CLUB 058 LA ELECTRONICA DEL AUTOMOVIL 1

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Editorial

Electrónica del Automóvil Teoría - Práctica - Reparación Durante mucho tiempo hemos tratado de reunir material sobre la electrónica del automóvil con el objeto de poder compartirla con nuestros lectores. Además, hemos realizado acciones para poder contar con colaboradores sobre este tema que nos indiquen cuáles son los sitios o portales de Internet que pueden ser consultados por “los amantes de la electrónica y los automóviles”. Con este libro comenzamos una serie tendiente a explicar cómo es “La Electrónica en el Automóvil”, en la que vamos a compartir conocimientos sobre inyección electrónica, dirección asistida, computadora de a bordo, climatización automática, embrague asistido, etc, etc. También describiremos proyectos sobre audio, video, seguridad, sistemas de navegación y todo aquello que posea algún dispositivo electrónico que pueda encontrarse en un auto. Para la presente edición hemos contado con el apoyo de Enrique Célis, director de “automecanico.com”. Creemos que el sitio del autor es altamente recomendable tanto para quienes quieren “empaparse” en el tema como para los técnicos y mecánicos que desean realizar consultas y obtener experiencias de otros colegas. En esta primera entrega hemos querido destacar cómo funciona un motor de gasolina y cuál es la asistencia electrónica que mejora sus cualidades; es por ello que comenzamos describiendo el sistema de arranque, realizando un despiece del motor de arranque y del alternador y dando algunos consejos para localizar averías con facilidad. Luego, explicamos cómo se mejora el rendimiento de un coche empleando un conjunto gasolina-electricidad y así describimos el funcionamiento de los autos híbridos. En el capítulo 3 comenzamos a describir la forma en que se realiza la inyección de gasolina en un motor, lo que nos permite explicar cómo se realiza una inyección electrónica, cuáles son los principales sensores y actuadores y qué pasa si algo no funciona como corresponde. Dejamos el último capítulo al diagnóstico a bordo, es decir, a “presentar” el sistema OBD II y lo hacemos porque el próximo texto de esta serie, que se encuentra en estos momentos en redacción, estará dedicado a las computadoras de a bordo, para que el técnico tenga bases que le ayuden a diagnosticar fallas y para que el mecánico no tenga que comprar costos equipos para realizar su trabajo. Espero que este tomo de colección sea de su agrado y los invito a que me escriban a [email protected] para decirme qué cosas les gustó y cuáles deben mejorarse a efectos de que el próximo libro sea mejor que éste. ¡Hasta la próxima!

Ing. Horacio D. Vallejo Celis, Enrique La electrónica del automóvil : inyección, diagnóstico a bordo y mucho más / Enrique Célis y Horacio Vallejo ; dirigido por Horacio Vallejo. - 1a ed. - Buenos Aires : Quark, 2009. 80 p. ; 28x20 cm. ISBN 978-987-623-196-1 1. Electrónica. I. Vallejo, Horacio II. Vallejo, Horacio, dir. III. Título CDD 621.3 Fecha de catalogación: 26/08/2009

Club Saber Electrónica Nº 58. Fecha de publicación: DICIEMBRE de 2009. Publicación mensual editada y publicada por Editorial Quark, Herrera 761 (1295) Capital Federal, Argentina (005411-43018804), en conjunto con Saber Internacional SA de CV, Av. Moctezuma Nº 2, Col. Sta. Agueda, Ecatepec de Morelos, México (005255-58395277), con Certificado de Licitud del título (en trámite). Distribución en Argentina: Capital: Carlos Cancellaro e Hijos SH, Gutenberg 3258 - Cap. 4301-4942 - Interior: Distribuidora Bertrán S.A.C. Av. Vélez Sársfield 1950 - Cap. – Distribución en Uruguay: Rodesol SA Ciudadela 1416 – Montevideo, 901-1184 – La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. Revista Club Saber Electrónica, ISSN: 1668-6004

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Sumario CAPITULO 1: COMO ARRANCA EL MOTOR DE UN AUTOMOVIL ....................................................3 Introducción......................................................................3 Arranque por motor eléctrico ...........................................3 El motor eléctrico .............................................................4 El mecanismo de acople del motor de arranque y el volante..............................................................................5 Fallas comunes en el motor de arranque ........................6

DIAGNOSTICO

DEL MOTOR DE ARRANQUE

.....................6

Funcionamiento del motor de arranque ...........................6 Una falla común .............................................................10

FUNCIONAMIENTO Y PRUEBAS BASICAS DEL ALTERNADOR ............................................................11 Prueba del alternador.....................................................14 Medidor verificador de bobinas y arrollamientos ...........15

CAPITULO 2: VEHICULOS HIBRIDOS: QUE SON, COMO FUNCIONAN?...........................................19 Introducción....................................................................19 El nacimiento de los híbridos .........................................20 Motor eléctrico................................................................20 Generador eléctrico........................................................20 Conexión en serie y conexión en paralelo.....................20 Vehículo eléctrico ...........................................................20 Vehículo con motor eléctrico..........................................22 Vehículo con motor a gasolina.......................................22 Vehículo híbrido en serie ...............................................22 Vehículo híbrido en paralelo ..........................................22 Vehículo híbrido ultraligero.............................................23

CONFIGURACION PARALELA - SERIE EN EL TOYOTA LEXUS ........................................................25 Los vehículos híbridos son peligrosos para la salud? ...26

VEHICULOS HIBRIDOS TOYOTA Y HONDA ....................27 El Honda “Insight” ..........................................................27 Honda Prius ...................................................................29

Mezcla estratificada .......................................................36

CAPITULO 4: INYECCION ELECTRONICA EN EL AUTOMOVIL ......................................................39 Introducción....................................................................39 Diferencias entre el sistema a carburador e inyección electrónica......................................................................40 TBI: Throttle Body Injection ó CFI: Central Fuel Injection ..........................................................................42 Fuel injection, principios de funcionamiento ..................45

SENSORES Y ACTUADORES EN LA INYECCION ELECTRONICA ...........................................................48 Cold Star Val: Válvula de encendido en frío ..................48 Sensor de temperatura ..................................................49 Air Mass Sensor: Medidor de Masa de Aire ..................49 Air Flow Sensor: Medidor del Flujo de Aire ...................49 Sensor de posición de la garganta ................................50 Sensor de posición cigueñal ..........................................50 Sensor de presión absoluta del manifold.......................50 Sensor de oxígeno .........................................................51 Sensor de temperatura del agua ...................................51 Regulador auxiliar de aire ..............................................51 Control de revoluciones en descanso............................52 EGR: Válvula de recirculación de gases quemados......54 PCV: Ventilación positiva del carter ...............................54 Sensor de posición del cigueñal ....................................55

SISTEMAS MONOPUNTO Y MULTIPUNTO .......................56 Clasificación de los sistemas de inyección....................57 Según el lugar donde inyectan ......................................57 Según el número de inyectores .....................................58 Según las características de funcionamiento ................59 Sistemas de inyección multipunto: Jetronic y Motronic .59 Sistema de inyección monopunto: Mono -Motronic.......61

CAPITULO 5: OBD II - DIAGNOSTICO A BORDO DE VEHÍCULOS ..................................................65

CAPITULO 3: GDI: MOTOR DE INYECCION DIRECTA DE GASOLINA ...................................................33 Dos modos de combustión ............................................33 Control exacto de la mezcla Air/Fuel .............................33 La eficacia de utilizar mejor el combustible ...................34 Esquema general del funcionamiento............................35 El colector de admisión vertical .....................................35

Director de la Colección Club SE Ing. Horacio D. Vallejo Jefe de Redacción: Ing. Horacio D. Vallejo Autor de esta edición: Enrique Célis www.automecanico.com Ing. Horacio D. Vallejo Club Saber Electrónica es una publicación de Saber Internacional SA de CV de México y Editorial Quark SRL de Argentina

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Editor Responsable en Argentina y México: Ing. Horacio D. Vallejo Administración Argentina: Teresa C. Jara Administración México: Patricia Rivero Rivero Comercio Exterior Argentina: Hilda Jara Comercio Exterior México: Margarita Rivero Rivero

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OBD I y OBD II...............................................................65 Algunos códigos OBD ....................................................67

COMPONENTES DE UN SISTEMA OBD II .....................69 ALGUNOS ESCANER PARA OBD II .............................73 Un intérprete sencillo: Interfase OBD o USB.................74 Interfase OBD II optoacoplada.......................................76 Interfase ODBII para BMW ............................................76

Director Club Saber Electrónica: Luis Leguizamón Responsable de Atención al Lector: Alejandro A. Vallejo Coordinador Internacional José María Nieves Publicidad Argentina: 4301-8804 - México: 5839-5277 Staff Víctor Ramón Rivero Rivero Olga Vargas

Liliana Vallejo Mariela Vallejo Fabian Nieves Ramón Miño Fernando Ducach Areas de Apoyo Teresa Ducach Disprof Fernando Flores Paula Vidal Raúl Romero Internet: www.webelectronica.com.ar Web Manager: Luis Leguizamón

Cómo arranca el motor de un automóvil

Capítulo 1

Cómo Arranca el Motor de un Automóvil Introducción El motor de combustión interna de un coche no arranca por sí mismo, precisa de ayuda para que pueda completar los ciclos de combustión que le den autonomía. Para conseguirlo se lo debe hacer girar con un motor externo u otra fuente para que se completen los procesos de combustión y se produzca la puesta en marcha. Existen varias formas de hacer girar el motor para que arranque: Arranque manual con manija o manivela. Arranque por motor de aire comprimido. Arranque por motor de combustión auxiliar. Arranque por motor eléctrico. El arranque manual, que fue el primero experimentado en coches de comienzos de siglo pasado, actualmente se usa para los pequeños motores donde se hace girar el motor para su arranque de las siguientes maneras:

bustión auxiliar se usa en dispositivos con motores Diesel. Estos motores pueden prescindir de las baterías de acumuladores y así ser más adaptables a condiciones climáticas Accionando una palanca con los pies (karting, motoci - de fríos severos. Usan un pequeño motor a gasolina que se cletas, etc.). arranca por métodos convencionales (normalmente por Girando con una palanca que hace girar al cigüeñal. medio de motor eléctrico o burro de arranque) que ponen Accionando una cuerda que se encuentra enrollada en en marcha al motor principal a través de un acoplamiento la polea del cigüeñal. de engranajes desplazables, de modo que cuando se consiEmpujando el vehículo hasta el arranque. gue la puesta en marcha, el motor auxiliar se desprende del eje del motor principal (se desplaza el eje). Los motores En general, el arranque por aire comprimido sólo se usa auxiliares pueden hacer girar por largo tiempo al motor en motores de mucha potencia en los que se hace imposi- principal para permitir la lubricación antes de la puesta en ble el arranque eléctrico debido a las enormes corrientes marcha. necesarias, y en algunos vehículos especiales adaptados En los automóviles normales se usa el arranque por mopara funcionar a muy bajas temperaturas donde las baterías tor eléctrico, por lo que será este método el que trataremos. de acumuladores no pueden utilizarse por riesgos de congelamiento o funcionamiento deficiente. En los tipos de motores con arranque por aire comprimido el proceso de Arranque por Motor Eléctrico arranque es complejo poniéndose en marcha varios procesos (lubricación, precalentado, etc.) antes del arranque diPara el arranque de los motores de automóvil se usa un recto del motor. El arranque por medio de motor de com- motor eléctrico de corriente continua, generalmente deno-

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La electrónica en el automóvil Figura 1

minado “burro de arranque” que se alimenta desde la batería o acumulador a través de un relé. Este relé a su vez se acciona desde el interruptor de encendido del automóvil, tal como muestra la figura 1. Cuando se acciona la llave de arranque se alimenta a la bobina del relé del motor de arranque con corriente proveniente de la batería, y éste, a su vez, cierra dos grandes contactos en su interior alimentando el motor de arranque directamente desde la baterías a través de un grueso conductor (representado con color rojo).

El Motor Eléctrico Veremos que el motor de arranque es un motor de co-

Figura 2

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Figura 3

rriente directa tipo shunt esFigura 4 pecialmente diseñado para tener una gran fuerza de torque con un tamaño pequeño, capaz de hacer girar el motor de combustión interna. Es decir, con un motor pequeño pero potente, se pondrá en marcha al motor de combustión interna, desarrollándose una potencia tan grande que el motor de arranque sólo puede funcionar durante un breve lapso, caso contrario corre riesgo de dañarse por sobrecalentamiento. Por tal motivo no debe mantenerse en acción por largo tiempo, so pena de terminar averiado. El consumo de electricidad durante el arranque es elevado (hasta 500A para motores de combustión en vehículos normales), de manera tal que también la batería funciona en un régimen muy severo durante este proceso. Debido a estas razones es muy recomendable, cuando se intenta arrancar un motor con problemas de puesta en marcha, usar varios intentos de corta duración (unos 5 a 10 segundos), en lugar de un solo intento de larga duración que, como dijimos, puede dañar al motor de arranque y a la batería o acumulador. En la figura 2 se pueden apreciar varios modelos de motores de arranque y en la figura 3 un modelo específico en el que se aprecia el relé que lo pone en marcha cuando es alimentado con el accionamiento de la llave de arranque, note los grandes tornillos de conexión para los cables procedentes de la batería. En la figura 4 se puede apreciar un corte de

Cómo arranca el motor de un automóvil un motor Bosch en el que se aprecia el grosor de los alambres de las bobinas para que puedan soportar las grandes corrientes, aunque sea por un corto período.

Figura 5

El Mecanismo de Acople del Motor de Arranque y el Volante En síntesis, el motor de combustión es movido por el motor de arranque por medio de un sistema de engranajes (vea la figura 5). Un engrane deslizante de pequeño tamaño (A) está acoplado al eje del motor de arranque (B). El engranaje (A) es desplazado sobre estrías por el relé (C) a través de una horquilla pivotante (D), de manera que se acopla a un engranaje mayor que rodea al volante del cigüeñal del motor haciéndolo girar. Este engranaje funciona a través de un mecanismo de rueda libre (como el piñón de las bicicletas que ‘engrana” hacia adelante y queda libre hacia atrás) de manera que el torque del motor de arranque se transmita al engranaje del cigüeñal, pero una vez que el motor de combustión se ponga en marcha, no pueda arrastrar al motor de arranque debido a este sistema de giro libre. Cuando dejamos de hacer girar la llave de arranque, la horquilla D retira al engranaje A y el volante del motor de combustión gira sin estar acoplado al motor de arranque. Sin este mecanismo de rueda libre, debido a la gran velocidad del motor de combustión y a la elevada relación de transmisión entre el par engranado, la velocidad de rotación del rotor del motor eléctrico de arranque llegaría a velocidades peligrosas para su integridad, ya que requeriría corrientes mayores desde la batería lo que podría dañar al motor de arranque, a la llave de encendido y a los cables de transmisión de corriente. Una vez que el motor de combustión arrancó y el conductor suelta la llave de encendido, se corta la alimentación eléctrica a la bobina del relé y el muelle de recuperación (E) retira el núcleo cortando la alimentación con electricidad y desacoplando ambos engranajes.

Figura 6

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La electrónica en el automóvil La figura 6 muestra un típico motor de arranque despiezado donde pueden observarse sus partes constituyentes.

Fallas Comunes en el Motor de Arranque Si le interesa esta sección y, en especial, lo relacionado con el motor de arranque, lea la edición anterior que posee conceptos teóricos y causas de fallas en este dispositivo. Ahora bien, como en todo motor eléctrico de corriente continua para la transmisión de la electricidad es necesaria la presencia de un sistema de conexión (colector) para el funcionamiento, y con ello el movimiento relativo entre este colector y las escobillas. Este movimiento de rozamiento suele provocar chisporroteos por alta corriente y el cambio constante de delgas en el colector que hace que la vida de las escobillas sea relativamente corta, resultando la principal causa de falla del motor de arranque. También se desgastan los contactos del relé, los casquillos o cojinetes de rozamiento donde gira el rotor y en menor medida, el mismo colector. En suma, las fallas más frecuentes son las relacionadas con los sistemas rotativos y de rozamiento, a excepción de que exista un sobrecalentamiento producto de un excesivo funcionamiento porque no se consigue la puesta en marcha del motor de ignición y, en ese caso, suelen producirse daños (se quema) en la bobina y hasta en los cables transmisores de corriente eléctrica.

- El relé de arranque: tiene dos funciones, por un lado se comporta como un relé normal, es decir se usa para co nectar y desconectar un circuito eléctrico. Pero también tiene la misión de desplazar el piñón de arranque para que este engranaje se acople con la corona del volante de iner cia del motor térmico y así transmitir el movimiento del motor de arranque al motor de combustible o motor de combustión interna.

Funcionamiento del Motor de Arranque

Diagnóstico del Motor de Arranque Como ya dijimos, el motor de arranque es un motor eléctrico que tiene la función de mover el motor de combustible del vehículo hasta que éste se pone en marcha por sus propios medios (explosiones en las cámaras de combustión en el interior de los cilindros). El motor de arranque consta de dos elementos diferenciados: - El motor propiamente dicho que es un motor eléctrico ("motor serie" cuya particularidad es que tiene un elevado par de arranque).

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En general, podemos decir que hay dos tipos comunes de motor de arranque: los que llevan solenoide separado, y los que lo llevan incorporado, tal como se muestra en la figura 7. La figura 8 muestra un esquema circuital correspondiente a la alimentación del motor de arranque. El motor de arranque tiene la función de darle vueltas a una rueda dentada del motor, llamada volante (flywheel), tal que al completar su vuelta sincronizada al sistema de encendido dará arranque al motor. Al suceder ésto, el motor se queda funcionando y el motor de arranque regresa a Figura 7

Cómo arranca el motor de un automóvil su posición de descanso. En la figura 9 podemos observar un esquema en corte de un motor de arranque detallando sus partes constituyentes. En la figura 10 podemos observar la forma en que actúa el pequeño engranaje del bendix (embrague de giro libre) cuando se acopla a la rueda volante, para dar inicio al arranque del motor. El motor de arranque va ensamblado entre la transmisión y el motor; por lo tanto, el sólo hecho de estar instalado hace que todo lo que es metal en él, esté conectado al polo negativo de la batería. El cable o chicote que conecta tierra va directamente del polo negativo de la batería hacia el motor. Este cable se atornilla en cualquier tornillo o perno perteneciente al motor.

Figura 8

Figura 9

Recuerde que el motor está instalado so bre soportes de goma o hule, que no son conductores. Nota importante: el cobre expuesto al aire se oxida y se cubre de un polvo blanco que lo quema y hace difícil la translación de corriente.

Figura 10

Cuando haga pruebas de tensión, hágalo con un amperímetro; o use una lámpara de luz para comprobar la caída de tensión si la hubiera. En el despiece de la figura 9 el (4) indica el espacio que recorre el engranaje del bendix para acoplarse a la rueda volante del motor. El (1) es el conector que tiene conectado el cable o chicote que viene directamente de la batería (+). Cuando usted activa la llave de encendido, un cable o chicote delgado lleva corriente positiva (+) hacia el conector (2); al suceder esto ocurren dos cosas: el solenoide se activa magnéticamente y por un extremo tira (jala) la palanca impulsora del bendix, llevándolo a su posición de trabajo, y por el otro empuja la placa de contacto haciendo un puente entre el conector (1) y el conector (3), que es el que

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La electrónica en el automóvil Figura 11

alimenta de corriente (+) a los inductores y carbones, haciendo dar vueltas a la armadura, completándose de esta manera la función de dar las vueltas iniciales a la rueda volante del motor. El cable o chicote que viene de la batería y va al motor de arranque se mantiene con corriente todo el tiempo, pero el circuito para llegar al interior se encuentra cortado. El solenoide cumple la función de hacer “el puente”. Por esta razón, algunas personas hacen pruebas en el arrancador pasando corriente del conector (1) al conector (2), realizando lo que denominan “toques de corriente”. Vea en la figura 11 un despiece un poco más detallado para reconocer las diferentes partes del motor de arranque. Cuando instale un motor de arranque, ponga especial cuidado en los conectores, ya que no deben tener contacto uno con otro ya que si bien es cierto que llevan el mis mo tipo de corriente, el conector delgado, que es el que activa el so lenoide, lo controla la llave de en cendido. La llave de encendido envía corriente positiva (+) al motor de

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arranque sólo cuando usted hace presión a la llave hacia delante. Si usted suelta la llave, la función de enviar corriente se corta, dejando en sus manos el control del arranque del motor. En un motor de arranque con solenoide integrado, cuando usted activa la llave hacia la posición de arranque, un cable lleva la corriente de 12 volt hacia el solenoide del motor de arranque. El solenoide tiene un campo magnético que al ser activado hace 2 cosas: primero desliza un pequeño engranaje (bendix) hacia los dientes del flywheel (volante del motor) y al mismo tiempo hace un puente entre el cable que llega al motor de arranque desde la batería y el cable que surte de corriente a los campos del motor de arranque con el objeto de darle la tensión positiva de alimentación. Al suceder esto, el motor de arranque da vueltas a gran velocidad con la suficiente fuerza para que el engranaje pequeño dé vueltas a la rueda del volante y así se da inicio al arranque del motor. La figura 12 muestra un arrancador usado por Ford. Este tipo de arrancador mantiene integrado el mecanismo para deslizar el bendix: El solenoide para este tipo de arrancador Figura 12

