Dércio Amaral Cambula Rute da Vitória Carlos · 2019-03-23 · de un simple motor alternativo de...

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Autor: Avelino González Fernández Colaboradores: Jose Félix Díaz Iborra Dércio Amaral Cambula Rute da Vitória Carlos

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Autor: Avelino González Fernández

Colaboradores: Jose Félix Díaz Iborra

Dércio Amaral Cambula

Rute da Vitória Carlos

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ÍNDICE:

1. ANTECEDENTE ........................................................................ 3

2. INTRODUCCIÓN ....................................................................... 3

3. OBJETIVOS .............................................................................. 3

3.1.Objetivos generales ........................................................... 3

3.2.Objetivos específicos ........................................................ 4

4. DESARROLLO DEL PROYECTO ............................................. 5

4.1.Estudio preliminar de necesidades y recursos .................. 5

4.2.Memoria ............................................................................ 5

4.3.Normativa aplicable ......................................................... 11

4.4.Esquema eléctrico ........................................................... 12

4.5.Circuito impreso y distribución de componentes ............. 13

4.6.Esquema electrónico ....................................................... 15

4.7.Conectores DB9 .............................................................. 16

4.8.Programa Arduino ........................................................... 17

4.8.1.Gestión electrónica del motor .................................... 18

4.8.2.Gestión del cuadro de instrumentos .......................... 18

4.9.Sensores externos .......................................................... 20

4.10.Listado de piezas ........................................................... 23

5. DISEÑO DE PIEZAS 3D .......................................................... 25

6. CONCLUSIÓN ......................................................................... 28

7. AGRADECIMIENTOS.............................................................. 28

8. BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA ............................................. 30

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1. ANTECEDENTE

Los antecedentes son la necesidad de construir una maqueta de

experimentación en la gestión electrónica de la termodinámica de un motor de

combustión alternativo de 4 tiempos, uno de los objetivos es seguir

actualizando el sistema para la experimentación de otros combustibles y

métodos de eficiencia energética como GLP o biocombustible.

2. INTRODUCCIÓN

Partimos con un motor Honda GX 25 un motor estacionario que sirve para las

aplicaciones de jardinería, cultivos, usado para maquinaria agrícola como moto-

sierras, sopladoras, corta-césped. Todos los componentes de este motor, se

irán modificando por una gestión electrónica y un sistema de inyección.

3. OBJETIVOS

3.1. Objetivos generales

Cumplir con el currículo por el que se establecen las enseñanzas

correspondientes al Título de Formación Profesional de Técnico en Automoción

en la Comunidad Valenciana, el cual indica como un módulo del ciclo formativo

la realización de un Proyecto Integrado.

Cumplir con la Orden de 29 de Julio del 2009 de la Conselleria de

Educación, por la que se establecen orientaciones y criterios para la

elaboración de proyectos curriculares, así como la distribución horaria y los

itinerarios formativos de los títulos de Formación Profesional Específica, que se

integran en la Familia Profesional de Transporte y Mantenimiento de Vehículos,

en la cual se indican las capacidades terminales del módulo Proyecto Integrado

que se citan en los objetivos específicos.

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3.2. Objetivos específicos

El motivo de hacer el proyecto es poder adquirir conocimientos sobre un

motor de combustión alternativo de 4 tiempos y las técnicas para

convertirlo de carburación a inyección con gestión electrónica instalada a

dicho motor.

La importancia que tiene dicha modificación es demostrar la posibilidad de

hacer un cambio posible con el fin de tener mejoras en el rendimiento,

y además poder hacer futuros desarrollos en adaptaciones como en:

o Sistemas GLP

o Análisis y experimentación de diferentes biocombustibles

o Desarrollos de panel de a bordo y cuadro de instrumentos

Es de gran importancia en la divulgación y/o investigación docente

porque de ello se trata este proyecto, que vaya evolucionando año tras año

y los alumnos vayan investigando nuevas tecnologías con mejores

acabados y con ello poder hacer cualquier instrumento de (comprobación,

utilización e incluso para exposiciones que la gente pueda ver la evolución

de un simple motor alternativo de 4 a tiempos de combustión a un motor de

gas, hasta un banco de potencia etc.)

