I
UNIVERSIDAD TECNOLÒGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ
FABRICACION DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA ECU DE
CHEVROLET CORSA 1.3, 1.4, 1.6.
TRABAJO PREVIA LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERIO AUTOMOTRIZ
GUIDO ANDRÉS MERINO SANDOVAL
DIRECTOR DE TESIS: ING. DIEGO WLADIMIR LOPEZ
II © Universidad Tecnológica Equinoccial. 20XX
III
DECLARACIÓN
Yo GUIDO ANDRES MERINO SANDOVAL, declaro que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
IV
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “FABRICACION DE UN
BANCO DE PRUEBAS PARA ECU DE CHEVROLET CORSA 1.3, 1.4, 1.6.”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado
por Guido Andrés Merino Sandoval, bajo mi dirección y supervisión, en la
Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25
___________________ Diego Wladimir López
DIRECTOR DEL TRABAJO
V
DEDICATORIA
Con profundo amor, afecto y gratitud, el presente trabajo y en si todo el sacrificio y esfuerzo puesto en este proyecto, se lo dedico a mis padres;
quienes han sido el pilar y la fuente que me ha impulsado a iniciar un proceso educativo lleno de esperanza, metas e ilusiones.
VI
AGRADECIMIENTO
A Dios por haber dado la vida y la oportunidad de culminar con mis metas propuestas, conocimiento, salud y fuerza para adelante en los momentos más difíciles, por haber sido mi alimento espiritual y el motor que me ha impulsado a seguir a adelante.
De manera muy especial expreso mi más profundo agradecimiento al Ing. Diego López, Director de Tesis quien con su predisposición y amabilidad, sin escatimar tiempo y esfuerzo ha proporcionado su incondicional colaboración en la elaboración de este proyecto, aportando con sus valiosos conocimientos profesionales y académicos.
A la Universidad Tecnológica Equinoccial, por haber dado la oportunidad de educarme y formarme profesionalmente en sus aulas, las mismas que han sido el templo del saber a lo largo de mi vida universitaria.
De manera general a todas las personas que contribuyeron en mi formación humana, académica y profesional; que a su vez colaboraron desinteresadamente en la elaboración del presente proyecto.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÀGINA
RESUMEN VII
CAPÍTULO I 1
1. INTRODUCCION 1
1.1. ANTECEDENTES 1
1.2. MISIÓN 8
1.3. VISIÓN 8
1.4. PROCESOS ACTUALES 8
1.5. JUSTIFICACIÓN 9
1.6. ALCANCES 10
1.7. OBJETIVOS 11
1.7.1. Objetivo General 11
1.7.2. Objetivos Específicos 11
1.8. IDEA A DEFINIR 12
1.9. METODOLOGÍA 12
1.9.1. Diseño y Tipo De Investigación 12 1.9.2. Métodos de Investigación 13 1.9.3. Técnicas De Investigación 13
1.9.4. Análisis De Datos 13
CAPÍTULO II 15
2. MARCO TEÓRICO 15
2.1. PRINCIPIOS BÁSICOS 15
2.1.2.1. Ondas Senoidales 17 2.1.2.2. Ondas Cuadradas Y Rectangulares 17
2.2. COMPONENTES ELÉCTRICOS BÁSICOS 18
2.2.1. Resistencias 18
2.2.1.1. Resistencias Eléctricas 18 2.2.1.2. Resistencias Químicas 19
2.2.2. Condensadores 21
2.2.3. Regulador De Tensión 28
2.2.4. Micro Controlador DS Pic 4013 30 2.2.4.1. Datasheet dsPIC30F4013 32
2.2.4.2. Master Clear 34
2.2.5. Oscilador 35
2.2.5.1. Oscilador electrónico 35 2.2.5.2. Funcionamiento Del Circuito 35
2.2.6. Diodo 36
2.2.6.1. Diodo Rectificador 38
2.2.7. Diodo Zener 40
2.2.7.1. Efecto Zener 40
2.2.7.2. Funcionamiento 41
2.2.8. Transistores 42
2.2.8.1. Funcionamiento Del Transistor 43 2.2.8.2. Polarización Del Transistor 44
2.2.8.3. Tipos de transistor y simbología 44 2.2.8.4. Transistor Tipo Darlington 45
2.3. DESCRIPCIÓN DE SENSORES 48
2.3.1. Sensor TPS Posición de Mariposa de Aceleración 50 2.3.2. Sensor MAF Sensor De Flujo De Aire 52 2.3.3. Sensor MAP Sensor De Presión 54 2.3.4. Sensor O2 Sensor De Oxigeno 55 2.3.5. Sensor ECT Sensor De Temperatura Del Liquido
Refrigerante 58
Admisión 60 2.3.6.1. Circuito NTC y PTC 62
2.3.7. Sensor CKP Sensores de Posición del Cigüeñal 63
CAPÍTULO III 6
3. DISEÑO Y DESARROLLO 67
3.1. DIAGRAMA ELECTRÓNICO ECU CORSA 67
3.2. SIMULACIÓN DE SENSORES 71
3.3. SALIDA DE ACTUADORES 75
3.4. DISEÑO DE FUENTE DE ALIMENTACIÓN 76
3.5. GENERADOR DE ONDA HALL 78
3.6. GENERADOR DE ONDA INDUCTIVA SENSOR CKP 81 3.7. DISEÑO EN PROTEUS DEL BANCO DE PRUEBAS 82 3.8. DISEÑO DE PLACA DE IMPRESIÓN 86
3.8.1. Proceso 87
3.9. LISTA DE COMPONENTES 92
3.10. PROCESO DE ARMADO DEL BANCO DE PRUEBAS 94
CAPÍTULO IV 99
4. MANUAL DE USO Y MEDICIONES 99
4.1. ALIMENTACIÓN 100
4.2. EMULACIÓN DE SENSORES 100
4.2.1. Emulador De TPS 100
4.2.2. Emulador De Sensor De Temperatura 100 4.2.3. Emulador De Sensor MAP 100
4.2.4. Emulador De Sonda Lambda 101
4.3. SECUENCIA DE PRUEBAS 101
4.3.1. Emulador De TPS 101
4.3.2. Emulador De Sensor De Temperatura 102
4.3.3. Emulador De MAP 103
4.3.4. Emulador de Sensor de Oxígeno (Sonda Lambda) 105 4.3.5. Emulador de Sensores Hall 106
CAPÍTULO V 107
5.1. Partes Del Módulo Electrónico De Control ECU 107 5.1.1. Circuito de alimentación o fuente 107
5.1.2. Circuitos de Control 109 5.1.3. Procesamiento de Datos 110
CAPÍTULO VI 112
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 112
6.1. Conclusiones 112
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Código de colores de resistencias 21
Tabla 2. Codificación de colores condensadores 26
Tabla 3. Datasheet dsPIC30F4013 33
Tabla 5. Valores de Temperatura / Resistencia 58
Tabla 6. Funcionamiento del sensor de temperatura 59
Tabla 8. Valores medidos Resistencia/ Temperatura 103
Tabla 9. Medición De Sensor MAP Vacio/ Hertz 104
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Señales Senoidales 17
Figura 2. Ondas cuadradas y rectangulares 18
Figura 3. Código de colores de resistencias 20
Figura 4. Condensadores 22
Figura 5. Tipo de condensadores 23
Figura 6. Identificación De Los Valores De Los Condensadores 25
Figura 7. Codificación mediante letras condensadores 27
Figura 8. Ejemplo Condensador 27
Figura 9. Condensador cerámico 28
Figura 10. Circuito regulador 5V. 29
Figura 11. Circuito regulador 5V con filtrado. 29
Figura 12. Circuito regulador 5V. con conexión a 220V 30
Figura 13. Datasheet dsPIC30F4013 31
Figura 14. Pines de programación 30F4013 31
Figura 15. Pin de RESET 34
Figura 16. Oscilador 35
Figura 17. Símbolo y curva característica tensión-corriente del diodo 36
Figura 18. Ejemplo práctico del funcionamiento del Diodo 37
