introducción al obd ii by roger gustavo saravia aramayo

INTRODUCCION AL OBDII TRADUCCIÓN AL ESPAÑOL E ILUSTRACIONES: ING. ROGER GUSTAVO SARAVIA ARAMAYO, M. SC. LA PAZ - BOLIVIA

Contenido 1

INTRODUCCION AL OBDII ................................................................................................................................. 6

POWERTRAIN Y CONTROLES DE EMISIÓN EN VEHÍCULOS DE PASAJEROS .................................................... 12

2.1

GENERALIDADES ............................................................................................................................... 12

2.2

ESTRANGULADOR Y MÚLTIPLE DE ADMISIÓN ......................................................................... 14

2.3

ESCAPE Y SISTEMA DE COMBUSTIBLE ........................................................................................ 14

2.4

COMBUSTIÓN Y DINÁMICA ROTACIONAL ................................................................................. 16

2.5

TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA ......................................................................................................... 16

MANUAL ESTÁNDAR OBDII PARA VEHÍCULOS LIVIANOS Y MEDIANOS DE SERVICIO .................................... 17 3.1

HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO OBDII (SAEJ1978)................................................................ 19

3.2 EJEMPLOS DE MENSAJES INCLUIDOS EN EL ESTÁNDAR (PARA EXPLICAR MODOS COMPLEJOS) .................................................................................................................................................... 21 3.3

MODOS DE PRUEBA MEJORADOS SAEJ2190................................................................................ 22

3.4

INTERFAZ UNIVERSAL PARA LA HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO OBDII....................... 23

3.5 PROTOCOLO DE DIAGNÓSTICO EXPANDIDO PARA LAS HERRAMIENTAS DE DIAGNÓSTICO OBDII..................................................................................................................................... 24 3.6

INTERFAZ DE RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – SAEJ1850 ............................ 24

3.7 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – FORMATO DETALLADO DE ENCABEZAMIENTO Y DIRECCIONAMIENTO FÍSICO SAEJ2178/1 ................................................. 25 3.8 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – DEFINICIÓN DE PARÁMETROS DE DATOS SAEJ 2178/2 ...................................................................................................... 26 3.9 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – IDENTIFICACIÓN ID DE CUADROS PARA FORMAS DE BYTE SIMPLE DE ENCABEZADOS SAEJ2178/3 ................................. 26 3.10 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – DEFINICIÓN DE MENSAJES PARA ENCABEZADOS DE 3 BYTES ....................................................................................... 27 4

ESTRATEGIAS DE CONTROL Y DIAGNÓSTICOS OBDII DEL POWERTRAIN ....................................................... 27 4.1

REQUISITOS DE DIAGNÓSTICO OBDII .......................................................................................... 27

4.2

FALTA DE CHISPA O COMBUSTIÓN INCOMPLETA EN EL MOTOR ........................................ 27

4.3

MONITOR DE EFICIENCIA DEL CATALIZADOR .......................................................................... 29

4.4

MONITOREO DEL SENSOR DE OXIGENO Y SU CALENTADOR................................................ 30

4.5

MONITOREO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE .......................................................................... 31

4.6

MONITOREO DEL SISTEMA DE EVAPORACIÓN ......................................................................... 32

4.7

MONITOREO DEL SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE ........................... 34

4.8

MONITOREO DEL SISTEMA DE AIRE SECUNDARIO .................................................................. 36

4.9

MONITOREO COMPRENSIVO DE COMPONENTES ...................................................................... 37

4.10

CODIGOS DE FALLA DE DIAGNOSTICO DTC............................................................................... 38 2

4.11

ANOMALÍA GENERAL DE CIRCUITO ............................................................................................ 39

4.12

RANGO/RENDIMIENTO ..................................................................................................................... 39

4.13

VALOR BAJO DE ENTRADA PROVENIENTE DEL CIRCUITO .................................................... 39

4.14

VALOR ALTO DE ENTRADA PROVENIENTE DEL CIRCUITO ................................................... 39

4.15

DESGLOSE DE LOS CODIGOS DE FALLA DTC Y CODIGOS PRINCIPALES ............................ 39

4.16

DTCS NO UNIFORMES ....................................................................................................................... 40

4.17

EJEMPLOS ............................................................................................................................................ 41

4.18

MODO 1 (MODE $01) .......................................................................................................................... 43

4.19

SENSOR DE PRESIÓN ABSOLUTA DEL MÚLTIPLE (DTCS 105-109) ......................................... 43

4.20

SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIÓN (DTCS 110-114) ................................. 43

4.21

SENSOR DE OXÍGENO (DTCS 130-167) ........................................................................................... 44

4.22

SENSOR DE FLUJO DE MASA DE AIRE (FLUJÓMETRO) (DTCS 100-104) ................................ 44

4.23

SENSOR DE POSICIÓN DEL ESTRANGULADOR (TPS) (DTCS 120-124, 220-229) .................... 45

4.24

SENSOR DE POSICIÓN ANGULAR DEL CIGÜEÑAL (DTCS 335-344, 385-389) ......................... 45

4.25 SENSOR DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE DE MOTOR (DTCS 115-119, 125-126) ............................................................................................................................................................. 45 4.26

SENSOR DE CASCABELEO (DTCS 325-334) ................................................................................... 46

4.27

SENSOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR (DTCS 320-323) .............................................................. 46

4.28

SENSOR DE VELOCIDAD DEL VEHÍCULO (DTCS 500-503) ........................................................ 46

4.29

SENSOR DE FALTA DE CHISPA O COMBUSTIÓN INCOMPLETA (DTCS 300-312) ................. 46

4.30 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (FLUJO DE LA PURGA) (DTCS 465-469) ............................................................................................................................................................. 46 4.31 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (VÁLVULA DE PURGA) (DTCS 440-445) ............................................................................................................................................................. 47 4.32 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (VÁLVULA DE VENTILACIÓN) (DTCS 446-449) ................................................................................................................... 47 4.33 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (SENSOR DE PRESIÓN) (DTCS 450-455) ............................................................................................................................................................. 47 4.34

BOBINA DE ENCENDIDO (DTCS 350-379) ...................................................................................... 47

4.35

SISTEMA DE COMBUSTIBLE – AJUSTE DE COMBUSTIBLE (DTCS 170-195, 230-233) .......... 48

4.36

INYECTORES INDIVIDUALES DE COMBUSTIBLE (DTCS 251-296) .......................................... 48

4.37

VÁLVULA/SENSOR EGR (RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE) DTCS 400-408 ............ 48

4.38

VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE PARA RALENTÍ (DTCS 505-507) ........................................ 49

4.39

SISTEMA DE INYECCIÓN DE AIRE SECUNDARIO (DTCS 410-419) .......................................... 49

4.40

SENSOR DE NIVEL DE COMBUSTIBLE (DTCS 460-464) .............................................................. 49

4.41

CONVERSOR CATALÍTICO (DTCS 420-434) ................................................................................... 49 3

SENSORES Y ACTUADORES USADOS EN LOS SISTEMAS OBDII ....................................................................... 50 5.1

SENSOR DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE – PRINCIPIO DE OPERACIÓN 51

5.2

SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIÓN.............................................................. 51

5.3

SENSOR DE PRESIÓN ABSOLUTA EN EL MÚLTIPLE (MAP) – PRINCIPIO DE OPERACIÓN 52

5.4

SENSOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR (VELOCIDAD ANGULAR)........................................... 53

5.5

SENSOR DE OXÍGENO DEL GAS DE ESCAPE ............................................................................... 53

5.6 SENSOR DE POSICIÓN (ANGULAR) DEL ESTRANGULADOR TPS – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ..................................................................................................................................................... 54 5.7

SENSOR DE POSICIÓN (ANGULAR) DEL CIGÜEÑAL .................................................................. 55

5.8

SENSOR DE FLUJO DE MASA DE AIRE MAF (FLUJÓMETRO) ................................................... 55

5.9

SENSOR DE CASCABELEO ............................................................................................................... 56

5.10 SENSOR DEL ENCENDIDO ACELERADO – PRINCIPIO DE OPERACIÓN (INCLUYE ACTUADOR) .................................................................................................................................................... 57 5.11 ACTUADOR DE GASES DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE EGR – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ..................................................................................................................................................... 58

5.12

VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE PARA RALENTÍ (IAC) .......................................................... 58

5.13

VÁLVULA DE AIRE SECUNDARIO – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ............................................ 59

5.14

ACTUADOR DE SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ................. 60

5.15

INYECTOR DE COMBUSTIBLE – PRINCIPIO DE OPERACIÓN ................................................... 61

FUNCIONALIDAD DEL CEREBRO DEL POWERTRAIN (PCM) EN LOS DIAGNOSTICOS OBDII ............................ 61 6.1 AUTODIAGNÓSTICO DEL MICROPROCESADOR PARA ASEGURAR LA CORRECTA OPERACIÓN DEL CEREBRO PCM Y EL ALMACENAMIENTO DE LOS DATOS DE DIAGNÓSTICO 62 6.2 DIAGNÓSTICO A BORDO EN TIEMPO REAL PARA ALERTAR AL CONDUCTOR ILUMINANDO LA LUZ (CHECK) .................................................................................................................. 62 6.3

FUNCIONES OBDII ............................................................................................................................. 64

6.3.1

CATALIZADOR................................................................................................................................ 64

6.3.2

DETECCIÓN DE COMBUSTIÓN INCOMPLETA ......................................................................... 64

6.3.3

SENSOR DE OXÍGENO ................................................................................................................... 64

6.3.4

SISTEMA DE EVAPORACIÓN ....................................................................................................... 64

6.3.5

SISTEMA DE AIRE DE SECUNDARIO ......................................................................................... 65

6.3.6

SISTEMA DE COMBUSTIBLE ....................................................................................................... 65

6.3.7

SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE EGR ................................................ 65

6.4 FUNCIONES DEL CEREBRO DEL POWERTRAIN PARA REDUCIR LAS EMISIONES Y CUMPLIR LAS REGULACIONES OBDII DURANTE LA OPERACIÓN DE CIRCUITO ABIERTO EN EL ARRANQUE ...................................................................................................................................................... 65 4

6.5 FUNCIONES DEL CEREBRO DEL POWERTRAIN PARA REDUCIR LAS EMISIONES Y CUMPLIR LAS REGULACIONES OBDII EN CONTROL DE CIRCUITO CERRADO DURANTE LA OPERACIÓN NORMAL DEL VEHICULO ..................................................................................................... 66 6.5.1

ENRIQUECIMIENTO EN LA ACELERACIÓN ............................................................................. 66

6.5.2 EMPOBRECIMIENTO EN DECELERACIÓN Y CONTROL DE VELOCIDAD EN MARCHA LENTA O RALENTÍ ......................................................................................................................................... 67 6.5.3

CONTROL EN VELOCIDAD DE MARCHA LENTA O RALENTÍ .............................................. 67

6.5.4

CONTROL DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE ....................................................... 67

6.5.5

ADMINISTRACIÓN DEL AIRE SECUNDARIO ........................................................................... 68

6.6

AJUSTE AUTOMATICO DEL SISTEMA ........................................................................................... 69

INTRODUCCION AL OBDII

Las normativas sobre el diagnóstico a bordo OBD para vehículos livianos y medianos (de motor de combustión interna) fueron introducidas en USA para implementar los estándares de la calidad del aire. Para tal fin, la California Motor Vehicle Pollution Control Board CMVPCB fue creada en 1960. California y el gobierno federal establecieron un ciclo de conducción para certificar los vehículos año 1996 y posteriores el cual fue referido como el Ciclo California o el Federal Test Procedure (FTP). Los siguientes requerimientos OBDII son obligatorios: -

Todos los sistemas de control de emisiones del vehículo y todos sus componentes que afecten dichas emisiones deben ser monitoreados. Las anomalías deberán ser detectadas antes que excedan 1.5 veces el estándar especificado por la EPA (Agencia de Protección Medioambiental). Las anomalías deberán ser detectadas dentro de 2 ciclos de conducción. Si una anomalía es detectada, el testigo (CHECK) (MIL Malfunction Indicator Light) deberá ser encendido. La primera ley más respetable sobre la no contaminación del aire fue adoptada por el Congreso de USA en 1970.

El Congreso USA estableció la Agencia de Protección Ambiental o EPA con la responsabilidad de regular la contaminación de la atmósfera debido a motores de vehículo. Dicho Congreso también normó programas de inspección y mantenimiento (I/M) como alternativa para mejorar la calidad del aire. Todas las regulaciones anteriores dieron lugar a la aparición del latón recolector de carbono (charcoal canister), válvulas de recirculación de gases de escape (EGR) y los convertidores catalíticos en 1975. Más aún, en 1977, las enmiendas hechas a la ley sobre aire no-contaminado ordenaron la inspección y mantenimiento de vehículos en áreas altamente contaminadas afectadas por altas emisiones de hidrocarbonos. Los sistemas de diagnóstico a bordo OBD fueron diseñados para mantener bajas las emisiones de los vehículos, incluyendo vehículos livianos y medianos de servicio. En 1989, el Código de Regulaciones de California o CCR, conocido como OBDII fue adoptado por la California Air Resources Board (Junta del Recurso Aire de California) o CARB. OBDII es la siguiente generación del sistema OBD para vehículos. OBDII está diseñado para reducir el tiempo entre la ocurrencia de una determinada falla y su detección/ reparación, con el objetivo de reducir las emisiones de hidrocarbonos HC causadas por anomalías del sistema de control de emisiones en los vehículos. El sistema OBDII está diseñado para satisfacer las regulaciones EPA las cuales limitan la cantidad de emisiones de hidrocarbono que emite un vehículo. El OBDII también minimiza el daño a otros sistemas o componentes de un vehículo. Dichos sistemas de diagnóstico son implementados incorporando software y hardware adicional en el sistema electrónico del vehículo para recolectar y analizar datos disponibles en la computadora a bordo, y monitorear todo el sistema de control de emisiones. El Gobierno Federal de USA ha publicado procedimientos de prueba que incluyen varias etapas como la prueba de dinamómetro, el analizador de hidrocarbonos y otros analizadores. El vehículo es operado de acuerdo a un 6

cronograma establecido de velocidad y carga (aplicada al motor) para simular la conducción en autopistas y ciudad. De esta manera, las emisiones son medidas usando los procedimientos anteriormente indicados. Los estándares han sido establecidos para la media vida útil del vehículo (5 años o 50000 millas –la primera en llegar-) y para toda la vida útil (10 años o 100000 millas). Los siguientes estándares son obligatorios al 100% a partir de 1996: HC

0.31 g / milla

0.19 g/km

4.20 g / milla

2.61 g/km

NOx

0.60 g / milla (vehículos que no son a diésel) 1.25 g / milla (a diésel) =

0.37 g/km

0.78 g/km

Estas regulaciones FTP son obligatorias para todos los vehículos livianos o medianos de servicio en USA. Los estándares europeos y asiáticos son más relajados. Los estándares europeos y asiáticos no han sido finalizados del todo por sus respectivos países. El OBDII requiere que los fabricantes de vehículos implementen un nuevo y comprensivo sistema de diagnóstico a bordo desde 1994 para sustituir al OBDI. La EPA en 1978, emitió su primera política de inspección y mantenimiento de vehículos (I/M) emisores de hidrocarbonos a la atmósfera. Como las emisiones de contaminantes crecieron, las regulaciones de la EPA se volvieron más estrictas resultando en la introducción del convertidor catalítico de 3 vías, las computadoras a bordo y los sensores de oxígeno en 1981. El OBDII monitorea más componentes y sistemas que el OBDI, incluyendo:        

Convertidores catalíticos. Sistema de control de emisiones por evaporaciones. Emisiones relacionadas con el rendimiento del powertrain (motor y transmisión) – sensor de oxígeno. Emisiones relacionadas con los sensores y actuadores – monitoreo del EGR (recirculación de gases de escape). Detección de falta de chispa o combustión incompleta en el motor. PCV (Ventilación positiva del crankcase –block-) (implementación 2002-2004) Sistema de combustible – rendimiento del combustible en circuito cerrado. Termostatos (implementación 2000 – 2002)

Los componentes son monitoreados según lo siguiente:    

Continuidad en su circuitería y valores fuera de rango de los sensores, actuadores, interruptores y cableado. Chequeos funcionales de los componentes de salida listados anteriormente. Chequeos de coherencia de valores durante la operación del vehículo, como ser: racionalidad, sanidad, o chequeos lógicos de componentes de entrada y componentes de salida donde fueren aplicables. El monitoreo del termostato es una adición a los requerimientos existentes del OBDII. Esto es requerido debido a: o La degradación del termostato puede extender el tiempo de operación en circuito abierto luego del arranque. o Una prolongada operación en circuito abierto puede incrementar las emisiones. o Una adecuada temperatura de operación del líquido refrigerante del motor es un requisito obligatorio para las operaciones del monitoreo OBDII. 7

Los nuevos requerimientos para el termostato implementados durante 2000-2002 incluyen lo siguiente: 



Detección de anomalías que puedan afectar a la temperatura del líquido refrigerante y puedan deshabilitar las funciones de monitoreo del OBDII debido a una temperatura inferior a la requerida para la operación normal del vehículo. Detección de anomalías que puedan impedir al vehículo alcanzar su temperatura normal de operación.

Las anomalías del PCV (Ventilación positiva de crankcase –block-) pueden incrementar las emisiones en 1.2 g/milla (0.75 g/km) de hidrocarbonos por vehículo. De ésta manera, el PCV debe ser monitoreado y sus requisitos son: -

Detectar las conexiones de las mangueras relacionadas con el PCV que puedan causar un incremento en las emisiones. Seguir todas las directivas de diseño concernientes a las conexiones de mangueras, válvulas y materiales para asegurar una ventilación positiva de crankcase –block-.

Ilustración 1. Ventilación positiva de –block- PCV La intención del sistema OBDII es detectar la mayoría de las anomalías del vehículo cuando el rendimiento del sistema powertrain (motor y transmisión) o un componente del mismo se deterioran a tal punto que el vehículo se excede en emisiones de hidrocarbonos con relación a los estándares regidos por la EPA. El conductor del vehículo tiene que ser notificado el momento en que el vehículo empieza a exceder los estándares de emisiones; iluminándose el testigo (CHECK) (Malfunction Indicator Lamp). Tanto las regulaciones CARB como la EPA requieren el monitoreo de todos los sistemas, la iluminación del testigo (CHECK) (MIL) y el registro de un código de diagnóstico de falla DTC (Diagnostic Trouble Code) cuando una anomalía es detectada. Las evaluaciones que se llevan a cabo una vez por viaje son:  

Eficiencia del catalizador (eficiencia del conversor) Calentador del catalizador (tiempo en alcanzar cierta temperatura) 8

    

Sistema de emisiones por evaporación (flujo de aire / detección de fuga de evaporación) Sistema secundario de aire (cantidad de aire adecuada durante marcha lenta o ralentí) Sensor de oxígeno (voltaje de salida y frecuencia de respuesta) Sensor de oxígeno (corriente y caída de tensión) Sistema EGR (tasa adecuada de flujo de gas de escape vertido en el múltiple de admisión)

Las evaluaciones continuas son:   

Detección de falta de chispa o combustión incompleta (porcentaje de falta de chispa o cilindro afectado) Rendimiento del sistema de combustible (cantidad de entrega mediante inyección de combustible) Monitoreo exhaustivo de componentes – sensores de entrada y actuadores de salida que puedan afectar las emisiones

Un incremento en las emisiones mayor al 50% del estándar permitido, es considerado inadmisible. El OBDII es un sistema de diagnóstico a bordo y una metodología de servicio. El OBDII dictamina una herramienta estándar de diagnóstico -escáner- (SAE J1978) y un conector estándar para todos los vehículos fabricados en USA. Los modos de diagnóstico (SAE J1979) incluyen:    

Tratamiento de códigos de diagnóstico de falla. Estado de preparación (“readiness”) de los monitores de sistemas relacionados con las emisiones. Información del vehículo en vivo. Información del cuadro congelado de datos (del momento de la falla).

Una terminología estándar para todos los códigos OBDII (SAE J1930) es un requisito. El OBDII estandariza la mayoría de los códigos de falla para las anomalías del vehículo identificados por áreas como ser: el powertrain (motor y transmisión), el chasis, el habitáculo, etc. El OBDII estandariza sobre la lectura de los sensores, formatos de los mensajes, prioridad de los mensajes, etc. para todos los vehículos. El OBDII estandariza sobre la cantidad de memoria (cuadro congelado de datos o freeze frame) que debe usarse para las lecturas de los sensores del vehículo cuando se registra un código de falla histórico. El OBDII estandariza el método de diagnóstico para almacenar códigos de diagnóstico de falla y encender el testigo (CHECK) el cual no podrá ser apagado o borrado hasta que la anomalía sea reparada. El OBDII proporciona información adicional para el diagnóstico y reparación de problemas relacionados con las emisiones del vehículo. Ítem Monitoreo del conversor catalítico Monitoreo de falta de chispa o combustión incompleta.

Requerimiento Iluminar el testigo (CHECK) cuando la eficiencia en la conversión de hidrocarbonos disminuya al 60%. Iluminar el testigo (CHECK) cuando se detecte un porcentaje específico de combustión incompleta o falta de chispa en algún cilindro dentro las 200 o 1000 9

Técnica de diagnóstico Un sensor de oxígeno antes y otro después del catalizador. Medición de las fluctuaciones de velocidad del cigüeñal y mediante la estimación individual del torque por cilindro luego de la combustión.

Monitoreo del sistema de combustible.

Monitoreo del sensor de oxígeno.

Monitoreo de la recirculación de gases de escape o EGR

Monitoreo del sistema secundario de aire.

revoluciones dependiendo si se está en la etapa de calentamiento del motor o circuito abierto, o si se está ya en circuito cerrado. Se tienen cálculos complicados al respecto. También debe identificarse el número específico de cilindro que está sufriendo la falta de chispa. Encender el testigo (CHECK) cuando las desviaciones de la proporción estequiométrica de la mezcla aire combustible perduren por bastante tiempo, y las cuales excedan límites definidos de la especificación para componentes del sistema de combustible. Encender el testigo (CHECK) cuando la frecuencia del cambio de mezcla rica a pobre y viceversa, exceda un límite predefinido. Verificación del voltaje del circuito que provee de lecturas de entrada al cerebro para detectar un corto circuito o circuito abierto. El valor representativo (BIAS) es de 0.450 voltios.

Medición de las desviaciones de la demanda de combustible fuera de la razón estequiométrica durante un prolongado monto de tiempo. Se hace uso del valor de la sonda lambda (sensor de oxígeno).

Monitorear la respuesta de los dos sensores lambda; uno antes y otro después del conversor catalítico. Monitorear si el sensor lambda reacciona lento con respecto a las variaciones de la mezcla aire combustible. Por lo tanto verificar el periodo del sensor lambda el cual es la inversa de la frecuencia para circuito cerrado. Encender el testigo (CHECK) cuando la Monitorear los cambios de temperatura operación del EGR falle ya sea por un en el múltiple, los cambios de presión en incremento en la presión en el múltiple, ya el múltiple y los cambios de los RPM del sea por incremento en la temperatura del motor; todo esto según el flujo del EGR. múltiple de admisión o ya sea por un Se usan sensores para detectar estos descenso en los RPM del motor. El EGR cambios. podrá ser inducido de manera intrusiva durante la operación normal del vehículo, o bien interrumpido cuando el monitoreo detecte dichos cambios durante la operación del EGR. Encender el testigo (CHECK) cuando el Monitorear las lecturas del sensor sensor lambda no varíe de acuerdo a los lambda cuando el aire secundario sea cambios de flujo del aire secundario. introducido en el múltiple del escape o En funcionamiento de circuito abierto el en la segunda cámara del catalizador. flujo de aire deberá ser proveído al múltiple de salida de gases de escape; además la temperatura del múltiple y la carga aplicada al motor deberán estar por debajo de un umbral específico. En circuito cerrado la operación del aire secundario deberá ser dirigida hacia la segunda cámara del conversor catalítico 10

cuando se tenga un catalizador de tres vías. La mayoría de los componentes incluyendo el catalizador y el sistema de emisiones por evaporación, son monitoreados de tal manera que, cuando las emisiones exceden 1.5 veces el estándar, la falla es reconocida. El OBDII requiere la detección de relativamente bajas tasas de falta de chispa o combustión incompleta para evitar un daño severo del catalizador.

Ilustración 2. Reporte tipo del estado de los monitores OBDII. Más aún, el OBDII exige un Cuadro Congelado de Datos, Instantánea de la Falla o Freeze Frame, que permita al cerebro almacenar en memoria las condiciones exactas de operación en el momento de la ocurrencia de una falla; de tal manera que, las fallas intermitentes puedan ser investigadas repitiendo las mismas condiciones en las cuales ocurrió el problema. Aunque el OBDII y sus requerimientos reflejan el estado del arte en cuanto a su capacidad como sistema, hay limitaciones en las técnicas actuales para detectar la anomalía en los componentes de un vehículo. Estas limitaciones no permiten a los sistemas OBDII sustituir o tomar el lugar de las pruebas tipo FTP (procedimientos federales de pruebas) para la medición de las emisiones de vehículos. La razón radica en que los sistemas de monitoreo pueden detectar cuándo los componentes están funcionando dentro de su rango operacional pero no pueden determinar cuan preciso están funcionando dentro de dicho rango. El OBDII está asociado con el IM240, el programa mejorado para inspección y mantenimiento para Estados con normas sobre calidad del aire como California. El IM240 también está dentro el área de las nuevas pruebas ASE (automotive service engineering) para los “súper mecánicos”. Las reglas del OBDII son una copia de las reglas CARB hasta 1997. Las reglas de OBDII para 1998 han sido tomadas de los estándares EPA que incluyen entre otras cosas una computadora a bordo para predecir cuándo un vehículo puede fallar o no pasar las pruebas de emisiones.

El OBDII estandariza que los códigos de diagnóstico de falla registrados durante la detección de anomalías en los componentes relacionados con las emisiones del vehículo, puedan ser almacenados en una memoria sin la posibilidad de ser borrados previa reparación. El OBDII exige que todos los códigos de falla puedan ser registrados el momento de su aparición y puedan ser recuperados mediante una herramienta de diagnóstico (escáner). El OBDII -sin embargo- enciende el testigo (CHECK) de manera selectiva en situaciones cuando las anomalías o fallas requieren la atención inmediata del conductor por motivos de seguridad. Un freeze frame o instantánea de falla deberá ser almacenado cuando una primera anomalía sea detectada. Si ocurriera una segunda anomalía emergente del sistema de combustible o una falta de chispa, entonces los primeros datos de la instantánea de falla deberán ser reemplazados con los datos de la falla subsiguiente. Los datos de diagnóstico deberán estar disponibles cuando sean requeridos por un escáner. Todos los resultados de las pruebas recientes y los límites con los cuales son comparados, deberán estar disponibles para todos los sistemas de control de emisiones en los cuales los diagnósticos OBDII sean ejecutados. El contenido de los mensajes y el protocolo de descarga están definidos para todos los códigos de falla, valores de lecturas específicas y datos del cuadro congelado o instantánea de falla. Las fallas o anomalías deben ser detectadas antes de que las emisiones excedan un umbral específico (generalmente 1.5 veces el estándar). En la mayoría de los casos, las fallas o anomalías deberán ser detectadas y registradas dentro de los 2 ciclos de conducción o viajes (ciclos californianos). Las actividades de investigación y desarrollo (R&D) en el área del monitoreo de anomalías de los componentes de vehículos como los convertidores catalíticos, están avanzando a pasos agigantados. Existe bastante campo para aplicaciones de control avanzado y técnicas de procesamiento de señales para controlar las emisiones de gases de escape de vehículos OBDII.

POWERTRAIN Y CONTROLES DE EMISIÓN EN VEHÍCULOS DE PASAJEROS

2.1

GENERALIDADES

Diagnósticos en línea para motores de combustión interna en vehículos de pasajeros, es un requisito debido a las estrictas regulaciones en USA y en países europeos (e. g. EFTA european free trade agency) para controlar las emisiones de hidrocarbonos del escape. El powertrain consiste en el motor y transmisión incluyendo todo el aparato de control de emisiones de gases de escape el cual necesita continuamente ser monitoreado por el cerebro del motor PCM en busca de defectos potenciales que puedan dar lugar a un deterioro en la efectividad del sistema de control de emisiones (e. g. catalizador de tres vías) y a su vez que puedan dar lugar a un incremento en las emisiones de hidrocarbonos, las cuales están reguladas por la EPA. Los componentes del powertrain relacionados con las emisiones, son:    

El estrangulador y el múltiple. El escape y el sistema de combustible. La combustión y la dinámica de rotación. La transmisión automática.

Cada uno de los componentes anteriores está dividido en subcomponentes: 12

Estrangulador y múltiple:    

Cuerpo del estrangulador. Válvula de control de aire en marcha lenta o ralentí. Recirculación de gases de escape. Múltiple de admisión.

Escape y sistema de combustible:          

Válvulas de escape. Línea o ducto para gas de escape. Bomba de combustible. Sensor de nivel de combustible. Sensor de vacío. Ventilación del latón contenedor (canister) del EVAP. Entrega medida de combustible. Inyectores de combustible. Sensores de oxígeno. Convertidor catalítico.

Combustión y dinámica rotacional:         

Motor. Cigüeñal y volante de inercia. Sensor de ángulo del cigüeñal. Sensor de flujo de masa de aire. Sensor de temperatura de líquido refrigerante. Sensor de presión absoluta del múltiple MAP. Sensor de velocidad del motor. Sensor de cascabeleo. Solenoide de purga.

Transmisión automática:        

Conversor de torque. Eje de entrada a la transmisión automática. Embrague de bloqueo de transmisión. Bomba hidráulica y circuito hidráulico. Válvulas de solenoide. Sensor de posición de estrangulador. Sensor de velocidad del vehículo. Sensor de velocidad de eje de entrada a la transmisión automática.

El objetivo del diagnóstico a bordo es alertar al conductor sobre la presencia de una anomalía en el sistema de control de emisiones e identificar la ubicación de dicho problema para brindar asistencia al mecánico en cuanto a su correcta reparación. Adicionalmente, el sistema OBDII deberá iluminar el testigo (CHECK) y almacenar un código de diagnóstico de falla en la memoria del cerebro para todo aquello que implique un incremento en las emisiones de hidrocarbono. 13

El powertrain es controlado por el cerebro o módulo de control del powertrain PCM que entrega el torque requerido al vehículo mientras se limitan las emisiones del vehículo a un mínimo establecido por las regulaciones EPA. Las funciones del powertrain son descritas a continuación para mostrar cómo el PCM controla las emisiones mientras proporciona al vehículo el torque requerido por su conductor.

Ilustración 3. Un cerebro PCM del –powertrain- (motor y transmisión).

2.2

ESTRANGULADOR Y MÚLTIPLE DE ADMISIÓN

El cuerpo del estrangulador es una válvula de aire. Regula el flujo de aire hacia el interior del motor contribuyendo a la velocidad y potencia del motor. El IACV (válvula de control de aire en ralentí o marcha lenta) provee aire adicional para compensar la carga aplicada al motor cuando el estrangulador está cerrado. El EGR o exhaust gas recirculation (recirculación de gases de escape) provee de gases de escape al múltiple de admisión. Esto tiene el efecto de reducir el contenido de oxígeno en los cilindros del motor. A su vez reduce la temperatura de la llama de combustión en el cilindro. Esto tiene un efecto importante en la reducción de las emisiones de NOx (óxidos de nitrógeno) las cuales están reguladas por la EPA. La cámara del múltiple de admisión es el pasaje principal desde la válvula del estrangulador hasta los cilindros del motor. La cantidad de aire que pasa por el múltiple de admisión hacia los cilindros es la misma para cada cilindro en cada tiempo de admisión (intake stroke). Luego, cada cilindro requiere un monto de combustible dependiente de la densidad de aire en dicho cilindro. El sensor MAP se usa para calcular la densidad del aire en la cámara o múltiple de admisión. La presión barométrica absoluta se usa para calcular el flujo de EGR. El vacío en la cámara es medido como la diferencia entre dichas presiones. El combustible requerido está en proporción directa a dicha masa de aire la cual es controlada por la PCM para mantener una exacta relación estequiométrica de aire/combustible de 14.7 que permite una emisión mínima de hidrocarbonos y cumple las regulaciones EPA.

2.3

ESCAPE Y SISTEMA DE COMBUSTIBLE

Las válvulas de escape de los cilindros del motor purgan el escape por medio de la línea del gas escape la cual pasa por el convertidor catalítico y en el cual la mayor parte de HC (hidrocarbonos) y CO (monóxido de carbono) son oxidados en CO2 (dióxido de carbono) y agua. El oxígeno adicional requerido para esta oxidación es suministrado añadiendo aire al gas de escape por medio de una bomba de aire accionada mediante un motor. Este 14

aire llamado aire secundario por lo general es introducido en el múltiple de salida o de gases de escape. Esto tiene un gran efecto en la reducción de emisiones y en cumplir las regulaciones de la EPA. La bomba de combustible suple de combustible medido el cual es inyectado electrónicamente mediante los inyectores a su vez operados mediante solenoides bajo el control del PCM. El combustible del tanque deberá pasar por un filtro. El sensor del nivel de combustible mide la cantidad de combustible en el tanque. El sensor de vacío mide el vacío de entrada o admisión lo cual a su vez es una medida de la succión de la bomba de combustible y lo cual afecta a la entrega de combustible. El vacío de admisión es monitoreado para asegurar que el flujo del combustible hacia los cilindros no esté restringido. La ventilación del latón contenedor (canister) es empleada para evacuar los vapores de combustible fuera del contenedor donde dichos vapores fueron absorbidos por un carbón activo (charcoal) en el contenedor. La purga de los vapores de combustible es realizada mediante una válvula de purga y periódicamente. La entrega medida de combustible es comandada por la PCM tomando en cuenta el flujo de masa de aire, para minimizar las emisiones de hidrocarbonos (HC). El flujo de aire es controlado por la válvula del estrangulador la cual es operada por el pedal del conductor. Los inyectores de combustible inyectan el combustible como un spray que esparce el combustible dentro de los cilindros de manera atomizada para mezclarse con el aire en virtud de una combustión completa. El sensor de oxígeno es empleado para monitorear el oxígeno residual (después de la catálisis en el conversor) en los gases de escape. Las lecturas de los sensores de oxígeno están calibradas para la medición de la relación aire/ combustible (la cual es proporcional al oxígeno en los gases de escape) en los cilindros del motor. Esta razón llamada Lambda es igual a 1 para la relación estequiométrica 14.7 aire/combustible. Este es el objetivo para mantener mínimas las emisiones. El sensor de oxígeno es usado como un detector de estequiometría y está conectado en circuito cerrado como parte del control. Los valores del sensor de oxígeno son como señales de encendido o apagado que hacen que la proporción aire/combustible se reajuste o vuelva a ser 1 cuando ésta varíe entre 0.93 y 1.07. La razón por la cual el sensor de oxígeno se comporta de ésta manera es que el catalizador es mucho más eficiente en eliminar todos los contaminantes mediante la oxidación de los HC a CO2 y la reducción de los NOx a N2, siempre y cuando la relación estequiométrica aire/combustible presente en los gases de escape sea igual a 14.7 detectada por el sensor de oxígeno en dichos gases de escape EGO.

Ilustración 4. El conversor catalítico o catalizador de los gases de escape. El catalizador o conversor catalítico es un catalizador de 3 vías que oxida los hidrocarbonos incluyendo CO a CO2 y reduce los NOx a N2 en los gases de escape; todo esto de manera simultánea así eliminando los contaminantes.

2.4

COMBUSTIÓN Y DINÁMICA ROTACIONAL

El motor provee la potencia mecánica al vehículo. Los cilindros del motor se encargan de la combustión aire combustible en una razón estequiométrica de 14.7. El cuerpo del cigüeñal y el volante de inercia llevan un sensor del cigüeñal el cual a su vez determina la posición del punto muerto alto central (top dead center TDC) de los cilindros y para proveer la chispa necesaria en la bujía en ángulo correcto del cigüeñal entre el punto de referencia sobre el volante de inercia y la línea horizontal central del cigüeñal. La cantidad necesaria de combustible para la combustión en los cilindros del motor está en función directa de la posición del estrangulador y la masa de aire que pasa por la cámara del múltiple de admisión lo cual es controlado por la posición del acelerador. Esta masa de aire es medida con el sensor flujómetro MAF. La masa de aire correcta es calculada mediante compensación con relación a la temperatura del aire de admisión la cual es medida por el sensor de temperatura del aire de admisión. El sensor de presión absoluta en el múltiple (MAP) mide la presión de entrada o admisión en dicho múltiple y es usado para medir la cantidad de aire que va hacia los cilindros como un segundo método para determinar la cantidad de combustible que debe ir a los inyectores que esparcen combustible dentro de los cilindros. Todo esto para asegurar que una cantidad precisa de combustible vaya a los cilindros para lograr economía de combustible así como la reducción de emisiones en una combustión eficiente. El sensor de velocidad del motor es necesario para proveer información de entrada al cerebro PCM que le permita calcular el tiempo de encendido o combustión. La velocidad del motor es medida por un sensor de velocidad similar al sensor de posición del cigüeñal. Otra variable que debe ser tomada en cuenta para el control del motor, es, el ángulo del estrangulador o la posición de la válvula del estrangulador la cual es medida por el sensor del ángulo del estrangulador. La mariposa del estrangulador esta mecánicamente conectada al pedal del acelerador el cual a su vez es operado por el conductor. Cuando se presiona dicho pedal, rota la mariposa del estrangulador y permite mayor admisión de aire que pasa hacia el múltiple de admisión. El ángulo de rotación de la mariposa del estrangulador es medido por el sensor del ángulo del estrangulador. Todo esto puede ser usado para medir la cantidad de aire que va hacia los cilindros. El cascabeleo es causado por una elevación rápida en la presión del cilindro durante la combustión, causado por una presión alta en el múltiple (MAP) y a su vez por una excesiva aceleración en el encendido. Es importante detectar el cascabeleo para evitar su exceso y daño al motor. El cascabeleo es detectado por el sensor de cascabeleo. Durante la condición de carro en motor apagado, el combustible almacenado en el sistema de combustible tiende a evaporarse hacia la atmósfera. Para reducir dichas emisiones de hidrocarbonos, éstas son reunidas en un filtro de carbono en un latón contenedor o canister. El combustible reunido es despachado hacia la toma de combustible mediante una válvula de purga cuyo solenoide es controlado por el cerebro PCM periódicamente.

2.5

TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA

La transmisión automática usa acoplamiento hidráulico para transmitir la potencia del motor a las ruedas. Una transmisión eficiente de la potencia generada por el motor hacia el cardán de entrada de la transmisión automática se logra mediante un embrague de bloqueo de transmisión similar a un embrague estándar que va dentro del convertidor de torque (el acople mediante fluido es usado como un amplificador de torque). Para poder enganchar suavemente el -embrague bloqueador-, la presión del fluido hidráulico es regulada mediante el control de las válvulas del solenoide del bloqueador. La transmisión automática es controlada gracias a los valores provenientes del sensor de velocidad del vehículo y el sensor de posición del estrangulador el cual a su vez siente la potencia exigida al vehículo. Los puntos de cambio 16

en la caja automática, el punto en el cual el embrague bloqueador es activado y el nivel de presión hidráulica del embrague, todos son controlados por el cerebro PCM. Los puntos de cambio óptimos y la operación del bloqueador son llevados a cabo usando una válvula accionada por solenoide para abrir y cerrar el circuito hidráulico preparado por la bomba hidráulica. La velocidad del cardán de entrada a la transmisión automática es monitoreada durante los cambios mediante un sensor de velocidad después de que la señal ON/OFF sale de los solenoides de las válvulas de cambios, El proceso de cambios es ajustado mediante la presión hidráulica del embrague de tal manera que el embrague sea suavemente enganchado. El torque del motor es controlado en sincronía con los cambios para reducir el impacto debido a los cambios. Durante una travesía de conducción tipo crucero, el embrague bloqueador es enganchado y desenganchado durante los cambios lo cual mejora la economía de combustible y las emisiones.

3 MANUAL ESTÁNDAR OBDII PARA VEHÍCULOS LIVIANOS Y MEDIANOS DE SERVICIO Existen dos juegos de documentos: -

Documentos Comité Diagnósticos Documentos Comité Multiplex

Los siguientes estándares están en los documentos Comité Diagnósticos: -

SAEJ1930 SAEJ1962 SAEJ1978 SAEJ1979 SAEJ2012 SAEJ2186 SAEJ2190 SAEJ2201 SAEJ2205

Terminología de diagnósticos, definiciones, abreviaciones y acrónimos Conector de Diagnóstico OBDII Herramienta de diagnóstico (escáner) Modos de Prueba de Diagnóstico Definiciones de códigos de diagnóstico de fallas Seguridad en la conexión de datos Modos mejorados E/E de Prueba de Diagnósticos Interfaz universal para el diagnóstico OBDII Protocolo de Diagnóstico Expandido para Herramientas de Diagnóstico OBDII

Los siguientes estándares están en los documentos Comité Multiplex: -

SAEJ1850 Interfaz de Red de Comunicación de Datos Clase B SAEJ2178/1 Mensajes de Red de Comunicación de Datos Clase B: Formatos detallados de cabecera y asignaciones de direcciones físicas. SAEJ2178/2 Mensajes de Red de Comunicación de Datos Clase B: Definiciones de parámetros de datos. SAEJ2178/3 Mensajes de Red de Comunicación de Datos Clase B: ID de Cuadros para formularios de cabeceras de byte simple. SAEJ2178/4 Mensajes de Red de Comunicación de Datos Clase B: Definiciones de Mensaje para Cabeceras de tres bytes.

El OBDII tiene 10 requerimientos en cuanto a monitores: 9 monitores específicos y uno que cubre todos los otros. Los 9 sistemas de monitoreo son: 1) Catalizador 2) Calentador del catalizador 3) Falta de chispa o combustión incompleta 4) Sistema de evaporación 5) Sistema de aire secundario 6) Refrigerante del sistema de aire acondicionado 7) Sistema de combustible 8) Sensor de oxígeno 9) Sistema de recirculación del gas de escape EGR 10) Sistema comprensivo de componentes (entradas/sensores y salidas/actuadores). 17

Los componentes comprensivos mayormente son las entradas y salidas a y del powertrain consistentes en sensores y actuadores. Todos estos deben ser verificados en cuanto a la continuidad de su circuito, por fallas cuando las lecturas estén atascadas en 1 o cuando los valores están atascados en 0 (tierra), para problemas de rendimiento o fuera de rango, y fallas intermitentes. El OBDII tiene que comunicar la información de diagnóstico al mecánico del vehículo mediante la red de comunicación usando códigos de diagnóstico de falla (DTC).

Ilustración 5. Reporte de un escáner de los códigos de diagnósticos falla de un vehículo. Un conector especial SAE J1962 es empleado para facilitar la interfaz de la comunicación. El mecánico usa la herramienta de diagnóstico SAE J1978 para recolectar todos los mensajes de diagnóstico provenientes del vehículo. Existen estándares SAE para las herramientas de diagnóstico OBDII. Cada estándar SAE tiene partes específicas que deben ser acatadas. Los requerimientos para cada estándar SAE son descritos a continuación. Los diagnósticos OBDII requeridos deben cumplir con los estándares SAE con relación a las siguientes áreas: SAEJ1930 define la terminología de diagnóstico aplicable a los sistemas eléctricos y electrónicos incluyendo términos mecánicos, definiciones, abreviaciones y acrónimos. Estos términos solo deben ser empleados por el OBDII. El estándar es continuamente actualizado por la SAE para su acatamiento por parte del OBDII en el futuro. Todos los documentos con relación a los temas de emisiones del vehículo y los procedimientos de servicio del motor deberán ir de acuerdo a la nomenclatura relacionada con las emisiones y a las abreviaciones que otorga el SAEJ1930. Esto también se aplica a los nuevos documentos impresos o actualizados por el fabricante a partir de 1993. Las descripciones comunes para los sistemas y componentes han sido reconocidas como beneficiosas por técnicos que trabajan en múltiples modelos de vehículos. Los términos del powertrain fueron aprobados en 1993. El estándar es actualizado periódicamente por la institución matriz. 18

El SAEJ1962 define los requerimientos mínimos para los conectores de diagnóstico que todas las herramientas de diagnóstico deberán cumplir para realizar el monitoreo OBDII o las funciones de diagnóstico a bordo del vehículo. El SAEJ1962 es un conector de 16 pines ubicado bajo el panel de instrumentos en el lado del conductor del vehículo. Las asignaciones de los pines están especificadas por el estándar SAEJ1850: conexión serial de datos (2 pines), poder de la batería (pin 16), Tierra para batería o señal de tierra (pin 5), y ISO9141 conexión serial de datos (2 pines). Los conectores de las terminales 2, 7, 10, y 15, deberán ser compatibles con las asignaciones y el uso de su terminal asociada en el conector del vehículo. Tierra a chasis es el pin 4 y está definido en el SAEJ2201. Tierra a batería deberá ser señal libre de ruido y limpia. Todo esto debería ser acatado por la industria de vehículos. Los estándares SAE están bajo control y mantenimiento del Comité de Diagnósticos de Sistemas del vehículo. La característica relevante del estándar SAEJ1962 sobre la especificación del conector de diagnóstico OBDII, dice: Localización consistente en el panel de instrumentos del vehículo, fácil acceso para el mecánico, fácil visibilidad para el técnico y facilidad de acople del equipo sin afectar la operación normal del vehículo. El diseño del conector deberá ser compatible con configuraciones previas del vehículo, deberá cumplir el parámetro eléctrico de 10A DC así como la especificación mecánica del material, la forma, requisitos de acoplamiento, y asignaciones de terminales.

