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SUMARIO

11Sumario

CAPTULO 1: SISTEMAS ELECTRNICOS EN EL AUTOMVILIntroduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4Control Electrnico de Velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . .4Sistema de Control Electrnico de Motor . . . . . . . . . . . .4Transmisin Controlada Electrnicamente . . . . . . . . . . .5Sistema Electrnico para Control de Climatizacin . . . .6Direccin de Potencia de Asistencia Variable y Suspensin Activa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7Sistema de Bolsas de Seguridad de Inflado Automtico Suplementadas (Air Bag) . . . . . . . . . . . . . .8Instrumentacin Electrnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9Descripcin de la Terminologa Utilizada . . . . . . . . . . .11Circuito Sensor de Posicin por Medio de un Potencimetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14Interruptores Utilizados como Sensores de Posicin . .17Generadores de Seales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

CAPTULO 2: LOS SENSORES EN LOS SISTEMASDE CONTROL DEL AUTOMVILLos Sistemas Electrnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26La Evolucin de la Electrnica en el Automvil . . . . .26Diagnstico de los Sistemas Electrnicos . . . . . . . . . . .27Los Sensores en el automvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28Sensor de Oxgeno o Sensor Lambda . . . . . . . . . . . . . .29Diagnstico de la Sonda LAMBDA y Ciclo Prctico de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33Funcionamiento de la Sonda Lambda . . . . . . . . . . . . . .34Sensor Generador de Corriente Continua Pulsante de Frecuencia Variable con la Presin . . . . . . . . . . . . . .35Sensores por Efecto Hall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40Sensor de Alambre Caliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

Sensores de Flujo de Aire Admitido: (Sonda Volumtrica) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46Sensores Piezoelctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

Sensores de Detonacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

Sensores Piezo-Resistivos de Presin . . . . . . . . . . . . . .49

Sensores de Presin Basados en Galgas Extensimetricas

(STRAIN GAGE), MAP (Manifold Absolute Pressure) y BP (Barometric Pressure) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51Sensor MAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

Sensor BP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

Sensores Opticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

Direccin Asistida Electrnicamente . . . . . . . . . . . . . .54

Velocidad de Giro y Posicin del Cigueal . . . . . . . . .55

Sensores de Seguridad y de Impacto . . . . . . . . . . . . . . .56

CAPTULO 3: ECU LA COMPUTADORA DE

LOS AUTOMVILES . DESCRIPCIN,

FUNCIONAMIENTO Y CIRCUITO

Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

Funciones de la ECU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

Control de Errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65

Funcionamiento de la ECU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

Una ECU por Dentro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

Sistema de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

Diagnstico de una ECU sin Escner ni Interfaz . . . . .71

Cmo Identificar los Errores Almacenados en la ECU . . . . .71

Cdigos de Error OBDII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

Diagnstico de una ECU sin Escner . . . . . . . . . . . . . .75

LOS CIRCUITOS ELECTRNICOS EN EL AUTOMVIL:

SUMARIO

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Electrnica del Automvil

22 Del Editor al Lector

DirectorIng. Horacio D. Vallejo

ProduccinJos Mara Nieves (Grupo Quark SRL)

Seleccin y Coordinacin:Ing. Horacio Daniel Vallejo

EDITORIAL QUARK S.R.L.Propietaria de los derechos en castellano de la publicacin men-sual SABER ELECTRNICA - San Ricardo 2072 (1273) - Capi-tal Federal - Buenos Aires - Argentina - T.E. 4301-8804

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Impresin: Talleres Babieca - Mxico

Este es el cuarto volumen de la coleccin Club SaberElectrnica dedicada a Electrnica Automotor. Ya hemos vistoaspectos fundamentales de la inyeccin electrnica, el funcio-namiento de los autos hbridos, qu es OBD II y los comandosAT, qu es un escner y cmo se lo emplea, cmo obtener loscdigos de error, qu son los bancos de datos comerciales, etc.

En este tomo resumimos cules son los principales circuitoselectrnicos de los automviles actuales y cul es el principiode funcionamiento de algunos sensores empleados en diferen-tes subsistemas de vehculo. En el captulo 3 presentamos a lacomputadora del auto, equipo que ya hemos mencionado en losotros 3 tomos y que debemos empezar a conocer para poderdar servicio tcnico eficaz, tema que trataremos en otro tomodel Club.

Cabe aclarar que la informacin que aqu brindamos es sim-plemente una gu de lectura rpida dado que es imposible resu-mir en 80 pginas todo lo que el tcnico debe saber sobre eltema. Es por eso que como comprador de esta obra, Ud., puededescargar una enciclopedia temtica en 2 CDs que le permitirafianzar sus conocimientos.

Esperamos que este libro sea de su agrado y lo esperamosen el prximo tomo del Club Saber Electrnica.

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EditorialDel Editor al Lector

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Actualmente la mayora de los vehculos,o prcticamente todos, contienen diver-sos sistemas de control electrnico quefacilitan la prevencin de fallas graves,optimizan el rendimiento del motor, mini-mizan la emisin de gases contaminan-tes y brindan mayor confort a los ocu-pantes. Entre los sistemas electrnicosms comunes podemos mencionar:

Sistema antibloqueo de ruedas en elmomento de frenado del vehculo. (ABS)Antilock Brake System. Control electrnico de velocidad.(Control de Velocidad de Crucero).Electronic Speed Control.

Control electrnico de motor.Electronic Engine Control. Control de climatizacin.Climate Control. Sistemas de direccin y sus-pensin. Steering and

Suspensin System. Sistema de bolsas de seguridad de infla-do automtico suplementarias.Supplemental Air Bag System. Instrumentacin electrnica. ElectronicInstrumentation. Etc.

En este captulo comenzamos a describirlos diferentes sistemas electrnicos delautomvil, tema que ser tratado envarias ediciones.

En Base a Material de Jorge AlbertoGarbero

[email protected]

LOS CIRCUITOS ELECTRNICOS EN EL AUTOMVIL

33Captulo 1

Captulo 1Sistemas Electrnicos

en el Automvil

Cap 1 L electronica del auto 12/6/11 12:09 PM Pgina 3

INTRODUCCIN

Cada uno de los sistemas electrnicosde un automotor tiene un punto en comn,son todos sistemas controlados electrnica-mente. Estos sistemas, figura 1, contienencomponentes elctricos que proveen cons-tantemente informacin a varias unidadesprocesadoras de seal. Estas unidades pro-cesadoras interpretan la informacin recibi-da y realizan ajustes a medida que esnecesario, de modo de mantener las con-diciones ptimas de operacin del sistema.

Este sistema previene, durante un frena-do de emergencia, el bloqueo de alguna ode todas las ruedas del vehculo en formaautomtica.

Esto es logrado por medio de la modu-lacin hidrulica de la presin en el circuitode frenos. Un sistema tpico de ABS incluyeun mdulo de control (electronic controller),sensores de velocidad de giro de ruedas(wheel speed sensors), una unidad de con-trol hidrulico (HCU) y el cableado corres-pondiente al conexionado del conjunto.

La inteligencia del sistema antibloqueoest contenida en el mdulo de controlelectrnico. El mdulo de control monito-rea la operacin del sistema en todomomento.

El mdulo de control procesa la infor-macin proveniente de los sensores develocidad colocados en cada rueda.Cuando se aplican los frenos, si el mdulode control electrnico observa que alguna(algunas) rueda est en la condicin debloqueo, enviar las rdenes correspon-dientes al HCU (Unidad de ControlHidrulico) de modo que la presin de fre-nado sea aliviada en esa (esas) rueda.

CONTROL ELECTRNICO DE VELOCIDAD

El sistema de control electrnico develocidad es utilizado para mantener unavelocidad de marcha constante del veh-culo, velocidad que previamente ha sidoseleccionada por el conductor.

El sistema est conformado por un con-junto de servo control, sensor de velocidaddel vehculo, mdulo de control electrni-co, componentes elctricos y de vaco. Endeterminadas aplicaciones, el sistema decontrol de velocidad est integrado en elPCM (Control Electrnico de Motor) y enotras aplicaciones este control est conte-nido como mdulo aparte. Cuando el con-ductor activa el sistema de control de velo-cidad, el mdulo de control electrnicomonitorea la frecuencia de la seal prove-niente del sensor de velocidad, esta infor-macin es almacenada como dato.Cuando la frecuencia de la seal cambia,el mdulo de control activa el conjunto deservo control de modo de mantener cons-tante la velocidad de marcha.

SISTEMA CONTROL ELECTRNICODE MOTOR

En el Mdulo de Control Electrnico deMotor (Electronic Engine Control -EEC) seencuentra contenido el centro inteligentedel sistema de operacin del motor. Estesistema est conformado por un ConjuntoElectrnico de Control (Electronic ControlAssembly - ECA), distintos sensores que env-an seales elctricas conteniendo informa-cin hacia las entradas del ECA, sealeselctricas de salida del ECA que constitu-


44 Los Circuitos Electrnicos en el Automvil



55Captulo 1

Figura 1

Sinopsis de control en un vehculo hbrido.


yen los mandos que ste enva hacia losdistintos actuadores que maneja y conduc-tores que conectan las entradas, salidas yla alimentacin elctrica del ECA.

El ECA es un Microcomputador. El cons-tantemente evala o procesa las sealesde entrada provenientes del sistema deoperacin del motor y determina la mejorsecuencia de operacin para sus rdenesde salida. El ECA constantemente monito-rea las condiciones de operacin del motora travs de las informaciones recibidasdesde varios sensores localizados en elmotor y en el compartimento de motor.Entre otros y solamente citando algunosestos son, el Sensor de Temperatura delRefrigerante del Motor (Engine CoolantTemperature Sensor - ECT), Sensor de PresinAbsoluta (Manifold Absolute Pressure Sensor- MAP), Sensor de Temperatura del AireAdmitido (Air Charge Temperature - ACT),Sensor de Velocidad del Vehculo (VehicleSpeed Sensor - VSS), Sensor de Detonacin(Knock Sensor -KS) y la Sonda de Oxgeno(Exhaust Gas Oxygen Sensor - EGO).

