UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
“CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS CON MOTOR
KIA RÍO CON ENCENDIDO DIS INYECCIÓN ELECTRÓNICA
MULTIPUNTO SECUENCIAL COMANDADO POR UNIDAD DE
CONTROL ECU.”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO
AUTOMOTRIZ
JOSÉ MAURICIO ORTEGA OBANDO
DIRECTOR DE TESIS: ING. JULIO MORALES
DERECHOS DE AUTOR
DECLARACIÓN
Yo José Mauricio Ortega Obando, 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.
_________________________ José Mauricio Ortega Obando
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Construcción de un banco de pruebas con motor Kia Río con encendido DIS inyección
electrónica multipunto secuencial comando por unidad de control
ecu”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por José Mauricio Ortega Obando, 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.
___________________ Ingeniero Julio Morales
DIRECTOR DELTRABAJO
DEDICATORIA
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ... xvi
ABSTRACT ... xviii
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCO TEORICO ... 5
2.1 INYECCION ELECTRONICA EN MOTORES A COMBUSTION INTERNA ... 6
2.1.1 SISTEMA DE INYECCION ELECTRONICA ... 6
2.1.1.1 Historia de los sistemas de inyección de gasolina. ... 6
2.1.1.2 Ventajas ... 8
2.1.1.3 Principio de funcionamiento ... 9
2.1.1.4 Clasificación de los sistemas de inyección ... 10
2.2 ELEMENTOS DEL SISTEMA ... 17
2.2.1 UNIDAD DE COMANDO ECU ... 17
2.3 SENSORES ... 18
2.3.1 SENSOR DE OXIGENO (O2) ... 18
2.3.2 SENSOR DE PRESION EN EL MULTIPLE DE ADMISION (MAP) ... 22
2.3.3 SENSOR DE DETONACION (KS) ... 24
2.3.4 SENSOR DE TEMPERATURA DE AIRE (IAT). ... 25
2.3.5 SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE (ECT) .. 27
2.3.6 POTENCIÓMETRO DE LA MARIPOSA DE ACELERACIÓN (TPS) ... 28
2.3.7 SENSOR DE POSICION DEL CIGÜEÑAL (CKP). ... 29
2.3.8 SENSOR DE POSICION DEL ARBOL DE LEVAS (CMP) ... 30
2.4 ACTUADORES ... 31
2.4.1 INYECTOR ... 31
2.4.2 BOBINA DE ENCENDIDO ... 34
2.4.4 VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE IDEAL (IAC) ... 39
2.4.5 RELE DE LA BOMBA DE COMBUSTIBLE ... 41
2.4.6 ELECTROVENTILADORES ... 42
2.4.7 SISTEMA DE ENCENDIDO DIS ... 44
2.4.7.1. Tensiones y presiones ... 45
3. METODOLOGIA ... 47
3.1 CONSTRUCCIÓN ... 48
3.1.1 INVESTIGACIÓN TEÓRICA E INVESTIGACIÓN PRÁCTICA... 48
3.1.2 ELABORACIÓN ... 48
3.2.2.1. Datos Técnicos del Motor Kia Rio Xcile 2010 ... 48
3.2.2.2. Adaptación ... 48
3.2 VALIDACIÓN ... 54
3.2.1 PRUEBAS MECÁNICAS ... 54
3.2.2.1. Medición de compresión ... 54
3.2.2.2. Prueba de humedad ... 55
3.2.2.3. Pruebas de Estanqueidad ... 56
3.2.2 PRUEBAS ELECTRÓNICAS CKP, CMP, BOBINAS, INYECTOR. ... 58
3.2.2.1. CKP ... 58
3.2.2.2. CMP ... 59
3.2.2.3. Bobinas. ... 60
3.2.2.4. Pulso de Inyección. ... 62
3.2.3 PRUEBAS ELECTRÓNICAS DEL SISTEMA DE INYECCIÓN .... 68
3.2.3.1 Sensores ... 70
3.2.3.2 Actuadores ... 83
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 89
4.1 PRUEBAS SENSOR CKP ... 90
4.2 PRUEBAS SENSOR CMP... 92
4.3 PRUEBAS SENSOR T MAP... 94
4.4 PRUEBAS SENSOR O2 ... 96
4.5 PRUEBAS SENSOR ECT ... 98
4.7 PRUEBAS DEL SENSOR KS ... 100
4.8 PRUEBAS ACTUADORES BOBINAS DIS ... 101
4.9 PRUEBAS ACTUADORES INYECTORES ... 103
4.10 PRUEBAS DEL ACTUADOR IAC ... 104
4.11 CKP, BOBINA 1, BOBINA 2, CABLE BUJIA... 106
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 107
5.1 CONCLUSIONES ... 108
5.2 RECOMENDACIONES ... 109
NOMENCLATURA Y GLOSARIO ... 110
BIBLIOGRAFIA ... 112
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Presiones De Trabajo De Bombas De Combustible. ... 38
Tabla 2. Valores de compresión ... 55
Tabla 3. Distribución de sensores ... 69
Tabla 4. Distribución de actuadores ... 69
Tabla 5. Ubicación de los plugs en la pinera CKP ... 71
Tabla 6. Ubicación de los plugs en la pinera CMP ... 72
Tabla 7. Ubicación de los plugs en la pinera T MAP ... 74
Tabla 8. Ubicación de los plugs en la pinera ECT ... 76
Tabla 9. Ubicación de los plugs en la pinera O2 ... 78
Tabla 10. Ubicación de los plugs en la pinera TPS ... 79
Tabla 11. Ubicación de los plugs en la pinera KS ... 81
Tabla 12. Ubicación de los plugs en la pinera bobinas ... 83
Tabla 13. Ubicación de los plugs en la pinera inyectores ... 86
Tabla 14. Ubicación de los plugs en la pinera IAC... 87
Tabla 15. Valores de operación del CKP ... 90
Tabla 16. Valores de operación del CMP ... 92
Tabla 17. Valores de operación del T MAP ... 94
Tabla 18. Valores de operación del O2 ... 96
Tabla 19. Valores de operación del ECT ... 98
Tabla 20. Valores de operación del TPS ... 99
Tabla 21. Valores de operación del KS ... 100
Tabla 22. Valores de operación de las bobinas ... 101
Tabla 23. Valores de operación de los inyectores ... 103
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Motor Kia Rio Xcite a inyección electrónica ... 6
Figura 2. Componentes del sistema de inyección ... 9
Figura 3. Sistema de monopunto ... 11
Figura 4. Sistema multipunto ... 11
Figura 5. Sistema de inyección directa e indirecta ... 12
Figura 6. Sistema de inyección continua ... 13
Figura 7. Sistema de inyección secuencial. ... 13
Figura 8. Sistema de inyección semisecuencial... 14
Figura 9. Sistema de inyección simultánea. ... 14
Figura 10. Clasificación de la inyección por tipo de funcionamiento ... 15
Figura 11. Clasificación de la inyección por cantidad de inyecciones ... 15
Figura 12. Clasificación de los sistemas de inyección por la cantidad de inyectores. ... 16
Figura 13. Clasificación de la inyección por el lugar de la inyección ... 16
Figura 14. ECU ... 17
Figura 15. Esquema de funcionamiento de la unidad central de control. ... 18
Figura 16. Sensor de Oxigeno Kia xcite ... 18
Figura 17. Señal de ingreso a la computadora a bordo por parte de la sonda lambda, forma un papel fundamental en el manejo de la mezcla aire combustible. ... 19
Figura 18. Sonda Lambda (o2) Kia xcite ... 19
Figura 19. Sensor de oxigeno de dióxido de zirconio ... 20
Figura 20. Sensor de oxigeno de tipo planar ... 21
Figura 21. Sensor de oxígeno de titanio ... 21
Figura 22. Sensor de oxigeno AF ... 22
Figura 23. Sensor de Presión Absoluta del Múltiple de admisión. ... 22