Figura 19. Ejemplo del funcionamiento del diodo 38
Figura 20. Diodo rectificador 39
Figura 21. Símbolo de diodo zener 41
Figura 22. Curva característica de un diodo zener 41
Figura 23. Transistor 43
Figura 24. Tipos de transistor y simbología 44
Figura 25. Transistor Tipo Darlington 46
Figura 26. Transistor TIP 120 47
Figura 27. Sensores y actuadores 49
Figura 28. Cuerpo de mariposa de aceleración 50
Figura 30. Esquema del funcionamiento del TPD de 4 cables 51
Figura 31. TPS de 4 cables con interruptor de 4 cables 52
Figura 32. Sensor MAF sensor de flujo de aire 52
Figura 33. Sensor MAF de 4 cables con IAT 53
Figura 34. Sensor MAP 54
Figura 35. Sensor de oxigeno 55
Figura 36. Reacción química sensor de oxigeno 56
Figura 37. Sensor de temperatura del líquido refrigerante 58
Figura 38. Variación de la resistencia / temperatura 59
Figura 39. Circuito del sensor IAT 60
Figura 40. Sensor de temperatura 61
Figura 41. Medición de resistencia 63
Figura 42. Medición de voltaje 63
Figura 43. Sensor CKP 64
Figura 44. Grafica del osciloscopio del funcionamiento del CKP 64
Figura 45. Señal sensor CKP tipo inductivo 65
Figura 46. Señal sensor CKP tipo inductivo 65
Figura 47. Sensor CKP inductivo con recubrimiento aislante 66
Figura 48. Sensor tipo hall 66
Figura 49. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 1/4 68
Figura 50. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 2/4 69
Figura 51. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 3/4 70
Figura 52. Diagrama de la ECU Corsa Multec IEFI 4/4 71
Figura 53. Simulación de sensores mediante potenciómetros 73
Figura 54. Simulador TPD con potenciómetro de 5K 74
Figura 55. Señal del TPS en el osciloscopio 74
Figura 56. Simulación del funcionamiento del inyector/ bobina 75
Figura 57. Circuito diseñado en PROTEUS del la
simulación de actuadores 76
Figura 58. Circuito diseñado en PROTEUS de la fuente
de alimentación 78
Figura 60. Librería de componentes 83
Figura 61. Desarrollo en proteus del banco de pruebas 85
Figura 62. Diseño para la impresión de la placa 86
Figura 63. Proceso de impresión 87
Figura 64. Impresión del diseño de la placa en papel 88
Figura 65. Proceso de impresión en la baquelita 89
Figura 66. Proceso de calentamiento de la baquelita 90
Figura 67. Limpieza de la placa 91
Figura 68. Proceso químico de cloruro férrico 91
Figura 69. Perforación de los orificios para los componentes 95
Figura 70. Perforación y soldadura de componentes 96
Figura 71. Potenciómetros con soldadura 97
Figura 72. Soldadura de resistencias y condensadores 97
Figura 73. Suelda de potenciómetros 98
Figura 74. Sensor De Oxigeno 106
Figura 75. Fotografía de un circuito fuente 108
Figura 76. Circuito de control de bobinas 109
VII
RESUMEN
El siguiente proyecto de tesis con el tema: ¨Fabricación de un banco de pruebas para ECU de Chevrolet Corsa 1.3, 1.4, 1.6 para la formación académica automotriz.
La finalidad es permitir desarrollar prácticas reales que ayuden a los estudiantes y docentes conocer el funcionamiento del sistema de inyección electrónica y diagnosticar fallas del mismo.
Facilitará a los docentes enseñar la parte electrónica del sistema de inyección.
El desarrollo del banco de pruebas funcional se lo realizó, en primera instancia, analizando las necesidades actuales de los estudiantes que no tienen un banco de pruebas donde desarrollar las enseñanzas profesionales d dadas por los docentes ya que es una herramienta de aprendizaje escasa en nuestro medio educativo.
Para la construcción del banco de pruebas se analizó y se estableció un esquema electrónico de los sensores que permiten el funcionamiento del sistema de inyección MULTEC MPFI perteneciente al Chevrolet Corsa 1.3, 1.4, 1.6, que se utilizó para programar y diseñar las señales de algunos de los sensores con lo que podrán los estudiantes visualizar tanto las variaciones de voltaje como las variaciones de las magnitudes como la temperatura del refrigerante , la presión dentro del múltiple de admisión.
Para adquirir los datos de algunos de los sensores se realizó mediante el scanner y el osciloscopio, obteniendo mediciones en tiempo real.
VIII un escáner de diagnostico para facilitar la manipulación de las líneas de los diferentes cables como también conectar un osciloscopio.
Se instalaron cables en paralelo con terminales para una pronta conexión,
1
CAPÍTULO I
1. INTRODUCCIÓN
1.1. ANTECEDENTES
La historia de la inyección de combustible se remonta al siglo XIX.
N.A. Otto y J.J.E. Lenoir presentaron motores de combustión interna en la Feria Mundial de París de 1867. En 1875, Wilhelm Maybach de Deutz fue el primero en convertir un motor de gas para funcionar con gasolina.
Hacia finales del siglo, Maybach, Carl Benz y otros, habían desarrollado un alto nivel de desarrollo en la tecnología del carburador. Se había desarrollado el carburador de chorro de rocío controlado por un flotador.
En fecha tan lejana como 1883, junto con los que trabajaban en los carburadores, otros estaban experimentando con la inyección de combustible rudimentaria. Edward Butler, Deutz y otros desarrollaron sistemas precursores de inyección de combustible. La inyección del combustible a gasolina realmente tomó vuelo por medio de la aviación. La inyección de combustible jugó un papel importante desde el principio en el
desarrollo de la aviación práctica.
2 combustible. La primera guerra mundial trajo consigo, sin embargo, un énfasis en el incremento en los costos por rapidez y desarrollo. El desarrollo
de los carburadores se impuso y la inyección de combustible quedó relegada.
La prosperidad de la posguerra en los veintes trajo consigo la renovación de cierto interés acerca del desarrollo da la inyección de combustible. A mediados de los años veinte, Stromberg presentó un carburador sin flotador para aplicaciones en aeronaves, que es el predecesor de los sistemas actuales.
Bosch se proyectó hacia la evolución de la inyección de combustible en la rama de la aviación. En esos primeros sistemas Bosch usaba inyección directa, que rociaban el combustible a gran presión dentro de la cámara de combustión, tal como lo hace el sistema de inyección diesel. De hecho la bomba de inyección que usó Bosch para esos sistemas, fue una bomba que se modificó en la inyección de diesel.