Cómo arranca el motor de un automóvil Igualmente, cuando el vehiculo usa motor con caja de velocidades manual, también lleva un interruptor instalado que se activa o desactiva cuando se pisa el pedal del embrague [clutch]. Como puede observar, si usted quiere hacer una prueba para saber si el motor de arranque funciona bien, ponga la palanca de cambios en parking o neutro, luego conecte un cable con tensión (borne positivo) al conector delgado que tiene el solenoide, que se muestra en la figura 15 (sólo dele toques, si lo conecta directamente se puede quedar pegado el motor de arranque). Igualmente, si quiere saber si el solenoide está en buenas condiciones, desconecte el cable o chicote que va hacia el motor de arranque (arrancador) y luego conecte un cable con tensión positiva al conector delgado que tiene el solees el que se muestra en la figura 13. El motor de arranque noide. Al hacer esto debe llegar corriente al terminal que con solenoide separado usado por la Ford utiliza a dicho desconectó (instale previamente un téster o probador de cosolenoide para conectar el terminal positivo de tensión a di- rriente); si no es así, cambie el solenoide por uno nuevo. cho motor de arranque. En cuanto se conecta la corriente, El conector del solenoide es un cable, sólo dele toques el motor de arranque activa y desliza el engranaje o piñón de corriente. Si reacciona, tiene mal el cableado que lleva que se acopla a la rueda volante y al mismo tiempo gira con corriente del switch hacia el solenoide de arranque (en esfuerza para que el motor empiece su funcionamiento. te circuito puede estar incluido un relé). Si no reacciona Vea la figura 14, allí puede observar la forma en que ac- quite el motor de arranque y cámbielo por otro o repare el túa el pequeño engranaje del bendix (embrague de giro li- mismo. bre) cuando se acopla a la rueda volante para dar inicio al Antes de comprar otro, pruébelo afuera. Si reacciona, arranque del motor. entonces cambie el cable que lleva corriente negativa (-) de Cuando usted deja que la llave de encendido regrese a la batería hacia el motor. Estos cables cuando están demasu posición normal, desconecta el solenoide, entonces el siado usados no trasladan la corriente con suficiente fuerengranaje regresa a su sitio de descanso, el motor de arran- za debido a que presentan una resistencia eléctrica elevada. que deja de dar vueltas y queda desconectado del motor Los motores de arranque no son eternos y muchas vehasta que usted lo vuelva a activar. ces el uso continuado por fallas en el arranque del motor daña los campos internos. Asimismo, internamente este RECUERDE que todos los vehículos equipados con motor de arranque lleva carbones o brochas que se van destransmisión automática, necesariamente, llevan un inte - gastando con el uso. rruptor o switch, acoplado a la palanca (linkage) que mue Es necesario darle un servicio de mantenimiento al move los cambios en la transmisión. Este interruptor corta la tor de arranque que incluya un cambio de carbones y lubricorriente que va hacia el motor de arranque cuando la pa - cación completa. lanca de cambios esta fuera de parking o neutro. Cuando los carbones están gastados, los resortes que se Figura 13

Figura 14

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La electrónica en el automóvil encargan de presionar los carbones contra el núcleo ya no pueden estirarse más; por esta razón, la conexión es débil, dificultando la transmisión de corriente desde las escobillas o carbones hacia el conmutador. Cuando usted prueba un motor de arranque fuera del motor, éste puede funcionar bien; pero la condición de funcionamiento débil puede confundir el diagnóstico. “Sea cuidadoso cuando haga la prueba”. Los motores de arranque se pueden acoplar a diferente modelo de vehículo de acuerdo con las especificaciones del fabricante, pero por alguna razón estos motores no encajan perfectamente en todos los vehículos especificados, dando como consecuencia problemas de acople. Es decir que cuando usted da vuelta a la llave de encendido, sólo escucha un clack, como si le faltara corriente; pero lo que realmente está sucediendo es que el bendix no puede acoplarse, de tal manera que si el bendix no se acopla, no logra “salir completamente”, y por lo tanto los conectores principales no llegan a hacer contacto. En estos casos, debe revisarse la posición del motor de arranque. En algunos modelos estos motores traen unas láminas que ajustan el motor de arranque a su posición. En otros casos es necesario alejar con unas huachas [anillos] intermedias la posición del motor de arranque, pero todo esto es necesario hacerlo con paciencia y mucha observación. También debe tener en cuenta que una mala instalación de la rueda volante puede dar problemas de acople. Cuando se instale una rueda volante (flywheel), debe tener mucho cuidado en colocar las partes originales.

Una Falla Común Una falla muy común en el sistema de arranque de los motores actuales es el siguiente: cuando usted activa la llave de encendido para dar el arranque, escucha un chasquido muy leve, pero el motor de arranque no se activa, haciendo repetir el intento varias veces, hasta lograr que funcione. La idea inmediata es que el solenoide del motor de arranque no sirve; luego pensamos que la batería tiene un corto o también creemos que el interruptor de la transmisión está desubicado o fuera de ajuste. Hacemos los cambios, los ajustes, pero el problema se mantiene...

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Esta anormalidad en algunos vehículos lo ocasiona un relé que se encuentra en el circuito que va desde la llave de

Cómo arranca el motor de un automóvil encendido hacia el motor de arranque. En estos casos no descarte que este problema lo puede estar originando un cortocircuito dentro de la computadora del vehículo (recuerde que los circuitos trabajan en base a resistencia y esta resistencia puede alterarse, dependiendo del daño, y de la temperatura ambiental). No estaría demás abrir la computadora para una inspección visual. Para hacer esta inspección, se necesita tener conocimientos previos.

El Alternador es un generador de corriente eléctrica alterna (se llaman monofásicos, bifásicos o trifásicos según el numero de fases de la corriente que proporciona). Convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Tanto los alternadores como los generadores CC (dínamos) producen corriente a través del movimiento de un conductor en un campo magnético siguiendo los principios y postulados del electromagnetismo. En un alternador, el rotor (que crea el campo magnético) gira dentro del estator (el Igualmente Tome Nota: El sistema eléctrico de los ve - conductor), la corriente alterna AC se induce en el estator hículos actuales trae problemas con la calidad de los com - y luego se transforma en corriente directa DC o continua ponentes electrónicos. Debido a esto, no llama la atención CC por un puente de Diodos para abastecer las necesidades que constantemente los vehículos con un año o dos de uso del vehículo. El proceso de convertir CA en DC se conoce sean llamados por los fabricantes para hacer correcciones como Rectificación. La figura 15 grafica el principio de ge(cambio de relés, cableados y componentes similares). neración de corriente en un conductor que se mueve dentro de un campo magnético. Por esta razón, no permita que los cables o conexiones El alternador tiene como campo a un electroimán excicorran muy cerca de partes calientes del motor. tado por una pequeña corriente proveniente de la batería, la Póngale especial cuidado al cable o chicote que conec- cual llega al electroimán por medio de los anillos colectota tierra desde la batería al motor. Este cable frecuentemen- res, situados en la flecha del alternador. te atornillado a una de las cabezas o culata, se calienta y Cuando el motor hace girar el electroimán, se interceppierde capacidad para conducir la señal. Es mejor renovar- ta el campo con el cuadro externo de alambre y la corrienlo e instalarlo en alguna parte de la estructura del motor que te circula por éste, primero en un sentido y luego en el otro. no caliente demasiado y que sea buena conductora de elecLa figura 16 muestra la bobina fija del alternador (llatricidad. mada estator) que intercepta el campo magnético rotatorio Tenga cuidado al cambiar o colocar una batería en el generado por el rotor. Esta intercepción se intensifica con alojamiento del vehículo. Conecte bien los cables, no los un núcleo cilíndrico de hierro dulce laminado. En la figura invierta. Asegúrese que al bajar el capot o cerrar el compar- 17 se puede ver un alternador en corte, en el cual se destatimiento del motor, éste no llegue a topar o rozar el polo can las siguientes partes: positivo [+] de la batería. El movimiento del vehículo y una batería demasiado 1) Los diodos que convierten la CA en CD (CA = co grande o alta pueden originar cortos oscilantes que termi- rriente alterna, CD = corriente directa o continua). nan dañando la computadora de abordo del vehículo y dar como resultado distintas fallas.

Funcionamiento y Pruebas Básicas en el Alternador Tenga en cuenta que la información que estamos brin dando en este capítulo es básica, que la profundizaremos en próximos textos y que pretende alentar a los mecánicos a realizar pruebas eléctricas y electrónicas con facilidad en los diferentes componentes del automóvil.

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La electrónica en el automóvil

Figura 15

2) Bobinas del estator, donde se origina la corriente. 4) Estructura del otro extremo. 3) Núcleo del estator. 5) Polea y ventilador. 4) Bobinado del rotor. 6) Cojinete (rodaje, balero, bearing). 5) Rotor (genera el campo magnético). 7) Cepillos (brochas, escobillas, carbones, brush). 6) Polea impulsada por el motor con una correa (ban 8) Portador o sostenedor de cepillos. da) y ventilador para enfriar el alternador. 9) Retenedor del cojinete. 7) Estructura o carcasa (casco, housing). 10) Cojine 8) Anillos colectores que transmiten la corriente al bo - te ( balero, ro binado del rotor para mantenerlo magnetizado. daje, bearing). 9) Escobillas (carbones, brochas cepillos) que abaste cen de corriente a los anillos colectores. En un generador dínamo, Veamos en la figura 18 el despiece de uno de estos dis- la armadura (el positivos, en el cual distinguimos las siguientes piezas: conductor) gira dentro del cam1) Estructura del extremo. po de bobina2) Estator, y placa de Diodos. dos (que crea el 3) Rotor. campo magné- Figura 16

Figura 17

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Cómo arranca el motor de un automóvil tico). La corriente es inducida en la armadura y fluye a través de los cepillos, para ser usada en el sistema eléctrico. En la figura 19 podemos ver las partes constiFigura 18 tuyentes de un dínamo, elemento que ya no se encuentra en autos modernos (desde hace unas décadas) pero que puede encontrarlo en equipos especiales. 1) Alojamiento del campo (estructura principal, donde se acoplan o instalan los campos). 2) Polea y ventilador. 3) Alojamiento del extremo del conmutador. 4) Bobinado de campo. 5) Armadura. 6) Cepillos (brochas, carbones). Note las diferencias constructivas entre ambos tipos de generadores. En la figura 20 realizamos el despiece de un alternador en el que se pueden apreciar todas las piezas que lo constituyen, de forma que el lector puede reconocer cada una de ellas cuando deba verlas físicamente. Las piezas son:

Figura 19

1) Rotor. 2) Retenedor del cojinete (rodaje) delantero. 3) Collarín interior. 4) Cojinete (rodaje, balero, bearing). 5) Arandela (huacha, anillo). 6) Cubierta del lado de la polea. 7) Collarín exterior. 8) Ventilador. 9) Polea. 10) Arandela de presión (huacha o anillo). 11) Tuerca de polea. 12) Conjunto de terminales. 13) Puente de rectificación. 14) Regulador. 15) Conjunto de escobillas (brochas, cepillos). 16) Tornillo. 17) Estator.

Figura 21 Figura 20

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La electrónica en el automóvil 18) Arandela de aislamiento. 19) Capacitor (condensador). 20) Tridiodo. 21) Cubierta del lado de rectificadores. 22) Tornillo pasante. 23) Conjunto de cojinete y sello. 24) Terminales.

Prueba del Alternador Puede probar la bobina del rotor usando un multímetro en escala de baja resistencia, tal como se indica en la figura 21. Si marca entre 2 y 300 ohm la bobina funciona bien; si la aguja del óhmetro no se mueve, significa que la bobina está abierta y si marca menos de 2 ohm, entonces tiene alguna pista en corto, en cuyo caso se puede verificar con un medidor de bobinas de los muchos que hemos publicado en Saber Electrónica.

Conecte ahora el multímetro en la forma que se indica en la figura 22 y vea si hay continuidad entre alguno de los terminales y el núcleo del estator. Si es así, significa que el bobinado se está “induciendo a tierra” y necesita remplazarlo. Esto sucede debido a que el alambre del bobinado tiene una capa de barniz que lo aísla, evitando que exista conexión entre las espiras del bobinado, e igualmente, evita que por alguna parte el alambre se conecte al núcleo del estator, pero cuando el bobinado sufre un excesivo calentamiento, el barniz se quema y en este caso el alambre queda expuesto a tocar parte del núcleo, induciendo su señal en tierra (se dice que se pone a tierra). Para probar la bobina del estator ponga el multímetro en la escala de baja resistencia, ponga las puntas como se muestra en la figura 23 y verifique que la aguja indique continuidad (muy poca resistencia). Si la aguja no se mueve; la bobina está abierta. La bobina es un alambre enrollado cubierto de barniz y Figura 23

Figura 24

Figura 22

Figura 25

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Cómo arranca el motor de un automóvil Figura 26

cada terminal es un extremo, por lo tanto debe existir continuidad entre ambos terminales. Si no es así se debe a que el alambre se encuentra cortado en alguna parte de su arrollamiento. Compruebe si hay continuidad entre los dos anillos colectores, o resbaladores. Si no es así el circuito está abierto, y se lo debe reemplazar (figura 24). Si el alternador tiene un puente rectificador similar al de la figura 25, conecte un multímetro tal como se indica en la ilustración, un cable al disipador térmico aislado, y el Figura 27

Figura 28

otro al sujetador de metal. Tome una lectura, luego invierta las puntas del multímetro y tome otra, deberá obtener una lectura alta y una baja. Si las lecturas son aproximadamente iguales, cambie el puente rectificador. Repita la prueba entre los otros dos sujetadores. Si el alternador tiene diodos instalados en su interior (figura 26), conecte el multímetro entre el terminal de cada diodo y la caja de los diodos. Luego invierta las puntas del instrumento y compruebe nuevamente; si hay una lectura alta y una baja, el diodo esta en buenas condiciones. Si las lecturas son similares, deberá remplazarlo. En la figura 27 mostramos la forma en que se deben tener los carbones antes de la instalación. Se usa un sujetador de papel o equivalente. Así se facilita la instalación, pero no olvide retirar el sujetador cuando termine la instalación. En la figura 28 observemos el soporte o alojamiento típico de los carbones excesivamente gastados o quemados. Lo resortes que están a la vista se mantienen comprimidos, empujando los carbones (brochas), contra los anillos colectores. Conforme es el desgaste de los carbones, los resortes se extienden y como es lógico suponer, al extenderse disminuyen su fuerza de empuje; de allí que un excesivo desgaste de carbones, sumados a la suciedad del alojamiento; dan como consecuencia un falso o débil contacto y terminan en la condición que se muestran. La tendencia actual, en la producción de vehículos, apoyados en controles electrónicos, requieren que el alternador se encuentre en buenas condiciones de funcionamiento. Un descuido o falla de este componente dará como resultado, fallas de funcionamiento del motor, así como confusión en el criterio de diagnóstico. Igualmente debemos ser muy observadores en el recorrido del alambrado o conexiones.

Medidor Verificador de Bobinas y Arrollamientos Como hemos dicho, para poder verificar cortocircuitos en las bobinas de un alternador, hace falta un instrumento apropiado, el cual detallamos a continuación. Un principio fundamental de la teoría de los circuitos de corriente alterna es que al aplicar una corriente a un circuito LC, éste oscilará por un intervalo definido de tiempo. La frecuencia y la cantidad de ciclos de oscilación dependerán de la inductancia, la capacitancia y el factor de calidad Q, del inductor. Cualquier pérdida del circuito, o cual-

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La electrónica en el automóvil Figura 29

quier corto parcial o completo extinguirá las oscilaciones antes de que puedan desarrollarse a una extensión apreciable. Este es el principio y la teoría bajo la cual opera el verificador de inductancia. El circuito se muestra en la figura 29. La señal de red es rectificada y filtrada a través de una red duplicadora de voltaje, que consiste en los capacitores C4 y C5 y los diodos D1 y D2. El alto voltaje desarrollado se almacena en el capacitor C1. El potenciómetro R3 establece el nivel de carga de tensión en el capacitor C1. Los resistores R4 y R5 se usan para calibrar un medidor interno opcional (el valor exacto de estos resistores depende del movimiento del medidor usado). Para un medidor que promedia 100-mA, los valores típicos serán R5 = 4.7 megohm y R6 = 500 ohm. También se ha previsto una conexión opcional para un medidor externo. Cuando se presiona el interruptor, el relé RL1 se energiza y la carga DC del capacitor C1 es transferida como un pulso dirigido al circuito reactivo cerrado consistente en R1, C2 y el inductor bajo prueba. Dado que el relé no está en corto, su acción sólo aisla el voltaje de línea doméstica AC del circuito de prueba, eliminando la posibilidad de un corto accidental. Cuando se aplica el pulso DC al circuito comenzarán las oscilaciones si está en buenas condiciones el inductor conectado a los cables de prueba. El punto común entre el capacitor C2 y el inductor probado se conecta a la terminal de tierra del osciloscopio. La entrada vertical del osciloscopio se conecta al lado opuesto del capacitor C2 a través de C3 para proveer una relación de fase correcta al osciloscopio. El lado opuesto del induc-

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tor se conecta a la entrada horizontal del osciloscopio a través de un resistor aislador (R2), el cual impide que el osciloscopio cargue el inductor. El resistor R1 sirve únicamente para completar el circuito reactivo cerrado sin reducir el voltaje del pulso DC aplicado. Un inductor en buen estado genera un espiral en la pantalla del osciloscopio. La cantidad de vueltas del espiral se determina por la reactancia del inductor y otros valores del circuito. Igualmente, el tamaño y la forma del diagrama son determinados por los controles de ganancia horizontal y vertical del osciloscopio. Un circuito abierto producirá solamente una línea vertical derecha y una horizontal con la forma de una L invertida. Un arrollamiento de un inductor parcialmente en corto producirá una deflexión vertical del comienzo de la espiral, pero el primer círculo no será completado. Para usar el verificador de inductancia, aplique tensión de corriente alterna y conecte los cables del osciloscopio. Coloque el osciloscopio en el modo barrido horizontal externo y ajuste el haz a una intensidad relativamente alta.

Cómo arranca el motor de un automóvil

Figura 30

Pulse el botón S1 y ajuste los controles de ganancia horizontal y vertical para producir una L invertida, característica de un circuito abierto. Ninguna parte del diagrama debería extenderse más allá de la cara del tubo CRT. De este modo se evitan sobrecargas en los amplificadores del osciloscopio. Esta calibración sirve para cualquier prueba de inductancia, y sólo deberá realizar pequeños ajustes para cada caso particular. Para probar una inductancia específica, sus arrollamientos primarios y secundarios deben estar abiertos para prevenir que sean cargados por componentes asociados al circuito. Conecte los cables de prueba al lado de alta impedancia de un buen transformador de salida de audio, use el pulsador S1 para disparar el verificador, y advierta el diagrama espiralado del osciloscopio. Esto le dará una idea del tipo de diagrama normal que puede esperarse. Será necesario realizar un leve ajuste del osciloscopio para mantener la figura en la cara del tubo (TRC). La cantidad de espirales variará de acuerdo a la inductancia particular probada. Una espiral completa o más es un indicio seguro de que los arrollamientos no están en corto. Puede verificarlo generando un corto en el lado de la bobina de baja impedancia del arrollamiento del transformador y observar el cambio en la figura del osciloscopio. El verificador de inductancia también puede usarse para probar pérdidas entre los arrollamientos, o cualquier otra pérdida entre un arrollamiento y el centro del transformador. Dada su baja impedancia, el verificador no producirá la figura de espiral acostumbrada cuando se aplique a un arro-

llamiento en forma perpendicular. Más bien producirá un diagrama resonante característico. De cualquier modo, cada mitad de un arrollamiento de culata vertical u horizontal Lista de Materiales D1, D2, D3 –1N4001 - diodos rectificadores de silicio R1 –47k R2 –1M R3 –Potenciómetro logarítmico de 1M R4 –1k R5, R6 -Ver texto C1A - 0.1µF, 400V C1B - 0.22µF, 400V C1C - 0.47µF, 400V C2 - 0.1µF, 400V C3 - 100pF, 500V C4, C5 - 1µF, 200V C6 - Electrolítico, 470µF, 16V L1 - Luz piloto de 6.3-volt con portalámpara RL1 - Relé DC de 6-volt para impreso S1 - Interruptor normalmente abierto S2 - Llave giratoria de 1 piso 3 posiciones J1, J2 -conectores de tipo-BNC T1 -Transformador de aislación (relación 1 a 1 con bobinado secundario de 6,3V). Varios Placa de circuito impreso, gabinete para montaje, cables, estaño, etc.

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La electrónica en el automóvil puede ser revisado separadamente, y luego se pueden comparar los diagramas de cada arrollamiento para alcanzar una operación apropiada. Si los dos rastros son similares, el arrollamiento está en buenas condiciones. Recuerde que el arrollamiento probado debe estar aislado del resto del circuito, asegúrese de desconectar cualquier arrollamiento paralelo, resistores de extinción o capacitores antes de realizar esta prueba, o de otro modo afectará la salida del diagrama del osciloscopio. Como todas las pruebas de inductancia, este verificador tiene sus limitaciones. Por ejemplo, no será una gran ayuda si desea probar los arrollamientos de las bobinas RF y FI. Aún cuando no es factible una revisión directa de los

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arrollamientos de baja impedancia de estos dispositivos, los secundarios de transformadores de salida o los de filamento de los transformadores de potencia, una prueba indirecta a través de sus lados de alta impedancia puede resultar útil. El verificador de inductancia también puede operar en otros dispositivos: balastras de luces fluorescentes; y los arrollamientos de diferentes motores universales, fraccionados, de caballos de fuerza o aún en filtros de suministros de potencia. Advierta que siempre le resultará necesario ajustar la llave de rango, S2, en las posiciones bajo, medio o alto. Cuanto más baja sea la impedancia a medir, necesitará un rango más alto.

Vehículos híbridos: ¿qué son, cómo funcionan?