Ilustración 6. Enchufe o conector OBDII hembra de 16 pines.

3.1

HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO OBDII (SAEJ1978)

El estándar SAE J1978 define los requisitos para la herramienta de diagnóstico OBDII. Esta es una función importante del OBDII. La herramienta de diagnóstico debe permitir las siguientes funciones OBDII: 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Determinación automática del protocolo de comunicación usado. Obtener y desplegar el estado y los resultados de los monitores del diagnóstico a bordo. Obtener y desplegar los códigos de falla DTC relacionados con las emisiones OBDII. Obtener y desplegar valores actuales relacionados con las emisiones OBDII. Obtener y desplegar el cuadro congelado de datos relacionado con las emisiones OBDII. Eliminar los códigos de falla relacionados con las emisiones OBDII, los registros del cuadro congelado relacionado con las emisiones OBDII y el estado de los monitores OBDII.

7) Tener la habilidad de realizar funciones del protocolo expandido de diagnóstico tal como está descrito en el SAEJ2205. 8) Obtener y desplegar las pruebas y los resultados de los parámetros relacionados con las emisiones OBDII como esta descrito en el SAEJ1979. 9) Proveer un manual amigable o de fácil ayuda.

Ilustración 7. Herramienta de diagnóstico OBDII: escáner LAUNCH X431 con diversos conectores. Los requisitos de interfaz universal (SAEJ2201) para la herramienta de diagnóstico (SAEJ1978), interfaz de red de comunicación de datos (SAEJ1850), los requisitos de la interfaz del conector (SAEJ1962), los modos de prueba (SAEJ1979) y los códigos de falla (SAEJ2012), y los modos de prueba mejorados (SAEJ2190) son descritos en detalle en el estándar. Las características generales, las características mecánicas y eléctricas también son descritas en el estándar. Las regulaciones EPA dicen que el SAEJ1978 debe ser capaz de realizar un control bi-direccional durante el diagnóstico. Los fabricantes de vehículos deberán usar mensajes específicos para realizar dichas funciones o finalmente usar el SAEJ2205 (protocolo expandido de herramienta de diagnóstico) para habilitar dichas funciones bi-direccionales con la herramienta de diagnóstico SAEJ1978. El SAEJ1979 define los modos de diagnóstico y los mensajes requeridos o de respuesta necesarios a ser otorgados por los fabricantes de vehículos así como las herramientas de diagnósticos y sus requisitos para que cumplan con el OBDII de la EPA. Estos mensajes son para el uso de la herramienta de servicio (escáner) capaz de realizar el diagnóstico OBDII. Los modos de diagnóstico del modo $01 al modo $08 están descritos en el estándar. Todos los modos a excepción del modo $08 están relacionados con el tema de requerir información de diagnóstico relacionada con las emisiones, resultados de los monitores y códigos de falla. El modo de prueba $08 es para requerir el control del sistema a bordo. Todas estas solicitudes son hechas por la herramienta de diagnóstico SAEJ1978. El modo $01 es la solicitud de información actual de diagnóstico del powertrain, como ser: -

Entradas y salidas analógicas. 20

Entradas y salidas digitales. Información del estado del sistema. Valores calculados.

El modo $02 es la solicitud del cuadro congelado de datos del powertrain para los mismos ítems del modo $01. El modo $03 es la solicitud de los códigos de falla DTC relacionados con las emisiones del powertrain. El modo $04 nos permite eliminar o inicializar toda la información de diagnóstico relacionada con las emisiones. El modo $05 es la solicitud para los resultados de las pruebas de monitoreo del sensor de oxígeno. El modo $06 es la solicitud de los resultados de las pruebas a bordo de los sistemas que son monitoreados de manera no-continua. El modo $07 es la solicitud de los resultados de las pruebas a bordo de los sistemas que son monitoreados de manera continua. El modo $08 es la solicitud para controlar el sistema de prueba a bordo, o componente. Para cada modo de prueba este estándar especifica: -

Descripción funcional del modo de prueba. Formatos de mensaje de solicitud y de respuesta.

3.2 EJEMPLOS DE MENSAJES INCLUIDOS EN EL ESTÁNDAR (PARA EXPLICAR MODOS COMPLEJOS) El formato de mensaje de diagnóstico, el tiempo de respuesta (100 ms) y varios ítems de los datos están descritos en el estándar. PID $1D en la tabla para el modo $01 brinda las ubicaciones alternativas del sensor de oxígeno. PID $1E en la tabla del modo $01 brinda el estado para una entrada auxiliar. El SAEJ2012 define los códigos de falla DTCs para el OBDII. Este estándar se enfoca en el formato del código de diagnóstico de falla y en los mensajes codificados para los sistemas de control electrónicos de todos los vehículos livianos y medianos. Los DTCs están definidos en 4 categorías básicas: Anomalía general de circuitos, problemas de rango y rendimiento, entrada baja o alta al circuito. Un DTC consiste en una designación alfanumérica: B0-B3 para el habitáculo, C0-C3 para el chasis, P0-P3 para el powertrain, y U0-U3 para la red de comunicación; todos estos seguidos de 3 dígitos. P0-P3 para el powertrain es de especial interés. Los códigos de falla están definidos para indicar la sospecha de un problema o un área problemática como una directiva para un procedimiento adecuado de servicio. Los DTC están planeados para indicar solo una anomalía que requiere servicio pero no así cuando las funciones del vehículo están dentro de lo normal. La decisión de iluminar el (CHECK) emisiones.

para un determinado DTC está basada en como la anomalía afecta las

El estándar tiene los DTC agrupados en ya sea controlados por la SAE, por el fabricante, o reservados para uso futuro. Esto impide que cualquier fabricante cambie cualquier DTC controlado por la SAE; e impide a la SAE a cambiar los DTCs del fabricante. Cada código de falla está asociado a un mensaje para indicar el circuito, componente o área de sistema que fue diagnosticada como fallada. Los mensajes están organizados de tal manera que los diversos mensajes con relación a un sensor o sistema en particular están juntos o agrupados. Cada grupo tiene un código genérico que viene a ser 21

como el primer código o mensaje que indica la naturaleza genérica de la falla. El fabricante tiene la opción de definir más DTCs específicos para cada falla de menor nivel en el grupo. No obstante solo un código deberá ser almacenado en el OBDII por cada falla detectada. El SAEJ2186 define las prácticas de seguridad que deberán ser implementadas en acceder a la información de diagnóstico por personas autorizadas. El estándar define varios niveles de accesibilidad, como funciones seguras, funciones inseguras y datos de solo lectura. Los datos relacionados con las emisiones son accesibles mediante personal autorizado de la EPA, responsable de que el estándar sea acatado. Los parámetros operativos del motor que está codificados en el cerebro no deberán ser cambiables sin el uso de herramientas especializadas y procedimientos accesibles solo a personal autorizado. Cualquier cerebro reprogramable deberá emplear métodos probados para impedir una reprogramación no autorizada. La CARB y la EPA exigen una protección mejorada ante la modificación o alteración para los carros año 1999 en adelante que deberá incluir la encriptación de datos y acceso electrónico al cerebro del fabricante para su seguridad. Hay un procedimiento definido para proveer de protección legal ante una alteración acorde con los temas de seguridad deseados por el fabricante ante una modificación de carácter legal. Una de dichas técnicas habilita ciertas operaciones como la descarga por bloques si y solo si se tiene un acceso seguro exitoso. La normalidad en las comunicaciones no se ve afectada.

3.3

MODOS DE PRUEBA MEJORADOS SAEJ2190

El SAEJ2190 extiende los modos de diagnóstico definidos en el SAEJ1979 para incluir acceso a datos relacionados con las emisiones que no están incluidos en el SAEJ1979 y acceso a datos no relacionados con las emisiones como un complemento al SAEJ1979. Este estándar describe los valores o datos byte para los mensajes de diagnóstico transmitidos entre el equipo de prueba y diagnóstico existente en o fuera del vehículo, y los módulos electrónicos del vehículo. No se hace distinción entre diagnósticos relacionados a emisiones u otros no relacionados a las emisiones. Estos mensajes pueden ser usados con conector de datos J1850 tal como está descrito en el estándar SAEJ1850. El SAEJ2190 incluye modos de prueba identificados para diagnósticos que van más allá de los requerimientos legales; los cuales incluyen sistemas no relacionados con las emisiones. Los modos de prueba incluyen: -

Solicitud de sesión de diagnóstico Solicitud del cuadro congelado de datos Solicitud de códigos de falla y estado Eliminación de información de diagnóstico Solicitud de información de diagnóstico Acceso seguro Habilitar/deshabilitar la transmisión normal de mensajes Solicitar o definir paquetes de datos de diagnóstico Entrar o salir de la rutina de diagnóstico Solicitar resultados de la rutina de diagnóstico Control de entrada y salida Leer o escribir bloques de memoria 22

Los mensajes deberán ser usados solo con la herramienta de diagnóstico SAEJ1978 y el protocolo EDP con herramientas mejoradas de diagnóstico. Esta actividad se está coordinando con la institución matriz para los servicios de diagnóstico ISO para promover capacidades comunes de diagnóstico a través de toda la industria. Se tienen los siguientes modos extendidos: -

Modo 10 – Iniciar la operación de diagnóstico (limitado) Modo 11 – Solicitud de re- inicialización de módulo Modo 12 – Solicitud del cuadro congelado de datos Modo 13 – Solicitud de información DTC Modo 14 – Eliminar la información de diagnóstico Modo 17 – Solicitud del estado de los DTC Modo 18 – Solicitud de los DTC según el estado Modo 20 – Volver a la operación normal Modos 21 – 23 – Solicitud de datos de diagnóstico según el PID Modo 2 A – Solicitud de los paquetes de datos de diagnóstico Modo 2 C –definir los paquetes de datos de diagnóstico (Dinámicamente) Modo 3 F – Probar si el dispositivo está presente Modo 7 F – Mensaje general de respuesta Modo A E – Solicitud de control de dispositivo

Para cada modo de prueba este estándar da una descripción funcional de la prueba, el contenido de los bytes de datos de los mensajes de solicitud, el contenido de los bytes de datos de los mensajes de reporte, y un ejemplo o aclaración si es necesario. El direccionamiento físico es usado para todos los mensajes de diagnóstico en éste estándar. A cada dispositivo deberá ser asignado una dirección la cuál es usada por el método J1850 para comunicarse con los dispositivos. Los mensajes 0 a FH y 40H a 4FH son reservados para el SAE J1979. Los mensajes para el J2190 empiezan en 10H y terminan en FFH (H = hexadecimal). El estándar define la longitud de mensaje, los requisitos de respuesta del mensaje y sus formatos.

3.4

INTERFAZ UNIVERSAL PARA LA HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO OBDII

El SAEJ2201 define la interfaz de comunicación del vehículo para una herramienta de diagnóstico OBDII descrita en el SAE1978. Esta interfaz conecta el enchufe de diagnóstico SAEJ1962 al hardware/software del SAEJ1978 o escáner OBDII el cual usará dicha interfaz (i. e. protocolo) para comunicarse con el vehículo y acceder a las funciones OBDII requeridas. La interfaz define varios términos estándares y su funcionalidad misma. Este estándar describe en detalle los requerimientos de software PCM que facilite la comunicación entre el escáner y los componentes internos del vehículo. El medio de comunicación es un conector serial descrito en la SAE J1850. El estándar define los requisitos de la estructura de soporte de los mensajes, la señal de tierra, tierra a chasis, longitud del cable desde el conector al escáner y otros requisitos usados por la herramienta de diagnóstico SAEJ1978 (el escáner).

3.5 PROTOCOLO DE DIAGNÓSTICO EXPANDIDO PARA LAS HERRAMIENTAS DE DIAGNÓSTICO OBDII El SAEJ2205 define el protocolo de diagnóstico expandido EDP para la herramienta de diagnóstico OBDII (SAEJ1978). El propósito del protocolo de diagnóstico expandido es definir la técnica de codificado a ser usada: -

Definir para el escáner OBDII los mensajes a ser transmitidos al vehículo y cómo deberán ser su transmisión. Definir para el escáner OBDII los mensajes a ser recibidos y procesados por dicha herramienta. Definir para el escáner OBDII cómo procesar los datos del mensaje recibido.

Este estándar define los requerimientos para el diagnóstico e información de servicio que deberá ser proveído por el fabricante de vehículos. Este incluye un mínimo de soporte de diagnóstico y servicio de los sistemas y componentes relacionados con las emisiones. El EDP es una manera de permitir a los fabricantes de vehículos comunicarse por medio de la interfaz de comunicación OBDII, con los módulos del vehículo usando mensajes específicos del vehículo. El protocolo habilitará al técnico de servicio trabajar con mensajes no exigidos para cumplir los requisitos específicos OBDII pero necesarios para reparar el vehículo. Estos mensajes adicionales serán especificados en la información de servicio proveída al técnico de servicio por medio del fabricante. Porque el requisito dice que los vehículos deberán ser capaces de ser reparados usando la herramienta de diagnóstico SAEJ1978 (escáner) y otras herramientas no basadas en microprocesadores. Este estándar provee las siguientes definiciones EDP: -

Tipo de control Tipo de transmisión Tipo de recepción Tipo misceláneas

Estos formatos de mensajes están definidos en el estándar. También se tiene los códigos para los campos de definición de formatos EDP. Existe una extensa información sobre el formato del mensaje el cual deberá ser soportado por la herramienta de diagnóstico. Este estándar exige que el SAE J1978 o escáner OBDII deberá soportar los mensajes EDP que pueden ser de un solo fabricante de vehículo, modelo, año, etc. Estos mensajes pueden tener encabezamientos distintos y campos de datos diferentes en comparación con los formatos de mensaje para el SAEJ1979. El EDP también deberá soportar la interfaz ISO9141-2. El protocolo extendido con relación a los formatos de mensajes, validación de los datos, seguridad de datos y otros detalles, es explicado en éste estándar.

3.6

INTERFAZ DE RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – SAEJ1850

El protocolo o la interfaz de red de comunicación de datos Clase B estándar SAEJ1850, define los requisitos de comunicación de red que satisfacen las necesidades de los fabricantes de vehículos para realizar las funciones OBDII de una manera efectiva y menos costosa. Este estándar describe dos implementaciones específicas de red basada en un ancho de pulso tipo variable VPW o 10.4 Kb/s y otra con ancho de pulso modificado a 41.6 Kb/s o PWM. La versión de 10.4 Kb/s usa un cable simple mientras que la versión de 41.6 Kb/s usa un bus diferenciado de dos cables. Este estándar sigue las convenciones ISO pero usa estilos descriptivos diversos para definir los formatos de mensajes. El vehículo aplicable para ésta 24

red clase B está definido en el SAE J1213 que permite compartir la información paramétrica del vehículo. También la red Clase B deberá ser capaz de realizar las funciones de la red Clase A la cual opera a menos de 10 Kb/s. La red de comunicación de datos o J1850 interconecta los distintos módulos electrónicos del vehículo por medio de un enfoque de arquitectura abierta. El enfoque de arquitectura abierta permite añadir o remover cualquier número de módulos en la red sin efectos adversos en el rendimiento de la red. El J1850 usa el protocolo CSMA (carrier sense multiple access) para implementar dicha arquitectura abierta. Adicionalmente la red soporta la priorización de los cuadros de mensajes de tal manera que en caso de que haya una razón, los cuadros de alta prioridad ganan su arbitraje y completan su transacción. El estándar define una topología de bus simple donde todos los dispositivos en la red transmiten y reciben por medio de una vía sencilla al mismo tiempo los datos que comunican. La red usa un control de bus sin maestro y un arbitraje de prioridades. La consecuencia de este protocolo es una latencia indeterminada y un perfil de uso pico de bus a excepción de los mensajes de alta prioridad para las cuales está garantizada una latencia mínima a costa de los otros mensajes. Aunque este estándar se enfoca en las capas físicas y de conexión de datos en el modelo OSI (de arquitectura abierta), la capa de aplicación también es descrita porque necesita ser incluida para los requisitos legales de comunicación del diagnóstico en lo que respecta a las emisiones. La red clase B se mapea en el modelo OSI del estándar. Este estándar describe en detalle la capa de conexión de datos para los mensajes de diagnóstico, sus formatos, direccionamiento físico para dispositivos, comandos para el protocolo del bus, esquemas de detección y corrección de errores. Las dimensiones físicas de la red así como sus características eléctricas que también están descritas en detalle. El SAEJ1850 es el estándar más importante en la fase de comunicación de datos del OBDII.

3.7 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – FORMATO DETALLADO DE ENCABEZAMIENTO Y DIRECCIONAMIENTO FÍSICO SAEJ2178/1 El SAEJ2178/1 es la especificación del detalle del formato del encabezamiento de los mensajes de la red de comunicación de datos Clase B y las asignaciones de direcciones físicas. Este estándar define la información contenida en el encabezamiento y campos de datos de mensajes no relacionados al diagnóstico. Este estándar también especifica los tamaños de los campos, el escalado, las representaciones, y las posiciones de datos usados dentro los mensajes. El estándar SAEJ1979 define la información contenida en el encabezado y campos de datos de los mensajes de diagnóstico relacionados a las emisiones. El estándar SAEJ2190 define la información contenida en el encabezado y campos de datos de otros mensajes de diagnóstico no relacionado con las emisiones. El estándar SAEJ1850 define el hardware de la interfaz de red Clase B, la definición del protocolo básico, las especificaciones eléctricas, y el esquema de detección y corrección de errores usando un byte CRC (chequeo de redundancia cíclica). El SAEJ1850 define solo dos formatos de mensajes. Estos son: el formato de byte sencillo y el formato consolidado de encabezado. El formato de encabezado consolidado tiene dos formas: una forma de byte simple, y una forma de 3 bytes. Este estándar cubre tales formatos y formas para identificar los contenidos de los mensajes los cuales pueden ser enviados en una red SAEJ1850. El SAEJ2178 consiste en 4 partes. SAEJ2178/1, la primera parte (éste estándar) describe las dos formas permitidas de formatos de encabezamiento de mensajes: la de byte simple y la de formato consolidado de encabezado. Esta también contiene el rango de asignaciones de direcciones de nudo para los subsistemas típicos de un automóvil. Este estándar define los términos y definiciones de los formatos de datos. Los mensajes definidos por éste estándar están clasificados en dos categorías: solicitudes o consultas de datos (comandos de carga o modificación), y respuestas como reportes o reconocimientos. La estructura general de los mensajes esta descrita según lo siguiente: 25

Mensajes estándares SAE completamente definidos Mensajes reservados para futura estandarización por parte de la SAE Mensajes reservados para fabricantes para sus mensajes de carácter único

Los formatos de mensajes en este estándar son obligatorios para el uso de la red J1850 excepto para muchos códigos de mensaje reservados para los fabricantes cuyas asignaciones pueden ser usadas.

3.8 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – DEFINICIÓN DE PARÁMETROS DE DATOS SAEJ 2178/2 El estándar de definición de parámetros de datos define los parámetros usados para describir las variables de datos usadas en la operación normal del vehículo así como en la operación de diagnóstico. Los parámetros son asignados a Números de Referencia de Parámetros (PRNs) los cuales se describen en el estándar. Cada PRN tiene su estructura en el estándar. La segunda parte de la definición del parámetro es un SLOT. PRN identifica un parámetro específico por el nombre, la unidad de medida y un SLOT asociado. El SLOT define las características matemáticas de los parámetros en términos de su presentación numérica, su escalado, sus límites, su compensación y su función de transferencia. El SAEJ1979 se refiere a los números PID (Parameter Identification) los cuales son un número de referencia de byte simple. Los primeros 256 PRNs definidos en éste estándar son idénticos a las definiciones de los PIDs del SAEJ1979. Este estándar contiene listas detalladas de asignaciones PRNs las cuales son usadas como referencia.

3.9 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – IDENTIFICACIÓN ID DE CUADROS PARA FORMAS DE BYTE SIMPLE DE ENCABEZADOS SAEJ2178/3 El estándar SAEJ2178/3 Identificación ID de Cuadros para Formas de byte Simple de Encabezados, define los mensajes especificados para redes usando encabezados de un solo byte o forma de un solo byte para encabezados consolidados tal como está especificado en el SAEJ1850. Este estándar se enfoca en los cuadros o marcos ID el cual es el primer byte del mensaje. El primer byte de un encabezado de un solo byte está definido como un número hexadecimal de 8 bits, y la forma de un solo byte del encabezado consolidado está definido por debajo de los 7 bits en número hexadecimal. La información en el campo del encabezado implícitamente define el destino, la fuente, la prioridad, y el tipo de información en el mensaje, mientras que el campo de datos contiene información paramétrica y direccionamiento adicional. El encabezado define el identificador de mensajes o el cuadro/marco ID y viene a ser el nombre que es difundido periódicamente a todos los nudos de la red. Este estándar describe la estructura general de los mensajes y tiene una aplicación muy amplia en el OBDII desde ya debe ser usada en el J1850 exactamente como se específica aquí a excepción de aquellos que están asignados a los fabricantes de vehículos para mensajes no relacionados con las emisiones. Con la forma de encabezado de simple byte, el cuadro o marco ID se corresponde con el número PRN o un grupo de PRNs. Las características definidas para el encabezado están descritas en el estándar.

