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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LAS VARIABLES DE UN MOTOR DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA RESPECTO A LA
ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL GRADO DE MÁSTER (MSc) EN SISTEMAS AUTOMOTRICES
JORGE ENRIQUE MARTÍNEZ CORAL
LUIS FERNANDO ROBLES MORILLO
DIRECTOR: MSc.ING. IVÁN ZAMBRANO OREJUELA
QUITO, DICIEMBRE 2010
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DECLARACIÓN
Nosotros, Jorge Enrique Martínez Coral y Luis Fernando Robles Morillo,
declaramos que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido
previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que
hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.
Jorge Enrique Martínez Coral Luis Fernando Robles Morillo
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CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Jorge Enrique Martínez
Coral y Luis Fernando Robles Morillo bajo mi supervisión.
MSc. Ing. Iván Zambrano O.
DIRECTOR DE TESIS
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AGRADECIMIENTO
Un agradecimiento muy especial al MSc.Ing. Iván Zambrano, primero por la
inmejorable labor que ha desempeñado como Coordinador de la Unidad de
Postgrados, luego por el invaluable apoyo y acertada dirección en esta
investigación.
A la Unidad de Postgrados de Ingeniería Mecánica
por la seriedad en la organización y desarrollo de la Maestría,
y por las facilidades prestadas para poder culminarla con éxito.
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DEDICATORIA
El presente trabajo está dedicado con todo amor:
A Dios creador de mi vida, padre generoso gracias por todo.
A mi esposa Alexandra ejemplo de fortaleza y valentía
mi eterna enamorada.
A mis padres Jorge y Rosa Elena, luces guía a lo largo de mi vida
mi mami voz de aliento diaria con sus sabios consejos y su enorme amor,
mi papi trabajador incansable, de el nació la pasión a los vehículos.
A mis hijos Jorge y Sofía llenos de detalles y amor
por ellos y para ellos todo mi esfuerzo diario.
A mis hermanas Delita mi brazo derecho y Rosita Elena
que me han dado siempre su apoyo y cariño
y a mi sobrinita Victoria
JORGE
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DEDICATORIA
Al Creador y dueño de la vida, gracias por las infinitas bendiciones recibidas
A las dos personas más importantes en mi vida:
Mi amada esposa Lorena quien con su amor me ha apoyado en este caminar
y en quien encuentro la fortaleza para la batalla de la vida
A mi hijo Mateo, fuente de inspiración y dulzura,
mi motivo de ser mejor.
A mis padres, ejemplos de trabajo y cariño
a quienes les debo todo lo que soy en la vida.
A mis hermanos, que me motivan a ser ejemplo a seguir��
FERNANDO
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RESUMEN
El presente trabajo empieza destacando las diferencias entre los sistemas de
combustión a carburador y los sistemas de inyección electrónica, destacándose
el hecho de disminuir consumo de combustible y bajar las emisiones
contaminantes.
Posteriormente se define el problema central que motivó el realizar esta
investigación, y la importancia de este tema en la actualidad.
La parte teórica describe las variables evaluadas, cómo funciona y de que se
compone un sistema de inyección electrónica, los sensores que se analizaron
durante todas las medidas tomadas en diferentes puntos geográficos de
nuestro país.
Luego se define el ciclo básico de experimentación ajustado a la presente
investigación y se continúa con la experimentación. En este punto se empieza
por la descripción del vehículo de pruebas y las modificaciones que se le
realizaron para poder tomar datos. Se describen los equipos de medición
utilizados; las pruebas preliminares realizadas. Se explica porque se diseñó un
ciclo de manejo ajustado a las necesidades de poder cumplir las pruebas
dinámicas y posteriormente se muestran los formatos para adquisición de datos
para poder realizar todas las pruebas estáticas y dinámicas.
El análisis de resultados de las pruebas estáticas y dinámicas arrojan datos
interesantes sobre el comportamiento del vehículo en las pruebas realizadas a
diferentes alturas sobre el nivel del mar. También se muestra una comparación
interesante de la diferencia de comportamientos de diferentes sensores MAP a
las mismas condiciones de evaluación.
Finalmente se agrega varios anexos con mucha información del
comportamiento del vehículo en las pruebas realizadas y diagramas
electrónicos del vehículo.
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PRESENTACION
El gran desarrollo de la electrónica y su incorporación en todos los campos
tecnológicos se hace presente también en el área automotriz. Hoy en día ya no
existen vehículos que se fabriquen con sistemas de carburación y la inyección
electrónica de combustible es más que una realidad.
La presente investigación pretende aportar a la sociedad técnica con datos que
serán de utilidad para trabajar en estos sistemas, especialmente datos
obtenidos a distintas alturas sobre el nivel del mar. La información que brindan
los fabricantes de vehículos es limitada , la geografía del Ecuador y de muchos
otros países es muy diversa.
Para llevar a cabo esta investigación se recorrieron 5 provincias, 1388
kilómetros por las carreteras del Ecuador, realizando pruebas estáticas y
dinámicas cada 500 metros en alturas desde 0 hasta 4500 metros sobre el
nivel del mar, y se consumieron alrededor de 152 litros de gasolina súper.
Se utilizaron equipos de diagnóstico muy modernos para la adquisición y
registro de los datos en ruta y su posterior análisis.
Cabe señalar que los autores de esta investigación se desempeñan en el área
de diagnóstico automotriz por cerca de 10 años.
Todo esto asegura de que la investigación que se presenta, es de gran valía en
el sector automotriz.
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ÍNDICE DE CONTENIDO
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DECLARACIÓN…………………………………………………………………...
CERTIFICACIÓN……………………………………………………………........
AGRADECIMIENTO……………………………………………………………...
DEDICATORIA…………………………………………………………………….
RESUMEN…………………………………………………………………………
PRESENTACIÓN…………………………………………………………………
ÍNDICE DE CONTENIDO………………………………………………………...
ÍNDICE DE FIGURAS…………………………………………………………….
ÍNDICE DE TABLAS………………………………………………………………
CAPÍTULO I……………………………………………………………………..…
FUNDAMENTOS Y MARCO TEÓRICO………………………………………..
1.1 FUNDAMENTOS…………………………………………………………..…
1.1.1 ANTECEDENTES…………………………………………………..……
1.1.2 PROBLEMA……………………………………………………………....
1.1.3 IMPORTANCIA Y ACTUALIDAD DEL TEMA…………………………
1.1.4 OBJETIVOS……………………………………………………………..
1.1.4.1 General………………………………………………………………
1.1.4.2 Específicos……………………………………………………………
1.2 MARCO TEÓRICO…………………………………………………………...
1.2.1 VARIABLES AMBIENTALES……………………………………………
1.2.1.1 Presión atmosférica y barométrica………..……………………………
1.2.1.2 Humedad relativa…………………………………………………….
1.2.2 VARIABLES DEL MOTOR………………………………………………
1.2.2.1 Vacío del motor………………………………………………………
1.2.2.2 Temperatura de refrigerante………………………………………
1.2.2.3 Señal del sensor de presión absoluta del múltiple de admisión
(MAP)………………………………………………………………….
1.2.2.4 Ancho de pulso de inyección……………………………………….
1.2.2.5 Avance de encendido……………………………………………..…
1.2.3 INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE…………………..
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1.2.3.1 Sensores……………………………………………………………...
1.2.3.1.1 Sensor de temperatura de refrigerante (ECT)………………..
1.2.3.1.2 Sensor de posición del acelerador (TPS)…………………….
1.2.3.1.3 Sensor de presión barométrica (BPS) ………………………..
1.2.3.1.4 Sensor de presión absoluta del múltiple de admisión (MAP)
1.2.3.1.5 Sensor de posición del cigüeñal (CKP) ………………………
1.2.3.1.6 Otros sensores…………………………………………………..
CAPÍTULO II………………………………………………………………….……
PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES……………………………………..
2.1 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………..
2.2 CICLO BÁSICO DE INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL……………….
2.3 EXPERIMENTACIÓN………………………………………………………...
2.3.1 VEHÍCULO DE PRUEBAS………………………………………………
2.3.2 EQUIPOS DE DIAGNÓSTICO……………………….…………………
2.3.2.1 Multímetro automotriz……………………………………………….
2.3.2.2 Escáner automotriz………………………………………………..…
2.3.2.3 Osciloscopio automotriz………………………………………..……
2.3.2.4 GPS……………………………………………………………………
2.3.2.5 Termohigrómetro…………………………………………………….
2.3.2.6 Altímetro / barómetro………………………………………………..
2.3.3 PRUEBAS Y RUTAS…………………………………………………….
2.3.3.1 Pruebas preliminares…………………………………..……………
2.3.3.2 Pruebas definitivas…………………………………..………………
2.3.3.2.1 Pruebas estáticas………………………………………………..
2.3.3.2.2 Pruebas dinámicas………………………………………………
2.3.4 FORMATOS Y TABLAS…………………………………………………
CAPÍTULO III
ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………………………...…
3.1 PRUEBAS ESTÁTICAS……………………………………………...………
3.1.1 VACÍO DEL MOTOR RESPECTO A LAS REVOLUCIONES……….
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3.1.2 SEÑAL DEL SENSOR MAP EN KPa RESPECTO A LAS
REVOLUCIONES………………………………………………………
3.1.3 SEÑAL DEL SENSOR MAP EN VOLTIOS RESPECTO A LAS
REVOLUCIONES………………………………………………………...
3.1.4 SEÑAL DEL TPS EN VOLTIOS RESPECTO A LAS
REVOLUCIONES………………………………………………………...
3.1.5 SEÑAL DEL SENSOR MAP EN VOLTIOS RESPECTO A LA
SEÑAL DEL SENSOR TPS……………………………………………..
3.1.6 PULSO DEL INYECTOR RESPECTO A LAS REVOLUCIONES
3.1.7 PULSO DEL INYECTOR RESPECTO A LA SEÑAL DEL SENSOR
TPS………………………………………………………………………...
3.1.8 AVANCE DE ENCENDIDO RESPECTO A LA SEÑAL DEL
SENSOR TPS…………………………………………………………….
3.1.9 AVANCE DE ENCENDIDO RESPECTO A LAS REVOLUCIONES
3.2 PRUEBAS DINÁMICAS……………………………………………………...
3.2.1 SEÑAL SENSOR TPS RESPECTO AL TIEMPO DEL CICLO……...
3.2.2 SEÑAL SENSOR MAP RESPECTO AL TIEMPO DEL CICLO……..
3.2.3 VACIO DEL MOTOR RESPECTO AL TIEMPO DE CICLO………...
3.2.4 PULSO DEL INYECTOR RESPECTO AL TIEMPO DE CICLO…….
3.2.5 AVANCE DE ENCENDIDO RESPECTO AL TIEMPO DE CICLO….
3.2.6 REVOLUCIONES DEL MOTOR RESPECTO AL TIEMPO DE
CICLO……………………………………………………………………..
3.3 ANALISIS DE RESULTADOS POR TIPOSDE SENSORES MAP
3.4 VACIO MAP VEHÍCULO KÍA………………………………………………..
3.5 VACÍO MOTOR CON VACUÓMETRO DEL VEHÍCULO
KIA……………………………………………………………………………..