El ECA maneja cosas tales como laMezcla de Aire/Combustible, Tiempos deAvance del Encendido y la Velocidad deRotacin del Motor en ralenti, nombrandoalgunas de las tantas funciones que realiza.Incluidas en estas est el manejo de losInyectores de Combustible, el Mdulo deEncendido, la Vlvula de Recirculacin deGases de Escape (EGR) y la Vlvula Bypassde Aire Controladora de RPM en Ralenti (ISC- BPA solenoid).

Todos estos componentes trabajan enconjunto para lograr el mejor rendimientodel motor y mantener una baja emisin degases contaminantes.

TRANSMISIN CONTROLADAELECTRNICAMENTE

En los sistemas de transmisin controla-dos electrnicamente, el flujo del fluido atravs del cuerpo de la vlvula ya no escontrolado totalmente por vlvulas mec-nicas y resortes.

En lugar de ello, el flujo del fluido y sudireccin son controlados por solenoideslocalizados sobre el cuerpo de la vlvula odentro de l. Estos solenoides proporcionanun control muy preciso de los cambios demarcha. Los solenoides son controlados porun mdulo electrnico que monitorea lavelocidad del vehculo, la carga de motor yel ngulo de apertura de la mariposa. Enbase a estas informaciones determina larelacin de marcha apropiada para lograrla mejor condicin de manejo.

SISTEMA ELECTRNICO PARACONTROL DE CLIMATIZACIN

Este sistema utiliza los siguientes compo-nentes perifricos: Sensor de TemperaturaBajo Sol, Sensor de Temperatura Interior,Sensor de Temperatura Ambiente y Sensorde Temperatura de Motor. El control elec-trnico mantendr el interior del vehculo ala temperatura seleccionada por el con-ductor y regular el flujo de aire a travs delos paneles del tablero, conductos de pisoy las boquillas de los desempaadores delparabrisas y ventanillas.

Cuando el sistema es situado en elmodo AUTOMATICO (AUTO) y la temperaturadeseada es seleccionada y prefijada, elcontrol de climatizacin proporcionar aire




caliente o fro automticamente, de acuer-do a las condiciones de temperatura delhabitculo con respecto a la temperaturaseleccionada.

DIRECCIN DE POTENCIA DE ASISTENCIA VARIABLEY SUSPENSIN ACTIVA

Algunos modelos de vehculos actuales


77Captulo 1

Figura 2 -Distribucin de par-

tes en un vehculocon detalles del sis-

tema elctrico.


estn equipados conun Sistema deDireccin de Potenciade Asistencia Variable,sensible a la velocidad,en la figura 2 puedever una distribucin dealgunos elementoselectrnicos y en lafigura 3 los componen-tes de la direccin asis-tida. El sistema tiene unsensor de velocidad delas ruedas delanteras(sobre las que accionala direccin), un sensorde velocidad de veh-culo, un mdulo de control electrnico yuna vlvula actuadora. El sistema de direc-cin variable monitorea al sensor de veloci-dad del vehculo (sensor montado en latransmisin) y al sensor de velocidad deruedas delanteras (localizado en el eje dedireccin) para por un lado, determinar lavelocidad del vehculo y por otro ladoconocer la relacin de velocidad entreambas ruedas y as determinar el nguloque adoptan. Basndose en la informacinproveniente de estos sensores, el sistemaajusta el flujo del fluido hidrulico hacia lacaja de direccin de potencia por mediode la vlvula actuadora localizada en lacaja de direccin o en la bomba. A veloci-dades elevadas, una pequea asistenciahidrulica es necesaria. Por el contrario,durante el manejo a bajas velocidades ocuando se realizan maniobras de estacio-namiento, mayor asistencia hidrulica esnecesaria. El Sistema de Suspensin Activautiliza un Mdulo de Control Electrnico,

Sensores de Variacin de Altura del Vehculoy Amortiguadores de Dureza Variable paracontrolar la amortiguacin de la suspen-sin. El mdulo de control monitorea lainformacin enviada por los sensores delvehculo. Cuando la condicin cambia, elmdulo de control electrnico activa lossolenoides de paso de aire comprimido, demodo de ajustar la altura del vehculo parapasajeros y/o equipaje o para vehculo car-gado (pasajeros, equipaje, etc.).

SISTEMA DE BOLSAS DESEGURIDAD DE INFLADO AUTOMTICOSUPLEMENTARIAS (AIR BAG)

Este sistema electrnico puede dar avisode mal funcionamiento y generar cdigosde autodiagnstico (DTCs). Utiliza sensoresde impacto y de seguridad o prevencin,tal como se puede observar en la figura 4.El sistema est dividido en dos sub sistemas:



Figura 3


1 Este sub sistema posee bolsa de segu-ridad de inflado automtico y su corres-pondiente componente de inflado, tantopara el conductor solamente o para elconductor y acompaante (asiento/sdelantero/s).

2 Este sub sistema elctrico incluye lossensores de impacto y monitoreo de diag-nstico. El circuito electrnico de monitoreochequea continuamente la condicin delsistema. El controla a los sensores deimpacto y su conexionado, al indicadormontado en el panel de instrumentos, la ali-mentacin elctrica del sistema y a las bol-sas en s mismas.

Los sensores de impacto y los sensoresde seguridad estn montados distribuidosen el frente del vehculo. El propsito deambos es que de acuerdo a la informacinrecibida el sistema pueda diferenciar si elvehculo ha sufrido un impacto moderadoque no requiera el desplegado de las bol-sas de seguridad, o si el impacto ha sido losuficientemente intenso como para questas deban ser activadas. El sistema est

diseado de modo que se cierre el circuitode masa, cuando el vehculo sufra unafuerza de impacto igual a la generada porun vehculo que desplazndose a 40 km/himpacte contra otro vehculo u obstculoque se encuentre detenido. El sistema noactivar el inflado de las bolsas de aire sisolamente recibe confirmacin de impac-to de alguno de los dos sensores de seguri-dad. Los contactos del sensor de seguridadse cerrarn solamente cuando exista unadesaceleracin del vehculo suficientemen-te rpida como para hacer necesario eldespliegue de las bolsas de aire. Cuandolos contactos de un sensor de seguridad secierran, el circuito de alimentacin desdela batera al sistema, quedar cerrado. Lasbolsas de seguridad de inflado automticosolamente se desplegarn cuando almenos un sensor de impacto y uno deseguridad se cierren al mismo tiempo.

En la figura 5 se puede observar la ubi-cacin de las bolsas de aire en algunosvehculos y cmo se activa el sistema deairbag en un auto Ford.

INSTRUMENTACINELECTRNICA

La mayora de lossistemas de controlelectrnico que se hanvisto anteriormente sonsistemas que realizansus funciones sin darindicaciones visibles desus resultados.

En los vehculosactuales, en el Panel


99Captulo 1

Figura 4


de Instrumentos, pueden verse claramentelos efectos de un sistema electrnico.

El Panel de Instrumento Electrnico con-siste en un mdulo basado en un compu-tador que procesa la informacin prove-niente de sensores y que controla la infor-macin presentada en los displays.

En estos displays de presentacin deinformacin para el conductor puedenestar incluidos el Velocmetro, el Odmetro,el Nivel y Presin de Aceite, la Temperaturade Motor, el Nivel de Combustible, laCondicin de la Batera e incluir tambin unCentro de Mensajes.



Figura 5


DESCRIPCIN DE LATERMINOLOGA UTILIZADA

Mezcla aire/combustible: La relacinde las cantidades de aire y combustibleque son mezclados antes de ser quema-dos en la cmara de combustin. La rela-cin ideal es de 14,7 gramos de aire porcada gramo de combustible, esta relacines denominada RELACION ESTEQUIOMETRI-CA IDEAL.

Ambiente: La condicin predominante(usualmente la temperatura) en el mbitoque rodea a un objeto.

Sensor de ambiente: Un sensor utilizadopara proporcionar la lectura de la tempe-ratura ambiente.

Temperatura ambiente: Temperaturadel aire que rodea a un objeto.Temperatura a la cual el motor de un veh-culo comienza a funcionar luego de estarinactivo por varias horas.

Amortiguacin: Trmino normalmenteutilizado para definir la respuesta y/o rangode rebote de un sistema de suspensin ode un amortiguador.

Monitor de diagnstico: Un circuitoelectrnico que continuamente controla elestado de un sistema electrnico.

Emisiones: Un trmino genrico utilizadopara definir los gases emitidos por el con-ducto de escape de un vehculo.

Frecuencia: Se refiere al nmero de

veces que se repite en un segundo elmismo ciclo de variacin de nivel (corrienteo tensin) de una seal elctrica.

Hidrulico: Un componente que operapor presin de un fluido.

Centro de mensaje: Un display que pro-porciona al conductor importante informa-cin de como est operando el vehculo,display que no se encuentra incluido enpaneles de instrumentos normales.

Microcomputador: Un componenteque toma informacin, la procesa, tomadecisiones en base a ellas y al programaque le fue grabado en su memoria ROM yas produce rdenes de salida de estasdecisiones. Los microcomputadores songeneralmente pequeos y a veces sondenominados microprocesadores o proce-sadores.

Modulacin: Amplificacin utilizadapara incorporar la informacin contenidaen una seal de baja frecuencia (tal comola palabra o msica) en una onda de altafrecuencia producida por un oscilador.

Sensor de temperatura: Uno de loscomponentes de sensado ms comn-mente utilizado en aplicaciones en el auto-motor es el Sensor de Temperatura, figura 6.Circuitos de sensores de temperatura sonutilizados en distintos sistemas electrnicospara controlar la temperatura de varioscomponentes, fluidos e incluso la del aire.

El Control Electrnico de Motor, ControlElectrnico de la Transmisin y la


1111Captulo 1


Instrumentacin Electrnica, son ejemplosde sistemas que contienen circuitos consensores de temperatura. El circuito electr-nico empleado para sensar la temperatura,es bsicamente el mismo para cualquierade los tres sistemas citados.

El circuito est compuesto por unMdulo de Control Electrnico, un Sensorde Temperatura, conductores y conectores.El Mdulo de Control Electrnico contieneun Regulador de Tensin (+ 5 Volt), unResistor Limitador de Corriente (R1), y unCircuito electrnico de Procesamiento dela Informacin, circuito ste que conviertela informacin analgica que recibe enuna informacin digital.

