inyeccion electronica 0001

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l- INDICE INYECCIÓN ELECTRÓNICA A GASOLINA UNIDAD I SISTEMAS DE INYECCION DE GASOLINA UNIDAD II K . JETRONIC 1. CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE NECESITA EL MOTOR ......28 1.1. Mezcla aire / combustible....... ..'...29 1.2. Coeficiente de aire ......30 2. SISTEMAS PARA PREPARACION DE LA MEZCLA .....................31 2.1. ¿Qué tipos de preparación de la mezcla por inyección existen?.....................32 3. EL K - JETRONIC .......34 4. ALIMENTACION DE COMBUST¡BLE.. .........36 4.1. Descripción de componentes.... ....................38 UNIDAD III KE - JETRONIC 1. EL SISTEMA DE INYECCION KE. JETRONIC ...........,44 1.1. Resumen del sistema ...................46 1.2. Ventajas del KE - Jetronic ........;.. 48 UNIDAD IV L . JETRONIC 63 UNIDAD V MONO - MOTRONIC 84 UNIDAD V MOTRONIC 95

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l-

INDICE

INYECCIÓN ELECTRÓNICA A GASOLINA

UNIDAD I

SISTEMAS DE INYECCION DE GASOLINA

UNIDAD II

K . JETRONIC

1. CANTIDAD DE COMBUSTIBLE QUE NECESITA EL MOTOR ......281.1. Mezcla aire / combustible....... ..'...291.2. Coeficiente de aire ......302. SISTEMAS PARA PREPARACION DE LA MEZCLA .....................31

2.1. ¿Qué tipos de preparación de la mezcla por inyección existen?.....................323. EL K - JETRONIC .......344. ALIMENTACION DE COMBUST¡BLE.. .........364.1. Descripción de componentes.... ....................38

UNIDAD III

KE - JETRONIC

1. EL SISTEMA DE INYECCION KE. JETRONIC ...........,441.1. Resumen del sistema ...................461.2. Ventajas del KE - Jetronic ........;.. 48

UNIDAD IVL . JETRONIC

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UNIDAD VMONO - MOTRONIC

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UNIDAD VMOTRONIC

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EIl-i_ &r€csuP lnyección Electrónica a Gasolina

UNIDAD I

SISTEMAS DE INYECCCION DE GASOLINA

I Diferencias entre la carburación y la inyección

En los motores de gasolina, la mezcla se prepara utilizando un carburador o unequipo de inyección. Hasta ahora, el carburador era el medio más usual depreparación de mezcla, medio mecánico. Desde hace algunos años, sinembargo, aumentó la tendencia a preparar la mezcla por medio de la inyecciónde combustible en el colector de admisión. Esta tendencia se explica por lasventajas que supone la inyección de combustible en relación con lasexigencias de potencia, consumo, comportamiento de marcha, así como delimitación de elementos contaminantes en los gases de escape. Las razonesde estas ventajas residen en el hecho de que la inyección permite ( unadosificación muy precisa del combustible en función de los estados de marchay de carga del motor; teniendo en cuenta así mismo el medio ambiente,controlando la dosificación de tal forma que el contenido de elementos nocivosen los gases de escape sea mínimo.

Además, asignando una electroválvula o inyector a cada cilindro se consigueuna mejor distribución de la mezcla.

También permite la supresión del carburador; dar forma a los conductos deadmisión, permitiendo corrientes aerodinámicamente favorables, mejorando elllenado de los cilindros, con lo cual, favorecemos el par motor y la potencia,además de solucionar los conocidos problemas de la carburación, comopueden ser la escarcha, la percolación, las inercias de la gasolina.

2 Ventajas de la inyección

2.1 Consumo reducido

Con la utilización de carburadores, en los colectores de admisión se producenmezclas desíguales de aire/gasolina para cada cilindro. La necesidad de formaruna mezcla que alimente suficientemente incluso al cilindro más desfavorecidoobliga, en general, a dosificar una cantidad de combustible demasiado elevada.La consecuencia de esto es un excesivo consumo de combustible y una cargadesigual de los cílindros.

Al asignar un inyector a cada cilindro, en el momento oportuno y en cuafquierestado de carga se asegura la cantidad de combustible, exactamentedosificada.

2.2Mayor potencia

La utilización de los sistemas de inyección permite optimizar la forma de loscolectores de admisión con el consiguiente mejor llanado de los cilindros. El

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*: TCCSUP

-

ección Electrónica a Gasolina

resultado se traduce en una mayor potencia especifica y un aumento del parmotor.

2.3 Gases de escape menos contaminantes

La concentración de los elementos contaminantes en los gases de escapedepende directamente de la proporción aire/gasolina. Para reducir la emisiónde contaminantes es necesario preparar una mezcla de una determinadaproporción. Los sistemas de inyección permiten ajustar en todo momento lacantidad necesaria de combustible respecto a la cantidad de aire que entra enel motor.

2.4 Arranque en frío y fase de calentamiento

Mediante la exacta dosificación del combustible en función de la temperaturadel motor y del régímen de arranque, se consiguen tiempos de arranque másbreves y una aceleración más rápida y segura desde el ralentí. En la fase decalentamiento se realizan los ajustes necesarios para una marcha redonda delmotor y una buena admisión de gas sin tirones, ambas con un consumomínimo de combustible, lo que se consigue mediante la adaptación exacta delcaudal de éste.

3 Clasificación de los sistemas de inyección.

Se pueden clasificar en función de cuatro características distintas:

1. Según el lugar donde inyectan.

2. Según el número de inyectores.

3. Según el número de inyecciones.

4. Según las características de funcionamiento,

A continuación especificamos estos tipos:

3.1 Según el lugar donde inyectan:

3.1.1 INYECCION DIRECTA:

El inyector introduce el combustible directamente en la cámara de combustión.

Este sistema de alimentación es el mas novedoso y se esta empezando autilizar ahora en fos motores de inyección gasolina como el motor GDi deMitsubishi o el motor IDE de Renault.

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3.1 .2 INYECCION INDIRECTA:

EI inyector introduce el combustible en el

válvula de admisión, que no tiene por qué

mas usada actualrnente.

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colector de admisién, enc¡maestar necesar¡amente abierta.

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I.2.3 INYEGCION MONOPUN IO:

{ay solamente un inyector, que introduce el combustible en el colector de

rdmisión, después de la mariposa de gases. Es la más usada en vehículosurismo de baja cilindrada que cumplen normas de antipolución.

¡.2.4 INYECCION MULTIPUNTO

{ay un inyector por cilindro, pudiendo ser del tipo "inyección directa c

rdirecta". Es la que se usa en vehfculos de media y alta cilindrada, corrntipolución o sin ella.

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I.3 Según el número de inyecciones

I.3.1 INYECCION CONTI NUA

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a

tlfeCSUn tnyecqión Electrónica a Gasolina

y cierran de dos en dos.

3.3.5 SIMULTANEA

El combustible es inyectado en los cilindros por todos los inyectores a la vez,es decir; abren y cierran todos los inyectores al mismo tiempo.

Conpamcton de los lipos da inyaccións Eim¡ltEnes b: sEilli3¿ff¡srtr4 ' c: gen¡'end

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3.4 Según las características de funcionamiento:

. lt'lYEcclÓru H¡rcnNlcA (K-jetronic)

. INYECCIÓru elecrRoMEcANlcA (KE-jetronic)

. I t{YECctÓru elfcf RÓN ICA (L-jetronic, LE-jetronic, motronic, D'rjijet,

Digifant, etc.)

Todas las inyecciones actualmente usadas en automoción pertenecen a unode todos los tipos anteriores.

3.5 Historia de los sistemas de inyección de gasolina delfabricante Bosch

. 1912.- Prímeros ensayos de bombas de inyección de gasolina basada

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&rEcsuP lnyección Electrónica a Gasolina

en las bonrbas de aceite de engrase.