Capítulo 2

Vehículos Híbridos ¿Qué son, cómo Funcionan? Introducción En un coche híbrido el motor térmico es la fuente de energía que se utiliza como última opción, y se dispone un sistema electrónico para determinar qué motor usar y cuándo hacerlo. En el caso de híbridos gasolina-eléctricos, cuando el motor de combustión interna funciona, lo hace con su máxima eficiencia. Si se genera más energía de la necesaria, el motor eléctrico se usa como elemento para cargar las baterías del sistema. De esta manera, el sistema electrónico podrá “deducir” que en un determinado momento debe funcionar sólo el motor eléctrico, alimentándose de la energía guardada en la batería (por ejemplo cuando el auto está en bajada o a velocidad constante en una autopista). En algunos vehículos es posible recuperar la energía cinética al frenar, que suele disiparse en forma de calor en los frenos, convirtiéndola en energía eléctrica. Este tipo de frenos se suele llamar "regenerativos". La combinación de un motor de combustión operando siempre a su máxima eficiencia, y la recuperación de energía del frenado (útil especialmente en la ciudad), hace que estos vehículos alcancen mejores rendimientos que los vehículos convencionales. ¿A qué se llaman vehículos híbridos, cómo funciona un Vehículo Híbrido? Vivimos tiempos en los que la tecnología es expuesta en diferentes formas; por supuesto que los vehículos no podían mantenerse al margen del avance de la ciencia. Por ello, cuando se trata de vehículos, existen factores que obligan a los fabricantes a buscar apoyo en la tecnología de punta, para seguir con el negocio de la fabricación de vehículos. El organismo encargado de la preservación del medio

ambiente (EPA) regula o presiona a los fabricantes de vehículos a desarrollar mecanismos y/o tecnología, que ayude a evitar que se contamine el medio ambiente, con los desechos tóxicos, consecuentes del uso y desuso de un vehículo automotor. Es bueno entender que los conceptos que se aplican para desarrollar o buscar nuevas formas o fuentes de energía, se apoyan principalmente en la protección del medio ambiente. La gasolina o nafta, mezclada con aire, en la proporción estequiométrica (14.7 partes de aire por 1 de gasolina), permiten un funcionamiento adecuado del motor, pero cuando el vehículo requiere fuerza, sea en subidas y/o en trabajos pesados, el motor consume más de esta mezcla. Igualmente, de acuerdo a necesidades de funcionamiento, se requiere administrar el equilibrio de esta mezcla, tanto para encendido en frío (mezcla rica) como en desaceleraciones (mezcla pobre). Cuando el vehículo no requiere fuerza o va cuesta abajo, el requerimiento de la potencia del motor es mínimo, y es desde este punto de vista que debemos concentrarnos en la búsqueda de fuentes de energía alterna que sean menos contaminantes, aunque sean menos potentes. Los vehículos híbridos están construidos para funcio-

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La electrónica en el automóvil nar combinando fuentes de energía con la pretensión de lograr que el vehículo aproveche al máximo la fuerza obtenida de los componentes del sistema. Un Vehículo Híbrido usa mecanismos que tienen la habilidad de administrar el funcionamiento de sus componentes, logrando con ello que el vehículo mantenga cubierto las necesidades de rendimiento y autonomía alternando la función de sus componentes, dándole preferencia al componente o modo de funcionamiento que menos contamine. Considerando la necesidad de actualización de las personas que nos dedicamos al servicio mecánico en "www.automecanico.net" hemos desarrollado un sector específico sobre los vehículos híbridos. Esperamos ayudar al entendimiento del funcionamiento de estos vehículos. No pretendemos remplazar ningún manual de taller ni texto especializado, pero sí esperamos despertar el interés de nuestros seguidores en este tipo de vehículos. El Nacimiento de los Híbridos Posiblemente usted está creyendo que estos vehículos son difíciles de entender en su funcionamiento, pero no es así. Lo difícil es entender los términos técnicos que se usan para describirlos. Debido a ello, empezaremos definiendo los componentes más usuales; así facilitamos el entendimiento y nos sentiremos cómodos en la lectura. Los lectores de Saber Electrónica ya conocen perfectamente la mayoría de estos términos; sin embargo, no está demás realizar un repaso. Motor Eléctrico Si usted conoce un motor de arranque (marcha, arrancador, o “starter”), un ventilador etc, entonces ya conoce un Motor Eléctrico. Es un dispositivo que, al ser alimentado por alguna fuente de energía, es capaz de producir movimiento. Generador Eléctrico Si usted conoce un alternador o una dínamo, también conoce un Generador. Se trata de un elemento que produce energía eléctrica a través del movimiento de un eje. Conexión en Serie y Conexión en Paralelo: En electricidad se usan estos términos para describir la forma o modo en que se conectan los circuitos; la descripción permite reconocer la forma en que se consume la energía. Dentro de un circuito, se puede combinar el uso de estas conexiones pero eso es material para otro tema. En un circuito en serie la corriente recorre los compo-

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nentes uno por uno. En este circuito la energía o potencia es compartida entre todos los elementos que pueden ser focos (bulbos) en consecuencia, a mayor cantidad de focos conectados, más débil será la iluminación que éstos den (aún con una batería suficientemente cargada). En este sistema, si se afloja, quiebra u apaga un foco, los otros automáticamente también se apagarán. Asimismo, la corriente es igual en cualquier parte del circuito. En un circuito en paralelo la corriente fluye independientemente por cada elemento; por ejemplo, si otra vez hablamos de focos, la potencia de iluminación la determina el nivel de carga de la batería. En este sistema, si se apaga, quiebra u afloja un foco, los otros seguirán funcionando. La corriente en este caso es independiente en cada elemento, dependiendo de la resistencia de cada foco. Vehículo Eléctrico Cuando hablamos de un Motor Eléctrico en un auto que se mueve en base a electricidad, estamos hablando de un motor similar a un motor de arranque (starter), sólo que más grande, o de más potencia y, por consiguiente, consume más corriente. Aunque en estas páginas no pretendemos entrar en detalles técnicos, consideramos importante hacer la siguiente observación: La corriente eléctrica que consumimos regularmente tienen 2 términos para denominarlos o clasificarlos: Corriente Alterna (AC-sigla en inglés) y Corriente Continua (CD- Corriente Directa, en inglés). Se conoce como corriente alterna a la corriente que se encuentra en los enchufes de nuestras casas y que regularmente corresponde a una tensión de 110 o 220 volt. Se conoce como Corriente Continua a la corriente que encontramos en las baterías o pilas con las cuales funcionan los instrumentos o accesorios de nuestro vehículo y los componentes electrónicos de nuestra vida cotidiana. La diferencia entre un tipo de corriente y el otro consiste en que la corriente alterna fluye en ambas direcciones y no tiene una polaridad definida; en cambio la corriente continua se mueve en una sola dirección y tiene dos polos definidos: negativo y positivo (la corriente real viaja de negativo a positivo). A fin de simplificar la observación, diremos que para transformar la corriente alterna en corriente continua se requieren algunos componentes electrónicos agrupados en lo que se conoce como “rectificador de la corriente eléctrica”. Los vehículos eléctricos pueden ser equipados con mo-

Vehículos híbridos: ¿qué son, cómo funcionan? tores eléctricos que funcionan a base de corriente alterna o con motores eléctricos que funcionan a base de corriente continua (figura 1). Un vehículo eléctrico cumple con los requisitos de sus necesidades básicas, pero debe recargarse en una fuente externa después de cierta cantidad de horas de recorrido. Debido a ello, estos vehículos requieren tener un paquete o set de baterías de cierta calidad, que les permita almacenar energía en cierta cantidad que ayude a la autonomía del vehículo. Como se trata de un vehículo movido por electricidad, se entiende que la energía de las baterías no sólo se consume moviendo el vehículo; también se debe tomar en cuenta la instalación y movimiento de una bomba de vacío para apoyar el funcionamiento de los frenos así como la instalación y movimiento del compresor de aire acondicionado, etc, La caja de velocidades es regulada con un solo cambio debido a que la potencia eléctrica es regulada por el pedal de aceleración (su funcionamiento es similar al pedal de la máquina de coser eléctrica). Como el tiempo avanza, la imaginación también y ante la experiencia y/o la incomodidad que representa la baja autonomía o dependencia de una fuente externa para cargar baterías y el costo de ello, se expone como alternativa al Vehículo Híbrido. ¿A que se llama Vehículo Híbrido? Se conoce como Híbrido al vehículo que es movido como consecuencia de la combinación de dos fuentes de energía diferentes; ejemplo, gasolina-electricidad, diesel-electricidad, etc. Para no confundirnos en estas páginas hablaremos de un Vehículo Híbrido que se mueve en base a electricidad y gasolina (nafta). El vehículo con Motor a gasolina ya lo conocemos: tiene un tanque de gasolina, el cual se carga y permite mantener una autonomía de aproximadamente 500 kilómetros en promedio. Cuando hablamos del generador en un Vehículo Híbrido estamos hablando de un generador de corriente similar a un alternador, sólo que es más grande, más sofisticado y con gran capacidad de carga. En los modelos más recientes de Vehículos Híbridos, los motores eléctricos son más sofisticados y cumplen función doble: gastan energía para darle movimiento al vehículo y generan energía para car-

gar las baterías (hacen la función de motor y Generador). Existen variantes para los vehículos híbridos que se incrementarán con el correr de los días. Por ello, sin desmerecer las actualizaciones, hablemos de lo que conocemos. El Vehículo Híbrido tiene un motor a gasolina, igual al que se ve en cualquier vehículo, con la diferencia que en un Híbrido el motor es más pequeño y usa tecnología avanzada para reducir la contaminación y mejorar el rendimiento. El motor eléctrico viene equipado con sofisticados adelantos de la electrónica que le permite hacer la función de motor y generador. Por ejemplo, puede usar la carga de la batería, para acelerar el vehículo, pero también actúa como un generador (no en todos los casos) cuando el vehículo no requiere fuerza, retornando energía a las baterías. Las baterías en un Vehículo Híbrido contienen la energía almacenada para el funcionamiento del motor eléctrico. El motor eléctrico en un coche híbrido puede consumir y recargar las baterías (se entiende que, en todos los casos, el consumo es mayor). La transmisión (caja de velocidades) difiere entre las formas o combinaciones de funcionamiento. La forma de aplicar fuerza en pro de mover el vehículo, determinará el tipo de transmisión que se debe usar. ¿Cómo funcionan? Sin desmerecer el nombre de híbrido, tenemos varias versiones o combinaciones, las cuales explicamos a continuación. No existe un patrón fijo en cuanto al funcionamiento de un vehículo híbrido; éstos son configurados de acuerdo al criterio del fabricante, en aras de obtener un vehículo de alto rendimiento con un mínimo de residuos contaminante.

Figura 1

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La electrónica en el automóvil Vehículo con Motor Eléctrico En la figura 2 podemos ver una imagen que ejemplifica la forma de un auto eléctrico en donde:

Figura 2

1) Motor Eléctrico, 2) Transmisión de un sólo cambio, 3) Paquete de baterías. Vehículo con Motor a Gasolina (nafta) En la figura 3 podemos ver una imagen que ejemplifica la forma de un auto a nafta o gasolina en donde: 1) Motor a gasolina, 2) Transmisión o caja de velocidades, 3) Tanque de gasolina

Figura 3

Vehículo Híbrido en Serie Si bien en este mismo capítulo vamos a profundizar un poco, es conveniente mencionar las configuraciones usuales de los autos híbirdos. En la figura 4 podemos ver una imagen que ejemplifica la forma de un auto híbrido con configuración serie en donde: 1) Motor Eléctrico 2) Transmisión de un sólo cambio 3) Paquete de baterías 4) Tanque de gasolina 5) Motor a gasolina 6) Generador

Figura 4

El motor a gasolina [5] da vueltas al Generador [6]; el Generador carga las baterías [3] y éstas alimentan al Motor Eléctrico [1] para que éste, a su vez, dé vueltas a la transmisión [2] generando así el movimiento del vehículo. El motor a gasolina en este sistema no mueve directamente al vehículo. Vehículo Híbrido en Paralelo En la figura 5 podemos ver una imagen que ejemplifica la forma de un auto híbrido con configuración paralelo en donde: 1) Motor a gasolina 2) Transmisión del tipo convencional 3) Motor Eléctrico 4) Paquete de baterías 5) Tanque de gasolina Tiene un tanque de nafta (gasolina) que alimenta el Motor a Gasolina convencional y un set de baterías que

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Figura 5

Vehículos híbridos: ¿qué son, cómo funcionan? alimentan al Motor Eléctrico. Ambos motores pueden mover la transmisión y hacer girar las ruedas al mismo tiempo controlados por un sistema electrónico que “decide” en base a diferentes sensores alojados en distintas partes del vehículo. La transmisión en este caso es similar a la de un vehículo convencional (tiene cambios, ya sea manuales o automáticos).

con un sistema de propulsión híbrido (nafta-electricidad), además de otras propiedades que le permiten conseguir una muy alta eficiencia con muy bajas emisiones (figura 6). El consumo de combustible de un automóvil convencional puede ser disminuido si se mejora el coeficiente aerodinámico y la resistencia a la rodadura de los neumáticos, reduciendo tanto el propio peso del auto como las pérdidas generadas en el grupo propulsor (embrague, caja de cambios, diferencial, juntas homocinéticas). También se consiVehículo Híbrido Ultraligero guen mejoras si se utiliza la energía que se desperdicia en el frenado, así como el consumo cada vez mayor de los Un vehículo híbrido ultraligero combina una importan- equipos auxiliares. te reducción en el peso y en la resistencia aerodinámica, No caben dudas que en los automóviles convencionales actuales se ha conseguido un buen diseño aerodinámico. Sin embargo, puede ser aún bastante mejorado, fundamentalmente alisando los bajos, aunque también se puede actuar en las tomas de aire, marcos de ventanas y parabrisas, la parte trasera, la suspensión y el diseño de los compartimientos de las ruedas. La reducción del “arrastre de aire” se puede conseguirse haciendo que el diseño del automóvil sea globalmente aerodinámico (como una aeronave). Hay prototipos experimentales que han conseguido mejorar el coeficiente aerodinámico en un 25%. Por otra parte, los nuevos materiales Figura 6 compuestos permiten aligerar, simplificar, y robustecer notablemente los chasis de los coches. En un automóvil ligero es posible montar un grupo propulsor también ligero. Si se emplean compuestos de fibra, es posible que una chapa sea más fuerte y sin embargo más delgada, lo que permite aumentar el volumen interior de un automóvil y sin embargo disminuir el exterior, lo cual también es más aerodinámico. Una superficie frontal más chica, combinada con un perfil más alisado, permitirá cortar mejor el aire. Todo ello hará posible disminuir hasta un tercio la resistencia aerodinámica de los automóviles actuales. Por otra parte, la resistencia a la rodadura calienta inútilmente tanto el neumátiFigura 7 - El Ford Escape Híbrido combina la economía de combustible y el beneficio de co como la calle o autovía. La fricción o las emisiones de un híbrido "total" con la capacidad de ir a todas partes, dureza y amplitud rozamiento depende esencialmente del del Ford Escape. peso del automóvil y del tipo y dimen-

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La electrónica en el automóvil siones de los neumáticos, pero también se ve afectado por la resistencia pasiva de los frenos y por la fricción interna en los rodamientos. Para mejorar este punto, se puede reducir el peso total del vehículo, colocar neumáticos más eficientes, rodamientos de menor fricción y frenos sin resistencia pasiva. Desde la década del 70 hasta hoy los neumáticos radiales han reducido a la mitad la energía gastada en fricción por rozamiento durante el rodado. En los híbridos ultraligeros se busca reducir más de un 50% la resistencia de un vehículo convencional. Cálculos preliminares permiten asegurar que si bajamos 100 kilos de peso en la estructura del automóvil, podremos reducir finalmente una masa total de 150 kilos en todo el vehículo, Figura 8: "El Escape Híbrido puede ofrecer una solución económica a los problemas de porque entonces tanto su suspensión traslado hacia y desde el trabajo que confrontan cada día los conductores: congestiones que pueden agotar totalmente el tanque de un auto normal. Al mismo tiempo, es una so como el grupo propulsor pueden ser lución ambiental práctica y llevadera para contribuir a la resolución de los problemas de más ligeros. En un vehículo ultraligero, calidad del aire en nuestras ciudades, así como el peligro de calentamiento global" dado su diseño simple e integrado, puede quintuplicarse esta reducción, teniendo en cuenta que no necesita ya los servos, el siste- eficiencia entre un 30% y un 50%. Transformando un automa de refrigeración, y muchos de los engranajes y sistemas móvil ordinario en ultraligero, se dobla aproximadamente ahora normales. La tecnología necesaria para capturar estas su eficiencia. Combinando ambas tecnologías, es posible sinérgias ya existe. Actualmente los constructores cuidan aumentar su eficiencia hasta aproximadamente diez veces. muy poco la carga que supone tanto el grupo propulsor co- Si se hacen algunas modificaciones en los motores de gasolina, que se montan en embarcaciones fuera de borda o mo los accesorios. En los automóviles actuales, los enormes grupos pro- scuters, se puede mejorar su eficiencia en más de un 3%. pulsores constituyen más del 25% del peso total de la uni- En los diesel se puede aumentar la eficiencia en un 50%. Como afirma Antonio Sánchez, los híbridos ultraligeros dad. Esto es debido al poco empeño que se pone en su rediseño y simplificación. La gran cantidad de acoples, en- cuentan con las ventajas de los automóviles eléctricos mogranajes y juntas homocinéticas suponen una sustancial vidos por baterías pero sin tener que arrastrar el lastre que pérdida de rendimiento, además de contribuir notablemen- suponen los pesados y costosos paquetes de baterías, de te al sobrepeso del vehículo. Idear y construir motores y corta autonomía y escasa vida útil. Actualmente varios fagrupos simplificados, un 50% más ligeros y más eficientes bricantes de automóviles y diseñadores independientes han es otro desafío en los híbridos ultraligeros. Los accesorios construido ya automóviles experimentales que son ultrali(climatizadores, audio, computadora, iluminación, etc.) geros o híbridos, pero muy pocas veces una combinación consumen energía generada por el motor. Dados los bajos sinérgica de ambos. Los escasos ensayos realizados con requerimientos de potencia que deben tener los híbridos ul- prototipos híbridos ultraligeros han demostrado que podrán traligeros, este tipo de cargas pueden ser una parte impor- ser competitivos con los automóviles convencionales tanto en precio como en prestaciones, si son fabricados en grantante de la potencia total requerida. Se ha demostrado que estos dispositivos pueden funcio- des series. En un futuro próximo, con seguridad estos vehículos nar satisfactoriamente con tan solo un 30% de su consumo estarán comprendidos dentro de los del tipo ZEV (Zero actual si se emplean sistemas electrónicos integrados. Reemplazando el motor de combustión de automóvil Emission Vehicle), por lo que se espera que su potencial de ordinario por una unidad híbrida eléctrica se aumenta su ventas sea extraordinario.

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Vehículos híbridos: ¿qué son, cómo funcionan?

Configuración Paralela - Serie en el Toyota Lexus Dimos la teoría de funcionamiento de los vehículos híbridos que combinan diferentes fuentes de energía tanto para su propulsión como para realizar las diferentes tareas del mismo (climatización del auto, seguridad, etc.) con el objeto de reducir las emisiones de gases tóxicos y mejorar su rendimiento. En base a bibliografía de Enrique Célis (www.automecanico.net) e inspirado en mate rial de Antonio Sánchez (http://members.tri pod.com), mostramos cómo es la disposición en una configuración híbrida paralelo-serie en un auto Toyota Lexus.

Figura 9

Recuerde que un vehículo híbrido es aquel que combina diferentes fuentes de energía tanto para su propulsión como para realizar las diferentes tareas del mismo (climatización del auto, seguridad, etc.) con el objeto de reducir las emisiones de gases tóxicos y mejorar su rendimiento. Un vehículo eléctrico híbrido es un vehículo en el cual la energía eléctrica que lo impulsa proviene de baterías y, alternativamente, de un motor de combustión interna que mueve un generador. Normalmente, el motor también puede impulsar las ruedas en forma directa. Un vehículo híbrido se diseña combinando una importante reducción en el peso y en la resistencia aerodinámica, con un sistema de propulsión híbridoeléctrico, además de otras propiedades que le permiten conseguir una muy alta eficiencia con muy bajas emisiones. En la figura 9 se aprecia una gráfica del Toyota LEXUS Híbrido del 2006, que corresponde a un vehículo paralelo-serie. Puede observar los componentes básicos de este sistema: Motor a gasolina convencional, 6 cilindros V6 (Engine).

Disposición de partes en un vehículo híbrido Toyota Lexus Año 2006.

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La electrónica en el automóvil “de potencia” con los motores, tanto de gasolina como eléctrico, la unidad de control de potencia, el generador y el componente que divide o administra la potencia y/o el funcionamiento del sistema. La figura 12 muestra un detalle del tren delantero y la figura 13 muestra un detalle del paquete de baterías y el tanque de nafta. Por último, en la figura 14 se observa el paquete eléctrico desde atrás.

¿Los vehículos híbridos son peligrosos para la salud? Figura 10

Hace un tiempo que estoy leyendo información Motor Eléctrico situado en la parte del frente del vehí - sobre los vehículos híbridos y aún no entiendo por qué los culo (Front Elec.Motor). vehículos híbridos podrían ser más peligrosos que un autoPaquete de baterías (Battery). móvil convencional. Motor Eléctrico situado en la parte de atrás. En un artículo publicado por Martín Brown se menciona que el periódico New York Times publicó un artículo Mirando la figura 9, podemos observar que los motores que está armando bastante revuelo entre defensores y eléctricos hacen la función de Generadores, trasladando o detractores de generando energía para cargar las baterías. Se entiende que los automóviles en las desaceleraciones, o cuando el vehículo no requiere h í b r i d o s . fuerza, el sistema aprovecha para cargar baterías. Aunque el artíAhora observemos la figura 10. En este caso los dos culo es inconclumotores eléctricos utilizan las baterías para mover el vehí- so (los expertos culo. El motor a gasolina apoya la rotación del motor eléc- no se ponen de trico delantero al mismo tiempo que apoya el movimiento acuerdo entre sí, de tracción en las ruedas delanteras. y dependiendo En la figura 11 podemos ver una fotografía del sistema de a quién le preFigura 12

Figura 13

Figura 11

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Figura 14

Vehículos híbridos: ¿qué son, cómo funcionan? guntes, unos dicen unas cosas y otros, otras), lo cierto es que el peligro es evidente, y pudiera ser que los híbridos requieran una protección “especial” (lo que redundaría en hacerlos más caros) o un “límite de exposición”, algo así como el índice SAR en los teléfonos móviles, que no debiera sobrepasarse. En los artículos de “entendidos” se menciona que según el estadounidense National Cancer Institute, la exposición prolongada a campos electromagnéticos (EMFs: Electromagnetics fields) aumenta considerablemente el riesgo de padecer cáncer, sin embargo, no entiendo qué tiene que ver esto con los vehículos híbridos. Buscando por Internet encontré que algunas estadísticas nos dicen que un número de conductores enfermó desde que adquirieron su vehículo híbrido, como aumentos en la presión sanguínea. Algunos de ellos se preocuparon en medir los niveles de EMFs en sus híbridos y se encontraron con tasas peligrosas, prohibidas en algunas normas internacionales de seguridad. Toyota aclara, cada vez que puede, que sus vehículos híbridos emiten los mismos niveles de contaminación que un vehículo de gasolina normal y que, por lo tanto, no hay razón para sospechar que pueda ser peligroso, o, cuanto menos, que tengan un mayor peligro que un vehículo normal. El problema de todo esto es que nos encontramos con una serie de leyes que van por detrás de la tecnología y que, además, son diferentes en cada país. Además, los expertos nunca se han puesto de acuerdo en torno a la nocividad o no de bajos niveles de radiación. Según yo lo veo, si nos referimos a las emanaciones electromagnéticas… si 20 autos juntos, parados en un embotellamiento, podrían producir campos electromagnéticos capaces de “favorecer” la ge-neración de cáncer por sus radiaciones, y uno no híbrido, pongamos un diesel que son los más nocivos, cáncer de pulmón y cientos de enfermedades más por sus gases. Por lo tanto (insisto que no soy especialista pero uso el sentido común) mi opinión es que un auto híbrido no debería ser más peligroso que un auto a combustible. Creo que es una discusión que merece ser tenida en cuenta y que los especialistas son quienes tienen la última palabra.

