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70
COMANDO DE EDUCACIÓN Y DOCTRINA DEL EJÉRCITO
CARRERA PROFESIONAL TÉCNICA: MECÁNICA AUTOMOTRIZ
INFORME FINAL DE INVESTIGACIÒN E INNOBACION TECNOLÒGICA
TEMA:
Diseño y ensamblaje de un probador de diagnóstico de válvula electrónica motorizada en
motores con gestión electrónica, en el Instituto de Educación Superior Tecnológico
Público del Ejército – Ete “Sgto. 2do Fernando Lores Tenazoa” 2018
INTEGRANTES:
ALO III TMA Santamaría Zapata Walter
ALO III TMA Sánchez Serquèn Luis
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
Equipamiento para el mejoramiento de los procesos de mantenimiento
INTEGRANTES:
ASESOR TÉCNICO:
Tco® Cesar Vargas Díaz.
ASESOR METODOLÓGICO:
Mg. Luis Durand Trujillano
Lima – Perú
2018
ii
Agradecimiento
A Dios, creador de todas las
cosas en el universo, gracias
por acompañarme en estos
años de estudio, por iluminar
mi camino y llenar mi vida de
personas que me ayudaron a
ser una persona de bien.
iii
Dedicatoria
A nuestros padres por
la formación que nos
dieron e impulso para
seguir superándonos,
a nuestros docentes
por su apoyo en el
logro de este objetivo
iv
RESUMEN
El diseño y ensamblaje de un probador de de diagnóstico de válvula electrónica
motorizada de vehículos automatizados, tiene como propósito proporcionar un
instrumento, a bajo costo en relación con un probador que se comercializa en el
mercado, esto permitirá a los estudiantes desarrollar habilidades y destrezas
para realizar diagnóstico de los sistemas de admisión de aire con un probador de
válvula electrónica motorizada.
La bondad de este de probador, es de suma importancia para que los estudiantes
obtengan experiencias de diagnóstico rápido y con precisión sobre el estado y
condiciones de trabajo de la válvula electrónica motorizada ya que es muy
importante porque controla la cantidad de aire que deberá ingresar a los cilindros,
a través del ángulo de la mariposa contrastando con las referencias técnicas del
fabricante
El diseño del circuito del probador está estructurado con elementos eléctricos –
electrónicos, que permite el correcto funcionamiento a todo ritmo de funcionalidad.
El probador de válvula electrónica motorizada se sometió a varias pruebas de
funcionamiento y control con bobinas existentes en el taller Automotriz para
obtener un funcionamiento confiable de acuerdo a los parámetros del fabricante.
v
Abstract
The design and assembly of a motorized electronic valve diagnostic tester of
automated vehicles, is intended to provide an instrument, at a low cost in relation
to a tester that is commercialized in the market, this will allow students to develop
skills and abilities to Diagnose the air intake systems with a motorized electronic
valve tester.
The goodness of this tester, is of paramount importance for students to obtain
quick and accurate diagnostic experiences on the status and working conditions of
the motorized electronic valve because it is very important because it controls the
amount of air that must enter the cylinders, through the angle of the butterfly
contrasting with the technical references of the manufacturer
The design of the circuit of the tester is structured with electrical-electronic
elements, which allows the correct functioning at all rhythm of functionality.
The motorized electronic valve tester was subjected to several tests of operation
and control with existing coils in the Automotive workshop to obtain a reliable
operation according to the parameters
of the manufacturer
70
INDICE DE CONTENIDOS
Página
Agradecimiento ii
Dedicatoria iii
Resumen
Abstract
iv
v
Índice de contenidos vi
Índice de tablas 09
Índice de figuras 09
Introducción 11
Capítulo I. Marco referencial 12
1. Planteamiento del problema 12
1.1 Descripción de la realidad problemática 12
1.2 Formulación del problema 13
1.2.1 Problema general 13
1.2.2 Problemas específicos 13
1.3.Marco teórico 13
1.3.1 Antecedentes 13
1.3.2 Bases teóricas 14
1.3.3 Definición de términos 71
1.4 Justificación e importancia 73
1.5 Objetivos de la investigación 73
1.5.1 Objetivo general
73
1.5.2 Objetivos específicos 73
1.6. Hipótesis y variables 73
1.6.1 Hipótesis 73
1.6.1.1 Hipótesis general 73
1.6.1.2 Hipótesis específicas 73
vii
1.6.2 Variables 73
1.6.2.1 Variable dependiente 73
1.6.2.2 Variable independiente 74
1.6.3 Operacionalización de las variables 74
Capítulo II. Diseño metodológico 74
2. Aspectos Metodológicos 75
2.1 Tipos de investigación 75
2.2 Nivel de investigación 75
2.3 Diseño de investigación
76
2.4 Población y muestra 77
2.5 Técnicas e instrumentos de recolección de datos 77
2.6 Análisis e interpretación de resultados 77
Capítulo III. Conclusiones y recomendaciones 80
3. Conclusiones 80
4. Recomendaciones 80
5. Referencias bibliográficas 81
6. Anexos 81
Anexo 1. Matriz de consistencia 82
Anexo2. Fotos de procedimiento de ensamblaje de probador
de la válvula electrónica motorizada
83
Anexo 3. Cartilla de seguridad 87
Anexo 4. Planos de la válvula electrónica motorizada
88
viii
Índice de tablas
Tabla 1 . Operacionalización de variable Probador de la válvula
electrónica motorizada
Tabla 2 . Operacionalización de variable Motores con gestión
electrónica
77
Tabla 3. Características técnicas de la de la válvula electrónica
motorizada
78
Tabla 4. Medidas y dimensiones del probador de la válvula
electrónica motorizada
79
ix
Índice de figuras
Figuras
Página
Fig.1. Obturador electrónico 15
Fig.2. Angulo de apertura de la mariposa 17
Fig.3. Sistema de aceleración por cable 18
Fig.4. Tipos de pedales de acelerador 19
Fig.5. Esquema de un motor de corriente continua 21
Fig.6. Rotor 22
Fig.7. Estator 23
Fig.8.Esquema de un motor de corriente continua en funcionamiento 24
Fig.9. Sensor de posición de acelerador 26
Fig.10. Sensor inductivo 27
Fig.11. Pedal con potenciómetro integrado 28
Fig.12. Conexión de la ECU al sistema de encendido 30
Fig.13. Circuito del sensor de posición de la mariposa 35
Fig.14. Sistema de control de aceleración 37
Fig.15. Sensor de posición de aleta de la mariposa TP 39
Fig.16. Motor con gestión electrónica 45
Fig.17. Inyector de gasolina 45
Fig.18. Estructura de un pistón 51
Fig.19. Cigüeñal y eje de levas 52
Fig.20 Partes principales del motor 53
Fig.21. Carter 54
Fig.22. Carburador 55
Fig.23. Flotador 56
Fig.24. Arrancadores en frio 56
Fig.25. Dispositivo de acelerador 58
Fig.26. Bobina de encendido 58
Fig.27. Distribuidor de chispa 60
Fig.28. Fuerza centrifuga 60
x
Fig.29. Sensor hall 62
Fig.30. Principio de efecto Hall 63
Fig.31. Caudalimetro 65
Fig.32. Sensor de presión ( MAP) 65
Fig.33. Terminor NTC 66
Fig.34. Sonda K Davis instrumentos corp 67
Fig.35. Sensor de gases de escape 68
Fig.36. Sonda Lambda 69
Fig.37. Esquema interno inyector 70
xi
INTRODUCCION
En el campo automotriz se incluyen sistemas de inyección electrónica con el fin
de disminuir emisiones contaminantes al medio ambiente y un óptimo
funcionamiento del motor. En un inicio se tiene un sistema de aceleración por
medio de cable, dicho sistema permite el ingreso o detención de aire al motor
por medio de una aleta en el cuerpo de estrangulación que es accionado por un
cable comandado por el pedal de aceleración, dicho sistema hasta la
actualidad se ha observado un desempeño medio, con los avances
tecnológicos de electricidad y electrónica se ha creado un nuevo sistema
Denominado cuerpo de mariposa motorizado (TAC) cuyo funcionamiento se
basa en modificar todas las condiciones de aceleración del motor controlando
directamente, permitiendo una aceleración regulada y más eficiente, evitando
así las emisiones de gases contaminantes al medio ambiente.
Los sensores del pedal de acelerador y la válvula motorizada son
comandadas por el módulo de control, que ejecuta las mismas actividades
realizadas por el sistema de aceleración por medio de cable, este era muy
vulnerable al desgaste como eran los sistemas de marcha mínima, teniendo
problemas en estabilizar la velocidad ralentí del motor durante arranques en
frío y después de condiciones de operación tras un periodo de calentamiento.
El presente trabajo de investigación esta esquematizado de la siguiente
manera:
El Capítulo I: Marco Referencial contiene la descripción de la realidad
problemática, formulación del problema, marco teórico, justificación e
importancia; objetivos, Hipótesis, variables.
Capítulo II: Diseño Metodológico, lo cual implica el diseño, el método
empleado, la muestra, el instrumento empleado en la medición de la
investigación y por último la recolección y procesamiento de datos.
Capitulo III: Comprende las conclusiones a partir del cumplimiento de los
objetivos y las recomendaciones.
11
CAPITULO I
MARCO REFERENCIAL
1.Planteamiento del problema
1.1 Descripción de la realidad problemática
A través del tiempo el hombre ha evolucionado en todos sus aspectos, tras
las múltiples necesidades del mismo se ha visto en la obligación de
descubrir y alcanzar nuevas tecnologías, para la obtención de nuevos y
mejores productos.
El Instituto de Educación Superior Tecnológico Público del Ejercito-ETE
SGTO 2°Fernando Lores Tenazoa tiene como misión la formación de
profesionales técnicos especializados y competitivos en diferentes carreras
técnicas profesionales que al término de su formación puedan
desempeñarse con eficiencia y eficacia en diferentes puestos y unidades de
la institución.
En el taller de mecánica Automotriz se dictan unidades didácticas que en la
práctica requieren el empleo de equipos como un probador de válvula
electrónica motorizada para realizar diagnóstico en un motor con sistema de
admisión controlados electrónicamente ya que en la actualidad no existe en
el mercado estos probadores .Con el diseño y ensamblaje de este probador
a bajo costo de construcción se optimizará la destreza y habilidades de los
estudiantes en el taller de mecánica Automotriz.
12
1.2 Formulación del problema
1.2.1 Problema general
¿Cuáles son las características del probador de válvula electrónica
motorizada en el instituto de educación superior tecnológico público
del ejército ETE Sgto. 2do Fernando lores Tenazoa en el año 2018?
1.2.2 Problemas específicos
Pe1. ¿Cuáles son las características del potenciómetro en el
probador de la válvula electrónica motorizada en el instituto de
educación superior tecnológico público del ejército ETE Sgto. 2do
Fernando lores Tenazoa en el año 2018?
Pe2. ¿Cuáles son las características del pulsador en el probador de
la válvula electrónica motorizada en el instituto de educación
superior tecnológico público del ejército ETE Sgto. 2do Fernando
lores Tenazoa en el año 2018?
Pe3. ¿Cuáles son las características del diodo puente rectificador
en el probador de la válvula electrónica motorizada en el instituto de
educación superior tecnológico público del ejército ETE Sgto. 2do
Fernando lores Tenazoa en el año 2018
1.3 Marco teórico
1.3.1 Antecedentes
Belló, (2011).En su investigación titulada Diseño y ensamblaje de un
banco de pruebas de encendido tuvo como objetivo principal el diseño
y ensamblaje de un banco didáctico de probador de válvulas
motorizadas. El tipo de investigación fue aplicada y el diseño
experimental. Concluyendo que con el diseño y ensamblaje de un
banco didáctico de sistemas de encendido sin distribuidor vincula la
teoría con la práctica y pretende mejorar el aprendizaje del Ingeniero
Automotriz de la Universidad Internacional SEK.