Para realizar todas las modificaciones, reparaciones, instalaciones he

utilizado las bases de las asignaturas realizadas durante los dos años de

Formación de Grado Superior en Automoción , en las que destacan:

Elementos amovibles y fijos no estructurales.

Motores Térmicos y sus sistemas Auxiliares

Sistemas Eléctricos y seguridad y confort.

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4. DESARROLLO DEL PROYECTO

4.1. Estudio preliminar de necesidades y recursos

A partir de un motor honda Gx 25 se estudian todas las adaptaciones

necesarias para realizar las modificaciones hasta lograr la gestión electrónica,

con lo que se necesitara:

o Motor completo.

o Cableado diverso

o Fuente de alimentación

o Placa base

o Arduino

o Inyector de gasolina

o Programa controlador

4.2. Memoria

Cuando me entregaron el motor para comenzar las modificaciones pude

observar una seria de fallos en el motor, que tuve que solucionar antes de

empezar a realizar ningún cambio.

A partir de todas las reparaciones realizadas conseguidas con éxito, comencé

con las modificaciones.

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Roscas del

cigüeñal

trasroscadas

El cárter

desatornillado

Tirador de

arranque se

bloqueaba al

tirar

En primer lugar comencé a realizar una base de sujeción para el motor, que se

realizó a partir de una barra de hierro, la cual se cortó con un ángulo de corte

de 45º. Después a partir de las medidas del motor y las condiciones de

funcionamiento se colocaron los tacos del motor para evitar ruidos y

vibraciones.

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Continué desmontando la carcasa del volante de inercia para realizar un

agujero y poder colocar el sensor del cigüeñal. Realizando en el torno un

casquillo de regulación para la altura del sensor.

A continuación se desmontó la tapa del árbol de levas para realizar un pequeño

taladro de 5mm a la polea de plástico para introducir un imán, para detectar las

vueltas del árbol de levas. A su vez se realiza el casquillo del sensor de árbol

de levas para su colocación, se realiza en el torno para dejar a la altura para

que detecte el imán del árbol de levas.

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Una vez tenemos colocados correctamente los sensores, empezamos a idear

maneras de colocación del inyector, para tener una buena inyección con el fin

de que no nos cause molestias a la hora de trabajar con él.

Se cogen las medidas del inyector con el calibre mediante un taco de aluminio

de 42cm de diámetro. Una vez tenemos las medidas se hace la pieza en el

torno, se realiza el orificio de 15mm de profundo y de 13 mm de ancho.

Aprovechando que tenemos los espárragos para la sujeción del carburador

anterior, se hacen dos orificios a la altura de los dos espárragos para usarlo de

sujeción del colector de admisión.

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Una vez colocado el colector de admisión en su posición y queda

correctamente ajustado y que el inyector se acopla bien, se procede a realizar

la entrada de aire a través de una mariposa que se acciona manualmente, y

poder aumentar o disminuir la entrada de aire. Debemos estudiar donde

realizar el agujero y que diámetro del agujero, para conseguir tener una mezcla

estequiometria.

Una vez colocado el inyector en la posición final, se realiza una rampa de

inyección a medida del inyector a través del torno, observando profundidad y

diámetro interior del inyector. Una vez mecanizada la pieza se le realiza una

canalización para la colocación de una junta tórica, para asegurar de que no

tenga tomas de aire. En el extremo opuesto a la entrada del inyector, se

mecaniza un roscado, para que no se escape el tubo de entrada de gasolina.

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Una vez acoplado el inyector en el colector de admisión y la rampa de

inyección quede bien ajustada, se procede a la búsqueda de las características

del inyector como: Presión de trabajo, resistencia, y flujo estático.

Con todos estos datos, se comienza a pensar la mejor manera para darle

presión al depósito, en el cual quede más limpio y sin fugas de aire.

Mediante una válvula de rueda de vehículos, observamos que tiene unas

dimensiones para adaptarse al funcionamiento. Se realiza un agujero de 12mm

en el tapón de llenado y se introduce a presión la válvula. Una vez la válvula

queda colocada, se le da presión al depósito para comprobar que no hay

posibles fugas.