Figura 15 Despiece de un híbrido convencional

Vehículos Híbidos Toyota y Honda Normalmente, emn un auto híbrido, el motor eléctrico también puede impulsar las ruedas en forma directa. Se diseña combinando una importante reducción en el peso y en la resistencia aerodinámica, con un sistema de propulsión híbrido-eléctrico, además de otras propiedades que le permiten conseguir una muy alta eficiencia con muy bajas emisiones. Ahora veamos el funcionamiento de algunos ejemplos que circulan en nuestras rutas y carreteras.

El Honda "Insight" Es un vehículo híbrido paralelo simplificado que funciona en base al esquema de la figura 16; tiene un motor

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La electrónica en el automóvil eléctrico (2), acoplado al motor a gasolina (1), exactamente donde va la rueda volante [flywheel]. Este sistema es llamado "ayuda integrada del motor"; el "Insight", tiene una transmisión manual convencional de cinco velocidades o un CVT, automático (transmisión continuamente variable). El motor eléctrico ayuda al motor a gasolina proporcionando energía adicional, cuando el vehículo necesita aceleración, y/o subiendo una colina. Usa las desaceleraciones y/o frenado para ayudar a cargar las baterías. Arranca con el motor a gasolina, eliminando la necesidad de un arrancador (marcha o starter). Sin embargo, el motor eléctrico no puede accionar el coche por sí mismo, el motor a gasolina debe funcionar para que el vehículo se mueva (figura 17). Para conseguir el mejor kilometraje posible, Honda utilizó todos los puntos de la eficacia que enumeramos en el artículo anterior pero el "Insight" apoya su fuerte en tres áreas: Reduce el peso haciendo el vehículo lo más liviano posible usando materiales de poco peso, como el aluminio. Usa un motor muy pequeño, que puede mantener el funcionamiento del vehículo acorde a las expectativas (el vehículo pesa menos de 950 kilos, o sea 250 kilos menos que el Honda Civic más ligero) y utiliza técnicas de aerodinámica avanzada. El motor a gasolina del Honda "Insight" que se muestra en la figura 17 es pequeño pero eficiente, pesa sólo 124 lbs (56 kgs) tiene una cilindrada de 1 litro con tres cilindros, produce 67 caballos de fuerza a 5700 rpm y lleva incorporada la tecnología de combustión VTEC para obtener el máximo de rendimiento. El "Insight" cumple las exigencias de la EPA (conservación del medio ambiente) y obtiene unos 25 kilómetro por litro, igualmente con la energía adicional proporcionada por el pequeño motor eléctrico, este sistema alcanza una aceleración de 0 a 100 kilómetros por hora en unos 11 segundos. Cuando el motor eléctrico está funcionando, el "Insight" consigue 73 caballos de fuerza a 5700 rpm, si lo comparamos a lo que obtiene el motor a gasolina sólo nos da la impresión que el motor eléctrico agrega solamente 6 caballos de fuerza. Pero la eficacia real del motor eléctrico, se obtiene a bajas velocidades del motor a gasolina. El motor eléctrico en este vehículo es clasificado en 10 kilowatt (cerca de 13 caballos de fuerza) en 3000 rpm.

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Figura 16

Figura 17

Vehículos híbridos: ¿qué son, cómo funcionan? Este vehículo no requiere que se conecte o enchufe en fuente de energía externa, el motor genera toda la energía necesaria para cargar las baterías. La transmisión manual está separada del motor a gasolina y del motor eléctrico por el embrague (clutch). Esto significa que si usted es del tipo de conductor al que le gusta pisar el clutch o poner la caja en neutro cuando va en bajada o está parado, evitará que el motor eléctrico recupere energía; pues para ello se requiere que el vehículo esté en cambio o engrane (enganchado, engage).

Honda “Prius”

El motor eléctrico, el "Insight", hace su esfuerzo de torsión máximo de 66 libras-pie en 4800 rpm. Con el motor eléctrico hace 79 lbs-pie a 1500 rpm lo que significa que el motor eléctrico agrega un mayor torque en el rango o gama de velocidad donde el motor es más débil. Esta innovación permite que Honda dé a un motor pequeño, la sensación de ser mucho más grande. El "Insight" utiliza técnicas de aerodinámica avanzada. La parte posterior del vehículo es más estrecho que el frente. Las ruedas traseras están parcialmente cubiertas por la carrocería para proporcionar una figura más lisa y algunas partes de la superficie inferior del vehículo se incluyen con los paneles plásticos. Estos detalles dan como resultado un coeficiente de resistencia de 0.25, que lo hace uno de los coches más aerodinámicos del mercado. El "Insight" no es muy diferente de un coche convencional, cuando se lo acelera quien realiza el mayor trabajo es el motor a gasolina. Si usted acelera rápidamente, el motor eléctrico lo apoya dándole potencia extra. Cuando está viajando a lo largo de una autopista, el motor a gasolina hace todo el trabajo y cuando deja de acelerar o frena, el motor eléctrico aprovecha para generar energía y almacenarla en las baterías.

Uno de las principales logros del Toyota "Prius" es mejorar las emisiones (reducción de residuos contaminanFigura 18 tes) conduciendo en ciudad. Para lograr esto, Toyota diseñó un vehículo híbrido paralelo - powertrain llamado Toyota Hybrid System [THS] que agrega algunas de las ventajas de un vehículo híbrido en serie. Al igual que Honda, Toyota se ha enfocado principalmente en el powertrain (tren de potencia) para lograr sus metas en cuanto a la reducción de emisiones y aumentar el rendimiento en kilometraje. El "Prius" pesa 2900 libras [1315 kilos], tiene mucho espacio interior y de baúl o cajuela (tanto como un Corolla). El "Prius" se apoya en dos características principales para optimizar su eficiencia y reducir las emisiones. El motor a gasolina funciona solo bajo ciertas condiciones de velocidad y carga. Para reducir las emisiones el "Prius" puede acelerar a una velocidad de 15 mph (24 kilómetros por hora) antes de activar el motor a gasolina. El motor a gasolina solo empieza su funcionamiento una vez que el vehículo ha pasado cierta velocidad y una vez que el motor a gasolina arranca, el rango que tiene para acelerar es bastante reducido. La figura 18 muestra la disposición del sistema motor de este vehículo donde observamos: 1) Motor a gasolina 1.5L 4 cilindros 2) Generador

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La electrónica en el automóvil 3) Motor eléctrico 4) Power split device 5) Baterías 6) Tanque de gasolina Toyota usa un componente llamado Power split device (componente que divide o administra la energía o fuerza) el motor a gasolina puede ser ajustado para funcionar lo más eficientemente posible, en ciertas condiciones de velocidad y carga. El power split device en el "Prius", permite que el motor a gasolina permanezca en su rango más eficiente de carga y velocidad la mayor parte del tiempo. Toyota diseñó el motor a gasolina de 1.5 litros para funcionar a una velocidad máxima de sólo 5000 rpm donde produce 76 caballos de fuerza. Mantener el máximo de velocidad en nivel bajo permite el uso de componentes más ligeros que mejoren su eficiencia. El motor eléctrico en el "Prius" genera 67 caballos de fuerza de 1200 a 1540 rpm y produce 295 libra-pies, de torque desde 0 a 1200 rpm, lo cual es más que suficiente para que el vehículo se desplace sin la ayuda del motor a gasolina. El power split device (figura 19) viene a ser el corazón del Toyota "Prius" y consiste en una caja de engranajes que tiene una función versátil: engancha el motor a gasolina con el generador y el motor eléctrico y permite que el vehículo funcione como un vehículo híbrido paralelo. El motor eléctrico puede mover el vehículo por sí mismo, el motor a gasolina puede mover el vehículo por sí mismo; igualmente pueden mover el vehículo juntos. En otras palabras, el power split device permite que el vehículo funcione también como un vehículo híbrido en serie. El motor a gasolina puede operar independientemente de la velocidad del vehículo cargando las baterías o apoyando el movimiento del vehículo cuando éste lo requiera. También actúa como una transmisión continuamente variable CVT, eliminando la necesidad de una transmisión manual o automática y finalmente el dispositivo permite que el generador encienda el motor a gasolina por lo cual ya no se requiere un motor de arranque. Como se puede apreciar en la figura 19, el power split device es un set de engranes y planetarios el motor eléctrico está conectado al aro dentado del set de engranes y también está conectado directamente al diferencial, el cual

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Figura 19

mueve las ruedas, lo que significa que la rotación del motor eléctrico y aro dentado determinan la velocidad del vehículo. El generador está conectado al eje central del set de engranajes y el motor de gasolina está conectado a la jaula en donde están montados los planetarios. La rotación del aro dentado (ring gear) depende de los tres componentes, lo cual significa que todos tienen que trabajar juntos siempre para controlar la velocidad de salida. Cuando usted acelera inicialmente, el motor eléctrico y las baterías proporcionan toda la energía. El aro dentado (ring gear) del power split device, está conectado al motor eléctrico así que comienzan a rotar juntos. La jaula de los planetarios que está conectada al motor a gasolina perma-

Vehículos híbridos: ¿qué son, cómo funcionan? nece inmóvil por que el motor a gasolina no está funcionando. Cuando el aro dentado (ring gear) gira, los planetarios también giran; en consecuencia, el engrane central y generador rotan. Al acelerar, el generador gira a la velocidad suficiente para mantener el motor apagado. Una vez que alcanza las 40mph (64kmph) el motor a gasolina se activa (el generador repentinamente cambia de velocidad, dando lugar a que la jaula de planetarios giren y arranquen el motor a gasolina). Una vez que el motor a gasolina está funcionando se mantiene a una velocidad constante mientras el generador varía su propia velocidad para igualar la velocidad de salida con el motor eléctrico. Si usted acelera bruscamente, el motor eléctrico consumirá energía extra de las baterías. Cuando usted está en una vía de alta velocidad, el vehículo se moverá bajo una combinación de gasolina y energía eléctrica con toda la energía que viene del generador.

Al igual que el "Insight", el "Prius" no requiere ser recargado externamente, el generador del vehículo en forma automática mantiene el apropiado nivel de carga de las baterías. Ambos: Honda y Toyota tienen garantía en sus componentes híbridos, el "Insight" tiene 8 años/80,000 millas de garantía en todas las partes del tren de potencia incluyendo baterías y el "Prius" tiene 8 años/100,000 millas de garantía en las baterías y sistema híbrido. Los motores eléctricos en estos vehículos típicamente no requieren ningún tipo de mantenimiento sobre la vida del vehículo (igualmente si usted requiere reemplazar las baterías después de la expiración de la garantía, el costo de reemplazo podría costar algunos miles de dólares). El motor a gasolina ocupa un mantenimiento similar a cualquier otro vehículo convencional. Como ambos vehículos tienen frenos regenerativos, las pastillas de frenos tendrán una duración un poco mayor a las de un vehículo convencional.

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GDI: motor de inyección directa

Capítulo 3

GDI Motor de Inyección Directa de Gasolina Dos Modos de Combustión En respuesta a condiciones de conducción, el motor de GDI cambia la sincronización de la inyección del aerosol del combustible, alternándose entre la carga estratificada de dos modos distintivos de la combustión (combustión de Ultra-Lean), y la combustión homogena de la carg a (Superior Output). Bajo condiciones de conducción normales, cuando la velocidad es estable y no hay necesidad de la aceleración repentina, el motor de GDI funciona en Ultra-Lean Mode. El combustible se inyecta vaporizado al final de la corona del pistón durante las últimas etapas del movimiento de la compresión, dando por resultado una mezcla aire/combustible óptima y estratificada inmediatamente debajo de la bujía. Este modo facilita así la combustión magra y un nivel de la eficacia de combustible comparable a el de un motor diesel. El motor de GDI cambia automáticamente a Superior Output Mode cuando el programa piloto acelera, indicando una necesidad del mayor potencia. El combustible se inyecta en el cilindro durante el movimiento descendente del pistón, donde se mezcla con aire para formar una mezcla homogena. La mezcla homogena es similar a la de un motor convencional de MPI, pero utilizando las características únicas del GDI, logrando un nivel más alto del poder que poseen los motores convencionales de gasolina (figura 1).

Control Exacto de la Mezcla de Air/Fuel La capacidad del motor de GDI de controlar exactamente al mezclarse el aire y el combustible es debido a un concepto nuevo llamado "espaciamiento amplio", por el que la inyección en forma de vapor (en aerosol) del combustible ocurre más lejos de la bujía que en un motor convencional de gasolina, creando un espacio grande que permite mezclarse en forma óptima el combustible gaseoso y

el aire. En la combustión estratificada (Ultra-Lean Mode), el combustible se inyecta mas bien hacia la tapa curvada de la corona del pistón en lugar de dirigirse hacia la bujía, durante la última etapa del movimiento de la compresión. El movimiento del combustible vaporizado, la desviación de la cabeza de pistón y el flujo del aire dentro del cilindro hacen que el combustible inyectado en forma de aerosol se vaporice totalmente y se disperse. La mezcla que resulta del combustible gaseoso y del aire, se lleva entonces, hasta la bujía para la ignición (figura 2). Para llevar la mezcla aire/combustible hasta la bujía, se

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La electrónica en el automóvil desarrollaron tres características técnicas nuevas. Los accesos de producto de motor de GDI se han hecho rectos y verticales para crear un flujo sólido que facilita la mezcla del aire y del combustible. El aire se traza uniformemente y directamente abajo a través de los accesos de producto hacia el cilindro, donde la cabeza de pistón lo vuelve a dirigir, forzándolo en un flujo vertical inverso durante la caída, lo que constituye el modelo más eficaz del flujo para mezclar el aire y el combustible y llevar la mezcla hasta la bujía. Los pistones del motor de GDI poseen tapas curvadas únicas que forman una cámara de combustión redondeada, lo que también contribuye a mejorar el acceso de combustible hacia la bujía. Los inyectores de alta presión y se utilizan para dar un movimiento que “remolina” a alta velocidad el combustible inyectado en aerosol, lo que atomiza el combustible mejorando las características de la mezcla para la combustión. Además de su capacidad de mezclarse a conciencia con el aire circundante, el aerosol del combustible no moja fácilmente la pared del cilindro o la cabeza de pistón. En la combustión homogénea (Superior Output Mode), el combustible se inyecta durante el movimiento descendente, cuando el pistón se desFigura 3 plaza hacia el fondo del cilindro, vaporizándose en el flujo de aire y siguiendo el pistón abajo. Seleccionando la sincronización óptima para la inyección, el combustible en aerosol sigue el movimiento del pistón sin quedar atrapado arriba. En este caso, como el pistón se mueve hacia abajo y el interior del cilindro llega a ser más grande en volumen, el combustible en aerosol se dispersa extensamente, asegurando una mezcla homogenea (figura 3).

La Eficacia de Utilizar Mejor el Combustible El concepto de un amplio espacio permite lograr una mezcla estratificada,

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permitiendo al motor de GDI ofrecer combustión “ultra magra”, permitiendo una mejora significativa en la eficiencia del combustible. Además de la combustión ultra magra, el motor de GDI logra una relación de transformación más

Figura 1

Figura 2

GDI: motor de inyección directa alta de compresión debido a su control característico y exacto de la sincronización de la inyección de combustible. Estas características contribuyen a un consumo de combustible más bajo. El motor de GDI mejora la economía de combustible en un 33% en condiciones urbanas típicas.

Esquema General de Funcionamiento En la figura 4 tenemos el esquema general de los diferentes elementos que forman el sistema de inyección directa de gasolina. En el se ve el circuito de admisión de aire y el circuito de suministro de combustible. El circuito de admisión de aire empieza con el sensor (1) encargado de medir la cantidad de aire que, en función de la carga, entra en el motor. También dispone de unas electroválvulas colocadas en by-pass en dicho circuito y que actúan; la (2) en compensación de la necesidad de aire adicional debido al accionamiento de elementos auxiliares del motor y la (3) en caso de un control de todo o nada. La válvula reguladora de ralentí (4) es la encargada de mantener el régimen de giro del motor constante y actúa controlando el paso del flujo de aire después de la mariposa. Finalmente, la válvula EGR (5) realiza la función de recircular los gases de escape cuando las altas temperaturas y presiones de combustión provocan la aparición de los peligrosos óxidos de nitrógeno en los gases de escape. Podemos ver también la posición vertical de los colectores de admisión que permiten, gracias a la longitud y su cuidado pulimentado, aumentar el rendimiento volumétrico. En el circuito de suministro de combustible al motor la gasolina parte del depósito (6) gracias a una bomba previa (7) de baja presión que pasa por un filtro y un regulador de presión (8) y se conduce a un conjunto hidráulico (9) que incorpora una bomba de alta presión. Un conjunto regulador de alta presión (10) mantiene la presión de inyección en su ultimo tramo hacia el inyector (11). La bomba inyecta carburante a una presión de 50 bar y utiliza un sensor de presión de combustible para el control preciso de la alimentación. En el escape del motor se incorpora un convertidor catalítico (12) para eliminar los restos de NOx cuando el motor trabaje con mezcla pobre o estratificada.

El Colector de Admisión Vertical Con este tipo de colector se consigue crear un flujo de aire en la admisión del tipo giratorio en sentido de las agujas del reloj, con el que se consigue un mayor rendimiento. La ventaja de este sistema de flujo giratorio respecto al turbulento utilizado en la manera clásica (inyección indirecta), es que en este último tiende a concentrarse el combustible en la periferia del cilindro y por lo tanto alejado de la bujía, en cambio el giratorio permite concentrarlo en el lugar que más interesa para una mejor combustión: alrededor de la bujía. El hecho de que se realice siguiendo el sentido horario obedece a la necesidad de evitar que por medio de la inyección directa de gasolina choque con la bujía, ya que esto crea una acumulación de hollín que provoca falsas explosiones. Si el flujo girara hacia la izquierda no daría el tiempo suficiente para conseguir que el chorro de gasolina inyectado directamente se vaporizase. El ángulo relativamente grande del inyector ayuda a asegurar que también tendrá tiempo suficiente para que el chorro pulverizado de combustible se vaporice, incluso cuando se inyecta durante la carrera de compresión. El deflector del pistón ayuda a concentrar la mezcla de aire/gasolina rica alrededor de la bujía. Esta mezcla estratificada de forma ideal, rica alrededor de la bujía, pobre en la periferia, permite que el motor GDI de Mitsubishi funcione suavemente en el modo de combustión ultra-pobre, con la asombrosa relación de aire 40/1, con lo cual se consigue una importante economía de combustible. Figura 4

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La electrónica en el automóvil Los motores de inyección directa gasolina funcionan con dos tipos de mezcla según sea la carga del motor: mezcla estratificada y mezcla homogénea.

Mezcla Estratificada El motor es alimentado con una mezcla poco enriquecida cuando el vehículo se desplaza en unas condiciones de carga parcial (pedal del acelerador a medio pisar). Para poder conseguir una mezcla pobre para alimentar el motor, éste debe ser alimentado de forma estratificada. La mezcla de aire y combustible se concentra en torno a la bujía ubicada en una estratégica posición central en las cámaras de combustión, en cuyas zonas periféricas se acumula prácticamente sólo una capa de aire. Con esta medida se consigue la eliminación de la mencionada estrangulación para proporcionar un importante ahorro de combustible. La positiva característica de economía de consumo es también una consecuencia de la disminuida dispersión de calor. El aire concentrado de la manera comentada en la periferia del espacio de combustión mientras se produce la explosión de la mezcla en la zona central de la cámara proporciona una especie de aislamiento térmico. Con esta estratificación específica de la carga, el valor Lambda en el área de combustión oscila entre 1,5 y 3. De este modo, la inyección directa de gasolina alcanza en el campo de carga parcial el mayor ahorro de combustible frente a los inyecciones convencionales : en marcha de ralentí incluso un 40%. En la figura 5 podemos observar que durante la fase de admisión (1), el volumen de aire procedente de los colectores de admisión verticales recorre la superficie curvada del pistón (2) y refluye hacia arriba creando un potente flujo giratorio en el sentido de la agujas del reloj. El control del flujo es posible gracias a sensores de flujo de aire

de tipo Karman, que controlan la contrapresión baja, y a dos selenoides de la válvula by-pass que permiten que grandes cantidades de aire lleguen al cilindro con suavidad, lo que es importantísimo cuando se trata de funcionar con relaciones de aire/combustible extremadamente pobres de hasta 40/1. En la carrera de compresión del pistón la forma giratoria se descompone en pequeños y numerosos torbellinos. A continuación, en la última fase de la carrera de compresión, el inyector de turbulencia de alta presión pulveriza el combustible (3) siguiendo una espiral muy cerrada. Este movimiento de turbulencia junto con la elevada densidad del aire comprimido y los pequeños torbellinos, mantienen compacto el chorro pulverizado de combustible. El combustible se concentra alrededor de la bujía. La estratificación es muy buena: la mezcla aire/combustible es rica en el centro y pobre en la periferia. Finalmente salta la chispa en la bujía (4) y el potente producto de la combustión es controlado por la cavidad esférica del pistón que se va extendiendo mediante una reacción en cadena. El resultado de todo este proceso es una mejora del 20% en el ahorro de combustible. Ahora bien, el control inteligente de la inyección permite disponer asimismo de una mezcla homogénea en los regímenes más elevados (cuando se exige potencia al motor). La inyección es adaptada de forma automática y el combustible no es inyectado en las fases de compresión sino en las de admisión (figura 6). Unas determinadas leyes de la termodinámica imponen, no obstante, un aumento del llenado de los cilindros y una disminución de la temperatura de compresión en estas condiciones. Estos ajustes tienen unos efectos secundarios también muy positivos que se manifiestan en forma de unos elevados valores de potencia y par motor. Con una relación de

Figura 5

Figura 6

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GDI: motor de inyección directa

compresión alta por encima de 11 (11,5:1) ofrece un valor significativamente más alto que un motor dotado de un sistema de inyección MPI (indirecta). Con mezcla homogénea el combustible se inyecta durante la carrera de admisión para crear un efecto de refrigeración, el inyector de alta presión cambia la forma de funcionar en este modo para alimentar el combustible mediante un chorro largo en forma de cono, con objeto de conseguir una dispersión en el cilindro.