13
Figueroa (2006).En su investigación titulada estrategias para el
diagnóstico de válvulas motorizadas realizada en Guatemala tuvo
como objetivo realizar la construcción de un módulo educativo sobre
válvulas motorizadas, concluyendo que con la construcción de un
módulo educativo sobre válvulas motorizadas se busca estrategias
para el aprendizaje de los estudiantes.
Cueva (2012) .En su investigación titulada “implementación de un
sistema de control de aceleración electrónica a vehículos que disponen
motor con carburador “realizada en Ecuador, tuvo como objetivo
implementar un módulo de control electrónico, concluyéndose que con
la implementación de este módulo educativo se vincula la teoría con la
practica
1.3.2. Bases teóricas
Válvula electrónica motorizada
Ayala (2013) Define que una válvula electrónica motorizada es un
dispositivo que anula la conexión mecánica que existe entre el pedal
del acelerador y la mariposa del colector de admisión en los vehículos
equipados con gestión electrónica. Recientemente se están utilizando
válvulas de aceleración para un control preciso de la posición del
estrangulador. Esto tiene algunas ventajas en comparación con el
sistema anterior de accionamiento mecánico del estrangulador. Este
produce una posición del estrangulador que difiere de la demanda
actual del conductor, por ejemplo tiene una mejor respuesta y reduce
las emisiones. Además el actuador de velocidad de ralentí ya no es
necesario, puesto que la velocidad de ralentí puede controlarse
directamente por la apertura del estrangulador. Ayala,R ( 2013 ) La
aceleración electrónica es controlada por el ECM. En el caso de una
falla, el estrangulador se abre aproximadamente 5° por un mecanismo
cargado por resorte dentro del ETC. Esto garantiza una velocidad de
ralentí incrementada permitiendo conducir el vehículo a un taller de
servicio (Modo a prueba de fallas). Si el sistema está en buenas
14
condiciones, el estrangulador se cierra en contra de la fuerza del
resorte para conseguir la correcta velocidad de ralentí.
Figura 1 Obturador electrónico
Muchos sistemas no están controlados directamente por la ECU, sino
que mediante válvulas solenoide. En este caso los actuadores mismos
están accionados por vacío y el control se realiza mediante el
suministro de vacío. Los ejemplos típicos para este tipo de control son
la válvula EGR, el sistema de admisión variable y la válvula solenoide
de control de purga. Si es necesaria la activación del EGR, la unidad
de control envía una señal al solenoide relacionado, el que abre el
conducto a la válvula EGR. Para otros sistemas controlados por vacío
se aplica este mismo método de control. No solamente puede
realizarse un control ON OFF, sino que también un control de cantidad.
Esto se realiza a través del control PWM de apertura del solenoide.
Este sistema controla toda la aceleración del motor, no se permite
ningún error por parte del ECU por esta razón el cuerpo de mariposa
quedará en una estrategia del límite de revoluciones en el momento en
que se detecte alguna inconformidad de funcionamiento del motor o de
los sistemas de verificación TP (Posición de la mariposa) y APP
(Posición del pedal del acelerador).
El sensor TP registra la posición de la mariposa enviando la
información hacia la unidad de control. El tipo de sensor de mariposa
más extendido en su uso es el denominado potenciómetro, q consiste
15
en una resistencia variable lineal alimentada con una tensión de 5
voltios que varía la resistencia proporcionalmente con respecto al
Efecto causado por esa señal. El Sensor de Posición del Pedal
Acelerador (APP) que indica la posición del pedal del acelerador, suele
ser uno; o más comúnmente, dos potenciómetros acoplados al pedal
del acelerador. Cuando se pisa el acelerador, una señal de tensión se
envía al ECU comunicando la posición actual del mismo y por lo tanto
la exigencia física del conductor. Como resultado de esta entrada, el
ECU genera una salida al actuador correspondiente.
Funcionamiento del sistema
En el pedal del acelerador se encuentra colocado un sensor llamado de
“posición del acelerador” (APP), cuyo fin es conocer la ubicación exacta
(ralentí, media aceleración, máxima aceleración) del pedal en todo
momento. Esta información es enviada a la computadora (ECU) de
control del motor, actuando sobre un motor acoplado directamente a la
mariposa decidirá el porcentaje de aceleración que deba tener el auto.
En el cuerpo de aceleración aparte de estar ubicado el mencionado
motor, se encuentran dos sensores de “posición de la mariposa”, los
cuales son similares a los tradicionales TP, cuyo objetivo es indicar a la
ECU con exactitud la posición de la mariposa. Generalmente uno de
estos sensores varía con el fin de tener mayor precisión y seguridad,
pues si en todo momento la suma de ambas señales no es de 5 voltios
se ha presentado un daño en alguno de ellos. Tabla 1. Voltajes de los
sensores TP Sensores Voltaje de entrada Voltaje de salida
TP1 5V 0V
TP2 0V 5V
16
Figura 2 Ángulo de apertura de la mariposa.
Si la computadora no recibe correctamente la señal de alguno de los
dos sensores de posición o cuando se quita el conector del cuerpo de
aceleración, dejando el auto con la llave de ignición en ON, la ECU no
tiene forma de determinar la posición de marcha lenta.
Aceleración por cable frente al sistema de cuerpo de mariposa
motorizado
Tradicionalmente se ha empleado un cable de acero o un mecanismo
de varillas el que se dirige desde el pedal del acelerador a través de la
bandeja del piso, y luego en un tubo de guía flexible, el mismo que
lleva una válvula aceleradora la que permite incrementar el paso de
aire y combustible al motor a la vez que se mantiene la mezcla en su
punto, para lograr controlar la marcha del auto.
Figura 3 Sistema de aceleración por cable.
Actualmente ese tipo de ajuste está desapareciendo, dando lugar a la
“mariposa motorizada”, sistema que elimina el contacto directo entre el
pedal del acelerador y el tradicional cuerpo de aceleración. En el
sistema de aceleración electrónico se pueden adoptar infinidad de
posiciones de la mariposa teniendo en cuenta las condiciones de
17
funcionamiento del motor. La centralita electrónica conoce en todo
momento la posición del pedal del acelerador a través de la variación
de la resistencia del potenciómetro. Con este dato y las revoluciones
del motor se establece el grado de apertura de la mariposa.
2.1.3. Pedal del acelerador
El pedal del acelerador es uno de los elementos esenciales en el
control del motor, su función es la de transmitir al mismo el deseo del
conductor de alcanzar una cierta velocidad o aplicar más o menos par
en las ruedas motrices. Existen diferentes tipos de pedales de
aceleración así como posiciones. El sitio normal suele ser en el
habitáculo del vehículo donde coloca las piernas el conductor, En
algunos casos también se encuentra el acelerador ubicado en el
volante (en vehículos especiales), y es accionado mediante una
palanca o un volante más pequeño que al ser presionado funciona
como el pedal. En estos casos el mecanismo siempre es el mismo; el
pedal o la palanca tira de un
Cable que a su vez acciona la mariposa (motor de gasolina) o controla
el caudal de combustible que debe entrar en los cilindros (motor
diésel).
Una vez que se suelta, el pedal retornará a su posición inicial gracias a
la acción de muelles, de esta forma el motor no actuará y el vehículo
ralentizará su marcha. En relación a los diferentes tipos tenemos los
que están apoyados en el suelo y giran respecto a un eje situado por
debajo del pedal apretando un muelle y los que giran respecto a un eje
situado por encima del pedal.
18
Figura 4 Tipos de pedales de acelerador
Control de aceleración
La ECU del motor impulsa el motor de control del acelerador
determinando la apertura de la mariposa del acelerador deseada de
acuerdo con las condiciones de operación respectiva:
• Control No-Lineal
Controla el acelerador y ajusta la apertura de la mariposa del
acelerador en la posición óptima para las condiciones de marcha, tales
como la cantidad de fuerza sobre el pedal del acelerador y la velocidad
del motor, para conseguir un excelente control de la mariposa del
acelerador y confort en todos los rangos de operación.
• Control de la velocidad en marcha lenta
La ECU del motor controla la mariposa del acelerador para mantener
constantemente la velocidad ideal de marcha lenta.
• Control de velocidad constante (para modelos con sistema de control
de velocidad).
Para el funcionamiento del control de velocidad constante, la mariposa
del acelerador controlada directamente por la ECU del motor, con una
ECU integrado de control de velocidad.
Ventajas del sistema de cuerpo de mariposa motorizado
Entre las ventajas más importantes que brinda este sistema son:
• Reducción de los tirones durante el funcionamiento del motor.
• Permite variar la relación entre la posición del acelerador y la
apertura de la mariposa con multitud de posibilidades.
• Posibilita una mayor suavidad de funcionamiento a los vehículos
equipados con cambio de marchas automático.
• La información se transmite electrónicamente en vez de
mecánicamente, lo que elimina las perdidas por fricciones.
• Aumenta la eficiencia del combustible y mejora el rendimiento.
• Permite controlar de mejor manera las emisiones contaminantes.
Motores de corriente continúa
19
Figura 5 Esquema de un motor de corriente continua.
El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía
eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio.
Para accionar un motor de corriente continua (DC) es necesario aplicar
la tensión de alimentación entre sus bornes. Para invertir el sentido de
giro se varía la alimentación y el motor comenzará a girar en sentido
opuesto.
A diferencia de los motores pasos a paso y los servomecanismos, los
motores DC no pueden ser posicionados y/o enclavados en una
posición específica. Estos simplemente
Giran a la máxima velocidad y en el sentido que la alimentación
aplicada se los permite. El motor de corriente continua está compuesto
de 2 piezas fundamentales:
• Rotor
Figura 6 Rotor.
Constituye la parte móvil del motor, proporciona el torque para mover a
la carga.
Está formado por:
a) Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al
núcleo, devanado y al colector.
20
b) Núcleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de
función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que
el flujo magnético del devanado circule.
• Estator
Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo
magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su
movimiento giratorio.
Figura 7 Estator.
Está formado por:
a) Armazón este tiene dos funciones, servir como soporte y
proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del
imán permanente, para completar el circuito magnético.
b) Imán permanente se encuentra fijado al armazón o carcasa del
estator. Función es proporcionar un campo magnético uniforme al
devanado del rotor o armadura, de modo que interactúe con el campo
formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor.
c) Escobillas poseen una dureza menor que la del colector, para evitar
que éste se desgaste rápidamente. Se encuentran albergadas por los
porta escobillas. Ambos, escobillas y porta escobillas, se encuentran en
una Estator.
Clasificación de los motores de corriente continua del sistema cuerpo
de mariposa motorizada.
Funcionamiento.- el principio de funcionamiento de los motores
eléctricos de corriente continua se fundamenta en la repulsión que
ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando
21
interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se
encuentra montado en un eje.
Figura 8 Esquema de un motor de corriente continua en funcionamiento.
Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar
libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente
situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor.
Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán
giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el
campo magnético del imán permanente.
Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden,
se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que
provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en
el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en
sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada
al circuito la pila o la batería.
Tipos de motores de corriente continua.- los tipos de motores de
corriente continua son:
a) Serie
Es un tipo de motor eléctrico de corriente continua cuyo devanado de
campo (campo magnético principal) se conecta en serie con la
armadura. Este devanado está hecho con un alambre grueso porque
tendrá que soportar la corriente total de la armadura. Debido a esto se
22
produce un flujo magnético proporcional a la corriente de armadura
(carga del motor). Cuando el motor tiene mucha carga, el campo de
serie produce un campo magnético mucho mayor, permitiendo que un
esfuerzo de torsión aumente. Sin embargo, la velocidad de giro varía
dependiendo del tipo de carga que se tenga (sin carga o con carga
completa). Estos motores desarrollan un par de arranque muy elevado
y pueden acelerar cargas pesadas rápidamente.
b) Paralelo o Shunt
Es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está
conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados
inducidos e inductor auxiliar.