El Regulador de Tensin alimenta al cir-cuito con un nivel de tensin constante. ElMdulo de Control Electrnico interpretacualquier variacin de tensin que se pro-duzca en el Punto M como un cambio enla resistencia del sensor, cambio que debe-ra producirse por un cambio en la tempe-ratura. Debido a esta condicin de medi-cin del sistema es que el nivel de tensincon que se alimenta al circuito debe serpreciso y constante (regulado).

El Resistor Limitador de Corriente es unResistor Fijo que protege al circuito evitandouna sobrecarga por intensidad de corrien-te. Este resistor limita a un mximo la inten-sidad de corriente demandada al regula-dor si por algn accidente se produce uncortocircuito a masa en el conexionadoque une el mdulo de control y el sensor detemperatura.

El Circuito Procesador de la Informacin,ubicado en el Mdulo de Control, mide elnivel de tensin presente en cada momen-to en el Punto M.

Este nivel de tensin depende de laresistencia que tenga en cada instante elSensor de Temperatura y ese valor resistivodepende del nivel de temperatura a queest expuesto dicho sensor.

El Sensor de Temperatura es un ResistorVariable en Funcin de la Temperatura delmedio al que est expuesto y que est sen-sando. En este tipo de sensor, su valor resis-tivo aumenta a medida que la tempera-tura del medio que est censando decre-ce y por el contrario, su valor resistivodecrece a medida que la temperaturadel medio aumenta. Estos sensores, en losque su resistencia vara en funcin de latemperatura a que estn expuestos, sondenominados Thermistores. En este casoen particular, se est haciendo referencia aun thermistor del Tipo NTC (Coeficiente deTemperatura Negativo).

Existen thermistores del Tipo PTC(Coeficiente de Temperatura Positivo). Estostipos de thermistores trabajan exactamenteal revs que los descriptos anteriormente,cuando la temperatura aumenta, su valorresistivo aumenta. Cuando la temperatu-ra decrece su valor resistivo decrece.

El circuito del sensor de temperaturaest conformado como un Circuito Divisorde Tensin (figura 6). En este circuito laresistencia limitadora de corriente (R1) seencuentra dispuesta en serie con un resis-tor variable (R2). Con esta configuracinde circuito, se genera una cada de tensina travs de los extremos del thermistor quees directamente proporcional al valor deresistencia que adopte en cada instante elsensor (valor producto de la temperaturaque est soportando). La frmula utilizadapara determinar el nivel de tensin en el




punto M (cada de tensin a travs delsensor) se muestra en la figura 7.

Por ejemplo si: Vr = 5volt; R1=1,5k ; R2=1,5k Si aplicamos estos valores en la frmula

dada:

1,5k VM = = x 5Volt = 2,5Volt

3k

Si la temperatura desciende el valorresistivo del sensor (R2) se incrementar,supongamos que su valor alcanza los 3k.Ahora en el punto M el nivel de tensin ser:

3k VM= x 5Volt = 3,33Volt

4,5k

Si el nivel de temperatura aumenta, elvalor resistivo de R2 disminuir, suponga-

mos que alcanza unvalor de 270 . Ahoraen el punto M el nivelde tensin ser:

0,27k VM = x

1,77k

VM = 5Volt = 0,76Volt

Durante la operacin normal del siste-ma, cuando la temperatura a ser censadacomienza a aumentar, la resistencia delsensor comienza a decrecer y por lo tantoel nivel de tensin en el punto M tambindecrecer. Por el contrario, si la temperatu-ra decrece, la resistencia del sensoraumentar y por lo tanto el nivel de tensinen el punto M aumentar tambin. Elmdulo de control utiliza los niveles de ten-sin presentes en el punto M como unaentrada de informacin para determinarqu tipo de cambios se estn sucediendoen el sistema. Este circuito produce unaseal de tensin anloga que puede variaraproximadamente en un rango compren-dido entre algo ms que 0 Volt y algomenos que 5 Volt. Durante condicionesanormales del circuito, tales como circuitoabierto o cortocircuito, ste no puede pro-veer una medicin representativa de latemperatura para la cual est diseado

sensar. Asimismo, cual-quier valor de resisten-cia del sensor queexceda los parmetrosdel diseo afectar elnivel de la tensin pre-sente en el punto M,


1313Captulo 1

Figura 6

Figura 7


dando as almdulo de con-trol una informa-cin incorrectade la tempera-tura real censa-da.

La aperturadel circuitoentre el mdulode control y elsensor de tem-peratura, o elsensor de tem-peratura y masa, dar como resultado unalectura de 5 Volt en el punto M.

Un corto circuito a masa en el circuitoentre el mdulo de control y el sensor detemperatura resultar en una lectura cer-cana a 0 Volt en el punto M. Un nivel de ten-sin en el punto M ms elevado que elmximo que el circuito puede producir(este mximo se dara con temperaturasinferiores a 0 C), puede suceder si segeneran resistencias de contacto elevadasentre el mdulo de control y el sensor detemperatura o entre ste y masa.

CIRCUITO SENSOR DE POSICINPOR MEDIO DE UN POTENCIMETRO

Muchos sistemas controlados electrni-camente requieren de un componenteque pueda monitorear el desplazamiento yrecorrido de un elemento mecnico, demodo que el circuito de control puedaestar informado permanentemente de laposicin en que se encuentra dicho ele-mento. El circuito elctrico de un Sensor de

Posicin esmuy simi-lar al deun sensorde tempe-ratura. Elc i r c u i t oe lc t r icoest con-f o r m a d o(figura 8)por unMdulo de Control, un Sensor de Posicin(potencimetro - R2 ), conductores elctri-cos y conectores. El Mdulo de Controlcontiene un Regulador de Tensin, unaResistencia Limitadora de Corriente y unCircuito Procesador de Informacin.Aunque el Sensor de Posicin es una resis-tencia variable, su operacin es diferente ala de un Sensor de Temperatura. En este lti-mo la resistencia del sensor, como ya seexplic, vara con la temperatura, en elSensor de Posicin la resistencia es variadamecnicamente. El sensor de posicin(potencimetro) consiste en un resistor fijo



Figura 8

Figura 9


(comprendido entre los Puntos A y B) sobreel que se desliza un patn (cursor) estable-ciendo contacto sobre l (figura 9).

El patn o cursor es mecnicamente soli-dario con el componente que debe sermonitoreado, por ejemplo el ngulo deapertura de la mariposa de la garganta deadmisin movida por el pedal y cable delacelerador; la posicin del pedal del ace-lerador en sistemas con acelerador electr-nico; apertura de la vlvula EGR, etc.

Cuando la posicin del componentemecnico cambia, la resistencia del sensorde posicin cambia. El mdulo de control,determina en cada instante la posicinadoptada por el componente mecnicosensado, leyendo por medio de su circuitoprocesador de informacin el nivel de ten-sin presente en el Punto M (figura 8).

El circuito de este sensor est tambinconformado como un divisor de tensin,pero a diferencia del sensor de temperatu-ra, el circuito procesador de informacinmonitorea el nivel de la tensin de informa-cin entregada por el sensor a travs deuna lnea de retorno. Conexin entre elPunto M y el Circuito Procesador deInformacin.

A pesar que los circuitos del sensor detemperatura y del sensor de posicin estnambos diseados como circuitos divisoresde tensin, la resistencia total del sensor deposicin no vara (mientras en el sensor de

temperatura s), por lotanto el mtodo declculo para determi-nar el nivel de tensinde informacin difiereligeramente del estu-diado anteriormente.

La frmula utilizadapara determinar el nivel de tensin en elPunto M es ahora la mostrada en la figura10. Por ejemplo si nos remitimos a la Figura8:

Vr= 5Volt; R1=100 ; RMB = 2,5k (porestar el cursor al 50% del recorrido entre A yB) ;

Luego:

RT = R1+R2 = 100 + 5000 = RT = 5100

2,5k VM = x 5Volt = 2,45Volt

5,1k

Supongamos ahora que el cursor debi-do al movimiento del eje del componentese mueve hacia el Punto A hasta alcanzarel 85% del recorrido total, el valor de laresistencia entre los Puntos M y B ser ahorade (figura 11):

RMB = 4250

Los dems parmetros no varan debidoa que son constantes. El nivel de la tensinde informacin leda en el Punto M serahora:

RMB 4,25k VM = x Vr = x 5Volt =

RT 5,1K


1515Captulo 1

Figura 10


VM = 4,16Volt

Consideremos que ahora el eje delcomponente sensado gira en el sentidoopuesto al anterior.

Ahora el cursor se deslizar hacia elPunto B y asumimos que alcance un valorigual al 10% del recorrido total, el valor dela resistencia entre los puntos M y B serahora de (figura 12):

RMB = 500

Los dems parmetros como ya se vioanteriormente no varan.

El nivel de tensin de informacin seren este caso:

RMB 0,5k VM = x Vr =x 5Volt =

RT 5,1K

VM = 0,49Volt Durante la operacin normal del siste-

ma, cuando la posicin del componentecomienza a ser sensada en su movimientohacia unextremo desu recorrido,la resistenciadel sensor dep o s i c i naumentar od i s m i n u i r ,dependiendode cmo sehaya disea-do el circuito.El mdulo decontrol elec-

trnico utiliza el nivel de tensin monitorea-da para determinar que tipos de cambiosestn ocurriendo en el sistema. Si la resis-tencia del sensor de posicin aumenta, elnivel de tensin monitoreado aumentar. Sila resistencia del sensor de posicin dismi-nuye, el nivel de tensin monitoreado dis-minuir. El circuito del sensor de posicin,produce una seal de informacin queconsiste en una tensin analgica (nivel detensin monitoreado por el mdulo), nor-malmente el rango de variacin de dichatensin se encuentra aproximadamenteentre 0,5 Volt y 4,5 Volt. Esta condicin secumple siempre que la resistencia del sen-sor sea la que corresponda al diseo delcircuito, cualquier valor de resistencia quese encuentre fuera de los lmites del diseo,podr dar informaciones errneas de lareal posicin en la que se encuentra el sen-sor:

* Si se produce una apertura del circui-to entre el mdulo de control y el Punto Adel sensor de posicin o entre el Punto Mdel sensor y el mdulo de control, dar



Figura 11


como resultado una lectura de 0 Volt en lalnea de informacin. El mismo nivel deinformacin se producir si se abre el sen-sor propiamente dicho, en el extremodonde recibe la tensin de referencia, o sise abre el cursor.