Figura 24. Diagrama de posición Sensor KS ... 24
Figura 25. Sensor KS ... 25
Figura 26. Principio de operación ... 25
Figura 28. Sensor de temperatura curva de funcionamiento. ... 26
Figura 29. Sensor de temperatura del motor ... 27
Figura 30. Sensor posición de Mariposa de Aceleración. ... 28
Figura 31. Esquema sensor de posición del Ciguenal. ... 29
Figura 32. Diferencias de onda entre sensor inductivo y de efecto hall. ... 30
Figura 33. Sensor CMP ... 30
Figura 34. Inyector eléctrico. ... 31
Figura 35. Inyector Monopunto o de alimentación lateral. ... 33
Figura 36. Inyector de alimentación Superior Motores Multipunto ... 33
Figura 37. Diagrama interno Bobina de Encendido Convencional. ... 34
Figura 38. Bobina DIS ... 34
Figura 39. Esquema de Funcionamiento Bobina de Encendido. ... 35
Figura 40. Bobinas COP ... 36
Figura 41. Bomba de Combustible Corte lateral. ... 37
Figura 42. Válvula IAC Diferencias generacionales. ... 39
Figura 43. Relé de Bomba de Combustible ... 41
Figura 44. Fotografía Electro ventilador ... 42
Figura 45. Esquema Básico Conexión Electro Ventilador ... 43
Figura 46. Esquema de funcionamiento Bobina DIS Chispa Perdida ... 44
Figura 47. Diagrama de Bobina DIS ... 46
Figura 48. Banco de pruebas ... 50
Figura 49. Tanque de combustible banco de pruebas ... 50
Figura 50. Base original motor arranque Kía ... 501
Figura 51. Base modificada motor arranque ... 501
Figura 52. Circuito de alimentación de combustible ... 52
Figura 53. Tablero de control ... 53
Figura 54. Pinera banco de pruebas ... 54
Figura 55. Árboles de levas ... 56
Figura 56. Cabezote ... 57
Figura 57. Cabezote (Kia xcite) ... 58
Figura 58. Cabezote (Kia xcite) ... 58
Figura 60. Conexión del Osciloscopio al CM ... 59
Figura 61. Onda sensor CMP ... 60
Figura 62. Comprobación de señal en la bobina... 60
Figura 63. Verificación de voltaje a la Bobina. ... 61
Figura 64. Verificación de corriente a la bobina. ... 61
Figura 65. Comprobación de chispa en la bujía ... 62
Figura 67. Verificación de sincronización de ondas ... 63
Figura 68. Señal de off a on ... 64
Figura 69. Señal inicio de start... 64
Figura 70. Señales durante el arranque - CRANK violeta - CAM azul - BOBINA amarillo INYECTOR 1 rojo – CABLE BUJIA 1 verde ... 65
Figura 71. Señales de ciclo completo durante start ... 65
Figura 72. Señales de ciclo completo durante start ... 66
Figura 73. Corte señal inyector 1 (en contacto) ... 66
Figura 74. Corte negativo bobina 1 (en ON) ... 67
Figura 75. Señal con falta de un pulso negativo en bobina ... 67
Figura 76. Pinera banco de pruebas ... 68
Figura 77. Soque de la Ecu ... 69
Figura 78. Cigüeñal ... 70
Figura 79. Onda del CKP ... 71
Figura 80. Ubicación de los pines del sensor en la ECU ... 71
Figura 81. Sensor CKP ... 71
Figura 82. Onda CMP ... 72
Figura 83. Ubicación de los pines del sensor en la ECU ... 73
Figura 84. Sensor CMP ... 73
Figura 85. Onda del sensor T-MAP. ... 74
Figura 86. Ubicación de los pines del sensor en la ECU T MAP ... 75
Figura 87. Señal IAT ... 75
Figura 88. Señal ECT ... 76
Figura 89. Ubicación de los pines del sensor en la ECT ... 77
Figura 90. Sensor ECT ... 77
Figura 92. Ubicación de los pines del sensor en la ECU ... 78
Figura 93. Sonda Lambda ... 79
Figura 94. Señal TPS ... 80
Figura 95. Ubicación de los pines del sensor en la ECU ... 80
Figura 96. Sensor TPS ... 80
Figura 97. Señal del sensor KS ... 82
Figura 98. Ubicación de los pines del sensor en la ECU ... 82
Figura 99. Sensor KS ... 82
Figura 100. Señal del actuador ... 83
Figura 101. Ubicación de los pines del actuador en la ECU ... 84
Figura 102. Bobinas DIS ... 84
Figura 103. Señal del secundario de la bobina ... 85
Figura 104. Colocación de las pinzas de medición ... 85
Figura 105. Pulso de inyección ... 86
Figura 106. Ubicación de los pines de los inyectores en la ECU ... 86
Figura 107. Inyectores ... 87
Figura 108. Señal de la IAC ... 87
Figura 109. Ubicación de los pines del actuador en la ECU ... 88
Figura 110. IAC ... 88
Figura 111. Señal CKP ... 90
Figura 112. Representación de Voltaje CKP ... 91
Figura 113. Señal CMP ... 92
Figura 114. Representación de Voltaje CMP ... 93
Figura 115. Señal MAP ... 94
Figura 116. Señal IAT ... 94
Figura 117. Representación de Voltaje MAP ... 95
Figura 118. Representación de Voltaje IAT ... 95
Figura 119. Señal O2 ... 96
Figura 120. Representación de Voltaje del O2 ... 97
Figura 121. Representación de Voltaje del ECT ... 98
Figura 122. Representación de Voltaje del TPS ... 99
Figura 124. Señal primario ... 101
Figura 125. Señal secundario ... 101
Figura 126. Representación de Voltaje de las bobinas ... 102
Figura 127. Señal inyector ... 103
Figura 128. Representación del ancho de pulso del inyector ... 104
Figura 129. Representación de Voltaje de la IAT... 105
Figura 130. Señal CKP, bobina 1, bobina 2, cable bujía ... 106
Figura 131. Vista lateral izquierda ... 116
Figura 132. Vista frontal tanque de combustible ... 116
Figura 133. Vista lateral izquierda mueble ... 116
Figura 134. Vista superior derecha tanque ... 116
Figura 135. Vista superior izquierda ... 116
Figura 136. Vista superior mesa ... 116
Figura 137. Vista superior derecha mesa y bases ... 116
Í
NDICE DE ANEXOS
ANEXO 1.
Vistas de banco de pruebas ... 116 ANEXO 2.
Diagrama eléctrico ... 117 ANEXO 3.
Diagrama eléctrico ... 118 ANEXO 4.
Diagrama eléctrico ... 119 ANEXO 5.
Caja de fusibles exterior ... 120 ANEXO 6.
RESUMEN
ABSTRACT
1
2 La electrónica automotriz es usada ampliamente en la actualidad y su tarea principal es conseguir mayor potencia, torque y menor consumo de combustible con una menor emisión de gases contaminantes coordinando todos los parámetros, mediante una regulación constante de procesos.
Los parámetros controlados incluyen la sincronización del encendido, la cantidad de combustible inyectada, la duración de la inyección y la recirculación del gas de escape, así como el ajuste de la válvula de mariposa, la posición variable del colector de admisión, la geometría de turbina variable (en motores turboalimentados) y el ajuste del árbol de levas (en motores de gasolina), etc.
