mensaje. El primer byte de un encabezado de un solo byte está definido como un número hexadecimal de 8 bits, y la forma de un solo byte del encabezado consolidado está definido por debajo de los 7 bits en número hexadecimal. La información en el campo del encabezado implícitamente define el destino, la fuente, la prioridad, y el tipo de información en el mensaje, mientras que el campo de datos contiene información paramétrica y direccionamiento adicional. El encabezado define el identificador de mensajes o el cuadro/marco ID y viene a ser el nombre que es difundido normalmente o periódicamente a todos los nudos de la red.
Este estándar describe la estructura general de los mensajes y tiene una aplicación muy amplia en el OBDII desde ya debe ser usada en el J1850 exactamente como se específica aquí a excepción de aquellos que están asignados a los fabricantes de vehículos para mensajes no relacionados con la emisión.
Con la forma de encabezado de simple byte, el cuadro o marco ID se corresponde con el número PRN o un grupo de PRNs. Las características definidas por el encabezado están descritas en el estándar.
3.10
MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – DEFINICIÓN
DE MENSAJES PARA ENCABEZADOS DE 3 BYTES
El estándar SAEJ2178/4 Definición de Mensajes para Encabezados de 3 Bytes, define la información contenida en el encabezado y los campos de datos de mensajes no relacionados con el diagnóstico para redes de comunicaciones de datos Clase B. Este estándar describe y especifica los campos de encabezados, campos de datos, tamaños de campos, escalado, representaciones y posiciones de datos usados dentro de los mensajes. El estándar SAEJ1979 define las especificaciones de mensajes de diagnóstico relacionadas con las emisiones, en cuanto al encabezamiento y los campos de datos, con los cuales el OBDII principalmente está asociado. El SAEJ2190 define otros campos de datos de diagnóstico. Este estándar se enfoca en la definición de mensajes para formas de encabezado de 3 bytes. Esta estándar provee una lista de direcciones destinos funcionales o ID primarias para toda la funcionalidad de los mensajes direccionados por medio de la J1850 a excepción de una del tipo #3 la cual es una función de lectura. Los mensajes tipo #3 de la SAEJ1850 tienen una asignación de direcciones separadas debido a la ausencia de un direccionamiento secundario. En el estándar existen asignaciones de direcciones válidas extendidas a partir de tablas de definición de mensajes. La información en este estándar sigue el mismo formato para los IDs de cuadros o marcos de formas de encabezados de byte simple que el SAEJ2178/3 descrito anteriormente.
4
FUNDAMENTOS DE ESTRATEGIAS DE CONTROL Y DIAGNÓSTICOS OBDII DEL
POWERTRAIN
Desde que el OBDII vino a ser efectivo en 1994 (adoptado de las regulaciones CARB), las estrategias de control del Powertrain están enfocadas en monitorear los componentes del powertrain por fallas con criterios ligados a las emisiones en adición a la funcionalidad básica. Todos los componentes del powertrain descritos anteriormente incluyendo los sensores, actuadores y conmutadores (switches), son verificados que tengan una correcta operación. Adicionalmente, el rendimiento de todo el aparato de control de emisiones está continuamente monitoreado usando criterios de diagnósticos OBDII. A continuación la lista de los requisitos principales de diagnóstico OBDII de la CARB para todos los fabricantes de vehículos:
