UNIVERSIDAD DEL AZUAY FACULTAD DE CIENCIA Y...

UNIVERSIDAD DEL AZUAY

FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

Diseño y construcción de un banco didáctico para comprobar sistemas

de encendido electrónico

Trabajo de grado previo a la obtención del título de:

INGENIERO MECÁNICO AUTOMOTRIZ

Autores

PABLO FABIÁN GÍA CORNEJO

MARIO FERNANDO RIERA PARRA

Director

JOSÉ FERNANDO MUÑOZ VIZHÑAY

CUENCA – ECUADOR

2015

Gía Cornejo, Riera Parra. ii

DEDICATORIA

Mi tesis va dedicada especialmente para mis hijos,

Sebastián que es la luz de mi vida, su sonrisa y su risa

a carcajadas, que cambio mi vida, mi forma de pensar,

di mi alma y mis energías para sacarte adelante y ser

un profesional y para mi bebe que viene en camino.

A mi esposa Mayra Ayala, por su amor, cariño,

comprensión y por su incondicional apoyo, la que

siempre ha estado en las buenas y en las malas a lo

largo de toda la carrera, además de ser mi esposa es mi

amiga. TE AMO.

A mis padres Ernesto y Adelina, por todos los

años de sacrificio y arduo trabajo sin importar que

todas sus vidas estuvieran separados para lograr ver a

sus hijos profesionales.

A mis Hermanos quienes al ser mayores me han

motivado para no desistir y alcanzar mis sueños y mis

metas.

A mis suegros Bolívar y Ana, por todo el apoyo

brindado para alcanzar este sueño.

Pablo Gía Cornejo.

Gía Cornejo, Riera Parra. iii

DEDICATORIA

A mis amados padres Telmo y Laura, ejemplos de

respeto, esfuerzo y perseverancia, quienes me han

brindado su apoyo incondicional y comprensión en

cada etapa de mi vida.

Al amor de mi vida la Ing. Juanita Ordóñez,

quién es mi mejor amiga y mi prometida, por todo su

amor, paciencia y constante apoyo.

Por último a Shine, Luna y Kofi a quienes miro

con amor de padre.

Mario Riera Parra.

Gía Cornejo, Riera Parra. iv

AGRADECIMIENTOS.

Ante todo a DIOS por darnos la vida, las

oportunidades y la capacidad para aprovecharlas, a

nuestras amadas familias por el apoyo incondicional, a

la Facultad de Ciencia y Tecnología en su personal

docente que nos brindaron sus conocimientos

académicos y guiaron nuestro aprendizaje.

Nuestro agradecimiento especial a nuestro

director, Ing. Fernando Muñoz por su confianza,

atención, tiempo y dedicación para con nosotros.

El más sincero agradecimiento, a nuestro gran

amigo el Ing. Pedro Calle, quién nos brindó todo su

apoyo, tiempo y conocimientos. De igual manera al

Ing. Paúl Pucha, por todo el apoyo brindado desde el

inicio de este gran proyecto.

Gía Cornejo, Riera Parra. v

Gía Cornejo, Riera Parra. vi

Gía Cornejo, Riera Parra. vii

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CONTENIDO PÁGINA

DEDICATORIA………………………………………………………………………...ii

AGRADECIMIENTO………………………………………………………………….iv

RESUMEN………………………………………………………………………………v

ABSTRACT…………………………………………………………………………….vi

ÍNDICE DE CONTENIDO…....……………………………………………………...vii

ÍNDICE DE FIGURAS………..……………………………………………………...xiv

ÍNDICE DE TABLAS……..…………………………………………………………..xx

ÍNDICE DE ANEXOS.………………………………………………………………xxi

INTRODUCCION. .......................................................................................................... 1

CAPITULO 1: GENERALIDADES, PARTES Y FUNCIONAMIENTO DE LOS

SISTEMA DE ENCENDIDO ELECTRONICO. .......................................................... 3

1.1 Evolución del sistema de encendido electrónico. ................................................ 3

1.2 Componentes. ...................................................................................................... 4

1.2.1 Batería. ......................................................................................................... 4

1.2.2 Bobina. ......................................................................................................... 5

1.2.3 Bujías. .......................................................................................................... 7

1.2.3.1 Arco eléctrico. .......................................................................................... 9

1.2.4 Cables de alta tensión. .................................................................................. 9

1.2.4.1 Tipos de cables de bujías. ....................................................................... 10

1.3 Componentes electrónicos. ................................................................................ 12

Gía Cornejo, Riera Parra. viii

1.3.1 Computadora (ECU). ................................................................................. 12

1.3.2 Sensores. .......................................................................................................... 13

1.3.2.1 CKP (Sensor de Posición del Cigüeñal). .................................................. 13

1.3.2.2 CMP (Sensor de Posición del Árbol de Levas). ........................................ 13

1.3.3 Sensor de Efecto Hall. ..................................................................................... 14

1.3.4 Módulo de Encendido. .................................................................................... 15

1.4 Funcionamiento de elementos principales de sistemas de encendido

electrónicos…………………………………………………………………………...16

1.4.1 Sistema Hall. .................................................................................................... 17

1.4.1.1 Distribuidor de encendido electrónico. ..................................................... 17

1.4.1.2 Módulo de encendido electrónico. ............................................................ 18

1.4.2 Tipos de sistemas de encendido DIS. .............................................................. 19

1.4.2.1 Sistema de encendido DIS simultaneo o Chispa perdida. ...................... 19

1.4.2.2 Sistema de encendido DIS Independiente o COP. ................................. 24

1.5 Gestión electrónica del sistema de encendido. ...................................................... 27

1.5.1 Sensores. .......................................................................................................... 27

1.5.1.1 Sensor de régimen de giro del motor (CKP). ............................................ 28

1.5.1.2 Sensor de posición del Árbol de Levas (CMP). ........................................ 30

1.5.1.3 Sensor de presión absoluta (MAP)……………………………………...32

1.5.1.4 Sensor de detonación (KNOCK)………………………………………..35

1.5.1.5 Sensor Hall……………………………………………………………..37

1.5.2. La unidad de control electrónico (ECU). ........................................................ 39

1.5.2.1. Tareas de la unidad de control electrónico. .............................................. 40

1.5.2.2. Diagrama de bloques de una unidad de control electrónica. .................... 40

1.5.3. Módulo de encendido electrónico. .................................................................. 45

Gía Cornejo, Riera Parra. ix

1.5.3.1. Funcionamiento. ....................................................................................... 46

1.5.3.2. Descripción. ............................................................................................. 47

1.5.3.3. Modulación de impulsos .......................................................................... 48

1.5.3.4. Control individual de las bobinas de encendido. ..................................... 50

1.6 Descripción y funcionamiento de sistemas de encendido electrónicos...................... 53

1.6.1 Sistema de encendido electrónico Hall. .............................................................. 53

1.6.2 Sistema de encendido electrónico directo ........................................................ 55

1.6.2.1 Sistema de encendido DIS de chispa perdida. ........................................... 57

1.6.2.2 Sistema DIS chispa perdida de bobina simple. ......................................... 57

1.6.2.3 Sistema DIS chispa perdida de bobina con transistor incorporado. .......... 59

1.6.2.4 Sistema de encendido DIS COP. ............................................................... 60

1.6.2.5 Sistema de encendido DIS COP de bobina simple. .................................. 63

1.6.2.6 Sistema de encendido DIS COP con transistor incorporado. ................... 63

1.6.2.7 Sistema de encendido DIS COP con modulo incorporado. ..................... 64

CAPITULO II: DISEÑO DEL BANCO DIDÁCTICO. ............................................. 66

2.1 Introducción. ........................................................................................................... 66

2.2 Criterios de Diseño……………………………………………………………….66

2.3 Características del modelo a construir. ................................................................... 67

2.4 Parámetros fundamentales para definir el banco. ................................................... 67

2.4.1 Dimensiones principales. ................................................................................. 67

2.4.2 Distribución de pesos de los elementos del banco. .......................................... 68

2.4.3 Materiales para la estructura. ........................................................................... 68

2.4.3.1 Metal. ......................................................................................................... 69

Gía Cornejo, Riera Parra. x

2.4.3.2 Madera. ....................................................................................................... 70

2.5 Estructura. ............................................................................................................... 70

2.6 Diseño de la estructura y selección del tubo .......................................................... 71

2.7 Cálculos .................................................................................................................. 72

2.7.1 Cálculo de la estructura del banco. .................................................................. 72

2.7.2 Dimensionado de la estructura en software SOLIDWORKS. ………………75

2.7.2.1 Trazo de elementos plano 3D. ................................................................... 75

2.7.2.2 Miembro estructural. ................................................................................. 75

2.7.2.3 Peso estimado de la estructura según el programa CAD. ......................... 77

2.7.2.4 Simulación de la estructura tubular. .......................................................... 77

2.8 Diseño del tablero para cada sistema de encendido. ........................................................ 81

2.8.1 Sistema de encendido Hall..................................................................................... 81

2.8.2 Sistema de encendido DIS. .................................................................................... 82

2.8.2.1 Chispa Perdida. .............................................................................................. 82

2.8.2.2 DIS Cop........................................................................................................ 84

CAPITULO III: CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DIDÁCTICO. .......................... 85

3.1 Proceso de construcción. ........................................................................................ 85

3.1.1 Diagrama de flujo ............................................................................................ 85

3.1.2 Faces de construcción. ..................................................................................... 87

3.1.2.1 Trazado del tubo. ....................................................................................... 87

3.1.2.2 Corte del tubo. ........................................................................................... 88

3.1.2.3 Preparación de los tubos antes de soldar. .................................................. 88

3.1.2.4 Soldadura de la estructura. ........................................................................ 89

Gía Cornejo, Riera Parra. xi

3.1.2.5 Trazado de los tableros.............................................................................. 90

3.1.2.6 Corte de los tableros. ................................................................................. 91

3.1.2.7 Pintado de la estructura. ............................................................................ 91

3.2 Construcción y montaje de elementos. ................................................................... 92

3.2.1 Construcción de elementos. ............................................................................. 92

3.2.1.1 Construcción de la Rueda Fónica. ............................................................. 92

3.2.1.2 Construcción de Visores. .......................................................................... 93

3.2.1.3 Construcción de un piñón para el motor eléctrico. ................................... 94

3.2.2 Montaje de elementos en el banco de pruebas. ................................................ 95

3.2.2.1 Montaje de la fuente de energía (Batería).................................................95

3.2.2.2 Montaje del Módulo de Encendido. .......................................................... 96

3.2.2.3 Montaje del Distribuidor electrónico de encendido. ................................. 96

3.2.2.4 Montaje de las Bobinas de Encendido. ..................................................... 97

3.2.2.5 Montaje de Cables y Bujías de Encendido. ............................................... 98

3.2.2.6 Montaje del Switch de encendido. ............................................................ 99

3.2.2.7 Montaje de la Rueda Fónica. ................................................................... 100

3.3 Tipos de señal para los Sistemas de Encendido Electrónicos. ............................. 101

3.3.1 Alimentación de 12V. .................................................................................... 101

3.3.2 Señal del módulo de encendido para sistema DIS COP. ............................... 101

3.3.3 Señal del módulo de encendido para sistema DIS Chispa perdida. ............... 102

Gía Cornejo, Riera Parra. xii

CAPITULO IV: FUNCIONAMIENTO, COMPROBACIÓN Y VERIFICACIÓN

DEL SISTEMA DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO. ............................................ 103

4.1 Funcionamiento del Banco de Pruebas. ............................................................... 103

4.1.1 Sistema Hall. .................................................................................................. 103

4.1.2 Sistema DIS COP........................................................................................... 105

4.1.3 Sistema DIS Chispa Perdida. ......................................................................... 107

4.2 Señal del sensor. ................................................................................................... 109

4.3 Equipo de medición. ............................................................................................. 110

4.3.1 Multímetro. .................................................................................................... 110

4.3.1.1 Comprobación de voltaje del circuito de alimentación. .......................... 110

4.3.1.2 Comprobación de masa del circuito de alimentación. ............................ 111

4.3.1.3 Comprobación de voltaje del circuito de alimentación de la ECU. ........ 111

4.3.1.4 Comprobación de masa del circuito de alimentación de la ECU. ........... 112

4.3.1.5 Comprobación de los cables de señal, alimentación y masa sistema Hall.

……………………………………………………………………………….....112

4.3.1.6 Comprobación de los cables de señal, alimentación y masa bobinas

sistema DIS COP. ............................................................................................... 115

4.3.1.7 Comprobación de los cables de señal, alimentación y masa de las bobinas

sistemas DIS CHISPA PERDIDA. .................................................................... 118

4.4 Software generador de señales, desde un pc transferidas por cable usb hasta el

banco didáctico. .......................................................................................................... 121

4.4.1 Python ............................................................................................................ 121

4.5 MikroBasic for Pic. ......................................................................................... 125

4.6 Diseño de la Interfaz Gráfica. .......................................................................... 126

4.7 Construcción de la Tarjeta Electrónica. .......................................................... 130

Gía Cornejo, Riera Parra. xiii

4.8 Programación del Microcontrolador. .............................................................. 131

4.9 Pruebas del prototipo. ...................................................................................... 134

4.10 Mediciones con Osciloscopio. ............................................................................ 135

4.11 Mediciones con el Scanner. ................................................................................ 137

4.12 Manual del usuario. ............................................................................................ 139

4.12.1 Simulación mecánica del banco didáctico. .................................................. 139

4.12.2 Simulación con software del banco didáctico.............................................. 139

4.13 Mantenimiento del banco didáctico de Pruebas. ................................................ 145

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES . ................................................... 146

BIBLIOGRAFIA . .................................................................................................... 149

ANEXOS……………………………………..…………….……………….……....152

Gía Cornejo, Riera Parra. xiv

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. 1. Esquema de los componentes de un sistema de encendido electrónico (DIS)…....4

Fig. 2. Batería………………………………………………………………………….....4

Fig. 3. Bobina para el encendido convencional.………………………………………….6

Fig. 4. Bobina para el encendido tipo DIS……………………………………………….6

Fig. 5. Partes constitutivas de una bujía……………………………………………….....8

Fig. 6. Electrodo sistema convencional y DIS…………………………………………...9

Fig. 7. Cable de bujía……………………………………………………………………10

Fig. 8. Cable de encendido de cobre con resistencia antiparasitaria (TS)………………11

Fig. 9. Cable de encendido con resistencia de carbono (CS)…………………………...12

Fig. 10. Sensor de revoluciones del cigüeñal ……………………….………………….13

Fig. 11. Sensor de posición de árbol de levas..……………………………………….....14

Fig. 12. Estructura básica del sensor Hall..……………………………………………..14

Fig. 13. Módulo de Encendido.…………………………………………………………15

Fig. 14. Montaje de un módulo electrónico sobre el motor.…………………………….16

Fig. 15. Distribuidor de encendido electrónico………………….……………………...18

Fig. 16. Módulo de encendido electrónico……………………….…………………......18

Fig. 17. Sistema DIS implantado en un motor en “V” de 6 cilindros…………………..20

Fig. 18. Esquema del salto de chispa perdida…..……………………………………….20

Fig. 19. Esquema eléctrico del encendido simultaneo..………………………………...21

Fig. 20. Bujía NGK R…………………………………………………………………...21

Fig. 21. Esquema funcionamiento sistema DIS CHISPA PERDIDA.………………… 22

Fig. 22. Diagrama eléctrico del módulo de encendido simultáneo……………………..23

Fig. 23. Constitución de las bobinas de encendido (chispa perdida)……………………23

Fig. 24. Sistema DIS implementado en un motor en “V” de 6 cilindros.........................24

Fig. 25. Esquema eléctrico del encendido independiente.………………………………25

Fig. 26. Diagrama eléctrico de un Módulo de encendido independiente……………….25

Fig. 27. Constitución de una bobina de encendido independiente………………….......26

Fig. 28. Diodo de alto voltaje…………………………………………………………...26

Fig. 29. Sensor de régimen de giro...……………………………………………………28

Gía Cornejo, Riera Parra. xv

Fig. 30. Disposición del sensor CKP.…………………………………………………...29

Fig. 31. Generación de onda del sensor de giro..…………………………………….....29

Fig. 32. Sensor de posición de árbol de levas.………………………………….…….....30

Fig. 33. Señal sensor de posición de árbol de levas.………..…………………………..30

Fig. 34. Posición del sensor CMP.……………….…………………………………......31

Fig. 35. Disposición del sensor CMP….……………………………………………......31

Fig. 36. Sensor de presión absoluta MAP……………………………………………...32

Fig. 37. Ubicación del sensor MAP……………………………………………………..33

Fig. 38. Chip de silicón del sensor MAP………………………………………………..34

Fig. 39. Deformación del Chip del sensor MAP………………………………………..34

Fig. 40. Circuito del sensor MAP…………………………………………………….....35

Fig. 41. Sensor de Detonación KNOCK………………………………………………..35

Fig. 42. Disposición del sensor KNOCK……………………………………………….36

Fig. 43. Generación de onda del sensor KNOCK……………………………………....37

Fig. 44. Constitución interna efecto Hall.…………...…………………………………..38

Fig. 45. Constitución interna efecto Hall………………………………………………..38

Fig. 46. Unidad de control electrónico (ECU)…,,.……………………………..……….39

Fig. 47. Conformación de los bloques en el interior de la ECU...………………………41

Fig. 48. Disposición del sistema de encendido dentro de la ECU…..…………………..45

Fig. 49. Diagrama de bloques de un módulo de encendido electrónico...……..………..46

Fig. 50. Funcionamiento interno del módulo de encendido….……….………..……….47

Fig. 51. Modulación de impulsos…..…..……………………………………………….49

Fig. 52. Esquema electrónico del control de la bobina…..…………………….………..52

Fig. 53. Estructura básica del sensor Hall..…………………………………….………..53

Fig. 54. Encendido electrónico Hall...……………………………………………………..54

Fig. 55. Encendido electrónico Hall..……………………………………………………..55

Fig. 56. Diagrama de bloques DIS……..……………………………………………….55

Fig. 57. Principio de funcionamiento de los tipos DIS..……………………….………56

Fig. 58. Circuito de funcionamiento DIS de chispa perdida..……..……………………57

Fig. 59. Diagrama del circuito DIS de chispa perdida de bobina simple…....………….58

Fig. 60. Partes del sistema DIS de chispa perdida de bobina simple…………………...58

Gía Cornejo, Riera Parra. xvi

Fig. 61. Diagrama eléctrico sistema DIS de chispa perdida de bobina con transistor.....59

Fig. 62. Disposición del cableado para el sistema DIS de chispa perdida…..………….60

Fig. 63. Diagrama eléctrico de la bobina del sistema DIS COP……………..………….61

Fig. 64. Configuración eléctrica de la bobina…….…..…………………………………61

Fig. 65. Principio de funcionamiento………………….…………..…………………....62

Fig. 66. Circuito de funcionamiento del sistema DIS COP de bobina simple..………...63

Fig. 67. Circuito de funcionamiento del sistema DIS COP con transistor incorporado...64

Fig. 68. Circuito de funcionamiento del sistema DIS COP con modulo incorporado.....65

Fig. 69. Acero ASTM A500………….…………………………………………………69

Fig. 70. Tableros.………………………………………………………………………..70

Fig. 71. Estructura del banco………..…………………………………………………..71

Fig. 72. Diagrama del Cuerpo Libre...…………………………………………………..73

Fig. 73. Diagrama de Fuerza Cortante (N)…………………...……………………........73

Fig. 74. Diagrama de Momento Flector (N.m)………………………………………….73

Fig. 75. Medidas de la estructura en 3D…………………………………………….......75

Fig. 76a. Modelo de la estructuras…………………………………………………........76

Fig. 76b. Modelo de la estructuras………………………………………………….......76

Fig. 77. Propiedades del material en el programa………………………………………77

Fig. 78. Estado de juntas……..……………………….……………………………..…..78

Fig. 79. Carga verticales sobre el banco…..……………………………………….……79

Fig. 80. Resultado del esfuerzo máximo………..………………………………….…...79

Fig. 81. Resultado del esfuerzo cortante……..……………………………………..…..80

Fig. 82. Factor de seguridad…..…………………………………………………...……80

Fig. 83. Ubicación de los tableros…..…………………………………………………..81

Fig. 84. Circuito eléctrico del sistema Hall...……………………………………………….......82

Fig. 85. Diagrama de elementos del sistema Hall…...…………………………………………82

Fig. 86. Circuito eléctrico del sistema de Chispa Perdida…...………………………………......83

Fig. 87. Diagrama de elementos del sistema Chispa Perdida…...………………………………83

Fig. 88. Circuito eléctrico del sistema Dis Cop…...………………………………………….....84

Fig. 89. Diagrama de elementos del sistema Dis Cop…..…………………………………...84

Fig. 90. Fases de construcción del banco didáctico…………………………………….85

Gía Cornejo, Riera Parra. xvii

Fig. 91.Trazado de medidas…………………………………………………….……….88

Fig. 92. Corte manual con arco de sierra………………………………………………..88

Fig. 93. Soldadura de la estructura………………………………………………….......90

Fig. 94. Trazado de medidas…………………………………………………………….90

Fig. 95. Corte del tablero………………………………………………………………..91

Fig. 96. Estructura finalizada……………………………………………………………92

Fig. 97. Rueda Fónica (vista frontal)……………………………………………………93

Fig. 98. Rueda Fónica (vista lateral)……………………………………………………93

Fig. 99. Visor polarizado……..…………………………………………………………93

Fig. 100. Motor eléctrico con piñón adaptado….…………………………………….....94

Fig. 101. Motor eléctrico acoplado al piñón del distribuidor…………………………...94

Fig. 102. Montaje de la Fuente de Energía (Batería)…………………………………...95

Fig. 103. Circuito de la Fuente de Energía…….………………………………………..95

Fig. 104. Montaje de los Módulos de Encendido……………………………………….96

Fig. 105. Montaje del Distribuidor de Encendido………………………………………97

Fig. 106. Montaje de las Bobinas de Encendido………………………………………..97

Fig. 107. Montaje de la Bobina de Encendido Sistema Hall……………………………98

Fig. 108. Montaje de las Bujías de Encendido…….……………………………………99

Fig. 109. Montaje de los Cables de Encendido…………………………………………99

Fig. 110. Montaje de los Switch de Encendido………………………………………..100

Fig. 111. Conexionado de los Switch de Encendido…………………………………..100

Fig. 112. Montaje de la Rueda Fónica y el sensor PCM………………………………100

Fig. 113. Transmisión de movimiento entre el motor eléctrico y la rueda fónica……..101