El efecto de refrigeración evita las detonaciones o combustión espontánea en el cilindro que pueden producirse cuando el motor tiene una relación de compresión alta y un elevado calentamiento. Uno de los aspectos más importantes del motor GDI es la menor emisión de gases contaminantes (C02, NOx e hidrocarburos). Si se quema gasolina se genera C02; por lo tanto, si se reduce la cantidad de gasolina quemada se reducirá también la cantidad de C02. De este modo, disminuyendo el consumo de combustible en un 20%, en el motor GDI descienden también las emisiones de C02 en ese mismo porcentaje. Los catalizadores de tres vías no son eficaces en el motor GDI cuando funciona en el modo ultra-pobre de combustión. MITSUBISHI ha desarrollado un nuevo tipo de catalizador, denominado de reducción selectiva, para ayudar a disminuir las emisiones de monóxido de nitrógeno (NOx).

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Inyección electrónica en el automóvil

Capítulo 4

Inyección Electrónica en el Automóvil Introducción Aunque el futuro nos traiga vehículos eléctricos o impulsados por energía solar o hidrógeno, los carros / autos y camiones del momento todavía tienen motores de gasolina o diesel de combustión interna. Sin embargo, las mismas razones que están promoviendo la búsqueda por fuentes alternas de potencia demandan que el combustible actual sea usado de una forma más eficiente que nunca antes. Los motores de combustión interna queman una mezcla de aire comprimido y combustible dentro de la cámara de combustión del cilindro para generar potencia. Mientras que los motores diesel siempre han utilizado inyectores para hacer fluir hacia adentro el combustible, los de gasolina tradicionalmente han confiado en el carburador para mezclar el combustible con el aire. Con un carburador el aire entra al motor a través de la garganta de éste, extrayendo la gasolina hacia afuera por unos pequeños orificios, o surtidores, mientras ésta fluye por la propia garganta. Aunque el sistema trabaja muy bien, no es lo suficientemente preciso para una economía máxima de combustible, buen manejo, alto rendimiento y escapes libres de emisiones. Como puede leerse en la revista Mecánica Popular, los sistemas de inyección de combustible substituyen al carburador con una pequeña y muy exacta boquilla atomizadora, llamada inyector. Los inyectores lanzan un chorro o inyectan el combustible dentro de la corriente de aire. Mientras algunos vehículos tienen uno o dos inyectores en la caja del acelerador (estrangulador) que

se asemeja a un carburador, ahora la mayoría de los automóviles tienen inyectores múltiples, con un inyector montado en cada abertura de admisión del cilindro y aunque los motores diesel y algunos motores de gasolina antiguos usan sistemas mecánicos de inyectores, la mayoría de los autos modernos tienen inyectores electrónicos. Con un inyector en cada abertura de admisión, el combustible puede ser atomizado justamente en la válvula de admisión, minimizando la cantidad de combustible necesitada. Igualmente importante, como el combustible no está mezclado con el aire de la admisión hasta el último momento, los diseñadores de motores tienen una gran libertad para darle forma y afinar el sistema de admisión para una eficiencia máxima.

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La electrónica en el automóvil

Diferencias entre Sistema a Carburador e Inyección Electrónica Como dijimos, el funcionamiento del motor de un vehículo de combustión interna consume una mezcla de aire/gasolina. Los residuos consecuentes de esta combustión, se consideran contaminantes al medio ambiente. El consenso de los seres civilizados nos ha llevado a buscar formas o

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mecanismos que minimicen estos residuos. Por esta razón en los últimos años hemos sido invadidos por experimentos de diversa índole mostrados en carburadores y sistemas de encendido hasta llegar al uso masivo de un sistema de dosificación de combustible que sólo se conocía en vehículos de alto costo. Este sistema es el llamado FUEL INJECTION. Durante años se han diseñado diferentes tipos de carburadores quizás con la pretensión de llegar al punto de no tener que “envidiar en nada” al sistema fuel injection. Sin embargo, los mismos años jugaron a favor de este sistema. Hoy en día las computadoras poseen un costo bajo comparado con el valor del vehículo y, por otro lado, los ecologistas dispuestos a defender el medio ambiente, libre de contaminantes, dejaron a los fabricantes con la única alternativa de usar lo mejor que tenían a la mano para continuar produciendo sus vehículos. La ventaja es que, al producir masivamente, los costos son menores y hoy podemos disfrutar las ventajas de tener en nuestros coches un sistema que durante años fue un privilegio para pocos. Cuando se habla de combustión, se nos viene a la mente el combustible y aquí es donde iniciaremos una comparación entre un carburador y un siste-

Inyección electrónica en el automóvil ma “Fuel Injection” o de Inyección Electrónica. Se sabe que la combustión en un motor es lo que determina el tiempo de vida de éste así como la vida de todos los que habitamos este planeta, o sea que si la combustión permite la expulsión de gases altamente contaminantes, estaríamos dañando a nuestro planeta en forma muy veloz. Por esta razón tanto un carburador como el sistema fuel injection, funcionan sobre la base de una mezcla precisa de aire y combustible (14,7 partes de aire por 1 de combustible). El carburador permite el ajuste manual de esta mezcla por lo cual un dispositivo mal regulado podría ser altamente nocivo. Dentro de la tolerancia 12 a 1 (mezcla rica en combustible), o 16 a 1 (mezcla pobre en combustible), es posible obtener diferentes resultados. Si se ajusta a una mezcla muy rica se pueden dañar las válvulas y pistones, y si se ajusta a muy pobre, el motor pierde fuerza. Si la mezcla no es la correcta, tenemos una de las causas de un motor “desafinado” con lo cual el motor estaría sufriendo daños y/o contaminando el medio ambiente. El sistema fuel injection, en base a un monitoreo constante de sensores colocados en diferentes partes del motor, ajusta la mezcla, obedeciendo a un programa de su computadora de a bordo de tal manera que la entrega de la mezcla nafta (gasolina) y aire siempre sea la correcta. Pero el tema no es tan sencillo de interpretar para los que no son mecánicos. Es por eso que se deben tener en cuenta las siguientes diferencias porque son las que determinarán el diagnóstico básico y la diferencia de interpretación de fallas en un motor: Cuando usted acelera en un sistema con carburador se inyecta gasolina (nafta). Cuando usted acelera en un sistema de inyección electrónica se abre una compuerta de aire. Una entrada de aire falso directamente al sistema colector de combustible (normalmente conocido como manifold de entrada en muchos países de América Latina) en el sistema a carburador apaga el motor. Una entrada de aire falso directamente al manifold de entrada en fuel injection aumenta las revoluciones del motor. Cuando el motor está frío, el carburador ahoga la garganta para enriquecer la mezcla, y utiliza un termostato para desahogarla cuando está caliente. Cuando el motor está frío, en fuel injection un switch térmico (interruptor) hace funcionar un inyector especialmente colocado para enriquecer la mezcla mientras el motor está frío. Cuando el motor calienta se desconecta. Para esta misma función, otros tipos de inyección electrónica utilizan un solenoide (actuador) que por medio de impulsos magnéticos abre y cierra una compuerta o “by

pass” para que la computadora ajuste la mezcla de acuerdo a los requerimientos programadas en ella. Una de las desventajas del sistema de inyección electrónica radica en que si la gasolina o nafta se atomizara en partículas casi imperceptibles su combustión sería más eficiente. Con esta intención los fabricantes han diseñado los motores de tal manera que, aprovechando el calor que hay en el motor, éste es utilizado para tratar de “gasificar” la gasolina. En principio esto parece una gran ventaja pero el inconveniente es que el motor trabaja siempre en el límite de sobrecalentamiento (over Heating) ya que el termostato y el electroventilador están programados para funcionar sobre 180 grados. De ahí que es muy importante conocer bien el sistema de inyección electrónica y su sistema de enfriamiento. Nota: En Argentina, así como en otros países de la región se llama nafta al combustible que cargamos en el tanque de un automóvil; sin embargo, en la mayoría de los países de habla hispana el nombre que se le dá a este elemento es el de gasolina. En estos artículos emplearemos indistintamente ambos términos debido a que Saber Electrónica se distribuye en toda América.

Figura 1

Figura 2

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La electrónica en el automóvil T B I: Throttle Body Injection ó CFI: Central Fuel Injection Se conoce como T B I al Sistema de inyección (figura 1) que utiliza 1 o 2 inyectores eléctricos (figura 2), colocados en la parte superior del sistema colector de combustible (de ahora en más lo llamaremos manifold de admisión o simplemente manifold). Este sistema se asemeja, en figura, a un carburador común y corriente tal como puede observarse en las figuras 1 y 3. Este sistema funciona valiéndose de una computadora instalada dentro del vehículo. En cuanto se abre el switch (en cuanto se activa la llave de encendido) los inyectores reciben 12V en el borne positivo, mientras que el borne negativo del inyector es controlado por la computadora, la cual se vale de un monitoreo constante de sus sensores instalados en diferentes partes del motor para evaluar su compartimiento para ajustar la entrega de combustible, tratando siempre de mantener una mezcla perfecta de aire y gasolina (14,7 partes de aire por 1 de nafta). Este sistema es utilizado por diferentes fabricantes de

Figura 3

Figura 4

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automóviles, especialmente los americanos. Sin embargo, cada fabricante emplea un sistema diferente de sensores y programas que corren en una computadora para definir el paso del combustible lo cual hace algo difícil uniformar los síntomas para diagnosticar las fallas que pueden producirse en un sistema de inyección electrónica. Sin embargo, a lo largo de diferentes artículos trataremos de hacer ajustes a nuestro criterio de diagnóstico para que usted se ubique en los síntomas particulares de su vehículo. General Motors denomina TBI al uso de 1 o 2 inyectores colocados en la posición que se muestra en la fotografía de la figura 3. En la misma posición "Ford" denomina al sistema "Central Fuel Injection". Comprenderán que resulta ocioso estar denominando los sistemas de acuerdo con el criterio del fabricante. A nosotros nos resulta mas práctico uniformar criterios y diagnosticar siguiendo principios de mecánica. Por esta razón y con la única finalidad de no confundirlos nos ocuparemos del sistema que usa 1 ó 2 inyectores en la forma similar a como se ve en la fotografía, nombrándolos TBI. Vamos a explicar este sistema comenzando por la presentación de “algunas fallas y sus posibles soluciones”. Esto hará que se sienta más cómodo con la lectura de este artículo ya que en lugar de tener “tanta teoría” encontrará algunos tips que le podrán ser de utilidad. Generalmente los motores, sin importar que sean de 4, 6 u 8 cilindros, deben mantener un “vacío” cuya lectura debe estar entre 17 y 22 libras de presión; este detalle es monitoreado por la computadora a través de sus sensores y le sirve de base para hacer el ajuste de la mezcla de combustible. Si usted siente que su motor esta más acelerado de lo normal, es posible que la junta (empaque o gasket) que se encuentra en la parte baja del cuerpo donde están instalados los inyectores esté soplada o quemada; sin embargo, también es probable que haya una manguera de vacío rota o desconectada.

Inyección electrónica en el automóvil Finalmente póngale atención al actuador de revoluciones en “ralenti” o descanso (idle speed control selenoide). Este solenoide está instalado en el cuerpo donde están los inyectores (figura 4) y su función es equilibrar las revoluciones del motor. En la figura 5 podemos ver el dibujo del manifold de un sistema de inyección electrónica TBI en el que se puede apreciar por dónde ingresa el aire y la gasolina, la ubicación del solenoide del inyector de gasolina y cómo se “dosifica” el ingreso del aire por medio de un barrilete o papalote que se mueve cuando aceleramos. No podemos hablar de fuel injec tion, ni asumir que tenemos problemas con el sistema de inyección, sin antes habernos asegurado que no tenemos problemas mecánicos. Es frecuente escuchar decir a los usuarios "llevé mi automóvil a la máquina (computadora), le cambié los sensores que decían estar malos y mi coche sigue fallando". Esto se debe al hecho de que las computadoras o (también conocidas como scanner), monitorean códigos de fallas pre establecidos por los fabricantes, respondiendo a los requerimientos de emisión. Por lo tanto, si el motor tiene fallas mecánicas el sistema de diagnóstico de inyección acusará fallas en todos los sensores involucrados. Esto no quiere decir que cambiando los sensores solucionará su problema. Por ejemplo si un cable de la bujía está quemado o cortado, el cilindro asociado no hará explosión. Por lo tanto, la gasolina inyectada a ese cilindro será expulsada “cruda” al sistema de escape (exhaust). Los sensores involucrados en este caso son: sensor de oxígeno, control de revoluciones en estado de reposo (Idle speed control), etc. Esto no quiere decir que los sensores estén malos, la interpretación correcta es: “Problemas Mecánicos” Por esta razón si usted quiere saber qué es lo que realmente tiene su automóvil, llévelo a un taller de mecánica que cuente con monitores de barra al sistema mecánico del motor, el mismo le hará una lectura de compresión, vacío, y encendido. Como puede comprender, si bien aún no hemos explicado cómo funciona el sistema TBI, ya tienen una idea de algunos sensores involucrados y, lo mejor: “con poca teoría y varios ejemplos”.

Figura 5

El sistema de inyección (TBI) se vale de una bomba de combustible eléctrica instalada, por lo general, dentro del tanque de gasolina (nafta). Esta bomba envía la gasolina a presión hacia el cuerpo de inyectores que son los encargados de inyectar el combustible dentro del manifold de entrada. La gasolina excedente regresa hacia el tanque de gasolina pero antes de iniciar su recorrido hacia el tanque tiene que pasar por el regulador de presión que se encuentra en el mismo cuerpo de inyectores y su función es mantener una presión de combustible requerida promedio de 10 psi. Recuerde que si la presión no está dentro de lo especificado, el motor tendrá fallas de poder por falta de combustible (perderá potencia). En algunos modelos equipados con medidor de flujo de aire (air flow meter) la computadora que “vigila” la inyec-

Figura 6

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La electrónica en el automóvil ción electrónica no permitirá una conexión floja que deje entrar aire fuera del control del medidor del flujo de aire porque esto provocará, como consecuencia, falta de fuerza al motor y usted sentirá como que no le llega gasolina al motor. Esto se debe a que la computadora regula la entrega de gasolina de acuerdo a la cantidad de aire que atraviesa el medidor del flujo de aire. El aire que ingresa sin control se conoce como “aire falso” y generalmente la computadora no lo detecta por lo cual no lo toma en cuenta y de esta manera se origina una mezcla pobre que no le permite al motor desarrollar toda su potencia.

nado en el mismo cuerpo de inyectores y su función es abrir o cerrar un pasaje de aire de acuerdo con los requerimientos de la computadora para equilibrar las revoluciones del motor.

La función de la computadora es la siguiente: Los sensores colocados en diferentes partes del motor reciben un voltaje o tensión de referencia de modo que las variaciones de este voltaje son interpretadas por la computadora como “códigos” que manejarán a los actuadores de acuerdo con su programa o patrón de funcionamiento correcto y es en base a esta lectura que ajusta la función de los inyectores. La idea es que la gasolina inyectada sea Importante: se debe cambiar con regularidad el filtro exactamente la que necesita el motor para su correcto funde aire ya que un filtro de aire sucio obstaculiza la entra - cionamiento. da de aire al manifold de admisión lo que, como hemos ex Recuerde y téngalo muy presente la computadora trabaplicado, provocará falta de fuerza al motor. ja con tensiones muy pequeñas, por esta razón “no se le ocurra hacer conexiones en los sensores con la tensión de En la figura 6 se puede observar la foto de un inyector la batería” ya que ésta tiene 12 volt. Si hiciera esto seguratípico para este sistema. mente arruinará la computadora. Si tenemos en cuenta que la entrada de aire aumenta las Estamos hablando de los sensores y no de los inyectorevoluciones, este hecho es utilizado por la computadora res porque éstos “sí” trabajan con 12 volt. Cuando se refiepara poder controlar las RPM. re a los inyectores, la computadora activa y desactiva los El “Idle Air control valve” (IAC) se encuentra posicio- inyectores administrando sólo el lado de la corriente negaFigura 7

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Inyección electrónica en el automóvil tiva del inyector. El lado positivo (+) lo controla la llave de encendido. Uno de los sensores más comunes y el más expuesto a recibir maltrato por sobreuso es el sensor de Oxígeno. Este sensor está posicionado en el múltiple de escape muy cerca del catalítico; su función es “olfatear” (analizar) los gases residuales de la combustión. Este sensor está compuesto de un material bastante especial en base a circonio y sólo trabaja estando caliente. La propiedad especial de este sensor es que genera diferentes voltajes según si los gases residuales que son enviados hacia el escape son consecuencia de una mezcla rica o pobre. La tensión generada por el sensor de oxígeno es enviada hacia la computadora y ésta, de acuerdo con su programa, hace ajustes a la mezcla tratando siempre de mantener una composición perfecta (14,7 partes de aire por 1 de gasolina). Comúnmente este sensor lleva un solo cable en el conector pero también los hay de los que llevan 3 cables en el conector. Cuando el sensor es de 3 cables, uno hace la misma función que las de un solo conector, y los otros dos sirven para alimentar una resistencia que lleva incorporado y que le ayuda a calentarse en forma rápida. La falla de este sensor se manifiesta con una constante alza y baja de revoluciones, confundiéndose con las fallas del IAC (sensor de

aire). Antes de comenzar a explicar realmente en qué consiste la inyección electrónica, en las figuras 7 y 8 podrá ver las partes que constituyen este sistema en automóviles General Motors.

Fuel Injection, Principios de Funcionamiento Los sistemas de inyección funcionan asociados a un sistema de Emisión (humo), lo que quiere decir que al momento de diagnosticar fallas en un sistema de inyección debemos descartar y solucionar problemas en el sistema de emisión. Se conoce como sistema de Emisión a todos los componentes encargados de ventilar y requemar los residuos contaminantes. El sistema fuel inyección que utiliza inyectores (1 por cilindro o pistón) controlados electrónicamente se componen básicamente de lo siguiente: sensores y actuadores. Sensores: Se conoce como sensores a todos los componentes colocados en diferentes partes de un motor y que están conectados a la computadora del vehiculo. Los sensores entregan un voltaje que es comparado con un voltaje de referencia en la computadora, en este capítulo analizaremos los diferentes sensores que forman parte del sistema

Figura 8

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La electrónica en el automóvil de inyección. Cuando el funcionamiento del vehículo altera este voltaje la computadora lo interpreta de acuerdo con su programa y activa los actuadores para corregir la mezcla y/o el tiempo de encendido. Los sensores más comunes son: sensor de temperatura, sensor de flujo de aire, sensor de posición del cigueñal, etc. Actuadores: Se conoce como actuadores a los componentes colocados en diferentes partes del motor que sirven

Figura 9

Figura 10

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para ejecutar las alteraciones que la computadora requiere hacer al funcionamiento del motor de acuerdo con su programa preestablecido. En otras palabras los actuadores son solenoides que se activan o desactivan siguiendo órdenes de la computadora. Como ejemplos de actuadores tenemos el control de revoluciones en marcha mínima (idle speed control), inyectores, etc. Ahora recordemos esto: Cuando damos arranque o encendemos el motor, se activa la bomba de gasolina ésta envía la gasolina desde el tanque hacia el riel de inyectores, hace su recorrido y la gasolina sobrante regresa al tanque usando la manguera de retorno. La bomba de gasolina (figura 9) frecuentemente es instalada dentro del tanque de gasolina en unos casos y muy cerca de él en otros y es la encargada de alimentar de combustible al sistema, con una presión sostenida promedio de 40 libras . La bomba de nafta suele colocarse dentro del tanque, en un compartimiento especial a los efectos de que se encuentre lo más cerca del suministro. Es importante destacar que si la bomba se queda sin combustible realizará un trabajo forzado y se puede dañar, por lo cual es importante evitar quedarse sin nafta ya que esto podría dañar la bomba o restarle vida útil. Cuando accionamos la llave de encendido, se envían 12V a la bomba y la gasolina es impulsada desde el tanque hacia la bomba de gasolina, pasa por un acumulador de gasolina (Dumper) y luego por un filtro hasta llegar al riel de inyectores; da la vuelta y regresa hacia el tanque de gasolina pero antes tiene que someterse al regulador de presión, quien mantiene la presión en el sistema haciendo que el excedente de nafta continúe su recorrido hacia el tanque. El riel de inyectores es la parte donde están instalados todos los inyectores. La gasolina ingresa por un extremo y por el otro, el riel tiene instalado un regulador de presión que impide que la gasolina se regrese al tanque hasta que la presión dentro del riel alcance el valor requerido para su funcionamiento. Después de lograrlo la gasolina sigue su recorrido de regreso al tanque (figura 10).