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4.3. Normativa aplicable

Ley de Prevención de Riesgos Laborales.

La Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales

es el resultado del acuerdo de varias directivas europeas muy significativas en

materia de prevención de riesgos, relativa a la aplicación de medidas para

promover la mejora de la salud de los trabajadores en el trabajo.

La normativa en materia de PRL se basa en nuestro ordenamiento jurídico, en

la Constitución Española de 1978 con el Artículo 40.2.: Establece dentro de la

política social y económica, el deber de los poderes públicos de velar por la

seguridad e higiene en el trabajo y en el Estatuto de los Trabajadores con el

Artículo 5 Establece que los trabajadores tienen el deber de cumplir con las

obligaciones concretas de su puesto de trabajo y tienen el deber de observar

las medidas de seguridad e higiene que se adopten.

Respecto a la seguridad el objetivo principal es prevenir: Caída de

herramientas, golpes y cortes, caídas al mismo y a diferente nivel,

atrapamientos y riesgo eléctrico.

Respecto a la normativa ambiental abarca las normativas de

ruido y gases.

REAL DECRETO 1513/2005, de 16 de diciembre, por el que se desarrolla la

Ley 37/2003, de 17 de noviembre, del Ruido, en lo referente a la evaluación y

gestión del ruido ambiental. Dicha ley tiene por objeto la regulación de la

contaminación acústica para evitar y, en su caso, reducir, los daños que pueda

provocar en la salud humana, los bienes o el medio ambiente.

Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del

aire y por el que se desarrolla la Ley 34/2007, de 15 de noviembre, de calidad

del aire y protección de la atmósfera. Se aprueba con la finalidad de evitar,

prevenir y reducir los efectos nocivos de las sustancias mencionadas sobre la

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salud humana, el medio ambiente en su conjunto y demás bienes de cualquier

naturaleza

Directiva CE de seguridad en maquinas

Cumple con la DIRECTIVA 2006/42/CE del Parlamento Europeo y del Consejo

de 17 de mayo de 2006 relativa a las máquinas.

4.4. Esquema eléctrico

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4.5. Circuito impreso y distribución de componentes

Circuito impreso

Distribución de componentes

Pines Componentes

P21 Señal Sensor Hall Árbol Levas

P22 Negativo Sensor Hall Árbol Levas

P23 Positivo + 12V Sensor Hall Árbol Levas

P24 Sensor Hall Cigüeñal

P25 Sensor Hall Cigüeñal

P26 Señal encendido

P27 Negativo bobina

P28 Positivo +12V bobina

P29 inyector

P30 Negativo Inyector

P31 Positivo +12V inyector

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Componentes de la placa

1 Condensadores

2 Led´s

3 Bluetooth

4 Arduino

5 Autoacopladores

6 Resistencias

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4.6. Esquema electrónico

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4.7. Conectores DB9

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4.8. Programa Arduino

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4.8.1. Gestión electrónica del motor

En la gestión electrónica del motor, actualmente podemos gestionar los

tiempos de inyección, conocer el punto muerto superior y las revoluciones del

motor.

Para desarrollos próximos, pretendemos lograr el control del motor mediante la

gestión electrónica. Además uno de nuestros objetivos en este campo, es

representar valores como: Sonda lambda, presión de la admisión, temperaturas

y caudal de aire.

4.8.2. Gestión del cuadro de instrumentos

En el cuadro de instrumentos podremos observar parámetros como; riqueza o

empobrecimiento de mezcla, tiempo de inyección y revoluciones del motor. Las

cuales los podremos modificar con nuestra aplicación para Smartphone desde

nuestro dispositivo androide, enlazándola mediante Bluetooth.

Una vez enlazado y el motor en marcha, podremos ir variando el tiempo de

inyección en (ms), subir o bajar las revoluciones del motor y el botón de paro

nos da la posibilidad de cortar la inyección para parar el motor.