Para desempeñar estas tareas, el sistema de gestión electrónica del motor controla además el régimen de revoluciones del motor, la temperatura del motor, la cantidad de combustible (mediante un sensor de picado) y la posición del pedal del acelerador. Cualquier desviación respecto a las condiciones operativas normales se almacenan en la memoria de fallos junto con la información correspondiente, de modo que se puedan investigar las causas la próxima vez que se revise el vehículo.
El tema fue escogido por la creciente demanda de equipos capaces de ser una herramienta útil en la Universidad Tecnológica Equinoccial para la doctrina de autotrónica, inyección electrónica y otras materias complementarias.
3 Por medio de una maqueta didáctica dar a los estudiantes una herramienta muy útil para la vida del día a día.
El problema surge de las deficiencias que existen en el proceso de enseñanza de la mecánica automotriz, en el área de inyección electrónica del motor a gasolina de los estudiantes de la carrera de ingeniería automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial.
La electrónica automotriz en el mundo actual actúa directamente en el desempeño de un vehículo haciendo posible el funcionamiento del mismo, controlando no solamente la combustión de un motor sino también las emisiones contaminantes, para ello es necesario la implementación de un sistema de inyección electrónica, que controlado por una computadora corregirá los parámetros de consumo y emisión.
El banco de pruebas construido permite la vinculación entre el marco Teórico-práctico que guardan directa relación con el propósito de que el estudiante visualice de mejor manera el funcionamiento de los diferentes componentes electrónicos que componen el sistema de inyección respaldándose en la apreciación practica obtenida mediante equipos de comprobación automotrices.
El objetivo principal es mejorar la comprensión estudiantil acerca del funcionamiento de los componentes electrónicos del motor a gasolina mediante la apreciación visual de los mismos apoyándose en la graficación de osciloscopio, para lo cual se realizará las siguientes actividades
a. Contar con un banco de pruebas que permita visualizar los componentes electrónicos en el motor, mediante su construcción. b. Probar la validez del banco de pruebas mediante ensayos repetidos. c. Generar un concepto teórico en el estudiante, a través del uso del
4 d. Elaborar un Manual de prácticas para guía de los estudiantes.
5
6
2.1 INYECCION ELECTRONICA EN MOTORES A
COMBUSTION INTERNA
2.1.1 SISTEMA DE INYECCION ELECTRONICA
2.1.1.1 Historia de los sistemas de inyección de gasolina.
Figura 1. Motor Kia Rio Xcite a inyección electrónica
La historia de la inyección de combustible se remonta al siglo XIX.
7 pasar de los años y a finales del siglo varios investigadores logran desarrollar un carburador de chorro de rocío controlado por un flotador.
La industria de la aviación de aquellos años logro probar las ventajas de la inyección de combustible sobre el carburador ya que este tenía problemas de congelamiento debido a los cambios de altura limitando su rendimiento, a raíz de estallar la primera guerra mundial por costos, rapidez y desarrollo el carburador se impone ante la inyección quedando a un segundo plano. (mecautomotriz.files.wordpress.com, 2010)
Utilizando un sistema de inyección directa, este rociaba combustible a gran presión dentro de la cámara de combustión similar al sistema de inyección diésel, la bomba que se usó en dicho sistema posteriormente fue modificada y usada en la inyección diésel.
El real desarrollo de la inyección electrónica se dio a partir de la crisis del petróleo, fue en este momento que los precios subieron y en el estado de California se tomaron medidas drásticas acerca del consumo y de la contaminación.
La contaminación de los automotores era tan alta y el consumo de igual manera fue elevado por muchos años así que se diseñó el primer carburador electrónico que dio paso al sistema de inyección mecánico.
Luego de la inyección mecánica llego la inyección monopunto desarrollada por Bosch. (Bosch).
8 En 1976 gracias a un esfuerzo en conjunto de General Motors, Bosch y Bendix Cadillac introduce al mercado el primer sistema EFI de producción en masa en su modelo Cadillac Seville.
Este sistema se mantuvo vigente hasta 1980 su sucesor fue la inyección digital presentado por Cadillac cuyo sistema constaba de una computadora capaz de controlar a dos inyectores.
En 1965 el motor Ford V8 adapto el sistema Hilborn (sistema de inyección directa) en autos Indy.
En 1970 sistema de inyección Lucas (sistema de inyección indirecta multipunto) utilizado en Scords Ford Europeos.
En 1983 la Ford europea adapta el sistema k-jetronic (sistema de funcionamiento mecánico) de Bosch.
En 1983 el modelo sufre una modificación en su sistema de alimentación con la introducción de la inyección multipunto (MPI) en su motor 1,6 litros. En 1984 Ford desarrolla el sistema EEC IV.
Prácticamente Ford dio por terminada su historia con el carburador ya que a principios de los 90 los únicos modelos de la marca equipados a carburador eran modelos especiales como policiales y remolques.
2.1.1.2 Ventajas
Los sistemas de inyección en la actualidad han logrado una mejor adaptación en las distintas fases de funcionamiento del motor, a continuación se describen algunos de sus beneficios:
9 Disminución del consumo de combustible.
Menor contaminación.
Mayor par motor a bajos regímenes. Aumento de la potencia del motor.
Automaticidad del funcionamiento a bajas temperaturas. Arranques más rápidos.
Mejor aprovechamiento de combustible. Una vida útil del motor más larga.
Mayor economía. (BOSCH, 2008)
2.1.1.3 Principio de funcionamiento
La computadora a bordo del vehículo es alimentada por el gran impulso eléctrico de los sensores, de esta manera la computadora puede saber las magnitudes que afectan directamente al motor y a las condiciones de manejo, luego analiza la información y la compara con los mapas de trabajo, llevando esta información a los actuadores que se encargan de hacer que el motor trabaje de forma correcta en todas las condiciones de manejo y en todos los regímenes del motor de forma ordenada.
10 1. Sensor MAF
2. ECU
3. Bomba de combustible 4. Filtro de combustible 5. Acondicionador de aire 6. Sensor de oxígeno 7. Sensor ECT
8. Inyectores 9. Sensor TPS
10. Regulador de presión
La cantidad ideal de combustible es inyectada para cada momento de trabajo del motor.
Controlar con precisión la duración en que los inyectores
permanecerán abiertos. (Gil Martinez, 2002)
2.1.1.4 Clasificación de los sistemas de inyección
A continuación se detallaran cuatro aspectos para la clasificación de los sistemas de inyección.
Según el número y disposición de los inyectores.
Sistema monopunto (un inyector para varios cilindros)
11
Figura 3. Sistema de monopunto
Sistema multipunto (un inyector para un cilindro).
En los sistemas de inyección multipunto, cada cilindro utiliza una válvula de inyección que pulveriza el combustible antes de la válvula de admisión del motor, para que el combustible pulverizado se mezcle con el aire produciendo la mezcla que resultará en la combustión. Las válvulas de inyección son comandadas electromagnéticamente, abriendo y cerrando, por medio de impulsos eléctricos provenientes de la unidad de comando.
12
Según el lugar de inyección.
Directa (la inyección se realiza directamente en el cilindro).
Indirecta (el combustible es introducido en el múltiple de admisión sobre la válvula de admisión).
Figura 5. Sistema de inyección directa e indirecta
Según la cantidad de Inyecciones.
13
Figura 6. Sistema de inyección continua
Intermitente: (secuencial, semisecuencial, simultanea)
Secuencial (el combustible es inyectado en el cilindro con la válvula de admisión abierta mediante una sincronización de los inyectores).
Figura 7. Sistema de inyección secuencial.
14
Figura 8. Sistema de inyección semisecuencial
Simultánea (los inyectores se abren y se cierran al mismo tiempo lo que permite que el combustible se inyecte en todos los cilindros a la vez).
Figura 9. Sistema de inyección simultánea.
Según el tipo de funcionamiento.
