Libro Del Estudiante Modificado SENSORES ESP

1Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar CATERPILLAR CÓDIGO DEL CURSO DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DE EQUIPOS CATERPILLAR Nombre del Estudiante: __________________________________ 2 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar INDICE DE CONTENIDOS Página PLAN DEL CURSO 04 NORMAS DE SEGURIDAD 06 DESCRIPCIÓN DEL CURSO 07 MODULO I: Objetivos del módulo 07 Señales electrónicas 07 Corriente Alterna 09 Formas de modular la Señal 10 Dispositivos o fuentes de entrada 12 Interruptores o switch 12 Diagnóstico en entradas tipo Switch (voltaje de referencia) 15 Sender o Emisores 18 Sensores 21 MODULO II: Objetivos del módulo 46 Dispositivos de salida 46 Solenoides y válvulas proporcionales 47 Relé o Relay 52 Indicadores de Alerta 54 MODULO III: Objetivos del Módulo 55 Códigos de Diagnóstico 55 Definición de los códigos de diagnóstico 62 MODULO IV: Módulos de Control Electrónico 67 Objetivos del módulo 67 Descripción de los tipos de ECM 69 Comunicación 76 Hardware y Software 77 El Módulo de Personalidad 78 Estructura Interna de Un ECM 79 Eventos Registrados. 80 3 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Dispositivos Electrónicos de Equipos Caterpillar. Código: CME0080 Duración del Curso: 24 hrs. (3 días) Participantes: 20 QUIENES DEBEN PARTICIPAR Supervisores, Ingenieros, Técnicos y Mecánicos de mantención de equipos. Al terminar el curso, el participante será capaz de:  Identificar los diferentes componentes, dispositivos de control y/o monitoreo electrónico, utilizados en los equipos Caterpillar.  Identificar, diagnosticar y analizar fallas relacionadas a los sistemas controlados por módulos electrónicos. El alumno deberá tener conocimiento básico en los siguientes temas:  Electricidad Básica  Mecánica de motores  Interpretación de planos eléctricos  Manejo de programas computacionales en ambiente de Windows Se deberá disponer de las siguientes herramientas:  Laptop con programa ET y acceso a SIS  Multitester Fluke 87 o equivalente  Adaptador de Comunicaciones II N/P 171-4400  Sensores  Solenoides  Fuente de Poder  ECM NOMBRE DE CURSO PARTICIPANTES HABILIDADES PRE-REQUISITOS HERRAMIENTAS 4 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar PLAN DEL CURSO Introducción Aplicar las normas de seguridad Módulo I Laboratorio 1 Módulo II Laboratorio 2 Modulo III Laboratorio 3 Módulo IV Laboratorio 4 Prueba Final escrita LUNES MARTES MIERCOLES 5 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar LITERATURA - Libro de consulta del estudiante - Libro del estudiante con laboratorios SOFTWARE - Electronic Technician (ET) - SIS Web/DVD - CBT (Component Based Troubleshooting) 6 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar NORMAS DE SEGURIDAD Durante los laboratorios 1. Asegúrese de haber tomado todas las medidas necesarias para evitar un Shock Eléctrico: A. Armar los circuitos con la fuente de alimentación desconectada. B. Alimentar los dispositivos de entrada y salida con el voltaje correspondiente de acuerdo al Manual de Servicio. En las máquinas 1. Instale siempre el candado Lock-out antes de comenzar a trabajar en el equipo. 2. Instale las trabas de seguridad como: de dirección en los cargadores, de la tolva en los camiones, etc. 3. Antes de comenzar las pruebas con la máquina asegúrese que: A. Las baterías estén bien cargadas. B. Realice el “walk around” para asegurarse de que no se han removido componentes importantes del equipo; así mismo si se han quitado tapas, uniones, etc., al igual que las herramientas, estén en un lugar seguro (donde no se caigan y puedan golpear a una persona). 4. Al terminar los laboratorios las maquinas deben quedar como se encontraron. Normalmente utilizamos maquinas nuevas que luego serán enviadas a nuestros clientes y cualquier falla o falta de componentes en la maquina será un problema para ellos. 7 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Este curso puede ser realizado tanto en Sucursales como Contratos. Comprende cuatro módulos, los que están divididos en dos etapas: teoría y práctica. Los laboratorios serán evaluados mediante test prácticos y test escrito al final del curso. En la primera fase los participantes podrán familiarizarse con los diferentes tipos de dispositivos de entrada (sensores y switch), como así también, podrán adquirir destreza en las mediciones para el diagnóstico de estos componentes, y su aplicación en los equipos Caterpillar. En la segunda fase los participantes conocerán los diferentes tipos de dispositivos de salida o actuadores (solenoides, relay, lámparas indicadoras y alarmas) y podrán realizar mediciones para comprobar el correcto funcionamiento de estos componentes y su aplicación en los equipos Caterpillar. En la tercera y cuarta fase los participantes aprenderán interpretar la información contenida en referencia a los códigos de diagnóstico, como así también a solucionar problemas relacionados. Además, podrán diferenciar los distintos tipos de módulos electrónicos, así como su programación y configuración dependiendo de la aplicación a que corresponda. Al final de este módulo los participantes estarán capacitados para establecer la diferencia entre los diferentes tipos de switch y sensores, explicar su funcionamiento y realizar las mediciones para diagnosticar el estado en el que se encuentran. Los circuitos electrónicos procesan una señal de alguna forma. La señal puede ser tan simple como el pulso eléctrico creado por el cierre de los contactos de un interruptor, o compleja como una señal digital que evalúa el nivel de un fluido. Las señales pueden dividirse en dos grandes grupos: Las que cambian y las que permanecen constantes (no cambian) Por ejemplo, una señal que no cambia, es aquella en que el flujo de corriente permanece en una misma dirección (Corriente Directa “DC”); A diferencia de lo anterior, en una señal que cambia, el flujo de corriente fluye en una dirección y luego cambia y fluye en la dirección contraria (Corriente Alterna “AC”). DESCRIPCIÓN DEL CURSO MÓDULO I OBJETIVOS DE MÓDULO SEÑALES ELECTRÓNICAS 8 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Una señal DC, puede ser voltaje o corriente suministrado desde una fuente (Batería), o simplemente, un nivel DC, como la representación de algún otro parámetro, por ejemplo una termocupla es una fuente que regula un voltaje de corriente continua en proporción a su temperatura. Una fotocelda produce un voltaje en proporción a su intensidad luminosa. La característica básica del voltaje DC, es que tiene polaridad fija y el flujo de corriente es sólo en una dirección a través del circuito. Los siguientes ejemplos son usados para visualmente demostrar 4 diferentes tipos de señales de corriente directa DC. (A y B) Señal fija positiva y negativa Una Batería simple con polaridad de Positivo a Negativo en el caso de la figura (A) y con polaridad invertida en el caso del ejemplo (B). (C) Este ejemplo podría ser una corriente que está siendo controlada por un resistor variable. (D) Este ejemplo es una señal de voltaje que es controlada por un interruptor que la activa y la desactiva. 1 9 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En la figura se observa una señal o forma de onda del tipo senosoidal, que corresponde a una corriente o voltaje de tipo alterno. La corriente Alterna es un flujo de electrones que al ser representado gráficamente a través de una señal senosoidal, comienza en cero, se incrementa al máximo en un sentido, y entoces disminuye a cero, invierte su sentido y llega al maximo en sentido opuesto para volver nuevamente a cero. La razón de cambio de esta alternacia se llama Frecuencia y su unidad de medida es el Hertz. (1 Hertz corresponde a 1 ciclo que sucede en un segundo). Por ejemplo, en el consumo domiciliario, la corriente alterna tiene una alternacia de ciclo o frecuencia de 50 a 60 Hertz, es decir 50 a 60 ciclos se suceden en 1 segundo. Las ondas senosoidales pueden representar una Corriente Alterna, una señal de radio, un tono de audio o una señal de vibración de alguna fuente mecánica. Las ondas senosoidales pueden ser producidas por alguna fuente electromecánica (generadores) o bien por un circuito electrónico llamado oscilador. La Señal Electrónica representa el parámetro que mide. La señal puede ser modulada de tres formas distintas. NOTA: Se entiende por modulación a la técnica o proceso que se utiliza para trasportar la información de la señal. El objetivo de modular una señal, es el de tener control sobre la misma, ejm: Modulación de Amplitud (AM), Modulación de Frecuencia (FM). CORRIENTE ALTERNA 10 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar  Modulación Analógica, que representa el parámetro como nivel de Voltaje.  Modulación de frecuencia, que representa el parámetro como un nivel de frecuencia (Visto con la señal de una onda senosoidal).  Modulación de ancho de pulso (PWM), que corresponde a una señal digital que representa el parámetro como porcentaje de ciclo de tra bajo. Una señal análoga es una que varía en un amplio rango de valores, suave y constantemente en el tiempo. La imagen anterior muestra un trazo de señal análoga de un sensor de presión. Este tipo de señal electrónica es proporcional a la presión sensada en el sistema. Si la presión del sitema se incremente, la resistencia de la fuente de sensado cambia. El cambio en la resistencia será tambien sensado por el ECM en donde la entrada de la señal es sensada. FORMAS DE MODULAR LA SEÑAL SEÑAL ANALÓGICA 11 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Las Señales Digitales son usualmente asociadas con controles electrónicos computarizados. Poseen dos distintos niveles, como por ejemplo 0 o 10 Volt, o más simplemente, dos estados: Alto o Bajo (1 ó 0). En los productos Caterpillar, un sensor de posición es un buen ejemplo de una fuente que produce una señal digital. Una señal PWM, es producida por un sensor. Un oscilador interno en el sensor produce una frecuencia constante de salida del sensor. El ciclo de trabajo (Porcentaje de tiempo “on” versus porcentaje de tiempo “off”) de la señal, varía como varía la condición sensada (Posición rotatoria). La salida del sensor es enviada al ECM en donde esta señal es procesada. SEÑAL DIGITAL MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO 12 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los dispositivos de entrada, son usados para el monitoreo de la información asociada a los sistemas de la máquina. Los dispositivos de entrada convierten parámetros físicos como velocidad, temperatura, presión, posición, flujo o nivel en una señal electrónica. Los sistemas de control electrónico, usan esta señal electrónica (información de entrada) para el monitoreo de los componentes y para originar señales de salida apropiadas. Diferentes tipos de Dispositivos de entrada proveen información de entrada a los módulos de control ECM, estos son interruptores, emisores y sensores. Los interruptores poseen múltiples aplicaciones para control, como por ejemplo nivel, flujo o presión. Los interruptores poseen en su interior dos contactos, que pueden estar normalmente abiertos o cerrados, dependiendo de la construcción mecánica y de la necesidad de cada caso. Algunos ejemplos se detallan a continuación. DISPOSITIVOS O FUENTES DE ENTRADA INTERRUPTORES O SWITCHES 13 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Este switch, es una fuente del tipo resistivo, que es utilizado para sensar la temperatura del fluido. La resistencia de salida varía con la temperatura disminuyendo con el aumento de la temperatura. Los contactos del Switch son normalmente cerrados. Cuando el motor está en funcionamiento y la temperatura del aceite de los frenos está dentro del rango normal, los contactos permanecen cerrados completando el circuito a tierra. En este Switch, los contactos son normalmente abiertos. Cuando el motor se pone en funcionamiento y la presión del aceite está dentro de lo especificado, los contactos se cierran completando el circuito a tierra. SWITCH DE TEMPERATURA DE ACEITE DE FRENOS SWITCH DE PRESIÓN DE ACEITE DE FRENOS 3 2 14 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El Switch de flujo de refrigerante es un switch tipo paleta y está normalmente abierto (al no existir flujo de refrigerante). Este Switch electrónico utilizado para monitoriar el nivel del refrigerante del motor, opera en forma distinta al resto de switchs vistos anteriormente. Requiere para trabajar una alimentación de +8VDC proveniente del módulo de control electrónico. Durante la operación normal, el nivel de refrigerante está alrededor de la manga de plástico del switch. El switch (internamente) entrega un circuito de señal a tierra al ECM. Es importante que la manga plástica permanezca intacta para la correcta operación del Switch. El voltaje medido en el cable de señal con el sistema energizado y el nivel de refrigerante alrededor de la manga de plástico del switch, debe ser menor a 1VDC. Esto indicará que el switch está trabajando correctamente. SWITCH DE FLUJO DE REFRIGERANTE SWITCH DE NIVEL DE REFRIGERANTE DE MOTOR 5 4 15 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los Switch activados por el operador envían una señal al ECM cuando el operador lo requiere. El Switch se abre o cierra y envía una señal para que el ECM realice una acción. En este caso el switch del freno de parqueo, envía una señal al ECM cuando es activado por el Operador, El ECM procesa la información y envía una señal de salida para enganchar el freno de parqueo. Para diagnosticar, localizar y solucionar efectivamente problemas de los interruptores y de las entradas de los interruptores, es importante entender los principios de operación de la entrada del interruptor en un sistema de control electrónico. La figura siguiente muestra un ejemplo típico de una entrada tipo interruptor. SWITCH ACCIONADOS POR EL OPERADOR DIAGNÓSTICO EN ENTRADAS TIPO SWITCH (VOLTAJE DE REFERENCIA) 6 7 16 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El ECM usa un voltaje regulado internamente, llamado voltaje de referencia. El valor del voltaje varía y puede ser de +5 voltios, +8 voltios o +12 voltios. Aun cuando el valor es diferente en algunos controles, el proceso es el mismo. El voltaje de referencia se conecta al cable de señal a través de un resistor (típicamente, de 2 Kohms). El circuito sensor de señal en el control se conecta eléctricamente en paralelo con la resistencia del dispositivo de entrada. El análisis del circuito eléctrico básico muestra que el circuito sensor de señal dentro del control detecta la caída de voltaje a través del dispositivo de entrada. La figura de arriba muestra un diagrama de bloques de un interruptor conectado a un cable del dispositivo de entrada. Cuando el interruptor está en la posición abierta, la resistencia del cable de entrada del interruptor a tierra es infinita. El circuito básico se asemeja a un divisor de voltaje. La resistencia a través del interruptor es tan grande que el voltaje de referencia de +5 voltios puede medirse a través del interruptor. Como el circuito sensor de señal dentro del ECM está en paralelo con el interruptor, también detecta los +5V. El ECM puede determinar que el interruptor o el cable de entrada del interruptor se encuentran en posición abierta. DIAGNÓSTICO EN ENTRADAS TIPO SWITCH (VOLTAJE DE REFERENCIA) 8 17 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura muestra el mismo circuito con el interruptor en la posición cerrada. Cuando el interruptor está en la posición cerrada, la resistencia del cable de señal a tierra es muy baja (cerca de cero ohmios). El circuito básico divisor de voltaje, ahora, cambió de valor. La resistencia del resistor en el control es significativamente mayor que la resistencia del interruptor cerrado. La resistencia a través del resistor es tan grande que el voltaje de referencia de +5 V se puede medir a través del resistor. La caída de voltaje a través del interruptor cerrado prácticamente es +0 V. El circuito de detección de señal interna del ECM también detecta los +0 V, por estar en paralelo con el interruptor. El ECM puede determinar que el interruptor o el cable de entrada del interruptor está cerrado o con corto a tierra. El voltaje de referencia se usa para asegurarse de que el punto de referencia interno del control del circuito digital es de +0 V o +5 V (digital bajo o alto). Como el ECM provee un voltaje de referencia, cualquier caída de voltaje que ocurra en el mazo de cables debido a conexiones en mal estado o de la longitud del cable no afecta la señal del nivel “alto” en la referencia del ECM. La caída de voltaje del mazo de cables puede dar como resultado que el voltaje medido en el interruptor sea menor que +5 V. Como el control usa voltaje de referencia, el sensor no tiene que ser la fuente de corriente necesaria para impulsar la señal a través de la longitud del mazo de cables. DIAGNÓSTICO EN ENTRADAS TIPO SWITCH (VOLTAJE DE REFERENCIA) 9 18 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En los sistemas de control electrónico se usan diferentes tipos de emisores para proveer entradas al ECM o al procesador del sistema monitor. Los dos emisores más usados son emisores de 0 a 240 Ohmios y de 70 a 800 ohmios. Miden un valor de resistencia del sistema específico que corresponde a una condición del sistema. El nivel de combustible es un sistema típico en el que se usa este tipo de emisor. La resistencia de salida se mide en el ECM o en el procesador del sistema monitor y el valor corresponde a la profundidad del combustible en el tanque. El ECM o procesador del sistema monitor calcula la resistencia y el sistema monitor muestra la salida del medidor. SENDER O EMISORES EMISORES DE 0 A 240 OHMIOS 19 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En la figura se muestra un emisor de 0 a 240 Ohmios, usado para medir el nivel de combustible. Este componente consiste en una resistencia variable o reóstato, cuyo cursor es accionado por un brazo que a su extremo tiene un flotador. Al cambiar de posición el flotador de acuerdo a los cambios de nivel del líquido se mueve el cursor, variando la resistencia. Esta variación es reflejada en un instrumento o en algún tipo de modulo electrónico de los sistemas monitor. EMISOR DE 0 A 240 OHMIOS 10 20 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar EMISORES DE 70 A 800 OHMIOS Miden un valor de resistencia del sistema específico que corresponde a una condición del sistema. Un sistema típico en que se usa este tipo de emisor es el de temperatura. La resistencia de salida se mide en el ECM o en el procesador del sistema monitor y el valor corresponde a la temperatura del fluido (aceite, refrigerante) que se está midiendo. El ECM o procesador del sistema monitor calcula la resistencia y el sistema monitor muestra la salida en un medidor o indicador de alerta. Estos componentes tienen en su interior una resistencia llamada termistor, estas pueden ser de coeficiente positivo o negativo, es decir la resistencia aumenta o disminuye por efecto de los cambios de temperatura. Esta variación de resistencia incide directamente en la corriente que circula por el circuito, la que puede ser aprovechada para mover la aguja de un instrumento, o accionar una alarma. EMISORES DE 70 A 800 OHMIOS 11 21 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los sensores a diferencia de los interruptores o switch, pueden indicar diferentes estados del parámetro medido o sensado, por ejemplo un switch de temperatura de refrigerante de motor, se activará o desactivará de acuerdo a los niveles preestablecidos, es decir, en sólo dos situaciones, por el contrario un sensor diseñado para el mismo fin podrá entregar diferentes valores, dependiendo de la temperatura alcanzada. Los sensores para realizar esta labor, en su interior tienen circuitos electrónicos que procesan la información y la convierten en señal antes de que sea enviada hacia algún dispositivo de monitoreo o control electrónico. La señal electrónica se modula de tres formas. La modulación de frecuencia, muestra el parámetro como nivel de frecuencia, la modulación de duración de Impulso (digital), muestra el parámetro como porcentaje de ciclo de trabajo y la modulación analógica, muestra el parámetro como nivel de voltaje. Existen distintos tipos de sensores, aquí describiremos los diferentes tipos empleados por Caterpillar.  