Inyección electrónica en el automóvil Figura 11 Se conoce como regulador de presión de nafta o gasolina a la parte que se encuentra instalada en el riel de inyectores de modo que su diafragma interior se activa con el “vacío” del manifold de admisión y tiene la función de sostener la presión de gasolina dentro del riel de inyectores siguiendo las especificaciones del fabricante. Los inyectores son los encargados de “rociar” la gasolina hacia los cilindros en una proporción que es regulada por la computadora. Cuando accionamos la llave de encendido, haga tensión al borne positivo de los inyectores (12 volt) mientras que el terminal negativo o tierra (ground) es controlado por la computadora, Figura 12 quien envía “pulsos” que permiten que se rocíe nafta a los pistones y tiene relación con el módulo de encendido (la velocidad de interrupción de la señal, determina la cantidad de gasolina entregada). La figura 11 muestra uno de los tantos modelos comerciales de inyectores. En resumen, al poner en marcha un vehículo a inyección se realizan las siguientes actividades: giramos la llave de encendido, las luces del tablero se activan, la bomba de gasolina se activa, los inyectores reciben corriente positiva, pero no se activan debido a que les falta la corriente negativa que es “comandada por la computadora. El sistema de encendido recibe corriente positiva pero no se activa (debido a que falta la corriente negativa). Activamos el motor de arranque, el motor da vueltas como consecuencia de ésto, el distribuidor o sensor de posición de cigüeñal (según sea el caso) envía la señal (alternada, o pulsada) de su función a la computadora y a partir de ese momento llega la corriente al sistema de encendido e inyectores, controlando con la señal pulsada, su polo negativo, cerrándose el circuito de funcionamiento básico del motor. En conclusión, los sistemas de inyección de combusti-

ble funcionan bajo presión. Típicamente, la gasolina es mantenida entre 2 a 3,5 kg/cm2 (35 a 50 libras/pulgada2) en un tanque montado en la bomba de combustible. En alguna parte en el conducto entre la bomba y los inyectores hay un filtro de combustible grande. Para garantizar que siempre haya suficiente combustible para todas las condiciones, los inyectores múltiples están conectados a un múl-

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La electrónica en el automóvil tiple de combustible, llamado raíl. Un conducto de retorno envía el exceso de combustible de regreso al tanque. Cada inyector de combustible (vea la figura 12) tiene en un extremo una válvula controlada por un solenoide. Un resorte mantiene la válvula asentada fuertemente contra el combustible contenido a presión dentro del inyector. La computadora del motor envía una señal eléctrica al inyector, haciendo que el solenoide jale la válvula fuera de su asiento. A medida que la válvula se abre, deja expuestos unos pequeños agujeros hechos de forma precisa en el extremo del inyector, llamado orificios atomizadores, que permiten que el combustible sea atomizado. A una orden de la computadora del motor, el solenoide libera la válvula, la que se cierra con la ayuda del resorte. La cantidad de combustible atomizado es regulado por la cantidad de tiempo que la válvula permanece abierta. El solenoide la abre y cierra tan rápidamente, que el instante que está abierta se llama pulsación. El patrón del combustible atomizado es determinado por la forma y tamaño de los orificios y es exacto a la forma y tamaño de las aberturas de admisión. Los motores con dos válvulas de admisión por cilindro, tienen un inyector con un atomizador dividido, para inyectar la misma cantidad de combustible a ambas válvulas.

Sensores y Actuadores en la Inyección Electrónica Es importante recordar que antes de asumir problemas en el sistema de “injection” (inyección electrónica) debemos descartar problemas mecánicos y/o problemas en el sistema de emisión. Por ejemplo, un cable de bujía roto o en mal estado haría que la gasolina (nafta) que ingresa en ese cilindro no sea quemada y ocasionaría como consecuencia fallas en la potencia del motor, falta de fuerza y por consiguiente, los sensores de oxígeno, posición de garganta, presión absoluta del manifold y otros acusarán fallas. Una manguera que de-

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Figura 13

be estar al vacío, si está desconectada o rota, daría como consecuencia una entrada de aire falso y por consiguiente, las revoluciones del motor se alterían. En los motores actuales es frecuente encontrar colectores o manifold de admisión superior, confeccionados de material no ferroso. Este tipo de componente se deforma con el calor, e igualmente las juntas o empaques que usan, se queman o endurecen, dando lugar a una fuga de vacío. La consecuencia es que el funcionamiento del motor en baja y en frío es inestable. Por ello, antes de asumir el cambio de un sensor, asegúrese que el sistema mecánico se encuentre en buenas condiciones. Los sensores y actuadores tienen la función de sentir, corregir y mejorar el funcionamiento básico del motor. En la figura 13 podemos observar una figura explotada de un sistema de inyección electrónica típico.

Cold Star Val: Válvula de Encendido en Frío Cuando el motor está frío necesita de una mezcla rica. En algunos sistemas de injection, los fabricantes han diseñado un inyector especial para esta función que se activa por medio de un switch (interruptor) que se encuentra ubicado muy cerca del termostato o sensor de temperatura del

Inyección electrónica en el automóvil agua (figura 14). Cuando el motor está frío este inyector surte de gasolina al sistema y cuando el motor calienta se desconecta. Si el motor ya se encuentra caliente y este inyector siguiera activado acusaría fallas debido a que mantiene la mezcla rica.

Figura 14

Sensor de Temperatura: Figura 15 Este sensor funciona como un interruptor, se encuentra ubicado cerca de la manguera que lleva agua al motor después del termostato, o sea que sensa la temperatura del agua dentro del motor. Es importante conocer la función de este sensor pues, aparte de informar a la computadora la temperatura del motor, su función de interruptor, activa o desactiva el ventilador eléctrico (fan) del radiador (figura 15). Si usted desconecta este sensor, se activa una luz (check engine) en el ta-

Figura 16

blero y de inmediato se activa el ventilador. Si el motor no tuviera termostato, o si éste tuviera algún defecto que le impidiera cerrarse, el agua correría libremente y no alcanzaría la temperatura adecuada para activar o desactivar este sensor y, en consecuencia, la computadora permanecería trabajando en circuito abierto entregando una mezcla rica, para el motor frío.

Air Mass Sensor: Medidor de Masa de Air Este medidor lleva en su interior un filamento muy parecido a lo que se ve en una lamparita común. La computadora aplica corriente a este filamento para calentarlo y el aire que lo atraviesa dirigiéndose hacia el manifold de admisión lo enfría, la computadora “insiste” en mantenerlo caliente. Por lo tanto, este sensor se ubica dentro del sistema de circulación de aire (figura 16). Las variaciones de temperatura en el sensor varían su resistencia provocando diferentes caídas de tensión que la computadora las interpreta de acuerdo con el programa que tiene preestablecido y como respuesta activa los inyectores, éstos a su vez, rocían la gasolina suficiente para que el motor funcione, teniendo en cuenta que tanto el aire que entró como la gasolina entregada deben conformar una mezcla correcta (14.7 partes de aire por 1 de gasolina). Las fallas de este sensor darían como resultado mezclas ricas o mezclas pobres.

Air Flow Sensor: Medidor del Flujo de Aire Este sensor se diferencia del anterior porque no lleva filamento. La función de medir lo hace respondiendo al hecho de que cuando usted acelera, abre la placa de la toma de aire; en ese momento el aire que absorbe el motor viene desde la parte exterior del medidor del flujo de aire y al pasar por éste empuja la compuerta del medidor de tal manera que mientras más aire absorba el motor, más se abrirá la compuerta (figura 17). Esta compuerta, al abrirse, activa una señal que se envía a la computadora y en base a ésto la computadora activa los inyectores el tiempo suficiente para que la mezcla de aire y gasolina siempre sea la correcta.

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La electrónica en el automóvil

Figura 17

Sensor de Posición de la Garganta Este sensor está ubicado a un lado de la garganta y lleva un conector eléctrico por medio del cual recibe de la computadora un voltaje de referencia de forma tal que cuando aceleramos abrimos el barrilete o papalote (placa de aceleración). Cuando el aire ingrese del exterior el voltaje de referencia se altera, la computadora lo interpreta y de acuerdo con su programa activa los inyectores el tiempo suficiente para que la mezcla aire/gasolina siempre sea la correcta (figura 18). La apertura de descanso o idle de la garganta viene preajustada de fábrica.

ra que en concordancia con el módulo de encendido se genere la chispa en cada una de las bujías. Generalmente se encuentra ubicado al frente, cerca de la polea del cigueñal o a un lado en el bloque de cilindros (figura 19). Los fabricantes de vehículos instalan estos Componentes a sus vehículos pero éstos son adquiridos de un mercado globalizado que como es de entenderse están más preocupados en vender que en el control de calidad. De allí que no debe extrañarnos la frecuencia de fallas intermitentes de estos componentes, confundiendo el criterio de diagnóstico de cualquier mecánico. Los lectores de códigos no pueden detectar este tipo de fallas; son rápidas y apagan el motor (en estos casos los fabricantes llaman a los usuarios para corregir el problema). El sensado se realiza por magnetismo; el cigueñal, al dar vueltas, alinea un corte que el sensor detecta como una señal que es enviada al módulo de encendido (pastilla) y de allí a la computadora. Las fallas de este sensor se manifiestan por ausencia o deficiencia de chispa en las bujías, confundiéndose con fallas del módulo de encendido. Este sensor al venir incrustado en el monoblock, tiene el problema de estar expuesto a altas temperaturas y debido a esto, en determinado momento, se daña (revienta) y hace panza haciendo difícil su cambio. En algunos casos se hace necesario remover el carter para forzar su salida desde abajo.

Sensor de Presión Absoluta del Manifold Este sensor mide el vacío dentro del manifold de admisión, la computadora interpreta esta señal para determinar el monto de gasolina que el motor requiere en diferentes

Sensor de Posición de Cigüeñal Este sensor es utilizado en motores equipados con el sistema DIS (sistema de encendido directo). Al no llevar distribuidor este sensor indica a la Figura 18 computadora el momento en que los pistones alcanzan el recorrido máximo de su carrera. Esta señal la utiliza la computadora pa-

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Figura 19

Inyección electrónica en el automóvil condiciones de trabajo. Generalmente se encuentra ubicado a un lado y cerca del motor (figura 20).

Sensor de Oxígeno (Lamba, Ego) Entre todos los sensores, éste tiene una función que podríamos llamarla peculiar, debido a que no recibe corriente de referencia de la computadora, debiFigura 20 do a que está compuesto de un tipo de material llamado circonio, el cual tiene la particularidad de generar corriente. Se encuentra instalado cerca o en el manifold de escape. Este sensor lleva un conector, un alambre va a la computaFigura 21 dora. Si tuviera tres, los otros dos sirven para alimentar una resistencia que se encarga de mantenerlo caliente (figura 21). Este sensor sólo trabaja caliente, se encarga de “oler” los gases que el sistema de combustión expulsa hacia el sistema de escape sobre la base de mezcla rica o Figura 22 mezcla pobre; en-

vía la señal a la computadora para que ésta, a su vez, ajuste la mezcla de acuerdo con el monitoreo de sus otros sensores. Es decir, se encarga de enviar señales a la computadora para que ciertos actuadores corrijan la mezcla y/o atrasen o adelanten el tiempo de encendido.

Sensor de Temperatura del Agua: Coolant Temperature Sensor Este sensor indica a la computadora la temperatura del agua para que ésta, a su vez, ajuste su funcionamiento. Se entiende que la computadora pasará de circuito abierto a circuito cerrado. La figura 22 muestra el aspecto de este sensor. Recuerde que un motor frío consume más gasolina que un motor caliente.

Auxiliary Air Regulador: Regulador Auxiliar de Aire Este regulador hace las veces de choque o barrera ya que en su interior tiene una especie de bypass (puente) que permite el ingreso de aire auxiliar cuando el motor está frío Para realizar esta función lleva en su interior una especie de ventana que se va cerrando con suavidad, conforme la resistencia que tiene incorporado se va calentando (figura 23). Su uso es frecuente en vehículos japoneses como Nissan, Toyota etc. El sistema fuel injection se caracteriza por la forma en que reacciona frente a una entrada de aire, lo que quiere decir que cualquier entrada de aire al sistema debe ser monitoreado hacia la computadora. De no ser así el motor acusará fallas. Debemos tomar en cuenta que este sistema requiere que el motor alcance una t e m p e r a t u r a Figura 23 de funcionamiento adecuada. De lo contrario la computadora mantendrá su circuito abier-

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La electrónica en el automóvil to y el motor funcionará siempre en la posición de “frío” con el consiguiente excesivo gasto de combustible. Por esta razón tanto el termostato como el electroventilador deben mantenerse siempre en condiciones operativas originales.

Idle Speed Control: Control de Revoluciones en Descanso (ralenti) El más conocido es el usado por la Ford (figura 24). Este solenoide está montado en la toma de aire (figura 25). En este caso no tenemos medidor de aire. Por lo tanto, el aire pasa directamente a la garganta de modo que la computadora monitorea el sensor de posición de la garganta para determinar la cantidad de gasolina que debe entregar y luego el “idle speed control” abre y cierra una compuerta de aire interior para estabilizar las revoluciones. Este regulador necesita que se le ponga mucho cuidado porque con frecuencia es la causante de fallas constantes al motor (sube y baja de revoluciones en descanso). Aunque la función es la misma, el nombre que recibe este tipo de componente varía entre marcas de vehículo, por ejemplo, válvula reguladora de aire (by pass air, solenoide). A los efectos de “recordar” la importancia de la mezcla aire/ gasolina, podemos hacernos la siguiente consulta: ¿De dónde sale eso de 14.7 partes de aire por 1 de ga solina? No pretendemos dar explicaciones científicas ya que este artículo está orientado a mecánicos o a electrónicos que desean incursionar en la mecánica automotriz debido a la interacción permanente de ambas disciplinas en los vehículos modernos. El aire, teniendo en cuenta si está frío o caliente, tiene un peso diferente. La cantidad de presión atmosférica es una a nivel de mar y es otra en lugares altos. Los pistones de un motor en su carrera de descenso generan vacío (vacuum) en el cilindro; este vacío es llenado de inmediato de acuerdo con la presión atmosféri-

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Figura 24

Figura 25

Figura 26

Inyección electrónica en el automóvil Figura 27

Figura 28

ca del lugar, por esta razón antiguamente, los vehículos tenían que ser ajustados constantemente, tanto en la mezcla como en la chispa, debido a que estos perdían fuerza cuando estaban en las alturas. También recuerden que esta es la razón por la que existen bujías frías y calientes (figura 26). Los motores reaccionan en forma similar a un ser humano cuando se trata de respirar y respirar a nivel de mar no es lo mismo que respirar a 5000 metros de altura. El sistema “fuel injection” toma en cuenta lo expuesto en el párrafo anterior; por esta razón la computadora al monitorear los sensores, determina el peso del aire y la fuerza que el motor está haciendo y en base a esto corrige la mezcla y/o atrasa o adelanta la chispa de encendido.

Figura 29

Insistimos en diagnosticar fallas basándonos en princi pios de mecánica; esto quiere decir que el hecho de tener ante nosotros un vehiculo equipado, con sistema de inyec ción electrónica no quiere decir que necesariamente nece sitamos una máquina para escanear y diagnosticar fallas. Muchas veces una inspección visual de todos los componentes que forman el sistema de inyección es suficiente para “prever” dónde puede estar la falla. Recuerde que el sistema de inyección electrónica es sólo una forma de administrar el combustible como una alternativa al carburador. El principio de combustión interna sigue siendo el mismo. Ahora tome nota de lo siguiente: Todos los vehículos tienen que pasar un examen de emisiones o control de hu mo antes de ser puesto en venta. Esto obliga a los fabrican tes a desarrollar sistemas para evitar una contaminación ambiental, mas allá de los limites permitidos. Generalmen te los automóviles poseen una identificación que muestra los tipos de ajustes que son necesarios para mantener las emisiones tóxicas en su nivel más bajo. La etiqueta de la figura 27 corresponde a un automóvil Saturn modelo 1999 de 4 cilindros y 1.9 Litros, controlado por un Módulo Computarizado (Secuencial Fuel Injection). No requiere ajustes en la afinación o “tune-up”, ya que viene pre ajustado de fábrica. La apertura entre electrodos de bujías es de, 0.040 pulgadas y está equipado con válvula EGR, sensor de oxígeno. Dicho auto también trae una etiqueta como la de la figura 28, de la que podemos concluir que se trata de un vehículo que no lleva distribuidor de chispa hacia las bujías, entonces debemos ubicar el origen y la forma en que se alimenta la chispa a las bujías. Por ejemplo, en un sistema de distribución directa “DIS” (coil Assenbly) salen los cables hacia las bujías en el orden en que indican los números correspondientes a cada cilindro, figura 29. Luego se debe verificar que cada cable está en la posición correcta. También debemos observar la posición de la válvulas EGR y PCV, el sensor de posición de garganta (Throtle Body), el sensor de presión absoluta del manifold (MAP sensor), etc. Todos los vehículos que llevan instalado una computadora tienen dos fases, formas o modos de funcionamiento conocidas como circuito abierto (open loop) y circuito cerrado (close loop). La forma de circuito abierto se manifiesta cuando el

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La electrónica en el automóvil motor está frío; en esta fase de funcionamiento el motor necesita de una mezcla rica; debido a esto el programa de la computadora permite que el motor encienda, funcione y caliente pero no interfiere ni le altera su funcionamiento. Cuando, el sensor de temperatura del agua o líquido enfriante (cooling sensor) alcanza la temperatura especificada por el fabricante; la computadora cierra su circuito (close loop). Desde este momento la computadora lee las señales del sensor de oxígeno; determina si los gases quemados son consecuencia de mezcla rica o pobre; analiza las señales de los sensores de posición de la garganta, de presión absoluta del manifold, etc. y luego activa los actuadores para corregir algún desbalance en la mezcla. Esto pone de manifiesto que un vehículo sin termostato del agua o líquido enfriante no permitirá que el sensor de temperatura alcance la temperatura requerida para hacer que la computadora cierre su circuito; dando como consecuencia que el motor siga funcionando en la posición de circuito abierto; gastando la gasolina como si estuviera frío y contaminando el ambiente. Si usted cree que el motor calienta demasiado, revise el funcionamiento del ventilador, chequee el termostato (algunas veces se queda pegado en posición cerrado), haga una limpieza al radiador, tenga una bomba de agua en buenas condiciones; pero no cometa el error de remover el termostato del agua y dejar que ésta circule libremente. Recuerde que cualquier alteración en el funcionamiento mecánico del motor daría como consecuencia fallas, que al ser escaneadas por una computadora de diagnóstico o lectura manual de diagnóstico, mostraría códigos que involucran a los sensores de oxígeno, de la garganta, de revoluciones en marcha mínima, etc, etc. En otras palabras, si usted cree que con una computadora (scanner o lector de códigos) le va a solucionar el problema de su vehículo; se equivoca. Antes que el escaner está la experiencia, el conoci-

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Figura 30

miento y la capacidad del mecánico o del electrónico que lo asiste (una computadora no es más que un ordenador de datos, y anteponerlo a la experiencia de un mecánico no pasa de ser una actitud absurda). EGR: Válvula de Recirculación de Gases Quemados Esta válvula trabaja con vacío porteado, lo que quiere decir que sólo debe trabajar cuando aceleramos y estando el motor caliente para lo cual debe tener un interruptor térmico. Las figuras 30 y 31 muestran el funcionamiento de esta válvula y su ubicación en un par de motores Si por alguna razón alguien movió la regulación de la apertura de la garganta, el hoyo que alimenta de vacío a la válvula EGR quedará al descubierto. Esta condición haría que la válvula trabaje aún en marcha mínima, lo que daría como consecuencia un funcionamiento irregular del motor.

PCV: Ventilación Positiva del Carter La valvula PCV es un dispositivo operado por el vacío del motor y generalmente se localiza en la tapa ó el multiple de admisión. Controla el paso de gases no quemados en

Figura 31

Inyección electrónica en el automóvil Se recomienda reemplazar esta válvula cada 12 meses o 15000 km. Si esta válvula se tapa el motor no podría expulsar los gases que se acumulan en el carter de aceite, dando como consecuencia un alboroto dentro del carter obligando al aceite a salir por cualquier lugar. Si esta válvula se rompiera el funcionamiento del motor sería inestable y perdería potencia. Al quitar el tapón de aceite se notaria la succión consecuente. Una válvula PCV defectuosa puede causar: 1. Marcha lenta defectuosa 2. Bajo rendimiento de gasolina 3. Falta de potencia 4. Fugas de aceite por el carter 5. Desgaste prematuro del motor 6. Aceite sucio y delgado más rapidamente 7. Contaminación Figura 32

el carter, reciclándolos con la mezcla de aire-combustible. Esto lleva a prevenir que los gases salgan del motor creando CONTAMINACION y a obtener una mezcla perfecta AIRE-COMBUSTIBLE (figura 32). Las válvulas PCV son un equipo estándar en la mayoría de los vehículos con motor de gasolina desde 1963. Son unos de los dispositivos más antiguos y efectivos para controlar las emisiones automotrices.

Cuando haga el cambio de esta válvula le recomendamos, cambiar al mismo tiempo el hule o goma donde se aloja. El calor a que es sometido este hule lo reseca o tuesta y hace difícil el cambio de la válvula. Si no encontrara el hule en las autopartes, puede fabricarlo utilizando un capuchón de cable o chicote de bujía, córtelo y adécuelo a la posición correcta, haciéndole la cintura que requiera para mantenerse en la posición. Igualmente tenga cuidado al remover el hule viejo, si sale en pedazos trate de que no se queden algunos obstruyendo o volando en el conducto. Recuerde que esta válvula (figura 33) tiene el trabajo de absorber libremente, sin obstáculos.