Mecánica (k-jetronic este sistema proporciona un caudal variable de combustible pilotado mecánicamente y de modo continuo)
15 Inyección Electrónica (L-jetronic, LE-jetronic, motronic, Dijijet, Digifant, estos tipos de inyección son comandados electrónicamente)
(Bosch GmbH, Robert, 2005)
Figura 10. Clasificación de la inyección por tipo de funcionamiento.
(BOSCH, 2008)
Figura 11. Clasificación de la inyección por cantidad de inyecciones.
(BOSCH, 2008)
TIPO DE
FUCIONAMIENTO
MECANICA
ELECTOMECANICA
ELECTRONICA
CANTIDAD DE INYECCIONES
CONTINUA INTERMITENTE
16
Figura 12. Clasificación de los sistemas de inyección por la cantidad de inyectores.
(BOSCH, 2008)
Figura 13. Clasificación de la inyección por el lugar de la inyección
(BOSCH, 2008)
CANTIDAD DE
INYECTORES
MONOPUNTO
MULTIPUNTO
LUGAR DE
INYECCION
17
2.2 ELEMENTOS DEL SISTEMA
2.2.1 UNIDAD DE COMANDO ECU
Figura 14. ECU
(Kia Xcite 2010)
Este dispositivo es responsable de administrar varios aspectos de operación en el motor de combustión interna del motor.
Gracias a las señales que recibe de los distintos sensores del sistema, la ECU se encarga de subministrar la cantidad ideal de combustible a ser inyectado.
El combustible que ingresa al motor se da en la apertura de válvulas conocido como tiempo de inyección.
18
Figura 15. Esquema de funcionamiento de la unidad central de control.
2.3 SENSORES
2.3.1 SENSOR DE OXIGENO (O2)
Figura 16. Sensor de Oxigeno Kia xcite (Ortega, 2014)
Las ECU de los vehículos modernos, utilizan la señal del sensor de oxígeno para detectar la cantidad de oxígeno restante, después de la combustión. El sensor O2, está ubicado en el flujo de los gases de escape.
19 el aire exterior, provocará que el sensor genere una variación en el rango de voltaje.
Figura 17. Señal de ingreso a la computadora a bordo por parte de la sonda lambda, forma un papel fundamental en el manejo de la mezcla
aire combustible.
(Gil Martinez, 2002)
La temperatura de funcionamiento del sensor O2 es crítica, y deberá exceder 300°C (570°F), para que el sensor O2, genere voltaje; arriba de 850°C el sensor se destruye. La computadora "ve" o interpreta el voltaje del sensor O2, al igual que las otras señales, para determinar si el sistema de combustible funciona, en circuito abierto (Open Loop) o circuito cerrado (CloseLoop).
Figura 18. Sonda Lambda (o2) Kia xcite
20 El sensor de oxigeno mide la concentración de oxígeno en la salida de gases del auto.
Tipo de sensores 1) Dióxido de zirconio 2) Planar
3) Titanio
4) Relación de aire-combustible de banda ancha.
1) Los sensores de dióxido de zirconio generan un voltaje proporcional al contenido de oxígeno del escape. Cuando el oxígeno en el escape es alto (mezcla pobre), el voltaje producido es bajo.
De forma inversa, las mezclas ricas (contenido bajo de oxígeno) se indican con voltaje alto. El rango de voltaje se sitúa entre 0 y 1 voltios.
Figura 19. Sensor de oxigeno de dióxido de zirconio (Gil Martinez, 2002)
21 Introducidos por primera vez en 1998, los sensores planares suponen en la actualidad el 50 por ciento de los sensores de oxígeno instalados en vehículos nuevos en Estados Unidos, y esa proporción crece rápidamente.
Figura 20. Sensor de oxigeno de tipo planar (Gil Martinez, 2002)
3) El sensor de oxígeno de titanio es un sensor de tipo de resistencia variable. Según cambia el contenido de oxígeno en el escape, también cambia la resistencia del sensor de oxígeno. Dependiendo del estado (rico o pobre), la resistencia hace que suba o baje el voltaje de resistencia del sensor. Un estado pobre hará que el sensor de oxígeno de titania emita una señal de voltaje alto. El rango de voltaje se sitúa generalmente entre 0 y 5 voltios.
22 4) Otro tipo de sensor de oxígeno es el sensor AF, también denominado sensor LAF (Lean Air Fuel Sensor). El sensor LAF mejora la eficiencia general, manteniendo el sistema de control de combustible en circuito cerrado durante una gama más amplia de condiciones de conducción. En consecuencia, en vez de usar relaciones de aire-combustible pre programadas de circuito abierto en muchas situaciones, la ECU realiza un ajuste fino de la mezcla basado en las lecturas de oxígeno reales.
Figura 22. Sensor de oxigeno AF
2.3.2 SENSOR DE PRESION EN EL MULTIPLE DE ADMISION (MAP)
Figura 23. Sensor de Presión Absoluta del Múltiple de admisión.
23 mandada a los inyectores (ancho de pulso). (Tareas, buenastareas.com, 2012)
Dependiendo de la presión barométrica ECM controla: • Tiempo de encendido
• Inyección del combustible.
Dependiendo del vacío del motor ECM controla:
• Tiempo de encendido. • Inyección de combustible.
• Corte momentáneo de la inyección de combustible en desaceleración.
El vacío en el múltiple de admisión es proporcional a la carga aplicada al motor.
En éste momento el vacío en el múltiple es muy poco y el MAP manda la señal para que el ECM mande mayor cantidad de combustible y retrase el tiempo de encendido para que no cascabelee ya que la mezcla rica arde rápidamente.
Al aumentar el vacío en el múltiple de admisión, el MAP manda la señal para que el ECM mande menor cantidad de combustible y como la mezcla pobre arde más lentamente ECM adelanta el tiempo comportándose como un avance de vacío.
24 Tipo de Sensores MAP
- por variación de tensión - por variación de frecuencia
- Por variación De Tensión: el vacío provocado por los cilindros del motor, hace actuar una resistencia variable en el sensor, el cual envía información sobre la presión a la ECU.
- Por variación de frecuencia: tiene dos misiones, medir la presión absoluta del múltiple de admisión, y verificar la presión barométrica sin haber arrancado el motor, y cuando está completamente abierta la válvula de mariposa, por lo que se va corrigiendo la señal del inyector mientras hay variaciones de altitud.
2.3.3 SENSOR DE DETONACION (KS)
Figura 24. Diagrama de posición Sensor KS (Bosch GmbH, Robert, 2005)
25
Figura 25. Sensor KS (Kia Xcite 2010)
Ubicación.
El Knock Sensor siempre está ubicado en una de las siguientes partes: Block del Motor, Cabeza de los cilindros, y en el Manifold de entrada.
Figura 26. Principio de operación
(Guerra, 2012)
Cabe señalar que el sensor está diseñado para trabajar al rango de frecuencia específica del motor. (Guerra, 2012)
2.3.4 SENSOR DE TEMPERATURA DE AIRE (IAT).
26 Este sensor es el encargado de informar a la unidad de control la temperatura del aire admitido, la señal generada por dicho sensor también influencia para que la cantidad de combustible inyectada sea exacta y de esta manera obtener una mezcla ideal. (Cavada, 2010).
La resistencia térmica del sensor es de tipo NTC (coeficiente térmico negativo) esto quiere decir que a mayor temperatura menor resistencia.
En la siguiente tabla de valores, se puede ver claramente que la resistencia del sensor disminuye con el incremento de la temperatura.
Figura 28. Sensor de temperatura curva de funcionamiento.
(Bosch)
El sensor de temperatura del aire está localizado convenientemente, de tal manera que el flujo de aire ingresado sea detectado rápidamente al chocar con él y pueda detectar cualquier variación en la temperatura. Generalmente está localizado en el depurador, en el múltiple de admisión.