Fig. 114. Switch accionado…..………………………………………………………..103

Fig. 115. Luz testigo…………………………………………………………………...104

Fig. 116. Accionamiento de la palanca del acelerador..………………….………........104

Fig. 117. Accionamiento del distribuidor……………………………………………...105

Fig. 118. Encendido de las bujías………………………….…………………………..105

Fig. 119. Switch accionado …………………………….……….………………….....105

Fig. 120. Luz testigo…….…………………………………………………………….106

Fig. 121. Accionamiento de la palanca del acelerador...…………….………………..106

Gía Cornejo, Riera Parra. xviii

Fig. 122. Accionamiento Rueda fónica……….………………………………………106

Fig. 123. Encendido en las bujías.……………………………………………………..107

Fig. 124. Switch accionado……………………………………………………………107

Fig. 125. Luz testigo………………………………………….………………………..108

Fig. 126. Accionamiento de la palanca del acelerador………………………………...108

Fig. 127. Accionamiento Rueda fónica………………………………………………..108

Fig. 128. Encendido en las bujías……………………………………………………...109

Fig. 129. Comprobación de voltaje……………………………………………………110

Fig. 130. Comprobación masa circuito alimentación….………………………………111

Fig. 131. Comprobación de voltaje de ECU….………………..………………………111

Fig. 132. Comprobación de masa de ECU……………….……………………………112

Fig. 133. Comprobación señal alimentación y masa sistema Hall.……………………112

Fig. 134. Comprobación señal alimentación bobina sistema Hall…………………….113

Fig. 135. Comprobación señal voltaje bobina sistema Hall…..……………………….113

Fig. 136. Comprobación primario bobina S Hall……………..…………………….....114

Fig. 137. Comprobación secundario bobina S Hall………………..…………………..114

Fig. 138. Comprobación resistencia cables bobina Sistema Hall…………………..….115

Fig. 139. Comprobación socket bobina sistema DIS COP………………..…………...115

Fig. 140. Comprobación voltaje alimentación sistema DIS COP……….………….....116

Fig. 141. Comprobación voltaje señal sistema DIS COP……………………………...116

Fig. 142. Comprobación señal bobinas sistema DIS COP...…………………………..117

Fig. 143. Comprobación alimentación bobinas sistema DIS COP…………………….117

Fig. 144. Comprobación socket bobina DIS CHISPA PERDIDA...……………….….118

Fig. 145. Comprobación voltaje alimentación bobinas sistema DIS CHISPA

PERDIDA………………………………………...........................................................119

Fig. 146. Comprobación voltaje señal bobinas sistema DIS CHISPA PERDIDA……119

Fig. 147. Comprobación señal bobinas sistema DIS CHISPA PERDIDA……………120

Fig. 148. Comprobación resistencia cables sistema DIS CHISPA PERDA…………..120

Fig. 149. Logo de Python……………………………………………………………...121

Fig. 150. Block de Python…………………………………………………………......122

Fig. 151. Diagrama de conexión……………………………………………………….123

Gía Cornejo, Riera Parra. xix

Fig. 152. Configuración del Puerto……………………………………………………123

Fig. 153. Interfaz del Software………………………………………………………..124

Fig. 154. Selección del Microcontrolador……………………………………………..125

Fig. 155. Mikrobsic……………………………………………………………………126

Fig. 156. Interfaz gráfica de la aplicación……………………………………………..127

Fig. 157. Diseño esquemático del circuito electrónico………………………………...128

Fig. 158. Diseño del circuito electrónico………………………………………………130

Fig. 159. Imágenes de la construcción de la tarjeta electrónica……………………….131

Fig. 160. Diagrama del Pic16f870 Microchip…………………………………………132

Fig. 161. Característica del Mosfet IRF740N…………………………………………132

Fig. 162. Simulación de circuito de control con la Interfaz de usuario a 1000rpm……133

Fig. 163. Simulación de circuito de control con la Interfaz de usuario a 4000rpm……133

Fig. 164. Instalación y funcionamiento del módulo de control………………………..134

Fig. 165. Osciloscopio SUZUKI SDT…………………………………………………135

Fig. 166. Medición con el osciloscopio a 3000 rpm…………………………………...136

Fig. 167. Medición con el osciloscopio a 4500 rpm…………………………………...136

Fig. 168. Scanner VETRONIX TECH 2………………………………………………137

Fig. 169. Conector para el scanner OBD2……………………………………………..138

Fig. 170. Mediciones con el scanner…………………………………………………..138

Fig. 171. Ventana de la aplicación…………………………………………………….140

Fig. 172. Parámetros Sensores…………………………………………………………141

Fig. 173. Puerto COM…………………………………………………………………143

Fig. 174. Botón Conectar………………………………………………………………143

Fig. 175. Botón Simular……………………………………………………………….143

Fig. 176. Selección S. Chispa Pérdida…………………………………………………144

Fig. 177. Selección Pedal……………………………………………………………...144

Fig. 178. Pedal…………………………………………………………………………144

Fig. 179. Botón Parar…………………………………………………………………..145

Fig. 180. Botón Desconectar…………………………………………………………..145

Gía Cornejo, Riera Parra. xx

ÍNDICE DE TABLAS.

Tabla 1. Dimensiones principales del banco……..……………………………………..67

Tabla 2. Distribución aproximada de los pesos de elementos………..…………………68

Tabla 3. Distribución aproximada de los esfuerzos de elementos……..…..……………69

Tabla 4. Tipos de bordes en tubo cuadrado……..………………………………………89

Tabla 5. Componentes Electrónicos…………..……………………………………….128

Tabla 6. Posición de los Switch…...……….…………………………………….…….141

Tabla 7. Posición de los Switch…...……….…………………………………….…….142

Tabla 8. Posición de los Switch……...….……………………………………….…….142

Tabla 9. Posición de los Switch……...…….…………………………………….…….142

Gía Cornejo, Riera Parra. xxi

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo 1A. Propiedades mecánicas del acero ASTM A500………………….………..152

Anexo 2A. Tubo estructural rectangular………………………………………………153

Anexo 3A. Tubo estructural cuadrado………………………………………..……….153

Anexo 4A. Código del software de la interfaz de usuario………….……………….…154

Anexo 1B. Planos Diseño Estructura………………………………………….………168

Gía Cornejo, Riera Parra. 1

Gia Cornejo Pablo Fabián

Riera Parra Mario Fernando

Trabajo de Graduación

Ing. Muñoz Vizhñay José Fernando

Abril 2015.

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DIDÁCTICO PARA

COMPROBAR SISTEMAS DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO”

INTRODUCCION.

El desarrollo del sistema de encendido a lo largo de los años ha logrado grandes

innovaciones, obteniendo mayores ajustes. A diferencia de un encendido convencional

los de última generación pueden lograr generar un 100% de efectividad.

En sus inicios los sistemas de encendido mantenían problemas con la combustión

generada en los cilindros del motor. El sistema convencional que mantenía como base

de funcionamiento al distribuidor mecánico concedía fallos de funcionamiento, dado a

que su elemento principal era el ruptor de accionamiento, que con el tiempo se

desgastaba y generaba un mal desempeño.

Con el avance de la tecnología surgieron innovaciones en este dispositivo con el objetivo

de tratar de eliminar todas las piezas mecánicas e involucrar componentes electrónicos

tales como un bloque de control otorgando una mayor eficacia en el encendido, este

sistema es conocido como sistema de encendido transistorizado o Hall.

Con la incorporación de la inyección electrónica de combustible hoy es muy común

encontrar sistemas de encendido integrados, donde un microprocesador gobierne el


encendido y la inyección utilizando señales de los mismos captadores para determinar el

momento de encendido, su avance, el inicio y duración de la inyección. En la actualidad

casi todos los vehículos cuentan con el sistema de encendido DIS (Direct Ignition

System) Sistema de Encendido Directo, éste realiza la misma función, combustionando

la mezcla aire/combustible en el momento preciso para su funcionamiento. Con el

sistema de encendido DIS, carente de partes móviles se ha logrado mayor eficiencia en

la combustión del motor aumentando la potencia y reduciendo las emisiones o gases de

escape, colaborando considerablemente con el cuidado del medio ambiente.

Se diseñará y construirá un banco didáctico de pruebas para el estudio de los sistemas de

encendido electrónicos Hall y DIS, que permita al estudiante de Ingeniería Mecánica

Automotriz de la Universidad del Azuay conocer su funcionamiento, las partes y

componentes y sus posibles averías en los sistemas de encendidos electrónicos, y así

complementar con la práctica los conocimientos teóricos.


CAPITULO I

GENERALIDADES, PARTES Y FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE

ENCENDIDO ELECTRONICO.

1.1 Evolución del sistema de encendido electrónico

El sistema de encendido cumple con la función de generar la chispa que inflama la

mezcla aire-combustible dentro de los cilindros del motor térmico a gasolina así

realizando la combustión, utilizando la ECU (Unidad de control electrónico) del

vehículo, bobinas de encendido, sensores, y un módulo de encendido logrando cumplir

una combustión eficiente y ordenada a diferencia del sistema convencional donde la

chispa es dirigida a los diferentes cilindros por medio de un distribuidor mecánico.

Los componentes de un sistema electrónico de encendido varían constructivamente en

comparación con los convencionales, entregando un funcionamiento preciso por el

mismo hecho de ser instrumentos electrónicos, pero realizan la misma función para el

encendido.

En la constitución general de un sistema de encendido electrónico se debe tener en

cuenta la disposición y estructura de las bobinas, las mismas dependerán del tipo de

encendido: independiente, simultáneo y hall.

Siendo el sistema de encendido independiente el cual posee una bobina para cada

cilindro, simultáneo una bobina para dos cilindros (chispa perdida) y el hall una bobina

para todos los cilindros.

A continuación en la fig. 1, se muestra los componentes generales de un sistema de

encendido electrónico DIS (Sistema de ignición directa).


Fig. 1. Esquema de los componentes de un sistema de encendido electrónico (DIS).

Fuente: http://www.electriauto.com/electricidad/sistemas-de-encendido/encendido-electronico-para-inyeccion-de-

gasolina/

1.2 Componentes

1.2.1 Batería

La batería es un acumulador de energía química para ser liberada después en energía

eléctrica al momento de poner en marcha al motor del vehículo. A éste dispositivo es

necesario incorporar un alternador para que realice el proceso de carga en la batería. En

la fig. 2, se puede observar una batería para un vehículo.

Fig. 2. Batería.

Fuente:http://www.google.com.ec/imgres?q=funcionamiento+de+una+bateria+de+automovil&start=162&um=1&hl=

es&sa

http://www.electriauto.com/electricidad/sistemas-de-encendido/encendido-electronico-para-inyeccion-de-gasolina/

http://www.electriauto.com/electricidad/sistemas-de-encendido/encendido-electronico-para-inyeccion-de-gasolina/

http://www.google.com.ec/imgres?q=funcionamiento+de+una+bateria+de+automovil&start=162&um=1&hl=es&sa

http://www.google.com.ec/imgres?q=funcionamiento+de+una+bateria+de+automovil&start=162&um=1&hl=es&sa


La batería genera un voltaje de 13.2V.-14.3V., hacia el módulo de encendido el cuál

alimenta o corta el paso de corriente hacia el arrollamiento primario de la bobina acorde

a las órdenes de la ECU.

1.2.2 Bobina

Es un dispositivo de inducción electromagnética o de autoinducción, la cual es un

elemento del encendido para los motores térmicos de ciclo Otto, interiormente está

compuesta por dos arrollamientos o bobinados: primario y secundario, con una relación

alrededor de 1 a 100 espiras. Aproximadamente poseen 250 vueltas el primario y 20000

vueltas el secundario. Este dispositivo está alimentado por una corriente de 12 voltios

proveniente desde la batería y entrega miles de voltios (de 10.000V a 45.000 voltios

aprox.) para dar origen a la chispa en la bujía. En la tabla 1, se pueden identificar

distintos tipos de bobinas de encendido.

Tabla 1. Tipos de bobinas de encendido.

TIPO

BOSCH

COLOR POTENCIA CHISPAS APLICACIÓN

E-12 V

PLATA

24000 Voltios

13000/min

Motores de 4 cilindros con platino.

K-12 V

AZUL

26000 Voltios

16000/min

Motores de 4 y 6 cilindros con

platino.

KW-12 V

ROJA

28000 Voltios

18000/min

Motores de 4,6 y 8 cilindros a

platino y encendido electrónico.

KW-12 V

ROJA

34000 Voltios

18000/min

Motores de 4, 6 y 8 cilindros,

encendido electrónico sin resistor

exterior.

KW-12 V

AMARILLO

28000 Voltios

18000/min



exterior.

K-12 V

AZUL

28000 Voltios

18000/min



exterior.

Mediante el módulo de encendido o la computadora, se interrumpe el circuito de la

bobina a masa, obedeciendo al sensor de posición del cigüeñal para descargar la tensión

de la bobina en el cilindro correspondiente.


Observemos a continuación en las figuras 3 y 4, dos esquemas en donde se verá

representado una bobina convencional y una bobina para el sistema DIS, ésta bobina

viene con dos salidas para dos cilindros del motor que trabajan simultáneamente, por

ejemplo para el cilindro 1 y 4 en un motor de cuatro cilindros.

Fig. 3. Bobina para el encendido convencional.

Fuente: http://libreopinion.prophpbb.com/topic2525.html

Fig. 4. Bobina para el encendido tipo DIS.

Fuente: http://libreopinion.prophpbb.com/topic2525.html

La diferencia entre estas dos bobinas de encendido, se establece en el bobinado primario

y secundario que no están enlazados entre sí, están separados por un metal que no

permite contacto, de esta manera la chispa consigue incrementar el voltaje para no verse

http://libreopinion.prophpbb.com/topic2525.html

http://libreopinion.prophpbb.com/topic2525.html


afectado por el bobinado primario, obteniendo un arco voltaico más grande, optimizando

la combustión de la mezcla

1.2.3 Bujías

La bujía es el elemento encargado de hacer saltar la chispa eléctrica entre sus electrodos,

para inflamar la mezcla aire-combustible en la cámara de combustión en el cilindro del

motor.

Éste elemento tiene gran responsabilidad en el funcionamiento del motor, debe entregar

una chispa en buenas condiciones en cualquier régimen y carga. La unión eléctrica entre

el bobinado secundario de la bobina de encendido y la bujía se realiza por medio de los

cables de alta tensión. Los sistemas de encendido DIS eliminan el uso de cables para la

conducción de la energía eléctrica.

La bujía con electrodos de platino es recomendada para el sistema de encendido DIS,

dado que presenta insensibilidad a los ataques químicos procedentes de combustión de la

mezcla, la distancia entre sus electrodos se puede calibrar y se incrementa

aproximadamente 1.5 mm, posee una gran estabilidad al alto voltaje que produce la

bobina (45000 V). En la fig. 5, se observa las partes de una bujía.

1. Terminal roscado, es donde se conecta la bujía.

2. Aislante, evita saltos de chispa en condiciones húmedas.

3. Aislador de cerámica, debe de resistir unos 40.000 voltios como también choques

térmicos, la parte interna puede resistir temperaturas de 2.500 grados, y la parte externa

temperaturas bajo cero.

4. Esta parte metálica el donde se aplica la llave hexagonal para poder ajustar o

aflojar la bujía, la medida puede ser de 5/8 o de 13/16 pulg.

5. Parte del cuerpo metálico.

6. Cabeza.

7. Conducto de agua.

8. Electrodo central.


9. Junta que impide la fuga de gases

10. Elemento de resistencia, que reduce la interferencia con radio y TV (No todas las

bujías la llevan).

11. huacha (junta).

12. Punta del aislador.

13. Rosca, varía entre 10 a 18 mm.

14. Electrodo central.

15. Electrodo lateral.

Fig. 5. Partes constitutivas de una bujía.

Fuente: http://www.tallervirtual.com/2008/02/13/bujias/

Una bujía en mal estado provoca un aumento en el consumo de combustible, afecta a los

sensores del sistema de inyección produciéndose un mal funcionamiento del motor

térmico.

http://www.tallervirtual.com/2008/02/13/bujias/


1.2.3.1 Arco eléctrico

Se conoce como arco eléctrico, a la chispa que se forma al pasar la corriente desde el

electrodo central al electrodo lateral. Por ejemplo en la bujía de abertura normal, el arco

de corriente recorre un espacio de hasta 0.035pulg mientras que, en una bujía de abertura

grande la corriente puede recorrer hasta 0.080 pulg.

Cuando la distancia o apertura es muy grande, la calidad de la chispa es mala dando

como consecuencia un fallo en el funcionamiento del motor. Esto se produce cuando se

tiene mucho recorrido sin ajustar, la apertura de las bujías. En la fig. 6, se observa la

diferencia entre un electrodo normal y el utilizado en el sistema DIS.

Fig. 6. Electrodo sistema convencional y DIS.

Fuente: http://www.mecanicapopular.com.mx/index.php?mod=eBiblioteca&id=14

1.2.4 Cables de alta tensión

Estos elementos tienen la función de conducir el alto voltaje hacia la bujía, en el caso

del sistema de encendido electrónico DIS difiere en su diseño ya que en algunos

modelos van en conjunto con la bobina y en otros tipos de sistema de encendido

electrónico como el caso del encendido directo no requieren cables, la bobina está sobre

la bujía. En la fig. 7, se observa un cable de alta tensión.

http://www.mecanicapopular.com.mx/index.php?mod=eBiblioteca&id=14


1. Aislador de cerámica.

2. Capuchón (es de hule, tiene la función de evitar que la corriente derive a masa).

3. Terminal.

4. Conector metálico.

5. Cable, que conecta al distribuidor (bobina en el sistema DIS).

Fig. 7. Cable de bujía.

Fuente: http://news.motoscoot.es/la-bujia/

1.2.4.1 Tipos de cables de bujías

1.2.4.1.1 Cables de encendido de cobre con resistencia antiparasitaria (TS)

Las siglas TS significa Terminal Supresor. El cobre tiene características como:

excelente conductor, poca resistencia a la corrosión. El núcleo al ser de éste material, se

lo cubre con una capa de estaño evitando que se oxide.

El núcleo de cobre está rodeado por un revestimiento de silicona que confiere una mayor

rigidez al cable y funciona como aislante eléctrico. El aislamiento exterior de caucho de

silicona soporta temperaturas de 220 ºC y es resistente a la gasolina y aceite. Los cables

de encendido con núcleo de cobre no tienen resistencia antiparasitaria propia, sino que

ésta integrada en forma de vidrio fundido con elementos conductores en el conector de

la bujía y de la bobina.

http://news.motoscoot.es/la-bujia/


Dependiendo del cable, la resistencia oscila entre 1 kΩ y 6,5 kΩ. En la fig. 8, podemos

observar la constitución de un cable de encendido de cobre con resistencia

antiparasitaria (TS).

Fig. 8. Cable de encendido de cobre con resistencia antiparasitaria (TS)

Fuente: http://www.bosch.com.ar/ar/autopecas/produtos/catalogos/bujias_y_cables.pdf

1.2.4.1.2 Cables de encendido con resistencia de carbono (CS)

Las siglas CS significa Cable Supresor. En el interior de este elemento con resistencia de

carbono, se encuentra una malla de fibra de vidrio impregnada de carbono. Este núcleo

de fibra de vidrio está rodeado de dos capas de silicona y tejido de fibra de vidrio.

El aislante interior de silicona confiere al cable más rigidez y funciona como aislante

eléctrico. El tejido de fibra de vidrio confiere al cable mayor resistencia. El aislante

exterior de caucho de silicona puede soportar temperaturas de hasta 220 ºC y es

resistente a la gasolina y aceite. En la fig. 9, se observa un cable de encendido con

resistencia de carbono (CS).

http://www.bosch.com.ar/ar/autopecas/produtos/catalogos/bujias_y_cables.pdf


Fig. 9. Cable de encendido con resistencia de carbono (CS)

Fuente: http://www.bosch.com.ar/ar/autopecas/produtos/catalogos/bujias_y_cables.pdf

1.3 Componentes electrónicos

Estos elementos tienen aplicaciones electrónicas y constituyen el sistema de encendido

DIS.

1.3.1 Computadora (ECU)

Es una unidad de control electrónico que interviene en varios procesos de la operación

de combustión interna del motor. La ECU controla el punto de ignición, el tiempo de

apertura/cierre de los actuadores, a partir del monitoreo del motor a través de sensores.

Estos incluyen: sensor MAP, sensor de posición del acelerador, sensor de temperatura

del aire, sensor de oxígeno y otros.


1.3.2 Sensores

1.3.2.1 CKP (Sensor de Posición del Cigüeñal)

El sensor CKP es un detector magnético, está posicionado cerca del cigüeñal, indica la

rotación del mismo y la posición exacta del pistón en el punto muerto superior (P.M.S.),

debido a que posee una especie de rueda fónica (ventanas) acoplada al cigüeñal, la señal

es enviada a la ECU y luego al módulo de encendido. Aquí se controla el corte de

corriente al arrollamiento primario, originándose la chispa de alto voltaje. Este sensor

puede ser del tipo inductivo, de efecto hall u óptico.1 En la fig. 10, se observa la posición

de un sensor de revoluciones del cigüeñal.

Fig. 10. Sensor de revoluciones del cigüeñal.

Fuente: http://www.authorstream.com/Presentation/aSGuest130553-1370814-sensor-ckp/

1.3.2.2 CMP (Sensor de Posición del Árbol de Levas)

Este sensor capta la información de posición y ángulo del árbol de levas; indica las fases

en las cuales está funcionando el motor según el accionamiento de las levas, también da

la información de la posición angular y ubicación del pistón en el P.M.S. Este sensor se

encuentra ubicado regularmente en el mismo lugar donde se instalaba anteriormente el

distribuidor2. En la fig. 11, podemos observar un sensor CMP.

1 Mogrovejo, 2007 2 Mogrovejo, 2007

http://www.authorstream.com/Presentation/aSGuest130553-1370814-sensor-ckp/


Fig. 11. Sensor de posición de árbol de levas.

Fuente: http://mecatronicaautomotriz20092010.blogspot.com/2011/07/sensor-cmp.html

1.3.3 Sensor de Efecto Hall

El sensor opera como un transductor digital, el mismo se ubica dentro del distribuidor,

se compone de un generador de señales (elemento Hall e imán) y un rotor con pantallas,

este elemento cumple dos funciones: informar las revoluciones del motor y un punto de

referencia del pistón número 1, de 9 grados antes del punto muerto superior (posición

del árbol de levas) y demás cilindros a la ECU; para el suministro de inyección, de

acuerdo al régimen del motor3. En la fig. 12, se observa la estructura básica de un

sensor Hall.

Fig. 12. Estructura básica del sensor Hall.

Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/hazlo-encendido.htm

3 Encendido electrónico con distribuidor y sin distribuidor (parte 3), Beto Booster,

http://www.monografias.com/trabajos77/endendido-electronico-distribuidor-sin-distribuidor

http://mecatronicaautomotriz20092010.blogspot.com/2011/07/sensor-cmp.html

http://www.aficionadosalamecanica.net/hazlo-encendido.htm

http://www.monografias.com/trabajos77/endendido-electronico-distribuidor-sin-distribuidor


1.3.4 Módulo de Encendido

Este elemento es un amplificador electrónico, que recibe los impulsos remitidos desde

los sensores, implicándolos y de acuerdo con ello, controla la corriente que debe circular

por el arrollamiento primario de la bobina de encendido estableciendo el tiempo de

saturación para que se dé la alta tensión provocando el salto de la chispa en las bujías.

En la fig. 13, se puede observar un módulo de encendido para un sistema de encendido

DIS.

Fig. 13. Módulo de Encendido.

Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-gs/peugeot-405-ignition-module-280666928.html

El módulo de encendido está constituido internamente por transistores que amplifican la

señal recibida, también utiliza diodos, diodo zener, resistencias, que permiten el paso de

la corriente en una sola dirección.

El módulo de encendido no necesita de puesta a punto debido a que conoce en todo

momento la ubicación del cigüeñal. En la fig. 14, podemos observar un módulo de

encendido dispuesto en el motor.

http://spanish.alibaba.com/product-gs/peugeot-405-ignition-module-280666928.html


Fig. 14. Montaje de un módulo electrónico sobre el motor.

Fuente: http://easyautodiagnostics.com/gm_icm_test/diagnostico_modulo_gm_1.php

Una particularidad de este sistema, es que al dejar la llave de contacto accionada

mientras el motor está parado, no perjudica a la bobina ya que el módulo no envía

corriente al arrollamiento primario. Los dispositivos antes nombrados son los principales

componentes del sistema de encendido DIS, las subdivisiones de él varían su

configuración, siendo de tipo independiente, integral o simultáneo (chispa perdida).

1.4 Funcionamiento de elementos principales de sistemas de encendido

electrónicos

El sistema de encendido convencional, es el más sencillo de todos, lleva un elemento

básico que es el distribuidor para su funcionamiento. El sistema de encendido con

ayuda electrónica, utiliza un transistor como interruptor sustituye al ruptor del

distribuidor. El sistema de encendido sin contactos también llamado “Encendido

Transistorizado” (TZ-I, TZ-H), está básicamente compuesto por una etapa de potencia

con transistor de conmutación y un circuito electrónico formador y amplificador de

impulsos, el ruptor es sustituido por un generador de impulsos. El sistema de encendido

electrónico integral (EZ), en este sistema el distribuidor elimina elementos de

corrección del avance del punto de encendido tales como el regulador centrifugo y

regulador de vacío, también el generador de impulsos, sustituyéndolos por componentes

http://easyautodiagnostics.com/gm_icm_test/diagnostico_modulo_gm_1.php


electrónicos como un sensor de presión de aire que sustituye al regulador de vacío y un

sensor de R.P.M. que sustituye al regulador centrifugo. El sistema de encendido DIS,

elimina el distribuidor y da paso al funcionamiento del sensor CKP y CMP, los mismos

que envían señales al módulo de encendido para que genere el salto de la chispa.

1.4.1 Sistema Hall

1.4.1.1 Distribuidor de encendido electrónico

En el distribuidor se dispone el generador de efecto Hall que está compuesto por un

tambor obturador (1) de material diamagnético, solidario al eje del distribuidor de

encendido, con tantas pantallas como cilindros tenga el motor. El tambor obturador, en

su giro, se interpone entre un cristal semiconductor alimentado por corriente continua y

un electroimán. Cuando la parte metálica de pantalla (2) se sitúa entre el semiconductor

y el electroimán, el campo magnético de este último es desviado y cuando sale la

pantalla, recibe el campo magnético del imán y se genera el "efecto Hall". Cuando el

motor gira, el obturador va abriendo y cerrando el campo magnético Hall generando una

señal de onda cuadrada que va directamente al módulo de encendido. El sensor Hall esta

alimentado directamente por la unidad de control a una tensión de 7,5 V

aproximadamente. En la fig. 15, se observa un distribuidor de encendido electrónico.


Fig. 15. Distribuidor de encendido electrónico.

Fuente: http://www.aficionadosalamecanica.net/encendido-electronico-sin-contactos.htm

1.4.1.2 Módulo de encendido electrónico

Es el reemplazo electrónico del platino y el condensador en el distribuidor. El módulo es

el encargado de recibir la señal del generador Hall para proceder al corte de corriente (-)

a la bobina. En la fig. 16, se puede observar un módulo de encendido electrónico.

Fig. 16. Módulo de encendido electrónico.

Fuente:http://www.buenacuerdo.com.ar/buenos_aires/respuestos_y_accesorios/Modulo_para_encendido_electronico_

511020.htm

http://www.aficionadosalamecanica.net/encendido-electronico-sin-contactos.htm

http://www.buenacuerdo.com.ar/buenos_aires/respuestos_y_accesorios/Modulo_para_encendido_electronico_511020.htm

http://www.buenacuerdo.com.ar/buenos_aires/respuestos_y_accesorios/Modulo_para_encendido_electronico_511020.htm


1.4.2 Tipos de sistemas de encendido DIS

Existen tipos de encendido DIS, los mismos que su clasificación han ido en función de

su avance tecnológico, tomando en cuenta que cada tipo es una renovación del anterior

Sistema de encendido DIS Simultáneo o Chispa pérdida.

Sistema de encendido DIS Independiente o COP.

1.4.2.1 Sistema de encendido DIS simultaneo o Chispa perdida

Este sistema se caracteriza por utilizar una bobina por cada dos cilindros. La bobina va

conjuntamente con una de las bujías y se conecta mediante un cable de alta tensión con

la otra bujía. A este sistema de encendido se le denomina también de "chispa perdida"

debido a que salta la chispa en dos cilindros simultáneamente, en un motor de 4 cilindros

saltaría la chispa en el cilindro nº 1 y 4 ó nº 2 y 3. En un motor de 6 cilindros la chispa

saltaría en los cilindros nº 1 y 4, 2 y 5 ó 3 y 6. Al producirse la chispa en dos cilindros a

la vez, solo una de las chispas será aprovechada para provocar la combustión de la

mezcla, y será la que coincide con el cilindro que está en la carrera de final de

"compresión", mientras que la otra chispa no se aprovecha debido a que se produce en el

cilindro que se encuentra en la carrera de final de "escape".4

A continuación en la fig. 17, se puede observar la disposición de las bobinas en conjunto

con la conexión a las bujías de los cilindros apareados, mediante los cables normales

para alta tensión.

4Principios de electrónica automotriz, http://usuarios.multimania.es/ingetronik/Capitulo%203.PDF

http://usuarios.multimania.es/ingetronik/Capitulo%203.PDF


Fig. 17. Sistema DIS implantado en un motor en “V” de 6 cilindros.

Fuente: http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/3995/1/T-ESPEL-0212.pdf|

A continuación se puede observar el esquema del salto de chispa perdida, fig. 18.

Fig. 18. Esquema del salto de chispa perdida.

Fuente: http://e-auto.com.mx/manual_detalle.php?manual_id=214

El esquema eléctrico indicado en la fig. 19, muestra la circulación de señales de este

encendido, tomando como referencia valores del sensor de posición del cigüeñal y del

árbol de levas, donde se indica R.P.M., y fases del motor, estos sensores dan las lecturas

principales de funcionamiento del motor para el encendido, posterior se toma en cuenta

sensores tales como: depresión en el múltiple de admisión, temperatura del motor y

cantidad de oxígeno residual en los gases de escape. Estas señales son tomadas por la

ECU y transformadas para realizar correcciones en el encendido para un correcto

funcionamiento. Las señales corregidas se envían al módulo de encendido cortando la

corriente en el primario de cada bobina según su orden de encendido.

http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/3995/1/T-ESPEL-0212.pdf

http://e-auto.com.mx/manual_detalle.php?manual_id=214


Fig. 19. Esquema eléctrico del encendido simultaneo.

Fuente: http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/3995/1/T-ESPEL-0212.pdf

Los electrodos de las bujías utilizadas en este sistema son de material níquel con ranura

en V, (NGK R BKR5E) fig. 20, por tener como característica este material: su

estabilidad en los distintos regímenes de funcionamiento del motor. El voltaje necesario

para que salte la chispa entre los electrodos de la bujía depende de la separación entre

sus electrodos y de la presión en el interior del cilindro. Si la separación es igual para

todas las bujías entonces el voltaje será proporcional a la presión. La alta tensión de

encendido generada en la bobina se dividirá teniendo en cuenta la presión de los

cilindros. El que se encuentra en compresión necesitará más tensión para que salte la

chispa que el cilindro que se encuentra en la carrera de escape. Esto es debido a que la

fase de escape está sometido a la presión atmosférica por lo que necesita menos tensión

para que salte la chispa.

Fig. 20. Bujía NGK R

Fuente: http//www.jegs.com/i/NGK-Spark-Plugs/739/BKR5E-11/10002/-1



En este sistema de encendido la corriente eléctrica hace que en una bujía la chispa salte

del electrodo central al electrodo de masa, y al mismo tiempo en la otra bujía la chispa

salta del electrodo de masa al electrodo central, fig. 21.

Fig. 21. Esquema funcionamiento sistema DIS CHISPA PERIDA.

Fuente: http://es.scribd.com/doc/969026/SISTEMA-DE-ENCENDIDO-DIS

1.4.2.1.1 Módulo de encendido del Sistema DIS Simultáneo o Chispa perdida

El módulo de encendido recibe las señales de la ECU de acuerdo a la información de los

sensores, internamente posee un circuito de entrada de señales de allí envía a un circuito

de control de paso cerrado en donde constantemente se está realimentando. Finalmente a

la salida del circuito de control, el corte de la corriente del primario de las bobinas se da

según el cilindro que necesite el chispazo. Esta función es rápida y repetitiva por lo que

los transistores internos de polarización a masa son de alta frecuencia.

Todos estos componentes electrónicos tales como: transistores, diodos, tiristores

(circuito integrado), resistencias, etc., conforman los circuitos internos del módulo de

encendido estos ejecutan el programa que fue diseñado para el funcionamiento de esta

variación de sistema DIS. El módulo viene sellado, es decir, no existe acceso a sus

circuitos internos. En la fig. 22 se puede observar un diagrama eléctrico del módulo de

encendido simultáneo: 1.- circuito prevención de bloqueo; 2.- circuito señal de salida

IGF; 3.- circuito detección de encendido; 4.- circuito prevención de sobre corrientes.

http://es.scribd.com/doc/969026/SISTEMA-DE-ENCENDIDO-DIS


Fig. 22. Diagrama eléctrico del módulo de encendido simultáneo.

Fuente: http://www.electriauto.com/electricidad/sistemas-de-encendido/tipos-de-encendidos-dis/

1.4.2.1.2 Bobinas del Sistema de encendido DIS Simultáneo o Chispa perdida

Las bobinas de encendido simultáneo se utilizan para dos cilindros, de los cuales las

carreras ascendente y descendente del pistón sean las mismas pero en distintas fases de

funcionamiento. La bobina se encuentra en contacto con la primera bujía, y para la otra

bujía del cilindro par, se enlaza un cable de conducción de la alta tensión.

El diseño de las bobinas varía según la marca del vehículo, pero esto solo es por

estructura física más no en su constitución interna y funcionamiento tal como se muestra

en la siguiente fig. 23.

Fig. 23. Constitución de las bobinas de encendido (chispa perdida).


http://www.electriauto.com/electricidad/sistemas-de-encendido/tipos-de-encendidos-dis/



1.4.2.2 Sistema de encendido DIS Independiente o COP

El funcionamiento en este sistema es igual al anteriormente mencionado, con la única

diferencia que utiliza una bobina por cada cilindro. A continuación en la fig. 24, se

puede observar la disposición de cada una de las bobinas, ubicadas por encima de cada

bujía en un motor V6.

Fig. 24. Sistema DIS implementado en un motor en “V” de 6 cilindros encendido independiente.


El diagrama de bloques se mantiene igual que el anterior solo que el módulo electrónico

maneja a cada bujía independiente como su programa electrónico interior lo tendrá

predeterminado. Los parámetros de funcionamiento del motor son tomados de los

sensores CKP Y CMP.

Los tiempos de encendido en cada cilindro se dan como se ve en la figura; estos van

distribuyéndose de acuerdo al orden de encendido del motor. En la fig. 25, se observa un

esquema eléctrico del sistema de encendido independiente.



Fig. 25. Esquema eléctrico del encendido independiente.


1.4.2.2.1 Módulo de encendido del Sistema DIS Independiente o COP

Al cambiar el número de bobinas, significa que el programa electrónico interior que

maneja el módulo de encendido varia en comparación al simultáneo porque va a realizar

el corte de corriente en el primario a cuatro bobinas sin depender la una de la otra, en

caso de un motor de 4 cilindros, pero los elementos electrónicos que lo componen

internamente son los mismos que cualquier circuito electrónico.5 En la fig. 26, se

observa un diagrama eléctrico del sistema de encendido independiente: 1.- circuito de

control de ángulo Dwel; 2.- circuito prevención de bloqueo; 3.- circuito de salida señal

IGF; 4.- circuito detección de encendido; 5.- control de corriente constante.

Fig. 26. Diagrama eléctrico de un Módulo de encendido independiente.


5 Sistema Op.cit.www.mecanicavirtual.com



http://www.mecanicavirtual.com/


1.4.2.2.2 Bobina del sistema de encendido DIS Independiente o COP

Internamente su configuración es igual que la bobina del sistema simultáneo, solo posee

un conector de alimentación de voltaje al primario, proveniente del módulo de

encendido y ya no tiene ninguna salida de alta tensión a otra bujía pues esta bobina se

aplica solo para ese cilindro. Según la cantidad de cilindros se dispondrá igual número

de bobinas.6 En la fig. 27 y 28, se puede observar la constitución de una bobina de

encendido independiente.

Fig. 27. Constitución de una bobina de encendido independiente.


Fig. 28. Diodo de alto voltaje (el diodo se encuentra en el circuito secundario).


6 Bobinas de encendido/la chispa decisiva. www.todoenrepuestos.com




1.5 Gestión electrónica del sistema de encendido

Es uno de los más sobresalientes dentro del análisis de la investigación de la

información del sistema de encendido electrónico, en este caso no solo se utiliza para

este determinado sistema, sino que en conjunto con los demás sistemas como es el

sistema de inyección y otros del automóvil.

Este sistema incorpora: la unidad de control electrónica (ECU) y los sensores, estos

últimos conforman la principal fuente de información que recepta la memoria RAM y

ROM del sistema.

Los tipos de sensores como son el CKP, CMP y MAP reemplazan al distribuidor, ya que

cumplen la misma función pero con una mayor precisión y exactitud, pero lo que hace

que sobresalga es que se eliminen elementos móviles y permite que la información de

funcionamiento del motor sea de una manera “estática”, si lo podemos llamar de esta

forma a las transformaciones de giro mecánico de los elementos del motor, en señales

eléctricas para poder enviarlas a la unidad electrónica de control.

1.5.1 Sensores.

Los sensores son dispositivos que emiten señales, que pueden ser por una variación de

tensión, temperatura o presión. Los utilizados en el sistema de inyección son los mismos

del sistema de encendido; los cuales pueden ser de tipo: inductivo, efecto hall o

piezoeléctricos.

Existen tres sensores o transductores que forman parte fundamental en el

funcionamiento de este sistema de encendido electrónico, estos son:

Sensor de régimen de giro del motor (CKP).

Sensor de posición del árbol de levas (CMP).

Sensor de múltiple de admisión (MAP).

Sensor de detonación (Knock).


Sensor Hall.

También se podrían tomar otras señales para la obtención del buen funcionamiento del

motor, estos son: detonación de la mezcla (NOCK SENSOR), a continuación se va a

analizar específicamente su principio de funcionamiento, ubicación, constitución y su

señal eléctrica obtenida en el vehículo.

1.5.1.1 Sensor de régimen de giro del motor (CKP).

Fig. 29. Sensor de régimen de giro.

Fuente: http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/106/9/Capitulo4.pdf

1.5.1.1.1 Descripción

Es un dispositivo inductivo que registra la velocidad del motor (r.p.m.) y la posición del

cigüeñal, está compuesto por una rueda fónica con un sector dentado, un imán

permanente y una bobina, fijos estos dos. Este movimiento produce una variación de las

líneas de fuerza que atraviesa la bobina, induciendo una corriente alterna, cuya

frecuencia va aumentando con la velocidad de la rueda dentada. Tiene dos cables de

conexión.

1.5.1.1.2 Localización

En la fig. 30, se puede observar la ubicación del sensor que por lo general a un costado

de la polea del cigüeñal.

http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/106/9/Capitulo4.pdf


Fig. 30. Disposición del sensor CKP.


1.5.1.1.3 Funcionamiento

Es de tipo inductivo que produce un campo magnético generando una onda alterna

senoidal, con un corte cíclico producido por un diente más ancho de la rueda fónica que

se encuentra montada en el cigüeñal o en el volante de inercia. Cuando el frente del

sensor se localiza en la mitad de los dos dientes el terminal de imán permanente eleva su

voltaje y en el terminal de conector eléctrico baja su voltaje.

Sucede lo contrario cuando el frente del sensor se localiza en un diente, el terminal de

imán permanente baja su voltaje y en el terminal de conector eléctrico se eleva su

voltaje. Este genera una señal de voltaje C.A. (corriente alterna) como podemos observar

a continuación en la fig. 31.

Fig. 31. Generación de onda del sensor de giro.





1.5.1.2 Sensor de posición del Árbol de Levas (CMP)


Fuente: http://marjuesus.blogspot.com/2013/06/sensores-del-sistema-electronico-del.html


Este sensor también se conoce como sensor de identificación de cilindros (CID). A

medida que el motor gira, el sensor envía una señal al módulo de control electrónico

ECU de que el motor se está aproximando al número 1 y que la secuencia de impulsos

de inyección puede ser determinada.

Es un sensor que funciona bajo el principio de funcionamiento de efecto hall. Es

diferente al sensor de tipo inductivo (CMP), la señal que emite es de onda cuadrada

como se puede ver en la fig. 33. Tiene dos cables de conexión y en otras ocasiones de

tres cables.



http://marjuesus.blogspot.com/2013/06/sensores-del-sistema-electronico-del.html




Este sensor se encuentra ubicado frecuentemente en el mismo lugar que anteriormente

ocupaba el distribuidor. Este elemento está localizado en la parte posterior derecha del

motor. A continuación se muestra en la fig. 34, la disposición del sensor.

Fig. 34. Disposición del sensor CMP.

Fuente: http://tercerparcialarmando.blogspot.com/2012/05/sensor-de-posicion-del-arbol-de-levas.html


El Sensor del Árbol de Levas es un Sensor de tres cables, es de tipo hall, dos de estos

cables le alimentan voltaje y Tierra. La fig. 35, nos muestra cómo es su funcionamiento.

Fig. 35. Disposición del sensor CMP.

Fuente: http://tercerparcialarmando.blogspot.com/2012/05/sensor-de-posicion-del-arbol-de-levas.html

http://tercerparcialarmando.blogspot.com/2012/05/sensor-de-posicion-del-arbol-de-levas.html

http://tercerparcialarmando.blogspot.com/2012/05/sensor-de-posicion-del-arbol-de-levas.html


12 Voltios son suministrados a través del circuito identificado con la letra C y

Tierra a través del Circuito identificado con la letra A.

El motor empieza a revolucionarse. Esto provoca que un disco con interruptores,

que es parte del Distribuidor empiece a dar vuelta.

Este disco está posicionado encima de sensor y sus interruptores atraviesan a él.

Los dientes de este disco, al pasar por el sensor, provoca que genere un pulso de

12 Voltios.

Este pulso de 12 Voltios es alimentado a la Computadora de la Inyección Electrónica a

través del Circuito identificado con la letra B.

Cuando el diente del disco pasa completamente el Sensor, el mismo produce 0

Voltios.

La Computadora de la Inyección Electrónica usa estas pulsaciones de 0 y 12

Voltios para empezar a calibrar la Inyección de Combustible y el Avance del

Tiempo de Encendido.

Cuando se avería este sensor, el motor encenderá de cualquier forma.

1.5.1.3 Sensor de presión absoluta (MAP)

Fig. 36. Sensor de presión absoluta.

Fuente: http://www.obd-codes.com/faq/map-sensor.php Acceso: 4/Mayo/2013

http://www.obd-codes.com/faq/map-sensor.php



El sensor MAP entrega una señal conforme a la presión que existe en el múltiple de

admisión con respecto a la presión atmosférica, midiendo la presión absoluta en el

colector de admisión. Este sensor genera una señal que es enviada a la ECU, reflejando

la diferencia de presión entre el múltiple de admisión y la presión atmosférica.


Este sensor se encuentra ubicado en la parte externa del motor, directamente en el

múltiple de admisión o en la parte superior del compartimiento del motor, se conecta al

colector de admisión a través de una manguera de vacío, fig. 37.

Fig. 37. Ubicación sensor MAP.

Fuente: http://electronicdelautocbtis160.blogspot.com/2012/06/aqui-esta-una-imagen-de-la-ubicacion-de.html


Este sensor lleva en su parte superior un chip de silicio al interior de una cámara. En un

lado del chip tiene una presión de referencia o una presión calibrada. Por el otro lado se

encuentra la presión a medir. Este chip de silicio cambia su resistencia de acuerdo a los

cambios de presión, flexionándose y variando su resistencia eléctrica. Este cambio en la

resistencia varía la señal de voltaje, la ECU recibe la señal e interpreta la variación de

presión en el múltiple de admisión. A continuación en la fig. 38, se puede observar la

ubicación y presión existente en el sensor MAP.

http://electronicdelautocbtis160.blogspot.com/2012/06/aqui-esta-una-imagen-de-la-ubicacion-de.html


Fig. 38. Chip de Silicón del sensor MAP.


La presión del múltiple de admisión tiene una relación directa con la carga del motor, la

ECU necesita conocer la presión existente en el colector para calcular la cantidad de

combustible a inyectar. En la fig. 39, se puede observar la deformación del chip de

silicón a diferentes cargas del motor.

Fig. 39. Deformación del Chip del sensor MAP.


La ECU mide esta señal de voltaje en la terminal PIM. Este sensor recibe 5 V de la ECU

por la línea VC. La tierra para el sensor es a través de un alambre a la ECM (usualmente

la terminal E2). La señal PIM será de 5 Volts si el cable PIM está desconectado, fig. 40..




Fig. 40 Circuito del sensor MAP.


1.5.1.4 Sensor de detonación (KNOCK)

Fig. 41. Sensor de Detonación

Fuente: http://www.fae.es/es/productos/sensor-detonacion


Los Sensores de detonación previenen de un encendido espontáneo nocivo cuyo

resultado es el efecto del picado. Las combustiones incontroladas dan lugar a una

elevada temperatura dentro del cilindro. Este fenómeno provoca que componentes del

motor con los pistones, las válvulas o la culata sean sometidas a un elevado esfuerzo.


http://www.fae.es/es/productos/sensor-detonacion


La unidad de control mide la señal con los valores de especificación almacenados e

interviene para controlar el motor, la inyección del combustible y el encendido en la

medida necesaria, antes de que la combustión alcance el límite de picado.


Se encuentra ubicado en el bloque motor de manera que registra el golpeteo provocado

por el efecto del picado, fig. 42.

Fig. 42. Disposición del sensor KNOCK.

Fuente: http://www.cesvimexico.com.mx/new_publicaciones/2006/2trimestre/F.T%20Mecanica/Los%20sensores.pdf


El sensor detecta la detonación del motor y envía una señal de tensión a la ECU. Esta

señal es usada para controlar la sincronización. La detonación del motor se produce

dentro de un rango de frecuencias. En el interior del sensor de detonación hay un

elemento piezoeléctrico que genera una tensión cuando la presión o vibración se aplica a

ellos, fig. 43.

http://www.cesvimexico.com.mx/new_publicaciones/2006/2trimestre/F.T%20Mecanica/Los%20sensores.pdf


Fig. 43. Generación de onda del sensor de giro.

Fuente: http://www.automecanico.com/auto2027/bbooster02.pdf

1.5.1.5 Sensor Hall

1.5.1.5.1 Principio de Funcionamiento

El funcionamiento se basa en el fenómeno físico conocido como efecto Hall, donde se

muestra en la fig. 44, un semiconductor es recorrido por una corriente entre sus puntos A

y B.

Si se le aplica un campo magnético N-S, perpendicular al semiconductor, se genera una

pequeña tensión (tensión Hall) entre los puntos E y F debido a la desviación de las líneas

de corriente por el campo magnético, cuando estas dos condiciones se producen de

forma simultánea de cualquier forma.

http://www.automecanico.com/auto2027/bbooster02.pdf


Fig. 44. Constitución interna efecto Hall.


Expresado en forma más clara en la figura siguiente:

Fig. 45. Constitución interna efecto Hall.


La señal característica de este tipo de sensores es una onda pulsante dependiendo del

voltaje de referencia ya sea 5 o 12 voltios




1.5.2. La unidad de control electrónico (ECU)

Fig. 46. Unidad de control electrónico (ECU).


La unidad de control es la encargada de administrar y organizar absolutamente todas las

funciones del motor. Esto es solo posible mediante sensores de gran precisión que

receptan señales de presión temperatura, revoluciones del motor, etc., es enviado hacia

la computadora.

La unidad electrónica de control trabaja con los datos que están almacenados en un chip

en el cual existen los detalles de la inyección, el encendido, almacenados en forma de

diagramas.

Sus datos son analizados por medio de los programas internos en donde se comparan y

adecuan a las condiciones de funcionamiento del motor, optimizando todos los

parámetros gracias a los actuadores, con lo que se puede obtener una mayor potencia del

motor, una mayor aceleración, agilidad del motor y mayores velocidades en todos los

regímenes.

En resumen la unidad electrónica de control proporciona por si solo al motor para que

brinde el máximo rendimiento a bajas o altas r.p.m.



1.5.2.1. Tareas de la unidad de control electrónico

Regulación de pre-ignición o detonación

En los motores modernos se aspira una alta relación de compresión para obtener un

mayor torque, los cual disminuye el consumo de combustible. Con el aumento da la

compresión es mayor el peligro de explosiones incontroladas lo cual produce el

cascabeleo. Gracias a la señal del sensor de detonación, que está posicionado en el

bloque de los cilindros, la unidad de control puede regular la chispa de las bujías para

atrasar o adelantarse.7

Inyección de combustible

Depende de las señales entregadas por los sensores encargados, el volumen de aire,

velocidad y carga del motor y otros factores importantes, calcula el tiempo de inyección

y la cantidad de combustible necesario en este momento.

Control de ralentí o marcha mínima

Las diferentes temperaturas de motor, la suciedad de los canales de aire y otros factores

producen una inconstante marcha mínima. Con el control de relanti se varía la cantidad

de combustible, por medio de la información del sensor que mide el número de las

revoluciones (CKP) y define un valor constante.

1.5.2.2. Diagrama de bloques de una unidad de control electrónica

Para analizar las funciones de la ECU, es necesario saber cómo trabaja y para esto le

vamos a estudiar dentro de la constitución de un sistema de inyección Motronic, debido

7Programación de centralitas www.doctorchip.com

http://www.doctorchip.com/


a que este sistema es el que incorpora un encendido del tipo DIS en sus programas

electrónicos de funcionamiento.

Esta ECU consta de más de 200 componentes electrónicos y está compuesta por dos

placas, la superior que se encuentra la parte digital y la inferior que contiene la parte de

mando.

En la fig. 47, se indica un esquema de bloques, de los principales conjuntos electrónicos.

Sin embargo cabe aclarar que todas las ECU dotadas de microordenadores como en el

resto de sistemas que incorporan el encendido DIS, por ejemplo el sistema Jetronic,

trabajan bajo características semejantes con la sola diferencia del tamaño de las

memorias según los programas que tengan que ejecutar y la cantidad de datos que deban

manejar y coordinar.8

Fig. 47. Conformación de los bloques en el interior de la ECU.


La información que adquieren estos sensores es constantemente a la etapa de entrada,

compuesta por dos elementos:

8Castro,2003



El conformador de impulsos (CI).

El convertidor analógico digital (A/D).

1.5.2.2.1 Conformador de impulsos (CI)

Recibe los impulsos de tensión alterna de los órganos de información del encendido.

Estos impulsos son modificados en magnitud y en forma para dejarlos en condiciones

que puedan ser procesados por el microordenador, hechas estas transformaciones pasan

al circuito de “entrada/salida”.

1.5.2.2.2 Convertidor analógico digital (A/D)

Es el encargado de recibir las señales que se producen por variaciones de tensión y que

corresponden al resto de la información producida por los sensores, son señales

analógicas que es necesario transformarles a digitales.

Desde las etapas de entrada, la información ya preparada de la forma digital pasa al

interior del microordenador a través de un conducto de entrada/salida. De aquí los datos

se distribuyen según su frecuencia a través del intercambiador de datos que los

transporta el bus. 9

El bus son las vías de ida y vuelta de las cuales se alimentan de información a cada una

de las unidades fundamentales integradas de la ECU.

1.5.2.2.3 Microprocesador

Es la unidad central de proceso que contiene en su interior tres dispositivos

fundamentales que son:

9 Castro, 2003


Unidad lógica de cálculo (ALU).

Acumulador.

Unidad de control

Unidad lógica de cálculo (ALU)

Esta realiza operaciones aritméticas como una calculadora y también operaciones

lógicas, los programas y datos que determinará la memoria ROM, mientras las

referencias que se procesará se les obtiene de la memoria RAM que almacenan dichos

sensores.

Memoria ROM

Conserva grabado los programas con todos los datos y curvas características, valores

teóricos, etc. Con todos estos datos funcionara el sistema. Es una memoria que no puede

borrarse.

Memoria RAM

Es una memoria de acceso aleatorio en la que se acumulan los datos de funcionamiento.

Aquí se encuentran almacenados los datos que proporcionan sobre grabados con los

nuevos datos que se reciben de los sensores. Esto se realiza de una manera constante y

repetitiva durante el funcionamiento, y todo se borra al desconectar la alimentación.

Los datos elaborados salen a los actuadores a través de las llamadas “etapas finales”,

que mandan señales eléctricas a los siguientes elementos.

Electrobomba de combustible.

Bobinas de encendido DIS.

Inyectores.


Acumulador

Existe una memoria intermedia que permite a la ALU guardar unos datos mientras

trabaja con otros, que tengan relación con lo que está procesando.

Unidad de Control

Es el elemento activo que solicita los datos, controla las entradas y salidas y el desarrollo

de las operaciones.

En la fig. 48, se muestra un diagrama eléctrico de la unidad de control Motronic, con el

fin de tener una noción de la conformación interna de los elementos eléctricos y

electrónicos. Encerrado en un recuadro la ubicación del sistema de encendido. Como se

ve es un sistema de encendido DIS simultáneo o conocido comúnmente de chispa

perdida o sea 1 bobina para 2 bujías.


Fig. 48. Disposición del sistema de encendido dentro de la ECU del tipo Motronic.


1.5.3. Módulo de encendido electrónico

Este dispositivo recibe los impulsos provenientes de los sensores, los amplifica y de

acuerdo con ello, controla la corriente que debe circular por el arrollamiento primario de

la bobina de encendido estableciendo el tiempo de saturación para que se dé la alta

tensión.

La fig. 49, indica un esquema de un diagrama de bloques de los conjuntos electrónicos

que forman parte del módulo de encendido, en donde se captan las señales de los

sensores, estos ingresan a un calculador o sistema de amplificación y de allí según las



correcciones de la ECU se estima el tiempo de saturación en el primario de la bobina.

Mediante la inducción en el secundario se alimenta la alta tensión a las bujías, ya sean

estas de funcionamiento simultáneo o independiente.10

Fig. 49. Diagrama de bloques de un módulo de encendido electrónico.


1.5.3.1. Funcionamiento

El módulo de encendido conduce o interrumpe la corriente al primario de la bobina, se

compone de dos partes:

1. La ECU es la que va a recibir todas las señales de los sensores, tanto en

reconocimiento, amplificación y corrección como también al avance y retraso de

encendido.

2. Se ubica en conjunto con las bobinas y simplemente se limita a saturar el

primario de cada bobina según las fases de funcionamiento de los cilindros.

10Castro, 2003



1.5.3.2. Descripción

Tal como se muestra en la fig. 50, el esquema eléctrico de bloques, el elemento principal

de la unidad de control para encendido es un microprocesador. Este contiene todos los

datos, incluido el campo característico, así como los programas para la captación de las

magnitudes de entrada y el cálculo de las magnitudes de salida. Dado que los sensores

suministran señales eléctricas que no son identificadas por el microprocesador se

necesitan de unos dispositivos que transformen dichas señales en otras que puedan ser

interpretadas por el microprocesador.11

Estos dispositivos son unos circuitos formadores que transforman las señales de los

sensores en señales digitales definidas.

Fig. 50. Funcionamiento interno del módulo de encendido.


11Sistema de encendido electrónico, Dany meganeboy, www.mecanicavirtual.com




Los datos del campo característico, puedan ser modificados hasta poco antes de ser

introducidos en la fabricación en serie, hay unidades de control dotadas de una memoria

eléctricamente programable (EPROM).

La etapa de potencia de encendido: Puede ir montada en la propia unidad de control de

las veces en combinación con la bobina de encendido. Si las unidades de control con

etapa de potencia integrada están en el compartimiento motor, necesitan un sistema de

evacuación de calor eficaz. Esto se consigue gracias a la aplicación de la técnica hibrida

en la fabricación de los circuitos. Los elementos semiconductores, la etapa de potencia,

van montados directamente sobre el cuerpo refrigerante que garantiza contacto térmico

con la carrocería. Gracias a ello, estos aparatos suelen soportar sin problemas

temperaturas ambiente de hasta 100° C. Los aparatos híbridos tienen además la ventaja

de ser pequeños y ligeros.

La unidad de control de encendido además de la señal de salida que gobierna la bobina

de encendido suministra otro tipo de salidas como la señal de velocidad de giro del

motor y las señales de estado de otras unidades de control.

1.5.3.3. Modulación de impulsos

La unidad de control o también llamada amplificador recibe los impulsos eléctricos que

les envían los sensores, está dividida en tres etapas fundamentales como son:

Modulador de impulsos.

Mando de ángulo de cierre.

Estabilizador.

El Modulador de impulsos transforma la señal de tensión alterna que le llega del

generador de inducción, en una señal de onda cuadrada de longitud e intensidad

adecuadas para el gobierno de la corriente primaria y el instante de corte de la misma.

Estas magnitudes son independientes de la velocidad de rotación del motor.


El Estabilizador tiene la misión de mantener la tensión de alimentación lo más constante

posible.

El Mando de ángulo de cierre varía la duración de los impulsos de la señal conformada

de onda cuadrada en función de la velocidad de rotación del motor cuya información

viene desde el sensor de régimen de giro (CKP).

En la fig. 51, se indica la transformación que sufre la señal dado por los sensores que en

si sería un generador de inducción una vez que entra en la unidad de control y como es

adecuada en las diferentes etapas de la misma para más tarde salir y alimentar al

primario de la bobina y a si provocar el encendido.12

Fig. 51. Modulación de impulsos.


La tensión alterna que se crea en el sensor mediante la capacitación de giro del volante

es enviada a la unidad de control donde el modulador 2a, que es un circuito electrónico

multivibrador, la transforma en una onda cuadrada, adecuada para el gobierno de la

corriente primaria.

Esta señal de onda cuadrada pasa a continuación al circuito electrónico 2b de mando del

ángulo de cierre, que realiza una modificación de la longitud de los impulsos,

adaptándolos a la velocidad de rotación del motor para así poder gobernar el ángulo de

cierre es decir, para poder adecuar el tiempo de conducción del primario de la bobina al

régimen de giro del motor, de manera que cualquier condición de funcionamiento, se

alcance siempre el valor máximo de la corriente primaria y se obtenga la saturación 12Sistema de encendido electrónico, Op. cit. www.mecanicavirtual.com




magnética, lo cual se logra haciendo que el instante de comienzo del paso de corriente

por el arrollamiento primario se adelante en el tiempo a medida que aumente el régimen

de giro del motor, en lo que se conoce como ángulo de cierre variable.

Seguidamente la señal pasa a la etapa de excitación 2c que amplifica los impulsos y los

adapta para el gobierno posterior por medio de un transistor Darlington en la etapa de

potencia 2d que es la encargada de cortar o dar paso a la corriente primaria para que se

produzca la alta tensión en el secundario de la bobina.

Las unidades de control de estos sistemas de encendido están construidas casi

exclusivamente en técnica hibrida, por lo que ofrecen gran densidad de integración con

reducido peso y buena fiabilidad.

1.5.3.4. Control individual de las bobinas de encendido

Tiene la misión de transmitir o interrumpir el paso de corriente por el transistor de

potencia, es decir, dar paso o cortar la corriente a través del primario de la bobina de

encendido, pero además tiene otras funciones sobre la señal del primario de la bobina

como son:

1. Limitación de corriente

Debido a que este tipo de encendidos utilizan una bobina con una resistencia del

arrollamiento primario muy bajo (valores inferiores a 1 ohmio) que permite que el

tiempo de carga y descargas de la bobina sea muy reducido: pero presentando el

inconveniente de que a bajos regímenes la corriente puede llegar hasta 15A lo cual

podría dañar la bobina y al unidad de control. Para evitar esto la unidad de control

incorporo un circuito que se encarga de controlar la intensidad del primario a un máximo

de 6A.


2. Regulación del tiempo de cierre

La gran variación de tiempo entre dos chispas sucesivas a altas y bajas revoluciones

hace que los tiempos de carga sean a la vez muy disparadas produciendo tiempos de

saturación de la bobina de encendido excesivos en algunos casos y energía insuficiente

en otros.

Para evitar esto el modulo incorpora un circuito de control que actúa en base a la

saturación del transistor Darlington para ajustar el tiempo de cierre el régimen del

motor.13

Como la regulación del ángulo de cierre y la limitación de la corriente depende

directamente de la corriente primaria y del tiempo, se regulan los efectos de las

variaciones de tensión de la batería y los de la temperatura u otras tolerancias de la

bobina de encendido. Esto hace que este sistema de encendido sea especialmente

adecuado para los arranques en frio. Puesto que, debido a la forma de la señal puede

fluir corriente primaria estando parado el motor y conectado el conmutador de

encendido y arranque, las unidades de control están dotadas de una conexión adicional

capaz de desconectar después de algún tiempo esa “corriente de reposo”. En la fig. 52,

se muestra el esquema electrónico del control de una bobina.

13Sistema de encendido con anti detonación, Dany meganeboy, www.mecanicavirtual.com



Fig. 52. Esquema electrónico del control de la bobina.




1.6 Descripción y funcionamiento de sistemas de encendido electrónicos

1.6.1 Sistema de encendido electrónico Hall

Este sistema el tipo de sensor se encuentra ubicado en el distribuidor. Sus terminales son tres

a saber:

1. Masa.

2. Alimentación de 12 V.

3. Señal que alimenta a la ECU o el módulo de encendido en caso de que el circuito de

potencia no le maneje la computadora.

En el distribuidor se dispone el generador de efecto Hall que está compuesto por un tambor

obturador de material diamagnético, solidario al eje del distribuidor de encendido, con tantas

ranuras como cilindros tenga el motor, se interpone entre el cristal semiconductor

alimentado por corriente continua y un electroimán. . En la siguiente fig. 53, se observa su

estructura.

Fig. 53. Estructura básica del sensor Hall.

Fuente: http://www.clubdelfiat.com.ar/foro/viewtopic.php?f=59&t=106899

http://www.clubdelfiat.com.ar/foro/viewtopic.php?f=59&t=106899


La función principal de este sensor es la de enviar las señales a la unidad de mando para que

este calcule la velocidad de rotación del motor y la posición de los pistones. El

funcionamiento del generador de impulsos de efecto Hall se basa en crear una barrera

magnética para interrumpir periódicamente, esto genera una señal eléctrica que fluctúa entre

0 y 12 V., enviándolo al computador que determina el punto de encendido. En la fig. 54, la

parte metálica se sitúa entre el semiconductor y el electroimán, el campo magnético de este

último es desviado.

Fig. 54. Encendido electrónico Hall.