Al igual que en las dinamos shunt, las bobinas principales están
constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que
la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande.
c) Compound
Es un motor de corriente continua cuya excitación es originada por dos
bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el
bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito
formado por los bobinados inducido, inductor serie e inductor auxiliar.
Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del
bobinado del campo shunt. Este campo, consiste de pocas vueltas de
un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la
corriente de armadura. El flujo del campo serie varia directamente a
medida que la corriente de armadura varía, y es directamente
proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que
su flujo se añade al flujo del campo principal shunt Un motor compound
tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del
campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del
motor sin carga.
23
Los motores de corriente continua compound son algunas veces
utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante
para un rango de velocidades amplio.
El sensor de posición del acelerador
Este sensor, al igual que otros componentes, es de vital importancia
para el buen funcionamiento del motor, este es el encargado de
monitorear la posición de la mariposa del acelerador. Detecta la
posición (ángulo) y el movimiento de la placa de aceleración a través
de cambios de voltaje para mandar está información a la computadora
(ECU) y calcular la cantidad correcta de combustible que será
inyectada al motor. El sensor de posición del acelerador se encuentra
ubicado en el cuerpo de aceleración, sujeto al eje de la mariposa.
Figura 9 El sensor de posición del acelerador.
Inductivos.- son instrumentos electromecánicos en los que las
características magnéticas de su circuito eléctrico cambian en
respuesta al movimiento de un objeto. Con este movimiento se genera
una respuesta electromotriz o se genera una tensión.
24
Figura. 10 Sensor inductivo.
Entre los sensores inductivos destaca el transformador diferencial de
variación lineal (LVDT) debido a su casi infinita resolución, poco
rozamiento y alta repetitividad. Su funcionamiento se basa en la
utilización de un núcleo de material ferro magnético unido al eje cuyo
movimiento se quiere medir. Este núcleo se mueve linealmente entre
un devanado primario y dos secundarios, haciendo con su movimiento
que varíe la inductancia entre ellos. Al variar la posición del núcleo,
hace crecer la tensión de un devanado y disminuir la del otro. (LVDT)
presenta una alta linealidad, gran sensibilidad y una respuesta
dinámica elevada. Su uso está ampliamente extendido, a pesar del
inconveniente de poder ser aplicado únicamente en la medición de
pequeños desplazamientos.
Resistivos.- es una resistencia y un cursor que se desplaza sobre ella.
Se alimenta la resistencia con un voltaje regulado y del cursor a tierra
se obtiene un voltaje proporcional al desplazamiento producido. Hay de
diferentes formas; lineales, circulares, logarítmicos, etc. material;
película de carbón, bobinados sobre cerámica, etc.
Figura 11 Pedal con potenciómetro integrado.
Fuente: “Diseño de un sistema de control de aceleración electrónica”
ESPE
25
Los sensores que utilizamos en nuestra tesis son de tipo resistivos, es
decir, un potenciómetro (TP y APP), pues tienen un bajo costo, son
fáciles de manejar y tienen las características suficientes para la
aplicación.
Laser.- estos sensores pueden utilizarse como detectores de
distancias por análisis de interferencias. Su principio de funcionamiento
es la superposición de dos ondas de igual frecuencia, una directa y la
otra reflejada. La onda resultante pasa por valores máximos y mínimos
al variar la fase de la señal reflejada.
Los sensores industriales generan un haz de luz que se divide en dos
partes ortogonales mediante un separador. Un haz se aplica sobre un
espejo plano fijo, mientras el otro refleja sobre el objeto cuya distancia
se quiere determinar, los dos haces se superponen de nuevo en el
separador, de forma que al separarse el objeto se generan máximos y
mínimos a cada múltiplo de la longitud de onda del haz. La distancia se
mide contando dichas oscilaciones o franjas, obteniéndose una salida
digital de elevada precisión.
Unidad de control electrónico (ECU)
La ECU evalúa las señales de los sensores externos y las limita al nivel
de tensión admisible. Los microprocesadores calculan a partir de estos
datos de entrada y según campos característicos almacenados en
memoria, los tiempos y momentos de inyección y los transforman en
desarrollos temporales de señal que están adaptados al movimiento del
motor. Debido a la precisión requerida y al alto dinamismo del motor, es
necesaria una gran capacidad de cálculo.
Con las señales de salida se activan las etapas finales que suministran
suficiente potencia para los actuadores de regulación de presión del
Rail y para la desconexión del elemento, además se activan también
actuadores para las funciones del motor (ejemplo: la retroalimentación
de gases de escape, actuador de presión de sobrealimentación, relé
para la electrobomba de combustible) y otras funciones auxiliares
(ejemplo: relé del ventilador, relé de calefacción adicional, relé de
incandescencia, acondicionador de aire).
26
Las etapas finales están protegidas contra cortocircuitos y destrucción
debida a sobrecargas eléctricas. El microprocesador recibe
retroinformación sobre anomalías de este tipo así como cables
interrumpidos.
.
Adicionalmente se retransmiten algunas señales de salida, a través de
interfaces, a otros sistemas del vehículo. Dentro del marco de un
campo de seguridad, la unidad de control supervisa también el sistema
de inyección completo.
La activación de los inyectores plantea exigencias especiales a las
etapas finales. La corriente eléctrica se genera en una bobina con
núcleo magnético una fuerza magnética que actúa sobre el sistema
hidráulico de alta presión.
La activación eléctrica de esta bobina debe realizarse con flancos de
corrientes muy pronunciados, para conseguir una tolerancia reducida y
una elevada capacidad de reproducción del caudal de inyección.
Condición previa para ello son tensiones elevadas que se almacenan
en memoria de la unidad de control.
Figura 12 Conexión de la ECU al sistema de encendido
Una regulación de corriente divide la fase de actuación de corriente
(tiempo de inyección) en una fase de corriente de excitación y una fase
de retención. La regulación debe funcionar con tal precisión que el
inyector funcione en cada margen de servicio inyectado de nuevo de
forma reproducible y debe además reducir la potencia de pérdida en la
unidad de control y en el inyector.
27
Condiciones de funcionamiento
A la unidad de control se le plantean altas exigencias en lo referente a:
• La temperatura del entorno (en servicio de marcha normal, -
40…+85ºC)
• La capacidad de resistencia contra productos de servicio (aceite,
combustible)
• La humedad del entorno.
Igualmente son muy altas las exigencias a la compatibilidad
electromagnética (CEM) y a la limitación de la irradiación de señales
perturbadoras de alta frecuencia.
Estructura
La unidad de control se encuentra dentro de un cuerpo metálico. Los
sensores, los actuadores y la alimentación de corriente, están
conectados a la unidad de control a través de un conector multipolar.
Los componentes de potencia para la activación directa de los
actuadores están integrados en la caja de la unidad de control, de
forma tal que se garantiza una buena disipación térmica hacia la caja.
Sistema de posicionamiento de la aleta de aceleración
Introducción del sistema. Este sensor es conocido también como TP
con sus siglas Throttle Position Sensor, está situado sobre la aleta de
estrangulación. Su función radica en registrar la posición de la
mariposa enviando la información hacia la unidad de control.
El sensor de mariposa es una resistencia variable lineal que se
alimenta con una tensión de 5 voltios. Debido a que la medición del
flujo de aire es bastante precisa en los sistemas actuales, la ECU
puede gestionar los estados estacionarios del motor, sin la necesidad
de conocer la posición física de la mariposa en todo momento.
No obstante para la gestión de polaridad (positivo o negativo) resulta
ventajoso para la ECU determinar la posición física inicial y final de la
mariposa, y así es posible determinar exactamente la cantidad de
combustible que se va a inyectar.
En los sistemas de inyección que no poseen potenciómetro para el
seguimiento de la posición de la mariposa, la gestión de los
28
estados transitorios la realiza la ECU basándose en la variación de
lectura del elemento de medición del flujo de aire.
Funcionamiento del TP (Sensor de Posición de la Mariposa)
El TP es una de las entradas de la ECU utilizadas para el cálculo de
liberación de combustible y también una de las salidas controladas por
la ECU.
La principal función del TP es informar a la ECU los movimientos
rápidos de la placa de la mariposa del acelerador para fines de
aceleración y desaceleración.
La ECU toma la información del sensor TP para poder efectuar
distintas funciones de suma importancia para el correcto
funcionamiento de un sistema de inyección electrónica de combustible.
El tipo de TP más utilizado es el potenciómetro. Este consiste en una
pista resistiva barrida con un cursor, y alimentada con una tensión de 5
voltios desde la ECU. Los TP de este tipo suelen tener 3 cables de
conexión y en algunos casos pueden tener cuatro cables, este último
caso incluye un switch, utilizando como contacto de marcha lenta (idle
switch).
En el primer caso el cursor recorre la pista y de acuerdo a la posición
de este sobre la pista del potenciómetro, se puede leer en tensión
dicha posición angular. En el segundo caso (con switch), un cuarto
cable se conecta a masa cuando es censada la condición de mariposa
cerrada.
El interruptor (switch) del acelerador indica a la ECU cuando está
cerrado el acelerador (mariposa del acelerador), cuando está abierto y
cuando completamente abierto. El interruptor consta de veinte y dos
posiciones, con un juego de contactos deslizantes que se mueven a
través de estos a medida que se incrementa la aceleración desde la
posición de cerrado hasta completamente abierto. El interruptor del
acelerador que se emplea en el sistema está montado en el eje del
acelerador. Un contacto indica a la ECU que el acelerador está
cerrado, otro hace contacto solamente cuando el acelerador está
completamente abierto y un tercero hace contacto y se interrumpe 20
29
veces mientras se abre al acelerador. Con los pulsos eléctricos que se
crean al hacer la señal de contacto o no contacto, la ECU determina el
tiempo de apertura de los inyectores, y enriquece la mezcla.
Condiciones de trabajo de un TP
Marcha mínima.- la condición de marcha mínima (800 a 1200 rpm) o
mariposa cerrada (ralentí), es detectada por el TP en base a su
condición de tensión mínima prevista, dicha tensión debe estar
comprendida en un rango predeterminado y entendible por la ECU
como marcha mínima.
Se utiliza para estabilizar la velocidad ralentí del motor durante
arranques en frío y después de condiciones de operación tras un
periodo de calentamiento. La estabilización de la velocidad ralentí se
necesita debido al efecto que los cambios de requerimientos de trabajo
y esfuerzo que se ejercen sobre el motor tienen efecto directo sobre las
emisiones, la calidad de la marcha mínima y la manejabilidad del
vehículo en general.
El valor de tensión se suele denominar voltaje mínimo del TP o voltaje
mínimo, y su ajuste es de suma importancia a los efectos que la ECU
pueda ajustar correctamente el régimen de marcha lenta.
Apertura Máxima.- la condición de apertura permite que la ECU
detecte la aceleración a fondo, condición que se efectúa cuando el
acelerador es pisado a fondo (aprox. 7500 rpm). En esta condición la
ECU efectúa enriquecimiento adicional, modifica el avance y puede
interrumpir el accionamiento de los equipos de AC. La forma de
comprobar esta condición se realiza con el multitester el acelerador a
fondo, la medición debe arrojar una lectura hasta llegar al máximo,
siempre con el sistema en contacto.
Comprobación del sistema
Al existir una falla se detectada en el circuito del TP, la ECU no es
capaz de ajustar la liberación de combustible con rapidez suficiente,
pudiendo ocasionar una marcha mínima incorrecta. Cuando existe un
código de falla del sensor de posición de la mariposa, la ECU sustituye
un valor de recovery (valor por defecto) basado en la rotación del
motor.
