ARMADO DEL SISTEMA ELECTRÓNICO MOTOR TOYOTA 4A-FE

I.- INTRODUCCION

La Razón Fundamental de la Gestión Electrónica en el Sistema de Inyección de Combustible está basada, en el mejor control de las emisiones del vehículo, esto quiere decir, que disminuye al mínimo los gases contaminantes emanados por el Vehículo (Escape, Carter y tanque de combustible), cumpliendo con las normativas de "AIRE LIMPIO", emanadas por organismos Internacionales. En conclusión, la Gestión Electrónica aplicada al Sistema de Inyección de Combustible es un sofisticado Sistema de Control de Emisiones.

Cabe destacar, que a través de la Gestión Electrónica se ha logrado, incremento en la Potencia y Par del Motor, disminución de consumos energéticos, mayor seguridad en las operaciones del sistema, disminución en los ajustes del motor, un Sistema de Auto Diagnóstico, aumento en la vida útil de los componentes, entre otros.

Aun cuando sé está seguro de que el Automóvil no es el único protagonista en la contaminación ambiental actual, ni el único generador o promotor del efecto invernadero, según estadísticas Internacionales, es el Automóvil el principal productor de contaminación ambiental, situándose cerca del 65% como fuente principal generadora de contaminación o polución, siendo que la Industria en general se sitúa en un 20% aproximadamente y los incineradores y otros, se sitúan en un 15% aproximadamente.

Al realizar un análisis del vehículo como ente generador de contaminación ambiental (65% del total aproximadamente), los orígenes de estas emisiones se encuentran representados en emisiones del escape (60%), emisiones del cárter (20%) y emisiones del tanque de Combustible (20%).

Las emisiones del vehículo generan gases contaminantes que se encuentran en un aproximado de 107 diferentes gases, tomándose como ejemplo, el monóxido de carbono (CO), hidrocarburos sin quemar (HC), óxido de nitrógeno (NOx), óxido de azufre (SO), plomo (PB), partículas sólidas (hollín, negro humo, cenizas, entre otros).

Sin embargo, los Organismos Internacionales a favor del Medio Ambiente, han exigido e impuesto, regulaciones en las emanaciones de

CO, HC, NOx y PB, como por ejemplo, la eliminación parcial o total del Plomo en la Gasolina y algunos sistemas que de alguna forma, minimicen la producción de CO, HC y NOx, como por ejemplo el control electrónico.

El problema principal producido por la emanación de contaminantes de vehículos con motores de combustión interna, se produjo cuando la gestión del sistema de combustión se realizaba con el carburador, sin ningún tipo de control de la combustión.

Por otra parte el Consejo de Recursos Atmosféricos de California (ARB) comenzó la regulación con diagnóstico a bordo (OBD) para vehículos a partir del año 1988. La primera fase, OBDI, requería supervisión de los sistemas de medición de combustible y de recirculación de los gases de escape (EGR), además de los componentes adicionales relacionados con las emisiones. Se requirió el uso de una luz indicadora de mal funcionamiento (MIL), para indicar y avisar al conductor de una falla y la necesidad de la reparación del sistema de control de emisiones. El MIL debe estar etiquetado ''CHECK ENGINE'' o'' Service Engine Soon". Se asoció con la MIL un código de falla o el código de diagnóstico de falla (DTC), el cual identifica el área específica donde se origina la falla.

El sistema OBD fue propuesto por el consejo de recursos atmosféricos de California ARB, para mejorar la calidad del aire mediante la identificación de los vehículos. La aprobación de las enmiendas a la Ley de Aire Limpio en 1990 también llevó a la Agencia de Protección Ambiental (EPA) a desarrollar los requisitos para el diagnóstico a bordo. Las reglamentaciones ARB OBD II de California siguieron hasta 1999, cuando se utilizaron los reglamentos del gobierno federal.El sistema OBD II cumple con las regulaciones del gobierno con la supervisión el sistema de control de emisiones. Cuando un sistema o componente supera los umbrales de emisiones, o un componente opera fuera de tolerancia, un DTC será almacenado y la MIL se iluminará.La ejecución del diagnóstico se realiza por medio de un programa de computadora en el módulo de control del tren motriz (PCM) que coordina el sistema de autocontrol OBD II. Este programa controla todos los módulos, sus interacciones, los DTC y el funcionamiento del MIL, los datos de congelación de imagen y la interfaz para la herramienta de exploración.La relación ideal de aire y combustible (AFR), es de 14.7 partes de aire a una parte de combustible, se denomina punto estequiométrico o relación Estequiometrica de la mezcla. Cuando se obtiene esta relación, la combustión ideal ocurre y las relaciones de gases aparecerán en los niveles, marcados como Mezcla Estequiométrica Ideal, relación medida de aire y combustible. Una gama aceptable de la relación de aire y combustible es de 14.6:1 a 14.8:1.