3.6 COMPARACIÓN DE VOLTAJES GENERADOS POR SENSORES
MAP……………………………………………………….............................
CAPÍTULO IV …………………………………………………………………….
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………………..
4.1 CONCLUSIONES…………………………………………………………….
4.2 RECOMENDACIONES………………………………………………………
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INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Esquema general de variables………………………..………………..
Figura 1.2 Medidor de vacío y presión. ………………………………..………….
Figura 1.3 Vista general de componentes A.……………………………………...
Figura 1.4. Vista general de componentes B. …………………………………….
Figura 1.5 Sensor de temperatura………………………………………………….
Figura 1.6 Ubicación del sensor de temperatura del refrigerante……………….
Figura 1.7 Sensor de posición del acelerador…………………………………….
Figura 1.8 Ubicación del sensor TPS………………………………………………
Figura 1.9 Sensores de presión barométrica……………………………………...
Figura 1.10 Ubicación del sensor BPS…………………………………………….
Figura 1.11 Sensor MAP…………………………………………………………….
Figura 1.12 Ubicación del sensor MAP…………………………………………….
Figura 1.13 Sensores CKP………………………………………………………….
Figura 1.14 Ubicación del sensor CKP…………………………………………….
Figura 1.15 Sensores CKP y CMP…………………………………………………
Figura 2.1a Ciclo básico de Carles Riba……...……………………………………
Figura 2.1b Ciclo básico propuesto……...…………………………………………
Figura 2.2 Instalación de toma de vacío…………………………………………...
Figura 2.3 Instalaciones eléctricas………………………………………………….
Figura 2.4 Multímetro automotriz……………………………………………………
Figura 2.5 Escáner Carman VG…………………………………………………….
Figura 2.6 Osciloscopio automotriz PICO………………………………………….
Figura 2.7 GPS Garmín etrex……………………………………………………….
Figura 2.8 Termohigrómetro…………………………………………………….......
Figura 2.9 Altímetro Barómetro……………………………………………………..
Figura 2.10 Recorrido de pruebas preliminares…………………………………..
Figura 2.11 Puntos de control de pruebas estáticas……………………………..
Figura 2.12 Puntos de control de pruebas dinámicas…………………………....
Figura 2.13 Ciclo de manejo FTP 75.................................................................
Figura 2.14 Ciclo Propuesto: Velocidad en función del tiempo………………….
Figura 3.1a Vacío del motor medido con vacuómetro respecto a las
revoluciones…………………………………………………………………………...
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Figura 3.1b Detalle de la figura 3.1a: Vacío con vacuómetro respecto a las
revoluciones ………………………………………………………………………...
Figura 3.2a Vacio sensor MAP respecto a las revoluciones……………………
Figura 3.2b Detalle de la figura 3.2a: Vacío sensor MAP respecto a
revoluciones…………………………………………………………………………..
Figura 3.3 Señal sensor MAP respecto a las revoluciones……………………...
Figura 3.4 Señal sensor TPS respecto a las revoluciones………………………
Figura 3.5 Señal del sensor MAP respecto a la señal del sensor TPS………...
Figura 3.6 Pulso del inyector respecto a las revoluciones……………………….
Figura 3.7 Pulso del inyector respecto a la señal del sensor TPS……………...
Figura 3.8 Avance de encendido respecto a la señal del sensor TPS…………
Figura 3.9 Avance de encendido respecto a las revoluciones………………….
Figura 3.10 Señal del sensor TPS respecto al tiempo del ciclo de manejo……�
Figura 3.11 Señal del sensor MAP respecto al tiempo del ciclo de manejo…...
Figura 3.12 Vacío del motor con sensor MAP respecto al tiempo del ciclo de
manejo………………………………………………………………………………….
Figura 3.13 Pulso del inyector respecto al tiempo de ciclo de manejo…………
Figura 3.14 Avance de encendido respecto al tiempo de ciclo de manejo…….
Figura 3.15 Revoluciones del motor respecto al tiempo del ciclo de manejo….
Figura 3.16a Señal de sensor MAP de Ford respecto a la
revoluciones…………………………………………………………………………...
Figura 3.16b Detalle de la figura 3.16: MAP de Ford respecto a la
revoluciones.………............................................................................................
Figura 3.17 Señal del sensor MAP de VW respecto a las revoluciones………..
Figura 3.18 Señal del sensor MAP de GM respecto a las revoluciones………..
Figura 3.19 Señal del sensor MAP de KIA respecto a las revoluciones………..
Figura 3.20 Vacío del sensor MAP de KIA respecto a las revoluciones……….
Figura 3.21 Vacío del motor con vacuómetro del vehículo KIA respecto a las
revoluciones………………………………………………………………………...…
Figura 3.22 Comparación de señales de los sensores MAP a 0 msnm……….
Figura 3.23 Comparación de señales de los sensores MAP a 2800 msnm……
Figura 3.24 Comparación de señales de los sensores MAP a 4500 msnm……
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INDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Valores del sensor de temperatura del refrigerante……………….
Tabla 1.2 Valores del sensor TPS……………………………………….……...�
Tabla 1.3 Valores de señal del sensor MAP………………………………..….�
Tabla 2.1 Ruta de pruebas preliminares………………………………..………�
Tabla 2.2 Lugares para pruebas estáticas……………………………..………�
Tabla 2.3 Lugares para pruebas dinámicas……………………………………�
Tabla 2.4 Formato para datos de prueba estática…………………………….�
Tabla 2.5 Formato para datos de sensores MAP……………………………...�
Tabla 2.6 Formato para datos de prueba dinámica…………………………...
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CAPITULO I.
FUNDAMENTOS Y MARCO TEÓRICO �
1.1 FUNDAMENTOS
No cabe duda de que uno de los grandes avances en el campo de la tecnología
automotriz es el paso del carburador a la inyección electrónica, cosa que no
fue tan sencilla como se podría suponer.
Básicamente hay dos puntos importantes a tener en cuenta en esta transición;
el principal es cómo se realiza la mezcla aire/combustible, y en segundo
lugar cómo se controla el avance del encendido. En motores alimentados con
carburador, la mezcla aire/combustible la realiza justamente este elemento de
una manera mecánica donde es muy difícil encontrar una calibración que dé
como resultado la mejor relación aire/combustible.
Esto en cambio si se puede lograr con la incorporación de un sistema de
gestión electrónica, para que esto sea una realidad se desarrollaron y probaron
varios sistemas previos, como ejemplo se pueden anotar la inyección
mecánica continua o K-Jetronic, pasando por la inyección L-Jetronic que ya es
electrónica, y de aquí en adelante sistemas con mejor comportamiento. La
inyección electrónica actual significa un avance muy importante en varios
campos:
En primer lugar se logra emisiones menos contaminantes, pues al tener un
mayor control sobre la mezcla aire/combustible se consigue que la combustión
sea más completa y por tanto los gases resultantes sean menos nocivos
Se logra también obtener más potencia del motor ya que el combustible se
inyecta justo detrás de la válvula de admisión, lo que permite diseñar ductos de
admisión de aire más eficientes que garanticen un mejor llenado de la cámara,
que es justamente uno de los factores que influirá en el mejor desempeño del
motor.
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Se consigue menor consumo de combustible porque gracias a los distintos
sensores que tiene el motor se puede monitorear con exactitud cómo está
funcionando el mismo, en forma global e incluso cada cilindro en forma
individual, por lo que el suministro de combustible es más exacto y eficiente.
Si bien es cierto que un vehículo con sistema de inyección electrónica tiene
ventajas a favor, también tiene ciertas desventajas: son sistemas muchas
veces complejos, en el caso de existir problemas su diagnóstico y solución
demanda de conocimientos, equipos de diagnóstico e información técnica, es
justamente en estos campos en donde el presente trabajo pretende contribuir.
1.1.1 ANTECEDENTES.
La inyección electrónica en el mundo es un tema que tiene historia, en nuestro
país a pesar de que se han introducido vehículos con esta tecnología desde
hace más de 20 años, el tema del diagnóstico y solución de problemas en
vehículos con sistemas electrónicos es relativamente nuevo, sobre todo para
los centros de servicio automotriz que no son concesionarios o distribuidores
de una marca.
El diagnóstico y solución de problemas en los vehículos de carburador es
relativamente sencillo, ya que involucra partes y componentes puramente
mecánicos cuya comprensión de su funcionamiento simplemente es cuestión
de utilizar un poco de lógica e imaginación, así mismo las herramientas
requeridas para trabajar en estos vehículos son sencillas.
En vehículos con sistemas electrónicos los problemas no son tan sencillos. En
primer lugar se necesita de conocimientos, saber cómo funciona y cómo
interactúa el sistema de inyección en forma global, y cómo funcionan sus
partes individualmente, sensores, interruptores y actuadores. En segundo lugar
se necesitan herramientas y equipos de diagnóstico (que muchas veces son
costosos) para poder hacer ciertas mediciones o comprobaciones y que sin
ellos sería prácticamente imposible poder realizarlas.
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Adicionalmente en la mayoría de los casos se hace necesario disponer de
información técnica a la mano, como fuente de consulta y como base
referencial en caso de dudas.
1.1.2 PROBLEMA.
En vista que la mayoría de los fabricantes de vehículos realizan sus diseños
para funcionar de manera óptima en condiciones de nivel del mar, existe muy
poca información disponible sobre el comportamiento de algunos parámetros
con la variación de la altura sobre el nivel del mar.
El Ecuador y muchos otros países tienen una geografía muy variada en la que
los vehículos tienen que desplazarse continuamente desde el nivel del mar a
alturas que con facilidad pueden superar los 2500 metros sobre el nivel del mar
(msnm), por lo que es necesario contar con información de parámetros de
funcionamiento de los motores para alturas superiores a las del nivel de mar.
Por ejemplo es importante saber cómo varía la señal del sensor de presión
barométrica BPS (Barometric Pressure Sensor) que determina la altura a la
cual se encuentra el vehículo en función de la variación de la presión
atmosférica y la transforma en una señal análoga o digital. La señal del sensor
de presión absoluta del múltiple MAP (Manifold Absolute Pressure), el cual
muchas de las veces hace la doble función de medir la presión del múltiple
cuando el vehículo está encendido y también mide la presión atmosférica
cuando el vehículo está solamente en contacto; es importante conocer cómo
puede afectar la altura al vacío del motor, conocer también cómo se corrige el
avance de encendido en función de la altura; en fin, conocer cómo afecta la
altura a algunas variables de funcionamiento del motor.
1.1.3 IMPORTANCIA Y ACTUALIDAD DEL TEMA.
La eminente desaparición de vehículos con carburador para dar paso a la
inyección electrónica, ha provocado que la mayoría de personas dedicadas a la
reparación automotriz deben dar solución a problemas en las nuevas
tecnologías, sin embargo se han suscitado graves errores debido a la falta de
información disponible, o al hecho de que la información disponible no es
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aplicable para las distintas condiciones geográficas de nuestro país, es por eso
que nuestro aporte a la sociedad es importante.