30
La ECU aplica un voltaje de referencia de 5 voltios de alimentación al
sistema. Con la señal que recibe la ECU del TP, la ECU compara los
valores de rotación y carga del motor, si la señal está fuera del rango,
la ECU identifica la falla.
Verificación de voltaje de entrada.
Poner la llave en posición KOEO (Key on engine off), seleccionar el
multímetro en escala de voltaje (DC). Medir el voltaje en el cable de
entrada, éste debe estar entre aproximadamente 4,60 y 5,20 voltios
(DC).
Si el voltaje no es aproximadamente 5 voltios verificar los contactos o
cable que puede estar interrumpido entre el sensor y el conector de la
ECU, si todo está bien y la falla persiste, es necesario cambiar la ECU.
Verificación de la tierra del sensor
Conectar el analizador de polaridad al cable de tierra del sensor. La
polaridad debe ser negativa.
Fuente: RUEDA SANTANDER, Jesús. Manual Técnico de Fuel
Injection.1era.ed.Ecuador: Guayaquil, 2005. Tomo 2. Pág. 306
En el caso de que no exista polaridad negativa se debe verificar los
contactos o cable que puede estar interrumpido entre el sensor y el
conector de la ECU. Revisar la alimentación de la ECU, si todo está
bien y la falla persiste, es necesario cambiar la ECU.
Verificación del voltaje de retorno.
Conectar el multímetro midiendo el voltaje (DC) en el cable de retorno
del sensor. Abrir lentamente la placa de la mariposa del acelerador y
comparar los valores de apertura por voltaje de acuerdo con los
siguientes valores.
La señal debe variar entre aproximadamente 0,50 voltios (placa de la
mariposa cerrada) y 4,50 voltios (placa de la mariposa abierta), sin
saltos ni interrupciones. Si el voltaje no cambia de acuerdo con los
datos que se dio anteriormente se debe verificar si existe un mal
contacto del conector del sensor. Si todo está bien y la falla persiste, es
necesario cambiar el sensor TP.
Fuente: RUEDA SANTANDER, Jesús. Manual Técnico de Fuel
Injection.1era.ed.Ecuador: Guayaquil, 2005. Tomo 2. Pág. 306
31
Sistema de cuerpo de mariposa motorizado
Descripción del sistema
El sensor TP (Throttle Position Sensor) o sensor de posición de
garganta-mariposa indica la posición de la mariposa en el cuerpo de
aceleración.
En vehículos más recientes que ya no usan válvula IAC se utiliza el
Sensor de Posición del Pedal Acelerador (APP) que indica la posición
del pedal del acelerador. Entre más se acerque el brazo móvil al voltaje
de suministro, la señal de salida será mayor. Debido a este voltaje, la
ECU puede determinar la posición del componente.
Figura 13 Circuito del sensor de posición de mariposa.
En los sistemas de control electrónico del acelerador, se trata de llevar
la aceleración completamente controlada.
Esto trae ventajas como la precisa aceleración y la reducción de la
contaminación, sobre todo en condiciones de velocidad constantes, en
las cuales la velocidad puede ser muy controlada.
Características del sistema
32
El sensor TP está montado en el cuerpo de aceleración y convierte el
ángulo de la mariposa del cuerpo de aceleración en una señal eléctrica.
A medida que la mariposa se abre, el voltaje de la señal se incrementa.
La ECU usa la información de la posición de la mariposa para saber:
• Modo del motor: ralentí, aceleración parcial, aceleración total.
• Apagar AC y control de emisiones en posición WOT (Wide Open
Throttle-Aceleración Total)
• Correcciones de proporción aire/combustible
• Corrección del incremento de potencia del motor
• Control del corte de combustible
• Disminución de los tirones durante el trabajo del motor.
• La información se transmite electrónicamente en vez de
mecánicamente.
Este sistema fue creado con la necesidad de los fabricantes cumplir
con las estrictas normas anticontaminantes, conllevado con el mínimo
error del sistema de entrada de aire.
Por tratarse de un sistema que controla toda la aceleración del motor,
no se permite ningún error por parte del ECU por esta razón el cuerpo
de mariposa queda en una estrategia de límite de revoluciones en el
momento que se detecte alguna inconformidad de funcionamiento del
motor o de los sistemas verificación APP Y TP.
Funcionamiento del sistema
Esta gestión electrónica modifica todas las condiciones de aceleración
del motor con un control directo por parte del ECU, acelerando el motor
hasta donde los límites del mismo son seguros o solo en condiciones
que no logren un exagerado nivel de emisiones. Para esto el módulo de
control toma parte de varios sensores y controla lo que antes hacían
sistemas que eran muy vulnerables al desgaste como eran los
sistemas de marcha mínima. La aleta de aceleración está en una
condición de reposo en aproximadamente 1200 RPM. Esta condición
de reposo se consigue por resortes antagónicos en el eje de la
mariposa. A partir de esa posición es posible cerrar la mariposa o
abrirla, esto se logra según la polaridad aplicada al actuador motor.
33
Para una polaridad aplicada sobre el motor, la mariposa se cerrará y
para otra polaridad se abrirá.
Figura 14 Sistema de control de aceleración.
Alonso M, (1998).Define que el sistema de control de aceleración tiene
en su interior un motor eléctrico de corriente continua que es el
encargado de mover a la mariposa del acelerador por medio de
engranajes. Un juego de resortes antagónicos mantiene la posición de
reposo. Para la posición de reposo, el régimen del motor resulta
aproximadamente 1200 RPM.
Si un problema es detectado por la unidad de control, la misma
suspenderá la alimentación al motor quedando así en la posición de
reposo. Es decir ante un problema el motor queda en ralentí acelerado.
En algunos casos el sistema permite acelerar hasta 2000 RPM,
denominándose este modo de funcionamiento degradado, estrategia
de reducción de potencia. Esta estrategia el sistema la adopta en caso
de problemas con cualquiera de los componentes señalados.
Para poder invertir el giro del motor se deben invertir polaridades,
adoptando un polo masa o positivo mientras el otro es pulsado.
Regulación de la marcha mínima y régimen bajo.- para cerrar la
mariposa el control eléctrico debe colocar masa a un lado del bobinado
del motor y pulsar positivamente el otro extremo.
34
Cuanto más grande es el pulso positivo tanto más se cierra la
mariposa. Se consigue así regular la marcha mínima.
Aceleración y regímenes altos.-Para abrir la mariposa el control
electrónico debe colocar masa al otro extremo del bobinado del motor y
pulsar positivamente el que anteriormente estaba en masa.
Cuanto más grande es el pulso positivo tanto más se abre la mariposa.
Se consigue así acelerar el motor. Para poder censar la posición de la
mariposa el TAC incorpora dos potenciómetros en su interior. Estos
son los TP
Elementos que conforman el sistema
El sistema está compuesto por dos potenciómetros colocados en el
pedal del acelerador conocidos comúnmente como sensores de
posición del acelerador, la Unidad de Control Electrónico de gestión del
motor y por último un cuerpo de mariposa con accionamiento eléctrico
compuesto por dos potenciómetros y un motor eléctrico que permite
abrir o cerrar la mariposa del acelerador.
Sensor del acelerador APP
El APP o sensor de posición del pedal del acelerador (Acelerador-
Pedal-Position), puede ir colocado en el conjunto del mismo pedal.
El conductor ejerce la acción sobre un resorte y mueve un conjunto de
potenciómetros dentro del APP.
El sensor de posición del pedal de acelerador APP de dos
potenciómetros, las señales de estos suelen ser diferentes, por lo
general mientras el voltaje de un potenciómetro aumenta al mover el
pedal del acelerador, la del otro decrece. La unidad de control
permanentemente analiza cómo evolucionan los potenciómetros, esto
significa que las tensiones que recibe de estos deben estar dentro de
rangos prefijados.
Sensor del cuerpo de mariposa TP
El sensor de posición de la aleta de la mariposa TP de dos
potenciómetros, las señales de estos deben ser desiguales,
normalmente mientras el voltaje de un potenciómetro aumenta al
mover el motor la aleta de la mariposa, la del otro decrece.
35
Figura15 sensor de posición de aleta de la mariposa TP
La unidad de control constantemente analiza cómo desarrollan los
potenciómetros, esto expresa que las tensiones que recibe de estos
deben estar íntimamente en rangos predeterminados.
Si un potenciómetro para una posición de la mariposa da un valor de
tensión, el otro debe dar también un valor que debe estar dentro del
rango esperado por la unidad de control.
Señales requeridas para el funcionamiento del sistema de cuerpo
de Mariposa motorizada.
Media de APP
Muestra la medida de los dos sensores de posición del acelerador,
calculada por el módulo de control del accionador de la mariposa TAC.
La medida APP es una gama de valores que indican un número bajo
cuando el pedal del acelerador no está pisado y un número alto cuando
el pedal del acelerador está completamente pisado. Este valor se lista
en recuentos.
Ángulo Indicado APP
Indica el ángulo del pedal del acelerador calculado por el módulo de
control usando las señales de los sensores de posición del pedal del
acelerador. El ángulo indicado APP es una gama de valores que
indican un porcentaje bajo cuando el pedal del acelerador no está
36
pisado y un porcentaje alto cuando el pedal del acelerador está
completamente pisado.
Sensor de posición del acelerador APP1
Este, muestra la señal de tensión enviada al módulo de control desde
el sensor de posición del acelerador APP1 del conjunto de sensores
APP. El sensor APP1 expresa un intervalo de valores que indican una
tensión baja cuando el pedal del acelerador no está pisado y una
tensión alta cuando el pedal el acelerador está pisado a fondo.
Sensor de posición del acelerador APP2
Este, muestra la señal de tensión enviada al módulo de control desde
la posición del acelerador APP2 del conjunto de sensores APP. El
Sensor APP2 expresa un intervalo de valores que indican una tensión
baja cuando el pedal del acelerador no está pisado y una tensión alta
cuando el pedal el acelerador está pisado a fondo.
Comparación de señales APP Sensor 1 y APP Sensor 2
Enseña los resultados de una comprobación del módulo de control que
compara las señales de los sensores de posición del acelerador APP1
y APP2. La herramienta de diagnóstico debe demostrar concordancia o
discrepancia.
Si concuerda quiere decir que las tensiones medidas por el sensor
APP1 y el sensor APP2 se corresponden con la misma posición del
acelerador. Si se produce una discrepancia es que el sensor APP1 y el
sensor APP2 miden tensiones equivalentes a posiciones de acelerador
distintas.
Ángulo deseado TP
El diagnosticador indica de 0 – 100 por ciento. El módulo de control del
motor (ECU) indica el ángulo del acelerador marcado por el conductor
del vehículo.
Angulo indicado TP
Este parámetro muestra el ángulo de posición de la mariposa (TP) en
forma de porcentaje. El módulo de control calcula esta información a
partir de las señales de los sensores de posición de la válvula de
mariposa.
37
La herramienta de análisis indica un porcentaje bajo cuando la
mariposa este cerrada o un porcentaje alto cuando la mariposa esté
abierta.
Sensor TP1 señal de tensión
Muestra la señal de tensión enviada al módulo de control desde el
sensor que controla la posición de la mariposa. Correspondiente al
sensor 1 del conjunto sensor de posición de la mariposa (TP).
La herramienta de análisis indica una tensión baja cuando la mariposa
esté en posición de reposo y un porcentaje alto cuando la mariposa
esté totalmente abierta.
Ángulo del Sensor
Se muestra el ángulo del sensor 1 de posición de la mariposa en forma
de porcentaje. El módulo de control calcula esta información a partir de
la señal procedente del sensor 1 de posición de la mariposa.