Durante la segunda guerra mundial la inyección de combustible dominó los cielos. Ya avanzada la guerra, Continental empleó un sistema de inyección de combustible que diseñó la compañía de carburadores SU de Inglaterra.
Tal sistema lo construyó en los EUA la Simmonds Aerocessories en el motor enfriado por aire Simmonds, desarrollado para usarse en el tanque Patton.
Ottavio Fuscaldo fue el primero en incorporar en 1940 un solenoide eléctrico para controlar el flujo del combustible hacia el motor.Esto llevó a la industria automotriz hacia la moderna inyección electrónica de combustible.
3 auto equipado con inyección de combustible, Offenhauser participó en la carrera de Indianápolis 500.
El sistema de inyección lo diseñó Stuart Hilborn y utilizazó inyección directa, en la cual el combustible inyectaba en el múltiple de admisión justamente delante de la válvula de admisión,era como tener un sistema de inyección regulado para cada cilindro. Podría también compararse con el sistema K-Jetronic de Bosch usado en los VW; Rabbit, Audi 5000, Volvo y otros, en que el combustible no era expulsado en la lumbrera de admisión sino rociado continuamente, a lo que se nombró inyección de flujo constante.
Chevrolet presentó en 1957 el primer motor con inyección de combustible de producción en masa en el Corvette. Basándose básicamente en el diseño de Hilborn, el sistema de inyección de combustible Rochester Ramjet la Chevrolet lo usó en 1957 y 58, y Pontiac en el Bonneville en 1957. El sistema Ramjet utilizaba una bomba de alta presión para llevar el combustible desde el tanque hasta los inyectores, que lo rociaban continuamente adelante de la válvula de admisión. Un diafragma de control monitoreaba la presión del múltiple de admisión y la carga del motor. El diagrama, a su vez, se conectaba a una palanca que controlaba la posición de un émbolo para operar una válvula. Un cambio en la posición de la válvula operada por el émbolo cambiaba la cantidad de combustible
desviado de regreso hacia el depósito de la bomba y alejado de los inyectores. Esto alteraba la relación aire / combustible para satisfacer la
necesidades del motor.
Este sistema tenía el problema de la falta de compresión por parte de los responsables de su mantenimiento diario. Como resultado, Chevrolet y Pontiac lo suprimieron en su lista de opciones en 1959.
4 1952 en la Eclipse Machine, división de la corporación Bendix, y en 1961 se patentó como el sistema Bendix Electrojector. Casi simultáneamente, al EFI
se le declaró como un proyecto muerto por la gerencia de la Bendix y se archivó.
Aunque el sistema Electrojector en sí nunca llegó a la producción en masa, fue el antecesor de, prácticamente, todos los sistemas modernos de inyección de combustible. Cuando la Bendix descartó al EFI en 1961, el interés renació hasta 1966 en que la compañía comenzó a otorgar permisos de patentes a Bosch.
La VW presentó en 1968 el sistema D-Jetronic de Bosch en el mercado de los Estados Unidos en sus modelos tipo 3.
Al principio de los setentas el sistema D-Jetronic se usó en varias aplicaciones europeas, incluyendo SAAB, Volvo y Mercedes aunque los encargados de dar servicio al sistema no comprendían totalmente cómo funcionaba, el D-Jetronic persistió y los procedimientos de servicio y diagnóstico del EFI se expusieron a los mecánicos de los Estados Unidos. A despecho de su uso extendido en las importaciones Europeas, este sistema fue considerado por la industria de reparación de autos como un fiasco.
Cadillac introdujo el primer sistema EFI de producción en masa en Septiembre de 1975. Era equipo estándar en el modelo Cadillac Seville de
1976. El sistema se desarrolló por medio de un esfuerzo conjunto de Bendix, Bosch y la General Motors (GM). Tenía un gran parecido con el sistema D-Jetronic de Bosch. Por este tiempo se habían desarrollado métodos sistematizados de localización de fallas como ayuda en el servicio y reparación de la inyección de combustible.
5 Por simplicidad, era un sistema de dos inyectores. Para la Bendix, la idea del control digital de la inyección de combustible se remonta a sus patentes de
1970, 71 y 73. Los beneficios de la computadora digital incluyen un control más preciso de los inyectores más la habilidad de la computadora de controlar una gran variedad de sistemas de apoyo del motor. Con el uso de una computadora digital, el tiempo de ignición, la regulación del ralentí, el avance o retraso de la chispa de encendido, y una gran variedad de aspectos relacionados con la emisión, podían controlarse con un solo módulo de control compacto.
En 1965 la inyección de combustible Hilborn se le adaptó al Ford con motor V-8 de cuatro levas, desarrollado para autos Indy. Un motor Lotus de cuatro cilindros y 16 válvulas, equipado con inyección de combustible Lucas, se usó en pocos Ford Scorts europeos modelos 1970. Fue hasta 1983 que una división Ford decidió usar la inyección de combustible de manera formal. Ese año la Ford Europea comenzó a usar el sistema K-Jetronic de Bosch que usaron ampliamente los fabricantes del norte de Europa desde los primeros años de los setentas. Mientras tanto, comenzó en 1978, la Ford de Estados Unidos pasó por tres generaciones de carburadores controlados electrónicamente. Los sistemas EECI, II y III se proyectaron para cumplir con las normas cada vez más estrictas de emisión de fines de los setenta y los
inicios de los ochenta. Desde una perspectiva extranjera, la Ford y sus competidores de los Estados Unidos tenían el temor de comercializar autos
con inyección de combustible o se estaban reservando para perfeccionar sus sistemas.
6 únicos Ford, todavía con equipo de carburadores, fueron paquetes de equipos especiales, como autos policíacos y remolques.
La inyección de combustible ha recorrido un largo camino durante los últimos 20 años, pero su historia se remonta a los primeros días del carburador. Así como las razones más convincentes para utilizar la inyección de combustible tienen que encontrarse en las desventajas del carburador moderno, la falta de refinamiento y la versatilidad de los antiguos carburadores prepararon el camino para hacer los primeros experimentos con la inyección de combustible. Los orígenes de la inyección de combustible no pueden desligarse de la historia del carburador y la evolución de los combustibles para motor.
La ciencia de la carburación comenzó en 1.795 cuando Robert Street logró la evaporación de la trementina y el aceite de alquitrán de hulla en un motor tipo atmosférico (un motor que trabaja sin comprensión). Pero no fue sino hasta 1.824 cuando el inventor norteamericano Samuel Morey y el abogado de patentes inglés Erskine Hazard crearon el primer carburador para este tipo de motor. Su método de funcionamiento incluía un precalentado para favorecer la evaporación.
En 1.841 avanzó más el principio de la evaporación, debido al científico italiano Luigi de Cristoforis, quien construyó el motor tipo atmosférico sin
pistones, equipado con un carburador en la superficie, en el cual una corriente de aire se dirigía sobre el tanque de combustible para recoger los vapores del mismo.
7 En 1.860 el inventor del motor Deutz de gas, de 4 tiempos, Nikolaus August Otto, comenzó a experimentar con un motor de combustión que tenía un
dispositivo para evaporar combustibles líquidos de hidrocarburos. Otto ensayó el motor con una bencina mineral, pero como no tuvo éxito se concentró en desarrollar y producir motores a gas, durante cierto tiempo.