Conviene señalar que un vehículo en las mejores condiciones de
funcionamiento emite menos emisiones contaminantes, también un estilo de
conducción apropiado ayudará a disminuir el consumo de combustible y por lo
tanto a contaminar menos en procura de cuidar nuestro planeta.
1.1.4 OBJETIVOS.
1.1.4.1 General:
Establecer el comportamiento de las variables de estudio de un motor de
inyección electrónica en diferentes alturas sobre el nivel del mar y realizar un
aporte técnico en el área automotriz en base a la investigación realizada y las
conclusiones obtenidas.
1.1.4.2. Específicos:
- Identificar las variables más afectadas con los cambios de altura.
- Generar una base de datos reales que sirva como fuente de consulta a
cualquier persona interesada en el tema.
- Con el apoyo de equipos de diagnóstico automotriz: escáner,
osciloscopio, multímetro, vacuómetro, etc, realizar el monitoreo de las
variables de estudio.
- Verificar a través de la información obtenida que las condiciones
barométricas y ambientales influyen en las variables de estudio
1.2 MARCO TEÓRICO.�
Al tratarse de una investigación que involucra la medición de valores a distintas
alturas sobre el nivel del mar y bajo distintas condiciones ambientales, en
primer lugar se definirán brevemente todos los conceptos involucrados como
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son: presión atmosférica, presión barométrica y humedad relativa; también se
definirán algunas variables del vehículo y luego de ello se hará una descripción
rápida de qué es y cómo funciona un sistema de inyección electrónica y
algunas de sus partes. En la figura 1.1 se puede apreciar claramente de donde
se toman las variables que se mencionan en este capítulo.
1.2.1 VARIABLES AMBIENTALES.
1.2.1.1. Presión atmosférica y barométrica.
La presión atmosférica es la fuerza que el peso de la columna de atmósfera
(por encima del punto de medición) ejerce por unidad de área. La unidad de
medición en el sistema métrico es el HectoPascal (HPa) que corresponde a
una fuerza de 100 Newton sobre un metro cuadrado de superficie. La variación
de la presión con la altura es mucho mayor que la variación horizontal, de
modo que para hacer comparables las mediciones en lugares distintos, hay que
referirlas a un nivel común, usualmente el nivel del mar.1
1.2.1.2. Humedad relativa.
La humedad relativa es la relación porcentual entre la cantidad de vapor de
agua real que contiene el aire y la que necesitaría contener para saturarse a
idéntica temperatura, por ejemplo, una humedad relativa del 70% quiere decir
que de la totalidad de vapor de agua (el 100%) que podría contener el aire a
esta temperatura, solo tiene el 70%. La importancia de esta manera de
expresar la humedad ambiente estriba en que refleja muy adecuadamente la
capacidad del aire de admitir más o menos vapor de agua, lo que en términos
de comodidad ambiental para las personas, expresa la capacidad de evaporar
la transpiración, importante regulador de la temperatura del cuerpo humano. 2
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ESQUEMA GENERAL DE INSTRUMENTOS, SENSORES
Humedad Relativa (Termohigrómetro)
MEDIO AMBIENTE Temperatura ambiente (Termohigrómetro)
Altura Geográfica (GPS, Altímetro)
Presión Atmosférica (GPS, Altímetro, Escáner)
TABLERO DE
INSTRUMENTOS
MOTOR Vacío del motor
(Vacuómetro)
Conector de
Diagnóstico
COMPUTADORA DEL
VEHÍCULO (ECU)
Osciloscopio
Figura 1.1
��������������������������������������������������������������Fuente propia�
ESQUEMA GENERAL DE INSTRUMENTOS, SENSORES
Y PARTES DEL VEHÍCULO
Humedad Relativa (Termohigrómetro)
Temperatura ambiente (Termohigrómetro)
Altura Geográfica (GPS, Altímetro)
Presión Atmosférica (GPS, Altímetro, Escáner)
TABLERO DE Revoluciones del motor
INSTRUMENTOS Velocidad del vehículo
Vacío Motor (sensor MAP)�
Presión Atmosférica (MAP)
Conector de Voltaje sensor MAP
Diagnóstico Voltaje sensor TPS
Escáner Revoluciones Motor
Temperatura aire motor (IAT)
Ancho pulso inyector
Avance encendido
Temperatura Refrigerante (ECT)
Posición cigüeñal (CKP)
Osciloscopio Posición Árbol Levas (CMP)
Figura 1.1. Esquema general de variables.3
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ESQUEMA GENERAL DE INSTRUMENTOS, SENSORES
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Temperatura aire motor (IAT)
Temperatura Refrigerante (ECT)
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1.2.2. VARIABLES DEL MOTOR.
1.2.2.1. Vacío del motor.
Antes de hablar de vacío del motor, primero se define que vacío en forma
general significa ausencia de presión o presión menor que la presión
atmosférica.
Cuando se dispone de un medidor de presión y de vacío convencional como el
de la figura 1.2 al que no se le está aplicando ni presión ni succión, la aguja
señalará 0, lo que en este caso no necesariamente significa la ausencia de
presión pues el medidor está sometido a la presión atmosférica. Lo que esto
significa es que la presión manométrica es cero mas no la presión absoluta.
Figura 1.2. Medidor de vacío y presión.
El vacío en el motor se produce cuando al terminar el tiempo de escape se
abre la válvula de admisión y se cierra la válvula de escape, el pistón empieza
su carrera descendente arrastrando aire tras él, produciendo así un vacío o
succión el cual puede ser medido con manómetros como el de la figura 1.2,
para fines de análisis del estado general del funcionamiento del motor. En el
caso de vehículos de inyección electrónica se mide a través de un sensor que
toma aire del múltiple de admisión y cuya señal se envía a la Unidad de Control
Electrónica (ECU) del motor. En esta investigación se está tratando de
determinar cómo influye la altura sobre este valor de vacío y sobre otras
variables que se mencionarán más adelante.
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1.2.2.2. Temperatura de refrigerante.
Es una variable que hay que tener en cuenta pues es muy influyente en el
funcionamiento del motor, generalmente cuando el motor está frío es necesario
inyectar más combustible y mantener un régimen de ralentí más alto mientras
dura el periodo de calentamiento.
1.2.2.3. Señal del sensor de presión absoluta del múltiple de admisión (MAP)
Hablar de la señal del sensor MAP es prácticamente hablar del vacío del
motor, pues lo que este sensor mide como se verá más adelante es justamente
el vacío del motor, para luego transformarlo en una señal eléctrica que variará
en forma inversa a la cantidad de vacío.
1.2.2.4. Ancho de pulso de inyección.
En los vehículos con sistemas electrónicos la dosificación del combustible está
a cargo de los inyectores, que son electroválvulas normalmente cerradas, cuya
apertura se controla por la unidad electrónica a través de pulsos de masa. La
duración de este pulso se mide en milisegundos (ms) y es lo que se conoce
como ancho de pulso de inyección; el mismo dependerá de la unidad de control
pero basada en la señal que recibe de los diferentes sensores.
1.2.2.5. Avance de encendido.
En vehículos con carburador es muy típico escuchar que cuando se realiza un
viaje de la sierra a la costa el vehículo empieza a cascabelear y que para
corregir tal situación se debe retardar manualmente el tiempo, todo esto ya no
sucede en los vehículos con gestión electrónica pues el ajuste del avance del
encendido es automático, controlado por la computadora del vehículo.
El avance del encendido se lo mide en grados angulares y hace referencia al
ángulo que forma el codo del cigüeñal con el eje vertical del cilindro en el
momento en que se dispara la chispa para combustionar la mezcla
aire/combustible; generalmente los fabricantes recomiendan que cuando el
motor está funcionando sin carga y sin aceleración (ralentí) a nivel del mar el
avance debe estar en el orden de 2 a 6 grados antes del punto muerto superior.
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1.2.3. INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE.
Debido al crecimiento del parque automotor en muchos de los países
desarrollados y en consecuencia de la contaminación emitida por los mismos,
se empezaron a buscar maneras de controlar y reducir este tipo de
contaminación. Es en este punto donde se da el salto de la carburación a la
inyección electrónica.
Con la inyección electrónica es posible controlar de mejor manera la mezcla
aire/combustible, hacer que esta relación sea estequiométrica garantiza que la
combustión sea más completa y los gases resultantes de la misma sean menos
nocivos.
Como su nombre lo indica, la inyección electrónica involucra la incorporación
de muchos elementos y componentes eléctricos y electrónicos ubicados en
distintas partes del motor y del vehículo. Se puede decir que el sistema de
inyección electrónica se forma por tres partes: Unidad de Control Electrónica o
ECU (Electronic Control Unit); conjunto de sensores; y conjunto de actuadores.
Los sensores son los encargados de captar alguna condición de
funcionamiento del motor o del vehículo e informarla a la ECU, entre las
condiciones más importantes a ser monitoreadas están: la cantidad de aire que
ingresa al motor, la depresión que se genera en el múltiple, las revoluciones
del motor, la temperatura del líquido refrigerante y la señal de posición de la
mariposa de aceleración; existen otras condiciones de menor importancia que
también se detectan y que se enlistarán más adelante.
La ECU es un componente netamente electrónico que adicionalmente tiene
una programación, es la encargada de recibir la información enviada por los
sensores, analizarla, procesarla, realizar cálculos, guardar ciertos datos, hacer
comparaciones, y por último enviar órdenes en forma de señales eléctricas a
los actuadores, para hacer que el vehículo funcione de la manera más
adecuada en las distintas condiciones de manejo.
Los actuadores son elementos que reciben señales de la ECU que finalmente
hacen que el motor del vehículo responda de la manera más apropiada en
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cualquier condición que se encuentre, sea en ralentí, a mediana o plena carga,
en desaceleración, etc.
1.2.3.1. Sensores.
A continuación se realiza una breve descripción de los sensores más
importantes. La mayoría tiene un conector de tres cables, los mismos que
corresponden a:
- Voltaje de referencia o alimentación (5 ó 12 voltios).
- masa o tierra.
- cable de señal.
Existen también sensores que a diferencia de los anteriores son capaces de
generar una señal sin la necesidad de alimentarse del voltaje de referencia, por
ejemplo se pueden anotar: el sensor de posición del cigüeñal CKP (Crankshaft
Position) inductivo, el sensor de velocidad del vehículo VSS (vehicle speed
sensor) inductivo, el sensor de oxígeno O2S (Oxygen Sensor) y el sensor de
cascabeleo KS (Knock Sensor).
Figura 1.3. Vista general de componentes A.
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Figura 1.4. Vista general de componentes B.
1.2.3.1.1. Sensor de temperatura de refrigerante.
El sensor de temperatura de refrigerante del motor ECT (Engine Coolant
Temperature) o sensor de temperatura de agua WTS (Water Temperature
Sensor, son resistencias tipo NTC (Negative Temperature Coeficient), lo que
quiere decir que su valor cambia con la temperatura en forma inversa, es decir
que a mayor temperatura presenta menor resistencia y viceversa.
