Que-es-una-ecu.docx

Jonathan Fernando Palacios

Canales de Medición Sánchez | Metrología |

ECU (ENGINE CONTROL UNIT)

Contenido Descripcion del proceso de medicion...................................................................4 ¿Qué es una ECU y cómo funciona?...................................................................4 Esquema de entrada y salida de señales a la ECU:.........................................6 Condiciones de aplicación.................................................................................7 Estructura...........................................................................................................7 Regulación de los estados de servicio..............................................................7 Caudal de arranque...........................................................................................7 Servicio de marcha............................................................................................9 Regulación de ralentí.........................................................................................9 Regulación de la velocidad de marcha............................................................10 Regulación del caudal de referencia...............................................................10 Amortiguación activa de tirones.......................................................................10

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Finalidad...........................................................................................................12 ANEXO 1 & 2 SENSOR Y TRANSDUCTOR.........................................................13 Sensor CKP (Crankshaft Position Sensor).........................................................14 Efecto hall........................................................................................................14 Generador........................................................................................................15 Sensor CMP (Cramshaft Position Sensor) Sensor de posicion de arbol de levas .............................................................................................................................16 incertidumbre asociada sensor ckp y cmp..........................................................17 Comprobaciones:.............................................................................................17 Sensor MAP (Manifold Absolute Pressure) Sensor de presión absoluta del múltiple................................................................................................................18 Incertidumbre asociada...................................................................................19 Comprobaciones:.............................................................................................20 SENSOR MAF.....................................................................................................21 INCERTIDUMBRE ASOCIADA.......................................................................23 DIAGNOSTICO DE SENSORES MAF............................................................24 Sensor KS (Knock Sensor) Sensor de picado o de detonación.........................25 Incertidumbre asociada...................................................................................27 Comprobaciones:.............................................................................................27 Sensor VSS (Vehicle Speed Sensor) sensor de velocidad del motor................28 sensores de temperatura....................................................................................29 SENSOR DE TEMPERATURA DEL ANTICONGELANTE DEL MOTOR (ECT) .........................................................................................................................29 SENSOR DE TEMPERATURA DE AIRE DE ADMISION (IAT).......................30 SENSOR DE TEMPERATURA DE GAS DE RECIRCULACION DE ESCAPE (EGR)...............................................................................................................31 OPERACION DE SENSORES DE TEMPERATURA ECT, IAT Y EGR E INCERTIDUMBRE ASOCIADA.......................................................................32 Sensor de oxigeno (sonda Lambda)...................................................................33 FUNCIONAMIENTO........................................................................................35 Incertidumbre asociada...................................................................................38 Calibración.......................................................................................................38 PÁGINA 1

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TPs( sensor de posicion de acelerador..............................................................39 ................................................................................................................................39 Incertidumbre asociada...................................................................................40 ................................................................................................................................41 Anexo 3 Procesamiento de datos..........................................................................42 Explicación del Concepto básico de dispositivos digitales modernos, definición de bloques de trabajos:.......................................................................................42 1) Bloque de Entrada.......................................................................................42 2) Bloque de Procesamiento...........................................................................42 3) Bloque de salida:.........................................................................................42 4) Bloque de Soporte.......................................................................................42 ecuaciones para el procesamiento de datos......................................................44 Anexo 4 Controlador..............................................................................................48 Anexo 5 Alarmas y Despliegue de información.....................................................49 sistema de alarma check engine.........................................................................49 despliegue de informacion herramienta de diagnostico.....................................50 Despliegue de información..............................................................................51 ESTRUCTURA DEL CODIGO DE FALLA (DTC)............................................51 Anexo 6 Actuadores...............................................................................................53 Inyectores............................................................................................................53 Bobinas de encendido.........................................................................................54 TPA (actuador de cuerpo de mariposa).................................................................56 Valvula iac...........................................................................................................57 Motoventiladores.................................................................................................58 Anexo 7 Protocolos ISO & SEA.............................................................................60 Anexo 8 Accionador...............................................................................................65 Anexo 9Representación del sistema.....................................................................66 Diagramas eléctricos...........................................................................................66 Comentarios...........................................................................................................67

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DESCRIPCION DEL PROCESO DE MEDICION ¿QUÉ ES UNA ECU Y CÓMO FUNCIONA? Conocida por sus siglas en ingles engine control unit (unidad de control de motor) es la unidad electrónica de un vehículo la cual controla todos los componentes del automóvil, debido a que en la actualidad el funcionamiento de este es un proceso automatizado. Es muy similar en funciones a la computadora del hogar, diferenciándose ambas en que, mientras la del hogar es capaz de procesar palabras, conectarse a Internet, etc. la del automóvil está especialmente creada para hacer más eficiente al mismo. Estas computadoras tienen innumerables componentes electrónicos en su interior entre los que podemos mencionar a los microprocesadores, en gran número, montados en una placa impresa con cobre, que le permiten realizar cálculos de los más variados tendientes a mejorar la eficiencia del automóvil y generalmente, a nadie le importa como lo hace a excepción de los mecánicos especializados. La ECU avalúa las señales de los sensores externos y las limita al nivel de tensión admisible. Los microprocesadores calculan a partir de estos datos de PÁGINA 3

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entrada y según campos característicos almacenados en memoria, los tiempos de inyección y momentos de inyección y transforman estos tiempos en desarrollos temporales de señal que están adaptados al movimiento del motor. Debido a la precisión requerida y al alto dinamismo del motor, es necesaria una gran capacidad de cálculo. A medida que la tecnología avanza, estos micros se hacen cada vez más comunes y avanzados lo que permite el manejo de mucha información proveniente de los sensores. Otra función de las ECU es la de guardar la información de las fallas a los efectos de que puedan ser detectadas por decodificación en los talleres que posean el equipamiento adecuado. Las capacidades de las computadoras de vehículos varían mucho en cuanto a sus prestaciones y modelos de éstos. Es así que, en algunos automóviles las ECU pueden controlar únicamente la inyección de combustible y el sistema de ignición, mientras que en otros, controlan además el tablero de instrumentos, la temperatura interior, el sistema de frenos, etc. Las computadoras se incorporaron al final de los años `70 cuando surgió la necesidad de controlar las emisiones de los gases de combustión, mientras se hacían los primeros experimentos con la inyección de combustible. El control del paso de combustible hacia los inyectores presentaba una enorme diversidad de requerimientos, lo que obligó al uso de un sistema que manejara una vasta variedad de datos y nada mejor que una computadora para hacerlo. Hasta la aparición de la inyección, los vehículos tenían o venían provistos del carburador, que era el elemento mecánico encargado de controlar el paso del combustible y generalmente no eran lo suficientemente precisos dado que al corregirse en un sentido, se provocaba el desequilibrio en otro sentido. Para un sistema con computadora, las correcciones se efectúan por programa (software) instantáneamente y no en forma mecánica. Con el paso de los años, todas las anomalías que pudieron tener los sistemas de inyección se fueron corrigiendo mediante el uso de computadoras cada vez más poderosas, que mejoraron la performance de los automóviles. Ahora bien, el desarrollo de estas computadoras tiene que ver con el manejo de datos que se le proporcionan desde afuera o para decirlo de otra manera, mientras que la computadora del hogar recibe datos del Mouse o del teclado, la computadora del automóvil lo hace por medio de los sensores. Estos últimos también fueron sufriendo modificaciones y mejoras para proveer de una información precisa y de calidad a las computadoras. Con las señales de salida se activan las etapas finales que suministran suficiente potencia para los actuadores de regulación de presión del Rail y para la desconexión del elemento, PÁGINA 4

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además se activan también actuadores para las funciones del motor (ejemplo: la retroalimentación de gases de escape, actuador de presión de sobrealimentación, relé para la electrobomba de combustible) y otras funciones auxiliares (ejemplo: relé del ventilador, relé de calefacción adicional, relé de incandescencia, acondicionador de aire). Las etapas finales están protegidas contra cortocircuitos y destrucción debida a sobrecargas eléctricas. El microprocesador recibe retroinformación sobre anomalías de este tipo así como sobre cables interrumpidos. Las funciones de diagnóstico de las etapas finales para los inyectores reconocen también desarrollos deficientes de señal. Adicionalmente se retransmiten algunas señales de salida, a través de interfaces, a otros sistemas del vehículo. Dentro del marco de un campo de seguridad, la unidad de control supervisa también el sistema de inyección completo. La activación de los inyectores plantea exigencias especiales a las etapas finales. La corriente eléctrica genera en una bobina con núcleo magnético una fuerza magnética que actúa sobre el sistema hidráulico de alta presión en el inyector. La activación eléctrica de esta bobina debe realizarse con flancos de corrientes muy pronunciados, para conseguir una tolerancia reducida y una elevada capacidad de reproducción del caudal de inyección. Condición previa para ello son tensiones elevadas que se almacenan en memoria de la unidad de control. Una regulación de corriente divide la fase de actuación de corriente (tiempo de inyección) en una fase de corriente de excitación y una fase de retención. La regulación debe funcionar con tal precisión que el inyector funcione en cada margen de servicio inyectado de nuevo de forma reproducible y debe además reducir la potencia de perdida en la unidad de control y en el inyector.