En 1.875 Wilhelm Maybach de la Deutz, fabricante de motores a gas, fue el primero en convertir un motor a gas que funcionara con gasolina.
Fernand Forest, un prolífico mecánico e inventor, ideó y construyó un carburador que incluía una cámara de flotador y una boquilla con rociador de combustible. Esto lo adaptó a un nuevo motor que construyó en 1.884.
En 1.885, Otto logró finalmente los resultados que buscaba, con una variedad de combustibles líquidos de hidrocarburos, incluyendo gasolina y bencina mineral, utilizando un carburador de superficie mejorado.
En otoño de 1.886, Carl Benz mejoró el carburador de superficie al agregarle una válvula de flotador para asegurar un nivel constante de combustible.
En el mismo año, Maybash había inventado y 0robado su propio tipo de
carburador con cámara de flotador. Finalmente en 1.892, planeó el carburador con rociador, que se convirtió en la base para todos los
carburadores subsecuentes.
El primer carburador de 2 gargantas apareció en 1.901, y fue un invento de un estadounidense llamado Krastin, quien declaraba que formaba consistentemente buenas mezclas, sin importar el flujo masivo de aire.
8 Sterling, Illinois, desarrolló un sistema de inyección de combustible que empezó a producirse en 1.887. En este sistema, se alimentaba el
combustible por gravedad, desde el tanque y entraba al cuerpo inyector a través de una válvula de estrangulación. La boquilla del inyector sobresalía en forma horizontal, entrando al tubo vertical de admisión.
1.2. MISIÓN
Desarrollar una herramienta óptima para facilitar el diagnostico y la reparación de la ECU de un vehículo Chevrolet Corsa 1.3, 1.4, 1.6, que sea aplicable en la práctica del estudio de ingeniería automotriz.
1.3. VISIÓN
Promover la capacitación para aumentar nuevas plazas de trabajo, buscando una rama no muy aplicada dentro de la ingeniería automotriz.
1.4. PROCESOS ACTUALES
El Técnico Mecánico de hoy día, debe cumplir una serie de requisitos que hasta hace unos años eran impensables.
Cualquier automóvil modelo 2007 tiene incorporado por lo menos un módulo
9 Para brindar un ejemplo a esta afirmación se analizará un problema de
calentamiento del motor en un automóvil, en el que no arrancan los electros ventiladores.
La lógica de esta falla llevará a un usual circuito en donde el modulo de control electrónico, PCM, recibe una señal del sensor de temperatura del liquido refrigerante, ECT, y en caso de determinar la alta temperatura definida en la programación del PCM accionará el relevador y de esta forma el motor del Electro ventilador girará. En algún automóvil se podría encontrar que existiesen varias velocidades, esto se logra con diferentes relevadores y dos motores de electro ventiladores, o simplemente un solo motor con dos circuitos uno con un resistor y otro sin resistor pero el caso más común fue el mencionado inicialmente.
Cuando el Técnico fue a revisar el circuito, simplemente nunca encontró el relevador, es mas el motor del ventilador no se encontraba conectado a ningún interruptor ni contacto, los cables los llevaban a una caja en donde en el interior encontró una serie de relevadores con toda una electrónica como si se tratara del PCM, y este módulo estaba ubicado justo al lado de los electro ventiladores.
Este módulo ,en el caso de los Opel Astra por ejemplo, controla las
10 Por eso una buena práctica es conocer todos estos componentes y si no es el caso de reparar los módulos por lo menos poder brindar un diagnostico
seguro.
1.5. JUSTIFICACIÓN
Los cambios que se han dado en los últimos tiempos, en lo que se refiere a la fabricación automotriz, permiten pensar en la necesidad de disponer de un banco de pruebas para los diferentes módulos de control electrónico de los vehículos y de esta manera determinar las fallas que pueden producirse en el funcionamiento del motores a componentes comandados por los módulos de control por diferentes razones. El costo de adquirir un modulo de control nuevo y en el peor de los casos un nuevo vehículo es alto. Si podemos determinar las fallas presentadas en los motores provocados por fallas del modulo de control, se puede restablecer el buen funcionamiento de esos motores con costos muy bajos, utilizando circuitos electrónicos que nos ayudan a simular señales referentes a cada uno de los sensores principales para el funcionamiento optimo del motor de combustión interna.
Es importante recalcar que la fabricación de un banco de pruebas se lo puede realizar con un bajo contos y con componentes electrónicos comunes,
y fáciles de encontrar en cualquier laboratorio electrónico.
1.6. ALCANCES
11
1.7. OBJETIVOS
1.7.1. Objetivo General
Fabricar un banco de pruebas para diagnosticar y reparar el módulo de control del Chevrolet Corsa 1.3, 1.4, 1.6 el cual pueda ser funcional en el laboratorio para prácticas en el estudio de la carrera de ingeniería automotriz.
1.7.2. Objetivos Específicos
Disponer de un Banco de pruebas que pueda ser utilizado en el laboratorio de una Universidad.
Diseñar un banco de pruebas para control de la ECU de los autos Chevrolet Corsa 1.3, 1.4 ,1.6.
Diagnosticar las fallas que pueden producirse en la ECU de los autos Chevrolet Corsa 1.3, 1.4 y 1.6.
Reparar la ECU de los autos Chevrolet Corsa 1.3, 1.4 y 1,6 cuando
12
1.8. IDEA A DEFINIR
Cómo realizar un banco de pruebas, para el laboratorio, con el objeto de diagnosticar las fallas que pueden producirse en un auto Chevrolet Corsa 1.3, 1.4, 1.6
1.9. METODOLOGÍA
1.9.1. Diseño y Tipo De Investigación
Si hablamos de investigación, no podemos decir que se siguió un solo tipo de metodología sino se utilizaron diferentes como la científica para determinar que cumple con las condiciones necesarias de una investigación científica es decir poder determinar leyes que se cumplen.
La metodología utilizada en este trabajo es también experimental y aplicada puesto que, de los conocimientos adquiridos, se pudo emplear cada una de ellas para plasmar en una repuesta útil y aplicable para el caso del banco de pruebas que se busca establecer.
Para llegar a este resultado se planteó el objetivo que se pensaba determinar y en base al objetivo planteado se encasilló el proceso a seguir.
Se dispone de un módulo de control de corsa en el cual se podrá comprobar con el banco de pruebas los problemas que pueden presentarse, el mayor problema de todo el desarrollo fue diseñar el Banco de Pruebas.
13
1.9.2. Métodos de Investigación
Próximamente expondré el proceso seguido en el trabajo, pero podemos decir que se encasilló la investigación en un tipo experimental y aplicada
Se dice Investigación experimental por obtener la información de la actividad intencional realizada por el investigador y que se encuentra dirigida a modificar la realidad con el propósito de crear el fenómeno mismo que se indaga, y así poder observarlo.
A la investigación aplicada se le denomina también activa o dinámica y se encuentra íntimamente ligada a la anterior ya que depende de sus descubrimientos y aportes teóricos que busca confrontar la teoría con la realidad.
1.9.3. Técnicas De Investigación
La técnica empleada para este trabajo es la siguiente
Se recogieron los datos, personalmente, necesarios para desarrollar el trabajo, siendo esta una observación participativa.