Sensor de Posición del Cigüeñal Figura 33

Este sensor se encuentra instalado en la polea del cigüeñal al frente del motor en unos casos; y en otros incrustado en el block del motor (figura 34), a un lado. Sensa el momento en que una rueda dentada o con ventanas alinea una de sus ventanas con el sensor. Esta señal es enviada al módulo de encendido. Se entiende que la señal enviada es intermitente, siguiendo las vueltas de cigüeñal, dando lugar con ésto a que la bobina sufra contracciones

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La electrónica en el automóvil y expulse la chispa de alto voltaje. Si este sensor estuviera roto, quemado o desconectado; no habría señal y en consecuencia no habría chispa. Es importante revisar este Figura Figura 34 sensor y su línea de conexión hacia el módulo. Este sensor también opera como un Hall-effect switch, ya que monitorea la posición del cigüe- función de cada componente del sistema (sensores y actuañal y envía la señal al módulo de encendido indicando el dores específicamente) de modo que el lector tenga una momento exacto en que cada pistón alcanza el máximo de idea clara de cómo la electrónica optimiza el funcionamiento de los motores a nafta o gasolina. su recorrido (TDC). Como introducción recordemos que en los motores de Frecuentemente se encuentra ubicado en la parte baja del motor, al lado derecho cerca de la polea del cigüeñal nafta o gasolina, la mezcla se prepara utilizando un carbu(incrustado en el bloque de cilindros, o a un lado de la po- rador o un equipo de inyección. Hasta ahora, el carburador era el medio más usual de preparación de mezcla, medio lea principal). mecánico. Pero desde hace un tiempo aumentó la tendencia a preparar la mezcla por medio de la inyección de combustible en el colector de admisión ya que la inyección de combustible en relación con las exigencias de potencia, consumo, comportamiento de marcha, así como de limitación de elementos contaminantes en los gases de escape mejora muchísimo. Las razones de estas ventajas residen en el hecho de que la inyección permite una dosificación muy precisa del combustible en función de los estados de Los sistemas de inyección electrónica tienen la carac - marcha y de carga del motor; teniendo en cuenta así mismo terística de permitir que el motor reciba solamente el volu - el medio ambiente, controlando la dosificación de tal formen de combustible que necesita. Con eso se garantiza: ma que el contenido de elementos nocivos en los gases de escape sea mínimo. o Menos contaminación Además, asignando un inyector a cada cilindro se cono Más economía sigue una mejor distribución de la mezcla. También permio Mejor rendimiento te la eliminación del carburador; dar forma a los conductos o Arranque más rápido de admisión, permitiendo corrientes aerodinámicamente o No utiliza el ahogador (choque) favorables, mejorando el llenado de los cilindros, con lo o Mejor aprovechamiento del combustible. cual, favorecemos el par motor y la potencia, además de solucionar los conocidos problemas de la carburación, como Existen muchos tipos de sistemas de inyección electró - pueden ser la escarcha, la percolación, las inercias de la ganica, en esta nota veremos algunos ejemplos en base a in - solina. formación suministrada por Bosch. En suma, las ventajas del sistema de inyección electrónica se pueden resumir como sigue: Hemos descripto cómo son los sistemas de Inyección TBI y CFI destacando la función de la computadora (sisteConsumo reducido. ma electrónico) y describiendo la función de los distintos Mayor potencia. sensores y actuadores para obtener los mejores resultados. Gases de escape menos contaminantes. En ediciones posteriores, describimos con mayor detalle la Arranque en frío y fase de calentamiento.

Sistemas Monopunto y Multipunto

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Inyección electrónica en el automóvil

Figura 35

Con la utilización de carburadores, en los colectores de admisión se producen mezclas desiguales de aire/gasolina para cada cilindro. La necesidad de formar una mezcla que alimente suficientemente incluso al cilindro más desfavorecido obliga, en general, a dosificar una cantidad de combustible demasiado elevada. La consecuencia de esto es un excesivo consumo de combustible y una carga desigual de los cilindros. Al asignar un inyector a cada cilindro, en el momento oportuno y en cualquier estado de carga se asegura la cantidad de combustible, exactamente dosificada. La utilización de los sistemas de inyección permite optimizar la forma de los colectores de admisión con el consiguiente mejor llenado de los cilindros. El resultado se traduce en una mayor potencia específica y un aumento del par motor. La concentración de los elementos contaminantes en

Figura 36

los gases de escape depende directamente de la proporción aire/gasolina. Para reducir la emisión de contaminantes es necesario preparar una mezcla de una determinada proporción. Los sistemas de inyección permiten ajustar en todo momento la cantidad necesaria de combustible respecto a la cantidad de aire que entra en el motor. Mediante la exacta dosificación del combustible en función de la temperatura del motor y del régimen de arranque, se consiguen tiempos de arranque más breves y una aceleración más rápida y segura desde el ralentí. En la fase de calentamiento se realizan los ajustes necesarios para una marcha redonda del motor y una buena admisión de gas sin tirones, ambas con un consumo mínimo de combustible, lo que se consigue mediante la adaptación exacta del caudal de éste.

Clasificación de los Sistemas de Inyección En función de las características de cada sistema, los podemos clasificar en: 1. Según el lugar donde inyectan. 2.-Según el número de inyectores. 3. Según el número de inyecciones. 4. Según las características de funcionamiento.

Según el Lugar donde Inyectan: INYECCION DIRECTA: En este sistema el inyector introduce el combustible directamente en la cámara de combustión. Este sistema se está empezando a utilizar en los motores de inyección de gasolina como el motor GDi de Mitsubishi (descripto en Saber Electrónica Nº 260) o el motor IDE de Renault, figura 35. INYECCION INDIRECTA: Aquí el inyector introduce el combustible en el colector de admisión, encima de la válvula de admisión. Es la más usada actualmente.

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La electrónica en el automóvil Según el Número de Inyectores: INYECCION MONOPUNTO: Hay solamente un inyector, que introduce el combustible en el colector de admisión, después de la mariposa de gases. Es la más usada en vehículos tipo “turismo” de baja cilindrada, que cumplen normas de anticontaminación (figura 36). INYECCION MULT I P U N TO : Hay un inyector por cada cilindro, pudiendo ser del tipo "inyección directa o indirecta". Es la que se usa en vehículos de media y alta cilindrada.

Según el Número de Inyecciones INYECCION CONTINUA: Se cumple cuando inyectores introducen el combustible de forma continua en los colectores de admisión, previamente dosificada y a presión, la cual puede ser constante o variable. INYECCION INTERMITENTE: En este caso los inyectores introducen el combustible de forma intermitente, es decir; el inyector abre y cierra según recibe órdenes de la centralita de mando. La inyección intermitente se divide a su vez en tres tipos: SECUENCIAL: Aquí el combustible es inyectado en el cilindro con la válvula de admisión abierta, es decir; los inyectores funcionan de uno en uno de forma sincronizada. SEMISECUENCIAL: En este caso el combustible es inyectado en los cilindros de forma que los inyectores abren y cierran de dos en dos. SIMULTANEA: El combustible es inyectado en los cilindros por todos los inyectores a la vez, es decir; abren y cierran todos los inyectores al mismo tiempo. En la figura 37 podemos apreciar un cuadro comparativo de los diferentes tipos de inyección.

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Figura 37

Figura 38

Inyección electrónica en el automóvil Según las Características de Funcionamiento INYECCIÓN MECANICA (K-jetronic) INYECCIÓN ELECTROMECANICA (KE-jetronic) INYECCIÓN ELECTRÓNICA (L-jetronic, LE-jetronic, motronic, Dijijet, Digifant, etc.). Todas las inyecciones actualmente usadas en automoción pertenecen a uno de todos los tipos explicados anteriormente.

Sistema de Inyección Multipunto: Jetronic y Motronic La figura 38 muestra cómo es la inyección de combustible en un sistema Multipunto (Jetronic y Motronic) que utiliza una válvula de inyección para cada cilindro del motor. En dicha figura, las referencias son las siguientes: 1 Tubo distribuidor (entrada de combustible). 2 Aire. 3 Mariposa de aceleración. 4 Múltiple de admisión.

5 Válvulas de inyección. 6 Motor. El sistema Le-Jetronic, mostrado en la figura 39, es comandado electrónicamente y pulveriza el combustible en el múltiple de admisión. Su función es suministrar el volumen exacto para los distintos regímenes de revolución (rotación). La unidad de comando recibe muchas señales de entrada, que llegan de los distintos sensores que envían informaciones de las condiciones instantáneas de funcionamiento del motor. La unidad de comando compara las informaciones recibidas y determina el volumen adecuado de combustible para cada situación. La cantidad de combustible que la unidad de comando determina, sale por las válvulas de inyección. Las válvulas reciben una señal eléctrica, también conocido por tiempo de inyección (TI). En el sistema Le-Jetronic las válvulas de inyección pulverizan el combustible simultáneamente. En ese sistema la unidad de comando controla solamente el sistema de combustible. El sistema Le-Jetronic es analógico. Por esa característica no posee memoria para guardar posibles averías que pueden ocurrir. No posee indicación de averías en el tableFigura 39

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La electrónica en el automóvil ro del vehículo para el sistema de inyección. Las referencias de la figura 39 son las siguientes: 1 Bomba de combustible. 2 Filtro de combustible. 3 Regulador de presión. 4 Válvula de inyección. 5 Medidor de flujo de aire (caudalímetro). 6 Sensor de temperatura. 7 Adicionador de aire. 8 Interruptor de la mariposa. 9 Unidad de comando. 10 Relé de comando. 11 Bujía de encendido. El sistema Motronic, cuyo detalle de funcionamiento puede observar en la figura 40, también es un sistema multipunto. Diferente del sistema Le-Jetronic, el Motronic trae incorporado en la unidad de comando también el sistema de encendido. Posee sonda lambda en el sistema de inyección, que está instalada en el tubo de escape. El sistema Motronic es digital, posee memoria de adaptación e indicación de averías en el tablero.

En vehículos que no utilizan distribuidor, el control del momento del encendido (chispa) se hace por un sensor de revolución instalado en el volante del motor (rueda con dientes). En el Motronic, hay una válvula de ventilación del tanque, también conocida como válvula del cánister, que sirve para reaprovechar los vapores del combustible, que son altamente peligrosos, contribuyendo así a la reducción de la contaminación, que es la principal ventaja de la inyección. Las referencias de la figura 40 son las siguientes: 1 Bomba de combustible. 2 Filtro de combustible. 3 Regulador de presión. 4 Válvula de inyección. 5 Medidor de flujo de aire (caudalímetro). 6 Sensor de temperatura. 7 Actuador de ralentí (marcha lenta). 8 Potenciómetro de la mariposa. 9 Sensor de revolución (pertenece al sistema de encendido). 10 Sonda lambda. 11 Unidad de comando (inyección + encendido). 12 Válvula de ventilación del tanque. 13 Relé de comando. Figura 40

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Inyección electrónica en el automóvil 14 Bobina de encendido. 15 Bujía de encendido. 16 Cánister.

Figura 41

Sistema de Inyección Monopunto (Mono Motronic) El esquema correspondiente a este tipo de inyección se muestra en la figura 41. Utiliza una única válvula de inyección para los distintos cilindros del motor. Las referencias de dicha figura son las siguientes: 1 Entrada de combustible. 2 Aire. 3 Mariposa de aceleración. 4 Múltiple de admisión. 5 Válvula de inyección. 6 Motor. Figura 42

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La electrónica en el automóvil La figura 42 muestra un esquema de funcionamiento de un sistema Mono-Motronic, cuyas referencias son las siguientes: 1 Bomba de combustible. 2 Filtro de combustible. 3 Potenciómetro de la mariposa. 3a Regulador de presión. 3b Válvula de inyección. 3c Sensor de temperatura del aire. 3d Actuador de ralentí (marcha lenta). 4 Sensor de temperatura. 5 Sonda lambda. 6 Unidad de comando. 7 Válvula de ventilación del tanque. 8 Bobina de encendido. 9 Bujía de encendido. 10 Sensor de revolución (pertenence al sistema de encendido). La principal diferencia del sistema Motronic es utilizar

una sola válvula para todos los cilindros. La válvula está instalada en el cuerpo de la mariposa (pieza parecida con un carburador). El cuerpo de la mariposa integra otros componentes, que en el sistema Motronic están en diferentes puntos del vehículo, ex actuador de marcha lenta, potenciómetro de la mariposa y otros más. En el sistema Mono-Motronic el sistema de encendido también se controla por la unidad de comando. Los sistemas Motronic y Mono Motronic son muy parecidos, con respecto a su funcionamiento, la diferencia es la cantidad de válvulas de inyección. El sistema de inyección Motronic ME 7, cuyo funcionamiento puede apreciarse en la figura 43, posee una mariposa con comando electrónico de aceleración; gerenciamiento del motor basado en torque y a través de este son ajustados los parámetros y funciones del sistema de inyección y encendido. El deseo del conductor se capta a través del pedal del acelerador electrónico. La unidad de mando determina el torque que se necesita y a través de análisis del régimen de Figura 43

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Inyección electrónica en el automóvil funcionamiento del motor y de las exigencias de los demás accesorios como aire acondicionado, control de tracción, sistemas de frenos ABS, ventilador del radiador y otros más, se define la estrategia de torque, resultando en el momento exacto del encendido, volumen de combustible y apertura de la mariposa. Estructura modular de software y hardware, proporcionando configuraciones específicas para cada motor y vehículo; comando electrónico de la mariposa, proporcionando mayor precisión, reduciendo el consumo de combustible y mejorando la conducción; sistema basado en torque proporciona mayor integración con los demás sistemas del vehículo; sistema con duplicidad de sensores, garantiza total seguridad de funcionamiento. Las referencias de la figura 43 son las siguientes: 1 Cánister. 2 Válvula de bloqueo del cánister. 3 Sensor de presión. 4 Tubo distribuidor/Válvula de inyección.

5 Bobina/Bujía de encendido. 6 Sensor de fase. 7 Pedal del acelerador electrónico. 8 Medidor de masa de aire/Sensor de temperatura. 9 Cuerpo de mariposa electrónico. 10 Válvula (EGR). 11 Sensor de picado. 12 Sensor de temperatura del agua. 13 Sonda lambda. 14 Sensor de revolución. 15 Bomba de combustible. 16 Unidad de comando. Por último, el sistema de inyección directa de combustible MED 7 es uno de los más avanzados del mundo. El permite que el combustible se pulverice directamente en la cámara de combustión, bajo presiones de alrededor de 160 bar. El sistema MED 7 se utiliza como una bomba de baja presión dentro del tanque, que envía el combustible a una

Figura 44

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La electrónica en el automóvil bomba mecánica principal, donde la presión se aumenta a valores elevados. El inyector recibe el combustible bajo alta presión y lo inyecta directamente en la cámara de combustión. Eso resulta en: o Mejor aprovechamiento y economía del combustible. o Mínima emisiones de gases contaminantes. o Mayor rendimiento del motor. Este sistema se muestra en la figura 44 y las referencias son las siguientes: 1 Bomba de alta presión. 2 Válvula de control de presión.

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3 Tubo distribuidor. 4 Bobina de encendido. 5 Sensor de presión. 6 Válvula de inyección. 7 Sensor de masa de aire con sensor de temperatura in tegrado. 8 Cuerpo de mariposa (EGAS). 9 Sensor de presión absoluta. 10 Válvula (EGR). 11 Sonda lambda (LSU). 12 Sonda lambda (LSF). 13 Catalizador. 14 Pre-bomba de combustible. 15 Unidad de comando.

OBD II: diagnóstico a bordo de vehículos

Capítulo 5

OBD II - Diagnóstico a Bordo de Vehículos OBD I y OBD II OBD II: On Board Diagnostics Second Generation) Diagnóstico a Bordo de Segunda Generación. Sabemos que los vehículos vienen equipados con computadoras. También sabemos que las computadoras han evolucionado estos últimos años de tal manera que la capacidad de procesamiento de los últimos adelantos en computación no tenían por qué ser ajenos a los vehículos. La diferencia entre OBD II y los sistemas computarizados anteriores a 1996 consiste, elementalmente, en que el sistema OBD II es un sistema que generaliza la forma de leer los códigos de la computadora de a bordo, lo que quiere decir que no necesita adaptadores para hacer la conexión, sin importar si los vehículos son de fabricación nacional o extranjera; ni tampoco andar rastreando por todo el vehículo tratando de ubicar el bendito conector que sirve para apagar la luz de: "chequear el motor", "servicio rápido", "check engine", etc. A partir de enero de l996 se requiere que los vehículos vendidos en muchos países de la región sean compatibles con OBD II. La mayoría de fabricantes de los Estados Unidos ya venían equipando sus vehículos con OBD II desde l994. La Agencia de Protección Ambiental es la que impone mormas y regulaciones para la protección del medio ambiente. Los sistemas OBD II reúnen los requisitos adecuados para monitorear y detectar fallas, permanentes o intermitentes que podrían hacer que un vehículo contamine el medio ambiente. Almacena una gran cantidad de códigos generales de problemas, junto con códigos específicos de los fabricantes. Estos códigos se clasifican en:

Antes de continuar debemos aclarar: Un motor controlado por una computadora es similar al viejo motor no computarizado, debido a que el principio de combustión interna es el mismo (pistones, bujías, válvulas, cigueñal, árbol de levas, etc.) Igualmente los sistemas Figura 1 de carga, arranque y encendido son similares. En otras palabras, los probadores de encendido, los medidores de compresión, las bombas de vacío y las lámparas de sincronización siguen siendo útiles. En la figura 1 podemos observar un tipo de lector de códigos (auto scanner OBD II). Este tipo de scanner, no Código B Sistemas de la carrocería. necesita batería, sólo se acoCódigo C Sistemas del chasis. pla al conector del vehículo Código U Comunicaciones de la red. con un cable como el de la fiCódigo P Sistemas del tren de potencia (Motor y Trans - gura 2 y se procede a leer cómisión). digos. En la figura 3 se mues-

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La electrónica en el automóvil tra un ejemplo de dónde debe conectarse el cable en un coche para poder realizar la lectura de códigos. Los códigos obtenidos deben ser interpretados, en forma especifica, recurriendo al manual del vehículo ya que cada fabricante programa su computadora con sus propios códigos. Esto podría ser un inconveniente pero la ventaja es que en la red (www.autoelectronico.com) existen direcciones de fácil acceso que tienen a disposición del visitante bancos de datos de estos códigos, totalmente gratis. En otras palabras, cualquier persona puede acceder a la lectura de códigos de su vehículo y encontrar la interpretación en la red. Para esto no necesita experiencia previa (este conector suele estar ubicado a un lado de la columna de dirección, abajo del tablero de control), Las normas exigen que en el caso de no encontrarse el

conector en esta ubicación, el fabricante deberá pegar una etiqueta en este lugar, indicando en qué lugar se encuentra. Hasta aquí estamos de acuerdo en que el sistema OBD II facilita la forma de acceder a los códigos que almacena la computadora de a bordo. Pero si usted cree que después de leer los códigos e interpretar su significado solucionó su problema, se equivoca. Por que aquí es donde se verá la sabiduría, experiencia, y capacidad de discernimiento del mecánico. Los códigos obtenidos con el lector electrónico sólo pueden servir de referencia debido a lo siguiente: * La computadora del sistema OBD II tiene comunica ción con el módulo de encendido y con el módulo de la transmisión, lo que significa que para efecto de activar uno de sus actuadores, se vale de la información que tienen es tos módulos. Si usted por alguna razón (por presumido) cambió el tipo de llantas de su vehículo, la computadora recibirá datos contradictorios entre las vueltas de la transmisión y la revolución de las llantas. Recuerde que el sistema OBD II lo que pretende es optimizar el consumo de combustible y para esto se vale de sensores colocados en diferentes partes relacionadas al funcionamiento del vehículo. Cualquier alteración de los componentes del vehículo engañará a los sensores y por lo tanto la información que recibe la computadora será falsa y falsa será la inFigura 3 terpretación y decisión que origine una orden a cualquiera de los actuadores. La computadora del sistema OBD II controla el suministro de combustible, la velocidad de marcha en vacío, el avance por vacío y los controles de emisiones. En algunos casos las computadoras de a bordo controlan la transmisión, los frenos y el sistema de suspensión. Los sensores son pequeños dispositivos que miden las condiciones de operación y las traducen en señales que la computadora pueda entender. Por ejemplo: sensores térmicos, (sensor de temperatura), potenciómetros (sensor de posición de la válvula reguladora de aire), generador de señales (sensor de oxígeno). Figura 2

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OBD II: diagnóstico a bordo de vehículos

El conector suele encontrarse a un costado de la barra de dirección, debajo del tablero.

Los actuadores son dispositivos eléctricos que pueden ser activados por la computadora. Entre éstos se incluyen los solenoides y relés. Los sensores, actuadores, generadores de señales y potenciómetros no son baratos. Si usted decide cambiarlos debe estar Pantalla de un programa que permite leer los códigos de error para indicar cuál es la seguro de que realmente están defectuosos falla en el vehículo. Como puede apreciar, no se trata de un “scanner” común, sino que la información brindada es bastante detallada. y que la falla no venga de una mala conexión, cableado flojo o un mal funcionamiento del motor, originado por falla mecánica básica (bu- der a los códigos de la computadora, sólo necesita un lecjías, cables, tapa rotor, empaques, bombas, bandas o co- tor de códigos [scanner OBD ll] o armarse un cable y bajar rreas, etc.). un programa a su PC. El precio promedio en el mercado de En conclusión: el sistema OBD II generaliza y facilita este tipo de aparato es de aproximadamente 150 dólares la forma de leer códigos almacenados en la computadora de americanos. a bordo, pero es el mecánico el encargado de analizar esIgualmente en este rubro de lectores OBD II, también tos códigos, para discernir y encontrar la razón u origen del existen a la venta scanners por un precio similar que se problema de un motor, una transmisión, o un sistema de pueden trabajar con programas en la computadora de su cafrenos. sa y que le permite hacer un examen minucioso de los cóLos sistemas computarizados de los vehículos actuales, digos y funcionamiento de la computadora de a bordo. aparte de controlar las operaciones del motor, también pueden ayudarlo a encontrar problemas. Estas computadoras han sido programadas con habiliAlgunos Códigos OBD dades especiales de prueba. Estas pruebas verifican los componentes conectados a la computadora que se usan paA los efectos de completar esta introducción al tema, a ra suministro de combustible, control de velocidad de mar- continuación, en la tabla 1, brindamos algunos códigos con cha en vacío, sincronización de encendido, sistemas de su significado en inglés y su traducción a nuestro idioma. emisión y cambios de marcha en la transmisión. Como hemos dicho, cada marca y modelo de coche emplea La computadora de control del motor ejecuta pruebas sus códigos y, por lo tanto, presentarán diferentes interpreespeciales que dependen del fabricante, motor, año del mo- taciones aunque, en general, son siempre los mismos. delo, etc. No existe una prueba universal que sea la misma Tome nota de lo siguiente: Existen códigos que son repara todos los vehículos. servados por los fabricantes. Igualmente, cuando un motor Asimismo, con este sistema, puede borrar los códigos por razones mecánicas, altera sus revoluciones, la compualmacenados y apagar la luz de advertencia después de tadora detectará alteraciones de señal en los sensores relaatender los servicios requeridos. cionados al sistema de emisiones (humo). Sólo tenga en cuenta que los llamados códigos duros reEsto no significa que los sensores necesariamente depresentan problemas que volverán a manifestarse encen- ben cambiarse; use el sentido común y tome como base su diendo la luz si usted no soluciona el problema. Para acce- experiencia en el funcionamiento básico del motor.

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La electrónica en el automóvil Tabla 1: algunos códigos de error y sus significados.