Como bien se ha descrito anteriormente en este proyecto, se quiere llegar a

conseguir la posibilidad de hacer un cambio posible con el fin de tener mejoras

en el rendimiento, y además poder hacer futuros desarrollos en adaptaciones

y a su vez tener la posibilidad de reflejar todos los valores en un cuadro de

instrumentos para observar todos los comportamientos del motor como: Sonda

lambda, presión de la admisión, temperaturas y caudal de aire.

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4.9. Sensores externos

Sensor de árbol de levas y Sensor de cigüeñal

Datasheet sensor Hall.

Rango de Producto OsiSense XS

Número de la serie Propósito general / General purpose

Tipo de sensor Sensor de proximidad inductivo

Nombre del sensor XS6

Diseño del sensor Cilíndrico M18

Tamaño 62 mm

Tipo de cuerpo Fijo

Material Metal

Tipo de señal de salida Discreto

Técnica de cableado 2/3 hilos

Alcance nominal 8 mm

Función de salida discreta 1 NO

Tipo de circuito de salida AC/DC

Conexión eléctrica Cable

Longitud del cable 2 m

Tensión normal de alimentación 24 ... 240 V AC / DC (50/60 Hz)

Poder de corte en mA 5...200 mA DC

5...300 mA AC

Grado de protección IP IP68 doble aislamiento según IEC 60529

IP69 K según DIN 40050

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COMPLEMENTARIO Datasheet sensor Hall.

Rosca ISO M18 x 1

Detección de la cara Frontal

Frente materiales PPS

Material de la caja Latón niquelado

Zona de operación 0 ... 6,4 mm

Recorrido diferencial 1 ... 15% de Sr

Composición del cable 2 x 0,34 mm²

Material de aislamiento del cable PvR

LED de estado 1 LED (amarillo) para el estado de la salida

Límites de tensión de suministro 20 ... 264 V AC / DC

Corriente residual 0,8 mA, estado abierto

Frecuencia de conmutación 1000 Hz DC

25 Hz AC

La caída de voltaje 5,5 V, estado cerrado

Retardo por primera vez 25 ms

La respuesta del retardo 0,5 ms

Retrasar la recuperación 0,5 ms

Calificación CE

Longitud de rosca 52mm

Longitud 62mm

Peso del producto 0,12 kg

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AMBIENTE Datasheet sensor Hall.

Certificaciones del producto CSA

UL

La temperatura del aire ambiente para el

funcionamiento

-25 ... 70 ° C

La temperatura del aire ambiente para el

almacenamiento

-40 ... 85 ° C

Resistencia a la vibración 25 gn, amplitud: +/- 2 mm (f = 10 ... 55 Hz)

según IEC 60068-2-6

Resistencia a golpes 50 gn (duración = 11 ms) según el IEC 60068-

2-27

Inyector

Tipo de inyectr 0280158015

Tipo EV14

Resistencia (ohm) 12

Medio de ensayo Heptano

Presión de trabajo (kPa) 270Kpa

Caudal inicial (a presión de funcionamiento) (g / min)

177g/min

Caudal estatico de 300 kPa (g / min) 186,6

Caudal estatico de 300 kPa (ml/min) 267

Caudal dinámico con 300 kPa, a 2,5 mg / 1000 Impulsos.)

5,81

Tipo de aerosol E

Ángulo de proyección alfa-50 (Para 2 haces)

20º

Ángulo de proyección alfa-80 (Por cono característica)

¤

Ángulo de desviación axial (ángulo de pulverización doblada)

Ángulo de orientación 40º

La distribución del rociado (área, la cantidad de pulverización)

12°-24°¤>40%

Combustibles permitidos E85

Conector eléctrico USCAR

Largo total 77mm

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4.10. Listado de piezas

1-Casquillo supletorio para sensor de Árbol de levas.

Para lograr un buen funcionamiento del sensor hall y pueda detectar el imán de

la polea de árbol de levas se cogen las medidas para realizar un casquillo

supletorio que quede a la medida exacta.

2-Colector de admisión.

Está conformado a medida para que acople el inyector y tener la entrada de

aire para lograr una buena mezcla.

3-Casquillo de aluminio para inyector.