. 1932.- Ensayos sistemáticos de inyección de gasolina para motores de

aviación.

. 1937.- Aplicación en serie de la inyección de gasolina en motores de

aviación.

. 1945.- Prímera aplicación en serie de la inyección de gasolina en

vehículos a motor.

. 1951.- Sistemas de inyección de gasolina para pequeños motores de

dos tiempos.

. 1952.- Sistemas de inyección de gasolina para motores de 4 tiempos

para vehículos, en serie a p:rtir de 1954.

. 1967.- Primer sistema electrónico de inyección de gasolina D-Jetronic.

. 1973.- lnyección electrónica de gasolina L-Jetronic / lnyección

electrórrica de gasolina K-Jetronic.

. 1976.- Sistemas de inyección de gasolina con regulación Lambda.

. 1979.- Sistema digital de control del motor Motronic.

. 1981.- lnyección electrónica de gasolina con medidor de caudal de aire

por hilo caliente LH-Jetronic.

. 1982.- lnyección continua de gasolina con control electrónico KEJetronic.

. 1987.- Sistema centralizado de inyección Mono-Jetronic.

. 1989.- Control digital del motor con dispositivo de control de la presión

del colector de admisión Motronic MP3.

. 1989.- Control digital del motor con ordenador de 16 bit, Motronic M3.

. 1991.- Gestión del motor mediante CAN (Controller Area Network),

sistema de bus de alta velocidad para acoplar las diferentes centralitas.

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Wr€csuP lny*cción Electrónica a Gasolina

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tlfeCSUn lnyección Etectrónica a Gasotina

SensoresLos sensores y actuadores forman una interfase entre las magnitudes físicas medidasen la gestión del motor, ESP, ABS, climatizador, etc. con las diferentes unidades decontrol delvehículo.

En este campo, la mecatrónica va ganando cada vez más importancia por estarestrechamente unidos los componentes mecánicos con los sensores.Los sensores han ido evolucionando, aumentando el grado de integración y de estamanera disminuyendo el trabajo de procesamiento a la unidad de control, puesto quela preparación de la señal hasta que se convierte en un dato legible por el procesadorprincipal es una tarea que le resta poder de cálculo.Los sensores según el grado de integración pueden contener:-Una preparación analógica de la señal-Un convertidor analógico-digital

-Un microordenador que evalúa la señal y se comunica con el bus CAN a la UCE.

Sensores de temperaturaSon sensores de coeficiente negativo (NTC), su resistencia disminuye con latemperatura. Para cada uno de ellos la unidad de controltiene un diagramacaracterlstico en el que indica su temperatura según el valor de resistencia que tenga.

En la figura se aprecia una curva característica de un sensor de temperatura.Existen sensores de temperatura en diferentes aplicaciones del motor, éstas son:

-Sensor de temperatura del motor. Mide la temperatura del líquido refrígerante(campo de medición -40 hasta +130 oC). Es uno de los sensores más importantes delmotor. Este sensor interviene en el cálculo del tiempo de inyección de diferentesestados de servicio del motor como el arranque en frío, calentamiento, carga parcial,etc., así como en el tiempo establecido para los calentadores del motor diesó|.

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érggsut lnyecclón Electrónica a Gasolina

-Sensor de temperatura de aire. l/lide la temperatura del aire, está alojado en laadmisión, normalmente en el medidor de masa de aire (campo de medición -40 hasta+120 oC). Este sensor en combinación con el sensor de presión puede medir la masade aire aspirada.

-Sensor de temperatura de aceite del motor. (Campo de medición -40 hasta +170oc).

-Sensor de temperatura de combustible,inyectado. Normalmente alojado en Ia parte(campo de medición -40 hasta +120 oC).

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Con esta meclición se corrige el caudalinferior del filtro de combustible diesel

-Sensor de temperatura de los gases de escape. Esta medición corrige eltratamiento catalítico que se realiza para mejorar la emisión de gases. (campo demedición -40 hasta +1000 oC).