Su estructura es similar a la del sensor de temperatura del refrigerante, pero el encapsulado es más fino, pudiendo ser plástico (Bosch GmbH, Robert, 2005).
27
2.3.5 SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE (ECT)
Figura 29. Sensor de temperatura del motor (Bosch)
Este sensor se encuentra ubicado en el block del motor cerca al termostato en contacto con el líquido refrigerante, su función es medir la temperatura del motor por medio del refrigerante. (Motors, 2002)
Al igual que el sensor IAT la resistencia térmica del sensor es NTC.
El volumen de combustible inyectado también se modifica de acuerdo a la señal generada por el sensor, para que este pueda enriquecer automáticamente la mezcla aire - combustible cuando el motor está frío y la empobrezca paulatinamente en el incremento de la temperatura, hasta llegar a la temperatura de trabajo, momento en el cual se mantiene la mezcla ideal (14:1), eh ahí la gran importancia de este componente.
El sensor está encapsulado en un cuerpo de bronce, para que pueda resistir los agentes químicos del refrigerante y tenga además una buena conductibilidad térmica.
28
2.3.6 POTENCIÓMETRO DE LA MARIPOSA DE ACELERACIÓN (TPS)
Figura 30. Sensor posición de Mariposa de Aceleración. (BOSCH, 2008)
La función de este sensor consiste en registrar la posición de la mariposa de aceleración enviando la información a la unidad de control para que esta modifique la entrega de combustible según las necesidades del motor. (Facil, 2012)
La operación del TPS se basa en un brazo móvil conectado mecánicamente a un componente móvil, dicho brazo se encuentra en contacto a una resistencia eléctrica, a medida que el componente móvil se mueve desplaza el brazo sobre la resistencia, la señal de voltaje cambia en el punto de contacto el voltaje disponible es la señal que indica la posición de la mariposa.
29
2.3.7 SENSOR DE POSICION DEL CIGÜEÑAL (CKP).
Figura 31. Esquema sensor de posición del Ciguenal.
(Lopez, 2012)
La señal generada por este elemento es la más importante para la unidad de control ya que gracias a la información que la ECU recibe determina el cilindro o los cilindros que están listos y en posición para iniciar la explosión.
Existen dos diferentes clases de sensores CKP Efecto hall
Inductivos
CKP efecto hall.
Generan una señal digital Poseen tres líneas
1era línea alimentación 5 o 12 volts 2da línea tierra
3ra línea señal (RIBBENS, 2007)
CKP Inductivo
30 Poseen dos líneas
1 era línea de alimentación 5 voltios 2da señal
Funcionamiento.
Figura 32. Diferencias de onda entre sensor inductivo y de efecto hall. (Lopez, 2012)
2.3.8 SENSOR DE POSICION DEL ARBOL DE LEVAS (CMP)
Figura 33. Sensor CMP
31 El sensor CMP generalmente se encuentra ubicado en el extremo de la cabeza del motor y se lo utiliza en vehículos de encendido computarizado sin distribuidor y con un sistema de inyección electrónica.
El sensor CMP cuenta con tres terminales: alimentación (voltaje y tierra) y una señal.
El CMP indica a la computadora la posición del árbol de levas para que determine la secuencia adecuada de inyección (Cavada, 2010)
2.4 ACTUADORES
2.4.1 INYECTOR
Figura 34. Inyector eléctrico.
(Kia Xcite 2010)
El inyector es el encargado de pulverizar en forma de aerosol la gasolina procedente de la línea de presión dentro del conducto de admisión, es en esencia una refinada electroválvula capaz de abrirse y cerrarse muchos millones de veces sin escape de combustible y que reacciona muy rápidamente al pulso eléctrico que la acciona.
32 orificios por donde sale el combustible, estas salidas están fabricadas con tolerancias muy pequeñas, tienen un espesor aproximado al abrir de un “1” micra, y solo se mantienen abiertos por poco milisegundos, aproximadamente de 2 a 15 milisegundos dependiendo la condición de trabajo del vehículo. (Gil Martinez, 2002)
Un inyector es un dispositivo utilizado para bombear fluidos utilizando el efecto Venturi.
Utiliza un fluido a alta presión que sale por una boquilla a alta velocidad y baja presión convirtiendo su energía potencial en energía cinética. En esta zona de baja presión se mezcla con el fluido que se quiere bombear y le imparte energía cinética (velocidad).
En todos los casos el fluido propulsor y el bombeado salen totalmente mezclados a la salida del inyector.
Una de las aplicaciones más frecuentes del inyector es en la Inyección de combustible en los motores termodinámicos.
Existen dos tipos de inyectores:
33
Figura 35. Inyector Monopunto o de alimentación lateral.
(RIBBENS, 2007)
Los inyectores con alimentación superior o inyectores multipunto.
Figura 36. Inyector de alimentación Superior Motores Multipunto.
34
2.4.2 BOBINA DE ENCENDIDO
Figura 37. Diagrama interno Bobina de Encendido Convencional.
((ed), 1996)
La bobina de encendido es un dispositivo de inducción electromagnética, la función esencial de esta consiste en crear la alta tensión que salta en la bujía del cilindro entre los electrodos medios y de masa generando la chispa de encendido. El cable que va de la bobina de encendido al distribuidor y los cables de alta tensión que van desde el distribuidor a cada una de las bujías son llamados cables de las bujías o cables de alta tensión. (Codesis, 2002)
Figura 38. Bobina DIS
35 Consta de dos arrollamientos, primario y secundario, con una relación de espiras de 1 a 1000 aproximadamente, con grosores inversamente proporcionales a dichas longitudes, y un núcleo ferromagnético. Cuenta con dos conexiones para el primario, una de alimentación positiva que va desde el contacto de encendido del motor, y una de negativo al dispositivo de interrupción cíclica del primario. El secundario cuenta con una conexión a masa, y otra de salida de alta tensión hacia la bujía o en su caso hacia el distribuidor.
La corriente que fluye en la bobina produce un campo magnético en el núcleo y en el aire que rodea el núcleo. La corriente debe fluir el tiempo suficiente para almacenar suficiente energía en el campo de la chispa. Puesto que tiene un condensador conectado a través de ella, el devanado primario y el condensador forman un circuito sintonizado, y como la energía almacenada oscila entre el inductor formado por la bobina y el condensador, el campo magnético variable en el núcleo de la bobina induce una mayor tensión en el secundario de la bobina. (Bosch GmbH, Robert, 2005).
Figura 39. Esquema de Funcionamiento Bobina de Encendido.
(Barrio, 2001)
36 Los sistemas de encendido de última generación son los denominados Sistemas de Encendido DIS por sus siglas en inglés, Direct Ignition System (Sistema de encendido Directo), o Distributorless Ignition System (Sistema de Encendido sin Distribuidor).
Se diferencia de los sistemas anteriores por suprimir la entrega de la alta tensión a través de un distribuidor, con lo que se consigue eliminar los elementos mecánicos, expuestos a más averías.
Cuando una bobina tiene dos bujías (en dos cilindros), es a través del "Sistema de chispa perdida”. En esta disposición, la bobina genera dos chispas por ciclo para ambos cilindros. El sistema de chispa perdida es más confiable que un sistema de una sola bobina con un distribuidor y menos costosa que la bobina en bujía.
Cuando las bobinas se aplican individualmente por cilindro, todos ellos pueden estar contenidos en un solo bloque moldeado con múltiples terminales de alta tensión. Esto comúnmente se llama una bobina cop.
Figura 40. Bobinas COP
(BOSCH, 2008)
37
2.4.3 BOMBA DE COMBUSTIBLE
Figura 41. Bomba de Combustible Corte lateral.