3.10 MENSAJES EN LA RED DE COMUNICACIÓN DE DATOS CLASE B – DEFINICIÓN DE MENSAJES PARA ENCABEZADOS DE 3 BYTES El estándar SAEJ2178/4 Definición de Mensajes para Encabezados de 3 Bytes, define la información contenida en el encabezado y los campos de datos de mensajes no relacionados con el diagnóstico para redes de comunicaciones de datos Clase B. Este estándar describe y especifica los campos de encabezados, campos de datos, tamaños de campos, escalado, representaciones y posiciones de datos usados dentro de los mensajes. El estándar SAEJ1979 define las especificaciones de mensajes de diagnóstico relacionadas con las emisiones, en cuanto al encabezamiento y los campos de datos, con los cuales el OBDII está asociado. El SAEJ2190 define otros campos de datos de diagnóstico. Este estándar se enfoca en la definición de mensajes para formas de encabezado de 3 bytes. Esta estándar provee una lista de direcciones de destinos funcionales o ID primarias para toda la funcionalidad de los mensajes direccionados por medio de la J1850 a excepción de una del tipo #3 la cual es una función de lectura. Los mensajes tipo #3 de la SAEJ1850 tienen una asignación de direcciones separadas debido a la ausencia de un direccionamiento secundario. En el estándar existen asignaciones de direcciones válidas extendidas a partir de tablas de definición de mensajes. La información en este estándar sigue el mismo formato para los IDs de cuadros o marcos de formas de encabezados de byte simple que el SAEJ2178/3 descrito anteriormente.

ESTRATEGIAS DE CONTROL Y DIAGNÓSTICOS OBDII DEL POWERTRAIN

Desde que el OBDII vino a ser efectivo en 1994 (adoptado de las regulaciones CARB), las estrategias de control del Powertrain están enfocadas en monitorear sus componentes por fallas con criterios ligados a las emisiones en adición a su funcionalidad básica. Todos los componentes del powertrain descritos anteriormente incluyendo los sensores, actuadores y conmutadores (switches), son verificados en cuanto a su correcta operación. Adicionalmente, el rendimiento de todo el aparato de control de emisiones es continuamente monitoreado usando criterios de diagnósticos OBDII. A continuación la lista de los requisitos principales de diagnóstico OBDII de la CARB para todos los fabricantes de vehículos:

4.1

REQUISITOS DE DIAGNÓSTICO OBDII -

4.2

Detección de falta de chispa en el motor. Monitoreo de la Eficiencia del Catalizador. Sensor de oxígeno y su Calentador. Monitoreo del Sistema de Combustible. Monitoreo del Sistema de Evaporación. Monitoreo del Sistema EGR. Monitoreo del Sistema de Aire Secundario. Monitoreo Comprensivo de Componentes (sensores, actuadores y conmutadores).

FALTA DE CHISPA O COMBUSTIÓN INCOMPLETA EN EL MOTOR

La falta de chispa es la falta de combustión en el cilindro. La falta de chispa puede ser causada porque estén dañados los componentes de encendido, una pobre medición de combustible o un sistema eléctrico fallado. Emisiones excesivas del gas de escape son el resultado de todo esto inclusive con pocos eventos de falta de chispa. Elevadas tasas de ocurrencia de falta de chispa puede dañar el conversor catalítico, La falta de chispa en el motor 27

es detectada mediante el monitoreo de las fluctuaciones del sensor de velocidad del eje del cigüeñal. La falta de chispa en el motor contribuye a la deceleración de la velocidad rotacional del eje del cigüeñal o la ausencia momentánea de torque durante el tiempo de potencia (power stroke) del cilindro que esté sufriendo la combustión incompleta. Usando las lecturas del sensor del eje de cigüeñal, la velocidad instantánea del cigüeñal puede ser calculada y analizada para detectar una falta de chispa. Para eliminar otras causas de la reducción del torque debido a carreteras de superficies irregulares y otros eventos durante la conducción, la reducción en la velocidad es monitoreada usando una técnica de media móvil de ponderación exponencial (EWMA) para poder identificar cuál es el cilindro con combustión incompleta. Otras técnicas usadas para identificar la reducción de torque debido a una falta de chispa incluyen el procesamiento de señales usando varios algoritmos. Un método de procesamiento de señal analiza la amplitud y fase de los primeros 12 componentes de frecuencia de la señal de la velocidad angular del cigüeñal, tomada continuamente durante las veces de reducción del torque. Si un cierto porcentaje de falta de chispa dentro de las 200 o 1000 revoluciones es detectado, entonces se graba un código de falla DTC. La falta de chispa es detectada si el cilindro causante puede ser identificado. Otros algoritmos avanzados de procesamiento de señal pueden ser usados tales como el Análisis y Agrupamiento de Componentes Principales, para comprimir los datos y aislar el cilindro con falta de chispa. Si una falta de chispa es detectada, todos los parámetros de operación principales del motor como ser: la velocidad del motor, la carga aplicada al motor o la presión absoluta del múltiple MAP, la temperatura del líquido refrigerante, la posición del estrangulador del aire, el sensor de oxígeno, etc.; son almacenados en la memoria. Esto es llamado el cuadro congelado de datos o Freeze Frame el cual es un requisito OBDII. El cuadro congelado de datos es usado para identificar una falta de chispa consecutiva en el siguiente ciclo de manejo definido por la EPA como el siguiente “viaje” después de haber apagado el carro. Si un segundo evento de falta de chispa es detectado, el controlador de motor enciende el testigo (CHECK) para alertar al conductor. El cilindro específico que está pasando por la falta de chispa deberá ser identificado. Si más de un cilindro están pasando por una falta de chispa, se tiene otro código de falla DTC al respecto. Si la falta de chispa no es detectada durante los tres subsiguientes viajes durante las mismas condiciones, entonces la falla o el código DTC será borrado así como el testigo (CHECK) será apagado; todo esto comandado por el controlador o cerebro de motor. En otras circunstancias, si no se repiten las mismas condiciones durante los 80 viajes subsiguientes, la falla DTC será eliminada por el controlador de motor. El Cuadro Congelado de Datos puede ser usado para un diagnóstico fuera de a bordo y para la resolución de problemas por los técnicos de servicio. Los eventos de falta de chispa pueden dañar los convertidores catalíticos elevando la temperatura del catalizador más allá de valores seguros. Para una falta de chispa del Tipo A, hasta 3 grupos de a 200 revoluciones son evaluadas en el primer ciclo de conducción antes de iluminar el indicador (CHECK). El testigo (CHECK) deberá ser iluminado en la detección de falta de chispa durante las primeras 200 revoluciones ya del segundo ciclo de manejo. Sin embargo, el testigo (CHECK) no necesariamente necesita permanecer iluminado si las faltas de chispas terminan hasta el segundo ciclo de manejo. La falta de chispa Tipo B (durante el encendido del carro): Esta falta de chispa es evaluada en las primeras 1000 revoluciones después de motor encendido. La detección de falta de chispa activará un código de falla de temperatura del líquido refrigerante que por lo general viene a ser la causa de la detección de la falta de chispa en éstas circunstancias. El testigo (CHECK) y una falla del tipo permanente se activan en el segundo ciclo de conducción. 28

Hasta 4 grupos de a 1000 revoluciones son evaluadas para la detección de falta de chispa excluyendo las primeras 1000 revoluciones antes de activar el código de falla por temperatura. El testigo (CHECK) y un código de falla del tipo permanente son activados en el segundo ciclo de conducción. El monitoreo del termostato (del sistema de refrigeración) y el monitoreo de falta de chispa son extremadamente importantes debido a los controles estrictos que se exigen en el tema de las emisiones. La detección de falta de chispa está descrita en más detalle en una sección posterior.

Ilustración 8. Gráfica de la señal del sensor de posición eje de cigüeñal.

4.3

MONITOR DE EFICIENCIA DEL CATALIZADOR

Existen tres tipos de catalizadores: de pastillas (por partes), de cerámica monolítica y de metal monolítico. Difieren en el método por el cual ellos soportan los metales nobles y los cuales convierten los gases de escape a gases libres de HC y NOx, Los convertidores catalíticos típicamente contienen platino y/o paladio junto a rodio como materiales catalíticos. El término “catalizador de tres vías” se refiere a la habilidad del conversor de oxidar simultáneamente HC y CO, y reducir NOx. Los convertidores catalíticos operan eficientemente dentro de un rango prescrito de temperatura cuando están ubicados apropiadamente en la línea de escape. Su operación a temperaturas que excedan los máximos recomendados puede causar daños irreversibles al catalizador. Ya que el combustible no quemado que entra al conversor puede causar fallas catastróficas, la detección de la falta de chispa es algo que debe haber para que un conversor tenga una operación segura. Los conversores también deben tener un algoritmo que pueda detectar altas temperaturas para detectar la temperatura excesiva en el conversor. Esto es hecho reduciendo la relación aire-combustible valor lambda a menos de 1. Este algoritmo no trabaja en condiciones de cuesta abajo del vehículo o condiciones de sobrecarga del motor. De esta manera, el corte de flujo de combustible en deceleración es usado para controlar la temperatura durante las condiciones de cuesta abajo del vehículo, cuando la presión del múltiple de admisión de entrada en el motor está demasiado baja como para permitir una combustión completa. Para prevenir combustible sin quemar que pueda entrar al conversor, los inyectores de combustible son apagados por el cerebro del motor. El avance del encendido acelerado es filtrado y se fijan umbrales para controlar que no se invierta de golpe el torque mientras se mantiene la protección del conversor. El monitor catalítico evalúa la eficiencia del conversor según lo requerido por la OBDII para asegurar que el catalizador esté purificando los gases de escape y reduciendo las emisiones de escape. El diagnóstico evalúa la capacidad de almacenamiento de 29

oxígeno del conversor comparando la señal de salida del sensor de oxígeno luego del catalizador con el sensor de oxígeno antes del catalizador. De acuerdo a las regulaciones de la EPA, un catalizador es considerado muerto en funcionamiento cuando el promedio de la eficiencia de conversión de hidrocarbonos cae al 50% o 60%. El sistema de diagnóstico puede detectar cuando las concentraciones de hidrocarbonos en las emisiones (próximo al motor) estén en más del 40% o 50% de la concentración que ha salido del motor. Este chequeo es realizado cuando el vehículo opera entre 30 y 80 KPH a velocidad constante y estable. La forma de la señal de onda del sensor de oxígeno (lambda sensor) antes del conversor catalítico y próximo al motor, oscila de pobre a rico; valor de 100 y 900 mili voltios, respectivamente, debido a la estrategia de control de circuito cerrado que mantiene la razón estequiométrica aire-combustible valor lambda en 1. Para un conversor cuya capacidad de almacenamiento es buena, la señal de salida del sensor de oxígeno luego del catalizador debería ser plana sin ninguna oscilación. Esto debido a la habilidad del conversor de almacenar oxigeno cuando el gas del escape es pobre (rico en oxígeno) o adicionar más oxígeno cuando el contenido del gas escape es rico (pobre en oxígeno). Estas características permiten la oxidación de los hidrocarbonos y la reducción de los NOx del gas de escape. El diagnóstico consiste en la medida del promedio de la onda de la señal del sensor de oxígeno luego del catalizador comparándola con una oscilación similar de la onda de la señal del sensor de oxígeno localizado antes del catalizador y próximo al motor. Si esto es verificado, como segundo chequeo la temperatura a la salida del catalizador es monitoreada y comparada con la temperatura de entrada. Si el catalizador está funcionando apropiadamente, crea una reacción exotérmica resultante en una temperatura superior a la salida del catalizador. Aunque esto no siempre es confiable. La sensibilidad de la temperatura del gas escape con relación a la confiabilidad de la eficiencia del catalizador, no es una relación bastante segura como para detectar una diferencia del 60% en la eficiencia de la conversión de HC. Existen señales características de los sensores de oxígeno para catalizadores nuevos, degradados y fallados. El diagnóstico de la detección de falta de chispa que fue descrito anteriormente es una medida preventiva importante que protege el conversor de temperaturas extremas pico que pueden dañar severamente la eficiencia o inclusive causar su destrucción.

4.4

MONITOREO DEL SENSOR DE OXIGENO Y SU CALENTADOR

Un sensor de oxígeno se desenvuelve bien o mejor cuando su temperatura de operación se mantiene de un rango específico por encima de los 260 grados centígrados. Por esta razón se usa un calentador incorporado para mantener el sensor de oxígeno a una temperatura deseada. El diagnóstico OBDII requiere que el calentador del sensor de oxígeno deba ser monitoreado periódicamente con relación a la normalidad de su operación. La continuidad de su corriente deberá ser verificada; el voltaje por medio del calentador deberá ser verificado y la corriente que pasa por el calentador deberá ser verificada para un máximo de 20 amperes; así como la temperatura misma del sensor de oxígeno. Para confiabilidad adicional, el calentador está controlado directamente por el cerebro sin un releí. Si el calentador está defectuoso en algunas de esas verificaciones, el cerebro PCM almacena un código de falla. El cerebro PCM tiene un circuito especial de entrada para detectar los cortos circuitos y circuitos abiertos (desconectados) del cableado de los sensores; además monitorea la frecuencia de conmutación (en circuito cerrado) como parte de control del ciclo. El diagnóstico del sensor de oxígeno requiere las siguientes verificaciones: La continuidad de su circuito y un voltaje referencial de 450 mili voltios. El voltaje a través del sensor deberá leerse 450 mili voltios en llave en contacto y motor no encendido. Si dicho voltaje no está presente, se registra un código de falla DTC. Durante la operación en circuito cerrado, después de que el sensor haya alcanzado su temperatura de operación (por encima de los 300 grados centígrados), el voltaje del sensor deberá oscilar de 100 a 250 mV en el rango inferior, y de 700 a 900 mV en su rango superior. La frecuencia de oscilación del voltaje de éste sensor está entre 1.25 Hz a 2.5 Hz dependiendo del controlador de combustible, el sistema de inyección de combustible, y la operación del vehículo. 30

Si la oscilación es más lenta que lo normal significa que el sensor de oxígeno está respondiendo lento al valor de la lectura de la proporción aire/combustible; entonces, se debería a que el sensor ha estado expuesto a al calor por tiempo prolongado. Esto puede causar una desviación en la razón aire/combustible de su valor de estequiometría óptima, resultando en un incremento de las emisiones. La desviación puede ser detectada monitoreando la oscilación de la señal del sensor antes del catalizador (lambda) y comparándola con la frecuencia de operación del sistema (1.25 a 2.5 Hz) obtenida del cerebro. Un código de falla será grabado si el sensor de oxígeno antes del catalizador está oscilando más lento que la frecuencia del sistema. El indicador (CHECK) también será activado. Si el sistema está operando en rico y el sensor lambda indica pobre, entonces se tiene un problema de falta de chispa. Si el sistema está operando en pobre y el voltaje del sensor lambda permanece cerca al valor referencial de 450 mV y el motor no está en circuito cerrado, entonces el sensor está en circuito abierto y está defectuoso. Respuestas lentas transitorias en el cambio de la mezcla aire-combustible podrían ser causadas por un problema de control de combustible o depósitos de carbón o un modo de conducción peligroso. El sistema de combustible deberá ser verificado antes de decidir si un sensor de oxígeno está fallado; es decir, si existe algún signo en el sistema de combustible que indicaría que el sensor de oxígeno está fallado. Los requisitos legales OBDII son: El sistema de diagnóstico deberá monitorear el voltaje de salida, la tasa de respuesta, y cualquier otro parámetro que pueda afectar las emisiones, y verificar todos los sensores de oxígeno del control de combustible. En caso de un sensor fallado, el testigo (CHECK) deberá ser iluminado y debe registrarse un DTC en el cerebro.

Ilustración 9. Gráficas tipo de las lecturas de los sensores de oxígeno antes y después del catalizador.

4.5

MONITOREO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE

Para las estrategias de control de combustible se supondrá que se tiene un sistema de inyección multi-punto. La estrategia de control del powertrain es de proveer una correcta relación aire/combustible bajo todas las condiciones de operación excepto el encendido en frío. Los sistemas involucrados en este control son la entrega medida de combustible, la bomba de gasolina, el tiempo de encendido acelerado para el cilindro, los inyectores de combustible, el ancho del pulso del inyector y el control lambda. El cerebro PCM determina el ancho de pulso requerido para mantener la relación aire/combustible dentro de la ventana o rango del control lambda (0.93 a 1.07). El cerebro PCM adiciona factores de corrección al ancho del pulso del inyector para incrementar la inyección de combustible durante el encendido en frío, y para una amplia apertura del estrangulador, en la operación de circuito cerrado. Durante la deceleración, el cerebro PCM corta la inyección de combustible. El tiempo de encendido acelerado afecta las emisiones. Un avance excesivo del encendido acelerado puede causar cascabeleo excesivo; en consecuencia, el monitoreo del sistema de combustible es realizado usando un mapa de datos predeterminado que brinda el combustible óptimo para cada carga aplicada al motor (valor MAP) y para la velocidad RPM del motor. El monto de combustible es entregado usando un debido ancho de pulso del inyector.

El sistema de control de circuito cerrado lambda provee una retroalimentación a la PCM sobre la corrección necesaria para preestablecer los puntos de datos. La información corregida es almacenada en la memoria del cerebro PCM de tal manera que la próxima vez que determinado punto de operación sea alcanzado, menos corrección con relación a la tasa aire/combustible sea requerida. Si la corrección del cerebro PCM sobrepasa un determinado umbral, esto implica una falla en el sistema de combustible y que algún componente en el sistema de entrega de combustible estaría fuera de su rango operativo. Algunas posibilidades son: un defectuoso regulador de presión, inyectores de combustible contaminados, sensor MAP defectuoso, fuga en la entrada de aire al múltiple de admisión o una fuga en el sistema de escape. Todos los componentes electrónicos son verificados por la continuidad de su circuito, corriente respectiva, voltaje respectivo, y coherencia de los valores de los parámetros con relación a los límites de operación. Esto incluye la bomba de combustible, el circuito de encendido, los solenoides de los inyectores, el sensor de RPM del motor, y el sensor MAP. Si la corrección en el combustible excede un límite, ya sea en valor absoluto o en tasa de actualización, el sistema de combustible es considerado fallado y un código de falla será grabado además el testigo (CHECK) será iluminado. Ya que el sistema de combustible tiene un gran impacto en las emisiones, su diagnóstico es importante para controlar las emisiones y para el OBDII. Los requisitos legales OBDII son: El sistema de diagnóstico debe monitorear el sistema de entrega de combustible por su relevancia con respecto a los estándares de emisiones. Técnica de diagnóstico: Desviaciones de la razón estequiométrica por tiempo prolongado. Si estos valores exceden límites definidos, los componentes del sistema de combustible son considerados fallados y el testigo (CHECK) es iluminado.

Ilustración 10. Un inyector de combustible.

4.6

MONITOREO DEL SISTEMA DE EVAPORACIÓN

Los hidrocarbonos en forma de vapor de combustible se escapan del vehículo; principalmente desde el tanque de combustible por lo cual debe ser monitoreado para reducir las emisiones según dictamina la EPA y la OBDII. Existen dos causas acerca del vapor de combustible en el tanque de combustible: el incremento de la temperatura ambiente y el retorno de combustible caliente no usado desde el motor. El control del sistema de evaporación consiste en una línea de ventilación de vapor que sale del tanque de combustible e ingresa a un latón contenedor (canister) de vapor de combustible. El contenedor consiste de un elemento de carbón activo que absorbe el vapor y permite escapar solo aire hacia la atmósfera. Solo un cierto volumen de vapor de combustible puede ser soportado por el contenedor. Los vapores en el contenedor deberán ser, por consiguiente, purgados en el interior del motor y quemados de tal manera que el contenedor pueda seguir almacenando otros vapores que sean generados. 32

Para llevar a cabo esto, una línea de purga parte del contenedor del elemento de carbón activo (charcoal canister) hacia el múltiple de admisión. En esta línea se incluye un solenoide de válvula para la purga del contenedor. Durante la operación del motor se genera un vacío en el múltiple de admisión que causa flujo proveniente del contenedor del elemento de carbón activo debido a su abertura de ventilación al final del filtro de carbón donde se tiene la presión atmosférica. La válvula de purga del contenedor permite la medición del flujo desde el contenedor ya que la cantidad de vapor de combustible en el contenedor y aquella contenida en el flujo o torrente tampoco es conocida. Por eso, es crítico que el sistema del control lambda esté operando y ajustando los requerimientos de combustible según los vapores estén siendo purgados. De lo contrario, los vapores podrían incrementar hasta en un 30% la riqueza de la mezcla de aire/combustible en el motor. El control de la válvula de purga está situado en la línea o ducto que conecta el múltiple de admisión del motor al contenedor del elemento de carbón activo. El control de la válvula de purga deberá darse de acuerdo a dos criterios: -

Deberá haber suficiente flujo de vapor de tal manera que el contenedor de carbón no pueda quedar saturado y hacer que escapen o fuguen vapores de combustible hacia la atmósfera. El flujo de purga por lo general deberá ocurrir bajo un control lambda de circuito cerrado de tal manera que el efecto de la purga de vapores en la proporción aire-combustible pueda ser detectado y la medición o entrega de combustible pueda ser corregida.

Cuando el cerebro PCM comande la válvula de purga para medir los vapores provenientes del contenedor, este solicita un ciclo adecuado (una relación de tiempo en ON versus OFF). Esto permite que el flujo de vapores pueda ser regulado dependiendo de las condiciones de operación del motor. Cuando el control lambda no está operando, durante el encendido en frío, solo pequeños ciclos y bajas cantidades de purga de vapores son dirigidos al múltiple de admisión. En deceleración con el combustible cerrado, la válvula de purga también es cerrada para minimizar la posibilidad de HC no quemados puedan llegar al escape. El sistema de diagnóstico OBDII debe controlar el flujo presente en todo el sistema de evaporación. En adición, deberá monitorear dicho sistema ante las emisiones de vapores de HC hacia la atmósfera por medio de una presurización de la purga del sistema con el propósito de hacer los chequeos pertinentes. El procedimiento es el siguiente: en marcha lenta o ralentí, la válvula de purga del contenedor es activada y el controlador lamba es monitoreado con relación a su reacción. Un sensor de presión en el tanque de combustible deberá proveer un perfil de presión el cual determinará si existe una fuga en el sistema.