Figura 1.5. Sensor de temperatura
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Como se mencionó anteriormente la temperatura del motor es un factor que se
puede controlar en gran medida a través de mecanismos de refrigeración
como son los radiadores y ventiladores. A pesar de que en esta investigación
no fue necesario recoger datos específicos del sensor de temperatura a
continuación se anotan algunos valores referenciales, relacionando
temperatura, resistencia y voltaje.
Tabla 1.1. Valores del sensor de temperatura de refrigerante.
TemperaturaResistencia del sensor
Voltaje de señal
°C � V
15 4000 3
50 2000 2,2
90 400 0,6
La ubicación más común es junto a la carcasa del termostato, caso contrario
estará ubicado en donde exista circulación de líquido refrigerante del motor.
Figura 1.6. Ubicación del sensor de temperatura de refrigerante.
Su función es determinar la temperatura del refrigerante del motor,
información que a su vez sirve para modificar parámetros como la cantidad de
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combustible suministrada a la mezcla, el paso de aire en ralentí, el avance de
encendido, etc.
Respecto a su funcionamiento se puede decir que la resistencia del termistor
es afectada por la temperatura del líquido refrigerante, con el motor frío, la
temperatura del refrigerante será baja, la resistencia del termistor es alta y el
voltaje de señal también es alto, debido al circuito de conexión interna en la
ECU, al aumentar la temperatura del refrigerante, baja la resistencia del
termistor y baja también el voltaje de señal.
1.2.3.1.2. Sensor de posición del acelerador.
Figura 1.7. Sensor de posición del acelerador.
El sensor de posición del acelerador TPS (Throttle Position Sensor) indica la
posición de la aleta en el cuerpo de aceleración, por ejemplo: si está en
posición cerrada, si se empezó a abrir y que tan abierta está, ó si está
totalmente abierta; mediante esta información la ECU puede tomar decisiones
que afecten principalmente al estado de marcha mínima, a la cantidad de
combustible inyectado y al avance del encendido.
Este sensor está ubicado en el eje de la aleta, al lado opuesto del mecanismo
de aceleración.
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Figura 1.8. Ubicación del sensor TPS.
Existen cuatro tipos de sensor TPS: potenciómetro, interruptor, mixto y efecto
hall.
El TPS tipo potenciómetro es el que tiene el vehículo de prueba y es el más
usado en los distintos sistemas de inyección electrónica. Este tipo de sensores
consisten básicamente en una resistencia variable, en este caso es una
resistencia que cambia su valor de acuerdo a la posición de un rascador o
cursor. La señal del TPS se toma del cursor que está conectado al eje de la
aleta de aceleración, es por esto que al acelerar o desacelerar el cursor
cambiará de posición, generando la señal del TPS.
Los valores de señal de los sensores TPS parten de un valor de voltaje
pequeño cuando la aleta está cerrada y sube conforme la aleta se abre. La
tabla 1.2 lo ilustra de mejor manera.
Tabla 1.2. Valores del sensor TPS
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1.2.3.1.3. Sensor de Presión Barométrica.
Figura 1.9. Sensores de presión barométrica.
Antes de hablar específicamente del sensor de presión barométrica BPS
(Barometric Pressure Sensor) es importante notar que el elemento o dispositivo
que se observa en la figura 1.9, puede trabajar o ser utilizado no solamente
como sensor de presión atmosférica sino también como sensor de presión
absoluta del múltiple MAP (Manifold Air Pressure) ,como sensor de presión del
tanque de combustible FTP (Fuel Tank Pressure) y Sensor de Presión del
Turbo.
Utilizado como sensor barométrico sirve para detectar la presión atmosférica a
la cual está sometido el vehículo, es decir determina a qué altura sobre el nivel
del mar se encuentra el vehículo, información que será de mucha utilidad para
que la computadora del vehículo (ECU) pueda corregir algunos parámetros,
principalmente el avance de encendido, básicamente esto es lo que se
pretende demostrar y comprobar con las distintas pruebas que se realizarán en
este trabajo.
La ubicación de este sensor puede ser variada, puede estar en forma
independiente fijado en alguna parte de la carrocería, también puede estar
combinado con otro(s) sensor(es) ó ubicado dentro de la ECU. El sensor MAP
puede tener doble función: medir la presión absoluta del múltiple (cuando el
motor del vehículo está encendido) y medir la presión atmoférica cuando el
motor está apagado y el contacto está dado.
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Figura 1.10. Ubicación del sensor BPS.
El BPS puede ser analógico o digital, diferencia que físicamente puede ser muy
difícil de notar. Un BPS analógico da una señal que se mide en voltaje mientras
que la señal del digital se mide en frecuencia. Cualquiera de las dos señales
varía en forma directamente proporcional con la presión atmosférica, esto es a
mayor presión mayor señal. A continuación dos valores obtenidos para las
ciudades de Quito y Esmeraldas respectivamente:
2.8 V a 2800 metros sobre el nivel del mar
4.0 V a 0 metros sobre el nivel del mar
1.2.3.1.4. Sensor de Presión Absoluta del Múltiple.
El sensor de presión absoluta MAP (Manifold Pressure Sensor) en la mayoría
de los casos está ubicado directamente sobre el múltiple de admisión (después
de la aleta de aceleración) o está unido a éste mediante una manguera, en
otros casos puede estar dentro de la unidad de control por lo que deberá haber
una manguera que lleve la señal de vacío desde el múltiple hasta la ECU.
Existen sensores MAP analógicos y digitales; físicamente es muy difícil notar la
diferencia entre el sensor MAP analógico y el digital, la diferencia se la hará
cuando se verifique el tipo de señal que entrega cada sensor. La señal
analógica se la comprueba midiendo voltaje, en tanto que la señal digital se la
comprueba midiendo frecuencia.
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Figura 1.11. Sensor MAP.
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Figura 1.12. Ubicación del sensor MAP.
El valor de la señal dependerá del vacío (fuerza de succión) del motor, a mayor
vacío menor voltaje de señal y viceversa, a mayor presión mayor voltaje de
señal. El vacío del motor se ve afectado por un sin número de variables, por
numerar algunas se pueden anotar, estado mecánico del motor, asientos de
válvulas defectuosos, desgaste en los cilindros, desgaste de los rines, desgaste
en el árbol de levas, etc.; también se puede ver afectado por cuestiones
eléctricas o electrónicas. La tabla 1.3 muestra valores obtenidos en el vehículo
de prueba en dos alturas.
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Tabla 1.3. Valores de señal del sensor MAP.
Vacío del Motor Voltaje a 2800 msnm
Voltaje a 0 msnm
(inHg) (V) (V)
0 2.8 4
14 0.9 1.1
1.2.3.1.5. Sensor de posición del cigüeñal.
Figura 1.13. Sensores CKP.
El sensor de posición del cigüeñal CKP (Crank Position Sensor) es el más
importante para el encendido del vehículo pues es el sensor que detecta e
informa a la ECU en qué posición se encuentra el cigüeñal, con esa
información la ECU puede sincronizar el encendido.
Existen tres tipos de CKP
• inductivo o de reluctancia variable
• efecto hall
• óptico
El CKP Inductivo consiste en un imán permanente más un bobinado; este tipo
de CKP no recibe voltaje de referencia ni masa de la ECU, por sí solo es capaz
de generar una señal de voltaje alterno siempre y cuando existan variaciones
del campo magnético que genera su imán, y para este efecto, este sensor
siempre está ubicado frente a una rueda dentada o también conocida como
rueda fónica.
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Figura 1.14. Ubicación del sensor CKP.
El CKP de efecto hall y el óptico funcionan de manera similar, los dos reciben
voltaje de referencia que en la mayoría es de 12 voltios, recibirán también una
masa y generarán una señal digital, la única diferencia es cómo lo hacen.
Algunos de estos sensores igual que en el caso anterior del CKP inductivo se
enfrentan a una rueda dentada, en otros casos este tipo sensores estará
incluido en el conjunto del distribuidor
Figura 1.15. Sensores CKP y CMP.
En la figura 1.15 se muestran los sensores CKP y CMP del vehículo de pruebas. Los
sensores CMP miden la posición del árbol de levas, una de las diferencias con los
sensores CKP es su ubicación en el vehículo.
1.2.3.1.6. Otros sensores.
Existen muchos otros sensores colocados en los vehículos de inyección
electrónica que también alimentan de información a la ECU, por ejemplo están
los sensores de flujo de aire MAF (Mass Air Flow), los sensores de detonación
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KS (Knock Sensor), los sensores de velocidad del vehículo VSS (Vehicle
Speed Sensor) , los sensores de oxígeno de los gases de escape O2S (Oxigen
Sensor), etc. sin embargo se acaba de citar y describir el funcionamiento de
aquellos de mayor importancia al menos para los fines que interesan en esta
investigación.
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CAPITULO II.
PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES
2.1. INTRODUCCIÓN.
Una gran parte de los productos y servicios más innovadores están
relacionados con investigaciones científicas, muchas personas suelen
considerar que estos productos y servicios no son más que una aplicación
práctica de los conocimientos científicos y suelen olvidar que la mayoría de los
nuevos descubrimientos de la ciencia han requerido importantes desarrollos
tecnológicos para llevar a buen término los trabajos de experimentación. La
metodología de la investigación experimental cubre tanto las actividades
científicas como los desarrollos en la ingeniería. 4
Antes de empezar se realiza una investigación exhaustiva en el internet, medio
por el cual se puede consultar documentos, artículos técnicos, manuales e
incluso se puede acceder a consultar tesis de grado de un sinfín de
universidades a nivel mundial; por otro lado también se consultó con
profesionales nacionales y extranjeros de la rama, que están de alguna manera
inmersos en el tema de esta investigación. No es posible conseguir información
importante y concreta acerca del comportamiento de las variables de un motor
de combustión interna a diferentes alturas sobre el nivel del mar.
2.2. CICLO BÁSICO DE INVESTIGACION EXPERIMENTAL.
No existen registros de que se haya desarrollado una investigación similar, por
tanto no existen antecedentes ni bibliografía del tema. Esta es la razón por la
cual se adopta una metodología particular ajustada a las condiciones y
circunstancias económicas, académicas y geográficas actuales; esta
investigación tiene el propósito de hacer un aporte en el campo automotriz,
dejando sentadas las bases para futuras investigaciones en el mismo tema o
en temas afines.
���������������������������������������� ��������������������RIBA Carles; Diseño Concurrente; Capítulo 2; pág. 76��
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Para desarrollar el ciclo básico de investigación experimental, se debe
establecer el problema, la necesidad o el desconocimiento que se desea
abordar para fundamentar la observación realizada y optimizar las variables
analizadas.
En la figura 2.1a se presenta el ciclo básico de investigación experimental
planteado por Carles Riba en su texto de Diseño Concurrente y en la figura
2.1b se ajusta el ciclo al presente trabajo de investigación.
Figura 2.1a. Figura 2.1b. Ciclo básico de Carles Riba Ciclo básico propuesto
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2.3. EXPERIMENTACION.