(Alcazar, 2013)
En muchos autos modernos la bomba de combustible es por lo general eléctrica y se encuentra situada en el interior del tanque de combustible. La bomba crea una presión positiva en las líneas de combustible, empujando la gasolina en el motor. La presión de la gasolina superior eleva el punto de ebullición.
Uno de los factores para la colocación de la bomba en el interior del tanque es que es menos probable iniciar un incendio.
En la mayoría de los coches, la bomba de combustible proporciona un flujo constante de gasolina en el motor, el combustible no utilizado se devuelve al tanque, evitando que el combustible pase demasiado tiempo en motor caliente, reduciendo la posibilidad de que se queme o se evapore.
38 Los automóviles con inyección electrónica de combustible tienen una unidad de control electrónico (ECU) y esto puede ser programado con la lógica de seguridad que apagará la bomba eléctrica de combustible, incluso si el motor está en marcha. En el caso de una colisión esto evitará fugas de combustible desde cualquier línea de combustible rota. Además, los coches pueden tener un interruptor de inercia (que normalmente se encuentra debajo del asiento del pasajero delantero) en el caso de un impacto, una válvula de vuelco apagará la bomba de combustible.
Algunas ECU, pueden ser programadas para apagar la bomba de combustible si detectan la presión de aceite baja o nula.
El combustible que envía la unidad de montaje puede ser una combinación de la bomba eléctrica de combustible , el filtro , pre filtro , y el dispositivo electrónico utilizado para medir la cantidad de combustible en el depósito a través de un flotador conectado a un sensor que envía los datos a la montado en el tablero indicador de combustible .(WebAcademia, 2013)
Tabla 1. Presiones De Trabajo De Bombas De Combustible. (WebAcademia, 2013)
Marca Modelo Tipo de
inyección
Presión de
trabajo (PSI)
Ford Todos (alta presión) Todos (baja presión) Todos TBI TBI MPFI/SFI 38-40 14-18 35-45 General Motors Todos (alta presión)
Todos (baja presión) 1ra y Segunda generación TBI TBI MPFI/SFI 36-40 14,5-20 35-45
Chrysler Todos (alta presión) Todos (baja presión) Todos (alta presión)
39 Todos turbo
Todos (alta presión)
MPFI MPFI/SFI
55 38-40
NISSAN Alta Presión MPFI 38-40
V.W Alta Presión MPFI 38-40
Honda Alta Presión MPFI 38-40
Jaguar Alta Presión MPFI 38-40
Peugeot Alta Presión CIS 50-55
BMW Alta Presión
Alta Presión
CIS MPFI
50-55 38-40
Mercedez Benz Alta Presión CIS 50-55
2.4.4 VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE IDEAL (IAC)
Figura 42. Válvula IAC Diferencias generacionales.
(Vargas, 2012)
Tiene en su interior un motor reversible con 2 embobinados para que el rotor pueda girar en los 2 sentidos.
40 y si gira en el otro sentido, el vástago se retraerá aumentando el flujo. (Vargas, 2012)
El actuador IAC es una válvula controlada eléctricamente, accionada a través de la ECU del vehículo. La válvula está montada de tal manera que no pasa por la válvula de mariposa de aceleración.
El actuador consta de un solenoide que controla un émbolo / válvula que restringe de forma variable el flujo de aire a través del cuerpo del dispositivo. Por lo tanto, la ECU puede controlar la cantidad de aire que pasa por el acelerador cuando el acelerador está completamente cerrado, controlando de este modo las RPM en ralentí. (Bosch)
41
2.4.5 RELE DE LA BOMBA DE COMBUSTIBLE
Figura 43. Relé de Bomba de Combustible.
(BOSCH, 2008)
El Relé de la bomba de combustible es uno de los elementos electrónicos más importantes para el arranque del vehículo.
Es el encargado de realizar dos cosas:
Mantiene el voltaje inicial al contacto en la bomba de combustible. Cierra el circuito de alimentación a la bomba de combustible cuando
el motor ya se encuentra encendido.
42
2.4.6 ELECTROVENTILADORES
Figura 44. Fotografía Electro ventilador
Electro ventilador es un dispositivo eléctrico para mantener la temperatura del motor en los automóviles.
En los autos antiguos, existía el ventilador mecánico para mantener la temperatura del motor, en los autos modernos, el electro ventilador, no utiliza carga del motor, sino que tiene un motor eléctrico que mueve un sistema de paletas para bajar la temperatura del motor a los rangos normales de operación, que está por debajo de los 100ºC.
43
Figura 45. Esquema Básico Conexión Electro Ventilador
(Blogspot, 2012)
44
2.4.7 SISTEMA DE ENCENDIDO DIS
Figura 46. Esquema de funcionamiento Bobina DIS Chispa Perdida
(e-auto, 2012)
El sistema de encendido DIS (Direct Ignition System) también llamado sistema de encendido sin distribuidor (Distributor less Ignition System), se diferencia del sistema de encendido tradicional en que en este sistema no hay distribuidor, con esto se consigue eliminar los elementos mecánicos, siempre propensos a sufrir desgastes y averías.
En este sistema de encendido la corriente eléctrica hace que en una bujía la chispa salte del electrodo central al electrodo de masa, y al mismo tiempo en la otra bujía la chispa salte del electrodo de masa al electrodo central. El circuito primario se encuentra colocado permanente a positivo, este positivo proviene directamente del interruptor de encendido, o en algunos casos desde un relé.
45 una de las chispas será aprovechada para provocar la combustión de la mezcla, y será la que coincide con el cilindro que está en la carrera de final de "compresión", mientras que la otra chispa no se aprovecha debido a que se produce en el cilindro que se encuentra en la carrera de final de "escape".
Mientras circula corriente por el primario la energía se acumula en forma magnética. En el momento de apertura del circuito deja de circular corriente por el primario pero la energía magnética se transfiere a la bobina del secundario donde buscará salir para cerrar el circuito, y como la bobina del secundario es de muchas espiras y por tanto la relación de transformación elevada saldrá una tensión de varios kilovoltios (17700 Kv). La alta tensión tenderá a saltar con mucha tensión en el cilindro donde haya mucha presión de gases: el cilindro en compresión, mientras que necesitará solo unos centenares de voltios en el cilindro de baja presión, es decir el que está en escape. Durante el ciclo siguiente, cuando los cilindros cambien de estado la alta tensión saltará de nuevo en el cilindro que se halle en comprensión. (e-auto, 2012)
2.4.7.1. Tensiones y presiones
El voltaje necesario para que salte la chispa entre los electrodos de la bujía depende de la separación de los electrodos y de la presión reinante en el interior de los cilindros. La alta tensión de encendido generada en la bobina se dividirá teniendo en cuenta la presión de los cilindros. El cilindro que se encuentra en compresión necesitará más tensión para que salte la chispa que el cilindro que se encuentra en la carrera de escape.
46 tensión). A este sistema se le denomina sistema de encendido directo o también conocido como encendido estático integral, para diferenciarle del anterior aunque los dos eliminen el uso del distribuidor.
Se diferencian dos modelos a la hora de implantar este último sistema:
Encendido independiente: utiliza una bobina por cada cilindro.
Encendido simultáneo: utiliza una bobina por cada dos cilindros. La bobina forma conjunto con una de las bujías y se conecta mediante un cable de alta tensión con la otra bujía.
Los electrodos utilizados en las bujías para este tipo de sistema de encendido son de platino, gracias a las características que presenta este material como su estabilidad en las distintas situaciones de funcionamiento del motor. El módulo de encendido será diferente según el tipo de encendido, siempre dentro del sistema DIS, y teniendo en cuenta que se trate de encendido.