EL instrumento de análisis muestra un porcentaje bajo cuando la
mariposa este cerrada o un porcentaje alto cuando la mariposa esté
abierta.
Sensores TP1 y sensor TP2
Esto muestra los resultados de una comprobación del módulo de
control que compara las señales de los sensores 1 y 2 de posición de
la mariposa.
La herramienta de diagnóstico indica concordancia cuando la señal del
sensor 1 de posición de la mariposa se corresponde con la señal del
sensor 2 o muestra discrepancia si la señal del sensor 1 de posición de
la mariposa no concuerda con la señal del sensor 2.
Sensor TP2 señal de tensión Muestra la señal de tensión enviada al
módulo de control desde el sensor que controla la posición de la
mariposa. Esto se refiere al sensor 2 del conjunto sensor de posición
de la mariposa (TP). El diagnosticador indica una tensión alta cuando la
mariposa esté en posición de reposo o una tensión baja cuando la
mariposa esté totalmente abierta.
Ángulo del Sensor TP2
38
Este parámetro muestra el ángulo del sensor 2 de posición de la
mariposa (TP) en forma de porcentaje. El módulo de control calcula
esta información a partir de señales del sensor 2 de posición de la
mariposa.
La herramienta de análisis indica un porcentaje bajo cuando la
mariposa esté cerrado un porcentaje alto cuando esté abierta.
Motor con gestión Gestión electrónica del motor
Figura 16 Motor con gestión electrónica
BERU. (2013). Define que la tarea principal de los motores con gestión
electrónica es la de coordinar todos los parámetros mediante una
regulación constante de procesos a fin de asegurar un funcionamiento
económico y ecológico del motor. .
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 clase de combustible
(mediante un sensor de picado) y la posición del pedal del acelerador.
39
Cualquier desviación respecto de 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 elvehículo.
COMPONENTES DE UN MOTOR DE GASOLINA
Filtro de aire.- Su función es extraer el polvo y otras partículas para
limpiar lo más posible el aire que recibe el carburador, antes que la
mezcla aire-combustible pase al interior de la cámara de combustión de
los cilindros del motor.
Carburador.- Mezcla el combustible con el aire en una proporción de
1:10000 para proporcionar al motor la energía necesaria para su
funcionamiento. Esta mezcla la efectúa el carburador en el interior de un
tubo con un estrechamiento practicado al efecto, donde se pulveriza la
gasolina por efecto venturi. Una bomba mecánica, provista con un
diafragma de goma o sintético, se encarga de bombear desde el tanque
principal la gasolina para mantener siempre llena una pequeña cuba
desde donde le llega el combustible al carburador.
En los coches actuales esa bomba de gasolina, en lugar de ser mecánica
es eléctrica y se encuentra situada dentro del propio tanque principal de
combustible. Para evitar que la cuba se rebose y pueda llegar a inundar
de gasolina la cámara de combustión, existe en el interior de la cuba un
flotador encargado de abrir la entrada del combustible cuando el nivel
baja y cerrarla cuando alcanza el nivel máximo admisible.
El propio carburador permite regular la cantidad de mezcla aire-
combustible que envía a la cámara de combustión del motor utilizando un
mecanismo llamado mariposa. Por medio del acelerador de pie del coche,
o el acelerador de mano en los motores estacionarios, se regula
transitoriamente el mecanismo de la mariposa, lo que permite una mayor
o menor entrada de aire al carburador. De esa forma se enriquece o
empobrece la mezcla aire-combustible que entra en la cámara de
combustión del motor, haciendo que el cigüeñal aumente o disminuya las
40
revoluciones por minuto. Cuando la mezcla de aire-combustible es pobre,
las revoluciones disminuyen y cuando es rica, aumentan.
Los motores más modernos y actuales no utilizan ya carburador, sino que
emplean un nuevo tipo de dispositivo denominado “inyector de gasolina”.
Este inyector se controla de forma electrónica para lograr que la
pulverización de la gasolina en cada cilindro se realice en la cantidad
realmente requerida en cada momento preciso, lográndose así un mayor
aprovechamiento y optimización en el consumo del combustible. Es
necesario aclarar que los inyectores de gasolina no guardan ninguna
relación con los inyectores o bomba de inyección que emplean los
motores diésel, cuyo funcionamiento es completamente diferente.
Figura 17 Inyector de gasolina
Distribuidor o Delco.- Distribuye entre las bujías de todos los cilindros
del motor las cargas de alto voltaje o tensión eléctrica provenientes de la
bobina de encendido o ignición. El distribuidor está acoplado
sincrónicamente con el cigüeñal del motor de forma tal que al rotar el
contacto eléctrico que tiene en su interior, cada bujía recibe en el
momento justo la carga eléctrica de alta tensión necesaria para provocar
41
la chispa que enciende la mezcla aire-combustible dentro de la cámara
de combustión de cada pistón.
Bomba de gasolina.- Extrae la gasolina del tanque de combustible para
enviarla a la cuba del carburador cuando se presiona el “acelerador de
pie” de un vehículo automotor o el “acelerador de mano” en un motor
estacionario. Desde hace muchos años atrás se utilizan bombas
mecánicas de diafragma, pero últimamente los fabricantes de motores
las están sustituyendo por bombas eléctricas, que van instaladas dentro
del propio tanque de la gasolina.
Bobina de encendido o ignición.- Dispositivo eléctrico perteneciente al
sistema de encendido del motor, destinado a producir una carga de alto
voltaje o tensión. La bobina de ignición constituye un transformador
eléctrico, que eleva por inducción electromagnética la tensión entre los
dos enrollados que contiene en su interior. El enrollado primario de baja
tensión se conecta a la batería de 12 volt, mientras que el enrollado
secundario la transforma en una corriente eléctrica de alta tensión de 15
mil ó 20 mil volt. Esa corriente se envía al distribuidor y éste, a su vez, la
envía a cada una de las bujías en el preciso momento que se inicia en
cada cilindro el tiempo de explosión del combustible.
Filtro de aceite.- Recoge cualquier basura o impureza que pueda
contener el aceite lubricante antes de pasar al sistema de lubricación del
motor.
Bomba de aceite.- Envía aceite lubricante a alta presión a los
mecanismos del motor como son, por ejemplo, los cojinetes de las bielas
que se fijan al cigüeñal, los aros de los pistones, el árbol de leva y
demás componentes móviles auxiliares, asegurando que todos reciban
la lubricación adecuada para que se puedan mover con suavidad.
Cárter.- Es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que utiliza
el motor. Una vez que la bomba de aceite distribuye el lubricante
entre los diferentes mecanismos, el sobrante regresa al cárter por
42
gravedad, permitiendo así que el ciclo de lubricación continúe, sin
interrupción, durante todo el tiempo que el motor se encuentre
funcionando.
Aceite lubricante.- Su función principal es la de lubricar todas las
partes móviles del motor, con el fin de disminuir el rozamiento y la
fricción entre ellas. De esa forma se evita el excesivo desgaste de
las piezas, teniendo en cuenta que el cigüeñal puede llegar a
superar las 6 mil revoluciones por minuto.
Como función complementaria el aceite lubricante ayuda también a
refrescar los pistones y los cojinetes, así como mantenerlos limpios.
Otra de las funciones del lubricante es ayudar a amortiguar los
ruidos que produce el motor cuando está funcionando.
El aceite lubricante en sí ni se consume, ni se desgasta, pero con el
tiempo se va ensuciando y sus aditivos van perdiendo eficacia hasta
tal punto que pasado un tiempo dejan de cumplir su misión de
lubricar. Por ese motivo periódicamente el aceite se debe cambiar
por otro limpio del mismo grado de viscosidad recomendada por el
fabricante del motor. Este cambio se realiza normalmente de
acuerdo con el tiempo que estipule el propio fabricante, para que así
los aditivos vuelvan a ser efectivos y puedan cumplir su misión de
lubricar. Un tercio del contenido de los aceites son aditivos, cuys
propiedades especiales proporcionan una lubricación adecuada.
Toma de aceite.- Punto desde donde la bomba de aceite succiona
el aceite lubricante del cárter.
Cables de alta tensión de las bujías.- Son los cables que
conducen la carga de alta tensión o voltaje desde el distribuidor
hasta cada bujía para que la chispa se produzca en el momento
adecuado.
Bujía.- Electrodo recubierto con un material aislante de cerámica. En
su extremo superior se conecta uno de los cables de alta tensión o
voltaje procedentes del distribuidor, por donde recibe una carga
43
eléctrica de entre 15 mil y 20 mil volt aproximadamente. En el otro
extremo la bujía posee una rosca metálica para ajustarla en la culata
y un electrodo que queda situado dentro de la cámara de
combustión.
La función de la bujía es hacer saltar en el electrodo una chispa
eléctrica dentro de la cámara de combustión del cilindro cuando
recibe la carga de alta tensión procedente de la bobina de ignición y
del distribuidor. En el momento justo, la chispa provoca la explosión
de la mezcla aire-combustible que pone en movimiento a los
pistones. Cada motor requiere una bujía por cada cilindro que
contenga su bloque.
Balancín.- En los motores del tipo OHV (Over Head Valves –
Válvulas en la culata), el balancín constituye un mecanismo
semejante a una palanca que bascula sobre un punto fijo, que en el
caso del motor se halla situado normalmente encima de la culata. La
función del balancín es empujar hacia abajo las válvulas de admisión
y escape para obligarlas a que se abran. El balancín, a su vez, es
accionado por una varilla de empuje movida por el árbol de levas. El
movimiento alternativo o de vaivén de los balancines está
perfectamente sincronizado con los tiempos del motor.
Muelle de válvula.- Muelle encargado de mantener normalmente
cerradas las válvulas de admisión y escape. Cuando el balancín
empuja una de esas válvulas para abrirla, el muelle que posee cada
una las obliga a regresar de nuevo a su posición normal de “cerrada”
a partir del momento que cesa la acción de empuje de los
balancines..
Válvula de escape.- Pieza metálica en forma de clavo grande con
una gran cabeza, cuya misión es permitir la expulsión al medio
ambiente de los gases de escape que se generan dentro del cilindro
del motor después que se quema la mezcla aire-combustible en
durante el tiempo de explosión.
Normalmente los motores poseen una sola válvula de escape por
44
cilindro; sin embargo, en la actualidad algunos motores modernos
pueden tener más de una por cada cilindro.
Válvula de admisión.- Válvula idéntica a la de escape, que
normalmente se encuentra junto a aquella. Se abre en el momento
adecuado para permitir que la mezcla aire-combustible procedente
del carburador, penetre en la cámara de combustión del motor para
que se efectúe el tiempo de admisión. Hay motores que poseen una
sola válvula de admisión por cilindro; sin embargo, los más
modernos pueden tener más de una por cada cilindro.
Múltiple o lumbrera de admisión.- Vía o conducto por donde le
llega a la cámara de combustión del motor la mezcla de aire-
combustible procedente del carburador para dar inicio al tiempo de
admisión.
Cámara de combustión.- Espacio dentro del cilindro entre la culata
y la parte superior o cabeza del pistón, donde se efectúa la
combustión de la mezcla aire-combustible que llega del carburador.
La capacidad de la cámara de combustión se mide en cm3 y
aumenta o disminuye con el movimiento alternativo del pistón.
Cuando el pistón se encuentra en el PMS (Punto Muerto Superior) el
volumen es el mínimo, mientras que cuando se encuentra en
el PMI (Punto Muerto Inferior) el volumen es el máximo.
Varilla empujadora.- Varilla metálica encargada de mover los
balancines en un motor del tipo OHV (Over Head Valves – Válvulas
en la culata). La varilla empujadora sigue siempre el movimiento
alternativo que le imparte el árbol de levas.