Se utilizaron elementos técnicos como son los cuadros, tablas, figuras de una forma sistemática, convirtiéndose en una observación no estructurada
Observación de campo y de laboratorio que es el recurso principal de la
observación descriptiva
El trabajo fue realizado por una sola persona, en nuestro caso el autor del trabajo. Es por esto una observación individual.
1.9.4. Análisis De Datos
14 variables de los diferentes campos que se establecen al proponer los circuitos lógicos que se definieron al hacer la simulación de la tarjeta de
control
Podemos ver que el análisis de la senoidal, por ejemplo, es muy frecuente en la presentación del osciloscopio, determinando los máximos y los mínimos que pueden darse en los circuitos, en lo que respecta al voltaje y amperaje de cada uno de los enlaces que se quisieron revisar.
15
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
2.1. PRINCIPIOS BÁSICOS
2.1.1. Corriente Continua, Pulsante y Alterna
En el estudio de las señales eléctricas, aplicadas a la automotriz, encontramos las siguientes: corriente continua (DC), pulsante y corriente alterna.
2.1.1.1. Corriente Continua (DC)
La corriente continua es producida por medio de procesos electroquímicos como pilas y baterías, pero también puede ser rectificada a partir de la tensión alterna que generan los alternadores. Se puede medir con un multímetro y con osciloscopio. La corriente continua a diferencia de la alterna presenta un comportamiento físico caracterizado por la circulación de electrones en un sólo sentido, lo que le da la polaridad.
La corriente continua o directa no genera un tipo de onda en particular, solo se muestra en el osciloscopio como una línea continua.
La característica principal en este tipo de corriente es que, independientemente de su voltaje, no cambia su sentido de circulación.
2.1.1.2. Corriente Pulsante
16 La tensión pulsante se debe medir con el osciloscopio ya que con un multímetro nos marcará valores que nada nos dicen acerca del
comportamiento real de la señal.
2.1.1.3. Corriente Alterna (AC)
La corriente alterna es aquella que cambia su sentido de circulación, por este motivo al ser graficada tendrá partes por encima y por debajo de cero. En otras palabras la corriente cambia permanentemente.
La corriente alterna se puede medir con un multimetro eligiendo la escala AC. El instrumento sólo medirá el valor eficaz de la tensión alterna, denominada RMS.
Esta medición poco nos dice acerca de los cambios que se producen en la tensión alterna, lo que nos resultará evidente si medimos esa corriente con osciloscopio.
2.1.1.4. Corriente Directa Pulsante
Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensión a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. La televisión, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señal, fundamentalmente como relojes y temporizadores.
Las ondas rectangulares se diferencian de la cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son
17
2.1.2. Formas De Onda Con Osciloscopio
2.1.2.1. Ondas Senoidales
Son las ondas fundamentales y eso por varias razones: poseen propiedades matemáticas muy interesantes (por ejemplo con combinaciones de señales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda).
La señal senoidal amortiguada es un caso especial de este tipo de ondas y se producen en fenómenos de oscilación, pero que no se mantienen en el tiempo. Se representan en la figura 1.
Figura 1. Señales Senoidales
2.1.2.2. Ondas Cuadradas Y Rectangulares
Las ondas cuadradas son básicamente ondas que pasan de un estado a otro de tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido. La televisión, la radio y los ordenadores utilizan mucho este tipo de señales, fundamentalmente como relojes y temporizadores.
Las ondas rectangulares se diferencian de las cuadradas en no tener iguales los intervalos en los que la tensión permanece a nivel alto y bajo. Son particularmente importantes para analizar circuitos digitales.
18
Figura 2. Ondas cuadradas y rectangulares
2.2. COMPONENTES ELÉCTRICOS BÁSICOS
2.2.1. Resistencias
2.2.1.1. Resistencias Eléctricas
Las resistencias son elementos eléctricos cuya misión es dificultar el paso de la corriente eléctrica a través de ellas. Su característica principal es su
resistencia óhmica, aunque tienen otra no menos importante que es la potencia máxima que pueden disipar. Ésta última depende principalmente de la construcción física del elemento.
La resistencia óhmica de una resistencia se mide en ohmios, valga la redundancia. Se suele utilizar esa misma unidad, así como dos de sus múltiplos: el Kilo-Ohmio (1KW) y el Mega-Ohmio (1MW=106W).
El valor resistivo puede ser fijo o variable. En el primer caso hablamos de resistencias comunes o fijas y en el segundo de resistencias variables, ajustables, potenciómetros y reóstatos como es el caso de un sensor de temperatura del motor. Nos centraremos en el primer tipo, las fijas.
19 disipaciones superiores a 2 W, y "resistencias químicas" para, en general, potencias inferiores a 2 W.
2.2.1.2. Resistencias Químicas
Las resistencias de hilo de valor óhmico elevado necesitarían una cantidad de hilo tan grande que en la práctica resultarían muy voluminosas. Las resistencias de este tipo se realizan de forma más sencilla y económica empleando, en lugar de hilo, carbón pulverizado mezclado con sustancias aglomerantes.
La relación entre la cantidad de carbón y la sustancia aglomerante determina la resistividad por centímetro, por lo que es posible fabricar resistencias de diversos valores. Existen tipos de carbón aglomerado como son las de película de carbón y de película metálica. Normalmente están constituidas por un soporte cilíndrico aislante (de porcelana u otro material análogo) sobre el cual se deposita una capa de material resistivo.
En las resistencias, además del valor óhmico que se expresa mediante un código de colores, hay una contraseña que determina la precisión de su valor (aproximación), o sea la tolerancia anunciada por el fabricante. Esta
contraseña está constituida por un anillo pintado situado en uno de los extremos del cuerpo.
Interpretación Del Código De Colores En Las Resistencias
20
Figura 3. Código de colores de resistencias
En la resistencia de la izquierda se representa el método de codificación más difundido.
En el cuerpo de la resistencia hay 4 anillos de color que, considerándolos a partir de un extremo y en dirección al centro, indican el valor óhmico de este componente El número que corresponde al primer color indica la primera cifra, el segundo color la segunda cifra y el tercer color indica el número de ceros que siguen a la cifra obtenida, con lo que se tiene el valor efectivo de la resistencia. El cuarto anillo, o su ausencia, indican la tolerancia.
Podemos ver que la resistencia de la izquierda tiene los colores amarillo-violeta naranja- oro (hemos intentado que los colores queden representados lo mejor posible en el dibujo), de forma que según la tabla 1 podríamos decir que tiene un valor de: 4-7-3ceros, con una tolerancia del 5%, o sea, 47000 W ó 47 KW. La tolerancia indica que el valor real estará entre 44650 W y 49350 W (47 KW±5%).
21 MW. La tolerancia indica que el valor real estará entre 1509.2 KW y 1570.8 KW (1.54 MW±2%).
Tabla 1. Código de colores de resistencias
2.2.2. Condensadores
22
Figura 4. Condensadores
Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico (figura 4).
Tiene una serie de características como capacidad, tensión de trabajo, tolerancia y polaridad. En la versión más sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separación, en cuyo caso se dice que el dieléctrico es el aire.
Aclaramos sobre las características indicadas:
Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande
que es mejor utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (μF=10-6F), nanofaradios (nF=10- 9 F) y pico faradios (pF=10-12 F).
Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un
23
Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que
puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.
Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad
superior a 1 μF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión
prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1μF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los
que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta.