Ilustración 11. Un sistema contenedor de evaporación de combustible. Para la detección de una fuga en el sistema de evaporación, una válvula instalada en el lado de presión atmosférica del contenedor y que conecta al elemento activo de carbón, es cerrada, y la presión del contenedor es disminuida en -1.5 KPa. Luego, el sistema completo es desactivado y la presión dentro del contenedor es monitoreada con relación al tiempo. El gradiente de presión junto a otros parámetros como la cantidad de combustible, pueden indicar la posibilidad de una fuga. Si una fuga es detectada, el testigo (CHECK) es iluminado. Existen procedimientos de pruebas mucho más elaborados.

4.7

MONITOREO DEL SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE

Durante el arduo funcionamiento del motor del vehículo, la temperatura pico de combustión de los cilindros puede llegar por encima de 1650 grados centígrados. Una cantidad conocida de gas de escape es introducida en el múltiple de admisión mediante una válvula tipo perno pivote que conecta el gas de escape con el múltiple de admisión. Mediante la combinación de algo de gas de escape con una mezcla fresca de aire/combustible, el contenido de oxigeno es reducido sin afectar la masa de gas procesada por cada cilindro. El motor actúa parcialmente como un motor de combustión externa en el cual el proceso de combustión imparte energía al gas 34

inerte de escape así como a la carga de aire. El efecto neto es reducir la temperatura de la llama mientras se mantiene la potencia del motor. La reducción de temperatura reduce la emisión de los NOx producida por el motor. El diagnóstico OBDII tiene que monitorear la válvula tipo perno pivote y la cantidad de gas escape que pasa por dicha válvula. El monto correcto de gas escape se obtiene de una tabla con valores predefinidos de RPM y carga aplicada al motor (MAP) que se relaciona con los valores de apertura óptimos de la válvula EGR, la temperatura del líquido refrigerante y la presión absoluta del múltiple MAP. Durante la operación del EGR, se corta el combustible. El diagnóstico OBDII tiene algoritmos para monitorear todas las funcionas listadas anteriormente. La posición de la válvula tipo perno pivote es monitoreada por la PCM con respecto a una apertura apropiada. El monto de gas de escape introducido es monitoreado desde la válvula tipo perno pivote del EGR además del tiempo de apertura de dicha válvula. Este monto es comparado con el monto requerido obtenido de la tabla que tiene valores predefinidos. Si existe una diferencia significante entre los valores actuales y los requeridos, se detecta una anomalía del EGR. La temperatura del líquido refrigerante es monitoreada por un incremento en sus valores durante la operación del EGR. La presión MAP es monitoreada por un incremento en la presión durante la operación del EGR. Finalmente, los RPM del motor (900-1100) son monitoreados con respecto a un descenso de unos 50 RPM durante la operación del EGR. (El código de falla DTC es P0401 si no se detecta un descenso de los RPM cuando la velocidad del vehículo sea de 40 KPH con los frenos aplicados.) Adicionalmente, las características eléctricas de la válvula perno pivote son verificadas, incluyendo su voltaje, la caída de corriente durante el movimiento del perno pivote, la continuidad en su circuito, circuito abierto y corto circuitos en su cableado. Existen dos métodos para la verificación del EGR que permiten monitorear que la válvula no esté atascándose o que el ducto EGR no este obstruido. El primer método consiste en abrir intencionalmente la válvula EGR usando un valor conocido durante la operación normal del vehículo y cuando no hay necesidad de EGR para así medir la respuesta de los parámetros críticos del sistema durante dicha perturbación; valores como ser: RPM del motor, la temperatura del líquido refrigerante, la presión MAP, la posición de la válvula perno pivote y la corrección del sistema de combustible en circuito cerrado. Si estos parámetros críticos no coinciden con valores deseados, se da por detectada una anomalía del EGR. El segundo método es esperar hasta que se den las condiciones para que el cerebro PCM opere el sistema EGR en el vehículo en consecuencia de un arduo funcionamiento o sobrecarga aplicada al motor. Entonces, de manera intencional se desactiva la operación del EGR durante un instante y se miden los parámetros críticos. Si estos parámetros críticos no coinciden con valores deseados, se da por detectada una anomalía del EGR. Un algoritmo mucho más sencillo mide el incremento de la temperatura del líquido refrigerante durante el EGR y si no hay incremento dentro de un rango deseado, se da por detectada una anomalía en el EGR. Adicionalmente, se verifica un incremento en la presión absoluta del múltiple MAP durante la operación del EGR y si este incremento no está dentro valores esperados, se da por detectada una anomalía en el EGR. Debido a ciertas incertidumbres encontradas en el monitoreo EGR, más de un diagnóstico es un requisito antes de generar un código de falla y encender la luz (CHECK). Un método requiere 3 pruebas sucesivas y que cada una revele una falla en el EGR antes de que un código de falla sea generado. Si una prueba no revela una falla, la siguiente prueba se realiza 11 minutos después. Las condiciones predefinidas de operación son que el vehículo esté en deceleración. Frecuencias variadas para dichas pruebas se tienen como alternativa de dicho diagnóstico. Otro método requiere 8 pruebas que deben ser realizadas dentro de un periodo de 2 minutos antes que un código de falla sea generado si ocurren 2 fallas dentro de dicho periodo. Actualmente, casi el 50% de fabricantes de vehículos monitorean la temperatura del ducto EGR, 25% monitorean la posición (la señal) de la válvula EGR y otros 25% usan métodos intrusivos de perturbación para detectar una anomalía en el EGR. 35

Los requisitos oficiales OBDII son: el sistema de diagnóstico debe monitorear el sistema EGR del vehículo con relación a una tasa anormal de flujo (bajo o alto). El código de falla de hardware es P1406 generado para una señal de voltaje fuera de rango proveniente del sensor de la posición de la válvula perno pivote cuando se desvía más del 10% de su valor comandado. Otros fabricantes monitorean las presiones en el gas escape a ambos lados de un orificio existente en el ducto hacia la válvula EGR. La caída de presión a través de dicho orificio se mide según el gas escape fluye a través del orificio. Si el diferencial de presión no está dentro de valores límites permitidos, un código de falla EGR será almacenado.

Ilustración 12. Un sistema de recirculación de gases de escape EGR. Existen diferentes códigos de falla DTC que son generados para las pruebas EGR debido a la diferencia en el tiempo de prueba y a valores de los parámetros críticos.

4.8

MONITOREO DEL SISTEMA DE AIRE SECUNDARIO

El sistema de aire secundario es usado para mejorar el rendimiento del conversor catalítico (de tres vías) proveyendo de oxígeno adicional y aire rico al conversor catalítico o al múltiple de gases de escape. La temperatura del catalizador deberá estar por encima de los 200 grados centígrados para oxidar eficientemente los HC y reducir los NOx. Durante el calentamiento del motor cuando el catalizador está frío, el HC y CO son oxidados en el múltiple de gases de escape por medio de una cantidad conocida de aire secundario controlado por la PCM. Esto crea un calor adicional que acelera el calentamiento del conversor catalítico y de los sensores de oxígeno permitiendo al cerebro PCM entrar en circuito cerrado rápidamente. Durante el control en circuito abierto (catalizador frío) el conversor es susceptible de ser dañado si un calor excesivo es aplicado para calentarlo. Esto puede pasar si montos excesivos de HC y CO son oxidados en el múltiple de admisión durante periodos de ardua carga los cuales tienen enriquecimiento del combustible; o durante una severa desaceleración. Durante el arranque y arduas cargas de funcionamiento, no se permite que aire secundario pueda ingresar al múltiple de admisión por lo que es desviado hacia un purificador de aire para que no tenga efecto en la temperatura de los gases de escape. 36

Después del calentado del motor, durante la operación de circuito cerrado, el aire secundario es usado para proveer de oxígeno a la segunda cámara del catalizador de tres vías en sistemas de catalizadores de dos cámaras. En un conversor de dos cámaras, la primera cámara contiene rodio, paladio y platino para reducir los NOx y oxidar los HC y el CO. La segunda cámara contiene solo platino y paladio. El oxígeno adicional del aire secundario mejora la habilidad de oxidar el HC y CO en la segunda cámara del conversor. El control del aire secundario es realizado usando dos solenoides y válvulas similares a la válvula perno pivote del EGR. Una válvula conmuta el flujo de aire hacia el múltiple de gases de escape o hacia el purificador de aire (atmósfera). La otra válvula conmuta el flujo de aire hacia el múltiple de gases de escape o hacia el conversor catalítico. El direccionamiento del aire es controlado según la temperatura del líquido refrigerante o según la tasa de la mezcla aire/combustible detectada por el sensor lambda. Si el control de combustible está en circuito abierto y si la temperatura del refrigerante de motor está por debajo de un umbral y si la mezcla aire/combustible no es demasiado rica, entonces el flujo de aire es dirigido hacia el múltiple de gases de escape. Si la temperatura del líquido refrigerante es más alta que cierto umbral y la mezcla aire/combustible es rica entonces el aire secundario es dirigido hacia el purificador de aire que se conecta con la atmosfera. Si el control de combustible está en circuito cerrado, entonces el sensor lambda se monitorea por cambios con relación al flujo de aire secundario dirigidos al múltiple de gases de escape o del convertidor catalítico o del purificador del aire, dependiendo de la temperatura del líquido refrigerante o del valor de lambda. Los requisitos OBDII son que el sistema de aire secundario deba tener un sistema de diagnóstico que monitoree su funcionamiento adecuado y su válvula de conmutación de aire (solenoide). Los parámetros críticos del sistema de aire secundario son monitoreados y si están fuera de rango de valores permitidos, un código de falla es generado y el testigo (CHECK) es iluminado.

Ilustración 13. Un sistema de inserción de aire secundario.

4.9

MONITOREO COMPRENSIVO DE COMPONENTES

Incluye todos los sensores, solenoides, inyectores de combustible, bomba de gasolina, bobinas de encendido, actuadores (válvulas), el cableado asociado, tierra y la fuente de poder. Los componentes y sus códigos de falla DTC son: 37

Sensor de presión absoluta en el múltiple (MAP) Sensor de temperatura de aire de entrada Sensor de oxígeno Sensor de flujo de masa de aire (MAF) Sensor de posición de la mariposa del estrangulador Sensor del ángulo del eje de cigüeñal Sensor de temperatura del líquido refrigerante Sensor de cascabeleo Sensor de velocidad del motor Sensor de velocidad del vehículo Sensor de falta de chispa Válvula del ventilador del contenedor (canister) Válvula de purga Bobina de encendido (control de encendido) Sistema de combustible (medición de combustible) Inyectores individuales de combustible Sensor / válvula EGR Válvula de control de aire secundario Sensor de nivel de combustible Conversor catalítico

DTCs 105-109 DTCs 110-114 DTCs 130-167 DTCs 100-104 DTCs 120-124, 220-229 DTCs 335-344, 385-389 DTCs 115-119, 125-126 DTCs 325-334 DTCs 320-323 DTCs 500-503 DTCs 300-312 DTCs 440-455 DTCs 465-469 DTCs 350-379 DTCs 170-195, 230-233 DTCs 251-296 DTCs 400-408 DTCs 410-419 DTCs 460-464 DTCs 420-434

El diagnóstico OBDII consiste en realizar las pruebas en todos los sensores y actuadores listados anteriormente. Si una falla es detectada en cualquiera de las pruebas de estos dispositivos incluyendo: sensor o componente actuador, circuito eléctrico, cableado y fuente de poder, entonces un código de falla correspondiente según la SAEJ2120 será generado y el testigo (CHECK) será encendido en el tablero.

4.10

CODIGOS DE FALLA DE DIAGNOSTICO DTC

El estándar SAEJ2012 define la práctica recomendada para los códigos de diagnóstico de falla o DTC de todos los componentes comprensivos listados anteriormente. Un DTC consiste en una posición alfanumérica P0-P3 para el powertrain (motor y transmisión) donde los P0 son códigos controlados por la SAE. P1 para el fabricante y el resto reservados para futuro. Los códigos P0 están seguidos por 3 dígitos asignados a fallas específicas. En caso de ambigüedad, la parte superior del código del mensaje, según la SAEJ1979, deberá definir la fuente del sistema según lo siguiente: P0-0000, y P1-0000. Este estándar define los códigos de falla para todos los circuitos, componentes y sistemas que están controlados por la SAE o sea los P0. Los P0 están clasificados en 4 categorías: Anomalía general de circuito, Problemas de rango o rendimiento, valor bajo en las lecturas del circuito y valor alto en las lecturas del circuito. Los fabricantes pueden tener DTCs específicos para cumplir con sus algoritmos de control pero deberán estar acordes según la terminología del estándar SAEJ1930 de diagnósticos, definiciones, abreviaciones y acrónimos. La clasificación de estás 4 categorías será explicada primeramente. Luego, serán descritos los DTCs para las fallas de cada sensor y actuador listados anteriormente. El SAEJ2012 provee una guía para los formatos de mensajes, para números de identificación de los parámetros PIDs y sus definiciones con ejemplos para su acatamiento. Los aspectos principales de estas definiciones serán descritos más adelante. Pero para un conocimiento más detallado de los DTCs y sus mensajes, por favor refiérase a los SAEJ2012, SAEJ1979 y SAEJ1930.

4.11

ANOMALÍA GENERAL DE CIRCUITO

Esta es una falla de carácter general cuando un componente no responde con un valor esperado o ningún valor. Esto debido a un corto circuito en el cableado, un circuito abierto o una caída / corte total de la función que genera una respuesta incorrecta o ninguna.

4.12

RANGO/RENDIMIENTO

Esto se da cuando un componente que está funcionando de manera regular genera un valor o respuesta fuera de rango para una operación normal. Esto debido a un valor atascado en 0 o 1, errático, intermitente o desviado; de tal manera que, se llega a tener un pobre rendimiento de circuito o de sistema.

4.13

VALOR BAJO DE ENTRADA PROVENIENTE DEL CIRCUITO

Cuando el voltaje del circuito, frecuencia u otra señal conocida en el la terminal de entrada o PIN del módulo de control (cerebro) es 0 o muy cercano a 0. Esto se mide en el circuito externo, componente o sistema conectado. El tipo de señal (voltaje o frecuencia) debe ser incluido en el mensaje descriptivo en vez de la palabra genérica “lectura”.

4.14

VALOR ALTO DE ENTRADA PROVENIENTE DEL CIRCUITO

Cuando el voltaje del circuito, frecuencia u otra señal conocida en el la terminal de entrada o PIN del módulo de control (cerebro) es máximo o muy cercano al total en la escala. Esto se mide en el circuito externo, componente o sistema conectado. El tipo de señal (voltaje o frecuencia) debe ser incluido en el mensaje descriptivo en vez de la palabra genérica “lectura”.

4.15

DESGLOSE DE LOS CODIGOS DE FALLA DTC Y CODIGOS PRINCIPALES

Los códigos DTCs son agrupados en categorías diferentes. Cada categoría tiene 100 códigos asignados según lo siguiente: P01 – Medición de combustible y aire

100 – 199

P02 – Medición de combustible y aire (circuito inyector)

200 – 299

P03 – Sistema de encendido o falta de chispa

300 - 389

P04 – Controles auxiliares de emisión

400 – 485

P05 – Velocidad del vehículo, control de ralentí y entradas auxiliares

500 – 574

P06 – Cerebro y entradas auxiliares

600 – 605

P07 - Transmisión

700 – 790

Ilustración 14. Significado de los dígitos de un código de falla de diagnóstico DTC. Puesto que el OBDII se enfoca en el control de emisiones, solo los códigos P01 a P04 seguidos de sus 3 dígitos de precisión de falla serán descritos más adelante. Los DTCs han sido definidos para indicar un problema sospechoso o un área con problemas por lo que se entiende su uso como una directiva para un servicio apropiado. Los DTCs no deben ser usados como instrucción directa para el recambio de alguna pieza sin antes realizar más comprobaciones. Los DTCs principales son aquellos códigos acatados uniformemente a través de la industria. Para estos, un número de DTC común y un mensaje de falla han sido asignados. Los DTCs no definidos están reservados para uso futuro. Aunque los procedimientos de servicio para resolver cada uno de los DTCs pueden variar entre fabricantes, la falla indicada por un DTC es bastante común como para ser asociada simplemente a un código de falla.

4.16

DTCS NO UNIFORMES

Son los códigos de falla que tienen muy poco en común entre fabricantes debido a diferencias en el sistema, diferencias en su implementación o diferencias en las estrategias de diagnóstico. Los fabricantes que definan sus propios DTCs son instados a ser consistentes a través de su línea de producto. Las mismas categorías del área controlada por la SAE deben ser usadas: 100s y 200s para medición de combustible y aire; 300 para sistemas de encendido y falta de chispa, etc. A cada DTC se asigna un mensaje para indicar el circuito, componente o el área del sistema que está fallando. Los mensajes son organizados de tal manera que aquellos relativos a un sensor o sistema van agrupados. En caso de existir varios mensajes de falla para diferentes tipos de falla, el grupo goza de un mensaje genérico como mensaje o código de falla del grupo. Los fabricantes tienen la opción de usar un código de falla genérico o específico pero debe proveerse solo un código para describir consistentemente la falla. En caso de que los mensajes estén segmentados en descripciones de falla más específicas para un circuito, componente o sistema, tal como se hace en casos complejos, el fabricante deberá elegir el código de falla más aplicable a la falla detectada. Los mensajes han sido planeados para que los fabricantes -en lo posible- no tengan

conflicto con sus propios procedimientos de reparación. Cada código deberá dirigir a un procedimiento de reparación específico.

4.17

EJEMPLOS

Como guía para aclarar los puntos descritos anteriormente, se citarán algunos ejemplos. Para fabricantes que elijan implementar diagnósticos básicos que proveen información general de fallas pero que dependen en procedimientos de servicio y diagnósticos fuera de a bordo para aislar el problema, los códigos generales de circuito, de componentes y de sistema, deben ser usados. Por ejemplo, si se detecta una falla en el circuito del sensor del estrangulador, en vez de brindar un tipo de falla específico, el código P0120 deberá ser generado que indica algún tipo de problema con el circuito. El procedimiento de servicio deberá permitir al técnico determinar el tipo de falla y su localización específica. En tipos de sistemas como sensores, actuadores, bobinas y conmutadores, el valor de entrada para un sensor en corte, en circuito abierto o fuera de rango, deberá generar un mismo código de falla. Sin embargo, los fabricantes están eligiendo aislar de mejor manera la falla a la causa específica por lo cual no se usa un código o mensaje generalizado más bien usan un código o mensaje más específico asociado con el circuito, componente o el sistema en particular. Por ejemplo, en el diagnóstico de un sensor de posición del estrangulador, si la señal en el cerebro está atascada o cerca de 0 voltios, el fabricante tiene la opción de elegir entre dos códigos: P0120 (anomalía general), P0122 (valor bajo de entrada del circuito), dependiendo de los procedimientos de diagnóstico. La causa principal de esta falla puede ser cualquiera o sea problemas eléctricos o mecánicos. La identificación de la causa principal es realizada usando procedimientos de diagnóstico no implicados por el mensaje DTC así permitiendo a los fabricantes la flexibilidad en asignar sus DTCs. Las estrategias de control OBDII del powertrain depende de cada fabricante que goza de flexibilidad en cómo deberá ser implementado el diagnóstico descrito anteriormente según la SAEJ2012, SAE1979 y la SAEJ1930. Un típico procedimiento OBDII está dado según el siguiente ejemplo: El modo de diagnóstico es activado conmutando el arranque y simultáneamente presionando los botones OFF y WARM del sistema de control del clima en un Cadillac. Los códigos de falla son desplegados parpadeando la luz CHECK ENGINE. Cada código de falla es desplegado como una secuencia empezando con un código que verifica que todas las partes de la pantalla estén operando correctamente. Después de verificar que todas las partes de la pantalla están trabajando bien, los códigos de falla para los componentes son desplegados en secuencia empezando con el inferior y prosiguiendo hasta alcanzar el código superior o el más alto. El mecánico tomará nota de los códigos de falla que son desplegados y usando un manual de referencia identificará los componentes fallados. Los códigos de falla deberán acatar el estándar SAEJ2012. Después de que todos los códigos de falla hayan sido desplegados, un código especial aparece en la pantalla diciendo que se ha terminado, y así el control del sistema del motor queda a la espera de una acción consecuente por parte del mecánico. Típicamente, la luz CHECK ENGINE del panel de instrumentos es iluminada cuando ocurra cualquier falla. Para fallas relacionadas con emisiones, la luz (CHECK) no se apaga hasta que la misma sea eliminada de la memoria por parte del mecánico. Para fallas no relacionadas con emisiones, la luz (CHECK) se desactiva por si sola de manera automática si la anomalía desaparece. Sin embargo, la PCM almacena el código DTC asociado con la 41

falla hasta que el sistema de diagnóstico la elimine manualmente o hasta un número específico de ciclos de motor (20) sin la re-ocurrencia de la anomalía. Para los DTCs de menor gravedad no se activa la luz (CHECK).

Ilustración 15. Testigo o luz indicadora de una anomalía de función (MIL) en el vehículo. Un ejemplo de procedimiento será ilustrado para una falla del sensor de oxígeno P0130 que indica una anomalía en el circuito del sensor. Si uno hace memoria del comportamiento del sensor de oxígeno descrito con anterioridad, el sensor de oxígeno conmuta entre 0 (100 mv) y 1 voltio (900 mv) según la mezcla de aire/combustible oscile de pobre a rico. Este cambio de voltajes requiere que el sensor de oxígeno deba estar a una temperatura por encima de los 200 grados centígrados. El voltaje de un sensor de oxígeno frío es próximo a 0.5 voltios con un valor teórico referencial de 0.45 voltios y el sistema de control electrónico no entrará en operación de circuito cerrado si el sensor de oxígeno sigue frío. Las posibles causas del código de falla P0130 incluyen: -

El sensor de oxígeno no está funcionando correctamente. El cableado del circuito está defectuoso (porque su lectura está atascada en algún valor). La unidad de control de proceso de la señal del sensor de oxígeno no está funcionando apropiadamente.