* Si la apertura del circuito se produceen el sensor propiamente dicho en su extre-mo que va conectado a masa, o en lalnea que conecta este extremo con masa,en la lnea de informacin se tendr pre-sente un nivel de tensin de informacin de5 Volt. Un corto circuito a masa en la lneaque alimenta con la tensin de referenciaal sensor o en la que conecta la salida deinformacin con el mdulo, dar comoresultado un nivel de tensin de informa-cin de 0 Volt.

* Si la lnea que conecta el retorno delsensor con la masa del mdulo es cortocir-cuitada a masa, el nivel de la seal deentrada no se ver afectado.

* Una resistencia mayor que lo normalinsertada en cualquiera de las conexionesdel sensor con el mdulo (por ejemploresistencia de contacto en los conectores),

producir unnivel de infor-macin err-neo. Si dichare s i s t e n c i aest inserta-da en la lneapor la que elsensor recibela tensin dereferencia, elnivel de ten-sin de infor-macin ser

menor al real de acuerdo a la posicinque el componente tiene en ese momen-to. Si dicha resistencia se encuentra pre-sente en la lnea de conexin del sensorcon el mdulo, el nivel de la tensin deinformacin ser mayor al real, de acuer-do a la posicin que el componente tieneen ese momento.

INTERRUPTORES UTILIZADOSCOMO SENSORES DE POSICIN

En ciertas aplicaciones solamente esnecesario conocer dos posiciones defini-das que puede adoptar un componente,por ejemplo si un pedal de freno est pre-sionado o liberado. En estos casos la utiliza-cin de un interruptor es suficiente paracumplir la funcin de sensor (figura 13). Casitodos los sistemas controlados electrnica-mente contienen como mnimo un interrup-tor actuando como sensor. El tipo de seal(informacin) que provee un sensor de posi-cin conformado por un interruptor es digi-tal, los niveles que puede adoptar esta


1717Captulo 1

Figura 12


seal son solamentedos tensiones biendefinidas, On/OFF;HI/LOW; o en definiti-va 5 Volt y 0 Volt. Enlos circuitos que utilizanun interruptor comosensor de posicin, elinterruptor puede estarreferido a masa(negativo) o referido ala tensin de referen-cia (positivo).

Sensor de posicincon el interruptorreferido a masa(negativo)

El circuito elctricode un sensor de posi-cin por medio deinterruptor (figura 14),es similar al circuito de un sensor de tem-peratura. Obviamente, la mayor diferenciaradica que en serie con la resistencia limi-tadora de corriente se ha conectado uninterruptor en lugar del sensor de resistenciavariable con la temperatura. Durante laoperacin normal del circuito, cuando elinterruptor se encuentra abierto, el circuitose completa desde el regulador de tensin(+ 5 Volt), la resistencia limitadora decorriente (2,2k), cerrndose a masa a tra-vs del circuito procesador de informacin.

El valor de la resistencia de entrada delcircuito procesador de informacin debeser por lo menos 10 veces mayor que elvalor de la resistencia limitadora de corrien-te, para que el nivel de la tensin de infor-macin en el Punto M est prcticamente

en 5 Volt. Cuando el interruptor est cerra-do (figura 15), l completar el cierre delcircuito a masa y por lo tanto el nivel de latensin de informacin en el Punto M ser 0Volt, puesto que toda la tensin de referen-cia se encontrar aplicada sobre la resis-tencia limitadora de corriente.

* Si se abre el circuito entre el mduloelectrnico de control y el interruptor (sen-sor) dar como resultado un nivel de ten-sin constante de 5 Volt en el Punto M.

* Si el circuito entre el mdulo electrni-co de control y el interruptor (sensor) se cor-tocircuita a masa, dar como resultado unnivel de tensin constante de 0 Volt en elPunto M.



Figura 13

Figura 14


Es evidente que cualquiera de estas dossituaciones darn una falsa informacin almdulo electrnico de control.

Sensor de posicin con el interruptor referido a positivo Este circuito utiliza los mismos compo-

nentes que el circuitopresentado anterior-mente, con la excep-cin que el mdulo decontrol electrnico noprovee la tensin dereferencia (figura 16).

El circuito es alimen-tado elctricamentedesde una fuenteexterna al mdulo decontrol, tal como labatera del vehculo.Observe que ahora laresistencia limitadorade corriente seencuentra conectadaentre el interruptor (sen-sor) y masa.

* Durante la opera-cin normal del siste-

ma, cuando el interruptor se encuentraabierto, no habr tensin aplicada al cir-cuito, por lo tanto no existir circulacin decorriente a travs de la resistencia limitado-ra de corriente y el nivel de tensin en elPunto M ser de 0 Volt.

* Cuando el interruptor se encuentrecerrado (figura 17), latensin de bateraquedar aplicadadirectamente entre losextremos de la resis-tencia limitadora decorriente (2,2k), porlo tanto el nivel de latensin de informacinen el Punto M ser de+ 12 Volt.


1919Captulo 1

Figura 15

Figura 16

Figura 17


* Si se produce laapertura de la cone-xin que une el inte-rruptor con el mdulode control electrnico,el nivel de la tensinde informacin en elPunto M ser de 0 Voltconstantes.

* Si la conexin queune al interruptor conel mdulo de controlelectrnico se cortocircuita a masa, elnivel de la tensin de informacin en elPunto M ser de 0 Volts constantes.

* Si la lnea de conexin entre el inte-rruptor y el mdulo se cortocircuita amasa, evidentemente se producir un cor-tocircuito entre Positivo y Negativo de bate-ra a travs de dicha conexin, circunstan-cia que provocar la apertura del fusiblede proteccin del circuito.

GENERADORES DE SEALES

Captores Magnticos de ReluctanciaVariable (Generadores de corriente alter-nada casi sinusoidal)

Los CaptoresMagnticos soncomnmente utiliza-dos en cualquier siste-ma electrnico dondela velocidad de rota-cin de un elementodeba ser conocida,por ser un factor deoperacin del sistema.En Sistemas deEncendido Electrnico

Sin Distribuidor, en Sistemas de Inyeccin deCombustible y Encendido Controlados porCalculador Electrnico y en Sistemas deFreno con Antibloqueo (ABS) son utilizadoseste tipo de captores.

El circuito consiste en un Mdulo deControl Electrnico, un Captor Magntico,un Reluctor, conductores de conexin yconectores (figura 18). El Mdulo de ControlElectrnico contiene una ResistenciaLimitadora de Corriente y un CircuitoProcesador de Seal (informacin), este cir-cuito acta en forma similar a la de unVoltmetro de Corriente Alternada. El captormagntico es un Captor de ReluctanciaVariable. Un captor de reluctancia variable



Figura 18

Figura 19


es un componente que por contar en suncleo con un imn permanente, estgenerando continuamente un campomagntico uniforme y de intensidad cons-tante (figura 19).

La uniformidad de el campo magnticoy su intensidad en ciertos puntos puede sermodificada, estas variaciones son logradasmediante el pasaje de un componente for-mado por material ferromagntico (reluc-tor) a travs del campo magntico delcaptor. El captor produce una seal decorriente alternada de conformacin casisenoidal (figura 20), esta seal es enviada

al mdulo de controlelectrnico. La sealse produce cuando undiente del reluctorpasa frente al captor.Cuando un diente delreluctor comienza aaproximarse al captor(A en figura 20), laslneas de fuerza delcampo magntico sedesviarn cortando ensu movimiento las espi-ras de la bobina delcaptor. Este cambio

en el campo magntico inducir una ten-sin positiva en dicha bobina, cuantomayor sea el cambio producido en elcampo magntico, mayor ser el nivel dela tensin inducida en la bobina.

Cuando el diente del reluctor llega aenfrentarse con el captor no se produceninguna desviacin del campo magntico,por lo tanto la tensin inducida es igual acero (B en la figura 20). El reluctor seguirgirando, el diente comenzar a alejarse delcaptor. Ahora las lneas de fuerza delcampo magntico comenzarn a desviar-se en sentido opuesto al que se produjo ini-

cialmente, cuando el diente seestaba acercando al captor.Nuevamente comenzar a indu-cirse una tensin en la bobinadel captor pero de sentidoopuesto, o sea negativo (C enla figura 20). Cuando el reluctoralcance la posicin D en lafigura 20, el nivel de la tensininducida en la bobina del captorser nuevamente cero, comple-


2121Captulo 1

Figura 20

Figura 21


tndose as un ciclo de lacorriente alternada inducida enel. Debido al giro continuo delreluctor, cuando un diente seest alejando del captor otro seest acercando, lo que daruna sucesin de ondas decorriente alternada casi sinusoi-dal inducidas en la bobina delcaptor (figura 21). La frecuenciade esta corriente alternadadepende de la velocidad a laque est girando el reluctor, quea su vez depende de las RPM delmotor en ese instante.

La seal generadapor este tipo de circuitopuede ser visualizadapor medio de un osci-loscopio. Una forma deonda normal generadapor un captor de reluc-tancia variable, sealmostrada por la panta-lla de un osciloscopio,ser muy similar a lapresentada en la figura22

* Una resistenciainsertada en serie en elcircuito mayor que lanormal (por ejemploresistencia de contactoen conectores), produ-cir una cada en elnivel de tensin de laseal que llega almdulo de control elec-trnico (figura 23).



Figura 23

Figura 22

Figura 24


* Un nivel inferior al normal en la sealpuede producirse tambin por una posi-cin incorrecta del captor con respecto alreluctor, esta circunstancia puede ser cau-sada por una distancia de separacinentre los mismos (gap) mayor a la mximaespecificada (generalmente la mximadistancia admitida es de 1 mm.).

* Si el nivel de la seal que recibe elmdulo de control electrnico llega a unnivel suficientemente bajo, el circuito elec-trnico no podr interpretar la informacinrecibida, dando origen as a una falla en elsistema.

* Un cortocircuito a masa o una apertu-ra en la continuidad del circuito darntambin como resultado, falta de informa-cin al mdulo de control electrnico.

En la descripcin de funcionamientoanterior de un Captor de ReluctanciaVariable, por razones prcticas se ha toma-do como ejemplo un reluctor de 4 dientessolamente.