Sensores de presión micromecánlcos.

$ensores de presión ambier¡te.Su señal sirve para corregir en función de la altura los valores teóricos para loscírcuitos reguladores (regulacíón sobrealimentación, válvula AGR...) para tener encuenta la densidad del aire del ambiente. Mide presión absoluta entre 0.6 y1.1Sbares.

Sensores de presión de aceite y combustible.El primero mide la presión de aceite del motor, y el segundo mide la presión decombustible con el objeto de controlar el grado de ensuciamiento del filtro Q.2 a4bares).

Sensores de presión de admislón y de sobrealimentaciónEsta clase de sensores se dividen en sensores en el qr.re la presión de referenciapuede ser la del ambiente, con vacío de referencia en el lado de la estructura o vacíode referencia en una cavídad.La célula de medición del sensor de medición está construida sobre una membranadilatable entre (10...1000pm). $obre esta rnembrana se disponen cuatro resistenciasde efecto piezoresistívo dispuestas en puente de Wheastone, de forma que cuando lamembrana se dilata aumenta la resistencia en dos de ellas y disminuye en las otrasdos.En la figura 1.1 se aprecia cómo está estructurado este sensor. En (1) está lamembrana, en (2) el chip de silicio, en (3) el vacío de referencia, en (a) el vidrio, en(5) el circuiio eléctrico puente de Wheastone.

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a

ulTecsuP lnyección Electrónica a Gasolina

Sensores de revoluciones inductivos

Sobre el volante de inercia o sobre la polea del cigüeñal, se encuentra montada unarueda transmisora ferromagnética con espacio para 60 dientes (motor de 4 cilindros).Dos de estos dientes se han suprimido, siendo este hueco la consigna del PMS delcilindro 1.

Un sensor inductivo próximo a la rueda transmisora, varía su flujo magnético al pasarfrente a los dientes de la rueda transmisora, induciéndose una tensión alterna.La amplitud de esta señal aumenta considerablemente con la velocidad del cigüeñal(desde 80 mv hasta 100 v).El sensor de revoluciones (Figura 1.2 ) se compone de un imán permanente y de unnúcleo de hierro dulce con un devanado de cobre.

Sensor de revoluciones.

ii'i tfrán:perr¡anéntg, A Oar.casa, 3 Bloque det motor,ii4 Nrleleo.Oe hierio,:dulce; 5 Devanado,,,6DiSeo oentado con marca.de referenciairth.údtoé¡tr:e die ntqs),r. 123

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;omo en el calculo de angulo de encenoroo se necesrta ser mas preqso, la meoroaiemporal entre dos flancos se divide entre 3 ó 4. De esta forma es posible controlesie hasta 0,75 grados.En la figura 1.3 se aprecia dónde va situado el captador inductivo y el hueco entreJientes y en la figura 1.4\a señal captada por un osciloscopio.

Fig" 1.3 Fig . 1.4

Senso¡"es de anillos de cortocircu¡to semidiferencial.

Son sensores de posición para la detección delara:, Senscr de recorrldo para detectar la posición de)ombas de inyección diesel en línea.' Sensor de ángulo para el mecanismo de control'otativas de inyección diese!.

recorridos y ángulos. Se emplear

la varilla de regulación de las

de caudal de las bombas

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(5) y otra oe meo¡ciá-n iii s-g ¿".pl".la iá;éS oé tos-nrazos del núcleo un anillo de

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de cortocircuito es áf á" ,"t"tencia, y ;üi'J" (nále desplaza por el núcleo)'

. ;' i ., : .,:: . ,' . .'1,':,:.: 1: :¡,,.;,

Figura 1.5

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Electrónica a Gasolina

EgquÉrnü #" ut'r trstÉü'r'rlfl freel#ürr mt re{¡l¡lur**.t.,üe ffi¡ilsli#ü'&htr'ed$r¡,

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Figura 1.6En la bobina circula una AC con una frecuencia de 10 Khz y una intensidadconstantes, establecida por la UCE. La bobina de referencia es una bobina con unareluctancia fija, mientras que la bobina de medición es de reluctancia variable, puestoque por el nrlcleo de esta bobina se desplaza un cursor móvil que origina estavariación de reluctancia.