A continuación se describen todas las consideraciones a tenerse en cuenta
para realizar con éxito las pruebas; las mismas que van desde la preparación
del vehículo, la selección de los equipos de diagnóstico a utilizarse, determinar
las rutas y los tipos de pruebas que se llevarán a cabo, la elaboración de tablas
para la recolección de datos, etc.
2.3.1. VEHÍCULO DE PRUEBAS.
El vehículo disponible para la realización de esta investigación tiene las
siguientes características:
Marca: Kia
Modelo: Sportage
Año de fabricación: 2009
Kilometraje inicial: 32917 Km.
Cilindraje: 2000 cc
Inyección electrónica: Multipunto secuencial
Aspiración: Normal (atmosférico)
Tipo de combustible utilizado: Gasolina súper
Este vehículo tiene la ventaja de que en el mercado nacional y latinoamericano
existen una gran cantidad de autos de similares características técnicas, tanto
en la parte mecánica como en la parte del control electrónico, razón por la cual
los datos obtenidos luego de la investigación tendrán un alto grado de
aplicabilidad.
En la preparación del vehículo para las pruebas, para efectos de monitoreo en
ruta de algunas de las variables como el vacío del motor, el avance de
encendido y el ancho de pulso desde la cabina del vehículo, es necesario
realizar algunas instalaciones eléctricas y algunas pequeñas modificaciones
mecánicas.
Para realizar el monitoreo del vacío con un vacuómetro es necesario disponer
de una toma de vacío en el múltiple de admisión, el vehículo originalmente no
dispone de tal toma por lo que es necesario realizarla manualmente.
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Para el monitoreo del avance de encendido es necesario monitorear con un
osciloscopio las señal del sensor CKP y la señal de disparo de la primera
bobina, para lo cual se realizan algunas conexiones eléctricas que faciliten esta
labor.
Figura 2.2. Instalación de toma de vacío.
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Figura 2.3. Instalaciones eléctricas.
1.2.4. EQUIPOS DE DIAGNÓSTICO.
Debido a la incorporación de más y más partes electrónicas en los vehículos
modernos, los problemas que se presentan son cada vez más complejos, y
para realizar un diagnóstico correcto y poder dar una solución eficaz a dichos
problemas ya no son suficientes las herramientas que se usaban
anteriormente, pues en su mayoría eran manuales, hoy en día existen un sin
número de herramientas y equipos con alto grado de tecnología, entre ellos se
anota: multímetros, escáners, osciloscopios, generadores de señales,
comprobadores de sensores y actuadores, equipos sin los cuales muchas
veces sería prácticamente imposible dar solución a determinados problemas en
los vehículos de hoy en día. Hay que tener muy claro el hecho de que aún
disponiendo de equipos costosos y sofisticados, si no se tiene el conocimiento
certero de cómo funcionan los sistemas electrónicos modernos, de poco o nada
servirán dichos equipos a la hora de resolver los problemas.
A continuación se realiza una descripción breve de los equipos que se
utilizaron para llevar a cabo la presente investigación:
2.3.2.1. Multímetro automotriz.
El multímetro automotriz es un instrumento de medida de magnitudes eléctricas
y electrónicas, entre ellas se pueden anotar: voltaje alterno y continuo,
resistencia eléctrica, intensidad de corriente, frecuencia, etc.; un multímetro
automotriz a diferencia del que sirve para aplicaciones netamente eléctricas
tiene adicionalmente la capacidad de medir otras magnitudes, como son: ancho
de pulso que se mide en milisegundos, ángulo dwell que se mide en grados
angulares, velocidad angular que se mide en revoluciones por minuto, y ciclo
de trabajo o duty cycle que se mide en porcentaje.
El multímetro automotriz que se usó para esta investigación tiene las siguientes
características y especificaciones:
- Marca del equipo: OTC
- Modelo : 3514
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- Escala: autoajustable
Figura 2.4. Multímetro Automotriz.
- Mide: VAC, VDC, resistencia, frecuencia, ancho de pulso, duty cycle (%),
rpm, etc.
2.3.2.2. Escáner automotriz.
El escáner automotriz es un equipo de diagnóstico que puede tener varias
funciones; los escáner más básicos permiten tener acceso a la lectura y
borrado de códigos de falla y también permiten la lectura de lo que se conoce
como flujo de datos. Los códigos de falla son errores en el buen funcionamiento
del sistema de inyección electrónica que están presentes en algún momento y
se graban en la memoria de la ECU como códigos. El flujo de datos es una lista
de toda la información que están recabando todos y cada uno de los sensores
y la están enviando a la ECU, también están en el flujo de datos las órdenes
que la ECU envía en forma de señales eléctricas a los actuadores del sistema.
Un escáner más completo o sofisticado permite funciones adicionales como:
- Grabar información en tiempo real para su posterior análisis.
- Simulador de señales
- Test de actuación
- Osciloscopio, etc.
Otro punto importante a tenerse en cuenta en un escáner es la cobertura del
mismo, con cobertura se entiende: que vehículos, marca, modelo y año, el
escáner puede tener comunicación; esto obviamente significa que no cualquier
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escáner puede “leer” o comunicarse con cualquier vehículo y si bien es cierto
que existen escáners universales es prácticamente imposible que exista uno
con el 100% de cobertura debido a la gran cantidad de fabricantes de autos a
nivel mundial.
El escáner que se usó para esta investigación tiene las siguientes
características y especificaciones:
Figura 2.5. Escáner Carman VG.
- Marca del equipo: Nextech
- Modelo : Carman Scan VG
- Cobertura: Multimarca
- Pantalla: táctil de 7” a color
- Operación bajo WinCE 5.0
- Almacenaje: Disco de 80GB
- Protocolos de comunicación: J1850 (VPW, PWM); KWP2000; CAN;
J1587; ISO 9141-2;
- Simulador de señales
- Osciloscopio de 4 canales
- Permite almacenar información
2.3.2.3. Osciloscopio automotriz.
Un osciloscopio automotriz es un equipo que permite presentar en forma
gráfica las distintas señales eléctricas o electrónicas en función del tiempo que
se pueden tener en un sistema de inyección electrónica. Esto permite realizar
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análisis exhaustivos de este tipo de señales y descubrir falencias en el sistema
que de otro modo no se podrían detectar con la misma facilidad, también se lo
puede utilizar para comparar dos o más señales entre sí.
Los osciloscopios pueden graficar en forma simultánea dos o cuatro señales en
función del número de canales que tenga el equipo.
Figura 2.6. Osciloscopio automotriz Pico.
El osciloscopio utilizado en esta investigación tiene las siguientes
características y especificaciones:
- Marca: Pico
- Modelo: 3423
- Número de canales: 4
- Velocidad de muestreo: 20 MS / seg.
- Resolución: 12 bits
- Conexión con PC: vía USB
2.3.2.4. GPS
Del inglés Global Positioning System el GPS es un dispositivo electrónico
móvil que puede receptar las señales emitidas por satélites y, procesando la
información que contienen, calcula la posición en la que se encuentra, además
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de la posición, también permite conocer la velocidad del movimiento, la
orientación del desplazamiento y el trazado del recorrido que se ha efectuado.5
El GPS utilizado en esta investigación tiene las siguientes características y
especificaciones:
- Marca: Garmin
- Modelo: etrex
- Frecuencia de actualización: 1 / s continua
- Precisión GPS: < 10 m RMS,
- Antena: Integrada 6
Figura 2.7. GPS Garmin etrex.
2.3.2.5. Termohigrómetro.
Es un dispositivo que permite medir la humedad relativa y la temperatura del
ambiente al mismo tiempo.
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Figura 2.8. Termohigrómetro.
El termohigrómetro utilizado en esta investigación tiene las siguientes
características y especificaciones:
- Marca: Extech
- Modelo: 445580
- Sensor de humedad relativa: Capacitancia de alta precisión tipo película
delgada
- Escala de temperatura: -10 a 50oC (14 a 122oF)
- Escala de humedad relativa: 10 a 90% Humedad relativa
- Resolución Temperatura: 0.1o; Humedad relativa: 0.1%
- Precisión (0 a 50oC y 32 a 122oF) Temperatura: ±1.0oC (±1.8oF); RH:
±5%
- Tiempo de respuesta: 120 segundos.7
2.3.2.6. Altímetro / barómetro.
A pesar de que el GPS también es capaz de proporcionar el dato de altitud, en
esta investigación se utiliza un altímetro adicional que incluye la función de
barómetro digital, esto con el objeto de observar cual equipo da la información
más precisa y utilizarla. Este equipo registra la altitud sobre el nivel del mar a la
que se encuentra, adicionalmente brinda información de la presión barométrica
en KPa, la temperatura ambiente y también se puede usar como brújula.
El altímetro utilizado en esta investigación tiene las siguientes características y
especificaciones:
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Figura 2.9. Altímetro – Barómetro.
- Marca: ---
- Altura: desde -2.296 pies a 29.500 pies (-700 metros a 9000 metros)
- Resolución: 3 pies ( 1 metro)
- Barómetro: 300 a 1100 milibares
- Resolución: 1 milibar
2.3.3. PRUEBAS Y RUTAS.
Se propone dos tipos de pruebas: estáticas y dinámicas; esto con el objetivo de
comparar el comportamiento del motor del vehículo en diferentes condiciones.
Para cada prueba hay un protocolo establecido con el objeto de garantizar la
repetibilidad de la misma y que puedan ser realizadas por cualquier persona en
condiciones muy aproximadas a las realizadas en esta investigación.
En la elaboración de las tablas para la adquisición de datos hay que tener
presente las variables más afectadas con los cambios de altura, con esto en
mente se elaboran varias tablas que se las someten a prueba para comprobar
su efectividad en varios recorridos realizados.
2.3.3.1. Pruebas Preliminares.
Los recorridos para la realización de las pruebas preliminares se los realiza con
el objeto de verificar y optimizar las condiciones, el número de datos a
registrarse, y también para definir los protocolos de pruebas. En estos
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recorridos se llegó a realizar pruebas y procedimientos que se descartaron
totalmente por la falta de resultados concluyentes.
La ruta de estos recorridos preliminares se describe a continuación
Tabla 2.1. Ruta de pruebas preliminares.
RUTA
Lugar Punto de control Altura (msnm)
Quito 1. Cotocollao 2900
Vía a Guayllabamba 2. Bomba de gasolina de Petrocomercial 2470
Vía a Guayllabamba 3. Puente del río Guayllabamba 1960
El Cajas 4. Control policial de El Cajas 3115
Vía a San José de Minas 5. Llano de Jerusalén 2270
Figura 2.10. Recorrido de pruebas preliminares.
2.3.3.2. Pruebas definitivas.
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Las rutas escogidas para las pruebas abarcan varios puntos geográficos en 5
provincias del Ecuador: Pichincha, Cotopaxi, Santo Domingo de los Tsáchilas,
Esmeraldas y Napo. A lo largo de estas provincias el país cuenta con alturas
que van desde los 0 hasta los 4500 metros sobre el nivel del mar, esto permite
tener una cobertura bastante amplia para la adquisición de datos.