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Esquema de entrada y salida de señales a la ECU:

Elementos de entrada: 1-Batería; 2- Velocímetro; 3- Sensor de rpm del cigüeñal; 4- Sensor de fase; 5Sensor de sobrepresión; 6- Conducto de paso de combustible; 7- Sensor de control de la temperatura del gasóleo; 8- Sensor de la temperatura del líquido refrigerante; 9- Caudalímetro; 10- Rampa de inyección con sensor de presión del combustible; 11- Interruptores del pedal de freno y de embrague; 12Potenciómetro del pedal del acelerador; por mencionar una gran parte Elementos de salida 13- Cajetín electrónico de precalentamiento; 14- Toma de diagnosis; 15- Equipo de cierre antirrobo; 16- Regulador de presión en la bomba; 17- Bomba de alta presión; 18- Inyectores; 19- Bujías de espiga incandescente (calentadores); 20Luz testigo de aviso de calentadores funcionando; 21- Electrobomba de combustible de baja presión; 22- Compresor de AC; 23- Válvula EGR; 24- Luz testigo de funcionamiento del equipo electrónico; 25- Electroventilador mencionando los principales.

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Condiciones de aplicación A la unidad de control se le plantean altas exigencias en lo referente a: - la temperatura del entorno (en servicio de marcha normal, -40…+85ºC) - la capacidad de resistencia contra productos de servicio (aceite, combustible, etc.) - la humedad del entorno - solicitaciones mecánicas Igualmente son muy altas las exigencias a la compatibilidad electromagnética (CEM) y a la limitación de la irradiación de señales perturbadoras de alta frecuencia.

Estructura La unidad de control se encuentra dentro de un cuerpo metálico. Los sensores, los actuadores y la alimentación de corriente, están conectados a la unidad de control a través de un conector multipolar. Los componentes de potencia para la activación directa de los actuadores están integrados en la caja de la unidad de control, de forma tal que se garantiza una buena disipación térmica hacia la caja. La unidad de control existe tanto con caja estanqueizada, como también con caja no estanqueizada.

Regulación de los estados de servicio Para que el motor funcione en cualquier estado de servicio con una combustión optima, se calcula en la unidad de control el caudal de inyección adecuado en cada caso (figura de abajo). Para ello deben considerarse diversas magnitudes.

Caudal de arranque Al arrancar se calcula el caudal de inyección en función de la temperatura y del régimen. El caudal de arranque se establece desde la conexión del interruptor de marcha (en la figura, el interruptor pasa a la posición “A”) hasta que se alcanza un régimen de revoluciones mínimo. El conductor no tiene ninguna influencia sobre el caudal de arranque.

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Servicio de marcha Bajo servicio de marcha normal, se calcula el caudal de inyección en función de la posición del pedal del acelerador (sensor del pedal del acelerador) y del número de revoluciones (en la figura, el interruptor pasa a la posición “B” del interruptor). Esto se realiza mediante el campo característico del comportamiento de marcha. Quedan adaptados así de la mejor forma posible el deseo del conductor y la potencia del vehículo.

Regulación de ralentí Al ralentí del motor son principalmente el grado de rendimiento y el régimen del ralentí los que determinan el consumo de combustible. Una gran parte del consumo de combustible de los vehículos motorizados en el denso tráfico rodado, recae sobre este estado de servicio. Por este motivo es ventajoso un régimen de ralentí lo más bajo posible. Sin embargo, el ralentí debe estar ajustado de tal forma que al régimen de ralentí bajo todas las condiciones, como red del vehículo cargada, acondicionador del aire conectado, marcha acoplada en vehículos con cambio automático, servodirección activada, etc., no descienda demasiado y el motor funcione irregularmente o incluso llegue a pararse. Para ajustar el régimen teórico de ralentí, el regulador de ralentí modifica continuamente el caudal de inyección hasta que el número de revoluciones real medido es igual al número de revoluciones teórico preestablecido. El número de revoluciones teórico y la característica de regulación están influidos aquí por la marcha acoplada y por la temperatura del motor (sensor de temperatura del líquido refrigerante). Los momentos de carga externos están acompañados por los momentos de fricción internos que deben ser acompasados por la regulación de ralentí. Estos momentos varían ligeramente pero continuamente durante toda la vida útil del motor y dependen además considerablemente de la temperatura. Regulación de la suavidad de marcha Debido a tolerancias mecánicas y a envejecimiento, no todos los cilindros del motor generan el mismo par motor. Esto tiene como consecuencia un funcionamiento “no redondo” del motor, especialmente al ralentí. El regulador de la suavidad de marcha determina ahora las variaciones del régimen después de cada combustión y las compara entre sí. El caudal de inyección para cada cilindro se ajusta entonces en base a las diferencias de revoluciones, de forma tal que todos los cilindros contribuyen por igual a la generación del par motor. El regulador de suavidad de marcha actúa únicamente en el margen inferior de revoluciones.

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Regulación de la velocidad de marcha La regulación de la velocidad de marcha (Tempomat) se ocupa de la circulación a una velocidad constante. El regulador ajusta la velocidad del vehículo a un valor deseado. Este valor puede ajustarse mediante una unidad de operación en el tablero de instrumentos. El caudal de inyección se aumenta o se disminuye continuamente hasta que la velocidad real corresponde a la velocidad teórica ajustada. Si estando conectado el regulador de la velocidad de marcha, pisa el conductor sobre el pedal de embrague o de freno, se desconecta el proceso de regulación. Accionando el pedal del acelerador es posible acelerar superando la velocidad teórica momentánea. Al soltar de nuevo el pedal del acelerador, el regulador de la velocidad de marcha ajusta de nuevo la velocidad teórica vigente. Igualmente es posible, si esta desconectado el regulador de la velocidad de marcha, ajustar de nuevo la última velocidad teórica seleccionada, con la ayuda de la tecla de recuperación.

Regulación del caudal de referencia No siempre debe inyectarse el caudal de combustible deseado por el conductor o físicamente posible. Esto puede tener las siguientes razones: - emisión excesiva de contaminantes, - expulsión excesiva de hollín, - sobrecarga mecánica debido a un par motor excesivo o exceso de revoluciones, - sobrecarga térmica debido a temperatura excesiva del líquido refrigerante, del aceite o del turbocompresor. El caudal de limitación se forma debido a distintas magnitudes de entrada, por ejemplo masa: de aire aspirada, número de revoluciones y temperatura del líquido refrigerante.

Amortiguación activa de tirones Al accionar o soltar repentinamente el pedal acelerador, resulta una velocidad de variación elevada del caudal de inyección y, por tanto también, del par motor entregado. La fijación elástica del motor y la cadena cinemática originan por este cambio de carga abrupto, oscilaciones en forma de tirones que se manifiestan como fluctuación del régimen del motor.

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El amortiguador activo de tirones reduce estas oscilaciones periódicas del régimen, variando el caudal de inyección con el mismo periodo de oscilación; al aumentar el número de revoluciones, se inyecta menos caudal; al disminuir el número de revoluciones, se inyecta más caudal. El movimiento de tirones queda así fuertemente amortiguado.

A modo de ejemplo, para el control del sistema de inyección la computadora debe conocer cuánto aire entra al motor en un determinado instante. Esto se hace mediante un sensor de flujo cuyos datos son procesados por la computadora con otras informaciones tales como la temperatura del aire, la presión y la velocidad del motor. Todas estas últimas informaciones o datos son proporcionados por sensores colocados adecuadamente en diferentes partes del motor y conectados a la computadora y con estos datos, la ECU realiza millones de cálculos por segundo para efectuar las correcciones necesarias a los inyectores. Esta calcula y procesa las señales de los sensores y envía la información al sistema de inyección que es el encargado de permitir el paso del combustible al motor. Para el caso de computadoras que controlan los sistemas de ignición, se requieren de sensores que midan la velocidad del motor y la posición del pistón. La computadora calcula el instante preciso en el cuál debe enviar la señal al módulo de ignición para que salte la chispa y encienda la mezcla. Para el caso de los sensores montados en las ruedas, éstos envían señales al sistema anti-bloqueo y si la computadora detecta que una rueda se mueve más PÁGINA 11

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rápido que la otra, le ordena al sistema que la frene un poco a los efectos de igualarlas a todas en el desplazamiento. Todo esto se hace separadamente y para cada rueda.

Finalidad La finalidad del empleo de las ECUs, fue principalmente el hacer vehículos más eficientes, amigables con el ambiente, es decir que tanto la mezcla estequiométrica de aire y combustible sea la adecuada para el momento de la ignición, como los momentos de la inyección y disparo de bobina sean perfectamente sincronizados teniendo como resultado que las emisiones de gases efecto invernadero sean en menor cantidad, obtener más potencia en un motor aunque sea un motor pequeño

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ANEXO

1

&

2

SENSOR

Y

TRANSDUCTOR El motivo por el cual estos dos anexos están juntos es debido a que en este lazo de control cada sensor al mismo tiempo es su transductor porque su información mandada desde un principio es ya una señal eléctrica, por lo tanto llega de forma directa del sensor ala ECU donde esta procesa la señal eléctrica y la convierte en datos por medio de un software.

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Estos sensores proporcionan a la ECU los datos necesarios para poder poner a funcionar los actuadores y hacer que el motor con un rendimiento óptimo cuyo objetivo es no emitir partículas contaminantes al medio ambiente.

SENSOR CKP (CRANKSHAFT POSITION SENSOR) Su única función es informar a la computadora la posición del cigüeñal por medio

de pulsos de corriente, con esto la computadora libera pulsaciones con las que enciende los actuadores del sistema de encendido, inyectores y bobina con lo cual hacemos que funcione el motor. Existen dos tipos

Efecto hall: es un sencillo interruptor digital "on/off" que produce una salida digital reconocida y procesada por el ECU. El sensor se activa con un disco metálico giratorio con aberturas; este disco pasa entre el electroimán y el semiconductor. Un semiconductor tiene la capacidad de ser un conductor o un aislante dependiendo de si el semiconductor reconoce o está protegido ante el campo magnético. El campo magnético se activa y desactiva a través del disco giratorio que pasa junto a los dos objetos. El efecto de un campo magnético capaz de pasar a través de una de las "ventanas" detendrá el flujo de tensión. Cuando la PÁGINA 14

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"ventana" se cierra, el flujo se restaura. Esta acción producirá una onda cuadrada digital que será reconocida por el ECM o el amplificador y no necesitará la circuitería del activador Schmitt para convertir la señal analógica en una señal digital. El sensor tendrá sus tres conexiones características, que son: una conexión de tensión de alimentación, una toma de tierra y la señal de salida. Al comprobarse con un osciloscopio, la onda cuadrada variará en amplitud, esto no se considera un problema ya que lo importante es la frecuencia, no la altura de la tensión. La salida también puede medirse en un multímetro con capacidad para medir frecuencias.

Generador: En este tipo el sensor CKP está compuesto internamente por un imán rodeado por un embobinado, entonces al pasar los dientes del piñón cerca del sensor se produce cambios en el campo magnético que se forma por la presencia del imán, esa variación trabaja sobre el embobinado generando impulsos cada vez que uno de dichos dientes pasa cerca al sensor. Los impulsos son enviados a la computadora permanentemente y de acuerdo a la velocidad en la que lleguen se determina cuantas rpm se están dando. El piñón de la polea tiene en determinado sector una separación más grande entre sus

dientes, esto es lo que determina el ángulo de posición del cigüeñal. El sensor se mantiene fijo al motor mediante un perno, la distancia existente entre el sensor y la polea varía entre 0,3 y 1,7 mm.

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SENSOR CMP (CRAMSHAFT POSITION SENSOR) SENSOR DE POSICION DE ARBOL DE LEVAS Trabaja conjuntamente con el sensor CKP, se encarga de informar al ECM la posición del cilindro número uno, es decir que con su señal se determina si el pistón está en tiempo de

compresión o de escape mientras viaja al punto muerto superior. Puede ser un sensor hall u óptico, en ambos casos el funcionamiento es igual al sensor CKP. Si es de tipo con efecto Hall, su funcionamiento está en la placa de material semiconductor con una corriente eléctrica internamente la que es cortada perpendicularmente por un campo magnético formado por 2 imanes permanentes, este corte produce que los electrones se vayan a los extremos de la placa en forma diferente por cada lado, la frecuencia de estos cortes determina el giro del eje de levas y por lo tanto se sabe la posición del pistón. En el caso de ser un sensor óptico funciona conjuntamente con el sensor CKP, va ubicado en el distribuidor.

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INCERTIDUMBRE ASOCIADA SENSOR CKP Y CMP Comprobaciones: Revisión superficial, revisar visualmente si el sensor presenta suciedad, roturas, revisar que las conexiones estén en buen estado. Resistencia, con un óhmetro comprobar la resistencia del sensor, esta debe oscilar entre 250 y 1500 ohms. Continuidad, comprobar con la ayuda de un multímetro la continuidad delos cables. Comprobar si la forma de la onda es correcta mediante un osciloscopio

SENSOR MAP (MANIFOLD ABSOLUTE PRESSURE) SENSOR DE PRESIÓN ABSOLUTA DEL MÚLTIPLE. PÁGINA 17

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Se encuentra ubicado en el múltiple de admisión, entre la mariposa de aceleración y las válvulas de admisión, ya sea conectado directamente al múltiple o a través de cañerías flexibles. Se encarga de medir la variación de presión que se genera al entrar el motor en funcionamiento y la convierte en una señal de voltaje que es enviada a la computadora del vehículo. Esto lo realiza mediante el uso de un chip de silicón que contiene en su interior, el que a su vez posee una resistencia eléctrica internamente; este chip mantiene sellada una cámara sujeta a presión y por el otro lado está expuesto a la presión del múltiple de admisión, entonces al variar la presión dentro del múltiple se ejerce una contrapresión contra el chip lo que hace que se estire ose contraiga, eso hace que la resistencia interna que posee varíe cambiando la señal de voltaje (5v), de esta manera la computadora conoce que existieron cambios de presión en el motor pudiendo entonces determinar el ancho de pulso de la inyección, el momento en el que se debe dar el salto de la chispa ,etc.

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Incertidumbre asociada Cuando se reconoce una presión alta (chip extendido) se necesita una mayor entrada de combustible, mientras que si el chip no está expuesto a una gran presión se necesitara una menor cantidad de combustible. Los parámetros medidos en el sensor (limites de rango) dependen del lugar en donde se encuentre el vehículo (a nivel del mar o a determinada altura), por ejemplo: A nivel del mar: 1 bar (100 KPa). A 2800 metros sobre el nivel del mar (Quito): 0,73 bar (73 KPa) ó refiriéndonos al voltaje con la aleta de aceleración cerrada marca 2,5 voltios y abierta al100% marca aproximadamente 4,5 voltios.

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Comprobaciones: Comprobación es visual, se debe revisar la superficie del sensor en busca de roturas, las conexiones de los cables (no deben estar sueltas o flojas), etc. Alimentación, se debe comprobar con un voltímetro que los 5 voltios con los que el sensor funciona lleguen a él. Masa, conectando el cable positivo de un voltímetro al positivo de la batería y el negativo a la masa del sensor debe marcar 12 voltios. Señal, se conecta el cable positivo del voltímetro a la señal del sensor y el negativo a la masa del vehículo, debe marca 2,5 voltios (en Quito con la aleta de aceleración cerrada) PÁGINA 20

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Variación de voltaje, la prueba anterior se la debe realizar con diferentes presiones para poder comprobar el cambio de voltajes, para esto se debe usar una pistola de vacío generando diferentes presiones en el múltiple, a continuación se muestra una tabla aproximada de las caídas de voltaje que se deben registrar: Continuidad, se debe comprobar con el pito de un multímetro si existe continuidad en cada uno de los cable desde el sensor hacia el ECM.

SENSOR MAF Los sensores de flujo de aire en realidad se llaman sensores de flujo de masa de aire y lo que hacen es convertir la cantidad aire que el motor aspira hacia la admisión en una señal de voltaje. La ECU necesita saber el volumen de aire para calcular la "carga del motor", es decir, la cantidad de trabajo que el motor está realizando. En consecuencia, esto es necesario para calcular cuánto combustible inyectar, cuando iniciar la chispa en cada uno de los cilindros y cuando meter los cambios de velocidad de la transmisión, cuando el diseño del fabricante así lo indique (como sucede con muchas camionetas Jeep y Ford).El sensor de flujo de masa de aire se localiza directamente en el conducto de entrada de aire, entre el filtro de aire y el cuerpo de aceleración, que es donde puede medir la cantidad de aire fresco que ingresa al motor.

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Los componentes primarios internos de un sensor MAF son un termistor, un cable de platino de alta temperatura y un circuito de control electrónico. El termistor mide la temperatura del aire que ingresa al motor. El cable de platino es mantenido a una temperatura constante en relación a la temperatura del termistor y ese mantenimiento de temperatura es realizado por el circuito de control electrónico. Un incremento en el flujo de aire ocasionará que el cable caliente de platino pierda calor con lo que disminuiría su temperatura y entonces lo que sucede en esos milisegundos, es que el circuito de control electrónico dentro del sensor compensará esa pérdida de calor del cable al enviar más corriente eléctrica a través del cable para mantenerlo caliente. El circuito de control electrónico simultáneamente mide el flujo de corriente con lo que envía una señal de voltaje en proporción al flujo de corriente eléctrica, es decir, entre mayor sea la cantidad de aire que entre al motor ese incremento de aire enfriará más rápido al cable caliente, en consecuencia el circuito de control electrónico aumentará la corriente eléctrica para calentar más al cable de platino y justo cuando eso suceda, el mismo circuito de control electrónico se encargará de enviarle a la ECU una señal electrónica de incremento de voltaje; entre más aire ingrese al motor mayor será la señal de voltaje hacia la ECU.