El anlisis de funcionamiento es vlidototalmente para sistemas que utilizanRuedas Fnicas de: 60-2 dientes, como uti-liza Renault, Fiat, Peugeot, VW, Alfa Romeo,

General Motors, etc.y cuya representa-cin se puede ver enla parte media de lafigura 24 o RuedasFnicas de: 36-1dientes, como utilizaFord y cuya represen-tacin se observa enla parte inferior de lafigura 24.

La FRECUENCIA yla AMPLITUD de laseal dependen de

la velocidad a la que est girando la RUEDAFNICA, o sea depende de las RPM delmotor.

* A menores r.p.m. menor frecuencia ymenor amplitud.

* A mayores r.p.m. mayor frecuencia ymayor amplitud.

A modo de complemento, en la figura25 podemos observar los componenteselectrnicos de un sistema CAN.

BIBLIOGRAFA ADICIONALwww. tuning.deautomoviles.com.arwww.automecanico.comwww.mecanicavirtual.com.arwww.electronicadelauto.comwww.abcdatos.com


2323Captulo 1




Figura 25- Sistema CAN BUS.


La electrnica invade ya cada rincn delautomvil y estamos ante una nuevarevolucin (la llegada de los sistemasmultiplexados) que permite incorporaran ms componentes inteligentes,como aparatos de radio que modulan elvolumen en funcin de la velocidad, cris-tales que se oscurecen segn la intensi-dad de luz que reciben, sistemas denavegacin, sistemas de aproximacinpara facilitar el aparcamiento, y un largoetctera. Todos estos sistema hay quediagnosticarlos o, al menos, interpretarsus autodiagnsticos.En un principio la electrnica se utiliz enlos automviles para la instalacin delsistema de encendido, sustituyendo los

clsicos platinos, para incorporarse mstarde a los sistemas de inyeccin degasolina. A partir de aqu los diferentessistemas utilizados en el automvil se hanido beneficiando de una aplicacin cadavez mayor de la electrnica. Nacieron assistemas como el ABS (el antibloqueo defrenos), el airbag, las suspensiones inteli-gentes, etc. Hoy en da la lista de siste-mas electrnicos implementados encada uno de los vehculos es realmenteextensa, independientemente de sucategora, marca y modelo. Desde elms pequeo utilitario hasta la ms sofis-ticada berlina disponen de un importan-te nmero de elementos, sistemas y com-ponentes regulados electrnicamente.

LOS SENSORES EN LOS SISTEMAS DE CONTROL DEL AUTOMVIL

2525Captulo 2

Captulo 2Los Sensores en los Sistemas de

Control del Automvil

Cap 2 sensores auto 12/6/11 12:48 PM Pgina 25

LOS SISTEMAS ELECTRNICOS

Ya hemos visto en el captulo anterior unresumen de los sistemas controlados elec-trnicamente en el automvil ms impor-tantes. Todos los sistemas electrnicos apli-cados en el automvil responden a unamisma estructura de componentes quepodemos definir de la siguiente manera:

- UCE (Unidad de Control Electrnico oECU): Es el circuito central que a travs deun complejo programa interno gestiona losactuadores en funcin de las entradas deinformacin que proporcionan los senso-res.

- Sensores: Son los elementos que cap-tan informacin y transforman los parme-tros de entrada en seales elctricas que laUCE puede entender.

- Actuadores: Corresponden a dispositi-vos de salida que convierten las sealeselctricas que llegan de la UCE en accio-nes y respuestas de tipo robtico.

- Alimentaciones: Es el circuito de bate-ra, los rels y dems componentes quereparten la corriente elctrica al sistema.

LA EVOLUCIN DE LA ELECTRNICAEN EL AUTOMVIL

En la inyeccin electrnica, por ejemplo,el funcionamiento del sistema se basa enla activacin que hace la UCE de losactuadores en funcin de la seal que reci-be de los sensores. As, por ejemplo, encaso de ms o menos temperatura deagua en el sistema de refrigeracin delmotor, la UCE dosificar en mayor o menor

cantidad el combustible que llega a losinyectores. Igualmente tratar de mantenerun ralent estable con la accin de la vl-vula de regulacin correspondiente.

Las aplicaciones de la electrnica hanido experimentando cambios en su incor-poracin en el paso de los aos, de talmanera que podemos hablar de cuatrogeneraciones, desde el punto de vista desu diagnstico. El futuro vendr dado poruna quinta generacin.

Primera Generacin: En un principio, lossistemas que incorporaban los automvileseran principalmente analgicos y no dispo-nan de microprocesador. Debido a esto elprograma de funcionamiento era muy sen-cillo y el sistema en general se reduca aalgunos sensores y actuadores.

Segunda Generacin: Estos sistemas yacontaban con un microprocesador en laECU (UCE) que les permita gestionar unamplio programa de funcionamiento. Elnmero de sensores y actuadores eramayor. Se incorpora la autodiagnosis, queen un principio solamente transmite unaserie de cdigos de avera, dados enmuchos casos a travs de un testigo deavera instalado en el cuadro de mandosdel propio vehculo.

Tercera Generacin: El nmero de sen-sores y actuadores crece notablemente yse incorpora una autodiagnosis ms evolu-cionada. Adems de los cdigos de averase obtienen datos de funcionamiento delsistema.

Cuarta Generacin: Sistemas con ms


2626 Los Sensores en los Sistemas de Control del Automvil


de un microprocesador que permite ade-ms de la autodiagnosis una programa-cin externo. De esta manera es posibleuna re-programacin de la UCE en caso deque el fabricante aconseje unos nuevosajustes para un funcionamiento mscorrecto del sistema. Antiguamente, enalgunos casos de fallos en la programacinen fbrica de la UCE (Unidad de ControlElectrnico) se proceda a la sustitucin dela misma durante el perodo de garantadel automvil. Hoy en da con la telepro-gramacin, nombre con el que se conoceesta solucin, se evita este trastorno.

Quinta Generacin: El futuro basado enlos avances de la electrnica nos llevan alas mismas tcnicas de microprocesadorpero con espacios ms reducidos, menoscomponentes y la utilizacin de alternativascomo la multiplexacin y la fibra de vidrio(soluciones ms econmicas y precisas).Permitiendo unas instalaciones ms simplesy duraderas.

DIAGNSTICO DE LOS SISTEMAS ELECTRNICOS

La utilizacin de la electrnica dentro delos vehculos obliga a conocer y poner enprctica una serie de tcnicas que permi-tan la diagnosis de los mismos.

El tipo de diagnosis a aplicar en cadasistema electrnico depender en primerlugar de lo complejo del sistema y, espe-cialmente si el propio circuito dispone o node auto-diagnosis. Veamos a continuacincada uno de estos casos.

Sistemas sin auto-diagnosis: Los prime-

ros sistemas electrnicos no disponan deningn sistema de auto-chequeo, demanera que si un sensor o actuador falla-ba, el sistema no era capaz de compro-barlo y por lo tanto segua interpretandoese valor como bueno, llegando a extre-mos de regulacin del sistema. En la mayo-ra de los casos el motor era incapaz deponerse en marcha. Son sistemas electrni-cos que ya no se montan desde hace unadcada, en la mayora de las marcas.

Para su comprobacin y diagnosticohemos de disponer de unos mnimos cono-cimientos elctricos, y una serie de herra-mientas. Estas herramientas necesarias sonlas siguientes:

- Multmetro o tster electrnico comn(para el automvil). _

- Multmetro especfico, siempre que dis-pongamos del conector adecuado para elmodelo del auto.

- Esquema elctrico del sistema encuestin.

- Sistemas con Auto-diagnosis: Losmodernos sistemas electrnicos incorporanen su interior un apartado capaz de com-probar su propio funcionamiento. Cuandosurge alguna anomala sta queda alma-cenada en forma de cdigo en su memo-ria interna. A travs de la excitacin de laauto-diagnosis la informacin se obtienems tarde en el taller. El funcionamiento deestos sistemas se basa en la utilizacin deun apartado del programa en la UCE quevela continuamente por el estado de lossensores y actuadores. En caso de que unsensor mida parmetros fuera de rango oimposibles con respecto a otros, automti-


2727Captulo 2


camente se desprecia la seal de ese sen-sor y se aplican valores sustitutorios. Porejemplo, un sensor de temperatura cuyocircuito elctrico se corta tendra una resis-tencia elctrica infinita, que informa de unatemperatura del agua muy fra (-40C). LaUCE se da cuenta de que esta temperatu-ra es imposible, porque la compara con ladel sensor de aire, y adopta un valor sustitu-torio de por ejemplo 80C. Con esta tem-peratura el motor funcionara algo pobre amotor fro y algo rico cuando est a lamxima temperatura, pero incluso estasdiferencias seran poco notadas por el con-ductor. En esta situacin de autodiagnsti-co y valor sustitutorio es cuando se encien-de el testigo de avera en el cuadro delvehculo. En este caso, las herramientasnecesarias seran las siguientes:

- Terminal de Diagnosis, que adems dedarnos los cdigos de averas nos permitacomprobar otros sensores, actuadores yrealizar ajustes.

- Multmetro o tster.- Esquema elctrico del sistema en

cuestin.

A menudo surge la pregunta acerca decul es el instrumental adicional adecuadapara el taller en materia de diagnosis elec-trnica. Si aplicamos la lgica, entendien-do por ello el asimilar lo que representa unsistema electrnico montado en un vehcu-lo y los problemas que nos traen la prcticahabitual del trabajo, llegamos a una seriede conclusiones que resumiremos en lasiguiente forma:

a) El osciloscopio es una herramienta

que no se ha quedado anticuada. Sinembargo, pocos son los mecnicos que loutilizan y saben la importancia que tiene. Esese gran desconocido que mide todasaquellas cosas que el polmetro no puededebido a que llevan una frecuencia mayorde lectura (tiempos de inyeccin, por ejem-plo).

b) El analizador de gases es necesariopara los sistemas de inyeccin gasolina ydiesel (con opacmetro). Con este equipoaseguramos el buen funcionamiento decualquiera de estos sistemas, una vez quesabemos que elctricamente lo hacencorrectamente.

c) En el mercado existen innumerablesequipos que tratan de facilitarnos laslabores de diagnstico. Algunas de ellasson simples aparatos de puesta a cero oreseteado de sistemas. A la hora de tomarla decisin de adquirirlas o no, debemosconocer realmente su alcance y utilidad,para contrastarlo finalmente con su precioy amortizacin.