Fuente: http://www.scribd.com/doc/64300747/Sistema-Encendido-Electronico-Efecto-Hall

Cuando entre ambos se sitúa la ranura del semiconductor, recibe el campo magnético del

imán y se genera el efecto Hall. En la fig. 55, se observa el esquema de la estructura básica

del sensor Hall.

http://www.scribd.com/doc/64300747/Sistema-Encendido-Electronico-Efecto-Hall


Fig. 55. Encendido electrónico Hall.

Fuente: http://www.scribd.com/doc/64300747/Sistema-Encendido-Electronico-Efecto-Hall

1.6.2 Sistema de encendido electrónico directo

Los sistemas de encendido de última generación o sin distribuidor, basan su

funcionamiento de acuerdo como lo indica el diagrama de bloques de la fig. 56.

Fig. 56. Diagrama de bloques DIS.

Fuente: http://www.scribd.com/doc/162408474/DT-ESPEL-0958

http://www.scribd.com/doc/64300747/Sistema-Encendido-Electronico-Efecto-Hall

http://www.scribd.com/doc/162408474/DT-ESPEL-0958


Los sistemas de encendido electrónico directo se clasifican y diferencian de acuerdo a la

configuración únicamente de la bobina de encendido que se utiliza. El principio de

funcionamiento es parecido en los tres tipos que se nombran a continuación, variando

simplemente por el tipo de bobina de encendido que utiliza que se muestra en la fig. 57,:

Sistema de encendido DIS Chispa Perdida.

Sistema de encendido DIS COP.

Sistema de encendido DIS Mixto.

Fig. 57. Principio de funcionamiento de los tipos DIS.




1.6.2.1 Sistema de encendido DIS de chispa perdida

En este tipo de sistema se presenta un fenómeno por el cual la corriente en el secundario

pasa a través de dos bujías al mismo tiempo, por ello en una parte del circuito la

corriente es ascendente y en el otro es descendente, la disposición de los cables de alta

tensión es aprovechada únicamente en el cilindro que se encuentre en el tiempo de

compresión, mientras que en el otro cilindro esta chispa salta sin ningún efecto, por esta

razón el sistema recibe el nombre de Chispa Perdida, como se observa en la fig. 58.

Cada fabricante dispone de la ubicación de las bobinas, éstas pueden venir contenidas en

un solo cuerpo, o pueden estar dispuestas en paquetes individuales.

Fig. 58. Circuito de funcionamiento DIS de chispa perdida.


1.6.2.2 Sistema DIS chispa perdida de bobina simple

En la fig. 59, la bobina es simple autotransformador, donde el cierre a masa del circuito

primario se realiza íntegramente en la ECU, por medio de un transistor de potencia, en

un Driver, o en un módulo aparte.



Fig. 59. Diagrama del circuito DIS de chispa perdida de bobina simple.


En la fig. 60, las bobinas son de tipo doble, que cuentan con 43 pines de conexión

(positivo para ambos transformadores, negativo del transformador 1 y negativo del

transformador 2.

Fig. 60. Partes del sistema DIS de chispa perdida de bobina simple.





1.6.2.3 Sistema DIS chispa perdida de bobina con transistor incorporado

La característica fundamental de estas bobinas, es el incorporar el transistor de potencia

en su cuerpo, puede haber también transformadores por separado al igual que las

bobinas simples pero generalmente se tienen del tipo Rochester o dobles. En caso de

incorporar el transistor de potencia, la ECU solo enviará a las bobinas una serie de

pulsos de señal de potencia que excitan el transistor, para cortar el circuito primario y así

generar el salto de chispa en las bujías. La fig. 61, muestra el diagrama eléctrico de este

tipo de bobinas en cuyo interior se encuentran los transistores de potencia, esto es para

una bobina de tres terminales de conexión, la misma que cuenta con un único

transformador:

Fig. 61. Diagrama eléctrico sistema DIS de chispa perdida de bobina con transistor incorporado.

Fuente:http://www.scribd.com/doc/162408474/DT-ESPEL-0958

En la fig. 62, toda bobina (recuadro celeste), saldrán 3 cables del conector, donde

encontramos: la alimentación de la bobina; la masa de la bobina; y el último terminal

que son los pulsos de activación que llegan al transistor de potencia dentro de la bobina

proveniente de la computadora.



Fig. 62. Disposición del cableado para el sistema DIS de chispa perdida de bobina con transistor incorporado.


1.6.2.4 Sistema de encendido DIS COP

Bobina sobre bujía (COP). Este tipo de sistema dispone de una configuración muy

diferente a las bobinas del sistema Chispa Perdida, su particularidad está en que no

dispone de cables de alta tensión, ya que las bobinas van ubicadas justo arriba de cada

bujía, con lo cual se simplifica la resistencia a la alta tensión de los cables y se mejora la

eficiencia del quemado. Este tipo de sistema es conocido también como encendido

independiente y en otros casos como encendido secuencial.

La fig. 63, muestra que tanto el transformador como la bujía forman un solo conjunto.

La configuración eléctrica de este tipo de bobinas permite un arreglo en el cual se cuenta

con un positivo de contacto, una masa del ECU, de un negativo, en la misma bobina, y

una salida de alta tensión hacia la respectiva bujía.



Fig. 63. Diagrama eléctrico de la bobina del sistema DIS COP.


Fig. 64. Configuración eléctrica de la bobina.

Fuente:http://www.scribd.com/doc/162408474/DT-ESPEL-0958

En la fig. 64, el circuito primario se encuentra conectado a positivo de batería a través de

un switch o de un relé, después el sistema COP necesita de la información de un sensor

de posición hacia la computadora como referencia, para determinar el cilindro 1 en




tiempo de compresión. Para estos sistemas el sensor CMP es quien indica al computador

el punto muerto superior en el tiempo de compresión del cilindro número 1.

La ECU recibe esta señal para poder reconocer el cilindro número 1 y así poder

sincronizar el orden de encendido. Ya que la señal del CKP es utilizada por la

computadora exclusivamente para calcular los grados de avance. La siguiente fig. 65,

muestra las señales de ambos sensores, y que además deben coincidir cada 360° de

rotación del árbol de levas (720° de rotación del cigüeñal).

Fig. 65. Principio de funcionamiento.


A partir de este momento la ECU puede interrumpir la corriente en el primario de cada

bobina dependiendo del orden de encendido previamente memorizado. Y como se ha

demostrado esta interrupción de la corriente en el primario (etapa de potencia) puede

darse en el computador, módulo de encendido o en la misma bobina. Todo dependiendo

del tipo de bobina COP que se tenga, las cuales se explican a continuación.



1.6.2.5 Sistema de encendido DIS COP de bobina simple

Es la configuración más sencilla para este tipo de bobinas, la cual tiene únicamente dos

pines de conexión (positivo de contacto y cierre a masa). De un switch o relé proviene

un positivo de contacto hacia el bobinado primario y una masa a través de un transistor

de potencia dentro del módulo de control comandado por pulsos. El bobinado secundario

comparte positivo con el primario, por lo tanto cualquier descarga de secundario se va a

realizar buscando al final el electrodo de masa de la bujía como se indica en la fig. 66.

Fig. 66. Circuito de funcionamiento del sistema DIS COP de bobina simple.


1.6.2.6 Sistema de encendido DIS COP con transistor incorporado

Este tipo de bobinas incorpora un transistor en su cuerpo, de los mencionados

anteriormente en el sistema Chispa Perdida, por lo tanto el comando de ellas va a estar

dado por la ECU a través de pulsos, pero a diferencia de las bobinas Chispa Perdida

encontramos una bobina por cada cilindro, este tipo de bobinas cuenta con tres pines de

conexión. En la fig. 67, se indica el esquema eléctrico de esta bobina encontramos un

positivo, una masa y una señal que son los pulsos provenientes de la ECU hacia el

transistor.



Fig. 67. Circuito de funcionamiento del sistema DIS COP con transistor incorporado.


1.6.2.7 Sistema de encendido DIS COP con módulo incorporado

En los nuevos vehículos se tiene un tipo de bobina COP la cual contiene integrado un

módulo que genera una señal de retroalimentación en la ECU cada vez que se genera

una correcta inducción en el circuito primario de la bobina de encendido. Para esto se

dispone de un circuito especial que logra generar una señal hacia el computador cada

vez que éste coloque un pulso al transistor de potencia y ocurra correctamente la

inducción del circuito primario. Una característica de ella es que tiene 4 pines de

conexión.

Para analizar el funcionamiento de este tipo de bobinas, lo primero que se debe tener

muy claro es que la operación que tiene para generar la chispa es exactamente igual al

explicado en las bobinas con 3 cables (transistor incorporado). Lo único que las

diferencia es que la de 4 pines gracias a un circuito integrado, envía una señal al

computador cada vez que se genera una inducción en el circuito primario de la bobina.

En la fig. 68, se observa el módulo que incorpora cada una de las bobinas y su conexión

con la ECU.



Fig. 68. Circuito de funcionamiento del sistema DIS COP con modulo incorporado.




CAPITULO II

DISEÑO DEL BANCO DIDÁCTICO

2.1 Introducción

En el capítulo anterior fueron detallados el funcionamiento y las partes de los sistemas

de encendido electrónico Hall y DIS, en base a esto se presenta el recurso elegido de

acuerdo a los diseños y necesidades del banco didáctico de pruebas.

En el presente capítulo se desarrolla todo lo referente a los parámetros para definir el

banco, donde se analizará el dimensionado de la estructura, distribución de pesos de sus

elementos, materiales utilizados en la construcción del mismo así como el cálculo

analizado mediante software.

2.2 Criterios de diseño

Para empezar es necesario tener en cuenta que éste banco representará tres sistemas de

encendido que van a ir dispuestos independientemente, pero todos dependiendo de la

misma fuente de energía y software para el análisis de su funcionamiento. La estructura

tiene que resistir el peso de todos los elementos que conforman los diferentes sistemas

de encendido, brindar confiabilidad durante su funcionamiento, y al momento de realizar

mantenimiento se lo pueda efectuar fácilmente. Al ser un mecanismo didáctico, la

estética es fundamental en su diseño tomando en consideración la altura promedio para

el mismo así como el espacio longitudinal y transversal para su manipulación al

momento de realizar las simulaciones.


2.3 Características del modelo a construir

El dimensionado está relacionado con las necesidades del banco, es decir una estructura

con las medidas necesarias para facilitar y dar soporte a los sistemas antes mencionados.

En el dimensionamiento se toman consideraciones referentes a la seguridad, dado a que

es una plataforma para la experimentación de un proyecto en desarrollo y nos debe

brindar fiabilidad. La estética y la ergonomía son fundamentales en el modelo a

construir debido a que tiene que satisfacer las necesidades del usuario, otorgando

comodidad y además se toma en cuenta la altura promedio del hombre que en nuestro

medio es de 1.70 metros aproximadamente, con lo cual vamos a definir una altura

adecuada para que el banco de pruebas pueda ser manipulado por cualquier persona sin

importar su estatura. Al mismo tiempo se toma en consideración los materiales y la

disponibilidad de éstos en el mercado. Con estos parámetros se procedió a realizar un

diseño adecuado para obtener una estructura confiable.

2.4 Parámetros fundamentales para definir el banco

2.4.1 Dimensiones principales

En la tabla 2, se muestran básicamente las dimensiones, vistas y perspectivas de los

principales elementos diseñados y construidos.

Tabla 2. Dimensiones principales del banco

CARACTERÍSTICA DIMENSIONES (mm)

Profundidad total 450

Ancho total 1202

Altura total 18063


2.4.2 Distribución de pesos de los elementos del banco

En la tabla 3, detallada a continuación, se pueden observar los pesos significativos que

va a soportar el banco y agrupamientos (accesorios).

Tabla 3. Distribución aproximada de los pesos de elementos.

ELEMENTO CANTIDAD U. MASA T. MASA kg

Fuente de alimentación 1 10 10

Módulo de encendido. 1 1 1

Bobinas. 6 0.5 3

Distribuidor. 1 1 1

Ecu. 2 0.5 1

Motor eléctrico. 3 0.3 1

Madera. 1 8 8

Accesorios eléctricos y

equipamiento.

20 0.25 5

Peso Total: 30Kg

2.4.3 Materiales para la estructura

Los materiales utilizados para la construcción serán los más comunes en nuestro

mercado por la facilidad de compra. Para su ensamblaje se puso en práctica todos los

conocimientos adquiridos, tomado en cuenta las propiedades mecánicas.


2.4.3.1 Metal

El material utilizado es el Acero ASTM A 500 grado B, cuyas características se pueden

observar en el Anexo A, ya que es común encontrar en el mercado por sus propiedades

mecánicas, metalúrgicas, soldabilidad, accesibilidad y bajo costo. Por lo cual hace que

sea el más idóneo para la construcción de la estructura. El acero A500 se produce en una

amplia variedad de formas. Como se indica en la fig. 69.

Fig. 69. Acero ASTM A500.

Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-gs-img/a500-astm-tubo-cuadrado-para-el-prop-sito-estructural-

323388759.html

Los esfuerzos que pueden soportar este material se encuentran descritos en la tabla 4,:

Tabla 4. Distribución aproximada de los esfuerzos de elementos.

PROPIEDAD VALOR(MPa)

Límite de tensión. 400

Límite de fluencia (Sy). 315

Limite elástico. 290

http://spanish.alibaba.com/product-gs-img/a500-astm-tubo-cuadrado-para-el-prop-sito-estructural-323388759.html

http://spanish.alibaba.com/product-gs-img/a500-astm-tubo-cuadrado-para-el-prop-sito-estructural-323388759.html


2.4.3.2 Madera

Se utiliza la madera paralela, por ser las más comunes en el mercado se utiliza el plywood. Están

fabricados con un número impar de chapas de madera colocadas una sobre otra de manera que formen

un ángulo recto entre las fibras de dos capas adyacentes para hacerlas resistentes y reducir el peso de la

misma. Las dimensiones en las que se pueden encontrar son: 1,22 X 2,44 metros (4 x 8 pies). En la fig.

70 se observa los tableros en los que se instalarán los diferentes componentes de cada uno de los sistemas

de encendido.

Fig. 70. Tableros.

Fuente: http://www.bubblews.com/news/2058175-plywood

Los espesores de la madera expresados en milímetros son los siguientes: 4 - 5 - 6 - 9 - 12 - 15 - 18 - 25 –

30. Al servir como soporte de diferentes componentes de los sistemas estará sometido a movimiento, por

lo tanto se utilizan planchas de 18 mm de espesor ya que son las más adecuadas y su grosor proporciona

mayor seguridad para el montaje de los elementos que intervienen en los sistemas de encendido.

2.5 Estructura

Se diseña un tipo de estructura que ofrezca una resistencia adecuada. Uno de los

principales criterios tomados en cuenta para el diseño, fue la facilidad del montaje de los

mecanismos y los esfuerzos a los que estará sometido. La estructura debe satisfacer las

siguientes funciones:

http://www.bubblews.com/news/2058175-plywood


Brindar un buen factor de seguridad.

Facilitar la instalación de cada uno de los sistemas de encendido.

Otorgar estabilidad.

2.6 Diseño de la estructura y selección del tubo

Se ha elegido montar en un bastidor con perfil metálico cuadrado de 25mm por 1,5mm

de espesor debido al cálculo de la sección de inercia del perfil tubular (Sxx). En la fig.

71, se indica el diseño de la estructura con todos los elementos principales que

conforman el banco didáctico. Este perfil se escogió para garantizar que la estructura

resista el peso de los elementos, como: el motor eléctrico, bobinas, computadoras, fuente

de alimentación, plywood, accesorios eléctricos, módulo de encendido y distribuidor.

Fig. 71. Estructura del banco.

Fuente: Autores.


2.7 Cálculos

2.7.1 Cálculo de la estructura del banco14

El bastidor se diseña en tubo de sección cuadrada, se analiza como una viga

simplemente apoyada donde las cargas de diseño que van sobre la estructura son las

siguientes: peso del motor eléctrico, tableros, accesorios eléctricos, módulo de

encendido, bobina, distribuidor, computadoras y el peso propio de la estructura. Se

considera como carga vertical distribuida “DCL” (fig. 72).

𝑤 =Wd

𝐿 ( 2.1)

Dónde:

w = Carga total distribuida (N/m).

Wd = Carga de diseño puntual (68kg peso estructura + 30 kg peso

componentes = 98kg) = 961,38N

L = Longitud entre apoyos (1,2m)

𝑤 =961,38 𝑁

1,2𝑚 = 801,15

𝑁

𝑚

Se determinan el diagrama de fuerzas cortantes (fig. 73) y el diagrama de momentos

(fig. 74).

14 LUQUE, Pablo; Ingeniería del Automóvil, Sistemas y comportamiento Dinámico. Ed Thomson España

2004


Fig. 72. Diagrama del Cuerpo Libre.

Fuente: Autores.

Fig. 73. Diagrama de Fuerza Cortante (N).

Fuente: Autores.

Fig. 74. Diagrama de Momento Flector (N.m).

Fuente: Autores.

Momento máximo del bastidor es de: Mmáx = 144,25 N.m

Para el cálculo del esfuerzo máximo se utiliza la siguiente ecuación:

𝜎𝑚á𝑥 =𝑀𝑚á𝑥

𝑆𝑥𝑥 ( 2.2)

Características del Acero Estructural ASTM A 500 Grado B (Anexo A-1).

Límite de tensión = 400 MPa.


Límite de fluencia (Sy) = 315 MPa.

Límite elástico = 290 MPa.

𝜎𝑚á𝑥 =𝑆𝑦

𝑛 (2.3)

Manejando un valor tentativo del factor de seguridad n = 2, se calcula el esfuerzo

máximo que soportará el material y se determina el tipo de perfil a utilizar.

𝜎𝑚á𝑥 =𝑆𝑦

𝑛=

315

2 = 157,5 𝑀𝑃𝑎

Cálculo de la sección de inercia de un perfil tubular (Sxx).

𝑆𝑥𝑥 ≥𝑀𝑚á𝑥

𝜎𝑚á𝑥 (2.4)

𝑆𝑥𝑥 ≥144,25

157,5 = 0,91 𝑐𝑚³

En el catálogo de perfiles (Anexo A-1), se selecciona el perfil adecuado que tenga un

valor mayor al calculado. Es el tubo estructural cuadrado 25x1,5 mm con Sxx= 0,97cm3.

𝜎𝑚á𝑥 =144,25 𝑁. 𝑚

9,7𝑥10¯⁷𝑚³= 148,7 𝑀𝑃𝑎

Ahora se despeja el factor de seguridad n de la ecuación 2.3

𝑛 =𝑆𝑦

𝜎𝑚á𝑥=

315 𝑀𝑃𝑎

148,7 𝑀𝑃𝑎 = 2,12

El factor de seguridad calculado, determinó que el perfil es el adecuado para soportar el

esfuerzo máximo.


2.7.2 Dimensionado de la estructura en software SOLIDWORKS

2.7.2.1 Trazo de elementos plano 3D

En esta etapa se empieza a trazar todas las medidas de la estructura, dibujando en tres

planos, a continuación se presentan las medidas reales (fig. 75). Se debe analizar la

correcta unión entre vértices de los elementos, basándose en un plano de referencia “Pre

diseño”.

Fig. 75. Medidas de la estructura en 3D.

Fuente: Autores.

2.7.2.2 Miembro estructural

Se elige el perfil adecuado para la estructura, como se indica en las figuras 76a y 76b

respectivamente, por sus diferentes características como: la dimensión, espesor, peso y

las propiedades mecánicas. Además facilita la visualización de un esquema en tres


dimensiones y se aprovecha la flexibilidad del programa, para poder realizar el rediseño,

dando como resultado un modelo real para su análisis.

Fig. 76a. Modelo de la estructuras.

Fuente: Autores.

Fig. 76b. Tipo de perfil.

Fuente: Autores.


En la fig. 77, escogemos el tipo de material que se va utilizar.

Fig. 77. Propiedades del material en el programa.

Fuente: Autores.

2.7.2.3 Peso estimado de la estructura según el programa CAD

Una vez generado el diseño completo, se puede verificar el peso total que se utiliza en la

estructura el acero ASTM A500 Grado B, el tipo de perfil y peso total del banco 68kg.

2.7.2.4 Simulación de la estructura tubular

El software SolidWorks analiza al diseño de la estructura y da a conocer de forma exacta

las deformaciones, el esfuerzo cortante máximo y el factor de seguridad. Con estos datos

se puede identificar el perfil que soportará más carga. El esfuerzo máximo debe ser

menor al calculado.


a. Verificación estado de juntas

Antes de comenzar con la simulación se procede a verificar que todas las juntas estén

correctamente unidas. En todos los vértices debe estar de un solo color (rosado), como

se indica en la fig. 78, para continuar con el cálculo. Si se visualiza un color diferente se

debe a que no está unido y no es posible continuar con el análisis. El color verde nos indica

que son los apoyos de la estructura.

Fig. 78. Estado de juntas.

Fuente: Autores.

b. Ubicación de cargas verticales

A continuación se distribuye el peso de cada uno de los elementos que soportará la

estructura y se ubican en la respectiva viga para el análisis, tabla 3. La ubicación de las

cargas se coloca según el diseño del banco, fig. 79.


Fig. 79. Carga verticales sobre el banco.

Fuente: Autores.

c. Análisis con cargas verticales

A continuación, se observa el esfuerzo máximo que soportará la estructura cuando se

aplica una carga vertical distribuida de 961,38N (fig. 80). Como resultado se ha

obteniendo un valor del esfuerzo máximo de 147,94 MPa.

Fig. 80. Resultado del esfuerzo máximo.

Fuente: Autores.


El diagrama de color rojo es el más crítico y por tanto se elige el tipo de perfil. En la fig.

81, se muestra el resultado del esfuerzo cortante.