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INCERTIDUMBRE ASOCIADA

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Este sensor permite medir flujos de aire del orden de 0,02 a 0.1 Kg/s con una incertidumbre total máxima de 12.2 % de la cantidad medida.

DIAGNOSTICO DE SENSORES MAF El diagnóstico del sensor MAF involucra revisiones visuales, de circuito y del componente. El conducto dentro del sensor MAF debe estar libre de residuos para que el sensor pueda operar normalmente. Si el conducto está obstruido, el motor por lo regular encenderá pero funcionará con falla, temblará y PÁGINA 24

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posiblemente se apagará sin que active un código de falla DTC en la memoria de

la PCM, convirtiéndose en una falla difícil de detectar.

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SENSOR KS (KNOCK SENSOR) SENSOR DE PICADO O DE DETONACIÓN

Está ubicado en el bloque de cilindros, sujetado mediante un perno a torque(11 Nm. generalmente) para un mejor funcionamiento. Este sensor se encarga de detectar vibraciones, golpeteos o zumbidos que puedan producirse en el motor principalmente producto de la explosión generada en los cilindros; basa su funcionamiento en un cristal especial que posee internamente conocido como piezoeléctrico capaz de convertir las vibraciones en señales eléctricas. Al ser detectado un movimiento anormal el sensor envía una señal eléctrica a una determinada frecuencia de acuerdo al grado de movimiento que se esté produciendo, esto hace que la computadora retrase el tiempo de encendido 3

grados por segundo hasta que las vibraciones desaparezcan.

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Incertidumbre asociada Comprobaciones: Como este sensor únicamente consta de un cable las comprobaciones se hacen más fáciles, principalmente porque este sensor es un generador de voltaje así que no tiene alimentación para su funcionamiento. Se debe comprobar la continuidad en cada cable que llegue o salga del sensor y en el caso de tener acceso a un osciloscopio se puede medir la señal que produce al generarse vibraciones en el motor (tomar en cuenta que produce un voltaje alterno); como es razonable, la señal producida con vibración será menor a la que se produce con el motor funcionando normalmente .Nota: El sensor KS siempre está generando voltaje, pero al producirse movimientos fuera de lo normal en el motor la señal será mucho más alta y es esta la que se toma en cuenta.

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SENSOR VSS (VEHICLE VELOCIDAD DEL MOTOR

SPEED

SENSOR)

SENSOR

DE

Este sensor informa a la computadora si el vehículo se encuentra o no en movimiento mediante la utilización de la velocidad de la marcha, con dicha información la computadora procede a desactivar el control de velocidad de ralentí. Esta información también es trasmitida al velocímetro eléctrico. Funciona

similarmente al sensor CKP de tipo hall, es decir que detecta el movimiento de los dientes de un piñón y mediante su imán permanente genera unos pulsos que son enviados como señal.

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SENSORES DE TEMPERATURA La ECU necesita ajustar una variedad de sistemas basándose en las temperaturas. Es crítico para la operación apropiada en estos sistemas que el motor alcance una temperatura óptima y que además, esa temperatura sea medida de forma exacta por la PCM. Por ejemplo, para que se inyecte la cantidad apropiada de combustible la PCM debe saber con total exactitud la temperatura correcta del motor. Los sensores de temperatura miden la Temperatura del anticongelante del Motor (ECT), Temperatura de Aire de Admisión (IAT), Temperatura de Gas EGR en algunos modelos más recientes existen sensores especiales para medir la temperatura de sistemas que las ECU's de hoy requieren conocer con exactitud, tales son los casos del aceite de la transmisión automática, temperatura física de la cabeza de cilindros en autos FORD, temperatura de la batería, temperatura del aceite del motor y algunos otros.

SENSOR DE MOTOR (ECT)

TEMPERATURA DEL ANTICONGELANTE

DEL

El sensor ECT responde a cambios que se presenten en la temperatura del anticongelante del motor. Al medir la temperatura del anticongelante del motor, la PCM sabe el promedio de temperatura del motor en general. El sensor ECT usualmente se localiza en la toma del agua justo donde se encuentra el termostato. El sensor ECT está conectado a una terminal en la PCM. El sensor ECT es un componente crítico en muchas funciones de la ECU tales como inyección de combustible, tiempo de encendido, tiempo variable de

válvulas, cambios de velocidad en la transmisión, etc. Siempre debes revisar si el motor está funcionando a la temperatura de operación y que el sensor ECT esté siempre reportando de forma exacta la temperatura a la ECU PÁGINA 30

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SENSOR DE TEMPERATURA DE AIRE DE ADMISION (IAT) El sensor IAT detecta la temperatura del aire en el conducto de admisión. En vehículos equipados con sensor MAF, el sensor IAT se localiza en el conducto de aire de admisión. En vehículos equipados con sensor MAF, el sensor IAT forma parte integral del sensor MAF. El sensor IAT está conectado a la PCM mediante un cable y una terminal. El sensor IAT se usa para detectar la temperatura promedio del aire del ambiente en un arranque en frío y continua midiendo los cambios en la temperatura del aire a medida que el motor comienza a calentar al aire que sigue ingresando. NOTA: Una estrategia que la ECU utiliza para determinar si el vehículo está siendo encendido en una condición de arranque en frío es comparando las dos señales, tanto la ECT como la IAT. Si ambas señales están dentro de un rango de 8 Grados Centígrados una de la otra, entonces la PCM asume que en efecto el clima esta frío y que se trata de una condición especial de arranque en frío. Esta estrategia es importante porque algunos monitores de autodiagnóstico, tales como el monitor EVAP, se basan en arranques en frío.

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SENSOR DE TEMPERATURA DE GAS DE RECIRCULACION DE ESCAPE (EGR) El sensor de temperatura de recirulación de gases de escape se localiza en el conducto EGR y mide la temperatura de los gases de escape. El sensor de Temperatura EGR está conectado a una terminal especial en la ECU. EN cualquier momento que la válvula EGR se abra, lo que ocurrirá es que el sensor detectará que la temperatura se incrementa. Debido al incremento de temperatura, la ECU sabe que la Válvula EGR está abierta y que los gases del escape están fluyendo hacia el múltiple de admisión.

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OPERACION DE SENSORES DE TEMPERATURA ECT, IAT Y EGR E INCERTIDUMBRE ASOCIADA

Aunque estos sensores están midiendo cosas completamente distintas entre sí, todos ellos operan exactamente de la misma manera, así que cuando comprendas como es que uno de ellos realiza una función, habrás comprendido como funciona cualquier sensor que mida temperatura en cualquier tipo de sistema. A medida que la temperatura de un sensor comienza a elevarse, la señal de voltaje hacia la ECU disminuye. La disminución en la señal de voltaje es ocasionada por la disminución de resistencia eléctrica del sensor. El cambio de resistencia causa que la señal de voltaje caiga. El sensor de temperatura se conecta en serie a una resistencia de valor fijo. La ECU Suministra 5 Volts al circuito y mide el cambio en el voltaje entre el valor fijo de la resistencia y el sensor de temperatura. Cuando el sensor esta frío, la resistencia del sensor es alta, y la señal de voltaje es alta también. A medida que el sensor se calienta, la resistencia cae y el voltaje de la señal disminuye. Por la señal de voltaje, la PCM puede determinar la temperatura del fluido anticongelante del motor, la temperatura del aire de admisión o la temperatura del gas EGR. El cable de tierra a masa de los sensores de temperatura siempre está conectados en todo momento en la terminal de tierra para sensores de la PCM. Algo que debes recordar es que a todos los sensores de temperatura que funcionen de este modo se les conoce con el nombre La corrección debido a tensiones parásitas en el circuito de medición se toma como 0,0 µV dentro de los límites de ± 2 µV. La incertidumbre estándar correspondiente es 1,15 µV. PÁGINA 33

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SENSOR DE OXIGENO (SONDA LAMBDA) Estos sensores son fundamentales porque con su señal la ECU toma decisiones sobre cuanto combustible debe inyectarse al motor. Pero bueno, mejor comencemos por el principio y analicemos los detalles de estos componentes.