Más investigación es un requisito para de aislar el problema específico. Para verificar la operación del sensor de oxígeno, el valor promedio de su voltaje de salida es conocido usando procedimientos OBDII que serán explicados a continuación. Por lo tanto, “00” corresponde a 0 voltios y “99” corresponde a 0.99 voltios, etc. Usando este voltaje, el mecánico realiza el procedimiento siguiente: Si el voltaje del sensor de oxígeno es menor a 0.37 voltios y más de 0.57 voltios, se realizan algunas pruebas para determinar ya sea el sensor de oxígeno o la unidad de control de proceso de la señal del mismo, estén falladas. El mecánico puede entonces puentear las terminales de entrada hacia la unidad de control simulando que el sensor de oxígeno está en corto circuito y debe leer el valor del voltaje del sensor usando un escáner OBDII. Si este voltaje es menor que 0.05 voltios, la unidad de control está funcionando correctamente y el sensor de oxígeno deberá ser investigado por defectos. Si dicho valor del voltaje está por encima de los 0.05 voltios, la unidad de control esta fallada y deberá ser reemplazada. Cuando se diagnostica un problema, el técnico puede desear eliminar el código de falla de la memoria del cerebro PCM. Una buena razón para hacer esto puede ser para probar si la falla es permanente o intermitente. Después de que todas las fallas son eliminadas, el técnico tiene varias opciones de pruebas incluyendo: -

Solicitar los datos actuales del diagnóstico del powertrain. Solicitar los datos del cuadro congelado del powertrain. Solicitar los DTC relativos a las emisiones. 42

4.18

Solicitar los resultados de la pruebas OBDII de los sistemas monitoreados continuamente o nocontinuamente. Solicitar el control del sistema OBDII.

MODO 1 (MODE $01)

El propósito de este modo es permitir acceso a los valores actuales relacionados con las emisiones. La solicitud de información exige valores PID (parameter identification) al OBDII. La definición de los PIDs, la información sobre las escalas de sus valores y los formatos de presentación son incluidos en el SAEJ1979 para su acatamiento. El OBDII responderá a este mensaje transmitiendo los valores de los datos requeridos y obtenidos por el cerebro PCM. Todos los valores de las lecturas de los sensores deberán ser actuales; no valores por defecto o sustituidos usados por la PCM cuando existen sensores fallados. No todos los PIDs son aplicables o soportados por todos los sistemas. El PID $00 es un PID codificado en bits que indica, para cada módulo, que PIDs soporta dicho módulo. PID$00 deberá ser acatado por todos los módulos que respondan a la solicitud de Modo $01 tal como se define en el estándar SAEJ1979 porque todas las herramientas basadas en el SAEJ1978 usan dicha solicitud para obtener información por medio del protocolo soportado por las comunicaciones OBDII. Los diagnósticos OBDII usando comunicaciones OBDII con la herramienta de diagnóstico SAEJ1978 están descritos en el manual de estándares SAE HS-3000.

4.19

SENSOR DE PRESIÓN ABSOLUTA DEL MÚLTIPLE (DTCS 105-109)

Los diagnósticos para el sensor MAP sirven para determinar el deterioro del piezo-resistómetro o de las características de su condensador. En caso de un código de falla para una anomalía de circuito, el código 105 es generado. Si el sensor está brindando lecturas fuera de rango, el código 106 es generado. Si el sensor está brindando lecturas demasiado bajas, el código de falla 107 es generado. Si el sensor está brindando lecturas demasiado altas, el código de falla 108 es generado. Los valores deseados son estimados usando las lecturas del flujómetro y parámetros del motor. Si el sensor está brindando lecturas intermitentes fallidas, el código 109 es generado.

4.20

SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIÓN (DTCS 110-114)

Los diagnósticos del sensor IAT verifican el deterioro de las características de su elemento cuya resistencia varía con la temperatura (thermistor). En caso de una anomía de circuito en el thermistor, el código 110 es generado. Si el sensor está brindando lecturas fuera de rango, el código 111 es generado. El valor deseado es estimado mediante las lecturas del sensor de temperatura del líquido refrigerante de motor y otros parámetros. Si el sensor está brindando lecturas demasiado bajas, el código 112 es generado. Si el sensor está brindando lecturas demasiado altas, el código 113 es generado. Si el sensor está brindando lecturas intermitentes y fallidas, el código 114 es generado.

Ilustración 16. Lecturas de valores PIDs OBDII provenientes del cerebro del vehículo.

4.21

SENSOR DE OXÍGENO (DTCS 130-167)

Los diagnósticos del sensor de oxígeno sirven para verificar la acción de bombeo electroquímico que genera una sensibilidad de voltaje dependiendo de la densidad de oxígeno en el múltiple de gases de escape. En caso de una anomalía de circuito del electrodo Zirconia, el código 130 es generado. Si el sensor de oxígeno está brindando lecturas con lentitud, el código 133 es generado. El valor deseado es estimado usando la frecuencia del modo circuito-cerrado y otros parámetros del motor. Si el sensor de oxigeno está brindando voltajes muy bajos, el código de falla 131 es generado. Si el sensor de oxígeno está brindando un voltaje muy alto, el código 132 es generado. Si el sensor de oxígeno está inactivo, el código 134 es generado. En caso de una anomalía en el circuito del calentador del sensor de oxígeno, el código 135 es generado. Los códigos 135 a 167 están asignados a fallas similares para los demás sensores de oxígeno y sus calentadores de los otros conversores catalíticos que pueda tener el sistema.

4.22

SENSOR DE FLUJO DE MASA DE AIRE (FLUJÓMETRO) (DTCS 100-104)

Los diagnósticos del sensor flujómetro sirven para verificar el deterioro de sus características eléctricas de resistencia. En caso de una anomalía eléctrica en su circuito, el código de falla 100 es generado. Si el sensor está brindando lecturas fuera de rango, el código de falla 101 es generado. Si el sensor está brindando lecturas demasiado bajas, el código de falla 102 es generado. Si el sensor está brindando lecturas muy altas, el código de 44

falla 103 es generado. El valor deseado es estimado usando las lecturas del sensor MAP y parámetros del motor. Si el sensor está brindando lecturas intermitentes y fallidas, el código 104 es generado.

4.23

SENSOR DE POSICIÓN DEL ESTRANGULADOR (TPS) (DTCS 120-124, 220-229)

Los diagnósticos del sensor de posición del estrangulador sirven para detectar el deterioro de las características de su potenciómetro operado por el circuito del conmutador A (el principal). En caso de una anomalía de circuito en el conmutador A, el código de falla 120 es generado. Si el circuito del conmutador A está brindando lecturas fuera de rango, el código de falla 121 es generado. Si el circuito del conmutador A está brindando lecturas demasiado bajas, el código de falla 122 es generado. Si el circuito del conmutador A está brindando lecturas muy altas, el código de falla 123 es generado. El valor deseado es estimado con las lecturas del sensor del flujo de masa de aire y parámetros del motor. Si el circuito del conmutador A está brindando lecturas intermitentes y fallidas, el código 124 es generado. Para el circuito del conmutador B, los códigos de falla 220-224 son generados para fallas idénticas conforme lo descrito anteriormente. Para el circuito del conmutador C, los códigos de falla 225-229 son generados.

4.24

SENSOR DE POSICIÓN ANGULAR DEL CIGÜEÑAL (DTCS 335-344, 385-389)

Los diagnósticos del sensor de posición angular de cigüeñal sirven para verificar el deterioro de la renuencia magnética de las características del circuito del sensor A (el principal). En caso de una anomalía de circuito del sensor A, el código 335 es generado. Si el circuito del sensor A está brindando lecturas fuera de rango, el código de falla 336 es generado. Si el circuito del sensor A está brindando lecturas muy bajas, el código de falla 337 es generado. Si el circuito del sensor A está brindando lecturas muy altas, el código de falla 338 es generado. El valor deseado es estimado usando la velocidad del motor y otros parámetros también del motor. Si el circuito del sensor A está brindando lecturas intermitentes y fallidas, el código 339 es generado. Para el caso del circuito del sensor B, los códigos 385-389 son generados según fallas idénticas conforme lo descrito. Para el caso del circuito C, los códigos generados van del 340 al 344.

4.25 SENSOR DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE DE MOTOR (DTCS 115-119, 125-126) Los diagnósticos para el sensor de temperatura del líquido refrigerante de motor sirven para verificar el deterioro de las características de su elemento cuya resistencia varía con la temperatura (thermistor). En caso de una anomalía en el thermistor (anomalía eléctrica de circuito), el código 115 es generado. Si el circuito del sensor está brindando lecturas fuera de rango, el código 116 es generado. Si el circuito del sensor está brindando lecturas muy bajas, el código de falla 117 es generado. Si el sensor del circuito está brindando lecturas muy altas, el código 118 es generado. El valor deseado es estimado usando parámetros del motor. Si el circuito del sensor está brindando lecturas intermitentes y fallidas, el código 119 es generado. Para una temperatura insuficiente del líquido refrigerante que impida entrar en circuito cerrado, el código de falla 125 es generado. Para una temperatura insuficiente del líquido refrigerante que no permita una operación estable, el código de falla 126 es generado.

4.26

SENSOR DE CASCABELEO (DTCS 325-334)

Los diagnósticos del sensor de cascabeleo sirven para verificar el deterioro de sus características piezo-eléctricas o magneto-restrictivas. En caso de una anomalía eléctrica de circuito, el código 325 es generado. Si el circuito del sensor 1 (el primero) está brindando lecturas fueras de rango, el código de falla 326 es generado. Si el circuito del sensor 1 está brindando lecturas muy bajas, el código de falla 327 es generado. Si el circuito del sensor 1 está brindando lecturas muy altas, el código de falla 328 es generado. El cascabeleo es detectado por medio de la frecuencia de oscilación del dispositivo piezo-eléctrico o el voltaje producido por el dispositivo magnetorestrictivo cuando ocurre el cascabeleo. Si el circuito del sensor 1 está brindando fallas intermitentes, el código de falla 329 es generado. Si el circuito del sensor 2 está dando las mismas fallas que las listadas anteriormente, los códigos de falla 330-334 son asignados respectivamente.

4.27

SENSOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR (DTCS 320-323)

Los diagnósticos del sensor de velocidad del motor sirven para verificar el deterioro de sus características de renuencia magnética. En caso de una anomalía eléctrica del circuito, el código de falla 320 es generado. Si el circuito del sensor está brindando una lectura fuera de rango, el código de falla 321 es generado. Si el circuito del sensor no da señal, el código de falla 322 es generado. El valor deseado es estimado con los parámetros del motor. Si el sensor está brindando lecturas intermitentes y falladas, el código de falla 323 es generado.

4.28

SENSOR DE VELOCIDAD DEL VEHÍCULO (DTCS 500-503)

Los diagnósticos de la velocidad del vehículo sirven para verificar el deterioro de su renuencia magnética y sus características eléctricas. En caso de una anomalía eléctrica de circuito, el código de falla 500 es generado. Si el circuito del sensor está brindando lecturas fuera de rango, el código de falla 501 es generado. Si el circuito del sensor está brindando lecturas muy bajas, el código de falla 502 es generado. Si el circuito del sensor está brindando lecturas muy altas, erráticas o intermitentes, el código de falla 503 es generado.

4.29

SENSOR DE FALTA DE CHISPA O COMBUSTIÓN INCOMPLETA (DTCS 300-312)

Los diagnósticos del sensor de falta de chispa sirven para verificar la reducción del torque del cilindro debido a una falta de combustión. En caso de detectar una falta de chispa en el cilindro 1, el código de falla 301 es generado. Los códigos de falla para falta de chispa del cilindro 2 al 12 de manera similar van del 302 al 312.

4.30 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (FLUJO DE LA PURGA) (DTCS 465-469) Los diagnósticos del circuito del sensor de flujo de purga sirven para verificar el deterioro del mismo. En caso de una anomalía del circuito del sensor de flujo de purga, el código de falla 465 es generado. Si el circuito del sensor de flujo de purga está teniendo problemas de rango o rendimiento, el código de falla 466 es generado. Si el circuito del sensor de flujo de purga ha detectado un valor muy bajo, el código de falla 467 es generado. Si el circuito del 46

sensor de flujo de purga ha detectado un valor muy alto, el código de falla 468 es generado. Si el circuito del sensor de flujo de purga está dando fallas de manera intermitente, el código de falla 469 es generado.

4.31 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (VÁLVULA DE PURGA) (DTCS 440-445) Los diagnósticos de la válvula de purga sirven para verificar el deterioro del sistema de control de emisiones por evaporación. En caso de una anomalía general, el código de falla 440 es generado. Si el sistema de control de emisiones por evaporación está teniendo un flujo de purga incorrecto debido a una válvula de purga fallada, el código de falla 441 es generado. Si el sistema de control de emisiones por evaporación ha detectado una fuga pequeña, el código de falla 442 es generado. Si el sistema de control de emisiones por evaporación tiene una anomalía en el circuito de control de la válvula de purga, el código de falla 443 es generado. Si el sistema de control de emisiones por evaporación tiene la válvula de control de purga en circuito abierto, el código de falla 444 es generado. Si el sistema de control de emisiones por evaporación tiene la válvula de control de purga en corto circuito, el código de falla 445 es generado.

4.32 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (VÁLVULA DE VENTILACIÓN) (DTCS 446-449) Si el circuito de control de la ventilación del sistema de control de emisiones por evaporación tiene una anomalía general, el código de falla 446 es generado. Si dicho circuito está abierto, el código de falla 447 es generado. Si dicho circuito está en corte, el código de falla 448 es generado. Si el circuito del solenoide/válvula de ventilación del sistema de control de emisiones por evaporación, tiene una anomalía general, el código de falla 449 es generado.

4.33 SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES POR EVAPORACIÓN (SENSOR DE PRESIÓN) (DTCS 450-455) Si el sensor de presión del sistema de control de emisiones por evaporación está pasando por una anomalía general, el código de falla 450 es generado. Si dicho sensor tiene problemas de rendimiento o está brindando valores fuera de rango, el código de falla 451 es generado. Si dicho sensor está brindando valores o lecturas muy bajas, el código de falla 452 es generado. Si está brindando lecturas muy altas, el código de falla 453 es generado. Si está pasando por fallas intermitentes, el código de falla 454 es generado. Y si el sistema tiene fugas relativamente considerables, el código de falla 455 es generado.

4.34

BOBINA DE ENCENDIDO (DTCS 350-379)

Los diagnósticos de bobina de encendido sirven para verificar el deterioro de las características de la bobina de encendido primaria o secundaria. En caso de una anomalía eléctrica, el código de falla 350 es generado. En caso de una falla eléctrica de su circuito, el código 351 es generado. De igual manera para las bobinas de encendido (B) a la (L) primarias o secundarias, en caso de anomalía eléctrica de circuito, los códigos de falla 352-362 son generados. Si el tiempo referencial de la señal A de alta resolución tiene una anomalía, el código de falla 370 es generado. Si el tiempo referencial de dicha señal tiene demasiados pulsos, el código de falla 371 es generado. Si el tiempo referencial de dicha señal tiene muy pocos pulsos, el código de falla 372 es generado. Si el tiempo 47

referencial de dicha señal tiene fallas intermitentes, el código de falla 373 es generado. Si el tiempo referencial de dicha señal no tiene pulso, el código de falla 374 es generado. Si el tiempo referencial de la señal B tiene fallas similares, los códigos de falla 375-379 son generados, respectivamente.

4.35

SISTEMA DE COMBUSTIBLE – AJUSTE DE COMBUSTIBLE (DTCS 170-195, 230-233)

Los diagnósticos de ajuste de combustible sirven para verificar el deterioro de los valores de ajuste de combustible. En caso de una anomalía en el ajuste de combustible, el código de falla 170 es generado. Si el ajuste de combustible está indicando demasiado pobre (con relación a la mezcla aire/combustible), el código de falla 171 es generado. Si el ajuste de combustible está indicando demasiado rico (con relación a la mezcla aire/combustible), el código de falla 172 es generado. Todo esto para el banco 1. En caso de una anomalía en la entrega de combustible, el código de falla 173 es generado. Si el ajuste de combustible está indicando demasiado pobre, el código de falla 174 es generado. Si el ajuste de combustible está indicando demasiado rico (con relación a la mezcla de aire/combustible), el código de falla 175 es generado. Todo esto para el banco 2.

4.36

INYECTORES INDIVIDUALES DE COMBUSTIBLE (DTCS 251-296)

Los diagnósticos del circuito de control de la entrega deseada de combustible por medio de la bomba para la inyección, sirven para verificar el deterioro de las características de la inyección de combustible. En caso de una anomalía (Levas/rotor/inyector) para el control A (el principal) de la entrega medida de combustible por medio de la bomba para la inyección, el código de falla 251 es generado. En caso de una falla de rendimiento para dicho sistema, el código de falla 252 es generado. En caso de valores o lecturas muy bajas, el código de falla 253 es generado. En caso de valores o lecturas muy altas, el código 254 es generado. En caso de problemas intermitentes, el código de falla 255 es generado. Para un segundo sistema de control “B”, y para fallas similares al del sistema “A”, los códigos de falla 256-260 son generados. Los códigos de falla 261-296 son para circuitos de las bobinas de los inyectores para los cilindros 1 al 12; y para valores o lecturas muy bajas, muy altas, y fallas de balance/contribución, respectivamente.

4.37

VÁLVULA/SENSOR EGR (RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE) DTCS 400-408

Los diagnósticos de la válvula/sensor EGR sirven para verificar el deterioro de las características del flujo de gas de escape. En caso de una anomalía en el flujo EGR, el código 400 es generado. Si el flujo EGR está indicando un flujo insuficiente, el código de falla 401 es generado. Si el flujo EGR está indicando un flujo excesivo, el código de falla 402 es generado. Si existe una anomalía en el circuito del EGR, el código de falla 403 es generado. Si el circuito EGR está indicando un problema de rango o rendimiento, el código de falla 404 es generado. Si el circuito del sensor “A” EGR está brindando lecturas muy bajas, el código de falla 405 es generado. Si está brindando lecturas muy altas, el código de falla 406 es generado. Fallas similares para el circuito del sensor “B” son asignadas a los códigos de falla 407 y 408, respectivamente.

4.38

VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE PARA RALENTÍ (DTCS 505-507)

Los diagnósticos del sistema de control en ralentí sirven para verificar el deterioro de las características del flujo de aire en ralentí. En caso de una anomalía en el sistema de control de aire en ralentí, el código de falla 505 es generado. Si el sistema de control de aire en ralentí está indicando valores más bajos que el flujo esperado, el código de falla 506 es generado. Si el sistema de control de aire en ralentí está indicando valores más altos que el flujo esperado, el código de falla 507 es generado.

4.39

SISTEMA DE INYECCIÓN DE AIRE SECUNDARIO (DTCS 410-419)

Los diagnósticos del sistema de inyección de aire secundario sirven para verificar el deterioro de las características del flujo del sistema de aire secundario. En caso de una anomalía en el sistema de aire secundario, el código 410 es generado. En caso de un flujo incorrecto del sistema de inyección de aire secundario, el código de falla 411 es generado. En caso de circuito abierto para la válvula conmutadora “A” (la principal) del sistema de inyección de aire secundario, el código 413 es generado. Si hay corto circuito en la válvula conmutadora “A” del sistema de inyección de aire secundario, el código de falla 414 es generado. Para una anomalía en el circuito de la válvula conmutadora “B” del sistema de aire secundario, ya sea circuito abierto o en corte, los códigos de falla 415-417 son asignados. En caso de una anomalía en el circuito del Relay “A” del sistema de aire de inyección, el código 418 es generado. En caso de una anomalía en el circuito del Relay “B” del sistema de aire de inyección, el código de falla 419 es generado.

4.40

SENSOR DE NIVEL DE COMBUSTIBLE (DTCS 460-464)

Los diagnósticos de circuito del sensor de nivel de combustible sirven para verificar el deterioro de las características del sensor del nivel de combustible. En caso de una anomalía en el circuito del sensor de combustible, el código de falla 460 es generado. Si el circuito del sensor de nivel de combustible está dando problemas de rendimiento o rango, el código de falla 461 es generado. Si el circuito del sensor de nivel de combustible está brindando lecturas muy bajas, el código de falla 462 es generado. Si el circuito del sensor de combustible está brindando lecturas o valores muy altos, el código de falla 463 es generado. El valor deseado es estimado usando parámetros de flujo. Si el circuito del sensor de combustible está brindando valores o lecturas intermitentes, el código de falla 464 es generado.

4.41

CONVERSOR CATALÍTICO (DTCS 420-434)

Los diagnósticos de la eficiencia del sistema del catalizador sirven para verificar el deterioro de sus características. Para el banco 1, en caso de que la eficiencia del sistema catalizador esté por debajo de un umbral, el código de falla 420 es generado. En caso de que la eficiencia del calentado del catalizador este por debajo de un umbral, el código de falla 421 es generado. En caso de que la eficiencia del catalizador principal esté por debajo de un umbral, el código 422 es generado. En caso de que la eficiencia del catalizador ya calentado esté por debajo de un umbral, el código 423 es generado. En caso de que la temperatura del catalizador ya calentado esté por debajo de un umbral, el código de falla 424 es generado. Para el banco 2, para fallas idénticas, los códigos de falla 430 a 434 son asignados, respectivamente.

SENSORES Y ACTUADORES USADOS EN LOS SISTEMAS OBDII

El OBDII verifica todos los sensores, actuadores (válvulas), conmutadores (switches) y cableado (conectividad apropiada). Verifica que los valores de entrada y de salida de cada dispositivo estén dentro de un rango permitido. Los siguientes sensores y actuadores son monitoreados por el OBDII: -

Sensor de temperatura del líquido refrigerante (de motor). Sensor de temperatura del aire de admisión. Sensor de presión absoluta en el múltiple MAP. Sensor de la velocidad del motor (velocidad angular). Sensor de oxígeno para los gases del escape (EGO). Sensor de la posición (angular) del estrangulador (TPS). Sensor de la posición (angular) del cigüeñal. Sensor del flujo de masa de aire (MAF). Sensor de cascabeleo. Sensor del tiempo de encendido acelerado. Actuador de encendido o ignición. Válvula de control de aire en ralentí (IAC). Válvula de aire secundario. Actuador EGR (válvula perno pivote) Actuador de la entrega deseada de combustible. Inyector de combustible.