Sensores potenciométricos

Son utilizados en una variedad extensa de mecanismos en la gestión del motor. Losmás utilizados se encuentran en el pedal del acelerador y el de posición del ángulode la mariposa, ajustándose a una tensión en función del movimiento ocasionadopor el conductor o por un actuador.

ACTUADORESLos elementos actuadores constituyen Ia interfaz entre el procesamiento de la señal yel proceso mecánico. La mayoría de electroválvulas actuales son activadas porseñales en PWM, exceptuando las electroválvulas de los inyectores que se activancon señales analógicas. Los actuadores más importantes que intervienen en lagestión del motor son los siguientes:

Electrobomba de combustibleEsta electrobomba aspira el combustible del deposito y lo impulsa hacia la bomba dealta presión en los motores de gas-oil que lo necesiten (opcional en bombasdistribuidoras, sistemas de inyección (UlS) y en sistemas Common Rail con bombasde alta presión Bosch) y hacia la rampa de inyectores en los motores de gasolina consistemas de inyección .

La presión a la que expulsa el combustible está alrededor de los 3 bares. Tienenacopladas en su interior una válvula de retención a la salida y una válvula limitadorade presión.La alimentación de la electrobomba (Figura 57) se realiza a través de un relé doble(Figura 56) que se ocupa también de alimentar los componentes de la gestiónelectrónica del motor. Este relé es accionado por la ECU, cuando recibe la señal delcaptador de revoluciones. La alimentación de la bomba es interrumpida cuando elinterruptor de corte de combustible por inercia es accionado.

Válvula de aire adicional

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& TCCSUP ecc¡ón Electrónica a Gasolinq

cuando el motor está frío, se requiere una mayor mas_a- de aire y una mayor.cantidad

de combustible paá contiarrestár el momento de fricción, la condensación de la

gasolina en las p"réO"t áel colector de admisión y las perdidas de par ocasionadas

Éói i" .rtruación ¿"r .ámpr"ior de aire acondicionado o los electroventiladores de'refrigeración. De esta forma, se ajusta el ralentí a cualquier condición de carga'

En lás magnitudes de entrada intervienen:- EI sensor de revoluciones- El sensor de temPeratura- El potenciómetro de la mariPosa

.

- La válvula trinaria del aire acondicionado- ei pt"tottato de la válvula de la dirección asistida

1- Pedal acelerador2- Varillaje mar¡Posa3- Mar¡posa4- Conducto de admisión5- Flujo de aire aspirado6- Flujo de aire de derivaciÓn7- Actuador de ralentí8- Unidad de control9- Magnitudes de entrada

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TCCSUPección Electrónica a Gasolin¡

(temperatura, rpm, carga, etc). El sensor de ángulo de mariposa informa a la ECU desu posición, creando un lazo cerrado y haciendó posible el óumplim¡ento áxacto delángulo requerido.

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lnyección Electrónica a Gasolini

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T€C5UP ección Electrónica a Gasolina

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Page 26: Inyeccion Electronica 0001

ección Electrónica a Gasolina

La [Jnidad Electrónica de Control (ECU)lntroducciónLa unidad etectrónica de control recibe las señales de los diferentes sensores,gestiona estos datos y mediante una cartografía previamente grabada en memoria,aplica a los actuadores las señales registradas para que el motor funcione dentro delos márgenes de potencia y consumo que el fabricante ha estipulado.En el siguiente diagrama (Figura 67) se analizan los diferentes bloques de que constala gestión electrónica delsistema de control de un motor.

Figura 1.7Eñ la siguiente foto (figura 1.8) se muestra una ECU det sistema Motronic 1.3 de unBMW 320i, en el que se puede apreciar las diferentes partes de que consta la unidadde control. Seguidamente haremos un estudio de cada una de sus partes de formagene ralizada.