Cuando la relación de mezcla es una parte de gasolina a 14.7 partes de aire, los gases producidos en la combustión son agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2) (mezcla ideal, de laboratorio). Cuando esta relación se cambia, los contaminantes indeseables tales como monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) y los óxidos de nitrógeno (NOX), se producen junto con el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2).

II.- OBJETIVOS

Diseño del cableado electrónico de funcionamiento y control.

Estudio del funcionamiento del motor de combustión interna.

Estudio de las posibles estrategias de control electrónico.

Estudio de los sistemas de inyección y encendido electrónicos actuales.

Estudio del circuito electrónico de la ECU.

III.- MARCO TEORICO

El motor 4A-FE, de 1993, produce 105 hp @ 5,800 rpm (75 kW) y 100 lb-ft de torque a 4,800 rpm (136 Nm), y tiene las siguientes características:

A.- Sensores: El sensor (también llamado sonda o transmisor) convierte una magnitud física (temperatura, revoluciones del motor, etc.) o química (gases de escape, calidad de aire, etc.) que generalmente no son señales eléctricas, en una magnitud eléctrica que pueda ser entendida por la unidad de control. La señal eléctrica de salida del sensor no es considerada solo como una corriente o una tensión, sino también se consideran las amplitudes de corriente y tensión, la frecuencia, el periodo, la fase o asimismo la duración de impulso de una oscilación eléctrica, así como los parámetros eléctricos "resistencia", "capacidad" e "inductancia".

El sensor se puede presentar como un "sensor elemental" o un "sensor integrado" este ultimo estaría compuesto del sensor propiamente dicho más la parte que trataría las señales para hacerlas comprensibles por la unidad de control. La parte que trata las señales generadas por el sensor (considerada como circuitos de adaptación), se encarga en general de dar a las señales de los sensores la forma normalizada necesaria para ser interpretada por la unidad de control. Existen un gran número de circuitos de adaptación integrados, a la medida de los sensores y ajustados a los vehículos respectivos.

Los sensores para automóviles pueden clasificarse teniendo en cuenta distintas características como son:

Según esta característica los sensores se dividen en:

Sensores funcionales, destinados principalmente a tareas de mando y regulación

Sensores para fines de seguridad y aseguramiento (protección antirrobo)

Sensores para la vigilancia del vehículo (diagnosis de a bordo, magnitudes de consumo y desgaste) y para la información del conductor y de los pasajeros.

Teniendo en cuenta esta característica los sensores se pueden dividir en:

Los que proporcionan una señal analógica (ejemplo: la que proporciona el caudalimetro o medidor de caudal de aire aspirado, la presión del turbo, la temperatura del motor etc.)

Los que proporcionan una señal digital (ejemplo: señales de conmutación como la conexión/desconexión de un elemento o señales de sensores digitales como impulsos de revoluciones de un sensor Hall)

Los que proporcionan señales pulsatorias (ejemplo: sensores inductivos con informaciones sobre el número de revoluciones y la marca de referencia)

B.- Principales sensores:

CTS o ECT (Sensor de temperatura del refrigerante). La información de este sensor aumenta o disminuye el tiempo de apertura de los inyectores dependiendo de la temperatura del motor. También determina cuando el sistema está listo para entrar en ciclo cerrado con el sensor de oxígeno o sonda lambda. Su rango de autoridad es alto.

TPS (Sensor de Posición del Acelerador). Este sensor si bien es importante no agrega o quita tanto combustible a la mezcla final como lo haría el CTS o el MAF. En primera instancia le indica a la ECU cuando el sistema está en ralentí, en otros sistemas esto se hacía con un switch que se accionaba cuando el acelerador estaba en su posición de reposo. También indica la velocidad de apertura de la mariposa cumpliendo una función similar a la bomba de pique en los carburadores. Otra función es la de indicarle a la ECU cuando se alcanza apertura total de la mariposa con lo que la ECU deja de funcionar en ciclo cerrado con el sensor de oxígeno y enriquece la mezcla para obtener la máxima potencia que se necesita con acelerador a fondo.