FRECUENCIA  PWM (DIGITAL)  ANÁLOGO  ANÁLOGO DIGITAL SENSORES 12 22 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los sensores se dividen en dos tipos:  PASIVOS  ACTIVOS Los sensores pasivos no procesan la información antes de ser enviada, no requieren de alimentación externa y por lo general tienen solo dos terminales. A diferencia de los sensores pasivos, los sensores activos requieren de un voltaje de alimentación para funcionar, tienen tres terminales, dos de estos se utilizan para alimentarlo, y del tercero se obtiene la señal o nivel de voltaje, correspondiente al parámetro sensado o medido. En los sistemas de control electrónico se usan varios tipos de componentes para la medición de velocidad. Los dos sensores más comunes son:  Sensor de frecuencia magnético o pickup magnético  Sensor de efecto Hall El tipo de sensor usado lo determina ingeniería. En un sistema en donde no son críticas las bajas velocidades, se utiliza un detector magnético. En un sistema en donde la medición de bajas velocidades es crucial, se usa un sensor de efecto Hall TIPOS DE SENSORES SENSORES DE FRECUENCIA 23 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los sensores de frecuencia de detección magnética pasivos, convierten el movimiento mecánico en voltaje CA. El detector magnético típico consta de una bobina, una pieza polar, un imán y una caja. El sensor produce un campo magnético que al ser cortado por el paso de un diente de engranaje, se altera y genera voltaje CA en la bobina. El voltaje CA es proporcional a la velocidad, La frecuencia de la señal CA, es exactamente proporcional a la velocidad (rpm), entre 15 y 20 VCA en alta en vacío. Para operar en forma adecuada, los sensores de detección magnética basan su medida en la distancia entre el extremo del detector y el paso del diente del engranaje, por lo que una señal muy débil puede indicar que el sensor está muy lejos del engranaje. SENSOR MAGNÉTICO O PICK-UP MAGNÉTICO 13 14 24 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En la figura se muestra una aplicación típica de un sensor pasivo de frecuencia: Evaluación de la velocidad de salida de la transmisión en un camión 797. Estos componentes suministran una señal de salida variable en frecuencia y voltaje, proporcional a la velocidad de rotación. Los equipos Caterpillar comúnmente utilizan este tipo de Pick Up. El sensor posee un imán permanente que genera un campo magnético que es sensible al movimiento de metales con contenido de hierro a su alrededor. En una aplicación típica, el Pick Up magnético se posiciona de forma tal que los dientes de un engranaje rotatorio pasan a través del campo magnético. Cada diente del engranaje que pasa, altera la forma del campo y concentra la fuerza de éste en el diente. El campo magnético constantemente cambiante, pasa a través de una bobina de alambre en el sensor, y como resultado se produce una corriente alterna en la bobina. La frecuencia con la cual la corriente se alterna está relacionada con la velocidad de rotación y con el número de dientes del engranaje. Por lo tanto, se deduce que la frecuencia proporciona información sobre la velocidad del motor o desplazamiento del vehículo. SENSOR PASIVO DE FRECUENCIA 15 25 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En la figura se muestran dos sensores de sincronización de velocidad usados en algunos motores EUI y HEUI más recientes, como los Motores Caterpillar 3406E 3456, 3126B y C9. Los nuevos sensores son de detección magnética y se usan siempre en pares. Un sensor se diseña específicamente para un rendimiento óptimo a velocidades de motor bajas, que ocurren durante la partida y el arranque inicial. El otro sensor se diseña para un rendimiento óptimo en las velocidades de operación normal del motor. El montaje de los sensores difiere uno del otro para evitar su intercambio. Estos sensores generan un voltaje de corriente alterna igual que los captadores magnéticos antes mencionados solo que el formato o encapsulado es distinto. SENSOR DE SINCRONIZACIÓN DE VELOCIDAD DE MOTOR 16 26 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura muestra los sensores de sincronización de velocidad del motor 3456 EUI. Los sensores se montan perpendicularmente a la cara del engranaje de sincronización de velocidad y se llaman superior e inferior o de arriba y abajo, para referirse a la gama de operación para la cual fueron diseñados El comportamiento de estos sensores es similar al de un captador o Pick Up magnético, la diferencia radica en que estos sensores procesan la señal antes de enviarla a un dispositivo de monitoreo o de control. La alimentación de este sensor es proporcionada por el dispositivo asociado y los valores de voltaje utilizados son 10, 12.5 o 13VDC dependiendo de la aplicación. SENSOR DE SINCRONIZACIÓN DE VELOCIDAD DE MOTOR SENSORES DE FRECUENCIA ELECTRÓNICOS O DIGITALES SENSORES ACTIVOS 17 27 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El efecto HALL fue descubierto por el científico Estadounidense Edwin Herbert Hall gracias a una casualidad durante un montaje eléctrico en 1879 y consiste en lo siguiente: “Cuando por una placa metálica circula una corriente eléctrica y ésta se halla situada en un campo magnético perpendicular a la dirección de la corriente, se desarrolla en la placa un campo eléctrico transversal, es decir, perpendicular al sentido de la corriente. Este campo, denominado Campo de Hall, es la resultante de fuerzas ejercidas por el campo magnético sobre las partículas de la corriente eléctrica. La consecuencia directa de lo anterior es la acumulación de cargas en un lado de la placa, en el campo eléctrico creado, lo que además implica que al otro lado de la placa exista una carga opuesta, creándose entonces una diferencia de potencial, la que puede ser medida”. Cuando un objeto ferromagnético se aproxima al sensor de efecto Hall, el campo que provoca el imán en el elemento se debilita. Así se puede determinar la proximidad de un objeto, siempre que sea ferromagnético. SENSOR DE EFECTO HALL 18 28 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Para detectar los campos magnéticos, en algunos sistemas electrónicos Caterpillar se usa un sensor de efecto Hall. En el control de la transmisión electrónica y en el sistema de inyección unitario electrónico se usa este tipo de sensores, que proveen señales de impulso para determinar la velocidad de salida de la transmisión y la sincronización del motor. Ambos tipos de sensores tienen una "celda de Hall", ubicada en una cabeza deslizante en la punta del sensor. A medida que los dientes del engranaje pasan por la “celda de Hall”, el cambio en el campo magnético produce una señal leve, que es enviada a un amplificador dentro del el sensor. El sistema electrónico interno del sensor procesa la entrada y envía pulsos de onda cuadrada de mayor amplitud al control. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 19 29 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El elemento sensor está ubicado en la cabeza deslizante, y la medición es muy exacta, gracias a que su fase y su amplitud de salida no dependen de la velocidad. El elemento sensor opera hacia abajo hasta 0 RPM sobre una gama amplia de temperatura de operación. Un sensor de velocidad de efecto Hall sigue directamente los puntos altos y bajos del engranaje que está midiendo. La señal será alta generalmente +10V cuando el diente está en frente de la celda, o baja, +0 V cuando un diente no está en frente de ésta. Los dispositivos de efecto Hall están diseñados de tal manera que un mejor resultado se obtiene si la distancia o espacio entre la celda o cabezal y el engranaje es prácticamente cero aire. Cuando se instala un sensor de velocidad de efecto Hall, la cabeza deslizante se extiende completamente y el sensor se gira hacia adentro, de modo que la cabeza deslizante hace contacto con la parte superior del diente del engranaje. La cabeza deslizante se desplaza dentro del sensor a medida que se atornilla hasta el apriete final obteniendo el ajusta del espacio libre. ELEMENTO SENSOR 20 30 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El sensor de velocidad de salida de la transmisión es típicamente un dispositivo de efecto Hall. La señal de salida de onda cuadrada está normalmente en la clavija C del conector. Este sensor, generalmente, requiere entre +10 y +12 VDC. en la clavija "A" para alimentar el circuito electrónico interno .Este voltaje es suministrado por el modulo electrónico correspondiente a la aplicación. Es importante, cuando se instala el sensor, que el cabezal deslizante del sensor esté completamente extendido y en contacto con la parte superior, o alta, del diente del engranaje. Si el cabezal no estuviera completamente extendido, el espacio libre puede no estar lo suficientemente cerca. Si en la instalación la cabeza no hace contacto con la parte alta del diente, ésta puede romperse. En algunos casos en que la velocidad de salida de la transmisión no se usa para propósitos de control y no es crucial para la operación de la máquina, puede utilizarse un sensor de velocidad magnético. Esto lo determina la ingeniería. SENSOR DE VELOCIDAD DE SALIDA DE LA TRANSMISIÓN NOTA 21 31 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los sensores de velocidad de un motor controlado electrónicamente miden la velocidad y sincronización del motor. La velocidad del engranaje se detecta midiendo el cambio del campo magnético cuando pasa un diente del engranaje. La sintonización del motor corresponde a un borde del diente. Los sensores de velocidad y sincronización se diseñan específicamente para sincronizar los motores de inyección electrónica. Tomando en cuenta lo anterior, es importante que el control electrónico detecte el tiempo exacto en que el engranaje pasa por el frente de la cabeza deslizante. SENSOR DE VELOCIDAD Y SINCRONIZACIÓN DEL MOTOR 22 32 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura muestra una rueda de sincronización y un sensor. A medida que cada diente cuadrado del engranaje pasa la celda, el elemento del sensor envía una señal leve a un amplificador. El sistema electrónico interno promedia la señal y la envía a un comparador. Si la señal está por debajo del promedio (espacio entre dientes), la salida será baja. Si la señal está por encima del promedio (el diente bajo la celda), la señal será alta. Si hay un patrón en el engranaje, la señal detectada representará el patrón. El ECM puede determinar la velocidad y el sentido de giro de acuerdo a este patrón, comparando con una referencia grabada en su memoria. Los circuitos dentro del sensor de sincronización y velocidad, están diseñados de tal forma que el ECM del motor pueda determinar la posición exacta del tren de engranajes del motor. RUEDA DE SINCRONIZACIÓN 23 24 33 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura de arriba muestra un sensor típico de sincronización de velocidad que genera una señal de salida digital determinada por el patrón de dientes de la rueda giratoria. En el sistema de Inyección Unitario Electrónico (EUI), un único patrón de diente del engranaje de referencia de sincronización hace que el control electrónico determine la posición del cigüeñal, el sentido de giro y las RPM. Cada vez que un borde de diente se aproxima a la celda Hall, se genera una señal. La señal será alta durante el tiempo en que el diente esté bajo la cabeza deslizante, y disminuirá cuando haya un espacio entre dientes. El control electrónico cuenta cada pulso y determina la velocidad, memoriza el patrón (único patrón de dientes) de los impulsos y compara ese patrón con un estándar diseñado para determinar la posición del cigüeñal y el sentido de giro. Un sensor de sincronización de velocidad es diferente a una señal de efecto Hall típica, debido a que el tiempo de aparición exacta de la señal se programa en el ECM del motor, para hacer que la señal se use en la función crucial de sincronización. El ECM en estos sensores no contempla el concepto Pull-Up o voltaje de referencia. RUEDA DE SINCRONIZACIÓN NOTA 25 34 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Medidas realizadas a un sensor de frecuencia electrónico, cuya aplicación corresponde a un sensor de velocidad y tiempo en un motor de inyección electrónica.  El voltaje medido entre A y B debe estar entre 12 y 13 VDC.  El Voltaje medido entre el conector C y el B con la llave de encendido en ON y con motor detenido, debe ser menor de 3 VDC. o mayor de 10 VDC.  