Árbol de levas.- Eje parecido al cigüeñal, pero de un diámetro
mucho menor, compuesto por tantas levas como válvulas de
admisión y escape tenga el motor. Encima de cada leva se apoya
una varilla empujadora metálica, cuyo movimiento alternativo se
45
transmite a los balancines que abren y cierran las válvulas de
admisión o las de escape.
Sella la cámara de combustión para que durante el tiempo de
compresión la mezcla aire-combustible no pase al interior del
cárter; tampoco permite que los gases de escape pasen al cárter
una vez efectuada la explosión.
Ayuda a traspasar a los cilindros parte del calor que libera el pistón
durante todo el tiempo que se mantiene funcionando el motor.
Ofrece cierta amortiguación entre el pistón y el cilindro cuando el
motor se encuentra en marcha.
Bombea el aceite para lubricar el cilindro.
Rascador de aceite:
Permite que cierta cantidad de lubricante pase hacia la parte
superior del cilindro y “barre” el sobrante o el que se adhiere por
salpicadura en la parte inferior del propio cilindro, devolviéndolo al
cárter por gravedad
Normalmente cada pistón posee tres ranuras para alojar los aros.
Las dos primeras la ocupan los dos aros de compresión o fuego,
mientras que la última la ocupa un aro rascador de aceite.
Los aros de compresión son lisos, mientras que el aro rascador de
aceite posee pequeñas aberturas a todo su alrededor para facilitar la
distribución pareja del lubricante en la superficie del cilindro o camisa
por donde se desplaza el pistón.
Pistón.- El pistón constituye una especie de cubo invertido, de
aluminio fundido en la mayoría de los casos, vaciado interiormente.
En su parte externa posee tres ranuras donde se insertan los aros de
compresión y el aro rascador de aceite. Más abajo de la zona donde
se colocan los aros existen dos agujeros enfrentados uno contra el
46
otro, que sirven para atravesar y fijar el bulón que articula el pistón
con la biela.
Figura 18 Estructura de un pistón
Biela.- Es una pieza metálica de forma alargada que une el pistón
con el cigüeñal para convertir el movimiento lineal y alternativo del
primero en movimiento giratorio en el segundo. La biela tiene en
cada uno de sus extremos un punto de rotación: uno para soportar el
bulón que la une con el pistón y otro para los cojinetes que la articula
con el cigüeñal. Las bielas puedes tener un conducto interno que
sirve para hacer llegar a presión el aceite lubricante al pistón.
47
Bulón.- Es una pieza de acero que articula la biela con el pistón. Es
la pieza que más esfuerzo tiene que soportar dentro del motor.
Cigüeñal.- Constituye un eje con manivelas, con dos o más puntos
que se apoyan en una bancada integrada en la parte superior del
cárter y que queda cubierto después por el propio bloque del motor,
lo que le permite poder girar con suavidad. La manivela o las
manivelas (cuando existe más de un cilindro) que posee el cigüeñal,
giran de forma excéntrica con respecto al eje. En cada una de las
manivelas se fijan los cojinetes de las bielas que le transmiten al
cigüeñal la fuerza que desarrollan los pistones durante el tiempo de
explosión.
F
i
g
ura 19. Cigüeñal y eje de levas
48
Ilustración esquemática en la que se puede apreciar la forma en que
los pistones transforman el movimiento rectilíneo alternativo que
producen las explosiones en la cámara de combustión, en movimiento
giratorio en el cigüeñal
Figura 20 Partes Principales del Motor
Partes principales de un motor
1-Culata
2-Bloque
3-Cárter
LA CULATA: La culata constituye una pieza de hierro fundido (o de
aluminio en algunos motores), que va colocada encima del bloque del
motor. Su función es sellar la parte superior de los cilindros para evitar
pérdidas de compresión y salida inapropiada de los gases de
escape.En la culata se encuentra situadas las válvulas de admisión y
49
de escape, así como las bujías. Posee, además, dos conductos
internos: uno conectado al múltiple de admisión (para permitir que la
mezcla aire-combustible penetre en la cámara de combustión del
cilindro) y otro conectado al múltiple de escape (para permitir que los
gases producidos por la combustión sean expulsados al medio
ambiente). Posee, además, otros conductos que permiten la circulación
de agua para su refresco..La culata está firmemente unida al bloque del
motor por medio de tornillos. Para garantizar un sellaje hermético con
el bloque, se coloca entre ambas piezas metálicas una “junta de
culata”, constituida por una lámina de material de amianto o cualquier
otro material flexible que sea capaz de soportar, sin deteriorarse, las
altas temperaturas que se alcanzan durante el funcionamiento del
motor.
Figura 21. Carter
El cárter: es el lugar donde se deposita el aceite lubricante que permite
lubricar el cigüeñal, los pistones, el árbol de levas y otros mecanismos
móviles del motor. Durante el tiempo de funcionamiento del motor una
bomba de aceite extrae el lubricante del cárter y lo envía a los
mecanismos que requieren lubricación. Existen también algunos tipos
de motores que en lugar de una bomba de aceite emplean el propio
cigüeñal, sumergido parcialmente dentro del aceite del cárter, para
50
lubricar “por salpicadura” el mismo cigüeñal, los pistones y el árbol de
levas.
Sistemas de gestión mecánicos
La gestión del motor se puede hacer de diversas formas. Antes de la
llegada de la electrónica al mundo del automóvil, la gestión, la decisión
de cuanta cantidad de combustible y cuando tiene que saltar la chispa,
se decidía mediante dispositivos mecánicos. Las diferentes condiciones
de uso al que está sometido el motor hace que estos mecanismos sean
complejos y además sea muy importante una correcta puesta a punto
de los mismos. Esta complejidad de construcción hace que estos
dispositivos tengan un importante coste a nivel de fabricación, cuestión
muy crítica en automoción. A continuación se expondrá de forma breve
el funcionamiento general de estos dispositivos mecánicos
Carburador Es el encargado de realizar la mezcla de aire y
combustible en las diferentes condiciones de marcha a las que
se somete el motor. Debido a esta variabilidad de condiciones, el
carburador dispone de diferentes dispositivos para adaptarse a las
condiciones de funcionamiento.
Figura 22 Carburador
Y la válvula de aguja, regula la aportación de combustible a la cámara
o cubeta del flotador y mantiene constante en el carburador el nivel de
51
c
o
m
b
u
st
ib
le
n
ecesario para asegurar la presión correcta de funcionamiento.
Figura 23 Flotador
Dispositivo de arranque en frío que pueden ser de diferente naturaleza,
varillas de regulación del flotador, mariposas de arranque o de starter
(Choke), y carburadores de starter o carburadores arrancadores con
registro giratorio.
52
Figura 24 Arrancadores en frio
La existencia de este dispositivo se debe a que en el arranque de
motores fríos se separa de la mezcla una gran parte del combustible y
se deposita en las paredes del conducto de admisión, por tanto es
necesario un mayor aporte de combustible llegando a formarse mezclas
muy ricas de aproximadamente una relación aire/combustible 3:1
Sistema de marcha en vacío
Prepara, mediante la tobera de aire, una mezcla para la marcha en
vacío. Este sistema compensa la velocidad del aire que es demasiado
pequeña para aspirar combustible de la boca del surtidor principal. El
sistema consiste en un canal de combustible que desemboca detrás de
la válvula de mariposa de control del grado de carga,
Dispositivo de aceleración
Que en el caso de una repentina aceleración tiene que suministrar al
motor adicionalmente combustible para una mezcla más rica. Como
con un número de revoluciones creciente el aire es acelerado más
rápidamente que el combustible, que es de mayor densidad, a los
canales del carburador, hará falta para esto una bomba aceleradora.
En el caso de una repentina apertura de la mariposa, la bomba, que
puede ser de membrana o de émbolo, tiene que suministrar el
combustible suplementario que baste para compensar el tiempo
necesario para que se establezca el funcionamiento del sistema propio
del surtidor principal.
53
Figura 25. Dispositivo de acelerador
Bobina de encendido
Es un transformador. La corriente de la batería cortada por el
interruptor circula a lo largo del circuito primario. Tanto al cerrar los
contactos como al abrirlos se forman en el circuito primario
Figura 26 Bobina de encendido
Condensador empleado en la instalación de encendido absorbe los
electrones puestos en movimiento por la tensión de autoinducción y
54
queda cargado. El interruptor, puesto en paralelo, puede abrirse sin,
prácticamente, formación de chispas.
Distribuidor de chispa (delco) consta del platillo del ruptor con las
conexiones para las conducciones de alta tensión, y el rotor de
distribución que está colocado sobre la leva de ruptura. La alimentación
de la alta tensión al rotor del distribuidor se realiza a través de una
escobilla de carbón montada elásticamente y la conducción por medio
de salto de chispas. En el distribuidor de encendido están
comprendidos el ruptor y el regulador de avance de encendido. El
ruptor consta de la palanca del ruptor, el yunque y la leva. La palanca
del ruptor y el yunque llevan los contactos que son generalmente de
tungsteno. Si la palanca del ruptor apoya con presión el resorte sobre
el yunque quedará cerrado el circuito de corriente de la bobina
primaria. La leva es accionada en los motores de cuatro tiempos con
un número de revoluciones mitad de los que realiza el cigüeñal y en los
motores de dos tiempos con el mismo número de revoluciones del
cigüeñal. La leva separa la palanca del ruptor en el instante preciso de
su apoyo sobre el yunque y produce de este modo la chispa de
encendido. El número de elevaciones sobre la leva corresponde al
número de cilindros. El regulador de encendido se ocupa
automáticamente del correcto ajuste del punto de encendido (avance
de encendido).
Figura 27 Distribuidor de chispa
Regulador por fuerza centrífuga o de depresión.
55
El regulador de encendido por fuerza centrífuga hace girar la leva,
soportada de modo movible sobre el árbol del distribuidor, en el sentido
de rotación con ayuda de pesos centrífugos. El regulador de depresión
ajusta el punto de encendido de modo dependiente de la carga con
ayuda de la depresión reinante en el tubo de aspiración.
Regulador de depresión Sistema de control, inyección y encendido,
para motores térmicos y alternativos de ciclo Otto basado en
programación abierta bajo LabVIEW Sistemas de gestión electrónica
Figura 28 fuerza centrifuga
Gestión de los motores de combustión interna
La introducción de la electrónica aplicada al automóvil nació de la
necesidad de cumplir las normativas de contaminación, más
adelante las aplicaciones en sistemas de seguridad, confort,
entretenimiento y comunicación hicieron que la electrónica se
expandiera por todo el automóvil. La importancia de la electrónica
en automoción en valores.
Actualmente la electrónica supone un 30% del costo de un
automóvil. En los próximos años un 90% de las innovaciones se
desarrollarán en este campo. - En la actualidad cada coche posee
56
en su interior 50 centralitas. - Entre un 70 – 80% de las averías son
electrónicas. La electrónica supone una gran inversión, un aumento
del número de fallos y de averías así como grandes beneficios.
Los componentes electrónicos cambian cada 3 años; se exige una
gran fiabilidad (10 años o 200.000 km) y menos de 1 pieza
defectuosa por millón; han de funcionar en condiciones
ambientales hostiles: - Entre -40 y +150 ºC –
Una parte básica del equipo de gestión del motor es la Unidad
Electrónica de Control (ECU), ya que recibe todas las
informaciones de los captadores y sondas, y se encarga de su
tratamiento para dar órdenes precisas para una correcta
La ECU toma sus decisiones mediante la información llegada de
los sensores y la información que tiene su memoria interna y envía
sus señales de gestión a los diferentes actuadores. Estos
actuadores se amoldan a los diferentes requerimientos del motor
de forma más o menos adecuada sin necesidad de una puesta
punto mecánica ya que los ajustes a las diferentes necesidades lo
comanda la ECU.