Fig. 81. Resultado del esfuerzo cortante.

Fuente: Autores.

El resultado del factor de seguridad mínimo es de 2,15 lo que indica que la estructura

está bien diseñada y puede soportar el peso. En dicho cálculo se aplica la teoría de Von

Misses, lo que se puede visualizar en la fig. 82.

Fig. 82. Factor de seguridad.

Fuente: Autores.


2.8 Diseño del tablero para cada sistema de encendido

En la parte superior se coloca un tablero, que se divide en tres secciones para cada uno de los

sistemas de encendido. La ubicación será de forma descendente colocándose en la parte superior el

sistema de encendido Hall, después el sistema de encendido DIS COP y por último el sistema de

encendido de DIS chispa perdida. Como se muestra en la fig. 83.

Sistema Hall

Sistema DIS COP

Sistema DIS chispa perdida.

Fig. 83. Ubicación de los sistemas.

Fuente: Autores.

2.8.1 Sistema de encendido Hall

Para este sistema se realiza el diseño del tablero tanto de la parte eléctrica como se indica en la fig.

84, así como también de la disposición de los diferentes componentes de este sistema de encendido

mostrada en la fig. 85.

Para el diseño eléctrico del tablero se parte desde la fuente de alimentación que es la batería,

pasando por un switch de encendido, el cual permite o corta la alimentación al circuito, la misma

que llega hasta el módulo de generación de los impulsos, para ello toma la señal desde un generador

de pulsos que se encuentra montado en el interior del distribuidor, los impulsos generados por el

módulo son enviados hacia la bobina de encendido para la generación del alto voltaje que es

transmitido al distribuidor por medio de un cable de alto voltaje para ser dirigido a las bujías por

medio de cables de los diferentes cilindros.

1

2

3


Fig. 84. Circuito eléctrico del sistema Hall.

Fuente: Autores.

Fig. 85. Diagrama de elementos del sistema Hall.

Fuente: Autores.

2.8.2 Sistema de encendido DIS

2.8.2.1 Chispa Perdida

En el diseño del tablero para este sistema se ha tomado en cuenta diferentes elementos que se

requieren para el funcionamiento y facilidad para su manipulación. Al igual que el anterior sistema

se realiza el diseño de la parte eléctrica y ubicación física de los componentes que se muestran en las

figuras 86 y 87 respectivamente.


Fig. 86. Circuito eléctrico del sistema de Chispa Perdida.

Fuente: Autores.

Fig. 87. Diagrama de elementos del sistema Chispa Perdida

Fuente: Autores.


2.8.2.2 DIS COP

El diseño del circuito eléctrico de este sistema se lo realiza para un solo cilindro, la señal de

comando del salto de la chispa es generada por la ECU y es la misma que se encarga de comandar

para los diferentes cilindros dependiendo del número de cilindros que posee el motor, en nuestro

caso es para cuatro cilindros. fig. 88.

Fig. 88. Circuito eléctrico del sistema Dis Cop.

Fuente: Autores

En la siguiente fig. 89 se indica el diagrama de los elementos que forman parte en el sistema Dis

Cop.

Fig. 89. Diagrama de elementos del sistema Dis Cop.

Fuente: Autores.


CAPÍTULO III

CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DIDÁCTICO

En el presente capítulo se realiza la construcción del banco didáctico de pruebas de

acuerdo al diseño establecido en el capítulo anterior. Se desarrolla la descripción del

proceso de construcción y posibles cambios que se puedan efectuar para mejorar el

diseño, así cumpliendo con el propósito conforme al desarrollo del proyecto.

3.1 Proceso de construcción

Se establecen los procesos y materiales que van a ser utilizados en la construcción del

banco didáctico de acuerdo a los parámetros y diseño establecidos. Se realiza un

diagrama de flujo donde se representa las diferentes fases que intervienen en el proceso.

3.1.1 Diagrama de flujo

El diagrama de flujo representa gráficamente la esquematización de las diferentes etapas

de trabajo que se presentan en la construcción del banco didáctico, empezando por la

adquisición de materiales hasta llegar finalmente al funcionamiento del mismo. A

continuación en la fig. 90, se indica el esquema establecido con los pasos a seguir.


Fig. 90. Fases de construcción del banco didáctico.

Fuente: Autores.


3.1.2 Faces de construcción

Las fases de trabajo que se utilizaron para la construcción del banco didáctico de

pruebas es un proceso básico y de mucha importancia, a continuación se detallan las

etapas realizadas.

Trazado del tubo.

Corte del tubo mediante aserrado.

Preparación de aristas de los tubos para soldar.

Soldadura.

Trazado de los tableros.

Corte de los tableros.

Proceso de preparación y pintado.

Pulido.

3.1.2.1 Trazado del tubo

Aquí se efectúa la señalización o marcado de las líneas por donde se ejecuta el corte del

tubo o perfiles, ya sea que se utilice una sierra manual o eléctrica. Se debe tener

precaución al trazar la medida, el pedazo de material que desprende la sierra al efectuar

el corte, de tal manera que al obtener el tubo cortado éste debe tener las mismas medidas

que las establecidas en el diseño. En la fig. 91, se puede observar el trazado de las

medidas en el tubo.


Fig. 91. Trazado de medidas.

Fuente: Autores.

3.1.2.2 Corte del tubo

Posteriormente de marcar las medidas correspondientes, se procede a realizar el corte de

los tubos para ser soldados. El método utilizado es el aserrado manual, debido a que

brinda una mejor facilidad en la ejecución del corte. En la fig. 92, se puede apreciar el

corte realizado con sierra manual.

Fig. 92. Corte manual con arco de sierra.

Fuente: Autores.

3.1.2.3 Preparación de los tubos antes de soldar

Una vez realizado el corte de los tubos con la medida apropiada, se realiza un perfilado

para que se acoplen de forma adecuada y tomen la forma exacta con relación al otro tubo


a soldar, de manera que no se forme un exceso de soldadura. Los tipos de perfilados

utilizados en las uniones en tubos cuadrados se muestran en la tabla 4.

Tabla 4. Tipos de bordes en tubo cuadrado.

3.1.2.4 Soldadura de la estructura

El proceso de soldadura de la estructura elegida para la construcción, es la

semiautomática M.I.G. (Metal Inerte Gas); consiste en una soldadura al arco, la fusión se

produce por calentamiento con un arco entre un electrodo de hilo de metal de aporte

continuo y la pieza, donde la protección del arco se obtiene de un gas inerte, es

semiautomático debido que el arrastre de la pistola de soldadura se realiza manualmente

(fig. 93). Posee ventajas de no dejar escoria, mayor penetración en los materiales, cordón

Tipo de borde Imagen Ensamble

CORTE RECTO

O ESCUADRA

CORTE EN

ANGULO


con buen acabado superficial y de fácil aplicación. El tipo de gas utilizado en la suelda

MIG es el dióxido de carbono (CO2) con un espesor de hilo 0.9.

Fig. 93. Soldadura de la estructura.

Fuente: Autores.

3.1.2.5 Trazado de los tableros

Este proceso es similar al proceso donde se efectúa el marcado de los tubos o perfiles, se

traza las líneas por donde se realiza el corte de los tableros de madera con la ayuda de

una sierra manual. De igual manera que en el caso del trazado del tubo, se debe tener la

precaución del pedazo de material que se desprende por la acción de la herramienta que

realiza el corte para mantener las medidas establecidas en el diseño previo. En la fig. 94,

se observa el trazado del tablero.

Fig. 94. Trazado de medidas.

Fuente: Autores.


3.1.2.6 Corte de los tableros

Luego de haberse realizado la marcación de las medidas en los tableros, se realiza el

corte correspondiente para su montaje en la estructura. En este paso se utilizó una sierra

manual, dado que esta herramienta ofrece mayor facilidad en su manejo. Estos tableros

serán montados en la estructura por medio de pernos, por lo que su corte debe ser

preciso. En la fig. 95, podemos observar el aserrado manual.

Fig. 95. Corte del tablero.

Fuente: Autores.

3.1.2.7 Pintado de la estructura

Finalmente con el banco terminado se procede al pintado. La pintura que se utiliza es en

poliuretano, ésta necesita diluyente y catalizador, se obtiene un acabado brillante y de

amplia duración; su aplicación es fácil debido que se utiliza una pistola con aire a

presión. Su uso puede ser en diferentes materiales como acero, plástico y metales

galvanizados utilizados en la estructura. Previo al pintado se debe lijar, limpiar y aplicar

un fondo adherente. En la fig. 96, podemos observar la estructura lista para el montaje

de los elementos de los distintos sistemas de encendido electrónicos.


Fig. 96. Estructura finalizada.

Fuente: Autores.

3.2 Construcción y montaje de elementos

3.2.1 Construcción de elementos

3.2.1.1 Construcción de la Rueda Fónica

La rueda fónica es fundamental para el funcionamiento del sistema de encendido

electrónico DIS, ya que ésta recibe el movimiento que genera el motor eléctrico por

medio de una banda elástica adaptada en su parte posterior y proporciona la señal

requerida por el sensor CMP, ya que cuenta con cuatro dentajes que simulan la señal del

P.M.S. de los cuatro cilindros de un motor. En las figuras 97 y 98 observamos la rueda

fónica construida.


Fig. 97. Rueda Fónica (vista frontal). Fig.98. Rueda Fónica (vista lateral).

Fuente: Autores.

3.2.1.2 Construcción de Visores

Estos elementos tienen la finalidad de ayudarnos a visualizar el salto de chispa generada

en las bujías de acuerdo al orden de encendido. Estos elementos están conformados de

un perfil de material aluminio, en su parte superior cuenta con 4 agujeros que se

encuentran de manera equidistante para el montaje de las bujías y un vidrio polarizado

de 4 líneas para visualizar el salto de la chispa que se genera en los electrodos de las

bujías. A continuación, en la fig. 99, se puede observar el visor polarizado listo para su

montaje.

Fig. 99. Visor polarizado.

Fuente: Autores.


3.2.1.3 Construcción de un piñón para el motor eléctrico

Este piñón es de grilon, dado que este material tiene propiedades altamente resistentes a

la fricción y su proceso de mecanización es más fácil que la de un metal. La razón de la

utilización de este material también tiene mucho que ver que su peso es mucho más

ligero que el acero generalmente utilizado en piñones y no generará demasiada carga en

el eje del motor eléctrico en su giro. En la fig. 100 observamos el montaje del piñón en

el motor eléctrico.

Fig. 100. Motor eléctrico con piñón adaptado.

Fuente: Los autores.

Este piñón también fue adaptado en el eje del distribuidor para que éste reciba el

movimiento proveniente del motor eléctrico. Véase en la fig. 101.

Fig. 101. Motor eléctrico acoplado al piñón del distribuidor.

Fuente: Autores.


3.2.2 Montaje de elementos en el banco de pruebas

3.2.2.1 Montaje de la fuente de energía (Batería)

La batería se encuentra ubicada en la parte inferior de la estructura con respecto al

tablero. El montaje se realizó utilizando una base de madera sujeta por medio de pernos

a la estructura, para evitar que la batería se mueva y a su vez se descargue. En la fig. 102

se observa el montaje de la batería.

Fig. 102. Montaje de la Fuente de Energía (Batería).

Fuente: Autores.

Una vez montada la fuente de energía, se fijó el circuito de la fuente, él mismo que

alimenta a las bobinas y otros componentes, fig. 103.

Fig. 103. Circuito de la Fuente de Energía.

Fuente: Autores.


3.2.2.2 Montaje del Módulo de Encendido

Para el montaje del módulo de encendido de los sistemas DIS chispa perdida y COP, se

utilizaron las bases originales de cada módulo con la ayuda de dos pernos con los cuales

se realiza la fijación al tablero del banco de pruebas. En la fig. 104, se puede observar el

montaje de los dos módulos.

Fig. 104. Montaje de los Módulos de Encendido.

Fuente: Autores.

3.2.2.3 Montaje del Distribuidor electrónico de encendido

Este distribuidor electrónico cumple la misma función del módulo de encendido de los

sistemas de encendido mencionados anteriormente, este elemento está sujeto al tablero

por medio de pernos que garantizan su montaje dado que éste se encuentra sometido a

un movimiento rotativo y engranado al motor eléctrico. A continuación podemos

observar en la fig. 105 su montaje.


Fig. 105. Montaje del Distribuidor de Encendido.

Fuente: Autores.

3.2.2.4 Montaje de las Bobinas de Encendido

Las bobinas de encendido están montadas en el tablero del banco didáctico de acuerdo al

sistema al cual corresponden cada una, para su montaje se utilizaron abrazaderas

metálicas de acuerdo a su diámetro dado a que su forma no da la facilidad para que estas

sean fijadas con pernos como van montadas en el vehículo. En la fig. 106, se puede

observar el montaje de las bobinas de encendido.

Fig. 106. Montaje de las Bobinas de Encendido.

Fuente: Autores.


El montaje de la bobina de encendido para el sistema Hall se realizó por medio de una

abrazadera metálica para su fijación en el tablero del banco didáctico. A continuación en

la fig. 107, se puede observar la bobina ubicada en el tablero.

Fig. 107. Montaje de la Bobina de Encendido Sistema Hall.

Fuente: Autores.

3.2.2.5 Montaje de Cables y Bujías de Encendido

Una vez realizado el montaje de las bobinas de encendido los sistemas de encendido DIS

respectivamente, la ubicación y montaje de las bujías se realizó de acuerdo a la

ubicación de dichos elementos. Cabe mencionar que las bujías van alojadas en el visor

polarizado. A continuación se puede observar el montaje de las bujías de encendido en la

fig. 108.


Fig. 108. Montaje de las Bujías de Encendido.

Fuente: Autores.

Los cables de encendido se utilizaron para el sistema de encendido Hall y DIS Chispa

Pérdida, dado a que el sistema DIS COP mencionados anteriormente no requiere de

estos elementos. Estos cables fueron montados de acuerdo a la ubicación del distribuidor

electrónico de encendido, fig. 109, montajes de los cables de encendido.

Fig. 109. Montaje de los Cables de Encendido.

Fuente: Autores.

3.2.2.6 Montaje del Switch de encendido

Se realizó la instalación de tres switch de encendido ya que cada sistema de encendido

cuenta con alimentación de voltaje individual para todos los circuitos instalados. En la

figuras 110 y 111 se puede observar el montaje e instalación de dichos elementos.


Fig. 110. Montaje de los Switch de Encendido. Fig. 111. Conexionado de los Switch de Encendido.

Fuente: Autores.

3.2.2.7 Montaje de la Rueda Fónica

Para su montaje en el tablero del banco didáctico de pruebas se utilizó un buje de grilon,

ya que este material es resistente a la fricción que genera la rueda fónica al momento de

girar. En la fig. 112, se puede observar el montaje realizado de la rueda fónica y el

sensor de posición del árbol de levas.

Fig. 112. Montaje de la Rueda Fónica y el sensor CMP.

Fuente: Autores.

La transmisión de movimiento entre el motor eléctrico y la rueda fónica se realiza por

medio de una banda elástica. En la fig. 113, se observa dicha transmisión.


Fig. 113. Transmisión de movimiento entre el motor eléctrico y la rueda fónica.

Fuente: Autores.

3.3 Tipos de señal para los Sistemas de Encendido Electrónicos

3.3.1 Alimentación de 12V

Los sistemas de encendido electrónicos Hall y DIS poseen una alimentación de 12V

provenientes de la batería. Estos 12V alimentan de manera directa a las bobinas de los

sistemas.

3.3.2 Señal del módulo de encendido para sistema DIS COP

Esta señal se genera por parte del módulo de control de encendido, a su vez analiza e

interpreta la señal proveniente del sensor de posición del árbol de levas (PCM) y las

utiliza para controlar la sincronización de la chispa, la longitud y a veces la intensidad

mediante la apertura y cierre de la bobina de encendido del circuito de masa. Estos

pulsos que recibe el sistema de encendido es una señal de 5V. Esta señal es interpretada

por el módulo de encendido y transmitida a cada bobina por medio de cuatro cables para

obtener el salto preciso de la chispa a cada uno de los cilindros del motor

respectivamente cuyo orden será de acuerdo al orden de encendido que para nuestro caso

será 1-3-4-2. El salto de la chispa será secuencial ya que este sistema de encendido lleva

bobinas individuales.


3.3.3 Señal del módulo de encendido para sistema DIS Chispa perdida

Este sistema al igual que el sistema anterior, también es comandado por el módulo de

control de encendido, el mismo analiza la señal proveniente del sensor de posición del

árbol de levas (ECU) para producir el adelantamiento o retraso al salto de la chispa en

las bujías en el encendido. Este sistema también recibe un voltaje de 5V. Esta señal es

enviada a las bobinas por medio de dos cables que reparten la señal para la bobina A y

para la bobina B activándose simultáneamente generando por cada bobina el salto de la

chispa en dos bujías.


CAPITULO IV

FUNCIONAMIENTO, COMPROBACIÓN Y VERIFICACIÓN DEL SISTEMA

DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO

4.1 Funcionamiento del Banco de Pruebas

El banco didáctico cuenta con una batería de 12V de corriente continua, para energizar

todos los sistemas de encendido y una corriente alterna de 110V, para el funcionamiento

de los motores eléctricos y del módulo de control.

4.1.1 Sistema Hall

El procedimiento a utilizarse en el banco de pruebas es el siguiente:

Paso 1.- Ubicar la llave en el switch de encendido y giramos hasta la posición ignición,

fig. 114.

Fig. 114. Switch accionado.

Fuente: Autores.

Paso 2.- Se encenderá una luz testigo indicándonos que el sistema ha sido energizado y

listo para su funcionamiento, fig. 115.


Fig. 115. Luz testigo.

Fuente: Autores

Paso 3.- Accionamos la palanca del acelerador de izquierda a derecha para obtener

mayor velocidad de giro en el piñón del distribuidor, fig. 116.

Fig. 116. Accionamiento de la palanca del acelerador.

Fuente: Autores

Paso 4.- Se accionará el distribuidor con módulo de encendido integrado, el cual hace

que se produzca la alta tensión en la bobina y ésta sea distribuida según el orden de

encendido por medio de los cables de las bujías hacia las mismas, fig. 117.


Fig. 117. Accionamiento del distribuidor

Fuente: Autores.

Paso 5.- Saltará la chispa de las bujías en el visor polarizado, fig. 118.

Fig. 118. Encendido de las Bujías.

Fuente: Autores.

4.1.2 Sistema DIS COP


fig. 119.


Fuente: Autores.





Fuente: Autores.


mayor velocidad de giro en la rueda fónica, fig. 121.


Fuente: Autores.

Paso 4.- Accionara a la rueda fónica y calibraremos manualmente el sensor CMP, fig.

122.

Fig. 122. Accionamiento Rueda fónica

Fuente: Autores.


Paso 5.- La señal recibida por la ECU proveniente del sensor CMP, genera una señal

hacia las bobinas independientes del sistema, las mismas que accionan a las bujías y se

realiza el salto de las chispas en el visor polarizado, fig. 123.

Fig. 123. Encendido en las bujías.

Fuente: Autores.

4.1.3 Sistema DIS Chispa Perdida


fig. 124.


Fuente: Autores.





Fuente: Autores.


mayor velocidad de giro en la rueda fónica, fig. 126.


Fuente: Autores.

Paso 4.- Accionara a la rueda fónica y calibraremos manualmente el sensor CMP, fig.

127.

Fig. 127. Accionamiento Rueda fónica

Fuente: Autores.


Paso 5.- La señal recibida por la ECU proveniente del sensor CMP, genera una señal

hacia las bobinas simultáneas del sistema, las mismas que accionan a las bujías y se

realiza el salto de las chispas en el visor polarizado, fig. 128.

Fig. 128. Encendido en las bujías.

Fuente: Autores.

4.2 Señal del sensor

Tiene un papel muy importante en el encendido ya que en base a la información de este

responderá la computadora convirtiendo la señal en información para el salto de la

chispa.

El sensor CMP es el encargado de dar la posición del pistón número 1 en el tiempo de

compresión y así saber cuándo y en qué momento producir la chispa.

Existen otros sensores como el ECT, MAP, MAF, TPS sirven para darnos información

de cómo el motor está trabajando y así poder producir el adelanto o retraso del

encendido.


4.3 Equipo de medición

4.3.1 Multímetro

Sirve para obtener datos de resistencia, voltaje y amperaje que se dan tanto en los

sensores como en las bobinas, y además de esto se lo ha utilizado para el ensamblaje y

comprobación de los circuitos de la ECU y de la fuente.

Prueba de señal del sensor.

Prueba de salida alimentación.

Prueba de tierra.

Prueba de entrada de alimentación a las bobina.

Prueba de señal.

Prueba de activación de bobinas.

4.3.1.1 Comprobación de voltaje del circuito de alimentación

Se tomará los datos con el multímetro desde la masa y la entrada de voltaje dando una

medición de 12.26 V. como se indica en la fig. 129.

Fig. 129. Comprobación de voltaje.

Fuente: Autores.


4.3.1.2 Comprobación de masa del circuito de alimentación

En la fig. 130, se observa la punta negra del multímetro haciendo masa en una parte

metálica del banco y la punta roja en el conector que sale del positivo de la batería, el

valor medido es 12.21V.

Fig. 130. Comprobación masa circuito alimentación.

Fuente: Autores.

4.3.1.3 Comprobación de voltaje del circuito de alimentación de la ECU

La medición se realiza con el switch en ignición, hacemos masa con una punta del

multímetro y con la otra buscamos el pin que nos indique la alimentación. Como se

observa en la fig. 131, el valor tomado es de 12.22V.