El circuito asociado a un sensor consiste de tres partes: sensor, procesador de señal y dispositivo de despliegue (pantalla). El sensor convierte la cantidad física como la temperatura, presión, vacío, RPM, flujo de aire, velocidad o aceleración en una señal eléctrica para pasar por un procesador de señal. Un procesador de señal realiza alguna operación sobre la señal para incrementar su nivel de potencia, confiabilidad, y precisión. La señal es manipulada de tal manera que cuando sea desplegada pueda ser entendida por el usuario. El dispositivo de despliegue (pantalla) convierte la señal proveniente del procesador de señal en una cantidad leíble. El sensor convierte la energía de la variable medida, en una señal eléctrica. Un sensor análogo ideal es aquel que genera un voltaje de salida proporcional a dicha variable.

K es una constante de calibración del sensor. v0 es voltaje. q0 es la cantidad física medida como temperatura, etc. K es la constante de calibración del sensor cuyas unidades están en voltios por unidad de cantidad física medida. Un sensor ideal tiene características lineales de transferencia; sin embargo, en la práctica, un sensor tiene características ruidosas de transferencia. En consecuencia, los valores de salida de un sensor requieren cierto procesamiento de señal para compensar el ruido y transformarlo en apto para su visualización.

5.1 SENSOR DE TEMPERATURA DEL LÍQUIDO REFRIGERANTE – PRINCIPIO DE OPERACIÓN El sensor consiste en una resistencia (que varía con la temperatura) dentro de una carcasa que está diseñada para entrar en contacto con el chorro del líquido refrigerante. Esta carcasa está construida con conexiones de ductos que mantienen sellado el ensamblado contra fugas del líquido refrigerante. La resistencia está fabricada a partir de un semiconductor con coeficiente negativo de temperatura. El sensor está conectado a un circuito eléctrico. La salida del sensor varía inversamente con la temperatura. Diagnósticos: Las características eléctricas de la resistencia pueden deteriorarse con el tiempo. El voltaje referencial y las resistencias en serie en el circuito son fuentes críticas de variación con relación a la temperatura correcta. La relación entre la resistencia y temperatura no es lineal. Los sensores de temperatura basados en silicona proveen una señal de salida más lineal y se espera reemplacen a los convencionales. Códigos de falla: Existen dos códigos de falla. Uno para cuando la temperatura del líquido refrigerante es incorrecta y otro cuando existe temperatura insuficiente para la operación en circuito cerrado u operación inestable.

Ilustración 17. Un sensor de temperatura del líquido refrigerante de motor.

5.2

SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIÓN

Similar en construcción con relación al sensor de temperatura del líquido refrigerante. Está instalado en la parte anterior de la entrada de aire del múltiple de admisión en las proximidades del flujómetro. La temperatura versus voltaje a través de su resistencia no es completamente lineal. Diagnósticos: Las características eléctricas de las resistencias pueden deteriorarse con el tiempo. El voltaje de referencia y las resistencias en serie en el circuito son fuentes críticas de variación de la temperatura correcta. La relación entre la resistencia y temperatura no es lineal. Los sensores de temperatura basados en silicona ofrecen una señal de salida más lineal y se espera estén reemplazando a los convencionales. Códigos de falla: Hay un solo modo de falla para temperatura de aire de admisión incorrecta. Los DTCs van del 110 al 114.

Ilustración 18. Un sensor de temperatura del aire de admisión.

5.3 SENSOR DE PRESIÓN ABSOLUTA EN EL MÚLTIPLE (MAP) – PRINCIPIO DE OPERACIÓN Este sensor mide el desplazamiento de un diafragma que se desvía con la presión absoluta en el múltiple. Existen dos versiones. En un sensor MAP basado en la medida de tensión, un diafragma de silicona está sellado a una placa tipo pyrex sometida al vacío. Una serie de resistencias sensibles van formadas bordeando de éste vacío. Estas resistencias están formadas de tal manera que alteran la pureza de la silicona. La presión del múltiple aplicada al diafragma causa que se éste se desvíe y cambia la resistencia porque la piezo-resistencia es proporcional a la presión. Una señal eléctrica de voltaje proporcional a la presión en el múltiple se obtiene conectando las resistencias a un dispositivo para medir su resistencia eléctrica. En una segunda versión del sensor MAP, un electrodo tipo film es puesto en la cara interior de 2 placas de aluminio que conforman un condensador. La cápsula del condensador es puesta en una carcasa sellada que está conectada a la presión del múltiple mediante un tubo de diámetro pequeño. El desvío de esas placas respecto a la presión aplicada hacia ellas, causa que su capacitancia cambie proporcionalmente a la presión aplicada. El condensador es puesto en un circuito oscilatorio y la frecuencia de la oscilación es proporcional a la presión. Diagnósticos: Las características eléctricas del sensor MAP basado en la medición de tensión pueden verse deterioradas resultando una salida de valores incorrectos atascados en lecturas bajas, altas o fallas intermitentes. OBDII DTCs: Van del 105 al 109.

Ilustración 19. Un sensor de presión de absoluta en el múltiple de admisión (MAP). 52

5.4

SENSOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR (VELOCIDAD ANGULAR)

Este sensor consiste en un imán permanente y un embobinado alrededor del mismo. Un disco de metal con pestañas sobresalientes pasa por los polos de éste imán. El disco está montado en el cigüeñal. El número de pestañas del disco es la mitad del número de cilindros del motor. Este sensor es de un tipo de renuencia magnética de tal manera que el voltaje se genera a partir de la frecuencia la cual es múltiplo de las revoluciones por minuto del cigüeñal. Midiendo la frecuencia de ésta señal de voltaje, la velocidad angular RPM del motor logra ser calculada. Las características de renuencia magnética de este sensor pueden deteriorarse resultando en lecturas o valores incorrectos; atascados en lecturas de señal muy bajas, muy altas o bien fallas intermitentes. Los códigos de falla van del 320 al 323.

Ilustración 20. Un sensor de velocidad del motor.

5.5

SENSOR DE OXÍGENO DEL GAS DE ESCAPE

Existen dos tipos de sensores de oxígeno (EGO) basados en el uso del óxido de sus materiales. Uno usa Zirconia (ZrO2) y el otro usa óxido de titanio (TiO2). El de Zirconia es el más popular y es explicado a continuación. Este sensor de Zirconia está entre dos electrodos de platino. Un electrodo está expuesto al gas de escape proveniente del múltiple de gases de escape, y el otro electrodo está expuesto al aire normal como referencia. El electrodo que está expuesto al gas de escape está cubierto totalmente con una protección porosa. El compuesto ZrO2 atrae los iones de oxígeno y los acumula en su superficie ZrO2 justo dentro del electrodo de platino. Como los iones de oxígeno están cargados negativamente, se genera un potencial entre los dos electrodos siempre y cuando los iones de oxígeno del lado del gas de escape sean menos que los iones de oxígeno del lado del aire normal. La polaridad de este voltaje es positiva en el lado del gas de escape y negativa en el lado del aire. Este voltaje depende de la concentración de oxígeno en el gas de escape y en la temperatura del sensor EGO.

Diagnósticos: Monitorear un cambio abrupto de voltaje en la estequiometría. Deberá haber cambios rápidos en el voltaje de salida en respuesta a los cambios en el oxígeno de los gases de escape. Deberá haber una gran diferencia en el voltaje de salida del sensor entre condiciones ricas y pobres de la mezcla aire/combustible. Deberá haber un voltaje estable con respecto a la temperatura del gas de escape. Los códigos de falla van del 400 al 408.

Ilustración 21. Un sensor de oxígeno de gases de escape.

5.6 SENSOR DE POSICIÓN (ANGULAR) DEL ESTRANGULADOR TPS – PRINCIPIO DE OPERACIÓN Este sensor es un potenciómetro rotacional sujeto al eje de una válvula tipo mariposa en el estrangulador, y un potenciómetro lineal manejado por una barra de conexión entre el pedal del acelerador y el estrangulador. Este sensor usa una capa de resistencia continua fabricada con una técnica para capa gruesa. Este material es un ceremet o un compuesto de plástico resistente. Cuando la válvula mariposa del estrangulador rota, el voltaje del potenciómetro varía en proporción al ángulo de rotación del estrangulador. Diagnósticos: Las características eléctricas del sensor de posición del estrangulador pueden deteriorarse resultando en una lectura incorrecta de valores, valores fuera de rango o rendimiento, valores atascados en lecturas muy bajas, muy altas o bien fallas intermitentes. Los códigos de falla van del 120 al 124.

Ilustración 22. Un sensor de posición (angular) del estrangulador TPS. 54

5.7

SENSOR DE POSICIÓN (ANGULAR) DEL CIGÜEÑAL

Las características eléctricas del sensor de posición del cigüeñal se pueden deteriorar resultando en lecturas o valores incorrectos, fuera de rango o rendimiento, valores atascados en lecturas muy bajas, muy altas o fallas intermitentes. Los códigos de falla del sensor de posición del cigüeñal van del 335 al 344.

Ilustración 23. Un sensor de posición del eje de cigüeñal (CRANKSHAFT).

5.8

SENSOR DE FLUJO DE MASA DE AIRE MAF (FLUJÓMETRO)

Este sensor consiste en un elemento tipo film el cual es calentado eléctricamente a temperatura constante y conocida por el sensor de temperatura. Este elemento está incorporado en un dispositivo para medir resistencia eléctrica cuya fuente de poder es suministrada por un amplificador cuya entrada es un diferencial de voltaje y el cual es balanceado cuando no existe flujo de aire que pasa por la capa delgada caliente (film) a temperatura constante. Cuando un flujo de aire pasa por el film, se enfría y cae su resistencia, haciendo que el instrumento para medir la resistencia eléctrica se desbalancee por consiguiente produciendo un voltaje de entrada para el amplificador. El voltaje del amplificador cambia con la resistencia para mantener fija la temperatura del film con relación a su temperatura de trabajo. El voltaje de salida del amplificador es una medida de la corriente adicional requerida para calentar el film hacia su temperatura de trabajo. Por consiguiente, dicha corriente adicional requerida es una medida de la transferencia de calor y a su vez representa la tasa de flujo de aire. Otro diseño similar consiste en un hilo (cable) auto-calentado por donde fluye el aire y el cual requiere compensación para cambios en la temperatura del aire y un voltaje de salida del amplificador. Este voltaje es convertido a una frecuencia que es medida por el cerebro PCM usando un contador. El valor del contador es proporcional al volumen de la tasa de flujo de aire a partir de la cual la masa de aire es calculada multiplicando el volumen por la densidad de aire por su temperatura. Diagnósticos: Las características eléctricas del sensor de flujo de masa de aire pueden deteriorarse resultando en valores incorrectos de salida, fuera de rango o rendimiento, valores atascados en lecturas muy bajas, muy altas o fallas intermitentes. 55

DTCs: Van del 100 al 104.

Ilustración 24. Un sensor de flujo de masa de aire o flujómetro.

5.9

SENSOR DE CASCABELEO

Se usa para monitorear la presión en el cilindro durante la combustión. El cascabeleo comúnmente ocurre por una alta presión en el múltiple y un excesivo encendido acelerado. Este sensor consiste en piezas de imán restrictivo dispuestas en un campo magnético de un embobinado. Cuando se tiene una presión excesiva en el cilindro, las piezas o barras cambian el campo de flujo magnético en el embobinado lo cual produce un cambio de voltaje en el embobinado. El cilindro del motor es mecánicamente resonante respecto a la frecuencia del cascabeleo y la señal de salida es relativa a la primera derivada de la aceleración también llamada –sacudida-. La señal de salida del sensor forma un sistema de circuito cerrado que retarda el encendido para reducir el cascabeleo detectado en los cilindros. El problema en detectar el cascabeleo es complicado por la presencia de otras vibraciones y ruido en el motor. Otra versión del sensor del cascabeleo usa cristales piezo-eléctricos, o la piezo-resistencia de un semiconductor de silicona alterada. Diagnósticos: Las características eléctricas del sensor de cascabeleo pueden deteriorarse resultando en una salida de incorrecta de valores, valores fuera de rango/rendimiento, señales muy bajas, muy altas o fallas intermitentes.

Ilustración 25. Un sensor de cascabeleo. Los códigos de falla van del 325 al 329. 56

5.10 SENSOR DEL ENCENDIDO ACELERADO – PRINCIPIO DE OPERACIÓN (INCLUYE ACTUADOR) Un sensor de efecto Wiegand o un sensor de renuencia magnética pueden ser usados para establecer el encendido acelerado. Un sensor de renuencia variable es montado en el block del motor cerca de un dispositivo armónico. Un elemento armónico es un dispositivo de acero con la forma de disco conectado al eje de cigüeñal al lado opuesto del volante de inercia. Este elemento harmónico tiene cortada una muesca en su superficie más exterior. Cuando ésta muesca del elemento harmónico en rotación pasa por el sensor de renuencia variable, el descenso en el flujo del campo magnético genera un pulso de voltaje en el circuito del sensor. El pulso del voltaje es usado para establecer el encendido acelerado. Las características eléctricas del sensor de encendido acelerado pueden deteriorarse resultando en una lectura incorrecta, valores fuera de rango o rendimiento, atascamiento en señales muy bajas, muy altas o fallas intermitentes. Los DTCs para estás fallas van del 350 al 379. El actuador de encendido acelerado recibe su pulso de control del sensor de encendido acelerado. Un sensor de encendido acelerado mide la posición angular del motor para calcular la posición en la cual la chispa debe ocurrir. El sensor de encendido acelerado genera un pulso que activa un circuito electrónico que controla el embobinado primario así dando inicio a la chispa. El concepto del sensor de posición del motor usado como un sensor de encendido acelerado fue descrito anteriormente. En otro esquema, un imán permanente se empareja con un elemento ferromagnético el cual está montado en el eje del distribuidor para rotar con él. Según el rotar de éste elemento, el campo magnético varía con el tiempo e induce un voltaje en el embobinado; dicho voltaje es proporcional a la tasa de cambio del campo magnético. Cada vez que uno de los dientes de la rueda ferromagnética pasa bajo del eje del embobinado, un pulso eléctrico de curva de forma dentada y cortada, es generado. Esta rueda tiene un diente por cilindro y los pulsos de voltaje proveen un tiempo de pulsación para calcular el tiempo de la chispa para el cilindro correspondiente.

Ilustración 26. Un sensor de encendido acelerado. 57

Diagnósticos: Las características del actuador de encendido pueden deteriorarse resultando en una lectura incorrecta, valores fuera de rango o rendimiento, valores de señal muy bajos, muy altas o fallas intermitentes. Los códigos de falla del actuador van del 350 al 379.

5.11 ACTUADOR DE GASES DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE EGR – PRINCIPIO DE OPERACIÓN El actuador EGR es una válvula diafragma operada mediante el vacío con un resorte que mantiene la válvula cerrada si no hay vacío aplicado. El vacío que opera el diafragma es suministrado por el múltiple de admisión y es controlado mediante una válvula operada por un solenoide bajo el control del cerebro PCM. Cuando el solenoide es energizado por el cerebro del PCM, la válvula EGR es abierta gracias a la aplicación del vacío. Cuando el solenoide ya no es energizado, el vacío es interrumpido hacia la válvula EGR y el resorte mantiene la válvula EGR cerrada. La cantidad de EGR es controlada mediante un ciclo de una corriente controlada por pulsos proporcional al tiempo del solenoide energizado. El ciclo de tiempo y la apertura de la válvula son apropiadamente controlados de tal manera que un monto exacto de EGR sea provisto sin afectar las emisiones. El ciclo de tiempo de los pulsos de corriente que energiza el solenoide y la cantidad de EGR son correlacionadas de manera periódica por los diagnósticos OBDII. Los códigos de falla van del 400 al 408.

Ilustración 27. Un actuador de recirculación de gases de escape EGR. Los códigos de falla van del 400 al 408.

5.12

VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE PARA RALENTÍ (IAC)

Es una válvula controlada de bypass del estrangulador que permite fluir aire alrededor de la placa (mariposa) del estrangulador (cerrada debido a las bajas revoluciones de vehículo estacionario) y que produce el mismo efecto como cuando el estrangulador está ligeramente abierto. Un motor que avanza a pasos abre la válvula perno pivote permitiendo una cantidad limitada de aire vaya por el bypass de la placa del estrangulador. El motor de a paso 58

actúa el movimiento del perno pivote con precisión así controlando la cantidad de la apertura del bypass hacia el múltiple de admisión. El ciclo establecido del motor de a pasos es controlado por el cerebro PCM que monitorea la posición de la válvula perno pivote que a su vez comanda el motor de a paso para mover la válvula perno pivote y abrir el bypass una cantidad conocida o bien mover la válvula perno pivote hasta cerrar el bypass luego de terminar un ciclo establecido.

Ilustración 28. Una válvula de control de aire para ralentí IAC. Diagnósticos: El ciclo establecido del motor de a pasos y el bypass proporcionado por la válvula perno pivote, son correlacionados periódicamente mediante diagnósticos OBDII. La posición inicial y final de la válvula perno pivote son verificadas de manera continua. OBDII DTCs: Los códigos de falla van desde el 505 al 507.

5.13

VÁLVULA DE AIRE SECUNDARIO – PRINCIPIO DE OPERACIÓN

El aire secundario es controlado por dos válvulas (solenoides) similares a la válvula EGR. Una válvula conmuta el flujo de aire hacia el sistema de escape o hacia el purificador de aire (atmósfera). La otra válvula conmuta el flujo de aire hacia el múltiple de escape o hacia la segunda cámara del catalizador de tres vías. El direccionamiento del aire es realizado por la PCM basado en la temperatura del líquido refrigerante de motor y en la relación aire/combustible. Durante el encendido en frío el aire secundario entra al conversor catalizador. Durante arduas cargas (aplicadas al motor) y durante una desaceleración severa, el aire secundario es dirigido hacia el purificador de aire lo cual no tiene efecto en la temperatura del gas escape.

Ilustración 29. Una válvula para el control de aire secundario. 59

Diagnósticos: El ciclo establecido del pulso de corriente que energiza el solenoide y el flujo de aire secundario son correlacionados periódicamente por los diagnósticos OBDII. Los códigos de falla van del 410 al 419.

5.14

ACTUADOR DE SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE – PRINCIPIO DE OPERACIÓN

El control de suministro de combustible está en el cuerpo estrangulador del inyector de combustible TBFI (throttle body fuel inyector). El TBFI consiste en uno o dos inyectores de combustible operados por solenoides montados en el múltiple de admisión. El combustible es inyectado dentro atomizado mediante un chorro de aire que fluye por el múltiple de admisión. El cerebro PCM controla la cantidad de combustible. El actuador de suministro de combustible entrega el combustible en cantidades precisas bajo el control del cerebro PCM. La cantidad de combustible inyectado dentro del cilindro es determinada por una duración de tiempo en la cual los inyectores son energizados mediante un ciclo establecido. El tiempo de inyección está sincronizado con la velocidad del motor y está dado por la fórmula:

∗

(1)

En la fórmula (1) el coeficiente de compensación es un factor de corrección. El ajuste de combustible permite calcular el factor de corrección. Los coeficientes de compensación son dependientes de las condiciones de conducción así como del arduo funcionamiento del motor, marcha lenta o ralentí y frenado. La inyección asincrónica es activada durante el arranque y aceleración. Los inyectores de combustible se basan en una inyección multipunto en la cual cada inyector está montado en el múltiple de admisión correspondiente a cada cilindro. Diagnósticos: El cerebro PCM monitorea la tasa de la actualización del ajuste de combustible y el factor de corrección para saber si el actuador de la entrega de combustible (y sus inyectores) están funcionando apropiadamente. Los DTCs van del 170 al 175.

Ilustración 30. Un actuador de suministro deseado de combustible.

5.15

INYECTOR DE COMBUSTIBLE – PRINCIPIO DE OPERACIÓN

Es común que los Inyectores individuales de combustible vayan en el múltiple de admisión cerca de la válvula de admisión. Cada inyector de combustible es un disparador activado mediante solenoide que se cierra para inhibir la entrega de combustible. Cuando se activa, una válvula se abre y una cantidad conocida de combustible es rociada hacia el aire que va fluyendo dentro del cilindro. La apertura de dicha válvula guarda relación con el tiempo de admisión del motor controlado por el cerebro PCM. El inyector de combustible consiste en una boquilla rociadora y un tirador operado por solenoide. Cuando el tirador es retirado de la boquilla rociadora, el combustible fluye a una tasa constante por la boquilla y hacia el chorro de aire que fluye por el múltiple de admisión. El tirador actúa como una válvula de encendido/apagado para inyección de combustible. La posición del tirador es controlada por un solenoide y un resorte. Cuando no hay corriente en el solenoide, el tirador es presionado contra el rociador mediante un resorte. El tirador es jalado o retirado fuera de la boquilla una vez que el solenoide está activo, causando el flujo de combustible a presión. El solenoide, el tirador y el rociador actúan como una válvula de conmutación eléctrica abierta o cerrada dependiendo de la corriente que lo controla. La tasa de flujo de combustible es regulada mediante la presión (de combustible) y la geometría del rociador. El volumen de combustible es proporcional al tiempo de válvula abierta. La corriente de control que opera los inyectores de combustible es un pulso de encendido/apagado y la tasa de la mezcla aire/combustible es proporcional a un ciclo conocido del tren de pulsos proveniente del controlador PCM. El ciclo establecido del pulso de corriente que energiza el solenoide y el monto de combustible son correlacionados periódicamente mediante el cerebro PCM mediante diagnósticos OBDII. Los códigos de falla van del 251 al 296.

Ilustración 31. Un inyector de combustible.

6 FUNCIONALIDAD DIAGNOSTICOS OBDII

DEL

CEREBRO

DEL

POWERTRAIN

(PCM)

LOS

El cerebro del powertrain (motor y transmisión) tiene las siguientes funciones de diagnósticos OBDII: -

Autodiagnóstico del microprocesador para asegurar la correcta operación del PCM y el almacenamiento de los diagnósticos OBDII en su memoria. 61

Diagnóstico a bordo en tiempo real para alertar al conductor iluminando el testigo (CHECK) en caso de falla. Funciones de control de powertrain para reducir las emisiones y cumplir con los requisitos OBDII durante la operación en circuito abierto en el arranque. Funciones de control de powertrain para reducir las emisiones y cumplir con los requisitos OBDII durante la operación en circuito cerrado (operación normal del vehículo).