En la gestión de un motor, en la actualidad, se utilizan tanto
señales analógicas como digitales. Estas señales se obtienen
mediante sensores. Los sensores pueden ser sin alimentación
(generadores) o con alimentación externa (moduladores).
Los sensores inductivos suelen estar colocados en la rueda fónica
situada en el cigüeñal y el cable de salida de señal está
apantallado para evitar las interferencias debido a las interferencias
electromagnéticas.
La señal de salida obtenida por estos sensores tiene una amplitud
variable debido a que depende de las revoluciones del motor, a
más revoluciones mayor amplitud, así como una frecuencia
también variable.
57
Los sensores de efecto Hall (Fig. 4.15) se basan, como su nombre
indica, en el efecto Hall que consiste en la aparición de un campo
eléctrico en un conductor cuando es atravesado por una corriente
estando dentro de un campo magnético.
Figura.29 Sensor Holl
Figura30 principio de efecto holl
En el automóvil se colocan en el árbol de levas donde un disco
perforado que gira solidario al árbol permite hacer llegar al sensor el
campo magnético de un imán colocado al otro lado del disco cuando
coincide un agujero con la trayectoria del flujo magnético y el sensor.
58
Caudalímetro
Para el cálculo de la cantidad de aire que está entrando en cada
momento en el motor se puede utilizar diferentes sistemas aunque en
la actualidad el más utilizado es el caudalímetro másico. Los otros
sistemas se explican brevemente: - Potenciómetro de posición de
mariposa: Mide el caudal de forma indirecta. A partir de la sección y de
las r.p.m. se deduce aproximadamente la presión del colector. Se
realiza la hipótesis que el motor se comporta como una bomba
volumétrica y a partir de ahí deduce el cabal másico que pasa por la
mariposa partiendo de la calibración que se ha efectuado en un banco
de flujo y del que se ha obtenido una correlación experimental del
caudal volumétrico en función del ángulo de mariposa; y del caudal
másico de aire en función del ángulo de mariposa y de la temperatura
de aire.
Sensor de presión: A diferencia del sistema anterior, éste no ha de
deducir la presión en el colector ya que la obtiene directamente. Con el
valor de la presión y con datos guardados en una cartografía, deduce la
Señal del sensor de efecto Hall Sistema de control, inyección y
encendido, para motores térmicos y alternativos de ciclo Otto .hay de
dos tipos: de aleta sonda y de hilo caliente. El caudalímetro de aleta
sonda está en desuso, su funcionamiento es el siguiente: El flujo de
aire mueve una compuerta que obstaculiza su paso. La posición de
esta compuerta refleja el caudal másico de aire que circula. El
caudalímetro de aire de hilo caliente (trabaja según el principio de
temperatura constante. El hilo caliente forma parte de un circuito de
puente de Wheatstone, cuya tensión diagonal en bornes es regulada a
cero variando la corriente de calentamiento. Si aumenta el caudal de
aire, el hilo se enfría y, por tanto, disminuye su resistencia, lo cual
provoca un desequilibrio de la tensión en bornes del puente, que es
corregido inmediatamente por el circuito de regulación, elevando la
corriente de calefacción. El aumento de corriente está determinado de
tal forma que el hilo recupere su temperatura inicial, con lo que se
59
consigue una relación directa entre el flujo de aire y la corriente
calefactora. Así pues, el valor de esta corriente representa la medida
de la masa de aire aspirada por el motor. La señal que envía el
caudalímetro es del tipo analógica con un rango de actuación que
empieza aproximadamente en los 1,5 V y llega hasta los 5 V.
La ECU calcula con este valor de voltaje y con parámetros de presión
de admisión, revoluciones y temperatura, la proporción de la mezcla.
Figura 31 Caudalimetro
Figura 32. Sensor de presión (MAP)
60
presión (MAP) El sensor de presión (Manifold Absolute Pressure (MAP)
Sensor, mide la presión del aire en la admisión, la presión de
combustible, aceite… Es el primer sensor micro mecanizado utilizado
en automoción. Está compuesto de un chip de silicio con dos partes, un
transductor de presión (membrana) y la electrónica de
acondicionamiento. La membrana del sensor tiene cuatro piezo-
resistores (resistencias que varían cuando se les somete a un
esfuerzo) que forman un puente de Wheatstone. La señal salida del
puente de Wheatstone, del orden de los 100 mV, se hace pasar por un
amplificador de ganancia elevada. La señal que sale del sensor es del
tipo analógica con un rango de 0,5 a 4,5 V.
Sensor de temperatura
Los sensores de temperatura se utilizan para medir la temperatura de
refrigerante, aceite, aire admisión, combustible, gases de escape…
Hay dos tipos de sensores de temperatura, los termistores y los
termopares.
Los termistores son resistencias basadas en semiconductores, estos
pueden ser NTC (Negative Temperature Coefficient) o PTC (Positive
Temperature Coefficient):
Para la obtención de la temperatura medida se puede aplicar una
fórmula donde la incógnita forma parte de un exponente y por tanto
operación lenta si no se trabaja en coma flotante.
Sistema de control, inyección y encendido, para motores térmicos y
alternativos de ciclo Otto basado en programación abierta bajo
LabVIEW™ Pág. 25 Fig. 4.25 Sonda K, Davis Instruments Corp.
mediante un acceso a una tabla ROM con el inconveniente de
necesitar mucha memoria.
61
F
i
g
figura .33 Terminor NTC para temperatura refrigerante
Los termopares también llamados sondas, se utilizan para medir
temperaturas en el escape. Hay diferentes tipos de sondas, K, N, J, R,
S, W. Las más utilizadas son las sondas tipo K. Las sondas K (Fig.
4.25) son sensores activos (generadores) que funcionan por efecto
seebeck, esto es, cuando dos metales distintos unidos se calientan por
uno de los extremos, circula una corriente. Estos dos metales en las
sondas K son cromo y alumel (AlNi). Las características de estas
sondas K son:
Señal de salida muy baja (mV), por eso hay necesidad de un circuito de
acondicionamiento. - Sensibilidad baja ≈ μV / ºC
Altas temperaturas de funcionamiento [0 ºC 41300 ºC]
Cable trenzado y apantallado para evitar las interferencias
electrómagneticas
Figura 34 Sonda K, Davis instruments corp
62
Sensor de gases de escape
Una gestión en lazo cerrado hace necesario el control de los gases de
escape para comparar los valores de consigna enviados por la ECU a
los inyectores con los valores de los gases de esa inyección después
de haber combustionado para poder modificar las futuras inyecciones.
La medida de los gases de escape se obtiene mediante la sonda
lambda.
Figura. 35 Sensor de gases de escape
La sonda lambda capta los excesos o defectos de oxígeno de los
gases de escape. Esta sonda está compuesta por un cuerpo de
cerámica compuesto de dióxido de zirconio y sus superficies internas y
externas están provistas de electrodos revestidos de una capa fina de
platino, permeable a los gases. La zona externa está recubierta de una
capa cerámica porosa que protege la superficie del electrodo contra la
suciedad proveniente de los residuos de combustión. A partir de 300
ºC, la cerámica se vuelve conductora para los iones de oxígeno,
estableciéndose una tensión eléctrica en los bornes de la sonda. Debe
señalarse, que con la disposición de la sonda lambda justo antes del
catalizador existirá algún retraso con respecto a la composición real de
la mezcla en la cámara de combustión en un instante determinado.
63
Figura.36 Sonda lambda EGO de DENSO
El inyector.-Es una válvula de inyección de combustible con actuación
electromagnética. Se localiza en el colector de admisión (inyección
monopunto), o en el conducto de admisión de cada cilindro (inyección
multipunto).Los principales componentes del inyector pueden apreciarse
en la Figura 4. Cuando el solenoide no está excitado, la aguja está
forzada contra el asiento de la válvula mediante el muelle helicoidal
cerrando el paso de combustible. Cuando se excita la bobina del
solenoide, el eje de la aguja resulta atraído y levanta alrededor de 0,15
mm para que el combustible pueda fluir a través del paso calibrado
alrededor del vástago de la válvula. El final del eje del inyector está
configurado para atomizar el combustible inyectado. El relativamente
estrecho cono que forma el inyector
Figura 37 Esquema interno inyector
64
Sistema de control, inyección y encendido, para motores térmicos y
alternativos de ciclo Otto basado en programación abierta bajo se
desprende que el tiempo de inyección depende del parámetro “lambda”
que puede variar el usuario a voluntad..
El funcionamiento de la “estructura de causa” es el siguiente: Se
memoriza el tiempo absoluto cuando se detecta el pulso de una vuelta.
Cuando se detecta ella Sistema de control, inyección y encendido, para
motores térmicos y alternativos de ciclo Otto: Al simular el PMS sin
tener en cuenta los transitorios, se producirían 2 inyecciones por ciclo.
Una para el pulso simulado y justamente después para el pulso real,
aunque al ser el tiempo entre estos dos pulsos tan pequeño lo que se
conseguiría es un pulso de inyección superior al necesario, con el
correspondiente gasto innecesario de combustible. Es evidente que si
hay deceleración y pérdida de datos a la vez, no se puede realizar
ningún tipo de gestión.
Corte de inyección: Se introduce el valor de revoluciones (variable “h”)
para el que se desea realizar el corte de inyección. Superado este valor
de r.p.m, la inyección cesa. La inyección se volverá a realizar cuando el
motor baje de vueltas con un margen de histéresis, que en el caso de
este algoritmo se ha considerado 300 r.p.m. 6.
Encendido: Análogamente al procedimiento utilizado para realizar la
inyección, es el utilizado para realizar el encendido. A diferencia de la
inyección que se aplica un tiempo de retraso, en el encendido se
realiza un avance. Debido a que por datos de entrada para el algoritmo
son estrictamente el PMS por vuelta y no el número de dientes de la
rueda fónica, este avance se realiza suponiendo que el PMS futuro
tendrá el mismo periodo que el anterior y por tanto se aplica un retraso,
de un periodo menos el avance, al pulso último confiando que no hayan
transitorios. En el caso de existencia de transitorio el encendido no será
el adecuado porque o se hará “mucho” antes del PMS” en el caso de
transitorios de deceleración o se hará justo antes del PMS en los
transitorios de aceleración. Hay que destacar que la entrada de datos
65
del avance del encendido se introduce como ángulo de cigüeñal. Para
trasformar este valor de ángulo en tiempo, ya que no se dispone del
valor de los dientes de la rueda fónica, hay que resolver una ecuación.
En esta ecuación se ha de tener en cuenta la dimensión de la biela y
del brazo de cigüeñal, donde la incógnita formaría parte de una
estructura senoidal. Por este motivo, como simplificación, se ha
decidido considerar la velocidad del pistón como una constante
1.3.3. Definición de términos
Bobina de encendido .-Transformador dxe voltaje
Bujías.- Envian chispa eléctrica a los cilindros
Cables de alta tensión.-Circulan corriente de alta voltaje
Sensores .-Unidades de información al ECU
Actuadores.- Ejecuran la información recibida del ECU
Potencia .- Trabajo en una unidad de tiempo
Motor .- Transforma la energía térmica en mecanica
Diseño .- Elaboración de un plano
Ensamblaje .- Ensamblar un Modulo
14.-Justificación e importancia
El laboratorio de la Escuela de Ingeniería Automotriz necesita la
implementación del sistema de Cuerpo de Mariposa Motorizado, el mismo
que es necesario para el mejoramiento y diagnóstico efectivo de su
funcionamiento. Desde el punto de vista técnico este sistema constituye un
nuevo material didáctico eficiente y efectivo para realizar el diagnóstico de
los componentes electrónicos del sistema, con el fin de que los alumnos
tengan una enseñanza tanto teórica como práctica ayudados por el software
fallas de los sensores y cuerpo motorizado del sistema. Al ser un
instrumento destinado a la utilización de los estudiantes, la implementación
del sistema, disminuirá costos en investigaciones posteriores.