2.3.3.2.1. Pruebas Estáticas
Estas pruebas son relativamente sencillas pues para realizarlas no es
necesario someter al vehículo a ningún tipo de carga, por esta razón no hace
falta que el vehículo esté en movimiento y tampoco se requiere de algún
equipamiento especial como un dinamómetro; se las puede llevar a cabo con
el vehículo detenido en cualquier sitio. Los lugares en los que se llevaron a
cabo se los detalla a continuación en la tabla 2.2. y se los puede apreciar en la
figura 2.11.
Tabla 2.2. Lugares para pruebas estáticas.
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Figura 2.11
Con el fin de evitar percances u olvidos de última
prueba y además con el objeto de ayudar en la repet
establecen protocolos tanto para las pruebas estáti
dinámicas.
A continuación se detalla el
� Preparar todos los instrumentos de medición
� Confirmar altura geográfica
� Confirmar temperatura de refrigerante mayor a 80°C
� Apagar el vehículo
� Poner llave de encendido en posición ON
� Llenar la tabla de datos para p
� Confirmar condiciones climáticas
� Encender el vehículo mantener en ralentí
� Medir vacio del motor
� Llenar tabla de datos para ralentí
� Subir las revoluciones del motor a 1800 rpm y estab
Figura 2.11. Puntos de control de pruebas estáticas.
Con el fin de evitar percances u olvidos de última hora antes de realizar una
prueba y además con el objeto de ayudar en la repetibilidad de las mismas se
establecen protocolos tanto para las pruebas estáticas como para las
talla el protocolo de pruebas estáticas:
Preparar todos los instrumentos de medición
Confirmar altura geográfica
Confirmar temperatura de refrigerante mayor a 80°C
Apagar el vehículo
Poner llave de encendido en posición ON
Llenar la tabla de datos para posición de contacto
Confirmar condiciones climáticas
Encender el vehículo mantener en ralentí
Medir vacio del motor
Llenar tabla de datos para ralentí
Subir las revoluciones del motor a 1800 rpm y estabilizar
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�
hora antes de realizar una
ibilidad de las mismas se
cas como para las
��
�
� Llenar la tabla de datos
� Volver a ralentí
� Subir las revoluciones del motor a 2500 rpm y estabilizar
� Llenar la tabla de datos
� Volver a ralentí
� Subir las revoluciones del motor a 3500 rpm y estabilizar
� Llenar la tabla de datos
� Volver a ralentí
� Con el osciloscopio grabar los datos requeridos para las diferentes
revoluciones del motor
2.3.3.2.2 Pruebas dinámicas.
Para realizar las pruebas dinámicas en el vehículo es necesario someterlo a
cierta carga, esto se lo puede lograr de dos maneras; la primera es poner en
marcha el vehículo bajo condiciones determinadas, de esta manera la carga
aplicada más significativa sería el peso propio del vehículo. La segunda
manera involucra el uso de equipamiento especial como es un dinamómetro,
esta manera ofrece mayor control y mayor precisión en el desarrollo de las
pruebas.
En la presente investigación se optó por la primera opción, principalmente por
una razón: el hecho de que los dinamómetros son equipos costosos, complejos
y de grandes dimensiones que generalmente no son portables. Como se puede
apreciar en la tabla 2.5 y en la figura 2.12 hay 10 puntos geográficos a distintas
alturas en las que se llevaron a cabo las pruebas dinámicas.
Tabla 2.3. Lugares para pruebas dinámicas.
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����� &��+��%��
Figura 2.12
Para efectos de certificación de emisiones, pruebas
manejabilidad y arranque en frío, etc., existen protocolos y cicl
establecidos a nivel mundial regidos por normas, lo
manejar un vehículo por un periodo de tiempo determ
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Figura 2.12. Puntos de control de pruebas dinámicas.
Para efectos de certificación de emisiones, pruebas de aceleración, pruebas de
y arranque en frío, etc., existen protocolos y ciclos de manejo
establecidos a nivel mundial regidos por normas, los mismos consisten en
manejar un vehículo por un periodo de tiempo determinado con un patrón de
velocidades o aceleraciones establecido; por ejemplo en la figura 2.13 se
muestra el ciclo FTP 75, que es uno de los más utilizados en Norte América
para evaluar emisiones vehiculares.8
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y arranque en frío, etc., existen protocolos y ciclos de manejo
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ejemplo en la figura 2.13 se
izados en Norte América
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Figura 2.13. Ciclo de manejo FTP 75.9
Como se mencionó anteriormente en este capítulo, no existen investigaciones
previas relacionadas con el tema en desarrollo así que para la realización de
las pruebas dinámicas se tuvo que elaborar un ciclo de manejo “personalizado”
cuidando algunos aspectos como la propiedad de repetibilidad, el hecho de que
el ciclo pueda reproducirse con facilidad en los distintos puntos geográficos y
que los resultados de dicho ciclo sean concluyentes.
El ciclo elaborado dura 110 segundos y se desarrolla en 1.1 Km
aproximadamente, se describe de la siguiente manera:
1. Verificar que la temperatura del refrigerante sea mayor a 80°C.
2. Se inicia el cronometraje con el motor encendido y el vehículo detenido
3. Luego de 5 segundos se pone en marcha el vehículo partiendo de 0
Km/h hasta alcanzar una velocidad de 40 Km / h, este cambio de
velocidad debe darse en 10 segundos,
4. Una vez en 40 Km/h se mantiene esta velocidad por un lapso de 20
segundos,
5. Se incrementa la velocidad desde 40 hasta 60 Km/h, esto debe suceder
en 10 segundos,
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6. Se mantiene la velocidad de 60 Km/h por 20 segundos
7. Se disminuye la velocidad de 60 a 40 Km/h en 10 segundos
8. Se mantiene la velocidad a 40 Km/ por 20 segundos
9. Se disminuye la velocidad desde los 40 Km/h hasta detener el vehículo
en 10 segundos
10. Luego de estar detenido el vehículo por 5 segundos se concluye la
prueba.
Todo este procedimiento se refleja en la figura 2.14, en la que además se nota
que los datos son tomados cada 2.5 segundos.
Figura 2.14. Ciclo propuesto: Velocidad en función del tiempo.
Una vez establecido el ciclo de manejo, a continuación se detalla el protocolo
de las pruebas dinámicas.
� Preparar todos los instrumentos de medición
� Confirmar altura geográfica
� El recorrido debe hacerse en mínimo 1.1 Km de longitud y con una
pendiente menor a 6°.
� Aplicar las condiciones del ciclo de manejo propuesto
� Grabar las pruebas con el Escáner Carman VG
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� Verificar si se cumplió el ciclo de manejo
� Repetir de ser necesario, caso contrario archivar para tabular
posteriormente.
2.3.4. FORMATOS Y TABLAS.
A continuación se muestran las distintas tablas que se elaboraron para la
recolección de los datos. Es importante recordar que antes de que las tablas
definitivas que son las que se muestran tengan la forma y el contenido que
ahora tienen, hubo que realizar varias modificaciones como resultado de las
pruebas preliminares.
Tabla 2.4 Formato para datos de prueba estática.
Tabla 2.5. Formato para datos de sensores MAP.
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Tabla 2.6. Formato para datos de prueba dinámica.
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CAPÍTULO III
ANÁLISIS DE RESULTADOS
3.1 PRUEBAS ESTÁTICAS
3.1.1 VACÍO DEL MOTOR RESPECTO A LAS REVOLUCIONES
El vacío se mide con el vacuómetro en la toma de aire del múltiple de admisión.
Cuando el vehículo está apagado y en contacto no se genera ningún vacío en
el motor; en ralentí el vacío del motor disminuye conforme aumenta la altura
sobre el nivel del mar, desde 71.1 Kpa. a 0 msnm hasta 37.25 Kpa. a 4500
msnm. Además se puede apreciar que el vacío del motor no se ve mayormente
afectado con el cambio de revoluciones a la misma altura. El vacío del motor
disminuye aproximadamente 7.7 Kpa. (1.1psi ó 2.2inHg ó 0.077 bar) por cada
1000 metros de altura; la figura 3.1 muestra las tendencias de las variables
expuestas.
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Figura 3.1a Vacío del motor medido con vacuómetro respecto a las revoluciones.
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Para observar con más detalle lo que pasa en la zona donde las curvas presentan una
variación pequeña con el aumento de revoluciones, se realiza una serie de gráficos en
donde se muestra con más detalle dicha zona. A continuación se muestra un ejemplo
de estos gráficos y el resto se los puede apreciar en los anexos.
Figura 3.1b Detalle de la figura 3.1a: Vacío con vacuómetro respecto a las
revoluciones.
3.1.2 SEÑAL DEL SENSOR MAP EN KPa. RESPECTO A LAS
REVOLUCIONES
El sensor MAP en contacto mide la presión atmosférica, como se nota en el
gráfico se tiene un mayor valor en el nivel del mar y va disminuyendo con la
altura, los valores varían entre 100.9 KPa. a 0 msnm hasta 58.5 KPa. a 4500
msnm��
En ralentí el motor genera vacío y eso es inmediatamente detectado por el
sensor MAP, se nota en la figura 3.2 que el vacío disminuye conforme aumenta
la altura sobre el nivel del mar, desde 28.2 KPa. a 0 msnm hasta 21.4 KPa. a
4500 msnm, generándose una diferencia de aproximadamente 7 KPa., esta
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Figura 3.2a Vacío sensor MAP respecto a las revoluciones.
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Figura 3.2b Detalle de la figura 3.2a: Vacío sensor MAP respecto a revoluciones.
3.1.3 SEÑAL DEL SENSOR MAP EN VOLTIOS RESPECTO A LAS
REVOLUCIONES
La señal del MAP en contacto varía desde 4V. a 0 msnm hasta 2.3 V a 4500
msnm, entonces la variación es de aproximadamente de 0.38V por cada 1000
metros.
La variación de la señal desde ralentí hasta 3500 rpm es 0.2V en cualquier
altura, lo que significa que se tiene una condición estable sin variación.
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Figura 3.3 Señal sensor MAP respecto a las revoluciones.
3.1.4 SEÑAL DEL TPS EN VOLTIOS RESPECTO A LAS REVOLUCIONES
Debido a que el sensor TPS mide la posición de la aleta de aceleración, es
lógico pensar que cuando se tenga un incremento de la señal del mismo debe
haber un incremento en las rpm.
La señal del TPS en contacto y ralentí no varía hasta los 1500 msnm, sin
embargo se ve un fenómeno interesante desde que se empieza a acelerar,
desde los 1500 msnm se incrementa el voltaje del TPS, esto se debe a que a
mayor altura hay que exigir más del motor para llegar a las condiciones
deseadas de prueba.
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Figura 3.4 Señal sensor TPS respecto a las revoluciones.
3.1.5 SEÑAL DEL SENSOR MAP EN VOLTIOS RESPECTO A LA SEÑAL DEL
SENSOR TPS
Mientras el vehículo está en contacto el MAP no varía respecto al TPS, el MAP
solamente varía por cambios en presión atmosférica, cuando se enciende el
motor del vehículo y se empieza a tener vacío el valor del sensor MAP
disminuye a un valor de voltaje entre 0.8 a 1.1 V., al variar la posición del TPS
la variación del MAP es mínima a una misma altura, y entre todas las alturas de
prueba se nota una variación máxima de 0.3 voltios.