Durante el arranque, el voltaje medido entre los terminales C Y B debe estar entre 2 VDC. y 4 VDC. La expresión PWM significa en ingles (pulse width modulated) modulación de ancho de pulso o pulso de ancho modulado Este tipo de sensor entrega una señal digital, es decir, ni la amplitud ni la frecuencia varia de acuerdo al parámetro sensado o detectado. Una señal PWM o también es llamada digital ya que solo tiene dos estados (Alto o Bajo), un voltaje asume un valor determinado positivo y luego se mantiene a un nivel 0 o negativo. La figura siguiente lo explica mejor. MEDICIONES A UN SENSOR DE FRECUENCIA ELECTRÓNICO SENSORES PWM O DIGITAL 26 35 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La imagen 25 muestra una señal PWM. Señal entregada por un sensor de posición de Acelerador. El ciclo de trabajo de un sensor PWM debe estar entre un 5% y 95%. La duración del nivel alto de la señal o valor positivo de nivel se denomina ciclo de trabajo o duty cycle en ingles y se expresa en términos de porcentaje en un rango comprendido de 5 % a 95 % La figura 26 muestra un sensor de temperatura digital. El símbolo ISO indica que este tipo de sensor puede utilizase en varias aplicaciones (Aceite Hdco., Tren de Fza., Refrigerante). La característica más importante en la gráfica es el rectángulo, que representa el símbolo del diagrama. SEÑAL PWM O DIGITAL 27 28 SENSOR DE TEMPERATURA DIGITAL 36 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La siguiente información se puede mostrar dentro del rectángulo: El voltaje de entrada requerido para la operación del sensor se puede indicar de varias formas, como por ejemplo:  B+, +B, +batería = voltaje de suministro al sensor desde las baterías de la máquina. Algunos controles proveen otros niveles de voltaje. V+ =voltaje de suministro al sensor de una fuente diferente de las baterías de la máquina. El técnico necesita seguir la fuente de suministro del sensor hacia los controles electrónicos para determinar los voltajes recibidos por estos. +8 = Indica que el sensor está recibiendo un potencial de 8 voltios. El uso del término “tierra” (GND en ingles), dentro de la representación gráfica es importante para el técnico. Los sensores digitales generalmente están conectados a un retorno digital en el ECM o a tierra en el bastidor de la máquina, próxima al sensor. Esto es también una forma de identificar que tipo de sensor es usado, (Los sensores análogos no usan el término Tierra, por el contrario usan el término “retorno análogo o retorno”) El término señal, identifica el cable de salida del sensor. El cable de señal suministra la información del parámetro al módulo de control electrónico para su proceso. SUMINISTRO TIERRA SEÑAL 37 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura 27 muestra los componentes internos de un sensor de temperatura digital como por ejemplo T° de Frenos. Los componentes principales son:  Un Oscilador, que provee la frecuencia portadora de señal. Dependiendo de la aplicación, el oscilador interno suministrará una frecuencia portadora que puede tener los siguientes valores aproximados: 500Hz para los sensores de temperatura de escape y posición del acelerador. 5000Hz para los sensores de temperatura, y posición en general.  Un Termistor, elemento que varía su resistencia con los cambios de T°, esta variación es recibida por el amplificador y transformada a una señal digital PWM.  Una salida del amplificador, que controla la base de un transistor y genera una salida de ciclo de trabajo, medida en porcentaje de tiempo en que el transistor ha estado ACTIVADO contra el tiempo que ha estado DESACTIVADO. 29 COMPONENTES INTERNOS DEL SENSOR 38 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura 30 muestra el aspecto de un sensor del tipo PWM o digital, utilizado como sensor de posición; por Ej. Posición de acelerador. Con el uso de un DMM 9U7330 (FLUKE 87) o DMM Caterpillar 146-4080, se puede determinar el funcionamiento correcto de un sensor PWM. El multímetro digital puede medir VDC, frecuencia portadora y ciclo de trabajo. Usando el grupo de sonda 7X1710 y los cables del multímetro digital conectados entre el cable de señal (clavija C) y el cable a tierra (clavija B) en el conector del sensor, Las siguientes mediciones son típicas en un sensor de temperatura PWM. Con el sensor conectado al ECM y la llave de contacto en posición “ON”  Clavija A a Clavija B: Voltaje de suministro  Clavija C a Clavija B: 0,7- 6,9 VDC  Clavija C a Clavija B: 4,5 - 5,5 Khz  Clavija C a Clavija B: 5% a 95% de ciclo de trabajo en escala de %. El voltaje DC puede variar entre los diferentes tipos de sensores PWM, pero la frecuencia portadora debe estar siempre dentro de las especificaciones del sensor, y el ciclo de trabajo debe ser siempre mayor que 0% (generalmente, entre 5% y 10%) en el lado de baja y menor que 95% en el lado de alta (pero nunca 100%). 30 SENSOR DE POSICIÓN DEL ACELERADOR MEDICIONES EN UN SENSOR DIGITAL 39 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En la ilustración 31 se muestra un sensor de posición magneto restrictivo. Este tipo de sensor de posición provee una señal PWM hacia el ECM indicando la posición de un cilindro. En un sensor magneto restrictivo, un pulso es inducido en una guía magneto restrictiva mediante una interacción momentánea de dos campos magnéticos. El principio magneto restrictivo es definido como un cambio en la resistencia cuando un campo magnético es aplicado perpendicularmente al flujo de corriente en una tira de material ferroso. Un cable delgado magneto restrictivo (guía) es ubicada dentro de un tubo protector. La guía transmite las señales de entrada y salida. Un pulso de corriente electrónica (entrada) desde el conjunto electrónico, crea un campo magnético alrededor del tubo guía. Este campo magnético interactúa con el campo magnético del magneto de posición y hace que el campo magnético en el tubo guía cambie. Este cambio es la señal de retorno que es enviada de vuelta hacia el sensor electrónico a la velocidad del sonido a lo largo del tubo guía. La posición del magneto en movimiento es, precisamente, determinada midiendo la diferencia en el tiempo en que se envía la señal de pulso electrónico y la señal de retorno. 