Esquema de sistema de encendido DIS
Figura 47. Diagrama de Bobina DIS
47
48 Investigación de adaptación tecnológica a la pedagogía.
Procedimiento: construcción y validación.
3.1 CONSTRUCCIÓN
3.1.1 INVESTIGACIÓN TEÓRICA E INVESTIGACIÓN PRÁCTICA.
3.1.2 ELABORACIÓN
2.4.7.1. Datos Técnicos del Motor Kia Rio Xcile 2010
- Cilindrada1,399cc - Potencia 95 hp - Par 12,9 kg/m - # de válvulas 16
- # de cilindros 4 en línea
- Diámetro x carrera 75,5 x 78,1 - Relación de compresión 10:1
2.4.7.2. Adaptación
En la elaboración del banco de pruebas, fue necesario realizar distintas adaptaciones al sistema para lograr un correcto funcionamiento de este.
a. De las bases y soportes para la sujeción del motor.
b. Ubicación del tanque del combustible.
c. Ubicación de la batería.
49 e. Del sistema de combustible.
f. Mangueras de entrada y retorno de combustible
g. Sistema de refrigeración del motor
h. Cables eléctricos
i. Ubicación de la pinera
a. De las bases y soportes para la sujeción del motor.
Las bases y soportes para la sujeción del motor fueron construidas de acuerdo a un diseño preliminar en donde se tomó en cuenta varios factores tales como la comodidad y seguridad para acceder a los componentes del motor y una estructura que absorba las vibraciones que se producen debido a la existencia en el motor de fuerzas de inercia no equilibradas y de los correspondientes momentos resultantes.
- En la base de la mesa se utilizó una plancha de 4mm, tol negro, reforzada con un tubo de acero de diámetro de 2 ½” x 2mm , cuya misión es soportar el motor.
- Las protecciones laterales cuentan con un tubo de acero de 1 ½”. - En el mueble del banco se utilizó planchas de tol negro de ½
estructurado con doblesas.
- Los ángulos para la base del motor fueron soldados perpendicularmente a la mesa del banco.
- Por el peso del motor se utilizó 4 ruedas de 200 lb apernadas a la mesa del banco.
50
Figura 48. Banco de pruebas
b. Ubicación del tanque de combustible.
- El tanque de combustible se lo ubico en el mueble de panel de instrumentos, está diseñado de acuerdo a la necesidad de alimentación del motor.
51
c. Ubicación de la batería.
- Al igual que el tanque de combustible la batería se encuentra ubicada en el mueble de panel de instrumentos.
d. Base para la sujeción del motor de arranque.
- La base original del motor de arranque se encontró deteriorada y era imposible su reparación, por lo que se construyó una nueva reforzada teniendo en cuenta las medidas de la base original para un correcto funcionamiento del dispositivo.
Figura 50. Base original motor arranque Kía
Figura 51. Base modificada motor de arranque.
e. Del sistema de combustible.
52 Diagrama hidráulico sistema de inyección.
Figura 52. Circuito de alimentación de combustible
1- tanque de combustible
2- bomba de combustible de caudal fijo 3- filtro
4- regulador de presión 5- flauta de inyectores
f. Sistema de refrigeración.
53
g. Construcción de la Pinera
La pinera es una parte fundamental del proyecto ya que con esta se lograra identificar las señales generadas por los sensores y actuadores existentes en el motor, para la construcción de esta se utiliza:
- Alambre automotriz # 16 colores verde, rojo, negro, blanco, con un voltaje de operación hasta de 600v, (Este cable es de cobre y aislamiento de polietileno reticulado ayudando a llevar la señal sin interferencias ya que el material de fabricación es un buen conductor).
- Plugs eléctricos colores rojo y negro.
- Aislante eléctrico
- Agujas
Figura 53. Tablero de control
54
Figura 54. Pinera banco de pruebas
3.2 VALIDACIÓN
3.2.1 PRUEBAS MECÁNICAS
- Medición de compresión. - Prueba húmeda.
- Prueba de estanqueidad.
En el encendido del motor intervienen varios aspectos, uno de ellos es el mecánico por lo que una de las primeras pruebas a realizarse es la medición de la compresión que tiene el motor, dicho dato permitirá identificar el estado en el que se encuentra y si será capaz de arrancar.
2.4.7.1. Medición de compresión
55
Tabla 2. Valores de compresión (Ortega, 2014)
Valores de compresión obtenidos en cada cilindro
Cilindro #1 Cilindro #2 Cilindro #3 Cilindro #4
20psi 40psi 25psi 30psi
Los valores de compresión obtenidos son demasiado bajos para los rangos normales de funcionamiento.
2.4.7.2. Prueba de humedad
Una posible solución es realizar la prueba de humedad, que consiste en agregar aceite a todos los cilindros para con esto lograr que los rines se puedan lubricar y se logren despegar lo que dará un valor normal de compresión.
Dejando reposar 12 horas se realiza nuevamente la medición esta vez se obtiene valores que van de 180 a 200 psi lo que es un valor alto para un funcionamiento normal sin embargo con esta compresión el motor puede arrancar.
Para ello el sistema de alimentación de combustible del motor tiene que estar entregando la cantidad adecuada de gasolina a los inyectores, la adaptación realizada al sistema de inyección bomba externa, filtro y regulador son los que logran dar la presión.
Con la conexión eléctrica a la batería, computadora (ECU), fusiblera interna y externa, tablero y revisando que los sensores y actuadores del motor tengan su debida alimentación se procede a dar arranque al motor.
56 combustible sea la ideal, comprobado estos aspectos se logra descartar que la causa sea por estos factores, se vuelve a medir compresión y se obtienen valores de 90 a 100 psi valores bajos al rango normal por lo que se procede a verificar que las válvulas estén sellando bien.
2.4.7.3. Pruebas de Estanqueidad
Una manera de comprobar si las válvulas trabajan de manera correcta es realizando la prueba de estanquidad para esto se retira la bujía del primer cilindro, introduciendo una manguera que entregue aire, se abre el paso de aire y con la presión necesaria se observa que existen fugas por la admisión y escape por lo que se identifica que las válvulas no están trabajando de una manera correcta y que es necesario retirar el cabezote para la corrección del problema.
Reparación del Cabezote
Se retira las conexiones eléctricas y todos los accesorios adyacentes al cabezote como sensores, bobinas, escape, admisión, motor de arranque banda del alternador, alternador etc. y se procede al desmontaje del cabezote retirando la distribución teniendo en cuenta los puntos de distribución que el primer cilindro este en PMS y que el cuarto se encuentre en traslape o cruce de válvulas, retirada la banda de la distribución se retira el tapa válvulas para el desmontaje de los árboles de leva y finalmente con el cabezote.
57 Retirado el cabezote del block del motor se procede a realizar una prueba hidráulica para comprobar de una manera exacta la parte en donde las válvulas no tienen un buen sellado, se verifica que por el primer cilindro existen fugas por la admisión y escape en el segundo por escape y el cuarto cilindro admisión y escape.
Figura 56. Cabezote
(Kia xcite 2010)
Por lo que se diagnostica que las válvulas pueden estar torcidas o que no estén bien asentadas por lo que es necesario llevar el cabezote a una rectificadora para la corrección del problema.
Con el cabezote en la rectificadora se logra comprobar que las válvulas se encuentran torcidas causa de la baja compresión existente en el motor.
Con las válvulas de admisión y escape reemplazadas y asentadas de manera correcta se procede a montar nuevamente el cabezote.
58
Figura 57. Cabezote (Kia xcite) Figura 58. Cabezote (Kia xcite)
Para una correcta sincronización del motor es necesario tomar en cuenta los puntos del árbol de levas y el cigüeñal.