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Figura 3.5 Señal del sensor MAP respecto a la señal del sensor TPS.
3.1.6 PULSO DEL INYECTOR RESPECTO A LAS REVOLUCIONES
El pulso del inyector es el tiempo que éste se abre para dejar pasar
combustible. Cuando el vehículo está en ralentí el valor del ancho de pulso
tiende a disminuir conforme aumenta la altura. Con el incremento de las rpm el
pulso tiende a estabilizarse, con una variación aproximada de 0.2 milisegundos
(ms).
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Figura 3.6 Pulso del inyector respecto a las revoluciones.
3.1.7 PULSO DEL INYECTOR RESPECTO A LA SEÑAL DEL SENSOR TPS
Al encender el vehículo y llegar a ralentí se obtiene el pulso de inyección de
arranque, al momento de acelerar la variación a una misma altura es 0.1 a 0.2
ms., estos resultados son similares al del gráfico anterior pues como ya se
mencionó, al incrementar el valor del TPS también habrá un incremento en las
rpm.
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Figura 3.7 Pulso del inyector respecto a la señal del sensor TPS.
3.1.8 AVANCE DE ENCENDIDO RESPECTO A LA SEÑAL DEL SENSOR TPS
En la figura siguiente se nota claramente que el avance de encendido se
incrementa conforme aumenta la señal del TPS sin importar la altura, se nota
también que el avance tiende a incrementarse más lento conforme la altura
sobre el nivel del mar aumenta.
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Figura 3.8 Avance de encendido respecto a la señal del sensor TPS.
3.1.9 AVANCE DE ENCENDIDO RESPECTO A LAS REVOLUCIONES
En ralentí se puede apreciar que el tiempo de encendido inicial va
disminuyendo conforme aumenta la altura sobre el nivel del mar; al aumentar
las revoluciones el avance de encendido también aumenta considerablemente,
pero sin ninguna relación clara o concreta con los cambios altura.
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Figura 3.9 Avance de encendido respecto a las revoluciones.
3.2 PRUEBAS DINÁMICAS
Para efectos de una mejor visualización de la idea general de los resultados, en
las figuras siguientes se grafican las variables en función del tiempo solo para
tres alturas distintas a nivel del mar, de otro modo se torna muy confuso y difícil
poder interpretar los resultados y extraer alguna conclusión valedera.
3.2.1 SEÑAL SENSOR TPS RESPECTO AL TIEMPO DEL CICLO
En la siguiente figura se aprecia que para mantener constantes las condiciones
de velocidad conforme aumenta la altura, la señal del TPS también aumenta,
esto confirma el hecho de que la potencia que brinda el motor del vehículo
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del mar para llegar a las mismas condiciones.
Además, en la figura resulta muy evidente que a los 4000 msnm los datos del
TPS son prácticamente el doble de lo que son a nivel del mar. Es de
fundamental importancia en este punto señalar, que uno de los requisitos de la
prueba dinámica es que la pendiente del lugar donde se realizan las pruebas
no sea mayor de 6 grados. A la altura de 4000msnm fue imposible encontrar un
lugar que cumpla con ese requerimiento, así que esta prueba se la realizó con
una pendiente aproximada de 20 grados, factor que resulta de mucha influencia
en el resultado obtenido.
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Figura 3.10 Señal del sensor TPS respecto al tiempo del ciclo de manejo.
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3.2.2 SEÑAL SENSOR MAP RESPECTO AL TIEMPO DEL CICLO
Estas curvas del comportamiento del MAP hacen notar un fenómeno
interesante, cada vez que se hace un cambio de marcha se tiene un pico hacia
abajo, ya que se deja de acelerar y esto provoca la caída del voltaje del sensor
MAP, el momento que se mantiene la aceleración el valor del MAP tiende a
estabilizarse, esto se nota más en la curva de los 0 msnm, ya que el vehículo
no es forzado para mantener esa velocidad, en las demás alturas se aprecia
una variación ya que las condiciones atmosféricas obligan a variar la
aceleración para poder cumplir con el ciclo de conducción. Se tienen valores
máximos de 3.4V y mínimos de 0.7 V.
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Figura 3.11 Señal del sensor MAP respecto al tiempo del ciclo de manejo.
3.2.3 VACÍO DEL MOTOR RESPECTO AL TIEMPO DE CICLO
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(aleta parcialmente abierta), prácticamente no hay vacío en aceleración total
(aleta totalmente abierta), los valores más bajos coinciden con las máximas
aceleraciones, cada vez que se va a cambiar marcha el vacio está en la zona
más alta. Se tienen valores máximos de 90 KPa. y mínimos de 18 Kpa.
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Figura 3.12 Vacío del motor con sensor MAP respecto al tiempo del ciclo de manejo.
3.2.4 PULSO DEL INYECTOR RESPECTO AL TIEMPO DE CICLO
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El pulso del inyector es una variable muy difícil de evaluar ya que influye mucho
la forma de acelerar, es así que en las primeras fases del ciclo existen anchos
de pulso que coinciden en las distintas alturas, mientras en que en las fases
posteriores si se puede apreciar que a mayor altura se tiene mayor pulso de
inyección.
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Figura 3.13 Pulso del inyector respecto al tiempo de ciclo de manejo.
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3.2.5 AVANCE DE ENCENDIDO RESPECTO AL TIEMPO DE CICLO
Las curvas en general mantienen una misma tendencia, tienen ciertos desfases
debido a la forma de acelerar o el tiempo en el que se acelera, el avance de
encendido tiene valores máximos de 48 grados y mínimos de 8 grados en ruta,
mientras el vehículo está en reposo al principio y final de la ruta se tiene
valores de hasta 3 grados de avance.
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Figura 3.14 Avance de encendido respecto al tiempo de ciclo de manejo.
3.2.6 REVOLUCIONES DEL MOTOR RESPECTO AL TIEMPO DE CICLO
Las revoluciones del vehículo tienen una misma tendencia sin importar la
altura, esto ratifica que el ciclo de manejo fue bastante parecido para cada
altura ya que se trató de mantener las mismas condiciones para poder dar
repetibilidad al experimento. Los valores máximos son de 4200 rpm y el mínimo
es el valor de ralentí a 700 rpm.
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Figura 3.15 Revoluciones del motor respecto al tiempo del ciclo de manejo.
3.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS POR TIPOS DE SENSORES MAP
El sensor MAP digital de Ford en contacto genera una diferencia de 35 Hz
entre los 0 msnm y 4500 msnm, desde ralentí hasta las 3500 rpm
prácticamente mantiene los valores para cada altura se genera una diferencia
máxima de 8Hz a 2500 rpm.
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Figura 3.16b Detalle de la figura 3.16: MAP de Ford respecto a la revoluciones.
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señal de 4 V. mientras que a 4500 msnm la señal es de 2V. es decir, se genera
una diferencia de 2V; desde ralentí hasta 3500 rpm son prácticamente valores
constantes para cada altura, la diferencia máxima que se genera es de 0.35V a
3500 rpm.
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Figura 3.17 Señal del sensor MAP de VW respecto a las revoluciones.
El sensor analógico de GM es el sensor más usado en los vehículos del
mercado ecuatoriano debido al parque automotriz existente, en él se nota una
diferencia de casi 2.2V en valores de contacto desde 0 msnm hasta 4500
msnm; desde ralentí hasta las 3500 rpm sin importar la altura prácticamente
se mantiene constante, se tiene la mayor diferencia de 0.5 V en ralentí.
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Figura 3.18 Señal del sensor MAP de GM respecto a las revoluciones.
El sensor analógico de Kia en contacto presenta una diferencia de 1.8V desde
0 msnm hasta 4500 msnm. Desde ralentí hasta 3500 rpm se tiene un valor casi
constante en cada altura, las diferencia máxima es 0.25 V a 3500 rpm. Las
tendencias de los sensores MAP análogos respecto a las revoluciones son
similares.
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Figura 3.19 Señal del sensor MAP de KIA respecto a las revoluciones.
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3.4 VACÍO MAP VEHÍCULO KÍA
El vacío medido por el sensor MAP de KIA tiene una diferencia de 40 KPa. en
contacto, esto indica las diferencias de altura existentes, desde ralentí hasta las
3500 rpm prácticamente se mantiene constante en cada altura, tiene una
variación máxima de 4 KPa. a 3500 rpm.
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Figura 3.20 Vacío del sensor MAP de KIA respecto a las revoluciones.
3.5 VACÍO MOTOR CON VACUÓMETRO DEL VEHÍCULO KÍA
En contacto no genera vacío el motor, por lo tanto se tiene 0 como valor inicial,
en ralentí tenemos a 0 msnm 12 inHg. y a 4500 msnm 22 inHg., desde ralentí
hasta las 3500 rpm el valor sufre leves variaciones en una misma altura, la
diferencia entre alturas del vacío se mantiene en 10 inHg.
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Figura 3.21 Vacío del motor con vacuómetro del vehículo KIA respecto a las
revoluciones
3.6 COMPARACIÓN DE VOLTAJES GENERADOS POR
SENSORES MAP
Los 3 sensores análogos evaluados tienen un comportamiento muy similar, en
contacto a 0 msnm se igualan los valores de Volkswagen y KIA en 4 V, en
ralentí en cambio se acercan los tres sensores con una diferencia de 0.25 V.
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Figura 3.22 Comparación de señales de los sensores MAP a 0 msnm.
Los tres sensores detectan en contacto muy bien los cambios de altura y se ve
que a 2800 msnm el voltaje baja aproximadamente 1 V, en ralentí se tiene un
valor muy cercano al de 0 msnm.
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Figura 3.23 Comparación de señales de los sensores MAP a 2800 msnm.
A 4500 msnm prácticamente se han bajado 2 V respecto a 0 msnm lo que
hace ver la verdadera influencia de la altura sobre estos sensores, en ralentí
se tiene una leve inestabilidad en el motor.
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Figura 3.24 Comparación de señales de los sensores MAP a 4500 msnm.
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CAPITULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 CONCLUSIONES
• La geografía de nuestro país complicó en cierta medida las pruebas
dinámicas especialmente sobre los 1000 metros, los protocolos de
pruebas establecidos en la teoría facilitaron la realización de las pruebas
y el cumplimiento de los objetivos planteados.
• Las variables seleccionadas para las pruebas definitivas son las más
representativas para el diagnóstico, estas muestran incidencia en el
comportamiento del motor con los cambios de altura.�
• Las pruebas realizadas sirven de soporte para confirmar datos teóricos a
nivel del mar, para las demás alturas es contribución de los autores al
área automotriz.
• La variación de altura afecta al comportamiento del vehículo, sin
embargo el control electrónico ayuda a corregir en gran medida su
funcionamiento.
• La mayoría de las curvas obtenidas marcan una tendencia clara, lo que
avaliza el experimento realizado.