31 SENSOR MAGNETORESTRICTIVO 40 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Este sensor magneto restrictivo es usado en un cilindro corto para detectar su posición. El magneto (1) se mueve a lo largo del tubo protector (2) cuando el cilindro se extiende o retrae. El circuito electrónico está localizado dentro de la estructura (3). Las siguientes medidas son típicas de un sensor de posición magneto restrictivo con el sensor conectado al ECM y la llave de contacto en ON. •Pin A a Pin B – Voltaje de suministro •Pin C a Pin B -- 0.7 - 6.9 VDC •Pin C a Pin B -- Khz. constante •Pin C a Pin B -- 5% - 95% ciclo de trabajo en escala de % SENSOR MAGNETORESTRICTIVO MEDICIONES 32 41 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los Sensores análogos, llamados así por Caterpillar, igual que otros sensores reciben alimentación desde un dispositivo de monitoreo o control electrónico. El voltaje proporcionado es de +5 +/ - 0.5 VDC. A la vez estos sensores entregan una señal de voltaje continua que varía en un rango de 0.2 VDC. a 4.8 VDC., proporcional al parámetro detectado. Estos sensores son utilizados principalmente en motores de inyección electrónica. El voltaje de salida antes mencionado puede ser medido con cualquier multímetro. Un ejemplo de sensor análogo es un sensor de Temperatura de Refrigerante de motor, y todos los Sensores de Presión instalados en el motor. Al realizar medidas con un multímetro, estas se deben hacer en la escala de voltaje continuo o VDC, La señal o voltaje de salida se debe medir entre los terminales (C y B). El voltaje de alimentación se mide entre los terminales (A y B). Anteriormente se mencionó que los sensores de presión son del tipo análogo, una característica importante es que estos componentes, miden presión absoluta, es decir medirán el valor del parámetro detectado más la presión atmosférica. Por ejemplo en un motor de inyección electrónica, que este energizado pero detenido, el sensor de presión de aceite no registrara valor alguno, entonces en estas condiciones el sensor medirá solo la presión atmosférica. Al dar arranque, se producirá una presión, como resultado se obtendrá la presión atmosférica más la presión de aceite del motor (Valor absoluto). SENSORES ANÁLOGOS 33 42 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura 34 muestra los componentes internos de un sensor analógico de temperatura típico. Los componentes internos principales son un termistor para medir la temperatura y un dispositivo de OP (amplificador operacional) para proveer una señal de salida que puede variar entre 0,2 a 4,8 voltios CC, proporcional a la temperatura. Las siguientes mediciones son típicas en un sensor de temperatura análogo, con el sensor conectado al ECM y el interruptor de llave de contacto en posición “ON”. Terminal A a clavija B: Alimentación regulada de 5 VDC desde el control. Terminal C a clavija B: 0,2 - 4,8 VDC proporcional al valor de T° medido. El voltaje de señal del terminal C será diferente en cada tipo de sensor que se esté usando. La salida es proporcional al parámetro medido (temperatura, presión, etc.). 34 SENSOR DE TEMPERATURA ANÁLOGO MEDICIONES A UN SENSOR ANALOGO 43 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Un sensor análogo digital es una combinación de dos tipos de sensores, se utiliza un dispositivo que transforma o convierte una señal de nivel de voltaje, que puede provenir de un sensor análogo, o producto de la variación de una resistencia, a una señal digital. Ejemplos de estos sensores son: sensor de nivel de combustible, sensores de presión de aire en algunos equipos Caterpillar, como camiones de obra 785B, 789B, 793B/C, 797, etc. La figura 34, representa el esquema de un sensor análogo digital para medir presión, este componente es alimentado desde el exterior con los rangos de voltaje adecuados para los sensores digitales o PWM (8-12-24 VDC), posteriormente son reducidos a los niveles de voltaje requeridos por el sensor análogo (+5V). Esta parte funciona como un sensor análogo y el nivel de voltaje de salida es transformado a señal PWM o digital por el convertidor, llamado también Buffer. SENSOR ANÁLOGO DIGITAL SENSOR ANÁLOGO-DIGITAL 35 36 44 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En la figura 35 se observa otro ejemplo de sensor análogo digital, una resistencia variable puede estar conectada mecánicamente, ya sea como indicador de nivel o posición. Ej. Sensor de nivel de combustible, posición de tolva en algunos camiones 793C y 797. 37 SENSOR ANÁLOGO DIGITAL 45 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El sensor de nivel de combustible ultrasónico reacciona con el nivel de combustible en el tanque de combustible. El sensor emite una señal ultrasónica por el tubo guía. La señal ultrasónica se refleja en un disco de metal en la parte inferior del flotador la cual retorna al sensor. El sensor mide el tiempo de viaje de la señal ultrasónica. El tiempo de viaje de la señal incluye el tiempo de ida al flotador y el tiempo de vuelta al sensor. El sensor también mide la temperatura del combustible para la compensación. El estado del contacto 3 del conector "(abierto o conectado a tierra)", indica si el sensor está instalado en un tanque profundo o en un tanque superficial. El contacto 3 debería estar abierto ("profundidad") en un depósito que tiene una profundidad máxima de 2300 mm (90 pulgadas). El contacto 3 debe estar conectado a tierra ("superficial") para un tanque que tiene una profundidad máxima de 1150 mm (45 pulgadas). El sensor recibe la alimentación para su funcionamiento del sistema eléctrico de la máquina. El módulo de control electrónico VIMS recibe una señal PWM del sensor que cambia a medida que varía el nivel de combustible. El módulo de control electrónico VIMS mide el ciclo de trabajo de la señal del sensor con el fin de determinar el nivel de combustible. El sensor de nivel de combustible ultrasónico no puede ser probado en un banco de pruebas. El sensor debe tener combustible en el tubo guía para que funcione correctamente. El sensor puede ser probado solamente mientras está instalado en una máquina. SENSOR ULTRASÓNICO NOTA 38 46 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Dispositivos de Salida Al final de este módulo los participantes serán capaces de establecer la diferencia entre los diferentes tipos de válvulas solenoides, explicar su funcionamiento y los diferentes tipos de mediciones realizables en estos componentes, y así determinar el funcionamiento correcto en la aplicación que corresponda, en los equipos Caterpillar. Los dispositivos de salida se usan para realizar alguna acción o para notificarle al operador el estado de los sistemas de la máquina. En los productos Caterpillar se usan numerosos dispositivos de salida, como solenoides, relés, lámparas, indicadores y visualizadores digitales. MODULO II NOMBRE DEL MÓDULO OBJETIVOS DEL MODULO DISPOSITIVOS DE SALIDA 47 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Muchos sistemas de control electrónico Caterpillar accionan solenoides para realizar una función de control. Algunos ejemplos son: cambios de velocidad, levantar un implemento, inyección de combustible, etc. Los solenoides son dispositivos electrónicos que funcionan según el siguiente principio: “Cuando una corriente eléctrica pasa a través