Tipo De Condensadores
Vamos a mostrar a continuación una serie de condensadores de los más típicos que se pueden encontrar (Figura 5). Es válido apuntar que la mayoría de estos componentes los vamos a tener generalmente en módulos de control o en sistemas que incorporen una electrónica avanzada.
Figura 5. Tipo de condensadores
En la figura 5 se representan condensadores numerados para identificar cada uno de ellos.
1. Electrolíticos. Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en
electrolito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1 μF.
Arriba observamos claramente que el condensador nº 1 es de 2200 μF, con una tensión máxima de trabajo de 25v. (Inscripción: 2200 μ /
24
2. Electrolíticos de tántalo o de gota. Emplean como dieléctrico una
finísima película de óxido de tantalio amorfo, que con un menor
espesor tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y una capacidad superior a 1 μF. Su forma de gota les da muchas veces
ese nombre.
3. De poliéster metalizado MKT. Suelen tener capacidades inferiores a
1 μF y tensiones de trabajo a partir de 63v. Su estructura está
compuesta por dos láminas de poli carbonato recubierto por un depósito metálico que se bobinan juntas.
4. De poliéster. Son similares a los anteriores, aunque con un proceso
de fabricación algo diferente. En ocasiones este tipo de condensadores se presentan en forma plana y llevan sus datos impresos en forma de bandas de color, recibiendo comúnmente el nombre de condensadores "de bandera". Su capacidad suele ser como máximo de 470 nF.
5. De poliéster tubular. Similares a los anteriores, pero enrollados de
forma normal, sin aplastar.
6. Cerámico "de lenteja" o "de disco". Son los cerámicos más
corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre
0.5 pF y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de bandas de color.
7. Cerámico "de tubo". Sus valores de capacidad son del orden de los
25
Identificación De Los Valores De Los Condensadores
Hemos visto que algunos tipos de condensadores llevan sus datos impresos codificados con unas bandas de color. Esta forma de codificación es muy similar a la empleada en las resistencias, en este caso, sabiendo que el valor queda expresado en pico faradios (pF). Las bandas de color son como se observa en esta figura 6. :
Figura 6. Identificación De Los Valores De Los Condensadores
En el condensador de la izquierda vemos los siguientes datos:
Verde-azul-naranja = 56000 pF = 56 nF (recordemos que el "56000" está
expresado en pF). El color negro indica una tolerancia del 20%, tal como veremos en la tabla de abajo y el color rojo indica una tensión máxima de trabajo de 250v.
En el de la derecha tenemos:
Amarillo-violeta-rojo = 4700 pF = 4.7 nF. En los de este tipo no suele
26 En la tabla 2 se representa la codificación de colores de los condensadores
Tabla 2. Codificación de colores condensadores
Codificación Mediante Letras
Este es otro sistema de inscripción del valor de los condensadores sobre su cuerpo. En lugar de pintar bandas de color se recurre también a la escritura de diferentes códigos mediante letras impresas , como se visualiza en la figura 7.
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Figura 7. Codificación mediante letras condensadores
Detrás de estas letras figura la tensión de trabajo y delante de las mismas el valor de la capacidad indicado con cifras. Para expresar este valor se puede recurrir a la colocación de un punto entre las cifras (con valor cero), refiriéndose en este caso a la unidad microfaradio (μF) o bien al empleo del
prefijo "n" nanofaradio = 1000 pF).
Ejemplo: un condensador marcado con 0,047 J 630 ( figura 8) tiene un valor de 47000 pF = 47 nF, tolerancia del 5% sobre dicho valor y tensión máxima de trabajo de 630v. También se podría haber marcado de las siguientes maneras: 4,7n J 630, o 4n7 J 630.
Figura 8. Ejemplo Condensador
Código “101” De Los Condensadores.
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Figura 9. Condensador cerámico
El resultado debe expresarse siempre en picofaradios pF.
Así, 561 significa 560 pF, 564 significa 560000 pF = 560 nF, y en el ejemplo de la figura de la derecha, 403 significa 40000 pF = 40 nF.
2.2.3. Regulador De Tensión
La familia 78xx y 79xx son una gama de integrados dedicados a la regulación de voltaje, hay muchas variables: regulables, fijos, de tensión positiva o negativa.
El más común, y el que mayormente usaremos en el mundo de los PICs, es el famoso 7805, que es un regulador de tensión positiva de 5 Volts a 1A, la tensión justa y mucho más corriente de la que necesitan nuestros PICs para funcionar. Se sabe que el buen funcionamiento del firmware que grabemos
en el PIC está sujeto, no sólo a la buena programación que hayamos hecho a la hora de diseñarlo, sino que también a una alimentación fija, constante y
regulada a la hora de ejecutarlo. Entonces, la manera más segura, económica y sencilla de obtener ese voltaje, es la utilización de un integrado regulador de voltaje, y el 7805 es uno de los más indicados ya que mantendrá fija la tensión en 5V, siempre y cuando en su entrada reciba al menos 6V. Por lo tanto a la entrada podremos despreocuparnos de la alimentación superando por mucho el voltaje de trabajo del PIC.
29 tenemos 5V que es la tensión de trabajo del micro controlador, podremos añadir un capacitor entre GND y la salida, como se aprecia en la Figura 10,
para eliminar cualquier fluctuación de voltaje que pueda ocurrir, pero esto es siempre recomendable hacerlo con el micro controlador independientemente del origen que tenga la alimentación.
Figura 10. Circuito regulador 5V.
Si al IC lo utilizamos para regular la tensión proveniente de una fuente de alimentación, el filtrado debe hacerse más concienzudamente. A parte del
capacitor luego de la regulación, necesitará dos adicionales antes, en el diagrama de la Figura 11 se ve el circuito para conectarlo a una fuente de alimentación regulada o estabilizada de más de 5 V.
Figura 11. Circuito regulador 5V con filtrado.
30
Figura 12. Circuito regulador 5V. con conexión a 220V
Obsérvese que lo único que se añadió fue el transformador para obtener 12V de corriente alterna y 4 diodos que la convierten en corriente continua.
Para terminar basta con aclarar que los capacitores C1 y C2 deben ser no polarizados de .1uF y el C3 polarizado de 1000uF y al menos 16V para soportar los 12V que entrega el transformador, no está de más aclarar que la tensión sube un poco al rectificarla y no es conveniente que los capacitores operen al límite. Los diodos pueden ser 1N4001 al 1N4007.
Los diagramas de conexión son válidos para cualquier integrado de la familia 78xx, por ser de tensión positiva.
2.2.4. Micro Controlador DS Pic 4013
Un DSPIC es un procesador de señales digitales muy rápido y poderoso, capaz de procesar audio y algunos hasta video en tiempo real. Por sus
31
Diagrama De Pines Pinout 30F4013
Figura 13. Datasheet dsPIC30F4013
Pines De Programación 30F4013
32
2.2.4.1. Datasheet dsPIC30F4013
Un datasheet es un documento que resume el funcionamiento y otras características de un componente (por ejemplo, un componente electrónico) o subsistema (por ejemplo, una fuente de alimentación) con el suficiente detalle para ser utilizado por un ingeniero de diseño y diseñar el componente en un sistema.
Comienza típicamente con una página introductoria que describe el resto del documento, seguido por los listados de componentes específicos, con la información adicional sobre la conectividad de los dispositivos. En caso de que haya código fuente relevante a incluir se une cerca del extremo del documento o se separa generalmente en otro archivo.