LOS SENSORES EN EL AUTOMVIL

Todo sistema electrnico requiere desensores varios. En el sistema de inyeccinelectrnica, por ejemplo, estos sensoresdetecten los valores importantes quedeben ser medidos, para que con estainformacin se pueda determinar a travsde la ECU el tiempo de actuacin de losinyectores y con ello inyectar la cantidadexacta de combustible.

La implantacin de la tecnologa demicroprocesadores en los equipos involu-crados en las tareas de medida y protec-




cin, que se instalan para realizar la gestiny mantenimiento del servicio, se ha traduci-do en los ltimos tiempos en una disminu-cin de los requerimientos de potencia quedeben dar los sensores de medida a dichosequipos.

SENSOR DE OXGENO O SENSOR LAMBDA ()

Un sensor especial utilizado solamenteen los Sistemas de Control Electrnico deMotores es el Sensor de Oxgeno, tambindenominado Sonda Lambda (Sonda ),figura 1. Este componente se monta en eltubo de escape de gases residuales de lacombustin o directamente en el mltiplede escape.

La finalidad de este componente consis-

te en proveer al Mdulo de ControlElectrnico de Motor informacin (realimen-tacin) del contenido de oxgeno en losgases residuales de escape, de modo queeste pueda determinar si la mezclaaire/combustible aportada al motor seencuentra en la condicin Normal(Lambda = 1), Rica (Lambda < 1), o Pobre(Lambda > 1), permitindole de este modoal Mdulo de Control ajustar ms finamen-te los tiempos de inyeccin de combusti-ble.

El circuito elctrico del sensor de oxge-no esta formado por un Mdulo de Controlelectrnico, el Sensor de Oxgeno, conec-tores y el cableado necesario para interco-nectar elctricamente estos componentes,figura 2.

El sensor de oxgeno es un Generador de


2929Captulo 2

Figura 1


Corriente Continua Variable que informa almdulo de control mediante una seal detensin anloga cuyo rango de variacinse encuentra comprendido entre CERO (0)y UN (1) Volt. La resistencia dispuesta en seriecon el sensor (resistencia limitadora decorriente), protege al sensor de intensida-des de corriente de sobrecarga que podr-an producirse si sucediera un corto circuitoen la lnea de conexin del sensor de ox-geno al mdulo de control.

El sensor de oxgeno consiste en un tubocerrado en un extremo, construido conCermica de Dixido de Zirconio (ZrO2),estando las caras del mismo, tanto la inter-na como la externa, recubiertas por unadelgada capa de platino poroso, figura 3.

El interior del tubo de cermica de ZrO2(dixido de zirconio) est relleno de aireexterior, el que se puede considerar contie-ne un 21% de oxgeno. Cuando su caraexterior queda expuesta a los gases deescape, los que muydifcilmente conten-drn el mismo nivel deoxgeno, se produceuna reaccin qumicaentre sus caras internay externa. Esta reac-cin genera una dife-rencia de potencialelctrico entre dichassuperficies. Esta es unareaccin qumica quetiene cierta similitudcon la reaccin qumi-ca que se produce enuna pila, cuyos electro-dos estn compuestospor diferentes metales.

Esta reaccin qumica se produce enestas condiciones de exposicin, ante losdiferentes niveles de oxgeno contenido enel aire exterior y en los gases residuales dela combustin, siempre que la temperaturadel sensor haya alcanzado los 350 C oms.

La tensin generada por el sensor varia-r a cada instante en concordancia con elnivel de oxgeno que contengan los gasesde escape. El contenido de oxgeno en elaire exterior puede prcticamente conside-rarse constante.



Figura 2

Figura 3


* El nivel de tensin generada por elsensor aumentar en la medida que elcontenido de oxgeno en los gases deescape disminuya.

* El nivel de tensin generada por elsensor disminuir en la medida que el con-tenido de oxgeno en los gases de escapeaumente.

Cualquier anormalidad que se produzcaen el circuito dar como resultado una

informacin err-nea sobre lacomposicin dela mezclaaire/combustiblesuministrada almotor, producien-do ajustes inco-rrectos de lostiempos de inyec-cin decididospor el mdulo decontrol electrni-co:

* El mdulo decontrol leer unnivel de tensinproveniente delsensor de 0 Voltconstante, si seproduce la aper-tura o la puesta amasa del circuitode conexinentre el sensor yel mdulo.

* Una cone-xin deficiente

entre el sensor y el mdulo de control,generalmente provocada por resistenciade contacto entre pines macho y hembrade conectores, provocar una cada detensin sobre esa resistencia. Dicha tensines parte de la tensin generada por el sen-sor, por lo tanto el nivel de la tensin deinformacin que recibir el mdulo decontrol ser menor a la realmente genera-da por el sensor, dando lugar a que se pro-duzca un error en el tiempo de inyeccin


3131Captulo 2

Figura 4


que impone el mdulo de control a losinyectores.

* Adicionalmente a estos problemas, sedebe tener en cuenta que debido a la altaimpedancia que presenta el circuito, estees muy sensible a recibir seales espuriasgeneradas por campos magnticos exter-nos, como por ejemplo, los producidos porlos cables de bujas.

Debido a estas posibilidades de recibir

interferencias, el conductor que conecta alsensor con el mdulo de control electrni-co es protegido por una malla de blindajeconectada a masa.

En la figura 4 podemos ver el diagramade flujo que ejemplifica el funcionamientodel sensor lamda y su interaccin con laUCE o ECU.

Vea en la figura 5 un esquema en blo-ques que muestra cmo la ECU realiza elcontrol en funcin de las seales detecta-



Figura 5


das. Todos los catalizadores utilizadosactualmente en nuestro medio sonCatalizadores de Tres Vas.

El catalizador prcticamente utiliza todoel Oxgeno (O2) remanente de la combus-tin para terminar de oxidar el CO (monxi-do de carbono) y los HC (hidrocarburos) yreducir los xidos Nitrosos.

Las reacciones qumicas que se produ-cen en el catalizador entre los distintosgases son las siguientes:

CO + 1/2 O2 -> CO2 H2 + 1/2 O2 -> H2O CO + NO -> 1/2 N2+ CO2 H2 + NO -> 1/2 N2 + H2O

Al ser utilizado casi todo el Oxgenoremanente de la combustin, en los proce-sos qumicos que se suceden en el catali-zador, la concentracin de Oxgeno en losgases de escape que llegan a la Sonda deOxgeno (Sonda Lambda) posterior al cata-lizador es muy pequea. Recuerde que laSonda Lambda compara la concentracinde Oxgeno en el aire exterior con la con-centracin de este mismo gas en los gasesde escape. Cuando la concentracin deOxgeno en los gases de escape, es menora la del aire exterior, la Sonda Lambdagenera una tensin comprendida entre 0,8Volt a 1,2 Volt. Observe que en este caso laconcentracin de Oxgeno en los gases deescape es muy pequea, inferior al 1%, porlo tanto el nivel de la seal de informacin,generada por la Sonda Lambda Posterior alCatalizador puede llegar a variar en unpequeo entorno, entre 0,7 Volt y 1,2 Volt.Esta informacin es utilizada por la ECU paramonitorear la eficiencia del catalizador.

Si la ECU determina que todo el sistemaque ella controla, en lo que hace a la dosi-ficacin de aire/combustible y encendido,est funcionando correctamente, pero laSonda Lambda posterior al catalizadorcomienza a comportarse como la SondaLambda anterior al mismo, entender queel catalizador ha perdido su eficiencia yalmacenar un cdigo de falla, encen-diendo a su vez la MIL.

DIAGNSTICO DE LA SONDA LAMBDA Y CICLO PRCTICO DE CONTROL

Antes de proceder al diagnstico y cicloprctico de control y verificacin de lasonda lambda, se recomienda:

1 - Revisar la instalacin de escape paracerciorarse de que no existan tomas deaire irregulares. El rgimen de r.p.m. alralent debe mantenerse uniforme, y alacelerar no deben notarse baches o fallosen la progresin de las r.p.m.

2 - A continuacin conviene revisar (y ensu caso sustituir) el filtro de aire se puedeproceder:

PRIMER PASO: Se desmontar la sondalambda y se observar si la cubierta met-lica con rendijas que recubre la cpsulacermica est blanquecina (similar a lasbujas cuando queman bien), la sondalambda no funciona correctamente ydebe comprobarse en primer lugar lamasa (GND) que recibe, o en caso de quela tome a travs de su unin roscada alescape, se limpiar la rosca con un cepillo


3333Captulo 2


de alambres para conseguir una masacorrecta. Una toma de aire en tramo deescape produce el mismo sntoma. Unasonda lambda que trabaje bien debe pre-sentar un aspecto como una buja cuandose engrasa (recubierta con carbonilla negrahmeda).

SEGUNDO PASO: Debe verificarse la con-tinuidad del cable (si tiene uno slo), o delos cables (caso de tener 3 4) desde elconector de la sonda lambda hasta la UCEmediante un multmetro (DC Ohm, escala200) y deben dar perfecta continuidad.Dicha comprobacin se hace observandoel color o los colores de los cables quesalen del conector y que llegan a la UCE.

TERCER PASO: Si la sonda lambda tieneresistencia calefactora (estas sondas tienen3 4 Cables), se mide el valor de los doscables de la resistencia con el multmetro(DC en , escala 200), y su valor deberestar comprendido entre 5 y 15. La ten-sin que llegue a la resistencia ser la debatera. La resistencia de la sonda es paraelevacin rpida de la temperatura sinnecesitar que el motor est totalmentecaliente para la correccin lambda.

CUARTO PASO: Se monta la sonda lamb-da engrasando la rosca con un poco degrasa de bisulfuro de molibdeno (MOS2),apretndola a 50 Nm (5 mKg). Se enchufael conector; se arranca el coche y se ponea temperatura normal de funcionamiento(mnimo 80C). Se pone al ralent y se midela tensin con el multmetro (DC en V, esca-la 1V), conectando el cable negro del mul-tmetro a masa del motor, y el rojo al cable

de seal de tensin. El valor de la tensindeber ser de entre 0,1 y 0,5 Volt oscilantes.