ACT (Sensor de Temperatura del Aire Aspirado). No hay que olvidar este sensor porque el fallo del mismo puede provocar "tironeo" sobre todo en climas fríos. También la ECU lo utiliza para comprobar la racionalidad de las medidas confrontándolo con el CTS ya que por ejemplo ambos sensores deberían producir la misma tensión de salida en un motor frío.

MAF (Sensor de Masa de Aire Aspirado). Este importante sensor mide directamente la masa del aire que es aspirado por el motor en cada instante y por lo tanto la ECU en base a la indicación de este sensor modifica el tiempo de inyección. Esto hace que en los vehículos equipados con este sistema la mezcla no varíe con el envejecimiento del motor como en el caso anterior. Su desventaja es que no toma en cuenta la entrada de aire debido a fallas en la carrocería lo cual hace que la mezcla final sea otra. De aquí la importancia entonces de detectar fugas de vacío en estos sistemas.

MAP (Sensor de Presión en el tubo de admisión). Este sensor provee una indicación directa de la carga del motor. A mayor presión en la admisión (menor vacío), mayor será la carga y por tanto más combustible será necesario. Este también es un sensor con una capacidad para modificar el tiempo final de la inyección.

O2 (Sensor de Oxígeno). La eficiencia de este sensor no es tanta en

comparación con los otros sensores ya antes mencionados ya que a lo mucho con los otros sensores podría mejorar el tiempo de trabajo de los otros sensores en 1ms.

CKP (Sensor de posición del cigüeñal). Puede ser del tipo inductivo o efecto hall, este es el que le indica al motor el estado de giro del conjunto móvil. El ECU luego calcula el N° de R.P.M.

KS (Sensor de detonación). Es equivalente a tener un “micrófono” en el block del motor, en caso que se generen detonaciones, la ECU deberá modificar el avance del encendido, atrasándolo.

EGR (Sensor de recirculación de los gases). El sensor de la temperatura de la EGRT es utilizado para monitorear la proporción y flujo de la recirculación de los gases de escape hacia el sistema de admisión.

C.- Actuadores:

Inyector: Este es el actuador para el cual trabajan todos los sensores y actuadores de la inyección electrónica: 1 y 2 anillos de goma que

aseguran la estanqueidad en el conducto de admisión y en la rampa de alimentación – 3 entrada de combustible – 4 bobina conectada a los terminales 5 (pines) – 6 conector

Bobinas de encendido: funcionan según el principio del transformador. Básicamente, se componen de un bobinado primario, un bobinado secundario, el núcleo de hierro, una carcasa con material de aislamiento y, actualmente, también resina epoxi de dos componentes. En el núcleo de hierro de finas hojas de acero individuales se aplican dos elementos a la bobina, puede generar hasta 45000 v de tensión por eso es crucial su buen funcionamiento.

Módulo de encendido: Es el encargado de recibir la señal del emisor para proceder al corte de corriente [-] a la bobina, reemplazando de esta manera al tradicional platino (puntos) y

condensador. Los módulos de encendido varían de acuerdo a la marca.

IV.- MARCO PRÁCTICO

El motor 4E-FE TOYOTA cuenta con diferentes circuitos eléctricos para su correcto funcionamiento que debes ser tomados muy en cuenta de lo contrario se presentaran problemas en este. Aquí hay algunos de los diagramas eléctricos usados en la reparación del motor.

A.- Circuito de encendido.

Circuito del sistema de encendido

Circuito de alimentación positiva y negativa

Circuito de sensores y actuadores a la ECU

B.- Pruebas de diagnostico

Prueba de diagnóstico del módulo de encendido

1. cuando la chispa es débil la bobina está en mal estado

2. si no hay chispa el modulo no está trabajando

3. si con 5v hay chispa entonces está en mal estado la bobina captora

4. en el ovalo segmentado se debe dar toques intermitentes y se debe tener mucho cuidado con la polaridad

5. la batería no debe tener más de 5 voltios para evitar quemar el modulo

6. entre las terminales G1 y G- se puede medir el voltaje haciendo girar el eje del distribuidor

