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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 [email protected] LUIS FERNANDO ROBLES MORILLO [email protected] DIRECTOR: MSc.ING. IVÁN ZAMBRANO OREJUELA [email protected] QUITO, DICIEMBRE 2010

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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

[email protected]

LUIS FERNANDO ROBLES MORILLO

[email protected]

DIRECTOR: MSc.ING. IVÁN ZAMBRANO OREJUELA

[email protected]

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

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

���������������������������������������� �����������������������http://www.atmosfera.cl/HTML/temas/INSTRUMENTACION/INSTR1.htm�����http://es.wikipedia.org/wiki/Humedad�

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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

�������������������

��

ESQUEMA GENERAL DE INSTRUMENTOS, SENSORES

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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������������ ��������������������

�������� ���

��������� �� ����

��������������������� � ��

������������������� �� ���

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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.

---

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

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� 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

velocidades o aceleraciones establecido; por

muestra el ciclo FTP 75, que es uno de los más util

para evaluar emisiones vehiculares.

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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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de aceleración, pruebas de

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.

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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tendencia se mantiene conforme se aumentan las revoluciones hasta llegar a

25.7 KPa. a 0 msnm y 18.8 KPa. a 4500 msnm.

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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disminuye con la altura pues es necesario acelerar más en la altura que a nivel

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.

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.

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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El vacío es más alto a mayor número de revoluciones y en aceleración parcial

(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.

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.

Figura 3.13 Pulso del inyector respecto al tiempo de ciclo de manejo.

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 3.16a 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.

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El sensor MAP analógico de volkswagen en contacto a nivel del mar da una

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.

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.

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.

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

Equivalencias�

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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,

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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.

Figura 3.4 Señal sensor TPS respecto a las revoluciones.

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Figura 3.5 Señal del sensor MAP respecto a la señal del sensor TPS.

Figura 3.6 Pulso del inyector respecto a las revoluciones.

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Figura 3.7 Ampliación de la figura 3.7.

Figura 3.8 Avance de encendido respecto a la señal del sensor TPS.

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Figura 3.9 Avance de encendido respecto a las revoluciones.

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Page 193: ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL - Repositorio Digitalbibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/8478/3/CD-3325.pdf · 1.2.2.3 Señal del sensor de presión absoluta del múltiple de admisión

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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

revoluciones

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