FUNCIONAMIENTO DE LA SONDA LAMBDA

El material cermico utilizado (cpsulacermica) se hace conductor para losiones de oxgeno a partir de 300C. Estatemperatura la consigue rpidamente laresistencia calefactora; y para el caso desondas antiguas (de un solo cable), estastemperaturas las alcanza el motor al pocotiempo.

Cuando la proporcin de oxgeno porambos lados de la cpsula cermica esdesigual, se establece una tensin elctricasegn se explic antes, y esta tensin serla indicadora de las diferentes proporcionesde oxgeno que existen entre ambos ladosde la cpsula cermica de la sonda. Lasigualdades ecuaciones anteriores en lasque intervienen nafta (gasolina) y aire en elciclo termodinmico de combustin, dancomo resultado unos productos resultantesque segn contengan ms o menosmonxido de carbono (CO) y vapor deagua, humedecern ms o menos losgases de escape, y por tanto, producirms o menos tensin entre las lminas deplatinoque contiene la cpsula cermicade la sonda lambda y que se puede medircon un Multmetro (DC en V y escala 200m).

Cuando la relacin de mezcla sea dife-rente a la relacin lambda: l = 1, la tensingenerada en la sonda ser transmitida a laUCE para que la UCE reduzca aumente lacantidad de combustible a inyectar.

Sondas Lambda de 1, 3 4 Cables: Las




sondas lambda antiguas tienen un slocable, y las ms modernas tienen ms (3 4); pero en todos los casos, el cable queenva la tensin desde la sonda a la UCE esel negro (la figura 6 muestra el esquemaelctrico), que comunica directamentecon la arandela de contacto a la lmina

de platino sealada con(a) y que contina por laparte interior de la cp-sula cermica hasta (b).El contacto a masa(GND) de esta lminade platino se hace a tra-vs de (c). Los otros doscables son para el posi-tivo (+) y negativo (-) dela resistencia calefacto-ra y la sonda lambdarecibe masa a travs desu roscado al colectorde escape. Las sondasmodernas tienen 4cables y toman la masadesde la lmina de pla-tino, siendo mas segurasya que la mayora de losfallos en sondas lambdase deben a deficientesmasas.

SENSOR GENERADORDE CORRIENTECONTINUA PULSANTEDE FRECUENCIAVARIABLE CON LAPRESIN

La empresa FORD uti-liza en varios de sus modelos de automvil,un sistema de Control Electrnico del Motorcuyos Sensores de Presin Absoluta en elMltiple de Admisin (MAP - ManifoldAbsolute Pressure) y de Presin Baromtrica(BP - Barometric Pressure), difieren de lossensores vistos hasta ahora en el tipo de


3535Captulo 2

Figura 6


seal de informacinque entregan a la ECU,figura 7.

Los descriptos hastael momento, informanpor medio de una ten-sin analgica que puede variar desdealgunos cientos de milivolt hasta cerca decinco volt. Los sensores de FORD a los quenos estamos refiriendo, tienen la particulari-dad de generar una seal de informacinque es una onda cuadrada cuyos lmitesson 0V y + 5V, pero la frecuencia de dichaseal es variable con la presin a la queestn expuestos dichos sensores, figura 8.En la tabla 1 puede observar la correspon-dencia entre la depresin del mltiple deadmisin y la frecuencia de la seal gene-rada.

Recuerde que la fre-cuencia de una seal es lacantidad de ciclos que sesuceden en un segundo.

El circuito est confor-mado por un mdulo decontrol electrnico, un sen-

sor MAP, conectores y conductores deconexionado entre los componentes.

El mdulo de control electrnico contie-ne:

* Un Regulador de Tensin ( + 5 Volt ) * Una Resistencia Limitadora de

Intensidad de Corriente * Un Conversor de Frecuencia a Tensin

de C.C. * Un Procesador de Seal * El regulador de tensin suministra al



Figura 7

Figura 8

Tabla 1


circuito una tensin de alimentacin denivel constante, + 5 Volt.

* La resistencia limitadora de intensidadde corriente, protege al regulador de ten-sin de un nivel de corriente de sobrecargaque se podra producir ante un cortocircui-to a masa en la lnea de alimentacin delsensor.

* El sensor reacciona ante los diferentesniveles de presin a la que esta expuesto,enviando al mdulo de control seales defrecuencia cambiante en funcin de loscambios que se producen en dicha pre-sin.

* El conversor de frecuencia a tensinde C.C., acondiciona la seal enviada almdulo de control por el sensor, convirtien-do las distintas frecuencias en tensin deC.C. cuyos niveles son proporcionales a lafrecuencia de la seal recibida.

* El procesador de seal convierte lastensiones analgicas salientes del conver-

sor de frecuencia/tensin,en seales digitales bina-rias.

* El Sensor MAP consisteen un oscilador electrnico(generador de frecuencias)cuya frecuencia de oscila-cin depende en cada ins-tante del valor de capaci-dad que presenta el capa-

citor variable. * El capacitor variable est formado por

dos placas elsticas, que son las tapas decierre de una cmara de vaco, figura 9.

* De acuerdo al vaco producido en lascmaras de combustin del motor encada momento, vaco que es transmitidopor medio de un conducto a la cmarade vaco que constituye el capacitor varia-ble, las placas del capacitor se desformanacercndose entre s en mayor o menorgrado.

Tengamos presente que el valor decapacidad de un capacitor es directa-mente proporcional a la superficie de lasplacas enfrentadas, e inversamente propor-cional a la distancia que las separa.

En este caso se tienen placas iguales ensuperficie, las que no cambian de tamao,pero si vara la distancia que las separa, deacuerdo al nivel de presin a que estn


3737Captulo 2

Figura 9

Figura 10


expuestas, por lo tanto en funcin de loscambios que se produzcan en esa presinvariar la capacidad del capacitor, figura10.

Como ya se describi, la frecuenciagenerada por el sensor (oscilador) depen-de en cada instante del valor de la capa-cidad del capacitor variable con la presin.La respuesta de este circuito es la siguiente:

* A mayor valor de capacidad, conse-cuencia de un mayor nivel de vaco,menor es la frecuencia de la seal gene-rada, vea la tabla 1.

* A menor valor de capacidad, conse-cuencia de un menor nivel de vaco,mayor es la frecuencia de la seal genera-da, vea la tabla 1.

Para cada nivel de presin correspondeun nivel de capacidad del capacitor varia-ble. Debido a que la frecuencia de oscila-cin del circuito generador de frecuenciaes dependiente de la capacidad delcapacitor, para cada nivel de presin en elmltiple de admisin corresponde una fre-cuencia determinada de la seal genera-da. De esta forma el sensor informa en todomomento al mdulo de control electrni-co, sobre la presin existente en el circuitode admisin de aire del motor.

Cualquier anormalidad que se produzcaen el circuito dar como resultado unafalsa informacin recibida por el mdulode control.

Esta falsa informacin puede ocasionarpor ejemplo, error en los clculos realizadospor el mdulo de control para determinar eltiempo de inyeccin de combustible y elavance del encendido:

* El mdulo de control electrnico reci-bir como informacin una seal de cerociclo/segundo (Hertz) si la lnea de alimen-tacin del sensor (tensin de referencia) seinterrumpe o se corto circuita a masa.

* El mdulo de control electrnico reci-bir como informacin una seal de cerociclo/segundo (Hertz) si la lnea de sealque va del sensor al mdulo de control seinterrumpe o se corto circuita a masa.

* Si se produce una resistencia de con-tacto importante entre pines macho/hem-bra de los conectores que unen el cablea-do existente entre el sensor y el mdulo decontrol, tambin se pueden producir falsasinformaciones. Dichas resistencias de con-tacto aparecern en serie con cualquierade las lneas de conexin elctrica quecomunican al sensor con el mdulo decontrol. Estas resistencias si son lo suficien-temente elevadas ocasionarn prdida deamplitud de la seal, pudiendo llegar a unpunto tal que el circuito conversor de fre-cuencia a tensin de C.C. no llegue a leer-las, perdindose as la informacin.

En definitiva, el MAP es un sensor quemide la presin absoluta en el colector deadmisin. MAP es abreviatura deManifold Absolute Presion.

Existen dos tipos de sensores MAP, senso-res por variacin de tensin y sensores porvariacin de frecuencia.

En el sensor por variacin de tensin elvaco generado por la admisin de los cilin-dros hace actuar una resistencia variable(figura 11) que, a su vez, manda informa-cin a la unidad de mando del motor, dela carga que lleva el motor.

La seal que recibe la unidad de




mando del sensor de presin absoluta juntocon la que recibe del sensor de posicindel cigeal (rgimen del motor) le permiteelaborar la seal que mandar a los inyec-tores.

El sensor MAP consta de una resistenciavariable y de tres conexiones, una de entra-da de corriente que alimenta al sensor ycuya tensin suele ser de +5.0V, una cone-xin de masa que generalmente compartecon otros sensores, cuya tensin suele osci-lar ente 0V y 0.08V y una conexin de sali-da que es la que manda el valor a la uni-dad de mando y cuyo voltaje oscila entre0.7 y 2.7V.

El sensor MAP por variacin de frecuen-cia tiene dos misiones fundamentales,

medir la presin absoluta del colector deadmisin y la presin baromtrica.

Este tipo de sensores mandan informa-cin a la unidad de mando de la presinbaromtrica existente sin arrancar el veh-culo y cuando est completamente abier-ta la vlvula de mariposa, por lo que se vacorrigiendo la seal de inyector mientrashay variaciones de altitud.

La relacin para determinar la presinabsoluta a partir de la baromtrica es sen-cilla, es decir, la presin absoluta es igual ala presin baromtrica menos la succin ovaco creada por los cilindros. No podemoscomprobar estos sensores de la mismaforma que los sensores por variacin detensin, si lo hacemos obtendremos unvalor que oscila sobre los 3.0V, pero novara segn la presin solamente es unatensin que nos indica que est funcionan-do dicho sensor.

La salida de la seal a la unidad demando es de Hertz, por lo que tendremosque medirlo mediante un osciloscopio o unmultmetro (tester) con opcin de medicinde frecuencia.