Incrementando el prestigio de la Facultad y de la Escuela Superior
Politécnica de Chimborazo al contar con este nuevo equipo de diagnóstico,
66
con miras a ser patentado en el mercado. Es importante destacar que la
aceleración de control electrónico del acelerador ayuda a la acción de cero
emisiones en los vehículos, debido a que en la actualidad todos los sistemas
y equipos deben ser elaborados, en pro a la disminución de los efectos
invernadero, por lo que los sistemas eléctricos y electrónicos,
implementados en esta investigación contribuirán a la conservación del
medio ambiente, mediante la disminución de gases perjudiciales al entorno.
15. Objetivos de la Investigación
1.5.1 Objetivos general
Caracterizar el probador de válvula electrónica motorizada en el
instituto de educación superior tecnológico público del ejército ETE
Sgto. 2do Fernando lores Tenazoa en el año 2018
1.5.2 Objetivos específicos
Pe1. Caracterizar el potenciómetro en el probador de la válvula
electrónica motorizada en el instituto de educación superior tecnológico
público del ejército ETE Sgto. 2do Fernando lores Tenazoa en el año
2018
Pe2.Caracterízar el pulsador en el probador de la válvula electrónica
motorizada en el instituto de educación superior tecnológico público
del ejército ETE Sgto. 2do Fernando lores Tenazoa en el año 2018.
Pe3. Caracterizar el diodo puente rectificador en el probador de la
válvula electrónica motorizada en el instituto de educación superior
tecnológico público del ejército ETE Sgto. 2do Fernando lores Tenazoa
en el año 2018.
1.6. Variable
Probador de válvula electrónica motorizada
1.6.1. Operacionalización de Variable
Probador de válvula electrónica motorizada
67
Tabla 1.
Probador de la válvula electrónica motorizada
Dimensiones
Indicadores
Probador en la ETE
Potenciómetro
Alimentación salida 2 a 3.6 voltios
Entrada 3 a 5 voltios
Resistencia fija 280 a 350 ohmios
Resistencia variable 0 a 290 ohms
Pulsador
Voltaje 12 voltios
Flujo de corriente 06 a 14 amp
Diodo rectificador
Resistencia 500 ohms
Flujo de corriente 7 a 15 amp
Amperaje 2 a 10 amperios
70
CAPITULO II
DISEÑO METODOLOGICO
2. Aspectos Metodológicos
2.1. Tipo de investigación:
Según Hernández, Fernández y Baptista (2003, p.43)
Por su Finalidad: Aplicada (Se interesa en resolver problemas de
naturaleza práctica, aplicando los resultados obtenidos)
Por su Profundidad: Descriptiva explicativa (Tiene por objeto central la
medición precisa de una o más variables dependientes, en una
población definida o en una muestra de una población.
Por su Naturaleza: Experimental (se apoya en la observación de
fenómenos provocados o manipulados en laboratorios o ambientes
artificiales.
69
2.2 Nivel de investigación:
Según Encinas (1992,p. 38)
Descriptivo explicativo.- El estudio trata de informar sobre el estado
actual de los fenómenos, su objetivo principal es caracterizar un
fenómeno o situación e indicar sus rasgos más saltantes y
diferenciadores. También puede referirse a la “determinación de la
frecuencia con que algo ocurre, o a establecer las relaciones existentes
entre los elementos de alguna situación problemática”
2.3 Diseño de la investigación:
Experimental.-Es experimental porque hay una manipulación de las
variables
2.4 Población y muestra
2.4.1 Población
Probadores de válvulas electrónicas motorizadas
2.4.2 Muestra
Probador de válvula electrónica motorizada
2.5 Técnicas e instrumentos de recolección de datos
2.5.1 Técnica
Se empleó la observación directa: en este proyecto toda la
información fue recolectada por cada uno de los integrantes del
grupo de investigación puesto que han sido directamente los
ejecutores de su aplicación al diseñar y ensamblar un probador
de válvula electrónica motorizada en el Instituto Superior
Tecnológico Publico Del Ejercito-ETE Sgto. 2do Fernando Lores
Tenazoa.
70
2.5.2 Instrumento
Características Técnicas de la válvula
electrónica motorizada
Valores
Interruptor tipo codillo ON y OFF 12 voltios
Interruptor 220voltios
Foco indicador de ON 12 voltios
Potenciometro 100K
Bornes color rojo para salida de 12 voltios
Bornes de alimentaciòn para bobinas
14 voltios
Foco indicador de salida de pulso 12 voltios
Micro interruptor 30herz
Pulsador 12 voltios
Transformador de voltaje 220 voltios con salida de 12
voltios
Diodo Puente rectificador 35 amperios
Cable para la alimentaciòn del transformador ABG 16
71
L
Lista de cotejo
La lista de cotejo es un instrumento que se puede utilizar para
observar sistemáticamente un proceso al ocupar una lista de
preguntas cerradas.
El líder del grupo de Trabajo, directivo o jefe de área podrá a
través del uso de esta herramienta, analizar los problemas o
averiguar si la solución a un problema se ha implementado de
manera adecuada y está aportando los resultados esperados
2.6 Análisis e interpretación de resultados
Tabla 3
72
Dimensiones
Indicadores
Empresa autorex
Probador en la ETE
Potenciómetro
Alimentación
salida
2,5 a 4 voltios 2 a 3.6 voltios
entrada 2 a 4.5 voltios 3 a 5 voltios
Resistencia fija 350 a 400
ohms
280 a 350
ohmios
Resistencia
variable
0 a 350 ohms 0 a 290 ohms
Pulsador
voltaje 12 voltios 12 voltios
Flujo de
corriente
0.8 a 1.5
amperios
06 a 14 amp
Diodo rectificador
Resistencia 500 ohms 500 ohms
Flujo de
corriente
6 a 8 amp 7 a 15 amp
amperaje 20 a 25
amperios
2 a 10
amperios
Tabla 4.
Medidas y dimensiones del Probador de válvula electrónica
motorizada
MEDIDAS
ANCHO 40 cm.
LARGO 50 cm.
73
Interpretación:
El probador de la válvula electrónica motorizada está diseñado con una
estructura metálica cuyas dimensiones son: largo 40cm x 50 cm ancho y en su
interior están los componentes como diodos y resistencias lo cual permitirá su
fácil desplazamiento para cualquier prueba de trabajo.
74
CAPITULO III
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
3. Conclusiones
El diseño y ensamblaje de un probador de válvula electrónica motorizada
permitió optimizar el diagnóstico en el estrangulador y activador de ralentí
en obturadores electrónicos en un motor con gestión electrónica,
así mismo representa un ahorro en adquisición de otro equipo de
diagnóstico, cabe resaltar que estos tipos de probadores no existen en el
mercado
4. Recomendaciones
Para el uso del probador de válvula electrónica motorizada se debe tener
en cuenta las normas de seguridad.
Antes del empleo del probador de válvula electrónica motorizada debe
verificar que el estabilizador esté conectado
75
Se debe realizar las pruebas al obturador electrónico fuera del vehículo con
el probador de válvula electrónica motorizada
Se debe mantener el probador en un lugar seguro
5. Referencias bibliográficas
Arias Paz (2009) Electricidad Automotriz
Lozada Vigo(2011) Afinamiento de motores a gasolina
Robert Bosch, (1999) Funcionamiento del sistema de encendido
Williams Crouse (2008) Sistema eléctrico del automóvil
Santander, (2010).Principio básico del funcionamiento del
sistema encendido
6. ANEXOS
Anexo N°1: Matriz de consistencia
Anexo N°2: Figuras de procedimiento de ensamblado de la bobina Dis/Cop
Anexo N°3: Cartilla de seguridad
75
MATRIZ DE CONSISTENCIA
TÍTULO: Diseño y ensamblaje de un probador de válvula electrónica Motorizada en motores con gestión electrónica , en el Instituto de Educación Superior Tecnológico Público del Ejército –
Ete 2018
Problema Objetivos
Variables
Metodología Dimensiones
Problema general:
¿Cuáles son las características del probador de válvula
electrónica motorizada en el instituto de educación superior
tecnológico público del ejército ETE Sgto. 2do Fernando lores
Tenazoa en el año 2018?
Problemas específicos
Pe1. ¿Cuáles son las características del potenciómetro en el
probador de la válvula electrónica motorizada en el instituto de
educación superior tecnológico público del ejército ETE Sgto.
2do Fernando lores Tenazoa en el año 2018?
Pe2.¿Cuáles son las características del pulsador en el probador
de la válvula electrónica motorizada en el instituto de educación
superior tecnológico público del ejército ETE Sgto. 2do
Fernando lores Tenazoa en el año 2018?
Pe3.¿Cuáles son las características del diodo puente
rectificador en el probador de la válvula electrónica motorizada
en el instituto de educación superior tecnológico público del
ejército ETE Sgto. 2do Fernando lores Tenazoa en el año 2018?
Objetivo general
Caracterizar el probador de válvula electrónica
motorizada en el instituto de educación superior
tecnológico público del ejército ETE Sgto. 2do
Fernando lores Tenazoa en el año 2018
Objetivos específicos
Pe1. Caracterizar el potenciómetro en el probador
de la válvula electrónica motorizada en el instituto
de educación superior tecnológico público del
ejército ETE Sgto. 2do Fernando lores Tenazoa en
el año 2018?
Pe2.Característizar el pulsador en el probador de
la válvula electrónica motorizada en el instituto de
educación superior tecnológico público del ejército
ETE Sgto. 2do Fernando lores Tenazoa en el año
2018?
Pe3. Características el diodo puente rectificador
en el probador de la válvula electrónica motorizada
en el instituto de educación superior tecnológico
público del ejército ETE Sgto. 2do Fernando lores
Tenazoa en el año 2018
Variable: probador de válvula
electrónica motorizada
Dimensiones :
Potenciómetro
Pulsador
Diodo puente rectificador
Tipo de investigación:
• Aplicada
Nivel de investigación:
• Descriptivo explicativo
Diseños de investigación
• Experimental
Método análisis:
• observacional
Muestra:
Unidad de análisis
Probador de válvula electrónica
motorizada
76
ANEXO N° 2
Figura de procedimiento de ensamblado de la válvula electrónica motorizada
Figura 1 Conectando el cable al conector ON
Figura 2 mediciones con el multiteste
77
Figura 3 Verificando la tensión del circuito
Figura 4 Verificando la continiudad de corriente
78
Figura 5 Conectando el cable al estibilizador
Figura 6 Observando las conexiones del tablero del probador
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Figura 7 Comprobando la estabilidad del armazón del probador
Firura 8 Reajustando las conexiones del comdensador
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ANEXO N° 3
CARTILLA DE SEGURIDAD PARA EL USO DEL PROBADOR DE LA VÁLVULA
ELECTRÓNICA MOTORIZADA
Antes del uso del probador del probador válvula electrónica motorizada
Antes del empleo del probador del probador válvula electrónica motorizada se
debe verificar que el estabilizador esté conectado
Colocarse su EPP
Se debe retirar la el obturador electrónico del vehículo para realizar las pruebas
con el probador de válvula electrónica motorizada
Se debe mantener el probador en un lugar seguro
Durante la prueba de diagnóstico
Coloque el probador de válvula electrónica
motorizada en una mesa estable.
Tenga cuidado con las chispas que saltan
durante la operación de diagnóstico
Durante la operación, hace ruidos extrañosr,
desconecte inmediatamente el probador.
Después del uso del probador de la válvula electrónica motorizada
Desconecte y guarde el probador en un lugar seguro
Dejar los EPP en su lugar
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