La ECU usa al sensor de oxígeno para asegurar que le mezcla aire/combustible sea correcta para el convertidor catalítico. Con base en señal eléctrica proveniente del sensor de oxígeno, la PCM ajustará la cantidad de combustible inyectado en la corriente de aire que entran al sistema de ignición. Los vehículos de ahora requieren dos sensores de oxígeno: uno antes y otro más después del convertidor catalítico. El sensor de oxígeno, o sensor A/F, que va instalado antes del convertidor catalítico es utilizado por la PCM para ajustar la proporción aire/combustible. Este sensor en términos del protocolo OBD II es reconocido como el "Sensor 1". En motores con arreglo en V un sensor será reconocido como "Banco 1 Sensor 1" (B1S1) para la cabeza de cilindros que tenga al cilindro No. 1 y el otro sensor se reconoce como "Banco 2 Sensor 1". El sensor de oxígeno que va después del convertidor catalítico es utilizado por la PCM en primer lugar para determinar la eficiencia de trabajo del convertidor catalítico.

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Este sensor se conoce como Sensor 2. En vehículos que cuenten con dos convertidores catalíticos, un sensor se identificará como "Banco 1 Sensor 2" y el otro sensor será "Banco 2 Sensor 2".

Está hecho de Zirconio (Oxido de Zirconio), electrodos de platino y un elemento calefactor. El sensor de oxígeno genera una señal de voltaje basada en la cantidad de oxígeno contenido en el gas de escape comparándola contra la cantidad de oxígeno presente en el aire del ambiente atmosférico. El elemento de zirconio tiene un lado expuesto a la corriente de gases de escape y el otro lado está expuesto al aire de la atmósfera. Cada lado tiene un electrodo de platino adherido al elemento de dióxido de zirconio.

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Los electrodos de platino conducen el voltaje generado en el elemento de zirconio. La contaminación o la corrosión de los electrodos de platino de los elementos de zirconio reducirán la señal de voltaje de salida hacia la ECU.

FUNCIONAMIENTO Cuando la gasolina se quema en el cilindro se generan humos de escape; dentro de esos humos hay pocas cantidades de oxígeno que no alcanzaron a consumirse por completo cuando la gasolina se quemó. Algunas veces esos remanentes de oxígeno serán más, otras veces serán menos, pero el punto importante es que las cantidades de oxígeno remanente estarán cambiando siempre que el motor esté funcionando. Pues son precisamente esas variaciones en la concentración de oxígeno en los gases de escape las que el sensor de oxígeno se encarga de monitorear. NO podemos verlo con los ojos pero si podemos aprovechar las propiedades del óxido de zirconio para realizar mediciones de oxígeno que se conviertan en señales eléctricas que la ECU pueda aprovechar y que además podamos monitorear con multímetros digitales o mejor aún, con un osciloscopio.

Cuando el contenido de oxígeno en los gases de escape es alto, el sensor de oxígeno produce un voltaje bajito. Por el contrario, cuando el contenido de oxígeno en los gases de escape es bajo, el sensor de oxígeno produce un voltaje alto. Entre menos oxígeno haya en los gases y humos de escape, la señal de voltaje que el sensor producirá crecerá cada vez más. Esto puede verse fácilmente en la pantalla del osciloscopio o en un escánner que tenga la capacidad de graficar señales de sensores.

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Dependiendo del contenido de oxígeno en los humos, la PCM puede determinar la composición de aire/combustible que está ingresando a los cilindros; si la mezcla resulta ser "pobre" o mejor dicho, con mucho aire y poco combustible, produciendo así un voltaje bajito, la ECU se encarga de "enriquecer" la mezcla, es decir, de inyectar más gasolina. Si por el contrario, la mezcla resulta ser "rica", o sea, poco aire y mucho combustible, lo cual produce una señal de voltaje alto, entonces la PCM se encargará de "empobrecer" la mezcla, es decir, de inyectar menos gasolina. Esas dos "regiones" son los extremos de la composición de la mezcla, pero si buscamos la región que más "equilibre" la composición de la mezcla aire/combustible, hablaremos de algo que se conoce como "estequiometría". Este término se refiere a la perfección de la mezcla que es cuando tenemos 14.7 partes de aire por 1 de combustible. Cuando la mezcla alcanza esa proporción podremos verlo reflejado en la señal de voltaje que el sensor de oxígeno. Es muy importante señalar que los cambios pequeños en la proporción "aire/combustible" cambiarán radicalmente el voltaje de la señal producida por el sensor. Este tipo de sensor algunas veces se conoce como "Sensor de Rango Angosto" debido a que no puede detectar los cambios pequeños que resultan en el contenido de oxígeno en la corriente de humos de escape por los cambios que se hagan a la mezcla aire/combustible en el multiple de admisión. La ECU es como un "chef" que continuamente añade y sustrae combustible para producir un ciclo interminable de enriquecimiento/empobrecimiento de la mezcla y técnicamente tú lo puedes ver cuando la ECU abre y cierra" los milisegundos del pulso de inyección. Este fenómeno se conoce como "Close Loop" o "Ciclo Cerrado" y lo veremos con lujo de detalles en un curso más avanzado de control electrónico de combustible. El sensor de oxígeno es una especie de interruptor: cada vez que la mezcla aire/combustible se encuentre en su "zona de estequiometría" (14.7:1) la señal de voltaje será de 0.45 Volts y justo en ese momento el sensor de oxígeno cambiará el voltaje de la señal hacia arriba (1.0 Volts) o hacia abajo (0.1 Volts), y lo seguirá haciendo mientras el motor siga funcionando.

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El sensor de oxigeno solo generara una señal exacta cuando hay alcanzado una temperatura mínima de 400 Grados Centígados. Para que el sensor se caliente rápidamente y se mantenga caliente tanto en ralenti como en altas RPM's, el sensor de oxigeno tiene una resistencia calefactora en su interior.

Incertidumbre asociada

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Estos ajustes se están realizando de 30 a 40 veces por minuto. Una "mezcla rica" consume casi todo el oxígeno, entonces la señal de voltaje será "alta", en el rango de 0.6 - 1.0 Volts. Una "mezcla pobre" tiene más oxígeno disponible luego de que ocurre la combustión, por lo que la señal de voltaje ser "baja", en el rango de 0.1 - 0.4 Volts.

Calibración La calibración de todos estos componentes son proporcionados principalmente por la ECU ya que esta posee memorias adaptativas por lo que puede cambiar dependiendo de diversos factores que puedan afectar, en casos más severos existen equipos llamados computadoras reprogramadoras con los cuales se ajustan los parámetros a los niveles correctos; pero como se calibra la ECU el software de esta se mantiene en cierta actualización la cual la determina el fabricante entonces se actualiza el software y con ella todos los demás parámetros, por lo que una ECU es un sistema de mediciones de alta exactitud.

TPS( SENSOR DE POSICION DE ACELERADOR En muchas aplicaciones, la PCM ocupa saber la posición de componentes mecánicos. El sensor TPS (Throttle Position Sensor) o sensor de posición de garganta-mariposa indica la posición del papalote en el cuerpo de aceleración. En vehículos más recientes que ya no usan válvula IAC se utiliza el Sensor de Posición del Pedal Acelerador (APP) que indica la posición del pedal del acelerador. El sensor de posición de la válvula EGR indica la posición del vástago cuando la válvula EGR entra en operación. El sensor VAF usa este mismo principio. Eléctricamente, estos sensores operan de la misma manera: un brazo móvil dentro del sensor está mecánicamente conectado a un componente móvil, tal como una válvula o una compuerta .A medida que el componente se mueve, el brazo móvil dentro del sensor también se mueve. El brazo móvil está en contacto eléctrico con una resistencia. A medida que el brazo móvil se desplaza sobre la resistencia, la señal de voltaje cambia. En el punto de contacto el voltaje disponible es la señal de voltaje y esto es lo que indica la posición. Entre más se PÁGINA 39

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acerque el brazo móvil al voltaje de suministro, la señal de salida será mayor. Debido a este voltaje, la PCM puede determinar la posición del componente. Entre más se acerque el brazo móvil al voltaje de suministro, la señal de salida serámayor. Debido a este voltaje, la PCM puede determinar la posición del componente.

El sensor TPS está montado en el cuerpo de aceleración y convierte el ángulo del papalote del cuerpo de aceleración en una señal eléctrica. A medida que el papalote se abre, el el voltaje de la señal se incrementa. La ECU usa la información de la posición del papalote-mariposa para saber: * Modo del motor: ralenti, aceleración parcial, aceleración total. * Apagar A/C y control de emisiones en posición WOT (Wide Open ThrottleAceleración Total) * Correcciones de proporción de ratio aire/combustible * Corrección del incremento de potencia del motor * Control del corte de combustible

Incertidumbre asociada Un sensor TPS básico requiere tres cables. 5 Volts de suministran desde la PCM a una de las terminales del sensor TPS , la señal de posición del papalote se envía en una terminal más y la tierra a masa desde el sensor hacia la PCM completa la conexión para que el sensor funcione. PÁGINA 40

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En ralenti, el voltaje de la señal del sensor es entre 0.6 - 0.9 Volts. Desde este voltaje, la PCM sabe que el plato del papalote está cerrado. En aceleración total (WOT), la señal de voltaje es aproximadamente 3.5-4.7 Volts. En antiguos modelos de Honda y Acura es hasta 2.9 Volts. Dentro del sensor TPS hay una resistencia y un brazo móvil-deslizable. El brazo siempre está contactando a la resistencia. En el punto de contacto, el voltaje disponible es la señal de voltaje y esto indica la posición del plato en el cuerpo de aceleración. En ralenti, la resistencia entre la punta del brazo y la terminal de la señal es alta, por lo tanto el voltaje disponible de la señal será de 0.6 -0.9 Volts. A

medida que el brazo móvil se acerca a la terminal de salida de señal, la resistencia disminuye y la señal de voltaje se incrementa.