La frecuencia de esta seal suele oscilarentre 90Hz y 160Hz,la tensin de ali-mentacin del sen-sor es de +5.0 V, latoma de masadebe presentar unatensin mxima de0.08V igual que elde variacin de ten-sin. En la figura 12podemos ver la ubi-cacin del sensorMAP en el motor.


3939Captulo 2

Figura 11

Figura 12


SENSORES POR EFECTO HALL

Algunos sistemas electrnicos de controlde suspensin, de control de motor o decontrol de velocidad del vehculo utilizansensores de posicin por interruptor referidoa masa (GND), llamados dispositivos porEfecto Hall.

El circuito del sensor por efecto Hallacta de la misma forma que un sensor deposicin que utiliza un interruptor referido amasa. La diferencia fundamental radica encomo la conmutacin a masa se produce.

En el caso de un sensor de posicin porinterruptor referido a masa, en el circuitoexiste un interruptor mecnico. El sensorHall utiliza un Interruptor Electrnico del quepodemos mencionar lo siguiente:

* El circuito del sensor por efecto Hallest conformado por un Mdulo deControl Electrnico, un Dispositivo por efec-to Hall, conectores y conductores que inter-conectan entre s a ambos dispositivoselectrnicos, figura 13.

* El Mdulo de Control Electrnico con-tiene un Regulador de Tensin (+5V), unaresistencia limitadora de corriente queconstituye la carga de colector del transis-tor (T) de salida del Sensor Hall y un CircuitoProcesador de Informacin.

El corazn de un dispositivo por efectoHall es el elemento Hall propiamente dicho,identificado como H en la figura 13.

En 1897 el fsico E.H. Hall observ queuna tensin se desarrollaba a travs de unconductor, por el que circulaba unacorriente elctrica, cuando dicho conduc-tor era sumergido en un campo magnti-co, siempre que las lneas de fuerza de estecampo fueran perpendiculares a la direc-cin de circulacin de esa corriente elctri-ca, figura 14.

Ms recientemente, en los dispositivospor efecto Hall, el simple conductor utiliza-do inicialmente como elemento sensor fuereemplazado por un semiconductor. Larazn de utilizar un semiconductor en lugarde un simple conductor, obedece a que el



Figura 13


nivel de la tensin Hall desarrollada en unsemiconductor es mucho mayor a la desa-rrollada en un conductor, considerandoque ambos estn recorridos por la mismaintensidad de corriente y estn sometidos aun campo magntico de igual intensidad.

Los dispositivos Hall utilizadosen la actualidad consisten enun elemento semiconductor yun imn permanente, talcomo podemos sintetizar en lafigura 15.

A medida que un elementoHall, recorrido por una corrienteelctrica, comienza a serexpuesto a un campo magn-tico, una tensin comienza aser generada por dicho ele-

mento (denominada Tensin Hall). El nivelde dicha tensin se va incrementando amedida que el elemento es inmerso ms yms en el campo magntico, es decir amedida que mayor cantidad de lneas defuerza del campo magntico lo atraviesen.

El nivel mximo de ten-sin Hall generada porel elemento seralcanzado, cuandoeste se encuentretotalmente sumergidoen el campo magnti-co (parte A de la figura15). Si el elementocomienza a ser retira-do o blindado de lainfluencia del campomagntico (partes B yC de la figura 15), elnivel de la tensin Hallgenerado comenzara disminuir, llegando anivel cero cuando yael elemento seencuentre fuera de laaccin del campomagntico.


4141Captulo 2

Figura 14

Figura 15


A causa que el elemento Hall generauna tensin de muy baja amplitud estaseal debe ser amplificada para poder serutilizada por los circuitos del sensor. Si hacereferencia al esquema de la figura 13, elnivel de la tensin generada por el ele-mento Hall H es incrementado por elAmplificador de Tensin A, pero la formade onda permanece invariable. Esta ten-sin ya amplificada es conformada por la

etapa Schmitt Trigger S para luego seraplicada a la base del Transistor deConmutacin T.

Cuando el elemento Hall (H) estexpuesto al campo magntico del imnpermanente genera una pequea tensinde C.C. (vea la seal de la figura 16), esenivel de tensin es elevado (amplificado)por el amplificador de tensin (A), luegoconformado por la etapa Schmmitt Trigger



Figura 16

Figura 17


(S) para ser aplicada a la base del transistor(T). Este transistor por ser del tipo NPN al reci-bir una polarizacin positiva en su Base res-pecto de su Emisor, entra en el estado deplena conduccin (saturado). Al estar eltransistor en saturacin su resistenciaColector/Emisor es muy pequea, por lotanto el nivel de tensin en el Punto M escasi cero, en la prctica aproximadamen-te 0,4V.

Observe ahora la figura 17, al quedar elelemento Hall (H) fuera del campo magn-tico del imn permanente no genera ten-sin. Al no generar tensin alguna, la polari-zacin de la juntura Base/Emisor del transis-tor (T) es igual a cero, en esta condicin eltransistor no conduce, transistor cortado. Alestar el transistor polarizado al corte su resis-tencia Colector/Emisor puede considerarsetendiendo a infinita, por tanto el nivel detensin en el Punto M es prcticamente elnivel de la tensin de referencia VR.

La forma de onda de la seal entregadapor el sensor se muestra en la figura 18.

Los sensores por efecto Hall son muy uti-lizados en la industria automotriz para infor-mar las RPM del motor, la posicin delcigeal, la referencia de cilindro 1 (sensor

de fase), la velocidad del vehculo, lacarga que est soportando el vehculo enlos sistemas con suspensin inteligente,entre algunas de las tantas utilizaciones.

SENSOR DE ALAMBRE CALIENTE

Otro dispositivo especial utilizado sola-mente en los Sistemas de ControlElectrnico de Motores lo constituyen lossensores de Masa de Aire de Admisin,conocidos normalmente como MAF (MassAir Flow Sensor). Estos dispositivos son utiliza-dos para medir la cantidad de aire queest siendo admitida por el motor. Cuandodecimos cantidad de aire nos estamos refi-riendo al peso del mismo no al volumen.Son ubicados en el conducto de toma deaire entre el filtro de aire y la mariposa que,solidaria con el acelerador, regula el pasode aire que ingresa a los cilindros. El circui-to elctrico del sensor MAF est constituidopor el Sensor MAF, el conjunto del MduloElectrnico de Control, los conectores y loscables que conectan a estos dos compo-nentes, figura 19.

* El sensor informa a la ECU por mediode una seal consistente en una tensinanloga de corriente continua, cuyo niveles directamente proporcional, en cada ins-tante, a la masa de aire admitido por elmotor.

* El sensor recibe alimentacin de ten-sin positiva desde la batera a travs delrelay de potencia, tomando el negativo debatera (masa) en el Mdulo de ControlElectrnico.

* El sensor contiene un circuito denomi-


4343Captulo 2

Figura 18


nado dea l a m b r ecaliente, uncircuito deno-minado dealambre froy un circuitoe l e c t r n i c odestinado alproceso de laseal.

* Los circui-tos de alam-bre caliente yalambre fro estn conectados elctrica-mente de modo que conforman una dis-posicin denominada comnmentePuente de Wheatstone.

* Un Puente de Wheatstone no es msque dos simples circuitos serie conectadosen paralelo entre s y en paralelo a su vezcon la fuente que los alimenta.

En el circuito de la figura 20 el voltmetroindicar 0 Volt cuando se cumpla la condi-cin:

R1 x R4 = R2 x R3

Si vara el valor resistivo de cualquiera delas resistencias, el puente se desbalancea yaparece una diferencia de potencial entrelos puntos A y B del circuito, tensin queser indicada por el voltmetro.

En el circuito del alambre fro, figura 21,una resistencia fija R1 es dispuesta en seriecon una resistencia variable con la tempe-ratura, termistor T creando as un divisor detensin, observe que este circuito es similaral utilizado en el Sensor de Temperatura de

Aire Admitido (ATS). El termistor est localiza-do en el centro de la corriente de aire yvara su resistencia en funcin de la tempe-



Figura 19

Figura 20

Figura 21


ratura del aire admitido por el motor. ElCircuito Electrnico Interno del sensor sumi-nistra una tensin de un nivel fijo y reguladoal circuito de alambre fro en el punto A. Lacada de tensin a travs de cada resisten-cia, la R1 y la resistencia del termistor T,depender en cada momento del valorresistivo que est adoptando el termistor:

* Cuando la temperatura del aire a queest expuesto el sensor es baja, la resisten-cia del mismo es alta, por lo tanto la ten-sin en el punto C es alta.

* Cuando la temperatura del aire al queest expuesto el termistor aumente, la resis-tencia del termistor disminuir, cayendo enl una porcin menor de la tensin defuente, disminuyendo as el nivel de tensinen el punto C.

* Se desprende de la descripcin dadaen los dos puntos anteriores que el termistorutilizado en el circuito de alambre fro esdel tipo NTC.

En el circuito de alambre caliente, unaresistencia fija R2 es dispuesta en serie conuna resistencia Alambre Caliente, la quees precalentada por el pasaje de unacorriente elctrica a travs de ella. Este tipode resistencia es de una construccinespecial, de modo que genere una ciertatemperatura proporcional a la corrienteque la recorre.

* Este elemento tambin cambia suresistencia cuando es calentado, estocausa que responda al calor generadocomo lo hara un termistor, variando suresistencia , con la diferencia que en estecaso el Alambre Caliente se comporta

como un termistor PTC, es decir aumentasu resistencia a medida que aumenta sutemperatura.

El circuito electrnico del sensor aplicauna tensin de nivel fijo y regulado en elpunto B, un nivel determinado de intensi-dad de corriente fluir a travs de R2 y delalambre. Esta circulacin de corriente porel alambre provocar un aumento de tem-peratura en el mismo, causando a su vezuna cada de tensin entre los extremos dela resistencia R2, el nivel de esta cada detensin es proporcional a la intensidad dela corriente circulante por esta resistencia

estableciendo un cierto nivel de tensinen el punto D (vea la figura 21). Paradeterminar la cantidad de aire que estsiendo absorbido por el motor, tanto el ter-mistor Alambre Fro, como el AlambreCaliente son montados mecnic

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