3.2.2 PRUEBAS ELECTRÓNICAS CKP, CMP, BOBINAS, INYECTOR.
Debido a que el motor no logra arrancar teniendo ya una compresión adecuada es necesario verificar las señales de los sensores y actuadores que logran dar chispa e inyección de combustible, para ello se procede a verificar por separado cada señal.
2.4.7.1. CKP
59
Figura 59. Onda sensor ckp
(Kia xcite 2014)
Con la señal proporcionada por el equipo se logra verificar la existencia de la señal del CKP y la alimentación del sensor siendo esta de 5 voltios.
2.4.7.2. CMP
De igual manera que el anterior sensor es necesario identificar el cable que lleva la señal para la verificación de la generación de onda que proporciona el sensor, de los tres cables que posee el sensor, el cable de color azul es el cable de señal, a este se le conecta la punta del osciloscopio y la otra punta a masa, se procede a dar arranque y se obtiene la señal en la pantalla.
60
Figura 61. Onda sensor CMP (Kia xcite 2010)
El voltaje de trabajo del CMP es de 12 volts.
2.4.7.3. Bobinas.
Para la comprobación de la señal generada por la bobina se procede a conectar la punta de la señal del osciloscopio al cable rosado de la bobina número uno, conectando la otra punta a una masa y dando un pequeño arranque se generara la onda lo que indica que la bobina se encuentra trabajando.
61 Es importante verificar el voltaje y la corriente que llega a la bobina por lo que con la herramienta adecuada conectada a la bobina y poniendo en arranque al motor se comprobó que el voltaje sea el apropiado para lograr el encendido del motor en este caso el voltaje obtenido es de 10.9 volts lo que indica un voltaje obtenido correcto, para la verificación de la corriente se desconecta el socket de la bobina, se instala la herramienta al positivo y negativo a la batería y se procede a la comprobación encendiéndose un led de coloración roja se comprueba que existe corriente en la bobina.
Figura 63. Verificación de voltaje a la Bobina.
62 Realizadas las pruebas anteriores otro parámetro a tomar en cuenta es la comprobación de chispa existente en la bujía, por la que se retira el cable del cilindro número 1 y se coloca en el capuchón una bujía con la adaptación adecuada para la verificación de la chispa y dando un arranque se logra observar el salto de chispa.
Figura 65. Comprobación de chispa en la bujía
2.4.7.4. Pulso de Inyección.
El procedimiento para obtener la señal de inyección es similar a los anteriores, para este caso se comprobara la señal generada por el primer inyector por lo que la punta de señal del osciloscopio es conectada al cable verde del inyector y la otra punta a una masa, dando arranque al motor se logra observar el pulso de inyección en la pantalla.
63 Con la verificación obtenida de las señales se procede a comprobar la sincronización de estas para de esta manera encontrar la causa de que el motor no arranque.
Conectando el sensor de posición del cigüeñal (ckp), el sensor de posición del árbol de levas (cmp), la bobina número uno y el primer inyector al osciloscopio se procede a la verificación de la sincronización de ondas. Esta prueba se la ejecuta con la secuencia de encendido del motor apagado, en contacto y en arranque.
Figura 67. Verificación de sincronización de ondas
64
Graficación de señales con osciloscopio.
CRANK violeta-CAM azul-BOBINA DE DOBLE CHISPA amarillo-INYECTOR 1 rojo CABLE BUJIA 1 verde
Figura 68. Señal de off a on
65
Figura 70. Señales durante el arranque - CRANK violeta - CAM azul - BOBINA amarillo INYECTOR 1 rojo – CABLE BUJIA 1 verde
66
Figura 72. Señales de ciclo completo durante start
(Bobina doble chispa falta un pulso)
67
Figura 74. Corte negativo bobina 1 (en ON)
Figura 75. Señal con falta de un pulso negativo en bobina
68 Se decide volver a verificar si los puntos de la distribución se encuentran bien calados ya que el problema se puede encontrar aquí, al revisar se observa una señal en la cadena de los arboles por lo que se consulta con el concesionario y estos facilitan la información necesaria para la colocación correcta de la cadena a los arboles calando la señal de estos con la señal existe en la cadena coincidiendo los puntos en la polea del cigüeñal y en la polea del árbol de levas.
A continuación se verifica la compresión en cada uno de los cilindros siendo esta la adecuada para que el motor logre arrancar, se comprueba la existencia de chispa y pulso de inyección por lo que se procede a arrancar el motor logrando que este logre encender.
3.2.3 PRUEBAS ELECTRÓNICAS DEL SISTEMA DE INYECCIÓN
69
Tabla 3. Distribución de sensores (Ortega, 2014)
DISTRIBUCION SENSORES
1 2 3 4
1 T-MAP TIERRA SEÑAL
MAP
ALIMENTACION SEÑAL IAT
2 TPS --- TIERRA SEÑAL ALIMENTACION
3 CMP --- TIERRA SEÑAL ALIMENTACION
4 CKP --- --- SEÑAL TIERRA
5 KS --- --- SEÑAL TIERRA
6 ECT --- TIERRA SEÑAL ALIMENTACION
7 O2 SEÑAL TIERRA CALEFACTOR CALEFACTOR
Tabla 4. Distribución de actuadores (Ortega, 2014)
DISTRIBUCION ACTUADORES
1 2 3 4
1 BOBINAS 1 3 4 2
2 INYECTORES 1 2 3 4
3 EGR TIERRA SEÑAL --- ---
4 ELECTRO TIERRA SEÑAL
5 IAC TIERRA SEÑAL ---
70
3.2.3.1 Sensores
Sensor CKP (sensor de posición del cigüeñal)
Este sensor es uno de los más importantes del sistema de inyección, si la señal de este fuere defectuosa el motor fallará o incluso no arrancará, ya que es el encargado de proporcionar a la computadora la posición del cigüeñal y las RPM del motor, el sensor que posee el motor estudiado es de tipo inductivo, ubicado cerca a la rueda dentada del cigüeñal esta rueda posee un diente con un diseño distinto a los demás el mismo que generará un campo magnético con el sensor durante cada vuelta del cigüeñal.
Figura 78. Cigüeñal (Kia xcite 2010)
Procedimiento de verificación de la onda del sensor
71
Tabla 5. Ubicación de los plugs en la pinera CKP (Ortega, 2014)
1 2 3 4
4 CKP --- --- SEÑAL TIERRA
Figura 79. Onda del CKP
Blanco Café
Figura 80. Ubicación de los pines del sensor en la ECU (Diagrama eléctrico anexo)
72 Las pruebas realizadas se las ejecuta con el motor en KOEO (Llave en contacto y motor apagado) y en KOER (Llave en contacto motor funcionando).
CMP (Sensor de posición del árbol de levas)
Este sensor es el encargado de indicar a la ECU el punto muerto superior del cilindro número uno cuando está en compresión.
Procedimiento de verificación de la onda del sensor
Para la verificación de la señal del sensor es necesario realizar la prueba con el motor en koer, con el osciloscopio encendido se selecciona en el menú la opción test de componentes, posteriormente la opción sensores y finalmente CMP HALL, en la pinera se inserta la punta del osciloscopio en el plug de señal del sensor y conectando la masa se procede con la medición para la obtención de la onda.
Tabla 6. Ubicación de los plugs en la pinera CMP (Ortega, 2014)
1 2 3 4
3 CMP --- TIERRA SEÑAL ALIMENTACION
73 Azul Café Blanco
Figura 83. Ubicación de los pines del sensor en la ECU (diagrama eléctrico anexo )
Figura 84. Sensor CMP
T-MAP (Sensor de temperatura del aire aspirada (IAT)/presión aspirada).
En un solo componente se encuentra el sensor de la temperatura del aire aspirado (IAT) y el de la presión de aspiración (MAP).