.EtáFa de'silOa(r¡

:Conector''dela,ECU'

Page 27: Inyeccion Electronica 0001

&rccsuP lnyección Electrónica a Gasolina

SENALES DE

__)|{AüAELltlltR0

Figura 1.9Las señales de entrada analógicas son preparadas a través convertidores de señal,amplificadores y filtros antes de llegar al micro. En la figura 1 .10 se muestra unejemplo de cómo se trata la señal del captador del cigüeñal.

$ef,¡l dr ertr¡d¡

para señar der sensor der árbor de tevas (fill,it:iiÍ3, ." rectifica ta señarproduciendo a la salida pulsos de tensión que se interpretarán como que el cilindro 1

está en compresión, puesto que elsistema Motronic 1.3 es semisecuencial .

$en'al ¡rbolde levas Hestific¡dor de nredi¡ ond¡ y fihro,con divisor

de tensi,ín ¡lfin¡l de l¡ etapa.

$eil¡l tr¡t¡de

Er núcreo de ra GPU Figura 1'11

El procesamiento de las señales está gestionado por el núcleo de la CPU, formadopor un microcontrolador (80C515), una memoria RAM adicionalde escritura-lecturade 8K (necesaria para almacenar valores de cálculo, valores de adaptación y posiblesaverías que surjan en el sistema global (diagnóstico)), una memoria EPROM adicionalde 16K (en la cual están almacenadas las curvas características del motor y loscampos característicos para el control del motor). En CPU'S más modernas, los datospara el bloqueo electrónico del arranque, datos de adaptación y fabricación, memoria

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de averías y datos congelados de esta averfa, se guardan en una memoria EEPROM

(memoria de escritura y lectura no volátil, se borra elé_ctricamente).

Él microcontrolador 80C515 contiene una memoria ROM de 8K de 8 bits, una

memoria RAM de 256 bytes, 6 puertos de 8 bit de entrada-salida digitales, un canal

serie fulldu plex, 12vectóres de interrupción, 8 A/D de 8 bits, 3 timers/contadores de

16 bits y perro guardián con timer de 16bits. La frecuencia de trabajo es de 12MHz,

realizando tiempos de instrucción de l microsegundo.

Figura 1.12.

Las etapas de salidaEn la (figura 1.13) se aprecian dos etapas de salida diferenciadas. La etapa de salida

o potenóia (1) se encarga de proporcionar las señales de activación a los inyectores.

Salida CPU

Módtrlo de potencia

Figura 1.13

En esta etapa se encuentra adosada a la chapa refrigeradora el transistor de potencia

(1) que se encarga de la activación del relé del control del motor.

Lá etrp. de potencia (2) (figura 1.14) se encarga del control de la activación de

iE*ttst**"'l t*i t*iIirir

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cción Electrónica a Gasolina

Hacia inyectores

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a,

eGcron Electrónica a Gasolina

actuadores como: la electroválvula regeneradora de emisiones de evaporación de

combustible, relé de la bomba de combustible, relé del calentador del sensor deoxfgeno y la electroválvula de aire adicional.En ésta étapa se encuentra adosada ala chapa refrigeradora el transiglor d9 potencia(2) que se encarga de conmutar a masa la salida del primario de la bobina deencendido.

Fígura 1.14

La fuente de alimentación (figura 1 .15) tiene la misión de suministrar el voltaje de 5vnecesario para la alimentación de todos los componentes lC digitales, la CPU,memorías, etc. Un voltaje de programación necesario para las memorias externas ylos 12 v filtrados para la circuitería de preparación de las señales de entrada y etapasde potencia de salida.

i

1

El componente ASIC queintegrado específico para

las señales de entrada.

Figura 1.15

se puede ver en la foto de la (figura 1.8) es un circu¡toesta ECU que cumple funciones de control y preparación de

Actuadores

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Page 30: Inyeccion Electronica 0001

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