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Anexo 3 Procesamiento de datos El procesamiento de los datos es debido a un software el cual está dado en un código hexadecimal, y está cargado en microprocesadores que están distribuidos en el interior d la ECU. EXPLICACIÓN DEL CONCEPTO BÁSICO DE DISPOSITIVOS DIGITALES MODERNOS, DEFINICIÓN DE BLOQUES DE TRABAJOS:

A los efectos de simplificar el entendimiento del circuito completo de una ECU automotriz, resulta particularmente importante, efectuar una división del circuito general en áreas o bloques, con funciones diferenciadas.

1) Bloque de Entrada: Se denomina bloque de entrada a todos los circuitos que se encuentran como receptores de las diferentes señales que van a ingresar a la ECU y antes de que lleguen al microprocesador. Encontramos en este sentido, filtros, amplificadores, conversores análogos a digital, comparadores, recortadores, etc. Las señales que va a ingresar al microprocesador, son tratadas por todos estos circuitos. Los circuitos que se encuentren en este "camino hacia el microprocesador" serán los que se denominaran bloque de entrada.

2) Bloque de Procesamiento: Se denomina bloque de procesamiento a todo el circuito que desarrolla las funciones programadas y que están constituidos circuitalmente por el procesador, memorias y todo circuito que se vea involucrado en la ejecución del software. PÁGINA 42

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3) Bloque de salida: Así como las señales son tratadas al ingresar, antes de llegar al microprocesador por circuitos previos que se han denominado Bloque de entrada, existen luego circuitos que se encuentran entre las salidas del microprocesador y los diferentes elementos que van a ser actuados. Aparecen así amplificadores, circuitos de potencia con transistores, todos los denominados drivers o manejadores, etc. Vale decir aquellos que controlados por el micro actuaran sobre los diferentes periféricos de potencia, como por ejemplo: Bobinas de encendido, inyectores, relays, etc.

4) Bloque de Soporte: Se denomina así al conjunto de componentes que tienen como función alimentar a los circuitos internos mencionados anteriormente. Vale decir lo que constituye la fuente de alimentación de la ECU. Componen este bloque, transistores, diodos, condensadores, reguladores de voltaje, etc.

S1 y S5 Bloque de entrada y Salida S2 y S3 Bloque de Procesamiento S4 Bloque de Soporte PÁGINA 43

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ECUACIONES PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS Dentro del mismo software se realizan operaciones aritméticas mediante las cuales se obtiene los datos deseados.

Además de la incertidumbre en la determinación del flujo de masa, se presentan otros factores como la posición de la medición de la presión estática y la forma

del perfil de velocidades que influyen directamente en su precisión[8], [9], [10]. La incertidumbre total UTin, en la medición de flujo de aire, puede ser expresada mediante la siguiente ecuación:

El flujo de masa teórico dm/ dt ó dm� a través de un área dA , en los alrededores de un punto, puede ser expresada como: PÁGINA 44

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El número de Mach calculado para esta aplicación es de 0,01, por lo tanto, se considera como flujo incompresible, debido a que las variaciones causadas por los cambios en la densidad son despreciables. Esto implica que el término de la densidad en la ecuación [3], pueda ser factorizado de la integral obteniendo la siguiente expresión: 0m = ρV A• [4]

Es importante mencionar que la determinación de la velocidad, implica una incertidumbre debida a la deformación del perfil de velocidades en las cercanías de la pared de la cañería, la cual será tratada en detalle más adelante.

La velocidad puede ser calculada aplicando la ecuación de Bernoulli entre dos

puntos sobre la misma línea de corriente. Recordando que ésta no considera los efectos viscosos, se obtiene la siguiente expresión: Por lo tanto, el tubo de Pitot, debe ser calibrado mediante la siguiente ecuación:

De las ecuaciones [5] y [6], se obtiene la siguiente expresión general para el cálculo del flujo de masa: Aplicando la expresión clásica de propagación de incertidumbre sobre la ecuación [7], se obtiene la siguiente ecuación para el cálculo de incertidumbre en la determinación del flujo de masa:

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El sensor de zirconio de Hitech para oxígeno (ver figura.1) es un elemento de óxido de zirconio con forma de tubo cerrado por un extremo que está recubierto interna y externamente por electrodos porosos de metal, normalmente platino. A temperaturas por encima de los 400 grados Celsius el zirconio es conductor de los iones de oxígeno, generando una diferencia de potencial entre ambos electrodos. El valor de la tensión depende de la diferencia entre las presiones parciales de oxígeno de la muestra y del gas de referencia (generalmente aire) y se determina mediante la ecuación de Nernst:

Donde: R= constante molar del gas T= temperatura absoluta de la célula en ºK F= constante de Faraday P1= presión parcial del oxígeno del gas de referencia (aire en la mayoría de los casos) P2= presión parcial del oxígeno en la muestra

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Por tanto, con aire en ambos lados de la célula, la tensión de salida es cero (log1=0). El electrodo de referencia es negativo con respecto al electrodo de la muestra en concentraciones de oxígeno superiores que las del aire, y es positivo para concentraciones inferiores. Según la aplicación, se puede utilizar como referencia el electrodo interno o el externo. El voltaje de salida se procesa electrónicamente para obtener señales aptas para indicadores o equipos de control. Funcionamiento de las células galvánicas La célula es una batería metal/aire de difusión limitada. El oxígeno en la muestra se difunde a través de la barrera y alcanza el cátodo. Aquí es reducida a iones de hidroxilo que pasan a través del electrolito para oxidar el ánodo de metal. Cuando se cierra el circuito cátodo/ánodo se genera una corriente proporcional al ratio de consumo de oxígeno. La célula estará operando en lo que se considera una condición de cortocircuito. Dado que el ratio en que el oxígeno alcanza el cátodo está limitado por la barrera de difusión, la corriente de la célula es función directa de este ratio, que a su vez es función directa de la concentración de oxígeno en la muestra. Las ecuaciones generales de la célula son las siguientes: Reacción en el ánodo: 2Pb + 4OH - = 2PbO + 2H2O + 4 eReacción en el cátodo: O2 + 2H2O + 4 e-= 4OH Reacción total en la célula: 2Pb + O2 = 2PbO Salida(µA) = K log (1/1-C) Donde K es una constante y C es la presión parcial del oxígeno en la muestra. Para “ppm” y medidas de porcentaje hasta 25 por ciento, normalmente es adecuada una aproximación lineal aunque todos los analizadores con microprocesador de Hitech linealizan exactamente. Las células de tipo “E” operan de una forma un poco diferente. Esto permite medir el oxígeno en muestras que contienen elevadas cantidades de dióxido de carbono. Es lineal hasta 100% y proporciona milivolts en vez de una salida de corriente. Al ser baterías con ánodos consumibles, estas células tienen una vida finita que varía según el tipo: “L” (para ppm) 25.000 horas de porcentaje de oxígeno; “N” (habitualmente para 200ppm hasta 25%) 100.000 horas de porcentaje de PÁGINA 47

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oxígeno; “E” (hasta 100% en mezclas de gases neutros y poco ácidos) 1.000.000 de horas de porcentaje de oxígeno. Las horas de porcentaje de oxígeno se refieren a la esperanza de vida de la célula si trabaja con el porcentaje de oxígeno indicado. Si tiene que analizar porcentajes más elevados, su vida se acortará, y si son más bajos, se alargará. Por ello es importante elegir el tipo de célula adecuado al porcentaje a medir. Al elegir el tipo de célula adecuado para cada aplicación, los factores más importantes a tener en cuenta, por un lado, la elevada temperatura que requiere el zirconio, que puede producir cambios en la composición de la muestra, y por el otro, la velocidad de respuesta, ya que los sensores galvánicos son mucho más lentos que los de zirconio.

Anexo 4 Controlador El controlador-Operador mismo en este caso sigue siendo la ECM a base de un software encargado que en base a las mediciones de cada sensor puede determinar la acción exacta que debe realizar por ejemplo dependiendo de la variación del sensor de oxígeno, es como podría aumentar o disminuir la cantidad de combustible en la mezcla estequiométrica, también conforme la temperatura que registra el sensor manda a activar los moto-ventiladores, dependiendo la posición del cigüeñal y árbol de levas es como dispara la chispa, realmente todo es un proceso inteligente donde no hay interacción del usuario alguna.