• Las pruebas dinámicas arrojan datos distintos a los obtenidos en las
estáticas, por lo tanto estos análisis son independientes.
• El ciclo de manejo propuesto para las pruebas dinámicas no tiene
antecedentes ni referencias.
• La prueba dinámica exige al conductor un control apropiado del
vehículo para cumplir con el ciclo de manejo, cualquier variación
puede alterar los resultados obtenidos.
• El manejo adecuado de los equipos garantizan que los valores medidos
se interpreten correctamente.
• Es importante valerse de por lo menos dos equipos de diagnóstico para
realizar las mediciones, esto para tener mayor confianza en los datos
registrados.
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• Para realizar las pruebas dinámicas se necesita recorrer una distancia
promedio de 1.1 km y cumplir el ciclo de manejo en ruta, lo que en
algunos casos significa mantener velocidades bajas o realizar paradas
en sitios peligrosos.
• Al realizar las pruebas en un dinamómetro se disminuyen los riesgos,
además de que los resultados obtenidos serían más precisos porque
existiría mayor control en las condiciones de las pruebas, el problema es
disponer de dinamómetros en cada punto de evaluación.
• Existe muy poca referencia bibliográfica y trabajos previos en este
campo. Un aporte valioso fueron los nuevos conocimientos adquiridos
en el postgrado, así como también la experiencia en el área automotriz
de los autores de la investigación.
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4.2 RECOMENDACIONES
• Esta investigación permite generar nuevos estudios relacionados con el
comportamiento de los vehículos respecto a la altura: emisiones,
consumo de combustible, pérdida de potencia, rendimiento mecánico,
etc.
• Socializar los resultados obtenidos en esta investigación a través de las
actividades académicas, cursos de capacitación, publicaciones, revistas,
foros, etc.
• La EPN debe dar impulso a los proyectos investigativos ya que aportan
nuevos criterios y conocimientos a problemas específicos del país.
• Continuar con la organización de cursos de postgrado de carácter
técnico ya que estos permiten estudiar y resolver problemas del ámbito
industrial y tecnológico que son los de mayor incidencia en el desarrollo
del país.
• Esta investigación es el principio de una serie de proyectos que se
deben realizar a fin de mejorar el presente estudio, teniendo como uno
de los objetivos finales obtener un ciclo de manejo para estas pruebas
avalizado por un organismo internacional por ejemplo: SAE (Society of
Automotive Engineers).
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• GRUPO EDITORIAL CEAC, MANUAL CEAC DEL AUTOMÓVIL,
Ediciones CEAC, 2003.
• RUEDA SANTANDER, Jesús, MANUAL TÉCNICO DE FUEL
INJECTION, Diseli Editores, 2005.
• GRUPO EDITORIAL CEAC, GUÍAS DE INYECCIÓN DE GASOLINA,
Ediciones CEAC, 1995.
• COELLO, Efrén; SISTEMAS DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE
GASOLINA, Ediciones América, 2002.
• STUBBLEFIELD M, HAYNES John, FUEL INJECTION MANUAL.
Editorial Haynes, 1997.
• RYDEN, Todd, IGNITION SYSTEMS, Editorial. Cartech, 2004.
• ERJAVEC Jack, AUTOMOTIVE TECHNOLOGY, Editorial Delmar; 2009.
• BOOSTER, Beto. SECRETOS DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO, NUK
Publicaciones S:A. www.encendicoelectronico.com.
• Riba, Carles. DISEÑO CONCURRENTE, Libro Digital Universidad
Politécnica Cataluña, 2002.
• Motor Progresive diagnostics, Waveform reference manual, 1998.
• Manual de servicio KIA sportage active 2009.
• Manual digital All Data versión 10.10.
• Manual digital Mitchell versión 5.8.
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Anexo 1
Pruebas Estáticas
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Anexo 6
Presión Atmosférica y
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Presión atmosférica
Las moléculas de gas que componen la atmósfera, som
terrestre, poseen un cierto peso.
directamente, dicho peso ejerce una presión signifi
la tierra. Es lo que se conoce como presión atmosfé
Unidades y equivalencias
Actualmente, en el Sistema Internacional de Unidade
presión atmosférica se emplea el newton por metro c
(Pa). De esta unidad básica se derivan el hectopasc
Pa, y el kilopascal (kPa) que equivale a 1
que la presión atmosférica medi
que representa 1 atmósfera estándar
Aunque no suele usarse en el ámbito técnico, es com
meteorológicas empleen el milibar, que representa l
para indicar la presión atmosférica (un bar equival
un milibar es igual a un hectopascal). Otras unidad
kilogramo por centímetro cuadrado (kg/cm2), las pul
y los milímetros de mercur
equivalencias entre todas estas
Las pulgadas y milímetros de mercurio se derivan de
mercurio, que constituyó por mucho tiempo el princi
la presión atmosférica. Este consiste en un tubo en cu
vacío, colocado sobre un recipiente con mercurio. E
presión sobre el mercurio y lo hace ascender por el
evaluar, de acuerdo al nivel a
nivel del mar la altura promedio alcanzada por el m
(760 mm).
Presión atmosférica
Las moléculas de gas que componen la atmósfera, sometidas a la gravedad
terrestre, poseen un cierto peso. Aunque el ser humano no lo percibe
directamente, dicho peso ejerce una presión significativa sobre la superficie de
la tierra. Es lo que se conoce como presión atmosférica.
Unidades y equivalencias
Actualmente, en el Sistema Internacional de Unidades (SI),
presión atmosférica se emplea el newton por metro cuadrado (N/m2) o pascal
(Pa). De esta unidad básica se derivan el hectopascal (hPa) que equivale a 100
lopascal (kPa) que equivale a 1000 Pa. Por convención se asume
n atmosférica media en el nivel del mar es de 101
1 atmósfera estándar (atm).
Aunque no suele usarse en el ámbito técnico, es común que las estaciones
meteorológicas empleen el milibar, que representa la milésima parte de un bar
para indicar la presión atmosférica (un bar equivale a 100,000 Pa, mientras que
un milibar es igual a un hectopascal). Otras unidades empleadas son el
kilogramo por centímetro cuadrado (kg/cm2), las pulgadas de mercurio (In Hg)
y los milímetros de mercurio (Mm Hg). En la siguiente tabla se sintetizan las
equivalencias entre todas estas unidades:
Las pulgadas y milímetros de mercurio se derivan del uso del barómetro de
mercurio, que constituyó por mucho tiempo el principal instrumento para medir
presión atmosférica. Este consiste en un tubo en cuyo interior se ha hecho el
vacío, colocado sobre un recipiente con mercurio. El peso del aire ejerce
presión sobre el mercurio y lo hace ascender por el tubo, lo cual permite
evaluar, de acuerdo al nivel alcanzado, la presión atmosférica en el sitio. En el
nivel del mar la altura promedio alcanzada por el mercurio es de 29.9 pulgadas
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etidas a la gravedad
Aunque el ser humano no lo percibe
cativa sobre la superficie de
para medir la
uadrado (N/m2) o pascal
al (hPa) que equivale a 100
000 Pa. Por convención se asume
a en el nivel del mar es de 101325 Pa, valor
ún que las estaciones
a milésima parte de un bar,
e a 100,000 Pa, mientras que
es empleadas son el
gadas de mercurio (In Hg)
En la siguiente tabla se sintetizan las
l uso del barómetro de
pal instrumento para medir
yo interior se ha hecho el
l peso del aire ejerce
tubo, lo cual permite
lcanzado, la presión atmosférica en el sitio. En el
ercurio es de 29.9 pulgadas
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Variación de la presión atmosférica debido a la altitud
Mientras más se sube respecto al nivel del mar, menor es la cantidad de aire
sobre nosotros y por lo tanto menor es la presión atmosférica. Así, en la
cumbre del Monte Everest (8,848 msnm) la presión atmosférica apenas supera
los 30 kPa, mientras que los aviones de reacción, que vuelan a 11,000 metros
de altitud, se someten a una presión atmosférica de aproximadamente 20 kPa.
Fuente: http://sol-arq.com/index.php/fenomenos-atmosfericos/presion
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Anexo 7
Ecuación Altimétrica
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Ecuación altimétrica
La ecuación altimétrica establece una relación entr(altura sobre el nivel del mar) con la presión atmósférica
Para deducir una expresión elemental de la ecuacióncon suponer que el aire se comporta como un densidad viene dada en función de la presión
donde es el peso molecularsustituyendo la densidad en la expresión
se sigue
En una primera aproximación, podemos considerar cel intervalo de integración (variación de g en dicho intervalo. En esta condiciones, podemos inel nivel z=0 (v.g., el nivel del mar) y una altura
donde hemos tenido en cuenta que
Así, la presión atmosférica disminuye con la altitu
(1)
Tomando los valores normales:
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= 9,80665 m/s2 y
= 760 mmHg = 101
la constante � toma el valor
� 8 000 m
La ecuación altimétrica establece una relación entre la altitud de un lugar sobre el nivel del mar) con la presión atmósférica en ese lugar.
Para deducir una expresión elemental de la ecuación altimétrica,e el aire se comporta como un gas ideal o perfecto y que su
densidad viene dada en función de la presión y de la temperatura
peso molecular medio del aire (� 28,9 g/mol). Entonces, sustituyendo la densidad en la expresión
En una primera aproximación, podemos considerar constante la temperatura en el intervalo de integración (atmósfera isoterma) y que se desprecia la
en dicho intervalo. En esta condiciones, podemos in=0 (v.g., el nivel del mar) y una altura z sobre dicho nivel, resulta
donde hemos tenido en cuenta que �0/p0 = M/RT.
Así, la presión atmosférica disminuye con la altitud según una ley exponencial:
Tomando los valores normales:
y
= 760 mmHg = 101 325 Pa,
toma el valor
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e la altitud de un lugar en ese lugar.
será suficiente ideal o perfecto y que su
temperatura por
28,9 g/mol). Entonces,
onstante la temperatura en ) y que se desprecia la
en dicho intervalo. En esta condiciones, podemos integrar entre sobre dicho nivel, resultando
d según una ley exponencial:
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Naturalmente, la expresión [1] nos permite despejar la altitud z en función de la presión; obtenemos
(2) (en metros)
que es la ecuación altimétrica.
Fuente:http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica
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Anexo 8
Diagramas Electrónicos e
Información Técnica Kia sportage
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Anexo 9
Ampliación de las figuras
del capítulo 3
(Análisis de resultados)
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Figura 3.3 Señal sensor MAP respecto a las revoluciones.
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Figura 3.4 Señal sensor TPS respecto a las revoluciones.
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Figura 3.6 Pulso del inyector respecto a las revoluciones.
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Figura 3.17 Señal del sensor MAP de VW respecto a las revoluciones.
Figura 3.18 Señal del sensor MAP de GM respecto a las revoluciones.
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Figura 3.19 Señal del sensor MAP de KIA respecto a las revoluciones.
Figura 3.20 Vacío del sensor MAP de KIA respecto a las revoluciones.
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Figura 3.21 Vacío del motor con vacuómetro del vehículo KIA respecto a las
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