Está conformado a medida para que acople en el interior del inyector y evitar

pérdidas de gasolina y en el otro extremo que entre el tubo de entrada de

gasolina.

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4-Mariposa

Se ha realizado a mano para que cierre o abra el paso de aire y poder

aumentar o disminuir las revoluciones del motor.

5-Inyector

Va ubicado en un Nissan micra 1.2 gasolina MK2 y mediante la gestión

electrónica, se ha podida ajustar los tiempos de inyección para controlar las

inyección y dejar un funcionamiento correcto.

Referencia: 0280158015

Nombre: Inyector de gasolina

Proveedor: Bosch

6-Conectores DB9

Los conectores DB9 son necesarios para realizar la instalación y poder enlazar

la placa con los sensores externos del motor.

Referencia: CM01

Nombre: Conectores DB9

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7-Sensore Hall

Los sensores hall detectan el imán colocado para detectar las vueltas del motor

y saber en qué punto está y realizar las inyecciones. A su vez conseguimos las

revoluciones del motor.

Referencia: NJK-5002C

Nombre: XS6

5. DISEÑO DE PIEZAS 3D

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6. CONCLUSIÓN

Es un proyecto que se puede llevar a cabo para cualquier tipo de utilidad, en

todos los campos de la automoción. En cuanto a la construcción de este

proyecto hemos encontrado grandes dificultades, en cuanto a la adaptación y/o

instalación de cualquiera de las piezas realizadas, instalación eléctrica y/o

electrónica, en la adaptación del inyector al nuevo colector de admisión y como

suministrarle combustible a dicho inyector.

Una de las intenciones futuras para este motor de combustión alternativo de 4

tiempos de inyección directa, es hacerlo funcionar con GLP o biocombustible.

Con esta transformación se podrá impartir clases en el mismo centro para que

todos los alumnos puedan adquirir los conocimientos de saber cómo funciona

un motor modificado para funcionar con otros combustibles, y a su vez, saber

manipular la electrónica que hoy en día es tan importante en la automoción.

7. AGRADECIMIENTOS

En primer lugar tengo que agradecer al instituto I.E.S Canastell y al

departamento Fap-Lap por facilitarme el acceso a sus instalaciones y a sus

medios tanto de herramienta como de maquinara para llevar a cabo el

proyecto. También al departamento de electrónica con el profesor Jose Félix

Díaz Iborra que se ha involucrado para hacer posible este trabajo cooperativo.

El trabajo que ha llevado a cabo este departamento ha sido realizar toda la

parte electrónica y eléctrica para hacer posible el funcionamiento del motor de

inyección con electrónica, haciendo las debidas adaptaciones, comprobaciones

y/o sustituciones en la electrónica.

Por otro lado, en la parte de diseño en 3D, he contado con la colaboración de

dos alumnos del centro Escuela Profesional Amar Terra Verde procedentes de

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Portugal que han venido para realizar las FCTS Europa al centro CIP.

Canastell. Estos dos alumnos; Dércio Amaral Cambula de 22 años y Rute da

Vitória Carlos de 20 años han realizado el ciclo de Metalomecànica de grado

medio. Ellos han decidido venir a España a realizar las prácticas para tener un

conocimiento de trabajo diferente y conocer culturas diferentes y hábitos y

costumbres.

Estos alumnos, han recibido los conocimientos necesarios para el diseño de las

piezas en 3D y lo van a poner en prácticas con los componentes de mi

proyecto.

Y por último agradecer al tutor de mi proyecto Matías Sánchez García por

guiarme en este proyecto y darme la oportunidad de ser el primero en

comenzar con este proyecto, el cual tiene grandes desarrollos por delante.

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8. BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA

o Martín, J., Gómez, T., García, J.L., Águeda, E. Elementos amovibles y

fijos no estructurales. Paraninfo.

o González, D. Motores térmicos y sus sistemas auxiliares. Paraninfo.

o Ros, J.A., Barrera, O. Sistemas eléctricos y de seguridad y

confortabilidad. Paraninfo.

o JR Lojero, maquinaria SA de CV. Honda Flecha Horizontal. Disponible

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