Fig. 131. Comprobación de voltaje de ECU.

Fuente: Autores.


4.3.1.4 Comprobación de masa del circuito de alimentación de la ECU

Este valor es de 12.04V., la medición se realiza en el circuito haciendo masa y

buscamos el pin de alimentación como se indica en la fig. 132, con el switch en ignición.

Fig. 132. Comprobación de masa de ECU.

Fuente: Autores.

4.3.1.5 Comprobación de los cables de señal, alimentación y masa sistema Hall

Café: Alimentación

Verde: Masa

Con el switch en ignición, una de las puntas del multímetro en masa y la otra en la

alimentación, nos entrega un voltaje de 12.15V., como nos indica la fig. 133.

Fig. 133. Comprobación señal alimentación y masa Sistema Hall.

Fuente: Autores.


Verificamos el voltaje de alimentación en la bobina sistema Hall. Como se indica en la

fig. 134, esta medición se realiza con los cables masa y alimentación dando el valor de

12,14V.

Fig. 134. Comprobación señal alimentación bobina Sistema Hall.

Fuente: Autores.

Comprobamos el voltaje de señal en la bobina sistema Hall. La medición se realiza

haciendo masa y la señal (azul) dando el valor 12,13V.como se indica en la fig. 135.

Fig. 135. Comprobación señal voltaje bobina Sistema Hall.

Fuente: Autores.


Verificamos la resistencia en la bobina sistema Hall.

Circuito Primario 3.7 kΩ. Circuito Secundario 8.8 kΩ.

Fig. 136. Comprobación Primario bobina S. Hall. Fig. 137. Comprobación Secundario bobina S. Hall.

Fuente: Autores.

Comprobamos la resistencia en los cables de dominio sistema Hall. Se realiza con el

equipo apagado, colocamos las puntas del multímetro en los orificios de los cables como

se indica en la fig. 138, y la resistencia varía de acuerdo a la longitud de cada uno, lo

cual describimos a continuación:

Cable bobina: 12.01 KΩ

Cable 1: 15,20 KΩ.

Cable 2: 16,40 KΩ.

Cable 3: 16,64 KΩ.

Cable 4: 15,14 KΩ.


Fig. 138. Comprobación resistencia cables bobina Sistema. Hall.

Fuente: Los Autores.

4.3.1.6 Comprobación de los cables de señal, alimentación y masa bobinas sistema

DIS COP

Como se indica en la siguiente fig. 139.

Negro - Blanco: Alimentación (12.15V) (1)

Negro - Naranja: Masa. (2)

Café - Amarillo: Señal. (1.0AC) (3) .

Fig. 139. Comprobación socket bobina Sistema. DIS COP.

Fuente: Autores.


Comprobamos de voltaje alimentación en las bobinas sistema DIS COP. Esta medición

se realiza con el switch en ignición, con los cables del multímetro en masa (Negro-

Naranja) y en alimentación (Negro- Blanco), dando un valor de 12,09V., como se ve en

la fig. 140.

Fig. 140. Comprobación voltaje alimentación Sistema. DIS COP.

Fuente: Autores.

Verificamos el voltaje de señales en las bobinas sistema DIS COP. Como se ve en la

fig. 141, la medición se realiza con los cables del multímetro en masa y señal (Café-

Amarillo), dando el valor de 1.0 AC.

Fig. 141. Comprobación voltaje señales Sistema. DIS COP.

Fuente: Autores.


Comprobamos el voltaje de señal y alimentación en las bobinas sistema DIS COP en

funcionamiento. Esta verificación se realiza con las bobinas en funcionamiento, la

medición se efectúa entre la masa (Negro-Naranja) y señal (Café-Amarillo), nos da una

marcación de 0.14V a 700 RPM y una marcación de 0.16V a 3700 RPM., fig. 142.

Fig. 142. Comprobación señal bobinas Sistema. DIS COP.

Fuente: Autores.

La medición del voltaje de alimentación se efectúa entre la masa (Negro-Naranja) y

alimentación (Negro- Blanco) nos da una marcación de 11.78V a 700 RPM y 3700

RPM., fig. 143.

Fig. 143. Comprobación alimentación bobinas Sistema. DIS COP.

Fuente: Autores.


4.3.1.7 Comprobación de los cables de señal, alimentación y masa de las bobinas

sistemas DIS CHISPA PERDIDA

Se determinó con el multímetro lo siguiente como se muestra en la fig. 144:

Negro Blanco: Alimentación (1).

Negro Naranja: Señal (2).

Café Negro: Masa (3).

Fig. 144. Comprobación socket bobinas Sistema DIS Chispa Perdida.

Fuente: Autores.

Comprobamos el voltaje de alimentación en las bobinas sistemas DIS CHISPA

PERDIDA. Esta medición se realiza con los cables del multímetro en masa y

alimentación (Negro Blanco), dando el valor de 12,26V., como se ve en la fig. 145.


Fig. 145. Comprobación voltaje alimentación bobinas Sistema DIS Chispa Perdida.

Fuente: Autores.

Comprobamos el voltaje de señal en las bobinas sistemas DIS CHISPA PERDIDA. Se

lo realiza con el switch en ‘‘OFF’’. La medición se realiza con los cables masa (Café

Negro) señal (Negro Naranja) dando el valor 13.36V.Como se indica en la fig. 146.

Fig. 146. Comprobación voltaje señal bobinas Sistema DIS Chispa Perdida.

Fuente: Autores.

Comprobamos el voltaje de señal y alimentación en las bobinas sistema DIS CHISPA

PERDIDA en funcionamiento. Esta verificación se realiza con las bobinas en

funcionamiento, la medición se efectúa entre la masa (Café-Negro) y señal (Negro-

Naranja) nos da una marcación de 0.34V a 700 RPM y una marcación de 0.56V a 3700

RPM., fig. 147.


Fig. 147. Comprobación señal bobinas Sistema DIS Chispa Perdida.

Fuente: Autores.

La medición del voltaje de alimentación se efectúa entre la masa (Café-Negro) y

alimentación (Negro- Blanco) nos da una marcación de 11.78V a 700 RPM y 3700 RPM

igual que el sistema DIS COP.

Comprobamos la resistencia en los cables de dominio sistemas DIS CHISPA PÉRDIDA.

Se la realiza con el switch en ‘‘OFF’’, colocamos las puntas del multímetro en los

orificios de los cables y la resistencia varía de acuerdo a la longitud de cada uno lo cual

describimos a continuación. Como se indica en la fig. 148.

Cable 1: 1,50 KΩ.

Cable 2: 0,89 KΩ.

Fig. 148. Comprobación resistencia cables Sistema DIS Chispa Perdida.

Fuente: Autores.


4.4 Software generador de señales, desde un pc transferidas por cable USB hasta el

banco didáctico

4.4.1 Python

Fig. 149. Logo de Python.

Fuente: Autores.

Para el desarrollo de este simulador se utilizó varias herramientas que complementaron

este proyecto. Se buscaron varias plataformas capaces de generar interfaces gráficas de

usuario, varias de ellas fueron, Java Netbeans, Visual Basic, Python, Java Eclipse entre

otras. De todas estas herramientas se eligió Python, ya que es una herramienta

multiplataforma, es decir que se puede usar en varios de los sistemas computacionales

existentes, como Windows, Linux y Mac. Otra de las características de Python es que su

lenguaje de programación es muy sencillo y fácil de utilizar, ya que brinda al usuario la

posibilidad de implementar funciones como botones, etiquetas, cuadros de texto entre

otras con pocas líneas de código. Una de las mayores ventajas es que la plataforma es

open source, es decir que es de utilización libre, de esta manera muchos de los

programadores en el mundo pueden donar su código, generando así muchas librerías que

el resto de usuarios a nivel mundial puede utilizar.

Tkinter

Tkinter es una librería para creación de GUIs en Python. Ya viene con Python de manera

que no existe instalación adicional, únicamente se importa en la cabecera del archivo.

Tkinter es la interfaz de Python para Tk, el kit de herramientas GUI de Tcl/Tk es el


lenguaje de guion y gráficos orientado a comandos y Tkinter le aporta interfaces

orientadas a objetos.

La fig. 150, muestra cómo usar la librería Tkinter en Python cuando se inicia un nuevo

block para programar.

Fig. 150. Block de Python.

Fuente: Autores.

Se puede apreciar la facilidad de programación, con apenas dos líneas de código ya se

cuenta con la ventana principal de nuestro GUI, es manipulable por el usuario. Ahora se

tendrán que ir adicionando las características de la misma como color, fondo, textura se

realizan dentro de la segunda instrucción donde se agregan parámetros de ajustes y

características que dependerán únicamente del diseño.

PySerial.

De las librerías que tiene Python, existe pySerial que se utiliza para tener el control del

puerto serie del computador. Suelen existir configurados un sinnúmero de puertos serie

por diferentes aplicaciones, pySerial configura en un rango de 0 a 255 el número de

dispositivo y que este esté preseleccionado por el usuario. La fig. 151, nos indica un

diagrama de la conexión.


Fig. 151. Diagrama de conexión.

Fuente: Autores.

En la fig. 152, se ve el código necesario para la utilización de la librería pySerial, como

se aprecia, es muy sencillo configurar el Puerto, la velocidad de transmisión, bit de

paridad entre otras configuraciones. La sentencia Read y Write para recibir y enviar

datos a través del puerto.

Fig. 152. Configuración del Puerto.

Fuente: Autores.


Isis 7 Profesional

Isis es una herramienta para desarrollo de circuitos electrónicos, creada por Labcenter

Electronics hace más de 25 años por el arquitecto John Jameson. Actualmente alrededor

de 50 países utilizan Isis por el alto contenido a la hora de elaborar circuitos

electrónicos.

La fig. 153, muestra la interfaz del software, en ella se puede apreciar en su parte central

el espacio en el que se diseñará el circuito. A su costado se puede ver un sinnúmero de

herramientas que pueden ser utilizados por el usuario a su conveniencia como librerías,

fuentes de alimentación, instrumentos para mediciones entre otras. Una de las ventajas

que tiene este programa en comparación de otros, es que se puede simular cualquier

circuito diseñado, es por eso que en la parte inferior de la imagen podemos encontrar los

botones que brindan esta facilidad. Paralelamente, Isis también cuenta con una

herramienta llamada Ares, en donde, luego del diseño esquemático de circuito, se puede

trasladar a esta herramienta para la manufacturación de la tarjeta electrónica que

previamente fue diseñada.

Fig. 153. Interfaz del Software.

Fuente: Autores.


Dentro de las herramientas que se encuentran al costado izquierdo, se encuentra la

extensa librería que la que cuenta el software, es verdaderamente impresionante la

cantidad de dispositivos y componentes de varios fabricantes que podemos encontrar

aquí, de manera que depende únicamente del fabricante escoger cual de todas las

opciones encaja en su diseño, haciendo notar la extensa librería de la que hemos

hablado. La fig. 154, muestra la selección del Microcontrolador utilizado en este

proyecto.

|

Fig. 154. Selección del Microcontrolador.

Fuente: Autores.

4.5 MikroBasic for Pic

MikroBasic for Pic es otra de las herramienta seleccionas para este Proyecto,

desarrollada por Mikroelectronika, es un software muy amplio en cuanto a la

programación de microcontroladores, al igual que similares programas posee varias

librerías para el uso de periféricos, como el ADC convertidos Analogico-Digital,


comunicación Serial, I2C, manejo de pantallas, teclados entre otras. Mikroelectronika, se

ha convertido en líder en cuanto a software de programación por la variedad de los

mismos, ya que podemos encontrar microcontroladores como AVR y DSPic, siendo

estos de gama mucho más alta. Como se indica en la fig. 155.

Fig. 155. Mikrobsic

Fuente: Autores.

4.6 Diseño de la Interfaz Gráfica

En el diseño de la Interfaz gráfica, intervienen muchos parámetros que el usuario debe

conocer debido a su intervención en el arranque del vehículo, esos fueron mencionados

en los capítulos anteriores en el caso del CMP, CKP entre otros. Por esta razón, estos se

encuentran presentes en la interfaz. Se muestra en la siguiente fig. 156.


Fig. 156. Interfaz gráfica de la aplicación.

Fuente: Autores.

Para establecer la comunicación con el módulo, existe un selector para el puerto de

comunicaciones seriales, el usuario debe escoger el puerto a utilizar. Seguido se pueden

ver una serie de botones y opciones que deben ser ajustar según el criterio de la prueba

en este módulo. Esta información y adicionales se podrá encontrar en la guía de manual

de usuario.

Diseño esquemático del circuito electrónico.

Como se indica en la fig. 157, es para el diseño electrónico se utilizó la herramienta Isis

Proteus Profesional, para ello se contempló tanto la comunicación serial que se debe

establecer y también los niveles de tensión de las señales eléctricas que son requeridas

por las bobinas que intervienen en el arranque para dimensionar la parte de potencia que

se encargara de esta tarea.


Fig. 157. Diseño esquemático del circuito electrónico.

Fuente: Los Autores.

Los componentes que intervienen en este diseño son:

Tabla 5. Componentes Electrónicos

N° Componente

1 7805

8 Diodos Led Alto brillo

2 Capacitores 1000uF/35V

1

2

J1-S

TBLOCK-I2gnd2

RL1NTE-R46-12

1

2

J2-C

TBLOCK-I2

VI1

VO3

GN

D2

U17805

C11000u

C21000u

R1

330

AK

D1LED

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN47

OSC1/CLKIN9

OSC2/CLKOUT10

RC1/T1OSI12

RC2/CCP113

RC314

RB7/PGD28

RB6/PGC27

RB526

RB425

RB3/PGM24

RB223

RB122

RB0/INT21

RC7/RX/DT18

RC6/TX/CK17

RC516

RC415

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T1OSO/T1CKI11

MCLR/Vpp/THV1

U2

PIC16F870

R2

1k

X1

CRYSTAL

1

2

3

J1-P

SIL-100-03

R3330

AK

D2-FLED

R4330

AK

D3-CLED

R5330

AK

D4-PLED

T1IN11

R1OUT12

T2IN10

R2OUT9

T1OUT14

R1IN13

T2OUT7

R2IN8

C2+

4

C2-

5

C1+

1

C1-

3

VS+2

VS-6

U3

MAX232

C3

10uF

C4

10uF

C5

10uF

C6

10uF

1

6

2

7

3

8

4

9

5

J1

CONN-D9F

4

3

1

2

PC1

PC817

R6

330

Q1IRF740LC

gnd2

12V-B

12

V-B

R71k

1

2

3

4

J2

TBLOCK-I4

4

3

1

2

PC2

PC817

R8

330

Q2IRF740LC

gnd2

12

V-B

R91k

4

3

1

2

PC3

PC817

R10

330

Q3IRF740LC

gnd2

12

V-B

R111k

4

3

1

2

PC4

PC817

R12

330

Q4IRF740LC

gnd2

12

V-B

R131k

D61N4007

1

2

3

4

5

J3

CONN-H5


4 Optoacopladores pc817

4 Mosfet IRF740N

1 Microcontrolador PIC16f870

1 Max 232 comunciacion Serial

1 Conector DB9 hembra

1 Peineta Macho

1 Peineta Hembra

1 Placa PCB

4 Capacitores 10uf/16V

1 Rele 12V

Estaño

4 Borneras de 2 pines

4 Switchs Dobles de 6 pines

1 Caja plástica 10x20cm

20 Terminales hembras

10 Punteras rojas para cable

1 Cinta tape negra

20 Resistencias 220Ohm/0.25w

10 Resistencias 1KOhm/0.25w

Luego del diseño esquemático, se sigue con el ruteo de la placa haciendo utilización de

la herramienta Ares de Isis Profesional. Para ello esta herramienta cuenta con una opción


de visión 3d con la cual se logra obtener la perspectiva del acabado final de la placa, así

lo muestra la siguiente fig. 158.

Fig. 158. Diseño del circuito electrónico.

Fuente: Autores.

4.7 Construcción de la Tarjeta Electrónica

Para la construcción de la tarjeta electrónica se utilizó la técnica de transferencia

térmica. Como se indica en la siguiente fig. 159, para ello se realizaron una serie de

pasos que se puedes apreciar en las siguientes figuras, en estas se detalla desde el

dimensionamiento de la placa, seguido de la transferencia termina, el grabado a través


del ácido (percloruro férrico), la perforación de la placa y posterior soldadura de la

misma.

Fig. 159. Imágenes de la construcción de la tarjeta electrónica.

Fuente: Autores.

4.8 Programación del Microcontrolador

Como se manifestó anteriormente, el software que se utilizó para la programación del

microcontrolador fue MikroBasic for Pic, en el cual se eligió el pic 16f870 de

Microchip. Este es un microcontrolador de gama baja en comparación con las otras

familias, sin embargo es un chip que puede cumplir múltiples funciones al igual que sus

sucesores. El control de los transistores de potencia utilizados, se basa en control por

Timer, en la que se pueden conseguir tiempos de conmutación muy precisos de esta

manera y respetando el orden de activación se logra encender la bobinas. Fig. 160.


Fig. 160. Diagrama del Pic16f870 Microchip.

Fuente: Autores.

Adicional a este, podemos destacar al transistor de potencia utilizado para las

conmutaciones de las bobinas. El IRT740N es un mosfet de canal N de 400V-10Amp el

cual desempeña la labor de conmutación. A continuación mostramos la fig. 161.

Fig. 161. Característica del Mosfet IRF740N.

Fuente: Autores.

Con la utilidad del esquemático de Isis podemos simular el circuito electrónico. Este se

pude ver a continuación en la fig. 162 y 163. Claramente podemos apreciar el

funcionamiento del Timer que realiza todo el trabajo para la división de tiempo

adecuada.


Fig. 162. Simulación de circuito de control con la Interfaz de usuario a 1000rpm.

Fuente: Autores.

Fig. 163. Simulación de circuito de control con la Interfaz de usuario a 4000rpm

Fuente: Autores.

Claramente podemos evidenciar que al aumentar las RPM captadas por el CMP, se

puede observar el incremento de frecuencia, por ende la disminución del tiempo entre

las activaciones de cada bobina.


4.9 Pruebas del prototipo

Previo a las pruebas del prototipo, se deben tener varias consideraciones que se destacan

en la guía de usuario elaborada. Se debe tener claramente definidos las posiciones de los

selectores que están encargados de desviar las señales de tensión para cualquiera de los

dos sistemas que se quiera probar. La siguiente fig. 164, señala la instalación y el

funcionamiento del módulo de control.

Fig. 164. Instalación y funcionamiento del módulo de control.

Fuente: Autores.


4.10 Mediciones con Osciloscopio

El osciloscopio es un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica

de señales eléctricas, utilizado en el campo automotriz para el diagnóstico de fallas de

diferentes sistemas. Esta herramienta va a ser utilizada para el análisis del sistema DIS,

con esto se logra obtener los tipos de onda que emiten las bobinas en diferentes

situaciones de trabajo.

Para realizar la medición se colocó la punta color negro del osciloscopio a masa y la

punta color rojo positivo en el cable de señal de la bobina. El osciloscopio utilizado para

realizar nuestra medición es SUZUKI SDT y se lo puede observar en la fig. 165.

Fig. 165. Osciloscopio SUZUKI SDT.

Fuente: Autores.

Se realizaron dos pruebas con diferentes parámetros de medición a 3000 RPM. En la fig.

166, se puede observar la primera prueba realizada en el osciloscopio con los primeros

parámetros de medición detallados en la figura.


Fig. 166. Medición con el osciloscopio a 3000 rpm.

Fuente: Autores.

En la fig.167, se puede observar la segunda prueba realizada en el osciloscopio con los

segundos parámetros de medición detallados en la figura. A medida que se aumentan las

RPM las ondas representadas en el osciloscopio también aumentan su velocidad.

Fig. 167. Medición con el osciloscopio a 4500 rpm.

Fuente: Autores.


4.11 Mediciones con el Scanner

El scanner automotriz es una de los instrumentos más utilizados en el mundo del

automóvil dado que este elemento nos ayuda a leer la respectiva identificación de la

ECU, así mismo muestra códigos que presenten error, borrar los mismos y realizar un

diagnóstico de forma global en el automóvil. El scanner utilizado para realizar nuestras

mediciones es VETRONIX TECH 2, en la fig. 168, se puede observar el scanner

utilizado para nuestra medición.

Fig. 168. Scanner VETRONIX TECH 2.

Fuente: Autores.

Cada ECU de los sistemas de encendido cuenta con su respectivo OBD2 (conector para

el scanner), en la fig. 169, se puede observar el OBD2 conectado a la ECU.


Fig. 169. Conector para el scanner OBD2.

Fuente: Autores.

Se realizaron las mediciones con el scanner a diferentes RPM, donde podemos observar

diferentes parámetros de funcionamiento de los sensores que intervienen durante el

funcionamiento del sistema de encendido. En las figuras 170, podemos observar los

diferentes parámetros de funcionamiento.

Fig. 170. Mediciones con el scanner.

Fuente: Autores.


4.12 Manual del usuario

En este banco didáctico de pruebas se realiza dos tipos de simulaciones, una simulación

mecánica, donde actúan los elementos que intervienen directamente en el

funcionamiento del sistema de encendido electrónico y una simulación con software,

donde virtualmente actúan distintos parámetros de funcionamiento en los sensores que

intervienen en el funcionamiento del sistema de encendido electrónico. Estas

simulaciones tienen como objetivo generar el salto de la chispa en las bujías de acuerdo

al orden de encendido de un motor de 4 cilindros en línea (1-3-4-2).