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Anexo 5 Alarmas y Despliegue de información SISTEMA DE ALARMA CHECK ENGINE Uno de los mejoramientos más apasionantes en la industria automotriz fue el agregado de diagnósticos a bordo (OBD) en los vehículos o, dicho en forma más sencilla, la computadora que activa la luz "CHECK ENGINE" del vehículo. OBD I fue diseñado para monitorear sistemas específicos del fabricante para los vehículos construidos entre 1981 y 1995. Posteriormente, se desarrolló OBD II, que forma parte de todos los vehículos fabricados a partir de 1996 vendidos en los Estados Unidos. Como su PÁGINA 49

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predecesor, OBD II fue adoptado como parte de un mandato gubernamental de reducir las emisiones de los vehículos. Pero el factor que hace que OBD II sea único es su aplicación universal en todos los automóviles y camionetas recientes nacionales e importados. Este sofisticado programa en el sistema computarizado principal del vehículo tiene la finalidad de detectar fallas en una gama de sistemas, y puede accederse al mismo a través de un puerto OBD II universal, que suele ubicarse debajo del panel de instrumentos. Para todos los sistemas OBD, si se encuentra un problema, la computadora enciende la luz "CHECK ENGINE" para advertir al conductor, y establece un Código de Diagnóstico de Problema (DTC) para identificar dónde ocurrió el problema .Para recuperar estos códigos, se requiere una herramienta especial de

diagnóstico, como el lector de Códigos CAN OBD II.

DESPLIEGUE DIAGNOSTICO

DE

INFORMACION

HERRAMIENTA

DE

Los sistemas computarizados de los vehículos actuales, aparte de controlar las operaciones del motor, también pueden ayudarlo a encontrar problemas. Estas computadoras han sido programadas con habilidades especiales de prueba. Estas pruebas verifican los componentes conectados a la computadora que se usan para suministro de combustible, control de velocidad de marcha en PÁGINA 50

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vacío, sincronización de encendido, sistemas de emisión y cambios de marcha en la transmisión. La computadora de control del motor ejecuta pruebas especiales que dependen del fabricante, motor, año del modelo, etc. No existe una prueba universal que sea la misma para todos los vehículos. Asimismo, con este sistema, puede borrar los códigos almacenados y apagar la luz de advertencia después de atender los servicios requeridos. Sólo tenga en cuenta que los llamados códigos duros representan problemas que volverán a manifestarse encendiendo la luz si usted no soluciona el problema. Para acceder a los códigos de la computadora, sólo necesita un lector de códigos El sistema OBD II nos permite leer códigos con facilidad, pero eso no soluciona el problema; los códigos mencionan áreas con sus respectivos sensores, pero no es cambiando los sensores como se arreglará el problema. El sistema OBD II está compuesto de un procesador de datos o computador y un grupo de sensores y actuadores. Por lo regular la computadora controla un tipo de corriente que circula por el sensor, la cual genera una tensión que se mide en milivolt. En la figura 4 se puede apreciar en detalle cómo es un cable para conectar el automóvil con una computadora. el vehículo requiere para su desplazamiento y autonomía.

Despliegue de información Cuando el sistema almacena alguna información de error nos indica, generalmente con una señal luminosa, que algo está funcionando incorrectamente y por tanto es aconsejable que acudamos a un taller para que revisen el automóvil. Una vez en el taller, el equipo de mecánicos, conectará nuestro automóvil un escáner o lector del sistema OBDII que le facilitara la información almacenada. PÁGINA 51

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A principios de los 80, cuando se extendió el uso de este sistema de diagnosis, cada fabricante era libre de incorporar su propio conector y utilizar los códigos de error que quisiera. Esto dificultaba mucho la utilización de este sistema para la reparaciones, ya que la inversión que requería en los talleres mecánicos era altísima y poco práctica (debían disponer de muchos lectores y de muchas tablas de códigos). Para que el uso de este sistema fuera práctico y viable, en 1996, se llegó a un consenso entre los fabricantes y se estandarizaron los códigos y el conector. Así con un único lector de códigos y una tabla de errores, se puede diagnosticar un error en cualquier coche, independientemente del fabricante.

ESTRUCTURA DEL CODIGO DE FALLA (DTC) El estándar SAE J2Q12 define un código de 5 dígitos en el cual cada dígito representa un valor predeterminado. Todos los códigos son presentados de igual forma para facilidad del mecánico. Algunos de éstos son definidos por este estándar, y otros son reservados para uso de los fabricantes. El código tiene el siguiente formato YXXXX (ej, P0308) Donde Y, el primer dígito, representa la función del vehículo: P - Electrónica de Motor y Transmisión (Powertrain). B - Carrocería (Body). C - Chasis (Chassis). U - No definido (Undefíned). El segundo dígito indica la organización responsable de definir el código, 0 - SAE (código común a todos las marcas). 1 - El fabricante del vehículo (código diferente para distintas marcas). El tercer dígito representa una función específica del vehículo: 0 - El sistema electrónico completo. 1 y 2 - Control de aire y combustible. 3 - Sistema de encendido. 4 - Control de emisión auxiliar. 5 - Control de velocidad y ralentí. 6- ECU y entradas y salidas. 7 - Transmisión. PÁGINA 52

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El cuarto y quinto dígito están relacionados específicamente con la falla.

Entonces el código P03Q8 indica un problema en la electrónica de motor (P), definido por SAE (0) y común a cualquier vehículo, relacionado con el sistema de encendido (3), y falla en el cilindro #8 (08).

Anexo 6 Actuadores Son los elementos con los que se mantiene funcionando el motor sin ellos simplemente no funciona.

INYECTORES El inyector es el encargado de pulverizar en forma de aerosol la gasolina procedente de la linea de presión dentro del conducto de admisión, es en esencia una refinada electroválvula capaz de abrirse y cerrarse muchos millones de veces PÁGINA 53

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sin escape de combustible y que reacciona muy rápidamente al pulso eléctrico que la acciona. El esquema que sigue ilustra el proceso de inyección de combustible. El dibujo de la figura 1 representa un motor de pistones durante la carrera de admisión, observe la válvula de admisión abierta y el pistón en la carrera de descenso. El aire de admisión se representa por la flecha azul. Colocado en el camino del aire de entrada se encuentra el inyector de combustible, que no es mas que una pequeña electroválvula que cuando recibe la señal eléctrica a través del cable de alimentación se abre, dejando pasar de forma atomizada como un aerosol, la gasolina a presión, que es arrastrada al interior del cilindro por la corriente de aire. El tiempo de apertura del inyector así como la presión a la que se encuentra la gasolina determinan la cantidad inyectada. Estos dos factores, presión y tiempo de apertura, así como el momento en que se realiza, son los que hay que controlar con precisión para obtener una mezcla óptima.

Aunque parezca simple el trabajo del inyector, en realidad puede considerarse una maravilla de la tecnología teniendo en cuenta que:

1. Cuando un pequeño motor funciona en ralentí el volumen de gasolina inyectada equivale al de una cabeza de alfiler y lo hace con mucha precisión. 2. El tiempo que tiene para inyectar la gasolina cuando el motor gira a unas 4000 RPM es de solo 0.00375 segundos es decir algo mas de 3 milésimas de segundo, en ese tiempo debe abrirse y cerrarse con gran exactitud. ¿No pareciera casi imposible?

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El esquema que sigue (figura 2) representa una vista del inyector real

Así luce un inyector de gasolina real, en él puede verse una bobina eléctrica que cuando se energiza levanta la armadura que sube la aguja y deja abierto el paso del combustible a la tobera por donde sale pulverizado, una vez que cesa la señal eléctrica, la propia presión del combustible empuja la armadura que funciona como un pistón y aprieta la aguja contra el asiento cerrando la salida completamente.

BOBINAS DE ENCENDIDO Constitución Consta de dos arrollamientos, primario y secundario, con una relación de espiras de 1 a 1000 aproximadamente, con grosores inversamente proporcionales a dichas longitudes, y un núcleo ferromagnético. Cuenta con dos conexiones para el primario: una de alimentación positiva desde el contacto de encendido del motor, y una de negativo al dispositivo de interrupción cíclica del primario. El secundario cuenta con una conexión a masa, y otra de salida de alta tensión hacia la bujía o en su caso hacia el distribuidor. Funcionamiento La interrupción cíclica del primario está sincronizada con el motor, una vez cada giro en el dos tiempos (2T) o una cada dos giros en el cuatro tiempos (4T); aunque existen sistemas de 4T en motores de más de un cilindro, con chispa en cada revolución (Sistema de chispa perdida o DIS) Dicha interrupción era antiguamente mecánica gracias al ruptor o platinos, y hoy día se realiza mediante un circuito electrónico, siendo un transistor de potencia que depende de un controlador asociado al régimen del motor gracias a un sensor de régimen. ¿Que Necesita la Bobina Para Disparar Chispa? Necesita Corriente, y esta corriente son 12 Voltios de la Batería. Este Voltaje se le conoce como la Corriente Primaria. Necesita de un Dispositivo Interruptor. Este aparato (dispositivo) puede ser el Módulo de Encendido o la Computadora de la Inyección Electrónica, que interrumpe el circuito a tierra de la Bobina. PÁGINA 55

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Este Dispositivo Interruptor necesita de un Dispositivo Disparador. Este Dispositivo Disparador (Sensor de la Posición del Cigüeñal) le da a saber al Módulo (o la Computadora) el momento preciso para disparar la Bobina o las Bobinas. Que si la Bobina está recibiendo todo lo supra citado, debería crear Chispa.