6.1 AUTODIAGNÓSTICO DEL MICROPROCESADOR PARA ASEGURAR LA CORRECTA OPERACIÓN DEL CEREBRO PCM Y EL ALMACENAMIENTO DE LOS DATOS DE DIAGNÓSTICO La PCM realiza los siguientes autodiagnósticos: -

Verifica el checksum de la ROM (memoria de solo lectura) con relación a sus funciones y correcta versión. Pruebas de lectura / escritura de la memoria RAM para detectar anomalías en la memoria disponible. Ejecuta las funciones como procesador chequeando dispositivos periféricos como conversores analógico/digitales, temporizadores, y registros para asegurar que esté funcionando correctamente. Verifica que los datos almacenados no estén corruptos y que se encuentren dentro de límites razonables con respecto a la operación del vehículo.

Ilustración 32. Un cerebro del powertrain PCM (motor y transmisión).

6.2 DIAGNÓSTICO A BORDO EN TIEMPO REAL PARA ALERTAR AL CONDUCTOR ILUMINANDO LA LUZ (CHECK) Reuniendo y comparando los diagnósticos con las funciones de control del vehículo. Los diagnósticos están clasificados en niveles de prioridad del 1 al 8 o 9. Las pruebas de prioridad más alta son hechas cada milisegundo seguidas por las de prioridad siguiente cada 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 milisegundos y 1 segundo. Las pruebas de más alta prioridad son aquellas que afectan la seguridad y emisiones del vehículo en alto grado de acuerdo a las regulaciones OBDII. Estas incluyen el sensor de oxígeno (lambda sensor) y la verificación del checksum en el ajuste o compensación de combustible durante la operación de circuito cerrado del vehículo. La siguiente prioridad verifica las interrupciones y los cronómetros. La siguiente prioridad son para las pruebas de los sensores 62

incluyendo el sensor de oxígeno EGO, el sensor de velocidad RPM del motor, el flujómetro MAF, el sensor de posición del cigüeñal y el sensor del líquido refrigerante de motor. Las pruebas de prioridad siguiente son para las pruebas intrusivas del EGR, conversor catalítico, aire secundario, purga del contenedor (canister), actuador de pedal y temporizador de encendido. Las verificaciones de prioridad siguiente son para otras pruebas de autodiagnóstico periódicas. El cerebro PCM es interrumpido -mediante un administrador en tiempo real- durante las funciones normales de control del vehículo para atender las pruebas a bordo programadas. La PCM guarda el estado actual del vehículo y realiza los diagnósticos. Esto toma 100 microsegundos. Luego, la PCM retorna a las funciones normales de control del vehículo. Esto se repite para cada nivel de prioridad de diagnóstico. De ésta manera la PCM emplea del 15 al 40% de tiempo en diagnósticos y el resto para correr las funciones normales de control del vehículo. El método de probar cada componente depende de las características eléctricas y las de funciones que tiene el dispositivo para el vehículo. La PCM comprueba los límites bajos y altos para cada parámetro de prueba, verifica que sus valores estén dentro de determinado rango y prueba su de rendimiento. La PCM tiene capacidad para pruebas de hardware así poder detectar un corto circuito, circuito abierto o señal de nivel ruidoso; incluyendo la batería, la fuente de alimentación y cableado; para cada sensor, actuador y unidad de control relacionada con el control de emisiones. La PCM verifica cada sensor mediante sus valores de entrada o salida y comparándolos con valores deseados almacenados en su memoria de datos técnicos para sensores. La PCM también compara las señales de los componentes objeto de prueba con una combinación de la información provista por otros sensores para verificar la coherencia de valores. El nivel de ruido y el rendimiento de cada señal de cada componente también son objeto de verificación. Los actuadores son verificados de manera similar a los sensores; es decir, se chequea un corto circuito, circuito abierto y niveles de rango / rendimiento. El método de prueba incluye el cómputo de los valores de salida para un sensor usando parámetros diferentes de motor y comparándolos entre ellos con relación a si está coherente. Esto es llamado redundancia analítica. Luego, un actuador es activado de manera intrusiva y su salida es chequeada para compararla con valores deseados de una correcta operación. Si en cierto componente se diagnostican discrepancias con relación a los valores nominales, la información es almacenada en memoria con todos los datos relevantes que la soportan tales como la velocidad del motor, el sensor MAP, la temperatura del refrigerante de motor y otros. Esto es llamado cuadro congelado de datos porque proporciona el estado del vehículo para el instante de una falla. Esto permite que los problemas ocurrentes bajo ciertas condiciones puedan ser diagnosticados fácilmente. Si la falla ocurre solo una vez durante varios ciclos, entonces es eliminada. Si la falla persiste por dos ciclos consecutivamente, ésta no será eliminada hasta que el defecto sea reparado por un técnico. En caso de que los valores de un sensor estén fuera de rango, la PCM provee de un valor sustituto razonable correspondiente para determinada condición de operación del vehículo. La PCM informará al conductor iluminando el testigo (CHECK) en caso de haber un defecto y sin causar alarma por otros problemas menores. Todos los datos para un diagnóstico fuera de a bordo y para reparación, son almacenados en la memoria del cerebro para uso posterior. En caso de un defecto que afecte completamente el rendimiento del vehículo, la PCM tiene la capacidad como para conmutar el vehículo hacia un modo seguro de funcionalidades básicas de vehículo como para llegar al taller. La PCM se comunica con la herramienta de diagnóstico OBDII para proveer los datos de diagnóstico y los códigos de falla para todas las anomalías que experimenta el vehículo así facilitar al técnico para diagnósticos fuera de a bordo o reparación del vehículo. Al respecto, el OBDII provee un enlace de comunicación de datos mediante la SAEJ1850. La SAEJ2012 provee los formatos de mensaje para los códigos de falla y la SAEJ1979 provee los modos de prueba que requieren a la PCM los datos de diagnóstico del powertrain. 63

6.3

FUNCIONES OBDII

Estas incluyen el monitoreo del catalizador, el monitoreo de combustión incompleta o falta de chispa, el monitoreo del sistema de evaporación, el monitoreo del sistema de aire secundario, el monitoreo del sistema de combustible, el monitoreo del sensor de oxígeno, el monitoreo del sistema de recirculación de gases de escape, y el monitoreo comprensivo de componentes.

6.3.1 CATALIZADOR La PCM debe monitorear el funcionamiento de los catalizadores que reciben el gas de escape no tratado. Esto mediante el monitoreo del sensor de oxígeno antes del catalizador. Adicionalmente, la PCM deberá monitorear el sensor de oxígeno después del catalizador y comparar las señales de ambos sensores para verificar que los catalizadores estén funcionando apropiadamente. Un funcionamiento apropiado del catalizador muestra el efecto del almacenamiento de tal manera que las oscilaciones lambda del sensor de oxígeno después del catalizador sean mínimas o cero mientras que el sensor de oxígeno antes del catalizador está oscilando con una amplitud y frecuencia propia del ciclo límite rico/pobre de una mezcla aire/combustible.

6.3.2 DETECCIÓN DE COMBUSTIÓN INCOMPLETA La PCM deberá monitorear la falta de chispa o combustión incompleta del motor y deberá identificar el cilindro que está sufriendo falta de chispa o combustión incompleta. Si un cierto porcentaje de falta de chispa dentro de las 200 o 1000 revoluciones es detectado, un código de falla es generado por la PCM y el testigo (CHECK) es iluminado por la PCM. La detección de combustión incompleta o falta de chispa es crítica en cuanto a las emisiones.

6.3.3 SENSOR DE OXÍGENO El cerebro PCM deberá monitorear el voltaje de salida, la tasa de respuesta y otros parámetros que puedan afectar las emisiones debido al funcionamiento de los sensores de oxígeno para control de entrega combustible. El algoritmo incluye el monitoreo por corto circuito o desconexiones y el chequeo de su frecuencia de conmutación en circuito cerrado. Si es demasiado lento o demasiado rápido con respecto al límite de la frecuencia correspondiente a la proporción de la mezcla aire/combustible, entonces el sensor es considerado defectuoso. El cerebro PCM iluminará el testigo (CHECK) y generará los códigos de falla y datos de diagnóstico en la memoria. Los sensores auto-calentados son monitoreados con respecto a la corriente para el calentamiento, voltaje además de la temperatura del sensor.

6.3.4 SISTEMA DE EVAPORACIÓN El cerebro PCM deberá controlar el flujo en todo el sistema de evaporación. La PCM también deberá monitorear la emisión de vapores de hidrocarbonos a la atmosfera verificando la presión y el vacío de la válvula de purga, y la válvula del contenedor (canister), mediante operaciones de purga tipo intrusivas. El algoritmo es bastante complicado. 64

En marcha lenta o ralentí, la válvula de purga es activada y el sensor lambda es monitoreado en su reacción la cual deberá indicar valores o lecturas –ricas- (voltaje alto como 900 mV). Para la detección de fugas en el sistema de evaporación, la válvula del contenedor (latón canister) es cerrada y la presión del contenedor es disminuida hasta cerca de -1.5 KPa. Luego, todo el sistema se desactiva y el contenedor es monitoreado respecto al tiempo. El gradiente de presión y otros parámetros como la cantidad de combustible pueden implicar una fuga. Si la sospecha de fuga persiste por dos ciclos de conducción consecutivos, el testigo (CHECK) es iluminado.

6.3.5 SISTEMA DE AIRE DE SECUNDARIO La PCM deberá monitorear el sistema de entrega de aire secundario y el funcionamiento apropiado de sus válvulas de conmutación de aire. El algoritmo consiste en monitorear el sensor lambda con respecto a desviaciones correlacionadas cuando el flujo de aire secundario es cambiado del múltiple de gases de escape hacia la cámara del catalizador o hacia el purificador externo de aire.

6.3.6 SISTEMA DE COMBUSTIBLE La PCM deberá monitorear el sistema de entrega de combustible. El algoritmo monitoreará las desviaciones de la proporción estequiométrica la cual deberá ser constante por largo tiempo hasta ser almacenada dentro del controlador de adaptación de mezcla que guarda el aprendizaje del ajuste y compensación de combustible para corto y largo plazo. Si estos valores exceden límites definidos, los componentes del sistema de combustible son considerados defectuosos; lo cual conllevará a iluminar el testigo (CHECK) y el almacenamiento de un código de falla en memoria.

6.3.7 SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE EGR El cerebro PCM deberá monitorear el funcionamiento del sistema EGR para tasas bajas y altas de flujo. El algoritmo es complicado: En sobrecarga, el suministro de combustible es suspendido y la válvula EGR es abierta completamente. El flujo del gas de escape hacia el múltiple de admisión incrementa la presión en el múltiple la cual es registrada. También, se monitorea el incremento de la temperatura del aire de entrada al múltiple cuando dicha válvula está abierta.

6.4 FUNCIONES DEL CEREBRO DEL POWERTRAIN PARA REDUCIR LAS EMISIONES Y CUMPLIR LAS REGULACIONES OBDII DURANTE LA OPERACIÓN DE CIRCUITO ABIERTO EN EL ARRANQUE La función primaria del PCM es controlar la operación del powertrain durante el arranque y durante las condiciones del calentamiento del motor. En ambas condiciones la función primaria del PCM es mantener la relación aire/combustible cerca o en la estequiometría deseada. El control de circuito abierto por parte de la PCM se da durante el encendido del vehículo cuando el sistema electrónico de control de combustible no está controlado por el sensor de oxígeno lambda debido a su baja temperatura (por debajo de los 300 grados centígrados). Durante estas condiciones, la PCM controla el sistema de combustible para mantener la estequiometría usando los valores de los sensores MAP, RPM del motor,

recirculación de gases de escape EGR y el sensor de temperatura del líquido refrigerante de motor en vez del sensor oxígeno. La PCM obtiene el flujo de masa de aire del flujómetro MAF y la masa de combustible requerida para mantener la razón aire/combustible en la estequiometría deseada (14.7); todo esto a partir de unas tablas de referencia almacenadas en la memoria. Las variables de entrada para el uso de dichas tablas son los valores MAP, RPM del motor, temperatura del refrigerante de motor y recirculación de gases de escape EGR; todas las cuales están listas para ser calculadas o disponibles en tablas de referencia. El valor del producto de la densidad de velocidad ∗ /

∗

está dado por:

∗

, donde Ma es la masa de aire y Ra es el volumen del aire de entrada a temperatura T.

(2) (3)

Existen tablas para da, la densidad de aire conocido versus temperatura. El desplazamiento del motor y la eficiencia volumétrica son parámetros de diseño del motor los cuales son constantes. Existen tablas de referencia cuyas entradas: RPM del motor, MAP, T y EGR, permiten conocer el flujo de masa de aire el cuál es el producto ∗ . A su vez esto es usado como entrada para otra tabla de referencia que brinda el ciclo establecido para el inyector de combustible el cual suministra el combustible requerido para mantener la mezcla de aire/combustible en estequiometría. Todas estas consultas de tablas son realizadas por la PCM para cumplir con las regulaciones OBDII exigidas por la CARB y la EPA con relación al control de emisiones.

6.5 FUNCIONES DEL CEREBRO DEL POWERTRAIN PARA REDUCIR LAS EMISIONES Y CUMPLIR LAS REGULACIONES OBDII EN CONTROL DE CIRCUITO CERRADO DURANTE LA OPERACIÓN NORMAL DEL VEHICULO El modo de circuito cerrado es elegido por la PCM cuando el sensor lambda ha alcanzado una temperatura mayor que 300 grados centígrados. La tasa de la mezcla de entrada aire/combustible es controlada en circuito cerrado mediante los sensores de oxígeno en el múltiple del escape y alterando la tasa del flujo de combustible de entrada con el inyector de combustible para corregir un indicio de mezcla rica o pobre. La PCM constantemente ajusta la señal de salida hacia el inyector de combustible para mantener la estequiometría modificando su ciclo de trabajo. Las variaciones en el motor RPM son corregidas reduciendo la frecuencia y tasa del ciclo de trabajo cuando los RPM varían o disminuyen. El flujo de combustible es mejorado usando la corrección de ajuste de combustible mediante un esquema de actualización de la compensación a corto y largo plazo de combustible para estabilizar el rendimiento del motor durante el tiempo.

6.5.1 ENRIQUECIMIENTO EN LA ACELERACIÓN Cuando una ardua carga es demandada (al motor) por parte del conductor, la PCM ajusta el control de combustible para proveer una mezcla de aire/combustible y maximizar el torque desatendiendo el control con relación a las emisiones. Esto se da por corto tiempo y es aprobado por la EPA. La PCM realiza esto detectando el ángulo en el sensor del estrangulador por medio del voltaje o bien mediante un valor alto proveniente del sensor MAP. En caso de una gran abertura del estrangulador WOT (Wide Open Throttle), la PCM incrementa el ciclo del inyector de combustible a un valor máximo permitido que causa una razón aire/combustible tan baja como 12:1. 66

6.5.2 EMPOBRECIMIENTO EN DECELERACIÓN Y CONTROL DE VELOCIDAD EN MARCHA LENTA O RALENTÍ Cuando el conductor decelera el vehículo bruscamente, la PCM reduce el torque del motor suspendiendo el suministro de combustible y el inyector de combustible es desactivado o su ciclo es reducido drásticamente. Un algoritmo típico para la inyección de combustible para un valor deseado de una tasa de estequiometría Aire/Combustible está dado por:

(4)

El factor de corrección en circuito cerrado es el valor aprendido durante la compensación o ajuste combustible. Para un control de circuito abierto, el factor de corrección de circuito cerrado es cero. Para una operación de circuito cerrado, el factor de corrección C está dado por: ∗

∗

(5)

Donde A y B son constantes, I es la parte entera y F es la parte fraccional del factor de corrección. I y F son conocidas a partir del ajuste de combustible y el sensor de oxígeno. Cuando el sensor de oxígeno indica mezcla rica, el valor de ajuste de combustible I es reducido en 1, e incrementado en 1 para mezcla pobre. El ancho de pulso base del inyector de combustible es proporcional al flujo de masa de aire dado por: ∗ Donde K es determinada por la PCM dependiendo del modo de control de combustible. Para una operación normal de circuito cerrado, K corresponde a la estequiometría de la mezcla aire/combustible. Para un arranque en frío, K corresponde a una relación aire/combustible de 12:1. Para una deceleración, K es cero. El flujo de masa de aire es calculado por la PCM como fue descrito anteriormente.

6.5.3 CONTROL EN VELOCIDAD DE MARCHA LENTA O RALENTÍ Cuando el ángulo del estrangulador alcanza su posición cerrada y los RPM del motor caen por debajo de un valor preestablecido como 600, la PCM conmuta a modo de control de marcha lenta o ralentí. La PCM controla la válvula perno pivote del control de aire en ralentí, para permitir al aire fluir hacia el múltiple de admisión omitiendo el estrangulador cerrado para prevenir que el motor explosione debido a falta de torque. La válvula perno pivote es operada por un motor de a paso que acciona la válvula perno pivote desde su posición cerrada (asiento) para abrir el bypass que permite el flujo de un monto limitado de aire hacia el múltiple de admisión. La velocidad de ralentí es detectada por el sensor RPM cuando indica un valor bajo, que el vehículo está estacionario o que el estrangulador está cerrado. La PCM ajusta la válvula perno pivote para mantener los RPM entre 600 a 700 RPM. Y está completamente cerrada cuando el motor ya no está en ralentí o marcha lenta.

6.5.4 CONTROL DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE En ardua carga para el motor (gran apertura del estrangulador) y altas revoluciones por minuto RPM, y para una elevada temperatura de líquido refrigerante del motor, la temperatura de la combustión del cilindro llega a más de 1650 grados centígrados lo cual causa que las emisiones de NOx se incrementen más allá de los límites del OBDII. 67

Por esta razón, la PCM recircula una pequeña porción de los gases de escape hacia el múltiple de admisión. Esto tiene el efecto de reducir el contenido de oxígeno sin reducir la masa del gas procesado. La combustión imparte energía a los gases inertes contenidos en el escape así como también a la carga de aire. El efecto neto es conservar lo más que se pueda el poder del motor mientras se reduce la temperatura de la llama para parte de la carga aplicada al motor así disminuyendo la generación de NOx. La PCM controla la válvula EGR dependiendo del ángulo del estrangulador, los RPM del motor y la temperatura del líquido refrigerante de motor. El EGR es completamente cerrado durante el arranque en frío y durante el encendido del motor. El ciclo de trabajo de la válvula EGR es obtenido de una tabla predefinida de referencia. La señal del EGR puede controlar la apertura de válvula la cual es detectada por un sensor de posición de válvula o bien el cerebro PCM puede medir el gas de escape de la misma manera en la que el PCM mide el combustible en un inyector de combustible. La PCM usa un sensor similar al sensor de posición del estrangulador para determinar la cantidad de EGR que pasa por la entrada de aire durante la operación de circuito abierto; esto, para calcular la proporción aire/combustible cuando la estequiometria no esté en su correcta proporción. Este sensor proporciona una señal eléctrica proporcional a la apertura de la válvula EGR y que puede ser usada para calcular la cantidad EGR a partir de la información del ciclo de trabajo de la válvula.

6.5.5 ADMINISTRACIÓN DEL AIRE SECUNDARIO La PCM controla la operación del powertrain durante el calentamiento del motor obteniendo el tiempo para dicho calentamiento de una tabla de referencia basada en la temperatura del líquido refrigerante de motor. Durante el calentado del motor la proporción aire/combustible sigue tan rica como durante el arrancado del motor cuando el motor está frío. La PCM controla las funciones powertrain para modo de circuito abierto y usa la administración del aire secundario para proveer de temperatura al convertidor catalítico así como al sensor de oxígeno; todo, para entrar en circuito cerrado lo antes posible y para que la emisiones sean mínimas según los requisitos OBDII. La PCM provee de aire adicional rico en oxígeno al catalizador o al múltiple de gases de escape. La temperatura del catalizador deberá estar por encima de los 200 grados centígrados para oxidar eficientemente el HC y CO y reducir los NOx a N2. Durante el calentado cuando el convertidor catalítico es frío, los HC y CO son oxidados en el múltiple de gases de escape. Esto crea un calor adicional para acelerar el calentamiento del catalizador y el sensor de oxígeno, permitiendo a la PCM entrar en control de circuito cerrado. El conversor puede ser dañado si mucho calor es aplicado hacia él. Esto puede ocurrir si grandes cantidades de HC y CO son oxidadas en el múltiple de gases de escape durante arduas cargas debido al enriquecimiento del combustible o durante una deceleración severa. En tales casos, la PCM dirige el aire secundario hacia el purificador de aire lo cual no tiene efecto en la temperatura de gases de escape. Después del calentado, el principal uso del aire secundario es proveer aire rico en oxígeno a la segunda cámara del catalizador de tres vías de un conversor catalítico de dos cámaras. En un conversor de dos cámaras, la primera cámara contiene rodio y platino para reducir los NOx y oxidar los HC y CO. La segunda cámara contiene solo platino y paladio. El oxígeno adicional proveniente del aire secundario mejora la habilidad del conversor para oxidar el HC y CO en su segunda cámara. La PCM controla el aire secundario usando dos válvulas solenoides similar a la EGR. La primera válvula solenoide conmuta el flujo de aire hacia el purificador de aire o hacia el sistema de escape. La segunda válvula solenoide conmuta el flujo de aire hacia la cámara de gases de escape o hacia el conversor catalítico. La PCM controla el flujo de aire dependiendo de la temperatura del líquido refrigerante del motor y la proporción aire/combustible la cual en este modo no está en proporción estequiométrica porque se está en control de circuito abierto. 68

6.6

AJUSTE AUTOMATICO DEL SISTEMA

La PCM durante el modo de circuito cerrado verifica las proporciones aire/combustible de circuito abierto y las compara con los valores promedio límite de circuito cerrado para emisiones al mínimo. Si la diferencia es muy grande, la PCM corrige los valores de circuito abierto en sus tablas referenciales de tal manera que los valores en circuito cerrado estén muy cerca de los valores de circuito abierto. Esta tabla referencial actualizada es almacenada en una memoria RAM no volátil. Cuando el motor es encendido la siguiente vez, la PCM usa los nuevos valores referenciales que están muy cercanos a la proporción estequiométrica. Esta característica es importante ya que habilita a la PCM a ajustarse a los cambios a largo plazo en el motor y a las condiciones del sistema de combustible debido al envejecimiento y uso. Esto es similar al algoritmo de compensación de combustible para el control de la inyección de combustible. Hasta aquí todas las funciones de control del cerebro PCM en cuanto a la reducción de emisiones para cumplir con los requisitos OBDII.