Información Típica:
Datos del fabricante
Número y denominación
Lista de formatos con imágenes y códigos
Propiedades
Breve descripción funcional
Esquema de conexiones. Habitualmente es un anexo con indicaciones detalladas.
Tensión de alimentación, consumo.
Condiciones de operación recomendadas
Tabla de especificaciones, tanto en corriente continua como alterna
Esquema de la onda de entrada-salida
Medidas
Circuito de prueba
33
34
2.2.4.2. Master Clear
Este pin es utilizado para resetear al microcontrolador, esto quiere decir que sin importar lo que se encuentre haciendo, al momento de aterrizar este puerto (puede hacer con un botón conectado a tierra) el micro vuelve a la primer tarea para la cual está programado. Este pin también es utilizado por el programador cuando se carga o lee el programa del micro.
35
2.2.5. Oscilador
2.2.5.1. Oscilador electrónico
Un oscilador electrónico es un circuito electrónico que produce una señal
electrónica repetitiva, a menudo una onda senoidal o una onda cuadrada.
Un oscilador de baja frecuencia (o LFO) es un oscilador electrónico que engendra una forma de onda de C.A. entre 0,1 Hz y 10 Hz. Este término se utiliza típicamente en el campo de sintetizadores de audiofrecuencia, para distinguirlo de un oscilador de audiofrecuencia.
Figura 16. Oscilador.
2.2.5.2. Funcionamiento Del Circuito
El condensador, en un tiempo igual a cero, ofrece una impedancia cercana a cero ohmios, por lo que permite que fluya una gran corriente a través de él, la cual va disminuyendo hasta que sus placas sean llenadas de tantas cargas positivas y negativas como lo permita el tamaño de las mismas y la permisividad eléctrica del aislante que hay entre ellas.
36 dos placas, que es el que crea la fuerza necesaria para mantener almacenadas las cargas eléctricas positivas y negativas, en sus respectivas
placas.
2.2.6. Diodo
El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario.
Se muestran el símbolo y la curva característica tensión-intensidad del funcionamiento del diodo ideal. El sentido permitido para la corriente es de A a k (Figura 16).
Figura 17. Símbolo y curva característica tensión-corriente del diodo
37 Presenta resistencia nula.
Presenta resistencia infinita.
Mediante el siguiente ejemplo (Figura 17) se pretende mostrar el funcionamiento ideal de un diodo en circuito sencillo.
Como podemos ver el diodo según su funcionamiento solo permite el paso de la corriente en un solo sentido, por esa razón solo uno de los focos se encuentra encendido
38 En la figura 18 el circuito de la izquierda, el diodo permite dicha circulación, ya que la corriente entra por el ánodo, y éste se comporta como un
interruptor cerrado. Debido a esto, se produce una caída de tensión de 10V en la resistencia, y se obtiene una corriente de 5mA.
En el circuito de la derecha, el diodo impide el paso de corriente, comportándose como un interruptor abierto, y la caída de tensión en la resistencia es nula: los 10V se aplican al diodo.
Figura 19. Ejemplo del funcionamiento del diodo.
2.2.6.1. Diodo Rectificador
El diodo es un componente electrónico, del tipo semiconductor, es decir solo
39
Figura 20. Diodo rectificador
El diodo rectificador hace que se supriman las semiondas negativas y solo se dejan pasar las semiondas positivas de forma que se genere una corriente continua pulsatoria. A fin de aprovechar para la rectificación todas las semiondas, incluso las negativas suprimidas, se aplica una rectificación doble o de onda completa. Para aprovechar tanto las semiondas positivas como las negativas de cada fase (rectificación de onda completa), se dispone de dos diodos para cada fase, uno en el lado positivo y otro en el negativo, siendo necesarios en total seis diodos de potencia en un alternador trifásico.
40
2.2.7. Diodo Zener
Hemos visto que un diodo semiconductor normal puede estar polarizado tanto en directa como inversamente.
En directa se comporta como una pequeña resistencia. En inversa se comporta como una gran resistencia.
Veremos ahora un diodo de especiales características que recibe el nombre de diodo zener.
El diodo zener trabaja exclusivamente en la zona de característica inversa y, en particular, en la zona del punto de ruptura de su característica inversa Esta tensión de ruptura depende de las características de construcción del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios. Polarizado en directa actúa como un diodo normal y por tanto no se utiliza en dicho estado.
2.2.7.1. Efecto Zener
El efecto zener se basa en la aplicación de tensiones inversas que originan,
41
2.2.7.2. Funcionamiento
El símbolo del diodo zener es como se representa en la figura 21:
Figura 21. Símbolo de diodo zener
y su polarización es siempre en inversa, es decir
42 Tres son las características que diferencian a los diversos diodos Zener entre sí:
a. Tensiones de polarización inversa, conocida como tensión zener:
Es la tensión que el zener va a mantener constante.
b. Corriente mínima de funcionamiento: Si la corriente a través del
zener es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la tensión en sus bornes.
c. Potencia máxima de disipación: Puesto que la tensión es constante,
nos indica el máximo valor de la corriente que puede soportar el Zener.
Por lo tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene constante la tensión en sus bornas a un valor llamado tensión de Zener, pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre el valor mínimo de funcionamiento y el correspondiente a la potencia de zener máxima que puede disipar. Si superamos el valor de esta corriente el zener se destruye.
2.2.8. Transistores
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término
43 El transistor se puede considerar como la unión de dos diodos, por lo que debe de tener dos uniones PN ó NP.
Un transistor tiene por tanto tres zonas de dopado, en un transistor PNP, por ejemplo, existen tres zonas de dopado, diferenciadas entre sí y con diferentes cualidades. En un transistor PNP, la base es la zona N y las otras dos zonas P se denominan colector y emisor y viceversa. El emisor y la base de un transistor son como si fueran un diodo (una unión PN) y la base y el colector forman la otra unión PN. A efectos prácticos, un transistor no funciona como la unión de dos diodos.
Figura 23. Transistor
2.2.8.1. Funcionamiento Del Transistor
En el transistor, el emisor es el encargado de “inyectar” electrones en la
base, la cual se encarga de gobernar dichos electrones y mandarlos finalmente al colector.
44
2.2.8.2. Polarización Del Transistor
Un transistor cuenta con dos uniones PN, por lo que necesita ser polarizado correctamente. La unión emisor debe estar polarizada directamente y la unión colector debe de estar polarizada inversamente.
Por ejemplo, en un transistor NPN, dispondremos de dos baterías, una tendrá conectado a su polo positivo el colector N del transistor y la otra tendrá conectado a su polo negativo el emisor N del transistor, quedando así polarizado el transistor, circulando una corriente del emisor a la base y de esta al colector, también circula una pequeña Intensidad de base, la cual es muy pequeña comparada con la intensidad de colector, que se puede tomar en la práctica casi idéntica a la intensidad de emisor, aunque la intensidad de emisor sea igual a la intensidad de colector más la intensidad de base.
2.2.8.3. Tipos de transistor y simbología
Figura 24. Tipos de transistor y simbología
45
Tabla 4. Configuración de diferentes tipos de transistor
2.2.8.4. Transistor Tipo Darlington
Cuando el circuito necesita más corriente que la que puede suministrar un
simple transistor, como cuando se quiere controlar un motor o un relé, necesita emplear un dispositivo que sea capaz de suministrar esta corriente.