TPA (actuador de cuerpo de mariposa) El sensor APP está montado en el cuerpo del pedal del acelerador de los sistemas de Control de Cuerpo de Aceleración Electrónico. El sensor APP convierte el movimiento del pedal del acelerador y su posición en dos o tres señales eléctricas según lo marque el diagrama de encendido electrónico. PÁGINA 56

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Eléctricamente, el sensor APP es idéntico en su operación que el sensor TPS DOBLE. Los sensores TPS DOBLE y APP siempre trabajan conjuntamente en el mismo circuito de control electrónico controlados por un módulo independiente como en el caso de GM o de forma directa como en el caso de Ford. Volkswagen y Jeep ya han adoptado este sistema también.

VALVULA IAC El sistema de control de macha mínima (ralenti) se utiliza para estabilizar la velocidad ralenti del motor durante arranques en frío y después de condiciones de operación tras un período de calentamiento. La estabilización de la velocidad ralenti se necesita debido al efecto que los cambios de requerimientos de trabajo y esfuerzo que se ejercen sobre el motor tienen un efecto directo sobre las emisiones, la calidad de la marcha mínima y la manejabilidad del vehículo en general. El sistema IAC utiliza a la PCM para controlar la Válvula de Control de Aire de Marcha Mínima (Valvula IAC) que regula el volumen de aire que se desvía alrededor del papalote cerrado del cuerpo de aceleración. La PCM controla la Válvula IAC al aplicarle varias señales eléctricas de entrada contra el programa de control que gobierna a la válvula IAC PÁGINA 57

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MOTOVENTILADORES Consiste en un motor eléctrico de dos velocidades el cual es accionado por la computadora en el momento indicado para enfriar la temperatura del líquido antiebullente/antirefrigerante

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Anexo 7 Protocolos ISO & SEA La EPA (Agencia De Protección Al Ambiente) estableció una norma que dicta que todos los vehículos que fueron vendidos en USA a partir de 1996 debían contar con un conector trapezoidal de 16 pines para el sistema de autodiagnóstico conocido hoy como OBD II, por lo cual, desde esa fecha, se normalizó la PÁGINA 60

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conexión a la computadora del auto aunque se empleen diferentes protocolos para comunicar esta computadora con algún elemento de cómputo exterior. De esta manera los técnicos con un solo cable podrán acceder a una gama completa de vehículos teniendo que, buscar así un equipo que aunque cuente Con el conector siga cubriendo los diferentes protocolos que usan cada fabricante En Europa muchos fabricantes se establecieron este conector como base en la mayoría de sus vehículos a partir del 2001 conocido como el EOBD. Cualquier vehículo americano, europeo o asiático que no cuente con el conector de 16 pines para fácil identificación se le llamará vehículo OBD I. Los protocolos más usados en OBD II son los siguientes: SAE j1850 VPW: General Motors. SAE j1850 PWM: Ford, Lincoln y Mercury. ISO 9141-2, ISO 14230-4 (KWP2000) EOBD: Chrsyler, Jeep, Dodge, Europeos y Asiáticos. Protocolo SAE J1850

Debemos aclarar que el “BUS SAE J1850” es un bus empleado para diagnóstico y adquisición de datos en vehículos. El bus J1850 puede operar de dos formas; mediante una señal PWM de 41.6Kbps de dos hilos de información diferencial o por medio de una Señal VPW de 10.4Kbps de un solo hilo. El protocolo de comunicaciones establece una longitud máxima para la transmisión de datos de 32 metros, pudiendo conectar 32 nodos. Fue desarrollado en 1994 y es posible que en poco tiempo sea reemplazado por protocolos más modernos. Se trata de un protocolo clase B. En este protocolo, un estado alto o “1” lógico puede tomar tensiones de entre 4,25V y 20V mientras que el estado bajo o “0” lógico es inferior a 3,25V.Los valores altos y bajos se envían como símbolos o palabras (no son un único bit). Cada símbolo tiene una duración de 64μs o 128μS. No es objeto de esta nota explicar cómo funciona el protocolo, pero en forma sintética podemos decir que es un protocolo adoptado por EE UU (y por ende es de aplicación masiva), es muy parecido al protocolo CAN ya que se aplica en automotores y permite el uso de uno o dos cables con dos velocidades de transmisión y dos técnicas de codificación del bit (PWM: modulación por ancho de pulso y VPW: modulación variable del ancho de pulso). Para la detección de errores emplea CRC o Checksum dependiendo del formato del mensaje y de la técnica de modulación seleccionada. PÁGINA 61

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Una Interfase de comunicaciones J1850 permite interconectar una amplia variedad de microcontroladores con muy poca atención del sistema o microcontrolador principal. Protocolo ISO 15765-4 (CAN Bus): Este protocolo se empezó a usar en Europa a mediados del año 97, el cual utiliza comunicación Bus de banda ancha entre sus módulos y el conector de diagnóstico. Muchos modelos europeos como el BMW, ya cuentan con este protocolo desde el 2001. En USA este protocolo es obligatorio para cualquier vehículo que se ha vendido a partir del 2008 en ese país. Este protocolo es conocido hoy como el CAN BUS. Los vehículos con protocolo CAN-BUS a partir del 2001 usan el mismo conector de 16 pines establecido por la norma de la EPA. Los comandos AT son instrucciones codificadas que conforman un lenguaje de comunicación entre el hombre y un terminal tipo modem. En un principio, el juego de comandos AT fue desarrollado en 1977 por Dennis Hayes como un interfaz de comunicación con un modem para así poder configurarlo y proporcionarle instrucciones, tales como marcar un número de teléfono. Más adelante, con el avance del baudio, fueron las compañías Microcomm y US Robotics las que siguieron desarrollando y expandiendo el juego de comandos hasta aniversalizarlo. Los comandos AT se denominan así por la abreviatura de “attention”.Aunque la finalidad principal de los comandos AT es la comunicación con módems, otros servicios los toman como lenguaje de comunicación. Por ejemplo, la telefonía móvil GSM también ha adoptado como estándar este lenguaje para poder comunicarse con sus terminales. De esta forma, todos los teléfonos móviles GSM poseen un juego de comandos AT específico que sirve de interfaz para configurar y proporcionar instrucciones a los terminales. Este juego de instrucciones puede encontrarse en la documentación técnica de los terminales GSM y permite acciones tales como realizar llamadas de datos o de voz, leer y escribir en la agenda de contactos y enviar mensajes SMS, además de muchas otras opciones de configuración del terminal. Para diagnóstico a bordo de automóviles, también se emplean comandos AT y cada fabricante, en función del protocolo elegido, utiliza un sistema de escaneo para poder leer los códigos de error que permitan identificar las fallas. Es por eso que comenzamos a explicar el funcionamiento del circuito integrado LM327, fabricado exclusivamente para satisfacer las necesidades de la mayoría de los protocolos empleados en diagnóstico automotor. PÁGINA 62

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Estructura de Programación con Comandos AT Cuando se quiere realizar una comunicación por medio de comandos AT se debe hacer una petición y el terminal remoto debe dar una respuesta. La sintaxis de una petición es, por ejemplo: AT + CFCO Donde: (AT+CFCO) es el comando y (carriage return) indica que finaliza el mensaje. Luego, el terminal remoto puede responder en forma correcta o incorrecta. La estructura de una respuesta correcta es la siguiente: ON BOARD SYSTEM OK Donde: es la secuencia de inicio, ON BOARD SYSTEM es la respuesta y representa la secuencia del final del mensaje; Es la sentencia de “retorno de carro” y indica que avance una línea. Si la respuesta fuese incorrecta, la estructura del mensaje sería: ERROR Note que siempre están los caracteres de inicio y finalización del mensaje y el contenido principal, en este caso, está indicando que hubo un error en la comunicación.

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Anexo 8 Accionador

En este muy particular caso regresamos a que el accionador es la misma ECU mediante su software cargado manda la señal al actuador y lo mantiene funcionando.

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Anexo 9Representación del sistema DIAGRAMAS ELÉCTRICOS

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Comentarios Dejando como comentarios principal que no hay un acondicionador de señal o de acción debido que en este lazo la comunicación es directa y las distancias cortas el voltaje no es perdido siempre es el mismo y cuando se habla de una caída de voltaje es porque estamos presentando algún fallo y se debe realizar alguna de la comprobaciones mencionadas anteriormente.

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