Como tip agregamos: Borren los códigos almacenados, calienten el motor y hagan una nueva lectura, y así tendrán una lectura real. Entiéndase como circuito de variación a lo siguiente: La computadora envía una señal de referencia a los sensores; el funcionamiento de éstos tienen un margen,

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alcance, gama, tolerancia o rango, entre máximo y mínimo. Esta variación altera la resistencia y por la tanto envía la señal de referencia y retorna con otro valor; esto hace que la computadora active los actuadores para corregir una falla de funcionamiento del motor (si la hubiera) o para mejorar

OBD II: diagnóstico a bordo de vehículos el rendimiento del motor. En la tabla 1, al decir problemas en el circuito de variación nos referimos a que lo mencionado en el párrafo anterior no está funcionando adecuadamente debido a una mala instalación, o a que el sensor tenga el circuito pegado en cualquier posición.

Componentes de un Sistema OBDII En función de lo que acabamos de definir, el sistema OBDII es el resultado de un consenso, mediante el cual todos los vehículos vendidos en Estados Unidos, a partir de 1996, deben seguir ciertas normas, las cuales pretenden uniformar la forma de leer códigos, en aras de obtener un diagnóstico que ayude a solucionar problemas de mal funcionamiento de un vehículo automotor en forma rápida y eficaz. En América Latina, a comienzos de este siglo, las empresas automotrices comenzaron a aplicar este sistema en la mayoría de las unidades fabricadas y podemos afirmar que en la actualidad casi la totalidad de unidades cuentan con sistemas de diagnóstico a bordo (OBD). Se entiende que periódicamente pueden generarse y aprobarse nuevos códigos de diagnóstico [DTCs]. Al ocurrir esto, los conjuntos lógicos del Auto Scanner, serán actualizados. No hay un período de tiempo establecido para la actualización de la base de datos. El sistema OBDII nos permite leer códigos con facilidad, pero eso no soluciona el problema; los códigos mencionan áreas con sus respectivos sensores, pero no es cambiando los sensores como se arreglará el problema. El sistema OBDII está compuesto de un procesador de datos o computador y un grupo de sensores y actuadores. Por lo regular la computadora controla un tipo de corriente que circula por el sensor, la cual genera una tensión que se mide en milivolt. En la figura 4 se puede apreciar en detalle cómo es un cable para conectar el automóvil con una computadora. Básicamente el funcionamiento es el siguiente: Cuando el motor está frío, al activar la llave de encendido la computadora activa su función en el modo de open loop (circuito abierto) permitiendo que el motor funcione. Desde este momento la computadora se mantiene pendiente esperando la señal del sensor de temperatura y del sensor de oxígeno.

En cuanto el motor se calienta la señal del sensor de temperatura hace que la computadora cierre el circuito (close loop) pasando su función al modo de "control". Desde este momento, la computadora lee la señal del sensor de oxígeno, y chequea las alteraciones del voltaje de referencia que entregan cada uno de los otros sensores. Como el sensor de oxígeno instalado en el manifold de escape (o en alguna parte del tubo de escape en su recorrido hacia el exterior) genera su propio voltaje, la computadora interpreta la lectura de este sensor, determinando si los residuos son consecuencia de mezcla rica o pobre. Los sensores reciben una señal de voltaje como referencia básica, las alteraciones a este voltaje la computadora también los interpreta de acuerdo con su programa interno; los compara, y siguiendo su ló-gica de funcionamiento, puede hacer uso de sus actuadores (solenoides) para alterar

Figura 4

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La electrónica en el automóvil o corregir el balance de la mezcla aire/gasolina que ingresa a la cámara de combustión; asi como mover el avance o retardo del tiempo de encendido con la pretensión básica de eliminar al máximo las emisiones contaminantes; sin disminuir la potencia que el vehículo requiere para su desplazamiento y autonomía. El funcionamiento básico del motor es el mismo… los conductores o choferes seguiremos siendo los mismos… nuestra inclinación a seguir malos hábitos de manejo seguirán siendo los mismos… si a ello le sumamos la pobreza de mantenimiento, sea por descuido, o falta de mecánicos especializados; estaremos de acuerdo en que las posibilidades de contaminar el medio ambiente son altas. El sistema OBDII pretende corregir este problema colocando sensores y actuadores en diferentes partes del motor y/o transmisión así como en diferentes partes del vehículo que ayuden a que la unidad se desplace funcionando y consumiendo estrictamente lo necesario; tratando de eliminar cualquier residuo que se considere contaminante al medio ambiente. En otras palabras, la computadora corrige las deficiencias consecuentes de un mal hábito de manejo, así como alerta al conductor cuando, por razones lógicas, no puede corregir el problema debido a fugas o cortocircuitos, en los componentes electrónicos y/o problemas de funcionamiento básico del motor. El sistema OBDII necesita una computadora central y según se requiera también puede poseer módulos auxiliares, los cuales pueden estar enlazados a dicho procesador central. Como aquí tratamos de simplificar el entendimiento, podemos decir que un vehículo tiene componentes en diferentes áreas, los mismos que sincronizan su funcionamiento logrando con ésto que el vehículo se desplace pero un problema en alguno de estos componentes da como resultado un bajo rendimiento del combustible y, en consecuencia, los residuos contaminantes serán altos. El sistema OBDII monitorea las áreas donde tiene instalados sensores, administra voltaje en sensores y actuadores; pero no detecta ni tiene códigos para acusar un motor roto, una bujía quebrada o desconectada, ni tampoco, puede detectar un manifold flojo o quebrado, así como gasolina u aceite contaminado. El problema es el mismo en los frenos y/o transmisión. En otras palabras, el entendimiento

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Figura 5

y seguimiento de diagnóstico en un sistema OBDII tiene como base previa, un conocimiento avanzado de lo que es un sistema de encendido: mezcla de combustible, medidas de presión y/o vacío dentro del manifol de admisión, así como conocer perfectamente el funcionamiento básico del motor y/o las medidas de presión en el sistema de enfriamiento del motor y/o escape. ¿Cómo seguir un diagnóstico en forma lógica? Antes de continuar tome nota de los siguiente: No haga pruebas ni conexiones entre la corriente de la batería y las conexiones que administra la computadora; podría quemar circuitos o componentes. La computadora administra una corriente atenuada de bajo amperaje y sólo puede ser testeada por aparatos o probadores de bajo amperaje que miden el voltaje en milivolt. El mercado está inundado, de aparatos o dispositivos que se presentan como solución al diagnóstico automotriz; cada quien defiende su producto destacando sus ventajas particulares pero a usted le toca defender su economía. Es oportuno tener en cuenta la velocidad o facilidad con la que un aparato de éstos se discontinúa o pierde actualización, dejando su inversión en el nivel de "gasto no recuperable". En la figura 5 se muestra un tipo de scanner o lector de códigos que se adapta a una computadora, el cual responde con un programa pre instalado (el costo es variable y puede llegar a los 500 dólares, sin embargo, con el circuito que daremos en futuras ediciones armará su propio escaner) y en la figura 6 se puede apreciar una pantalla que podría reproducirse en una PC con un programa adecuado mediante una interfase de conexión. En esta línea, se presentan y se-

OBD II: diagnóstico a bordo de vehículos

Figura 7

Figura 8

guirán presentándose, formas de simplificar la lectura de diagnóstico. El avance de la tecnología no se detiene y a las grandes,

renombradas y costosas marcas de productos confeccionaFigura 6 dos con fines exclusivos de diagnóstico, se suman los diferentes o variados productos alternativos, que se presentan como una opción más económica para lograr el mismo objetivo (figura 7). Volviendo al sistema de funcionamiento básico del motor, el sistema OBDII monitorea el funcionamiento del vehículo pero lo hace en forma ordenada, separando las áreas o circuitos relacionados. Es de esta misma forma como se debe analizar una lectura de códigos para acercarnos a un diagnóstico certero. Muchas veces nos ha tocado escuchar a clientes que llevan su vehículo al taller mecánico por problemas de encendido; los mecánicos empiezan cambiando sensores cuya compra terminan justificando con argumentos absurdos debido a que el problema se encontraba en una mala conexión eléctrica o en manguera de vacío que estaba fuera de posición. No olvide: cuando en una lectura de diagnóstico aparece un código; éste se refiere a una anormalidad en esa área. Por Ejemplo: codigo PO401 indica señal débil, insuficiente recirculación de gases de escape. Sabemos que la valvula EGR controla el ingreso de los gases de escape; entonces ¿qué está pasando?. Se debe chequear el funcionamiento de la válvula EGR, usando un vacuómetro (figuras 8 y 9). Luego se debe revisar el manifold de escape para descartar grietas. Una fuga de gases de escape por un manifold agrietado, o tornillos del manifold flojos, haría perder presión en el sistema; esta condición se puede detectar con un probador de retropresión que se puede colocar al quitar el sensor de oxigeno (este tipo de herramienta también se usa para detectar obstrucciones en el sistema de escape). Finalmente debe verificar y limpiar el pasaje de gases hacia el manifold de admisión. Estos pasos evitarán que haga gastos innecesarios. No

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La electrónica en el automóvil está demás recordar la importancia de esta válvula (EGR) para el sistema de emisiones en los vehículos que la traen instalada. A los efectos de “desembocar” en la construcción de un escaner lector de códigos OBD2, consideramos importante hacer un repaso del funcionamiento básico del motor, adecuándolo a la tendencia actual de los fabricantes de incluir componentes electrónicos. Por tal motivo, en la próxima edición Figura 10 comenzaremos a explicar básicamente cómo influyen los diferentes elementos electrónicos en el funcionamiento del motor. Tenga paciencia en la lectura y tendrá como recompensa un sentimiento de comodidad al hacer diagnósticos. Para terminar, ya a modo de complemento, en la figura 10 reproducimos imágenes de localización del conector OBD2 en algunos modelos de automóviles.

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Figura 9

OBD II: diagnóstico a bordo de vehículos

Algunos Escaner para OBDII Según lo que acabamos de describir, casi todos los automóviles producidos hoy en día tienen que proveer, por ley, una interfase a partir de la cual un equipo de prueba pueda obtener información de diagnóstico. La transferen cia de datos en estas interfases obedece a varias normas, ninguna de las cuales es directamente compatible con PCs o PDAs. Uno de los circuitos integrados más empleados en equipos detectores de código de error en OBD II (llamados escaner OBD II o Interfases para OBD II) es el ELM327 que fue diseñado para funcionar como puente entre estos puertos de Diagnóstico A Bordo (OBD) y una interfaz RS232 (puerto serial de computadora, por ejemplo). No es objeto de este texto “explicar en detalle” cómo funcionan estos equipos sino poder brindar un “panorama” para que el lector se vaya familiarizando. Sin embargo, uno de los próximos números de la colección Saber Electrónica está destinado a explicar el funcionamiento de estas interfases y en él daremos todos los detalles para que pueda armarse un equipo universal. El ELM327, fabricado por la empresa “ELM Electronics” es una interfase para OBD que surge de las mejoras realizadas de las versiones anteriores: ELM320, ELM322, y ELM323 agregándoles 7 protocolos CAN. El resultado es un circuito integrado que puede sensar, y convertir los protocolos más comunes en uso actualmente, en forma automática. También hay un número de mejoras tales como una opción RS232 de alta velocidad, monitoreo de la tensión de la batería y características configurables por medio de parámetros programables, para nombrar unas pocas. El ELM327 requiere unos pocos componentes externos para convertirlo en un circuito funcional a pleno. Las principales aplicaciones de este integrado son: 1. Lectores de código de fallas para el diagnóstico. 2. Herramientas de exploración del automóvil. 3. Ayudas para la enseñanza. En cuanto a sus características, tenemos: 1. Soporta 12 protocolos. 2. Velocidades de transferencia de RS232 hasta 500Kbps.

3. Búsqueda automática de protocolos. 4. Plenamente configurable con comandos AT. 5. Entrada de tensión para monitoreo de batería. Estos CIs son dispositivos de 28 patas, disponibles en formato DIP o en envase del tipo de montaje superficial. En la figura 11 podemos ver la disposición de terminales de este circuito integrado. La función de cada pata es la siguiente: MCRL (pata 1): Un “0” lógico aplicado momentáneamente a esta entrada reinicializará al ELM 327. Si no se usa, esta pata debe conectarse a Vcc. Vmeasure (pata 2): Es una entrada analógica que se usa para medir una señal de 0 a 5V que se le aplique. Se debe tener cuidado de que la tensión no supere el valor de la alimentación ya que puede haber daño. Si no se usa, esta pata debe conectarse a Vdd o Vss. J1850 Volts (pata 3): Se trata de un salida que se puede usar para controlar una tensión de alimentación para la salida “J1850 Bus +”. Esta pata pone un “1” cuando se requiere 8V (para el J1850 VPW) y un 0 cuando se necesita 5V (como en aplicaciones J1850 PWM). Si no se necesita esta capacidad de conmutación para su aplicación, esta salida se puede dejar sin conexión. J1850 Bus + (pata 4): Es otra salida que se usa para excitar la línea “J1850 Bus +” a un nivel activo. Note que esta señal no se tiene que usar para la “Línea Bus” (como sucede en el LM320) ya que se provee una salida separada “J1850 Bus” en la pata 14. Memory (pata 5): Esta entrada controla el estado por defecto de la opción de memoria. Si esta pata está en 1 durante el arranque o la reinicialización, se habilitará la función de memoria por defecto. Si está en 0, se inhabilitará. La memoria siempre se Figura 11 puede habilitar o inhabilitar con los comandos AT M1 y AT M0. B a u d Rate (pata 6): Este terminal es una entrada que controla la velocidad de transferencia de la interfaz RS232. Si

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La electrónica en el automóvil Figura 12

está en “1” durante el arranque o la reinicialización, la velocidad de transferencia se establecerá en 38400 (o la velocidad que ha sido establecida por PP OC) y si está en “0” siempre será 9600. LFmode (pata 7): Esta entrada se usa para seleccionar el modo de alimentación de línea por defecto a usar luego de un arranque o reinicialización. Si está en “1”, entonces por defecto los mensajes enviados por el ELM327 serán terminados tanto con un retorno de carro como con un carácter de alimentación de línea. Si está en “0”, las líneas se terminarán sólo con un retorno de carro. Este comportamiento siempre se puede modificar emitiendo un comando AT L1 o AT L0. Vss (patas 8 y 19): Corresponden a la tierra del circuito integrado. XT1 (pata 9) y XT2 (pata 10): Entre estas 2 patas se conecta un oscilador de cristal de 4MHz. También se deben conectar capacitores de 27pF entre estas 2 patas y tierra. Note que este dispositivo no ha sido configurado para trabajar con un oscilador externo ya que sólo se debe conectar un cristal a estas patas. VPW In (pata 11): Esta es la entrada activa alta de la señal de datos J1850 VPW. En reposo, esta pata debe estar en “0”. Esta entrada tiene un Schmitt trigger de manera que no se necesita una amplificación especial. ISO In (pata 12): Es la entrada activa baja de la señal de datos ISO 9141 e ISO 14230. Se deriva de la Línea K y debe estar en “1” en reposo (bus en receso). No se requiere amplificación especial ya que esta entrada tiene un Schmitt trigger. VDD (pata 20): Esta pata es la de la tensión positiva de alimentación. El circuito interno conectado a esta pata se usa para suministrar la reinicialización de encendido del

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microprocesador, de manera que no se necesita una señal externa de reinicialización. ISO K (pata 21) e ISO L (pata 22): Estas son las señales de salida activa alta que se usan para excitar los buses ISO 9141 e ISO 14230 a un nivel activo. Muchos vehículos no requieren la Línea “L-“ . Si el suyo no lo necesita, simplemente puede dejar la pata 22 abierta. CAN Tx (pata 23) y CAN Rx (pata 24): Estas son las 2 señales CAN de interfaz que deben conectarse a un CI transceptor CAN. Si no se usa, esta pata debe conectarse a VDD. RS232 Rx LED (pata 25), RS232 Tx LED (pata 26), OBD Rx LED (pata 27) y OBD Tx LED (pata 28): Estas 4 patas de salida normalmente están en “1” y pasan a “0” cuando el ELM327 está transmitiendo o recibiendo datos. Estas salidas son adecuadas para excitar directamente a la mayoría de los LEDs a través de resistores limitadores de corriente o para hacer de interfaz con otros circuitos lógicos. Si no se usan, estas patas se pueden dejar abiertas. Note que la pata 28 también se puede usar para apagar todos los Parámetros Programables.

Un Intérprete Sencillo: Interfase OBD a USB En la figura 12 se observa el diagrama en bloques del integrado. Note que el conector OBD del automóvil puede enviar datos al LM327 siguiendo diferentes protocolos (CAN, ISO, J1850), además, siempre envía una tensión variable cuyo valor le indica al integrado el tipo de código que se debe interpretar. Esta tensión ingresa a un conversor A/D de modo que la señal resultante se dirige al intérprete de códigos y protocolos en conjunto con la informa-

OBD II: diagnóstico a bordo de vehículos

Figura 13

ción del código OBD. La señal es procesada y convertida en información RS232 que será enviada por la pata 17 del LM327. De esta manera hemos descripto la función de cada terminal del LM327. En próximas ediciones veremos cómo usar el ELM327 para obtener información de su vehículo. Comenzaremos viendo cómo ¨hablar¨ al CI usando una PC, luego explicaremos cómo cambiar opciones usando comandos AT, y finalmente mostraremos cómo usar el ELM327 para obtener códigos de fallas (y reinicializarlos). Para que el lector pueda tener una noción de cómo es un circuito “intérprete” de códigos OBD, en la figura 13 se grafica el circuito de una interfase OBD a puerto USB (vea la foto del comienzo para saber cómo se presenta comercialmente este equipo). En futuras ediciones veremos cómo construir este prototipo, cómo conectarlo a la PC y cuál es el programa que se debe instalar en la PC para que reconozca los códigos Figura 14

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La electrónica en el automóvil enviados por esta interfase. Para los técnicos más avanzados, también describiremos cómo usar algunas de las características programables de este producto. Deduciremos que usar el ELM327 no es tan difícil como parece. Muchos usuarios nunca necesitarán emitir un comando AT, ajustar tiempos de exclusión o cambiar encabezadores. A lo sumo, todo lo que se requiere es una PC o una PDA con un programa Terminal 8tal como HyperTerminal o ZTemp y conocimiento de comandos OBD, tema que ya hemos desarrollado y volveremos a hacerlo con mayor profundidad.

Interfase OBDII Optoacoplada

Ahora bien, no siempre es preciso tener un LM327, por ejemplo, en la figura 14 se brinda el circuito de una interfase muy sencilla probada con éxito en los automóviles VW con el programa kwp2000test de Sanders o con el soft “Vag-Com 3.03”. Al ejecutar el programa VAG_COM debe aparecer “adapter status found ready”, esto sirve para corroborar que la interfase recibe y envía bien los datos. En el conector OBDII K es la pata 7, L es la pata 15, Vcc (12V) es la pata 16 y Figura 16 las patas 4 y 5 del conector deben conectarse a la masa de la interfase de la figura 14. También puede ser probado en automóviles Fiat con el programa “alfadiag”, que es bastante completo. Se debe poner DTR a +12V, o sea SET DTR. Interfase OBD II para BMW Figura 15

Figura 17

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OBD II: diagnóstico a bordo de vehículos

Figura 18

Figura 19

Un conector OBD1 presenta un esquema como el de la figura 15 mientras que la apariencia de un conector OBD II es como la de la figura 16. El conector OBD II está situado en el habitáculo del vehículo a la altura de la rodilla izquierda del conductor. Como regla general, los BMW posteriores al 2000 poseen sistema tipo OBD II aunque hay excepciones (además en EE UU son del tipo 2 desde 1996). La interfase propuesta, mostrada en la figura 17, responde a las normas ISO y para construirla se puede emplear la placa de la figura 18. Los pines que corresponden al “puerto de serie” se pueden conectar directamente a la placa y en lugar del conec-

tor OBD2 puede usar conectores faston que coloca directamente en sus correspondientes huecos del conector del vehículo. El pinout usado ha sido el de la figura 19 siguiendo los colores que en dicha figura se detallan. Una vez construída la interfase, se utiliza el esquema de la figura 20. La computadora, a través de su puerto serie DB9 (9 pines) interroga o recibe información del coche. La placa ejerce una función de conversión de la información entre la PC y el coche. La interfase se comunica con el coche finalmente con el conector OBD2. El software puede bajarlo directamente de la web de referencia, aunque hay muchos sitios de descarga (asegúrese de que su uso esté permitido para no realizar acciones ilegales). Debe tener en cuenta que si el auto posee conector OBD 1, no se obtienen los logs de averías ni tampoco se pueden resetear, ya que el coche no es completamente compatible con el protocolo OBD2. También comentan que: si son completamente compatibles los coches fabricados a partir del 2004. En mi caso descargué el software de la página de scantool.net, obteniendo una pantalla como la de la figuras 21. Si bien mi experiencia en la reparación de coches no es buena, a decir por mi amigo, ha podido darle un buen uso al equipo. Lista de Materiales R1, R5, R6 - Resistencia 220ohm R2, R4 - Resistencia 510ohm R3, R7 - Resistencia 2.2kohm R11, R12 - Resistencia 4.7kohm R8, R9, R10 - Resistencia 10kohm

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La electrónica en el automóvil Figura 20

R13 - Resistencia 47kohm R14 - Resistencia 100kohm C1 - Cond. Electrolítico 0.01uF C2, C5 - Cond. Electrolítico 0.1uF C3, C4 - Cond. Cerámico 27pF D1 - Led verde de 5 mm D2, D4 - Led rojo de 5 mm D3, D5 - Led amarillo de 5 mm D6, D7 - Diodo 1N4148 T1, T2 - Transistor BC548C T3, T4 - Transistor BC558C IC1 - Regulador de tensión 78L05 IC2 - Zócalo 14 patas Q1 - Cristal de Cuarzo 3.579545MHz Varios: Puerto serie hembra placa 9 pines 1 X1 (no es imprescindible), puerto serie hembra placa 25 pines 1 X2 (no es imprescindible), placa de Circuito impreso, gabinete para montaje, estaño, cables, etc. Con este tema damos por terminado este primer volu men de la colección Club Saber Electrónica dedicada a

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Figura 21

la electrónica del automotor, aclaramos que en estos momentos estamos preparando un nuevo número, dedi cado a las interfases OBD II en el que incluiremos el montaje de un equipo universal.