Este dispositivo puede ser un circuito Darlington, también llamado par Darlington o transistor Darlington, en honor a Sidney Darlington de los Laboratorios Bell.
El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una alta ganancia de corriente.
46
Figura 25.Transistor Tipo Darlington
Está compuesto internamente por dos transistores bipolares que se conectan es cascada. Ver la figura 25 El transistor T1 entrega la corriente que sale por su emisor a la base del transistor T
La ecuación de ganancia de un transistor típico es: IE= β x IB (Corriente de
colector es igual a beta por la corriente de base).
Entonces analizando el gráfico:
Ecuación del primer transistor es: IE1 = β1 x IB1 (1),
Ecuación del segundo transistor es: IE2 = β2 x IB2 (2)
Observando el gráfico, la corriente de emisor del transistor (T1) es la misma que la corriente de base del transistor T2. Entonces IE1 = IB2 (3)
Entonces utilizando la ecuación (2) y la ecuación (3) se obtiene: IE2 = β2 x IB2 = β2 x IE1
Reemplazando en la ecuación anterior el valor de IE1 (ver ecuación (1) ) se obtiene la ecuación final de ganancia del transistor Darlington.
47 Como se puede deducir, este amplificador tiene una ganancia mucho mayor que la de un transistor corriente, pues aprovecha la ganancia de los
dos transistores. (las ganancias se multiplican).
Si se tuvieran dos transistores con ganancia 100 (β = 100) conectados como
un transistor Darlington y se utilizara la fórmula anterior, la ganancia sería, en teoría: β2 x β1 = 100 x 100 = 10000. Como se ve es una ganancia muy
grande. En la realidad la ganancia es menor.
Se utilizan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas grandes con corrientes muy pequeñas.
Muy importante: La caída de tensión entre la base y el emisor del transistor Darlington es 1.4 voltios que resulta de la suma de las caídas de tensión de base a emisor del primer transistor B1 a E1 (0.7 voltios) y base a emisor del segundo transistor B2 y E2 (0.7 voltios).
48
2.3. DESCRIPCIÓN DE SENSORES
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina, Industria de manufactura, Robótica, etc.
49
50
2.3.1. Sensor TPS Posición de Mariposa de Aceleración
Esta señal le dice al PCM acerca de la posición de la mariposa del acelerador que imprime el conductor de un vehículo, logrando con ello incrementar la potencia del motor cuando se lo requiere.
Figura 28. Cuerpo de mariposa de aceleración
El potenciómetro localizado en el eje de la Mariposa no es más que una resistencia que varía con el movimiento angular del eje. Se alimenta con una tensión definida de 5 voltios y masa en dos de sus tres pines, y por el tercer pin sale una señal variable de voltaje, señal que se dirige al PCM.
El PCM puede saber con exactitud la posición del acelerador en todas las etapas. Con esta información, es posible calcular no solamente la cantidad de combustible que debe inyectarse, sino que en los últimos sistemas combinados de Inyección y encendido, se puede calcular mejor el torque que se puede obtener del motor, adelantando o retardando el punto de encendido, de acuerdo a las necesidades.
51 Generalmente tiene 3 terminales de conexión, o 4 cables si incluyen un switch destinado a la marcha lenta
Si tienen 3 cables el cursor recorre la pista pudiéndose conocer según la tensión dicha la posición del cursor.
Figura 29. Esquema del funcionamiento del TPS
Algunos sensores TPS son de cuatro cables, pues incorporan un interruptor adicional conocido como contacto de ralenti. Este interruptor se cierra
cuando el papalote del cuerpo de aceleración está cerrado. En ese momento, la PCM mide 0 Volts en esa terminal. Cuando el papalote se abre, el interruptor se abre y la PCM mide voltaje B+ en dicha terminal.
52
Figura 31. TPS de 4 cables con interruptor de 4 cables
2.3.2. Sensor MAF Sensor De Flujo De Aire
El sensor MAF está ubicado entre el filtro de aire y la mariposa, la función de este sensor radica en medir la corriente de aire aspirada que ingresa al motor. Su funcionamiento se basa en una resistencia conocida como hilo caliente, el cual recibe un voltaje constante siendo calentada por éste llegando a una temperatura de aproximadamente 200°C con el motor en funcionamiento.
53
Figura 32. Sensor MAF sensor de flujo de aire
La resistencia del hilo varía al producirse un enfriamiento provocado por la circulación del aire aspirado. Actualmente se usan dos tipos de sensores MAF, los análogos que producen un voltaje variable y los digitales que entregan la salida en forma de frecuencia.
54
Figura 33. Sensor MAF de 4 cables con IAT
2.3.3. Sensor MAP Sensor De Presión
El sensor MAP, es utilizado para medir la presión del múltiple de Admisión y conocer la carga del motor.
55 El múltiple de admisión genera una condición de vacío, cuando la mariposa
de aceleración está cerrada o cuando está abierta en condiciones de RPM constantes; en momentos de aceleración esta condición de vacio se pierde y la presión pasa a ser cercana a la atmosférica.
Entonces el PCM compara la señal que emite el sensor y la compara con valores propios que fueron almacenados en la memoria del mismo, es así como puede, con la ayuda del TPS y el CKP, calcular la carga exacta del motor.
El sensor MAP internamente está compuesto por un circuito integrado.
El caso más común utilizado es el MAP por variación de tensión.
2.3.4. Sensor O2 Sensor De Oxigeno
Está basado en el principio de funcionamiento de una célula galvánica de concentración de oxigeno con un electrolito sólido, indicada en la figura 35.
Figura 35. Sensor de oxigeno
56 los gases, la capa cerámica está cerrada por un extremo, por el otro extremo está en contacto con la atmósfera (aire exterior) como referencia, ambos
extremos del cuerpo cerámico están provistos en su parte interna de electrodos que poseen una fina capa de platino permeable a los gases, un tubo cerrado por un extremo y ranurado por los laterales que protege al cuerpo cerámico de golpes y cambios bruscos de temperatura.
El cuerpo cerámico es permeable a los Iones de O2 a partir de aproximadamente 350° C, con temperaturas de trabajo de 600° C , ésta es la razón por la cual las sondas lambda están siendo provistas de sistemas calentadores (resistencias eléctricas) para que la sonda entre en funcionamiento (envíe señal a la E.C.U) cuando el motor aun, no ha alcanzado su temperatura normal de funcionamiento.
El contenido de O2 en los gases de escape en relación con el aire de referencia produce una tensión eléctrica entre ambas superficies.
Esta tensión puede ser, con una mezcla rica (lambda <1) de 800 a 1000 mV (0.8 a 1.0 voltios) con una mezcla pobre (Lambda >1), la tensión estaría en valores de 100 mV (0.01 Voltios).
El margen de transición entre mezcla rica y pobre, está entre 450 y 500 mV (0.45 a 0.50 Voltios).
El Diagnostico de vehículos con analizadores de gases, un registro de altas concentraciones de O2 en los gases de escape denotan carencia de combustible, concentraciones muy bajas de O2 acusan mezcla rica, exceso de combustible, faltó oxigeno para encender toda la mezcla, la cantidad sobrante de O2 en los gases de escape con una mezcla estequiometria representa un margen muy pequeño que debe ser medido por el sensor de O2 e interpretado por la ECU