Mecanica

DISEÑO DE UN SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA A GASOLINA EN AUTOMÓVILES TIPO SEDAN

ALEX ADRIAN MEZU ZAMORA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SANTIAGO DE CALI 2009

DISEÑO DE UN SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA A GASOLINA ENAUTOMÓVILES TIPO SEDAN

ALEX ADRIAN MEZU ZAMORA

Trabajo de grado para optar al título de ingeniero electrónico

Director CESAR MARINO ROJAS Ingeniero Electrónico

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SANTIAGO DE CALI 2009

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Nota de aceptación: Aprobado por el comité de grado encumplimiento de los requerimientos exigidos por la universidad autónoma de occidente para optar el titulo de ingeniero electrónico.

JOSÉ FERNANDO PÉREZ VILLA Jurado

JONNY POSADA CONTRERAS Jurado

Santiago de Cali, Agosto 4 de 2009

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CONTENIDO

Pág. RESUMEN

INTRODUCCIÓN

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

ALCANCES Y LIMITACIONES

OBJETIVOS

ANTECEDENTES

METODOLOGÍA

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1. SISTEMADE MONITOREO Y CONTROL 1.1. DESCRIPCIÓN 1.2. DESARROLLO 1.3. NECESIDADES 1.4. ESPECIFICACIONES 1.5. DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL 1.6. DIAGRAMA FUNCIONAL

22 22 22 22 23 23 24

2. MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 2.1. EL CICLO OTTO DE CUATRO TIEMPOS

26 26

4

2.2. INYECCIÓN ELECTRÓNICA 2.3. MODULO ECM

28 29

3. COMPONENTES DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 3.1. CIGÜEÑAL 3.2. CASQUETES 3.3.CARTER 3.4. PISTÓN 3.5. BLOQUE 3.6. CILINDRO

30 30 30 31 32 32 33

4. TEMPERATURA DE TRABAJO EN EL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 4.1. LIQUIDO REFRIGERANTE 4.1.1. Características del líquido refrigerante

34 34 34

5. PRESIÓN DE ACEITE EN EL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA 5.1. CARACTERÍSTICAS DE UN BUEN LUBRICANTE

36 36

6. COMPONENTES DEL SISTEMA DE MINITOREO Y CONTROL 6.1.MICROCONTROLADOR 6.2. REGULADOR DE VOLTAJE 6.3. TECLADO MATRICIAL Y DECODIFICADOR 6.4. DS1302 6.5. PANTALLA LCD 6.6. RELÉ 6.7. DIODO LED 6.8. BUZZER

37 37 38 39 40 40 41 42 42

5

6.9. CIRCUITO INTEGRADO 74123

42

7. SENSÓRICA 7.1. SENSOR ECT 7.2. SENSOR PRESOSTATO 7.3. SENSOR CKP 7.4. PRUEBAS 7.4.1. Procedimientos para medición de sensores 7.4.2. Resultados 7.4.3. Análisis de resultados y obtenciónde ecuaciones para los sensores de temperatura. 8. SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL 8.1. CONSIDERACIONES INICIALES 8.2. REQUERIMIENTOS PARA EL DISEÑO DEL SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL. 8.2.1. Alimentación eléctrica 8.2.2. Acondicionamiento de señales 8.2.3. Digitalización 8.2.4. Actuadores 8.2.5. Alarmas 8.2.6. Visualización 8.2.7. Batería de respaldo

44 44 45 46 48 48 51 53

58 58 58

5959 60 60 61 61 61

9. DISEÑO DE LA ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES 9.1. REQUERIMIENTOS Y TRATAMIENTO DE SEÑALES DE SENSORES 9.1.1. Sensor CKP 9.1.2. Sensor ECT

62 62 63 67

6

9.1.3. Sensor PRESOSTATO 9.2. DISEÑO DE LA ETAPA DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA 9.2.1. Diseño 9.3. DISEÑO DE LA ETAPA DE DIGITALIZACIÓN 9.4. DISEÑO DE LA ETAPA DE ACTUADORES 9.5. DISEÑO DE LA ETAPA DE ALARMAS 9.6.DISEÑO DE LA ETAPA DE VISUALIZACIÓN

67 67 67 71 72 72 73

10. DIAGRAMA CIRCUITAL DEL SISTEMA DE MONITOREO Y CONTROL 10.1. DIAGRAMA DE FLUJO

74 74

11. PRESUPUESTO

78

12. CONCLUSIONES

81

13. RECOMENDACIONES

82

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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ANEXOS

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7

LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Diagrama de bloques del sistema de monitoreo y control Figura 2.Cajanegra del sistema Figura 3. Descomposición funcional Figura 4. Los cuatro tiempos en un motor de combustión Figura 5. Ciclo Otto Relación presión contra volumen Figura 6. Esquema de la inyección electrónica de combustible Figura 7. Modulo ECM Figura 8. Cigüeñal Figura 9. Casquetes Figura 10. Carter Figura 11. Pistón Figura 12. Bloque Figura 13. Cilindro Figura 14. Componentes del sistema de...