4.12.1 Simulación mecánica del banco didáctico

1. Conectar los bornes a la fuente de energía (batería).

2. Conectar el banco didáctico a una fuente de energía de 110 V.

3. Verificar visualmente la banda del motor eléctrico que conecta a la rueda fónica

(esto en el caso de los sistemas de encendido DIS). En el sistema Hall se verifica

el engranaje del piñón del motor eléctrico al piñón del distribuidor.

4. Conectar el motor eléctrico del sistema de encendido a la toma de corriente que

se encuentra dispuesto en el banco de pruebas.

5. Ubicar la llave en el switch de encendido y giramos hasta la posición ignición.

6. Se encenderá una luz testigo indicándonos que el sistema ha sido energizado y

listo para su funcionamiento.

7. Accionar la palanca del acelerador.

8. Calibrar manualmente el sensor CMP.

9. Verificar salto de la chispa de las bujías en el visor polarizado.

4.12.2 Simulación con software del banco didáctico

1. Conectar los bornes a la fuente de energía (batería).

2. Conectar el banco didáctico a una fuente de energía de 110 V.


3. Conectar al módulo de control del simulador encendido a la toma de corriente

que se encuentra dispuesto en el banco de pruebas.

4. Se encenderá una luz testigo en la caja del módulo de control del simulador

encendido.

5. Ubicar la llave en el switch de encendido y giramos hasta la posición ignición.

6. Se encenderá una luz testigo (costado derecho del switch) indicándonos que el

sistema ha sido energizado y listo para su funcionamiento.

7. Conectar el cable de comunicación (USB) entre el módulo de control del

simulador de encendido y la PC.

8. Ejecutar el software (Simulador de Encendido). En la fig. 171, podemos observar

la ventana de la aplicación que ejecutara la simulación.

Fig. 171. Ventana de la aplicación.

Fuente: Autores.

9. Ajustar los parámetros de funcionamiento de los sensores que intervienen en el

sistema de encendido de acuerdo a los parámetros de funcionamiento de cada


elemento. En la fig. 172 se indica las opciones de los parámetros de

funcionamiento de los sensores.

Fig. 172. Parámetros Sensores.

Fuente: Autores.

10. Verificar la posición de los switch en el módulo de control de encendido. De

acuerdo a esto funcionará el sistema de encendido electrónico DIS COP ó Chispa

Perdida. A continuación se detalla las posiciones de los switch para el

funcionamiento de los sistemas de encendido electrónico.

Funcionamiento del sistema DIS COP con el módulo de control

simulado. En la tabla 6. Se muestra la posición de los switch.

Tabla 6. Posición de los Switch.

Funcionamiento del sistema DIS COP con la ECU. En la tabla 7. Se

muestra la posición de los switch.

SWITCH POSICION

1 ON

2 ON

3 ON

4 ON

5 OFF



Funcionamiento del sistema DIS Chispa Perdida con el módulo de

control simulado. En la tabla 8 .Se muestra la posición de los switch.


Funcionamiento del sistema DIS Chispa Perdida con la ECU. En la tabla

9. Se muestra la posición de los switch.


SWITCH POSICION

1 ON

2 OFF

3 OFF

4 ON

5 ON

SWITCH POSICION

1 OFF

2 OFF

3 OFF

4 OFF

5 OFF

SWITCH POSICION

1 OFF

2 OFF

3 OFF

4 OFF

5 ON


11. En la ventana de la aplicación seleccionar el puerto COM, el mismo hace

referencia a la entrada USB de la PC. En la fig. 173, se puede observar la

selección del puerto.

Fig. 173. Puerto COM.

Fuente: Autores.

12. En la ventana de la aplicación accionar el botón Conectar, se encenderá una luz

testigo en la caja del módulo de control del simulador encendido, indicándonos

que se ha establecido la conexión. En la fig. 174, se puede observar el botón

Conectar.

Fig. 174. Botón Conectar.

Fuente: Autores.

13. Accionar el botón Simular, se generará el salto de las chispas de las bujías del

sistema DIS COP en el visor polarizado, al mismo instante se encenderán los

indicadores ubicados en la caja del módulo de control del simulador de

encendido de acuerdo al orden de encendido establecido. En la fig. 175, se puede

observar el botón Simular.

Fig. 175. Botón Simular.

Fuente: Autores.

14. En la ventana de la aplicación tenemos la opción Sist. Chispa perdida, al

seleccionar esta opción y con los switch en la posición correcta se realizará la


simulación del encendido en el sistema DIS Chispa Pérdida y se encenderá una

luz testigo de diferentes colores en la caja del módulo de control del simulador

de encendido. En la fig. 176, podemos observar la selección de esta opción.

Fig. 176. Selección S. Chispa Pérdida.

Fuente: Autores.

15. En la ventana de la aplicación tenemos la opción Pedal, al seleccionar esta

opción se encenderá una luz testigo color azul en la caja del módulo de control

de simulador de encendido y se realizará la simulación con ayuda de un pedal

que esta acoplado al sistema para variar las RPM. En las fig. 177, se puede

observar la selección de esta opción y el pedal conectado al banco didáctico en la

fig. 178.

Fig. 177. Selección Pedal.

Fuente: Autores.

PEDAL

Fig. 178. Pedal.

Fuente: Autores.


16. Accionar el botón Parar, se detendrá la simulación momentáneamente. En la fig.

179, se puede observar el botón Parar.

Fig. 179. Botón Parar.

Fuente: Autores.

17. Accionar el botón Desconectar, para detener la simulación y salir del programa.

En la fig. 180, se indica el botón Desconectar.

Fig. 180. Botón Desconectar.

Fuente: Autores.

18. Se apagará la luz testigo en la caja del módulo de control del simulador

encendido.

4.13 Mantenimiento del banco didáctico de Pruebas

En el banco didáctico los principales elementos son las dos ECU, el módulo de control

del simulador encendido, el distribuidor con módulo electrónico, las bobinas de

encendido y los motores eléctricos, a todos estos elementos mencionados anteriormente

se les debe realizar un correcto mantenimiento para preservar su vida útil.

El mantenimiento se debe realizar cada 100 horas de utilización, por lo que habrán

elementos que deberán ser chequeados antes de su funcionamiento: las bujías, los cables

de bujías, la carga y niveles de agua en la batería, chequear el estado de las conexiones

eléctricas y conexiones a la batería.


CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones:

Del desarrollo del proyecto se lograron obtener varias conclusiones que

se enuncian a continuación:

Se consiguió alcanzar los objetivos planificados al inicio del proyecto. En

diseñar y construir un banco didáctico basado en el funcionamiento de

sistemas de encendido electrónicos.

El banco didáctico permite realizar pruebas de funcionamiento,

diagnosticar averías y medir los estados de conmutación de las bobinas

del sistema de encendido, de esta manera podremos determinar si alguna

no está funcionando.

El banco funcional se diseñó para tres sistemas de encendido electrónico

(Hall, DIS COP y Chispa Perdida), donde los conceptos teóricos de un

sistema de encendido electrónico se ilustran de forma práctica. Dichas

pruebas beneficiarán el incremento o mejora del nivel de aprendizaje.

Con el funcionamiento del banco didáctico se puede lograr diferenciar

con mayor facilidad las diferencias y mejoras en el funcionamiento de un

sistema con distribuidor con módulo incorporado y un sistema

comandado por la ECU.

Con el desarrollo de los sistemas de encendido electrónico que hemos

representado intervienen elementos electrónicos que pueden ser medidos

y comprobados como práctica en el laboratorio de electricidad de

Automotriz. A la vez simular averías que luego se trataran como

diagnóstico para eventuales problemas de funcionamiento reales.


Todos los sistemas ensamblados en el banco didáctico fueron adaptados

adecuadamente, los materiales e insumos utilizados en la construcción del

módulo de control del simulador encendido son muy accesibles a

comparación del alto costo de adquisición de cada una de las ECU, ya

que su alto precio en el mercado no permite ser un elemento fácilmente

accesible.

Como conclusión final teorizamos que es de gran importancia la

evolución de los sistemas de encendido electrónicos en beneficio de la

conservación del medio ambiente, gracias a que estos nuevos sistemas

generan una mejor calidad de ignición y combustión de los gases.


Recomendaciones:

Al momento de operar el banco didáctico realizarlo con los parámetros

establecidos (sección manual del usuario), deben manipular dos personas.

Los observadores deben mantener una distancia prudente de los

elementos móviles (rueda fónica).

Evitar la manipulación de las bobinas al momento de su funcionamiento,

ya que éstas se descargan a través de la bujía produciendo un arco

eléctrico pudiendo ocasionar una descarga eléctrica.

Verificar al momento del funcionamiento del sistema DIS en el banco

didáctico, la temperatura de las bobinas ya que podrían recalentarse y

provocar daños en su rendimiento o dañarse.

Realizar las comprobaciones del sistema cuando la ECU no esté

funcionando, ya que de ser lo contrario genera los pulsos que activan la

bobina.

Revisar los cables de las bujías que no tengan fisuras ni elementos

metálicos incrustados ya que se producirían fugas y estos elementos

conducen alta tensión y se pueden generar accidentes.

Se debe utilizar obligatoriamente una fuente eléctrica de 110 V. dado que

el módulo de control de simulador de encendido funciona con esta

tensión, caso contrario el sistema de encendido electrónico podría sufrir

daños irreversibles.

Finalmente se recomienda que una vez utilizado el banco didáctico se

desmonte la ECU de cada sistema de encendido DIS, dado que es un

elemento fundamental y de alto costo puede ser sustraído con facilidad.


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http://es.slideshare.net/Jeyinnss/sistema-de-encendido-con-bobinas-cop

http://es.slideshare.net/Jeyinnss/sistema-de-encendido-con-bobinas-cop

http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/106

http://www.vishay.com/docs/91054/91054.pdf


ANEXOS

ANEXO A

Anexo 1A. Propiedades mecánicas del acero ASTM A500

Fuente: http://www.eaglesteel.com/download/techdocs/ASTM_A500_Grade_B.pdf

http://www.eaglesteel.com/download/techdocs/ASTM_A500_Grade_B.pdf


Anexo 2A. Tubo estructural rectangular

Fuente: http://www.dipacmanta.com/alineas.php?ca_codigo=1101

Anexo 3A. Tubo estructural cuadrado

Fuente: http://www.dipacmanta.com/alineas.php?ca_codigo=1101

http://www.dipacmanta.com/alineas.php?ca_codigo=1101

http://www.dipacmanta.com/alineas.php?ca_codigo=1101


Anexo 4A. Código del software de la interfaz de usuario

#!/usr/bin/python

# -*- coding: cp1252 -*-

from Tkinter import *

import serial

import time

import tkMessageBox

import thread

counter = 500

counter2 = 0

dato=0

valmap=0

def recibir(dato):

while True:

dato=s.read()

if (dato==" "):

a=1

else:

lbtitulo4=Label(text=dato,font=("Arial",10),bg="white").place(x=400,y=450)

def conectar():

global s

puerto=int(valcom.get())-1

try:

s = serial.Serial(puerto, 9600)

s.timeout=0.1;

except serial.SerialException:

sys.stderr.write("Error al abrir puerto (%s)\n" % str(Puerto))

sys.exit(1)

s.write("9999"); #envio el numero 1

btsumarsensor1=Button(ventana,text=" +

",command=sumasen1,font=("Arial",12),bg="slategray1",state=NORMAL).place(x=30,

y=415)

btrestasensor1=Button(ventana,text=" -

",command=restasen1,font=("Arial",12),bg="slategray1",state=NORMAL).place(x=80,

y=415)




y=505)



y=505)

btDesconectar=Button(ventana,text="Desconectar",command=desconectar,font=("Arial"

,11),bg="red",state=NORMAL).place(x=400,y=300)

btConectar=Button(ventana,text="Conectar",command=conectar,font=("Arial",11),bg="

lime green",state=DISABLED).place(x=300,y=300)

btsimular=Button(ventana,text="Simular",command=simular,font=("Arial",11),bg="slat

egray1",state=NORMAL).place(x=400,y=400)

btparar=Button(ventana,text="Parar",command=parar,font=("Arial",11),bg="slategray1"

,state=NORMAL).place(x=400,y=450)

#thread.start_new_thread(recibir,(dato,))

return

def desconectar():

s.write("9998"); #envio el numero 2

s.close()


",command=sumasen1,font=("Arial",12),bg="slategray1",state=DISABLED).place(x=3

0,y=415)


",command=restasen1,font=("Arial",12),bg="slategray1",state=DISABLED).place(x=80

,y=415)



0,y=505)



,y=505)


lime green",state=NORMAL).place(x=300,y=300)



,11),bg="red",state=DISABLED).place(x=400,y=300)


egray1",state=DISABLED).place(x=400,y=400)


,state=DISABLED).place(x=400,y=450)

return

def sumasen1():

global counter

lbvalsen1=Label(ventana,text="

",font=("Arial",14),bg="gray",relief=SUNKEN,width=4).place(x=120,y=415)

counter += 500

valmap=float(5.2-0.001*(5000-counter))

if (counter>5000):

counter=0

lbvalsen1=Label(ventana,text="0


else:

lbvalsen1=Label(ventana,text=str(counter),font=("Arial",14),bg="gray",relief=SUNKE

N,width=4).place(x=120,y=415)

lbvalmap=Label(ventana,text=str(valmap),font=("Arial",14),bg="gray",relief=SUNKEN

,width=4).place(x=260,y=415)

return

def restasen1():

global counter



counter -= 500

valmap=float(5.2-0.001*(5000-counter))

if (counter<0):

counter=5000



else:






return

def sumasen2():

global counter2



counter2 += 1

if (counter2>100):

counter2=0



else:

lbvalsen2=Label(ventana,text=str(counter2),font=("Arial",14),bg="gray",relief=SUNKE


return

def restasen2():

global counter2



counter2 -= 1

if (counter2<0):

counter2=100



else:



return

def simular():

#valormap=valmap.get()

valormaf=valmaf.get()

if counter2>90:


tkMessageBox.showinfo("Precaución", "Parametros Incorrectos temp")

else:

#if (valormap<=4.8) | (valormap>=5.2):

# tkMessageBox.showinfo("Precaución", "Parametros Incorrectos map")

#else:

if (valormaf<=1) | (valormaf>=5):

tkMessageBox.showinfo("Precaución", "Parametros Incorrectos maf")

else:

if counter>=1000:

grupo=str(counter)

else:

if counter<1000:

grupo="0"+str(counter)

if counter<100:


if counter<10:


cont=0

for cont in range(0, 4):

s.write(grupo[cont])

time.sleep(0.1)

return

def parar():

s.write("9997")

return

def ralenti():

global counter

auxralenti=valral.get()

if auxralenti==1:

counter=700





0,y=415)




,y=415)

else:



y=415)



y=415)

return

def pedal():

auxpedal=valped.get()

if auxpedal==1:



0,y=415)



,y=415)

s.write("9996");

else:



y=415)



y=415)

s.write("9995");

return

def sistema():

auxsistema=valsis.get()

if auxsistema==1:

s.write("9994");

else:

s.write("9993");

return

ventana=Tk()

ventana.config(bg="white")

ventana.geometry("500x560+400+100")

ventana.title("Sistema Didactico de Arranque")


ventana.resizable(0,0)

logo=PhotoImage(file='uda.gif')

lbImagen=Label(ventana,image=logo).place(x=0,y=0)

valcom=IntVar()

#valmap=DoubleVar()

valmaf=DoubleVar()

valral=IntVar()

valped=IntVar()

valsis=IntVar()

lbtitulo1=Label(text="SIMULADOR DIDÁCTICO DE UN

SISTEMA",font=("Arial",16),bg="white").place(x=40,y=200)

lbtitulo2=Label(text="DE ENCENDIDO

ELECTRÓNICO",font=("Arial",16),bg="white").place(x=85,y=225)

lbtitulo3=Label(text="Pablo Gia, Mario

Riera",font=("Arial",10),bg="white").place(x=180,y=248)

lbcom=Label(text="Puerto COM:",font=("Arial",14),bg="white").place(x=30,y=300)

sclbarracom=Scale(ventana,orient=HORIZONTAL,length=100,bg="white",from_=1,to

=20,variable=valcom).place(x=170,y=295)


lime green").place(x=300,y=300)


,11),bg="red",state=DISABLED).place(x=400,y=300)

lbsensor1=Label(ventana,text="CMP(rpm):",font=("Arial",14),bg="white").place(x=30,

y=380)



0,y=415)



,y=415)



lbsensor2=Label(ventana,text="ECT(G.Cent):",font=("Arial",14),bg="white").place(x=3

0,y=470)



0,y=505)




,y=505)



lbsensor1=Label(ventana,text="MAP(Volt):",font=("Arial",14),bg="white").place(x=24

0,y=380)

#sclbarracom=Scale(ventana,orient=HORIZONTAL,length=160,bg="white",from_=0,to

=6,resolution=0.1,variable=valmap).place(x=200,y=410)



lbsensor1=Label(ventana,text="MAF(Volt):",font=("Arial",14),bg="white").place(x=24

0,y=470)

sclbarramaf=Scale(ventana,orient=HORIZONTAL,length=160,bg="white",from_=0,to=

6,resolution=0.1,variable=valmaf).place(x=200,y=500)


egray1",state=DISABLED).place(x=400,y=400)


,state=DISABLED).place(x=400,y=450)

chkralenti=Checkbutton(ventana,text="Ralenti",command=ralenti,variable=valral,onval

ue=1,offvalue=0).place(x=50,y=350)

chkpedal=Checkbutton(ventana,text="Pedal",command=pedal,variable=valped,onvalue

=1,offvalue=0).place(x=400,y=500)

chksistema=Checkbutton(ventana,text="Sist. Chispa

Perdida",command=sistema,variable=valsis,onvalue=1,offvalue=0).place(x=300,y=340)

ventana.mainloop()

Anexos 2

Código del Software del Microcontrolador.

program MyProject

dim dato as byte

dim valor as byte


dim grupo as byte[4]

dim respot as byte

dim pot as byte

dim pot1 as word

dim bandera as byte

dim bandera2 as byte

dim comunicacion as byte

dim variable as integer

dim cont as byte

dim secuencia as byte

dim rpm as word

dim frec as float

dim respaldo as word

dim timer1 as float

dim timer as word

dim aux as string[1]

dim paso1 as byte

dim paso2 as byte

sub procedure interrupt

if pir1.5=1 then

dato=uart1_read()

if dato=48 then

valor=0

end if

if dato=49 then

valor=1

end if

if dato=50 then

valor=2

end if

if dato=51 then

valor=3

end if


if dato=52 then

valor=4

end if

if dato=53 then

valor=5

end if

if dato=54 then

valor=6

end if

if dato=55 then

valor=7

end if

if dato=56 then

valor=8

end if

if dato=57 then

valor=9

end if

grupo[cont]=valor

cont=cont+1

if cont=4 then

cont=0

rpm=grupo[3]+grupo[2]*10+grupo[1]*100+grupo[0]*1000

end if

pir1.5=0

end if

if pir1.tmr1if=1 then

timer=timer1

TMR1L=timer

timer=timer>>8

TMR1H=timer

if bandera2=2 then

if secuencia=0 then


portb.0=0

end if

if secuencia=1 then

portb.2=0

end if

if secuencia=2 then

portb.3=0

end if

if secuencia=3 then

portb.1=0

end if

end if

if bandera2=1 then

if (secuencia=0) or (secuencia=2) then

portb.0=0

'portb.3=0

end if

if (secuencia=1) or (secuencia=3) then

'portb.2=0

portb.1=0

end if

end if

pir1.tmr1if=0

t2con.tmr2on=1

end if

if pir1.tmr2if=1 then

portb=%1111

pr2=74

pir1.tmr2if=0

t2con.tmr2on=0

secuencia=secuencia+1

if secuencia>=4 then

secuencia=0

end if

end if


end sub

main:

UART1_Init(9600) ' Initialize UART module at 9600 bps

Delay_ms(100) ' Wait for UART module to stabilize

adc_init()

adcon1=14

trisb=0

trisa=1

porta=0

portb=%1111

porta.2=1

delay_ms(2000)

porta.2=0

intcon=%11000000

t1con=%00010000

t2con=%01001001

pie1=%00100011

bandera=2

bandera2=2

secuencia=0

rpm=0

grupo[0]=0

grupo[1]=0

grupo[2]=0

grupo[3]=0

valor=0

pot=0

dato=""

cont=0

respot=0

while (TRUE)

if rpm=9999 then 'conectar

porta.2=1


end if

if rpm=9998 then 'desconectar

porta.2=0

end if

if rpm=9997 then 'parar

t2con.2=0

t1con.0=0

portb=%1111

rpm=0

end if

if rpm=9996 then 'escoger pedal

porta.3=1

bandera=1

end if

if rpm=9995 then 'escoger normal

porta.3=0

bandera=2

end if

if rpm=9994 then 'sistema 2

porta.1=1

bandera2=1

end if

if rpm=9993 then 'sistema 4

porta.1=0

bandera2=2

end if

if bandera=2 then 'simulacion normal

if rpm=0 then

portb=%1111

intcon.5=0

t1con.0=0

end if

if (rpm>0) and (rpm<6000)then

timer1=64191-12.23*(5000-rpm)

t1con.0=1

end if

end if


if bandera=1 then 'simulacion con pedal

pot1 = ADC_Read(0)

pot=pot1 >> 2

timer1=64191-59.78*(1023-pot1)

t1con.0=1

end if

wend

end.


ANEXO B

Anexo 1B PLANOS: DISEÑO ESTRUCTURA

UNIVERSIDAD DEL AZUAY FACULTAD DE CIENCIA Y...

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