7. la mayor descarga de energía de la bobina se producirá a 20mm

A

C B

8. se puede medir A y B en Ω y A y C en KΩ

C.- Prueba de funcionamiento de inyectores

1. dando arranque el led debería prenderse y apagarse intermitentemente

2. si no entonces no está llegando el voltaje necesario al inyector

3. se debe tener en cuenta la polaridad del probador

D.- Prueba de chispa de bujías

1. se debe retirar un chicotillo de uno de los cilindros

2. se debe acercar el chicotillo al block de motor para que la chispa encuentre tierra

3. se debe arrancar el motor y la chispa debería saltar si no revisar chicotillos

4. si es necesario usar un destornillador para acercar la chispa a tierra

E.- Prueba de alimentación de la ECU

1. El voltaje entre BATT, +B y tierra debe ser 12v.

V.- CONCLUSIONES

En estos prácticas de talles he podido comprender la gran importancia de la electrónica aplicada al automóvil, cada sensor desempeña distintas funciones, pero también se complementan entre sí como en el sistema de frenado, ahora cada sensor en el automóvil es importante para el desempeño del mismo, aunque unos más importantes que otros hay que tener un gran conocimientos de los mismos para solventar necesidades del conductor y rendimiento de lo que podría ser su herramienta de trabajo.

También es importante decir que debido al gran número de sensores del automóvil y muy poca información de los mismos en libros es necesario

V

investigar sobre ellos en las páginas de sus fabricantes para obtener dicha información.

Es un tema muy interesante, sobre todo actual, los automóviles se han convertido en unas de las cosas más indispensables para el traslado de lugares en lugares, pero como pudimos observar no solo se trata de un auto normal, a cómo pasa el tiempo la tecnología sigue desarrollándose, y poder aplicarla en los autos es impresionante.

El mercado en la industria del automóvil es muy amplio y sobre todo muy competido por las grandes empresas, cabe destacar que hay autos para cada tipo de gustos y necesidades, desde el que tiene dinero para comprar un auto muy lujoso y elegante hasta que el que quiere uno solo para satisfacer sus necesidades, o solo para hacerle su trabajo más fácil. Pero no solo se trata de crear un automóvil y que se vea bonito, también es importante tener en cuenta el consumo de combustible, saber si puedes darle el mantenimiento adecuado, pero otra cosa más importante el daño, como sabemos todo lo bueno trae consigo algo malo, en este caso es que por un tiempo no nos preocupó el daño que ocasionarían los autos de combustión interna, ahora las altas cantidades de concentración de dióxido de carbono son muy peligrosas, y la misma necesidad nos está haciendo crear autos que ya no tengan ese defecto, pero tener un auto 100% que no contamine yo diría que no existe, hay autos que trabajan con menos combustible y no emiten tantos gases a la atmosfera pero al final emiten.

La tecnología crece y puede lograrse magia en los autos todo es cuestión de seguir investigando y saber hasta dónde puede llegar el ser humano.

La industria del automóvil, y la informática han desarrollado sistemas que son verdaderas obras primas, que hacen la conducción cada ves más confortable, segura y placentera.

Es una pena que los avances de la tecnología no lleguen a nuestras manos en su debido momento, los sistemas de seguridad deberían ser prioridad de la industria automovilística, deberían ser dotaciones de serie en los vehículos.

VI.- BIBLIOGRAFIA

http://poderelectrico.blogspot.mx/

http://www.tudiscovery.com/elfuturodelosautos_entv/

http://autos.terra.com/noticias/el_auto_del_futuro_cada_vez_mas_cerca/aut1495/

http://mx.noticias.autocosmos.yahoo.net/2010/06/14/los-10-autos-mas-ahorradores-de-combustible-de-los-ultimos-25-anos

Hill L. (1958). Mixed Blessing: The Motor in Britain. Buchanan

Amano, Hidetoshi (Okazaki, JP), Abe, Shinichi (Toyota, JP), Taura, Mitsuharu (Toyota, JP), Mizuno, Toshiaki (Nagoya, JP) 1985, Patent, Method and apparatus for controlling fuel injection rate in internal combustion engine , United States, Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha (Toyota, JP),Nippondenso Co., Ltd. (Kariya, JP) 4543937 http://www.freepatentsonline.com/ .html

Gonzalez Ernesto G. "Sistema de inyección no cartográfico para motores ciclo otto, gestión de transistorios" Universidad Politecnica de Catalunyia, Barcelona, Espana, 2002.