de una bobina conductora, se produce un campo magnético. El campo magnético inducido puede usarse para realizar un trabajo”. El uso del solenoide está determinado por la tarea que deba realizar. La figura N°36 muestra algunas válvulas solenoides usadas para los cambios de velocidad de una transmisión. Cuando se activa un solenoide, la bobina crea un campo magnético, que mueve un carrete interno, permitiendo el paso de aceite. Algunas válvulas solenoides de este tipo se activan con señales de +24 VDC, mientras otras lo hacen con un voltaje modulado, que resulta en un voltaje medido entre los +8 VDC y +12 VDC. SOLENOIDES Y VÁLVULAS PROPORCIONALES 39 48 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura 40 muestra una vista seccional de una válvula solenoide de embrague impulsor. Cuando el ECM de la transmisión reduce la corriente a la válvula solenoide, se incrementa la presión hidráulica en el embrague. Cuando el ECM de la transmisión incrementa la corriente en la válvula solenoide, se reduce la presión hidráulica en el embrague. Cuando se activa el solenoide de embrague impulsor, el solenoide mueve el conjunto del pasador contra el resorte y lejos de la bola. 40 41 VALVULA SOLENOIDE DEL EMBRAGUE IMPULSOR 49 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El aceite de la bomba fluye por el centro del carrete de la válvula, pasa el orificio y la bola, y pasa al drenaje. El resorte de la válvula mueve, hacia la izquierda, el carrete de la válvula. El carrete de la válvula bloquea el conducto entre el embrague impulsor y la bomba, y abre el conducto entre el embrague impulsor y el drenaje. El flujo de la bomba al embrague impulsor se bloquea. El aceite del embrague impulsor fluye y pasa el carrete de la válvula al drenaje. Cuando se desactiva el solenoide del embrague impulsor, el resorte mueve el conjunto del pasador contra la bola. La bola bloquea el flujo de la bomba, a través del orificio, al drenaje. La presión de aceite aumenta en el extremo izquierdo del carrete de la válvula y lo mueve a la derecha contra el resorte. El carrete de la válvula bloquea el conducto entre el embrague impulsor y el drenaje, y abre el conducto entre el embrague impulsor y la bomba. El aceite de la bomba fluye y pasa el carrete de la válvula al embrague impulsor. En este tipo de válvula, un aumento de la corriente resulta en una disminución del flujo al embrague, y por lo tanto de la presión. 50 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura 42 muestra un corte de un solenoide de embrague de traba o Lock UP. Cuando se activa el solenoide de embrague de traba, el solenoide mueve el conjunto del pasador contra la bola. La bola bloquea el flujo de aceite de la bomba, a través del orificio, al drenaje. La presión de aceite aumenta en el extremo izquierdo del carrete de la válvula y mueve, hacia la derecha, el carrete de la válvula contra el resorte. El carrete de la válvula bloquea el conducto entre el embrague de traba y el drenaje, y abre el conducto entre el embrague de traba y la bomba. El aceite de la bomba fluye y pasa el carrete de la válvula al embrague de traba. Cuando se desactiva el solenoide del embrague de traba, se anula la fuerza que mantenía el conjunto del pasador contra la bola. El aceite de la bomba fluye a través del orificio y la bola, y pasa al drenaje. El resorte mueve, hacia la izquierda, el carrete de la válvula. El carrete de la válvula abre el conducto entre el embrague de traba y el drenaje, y bloquea el conducto entre el embrague de traba y la bomba. El flujo de la bomba al embrague de traba se bloquea. El aceite del embrague de traba fluye y pasa el carrete de la válvula al drenaje. VÁLVULA SOLENOIDE DEL EMBRAGUE DE TRABA O LOCK UP 42 51 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En este tipo de válvula, un aumento de la corriente resulta en aumento de flujo al embrague, lo que produce un aumento de presión. Las válvulas solenoides similares a ésta se usan en las transmisiones de algunas máquinas Caterpillar para conectar y desconectar los embragues suavemente. Los solenoides también se usan para controlar el aire en algunas máquinas y para accionar los inyectores de los motores controlados electrónicamente. La teoría básica de los solenoides es la misma. Se usa un campo magnético inducido para producir trabajo mecánico. 52 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura 43 muestra un relé típico Caterpillar con su símbolo ISO. Un relé también funciona con base en el principio del electroimán. En un relé, el electroimán se usa para cerrar o abrir los contactos de un interruptor. Los relés se usan, comúnmente, para aumentar la capacidad de transporte de corriente de un interruptor mecánico o digital. Cuando la señal de control desde un ECM activa la bobina de un relé, el campo magnético actúa en el contacto del interruptor. Los contactos del interruptor se conectan a los polos del relé. Los polos del relé pueden conducir cargas altas de corriente, como en los arranques o en otros solenoides grandes. La bobina del relé requiere una corriente baja y separa el circuito de corriente baja respecto del circuito de corriente alta. RELAY O RELÉ 43 53 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La figura 44 muestra el diagrama básico de un circuito de arranque. El circuito de arranque es ejemplo de un circuito controlado por relé. La llave, en lugar del ECM, se usa para activar el relé de arranque, y el relé de arranque activa el solenoide del arranque. Esto hace que los contactos del relé de arranque lleven la carga de corriente alta requerida por el motor de arranque. CIRCUITO RESUMIDO DE UN SISTEMA DE ARRANQUE 44 54 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los dispositivos de salida, pueden también indicar al operador el estado de los sistemas de la máquina a través de indicadores, alarmas y visualizadores digitales. Los tipos de indicadores de alerta varían en los diferentes sistemas monitores usados en los productos Caterpillar. La figura 45, muestra el indicador de alerta, como una lámpara interna instalada en el centro de mensajes principal del sistema monitor. La función principal de los indicadores de alerta es llamar la atención del operador si se presenta una condición anormal en el sistema. La lámpara de acción y la alarma son también parte de los sistemas monitores instalados en los productos CAT. La lámpara de acción está asociada con un indicador de alerta para notificar al operador de un problema de la máquina. Los camiones fuera de carretera 793F, 795F y 797F, poseen el sistema VIMS™ 3G con Advisor, el cual le muestra al operador, en forma detallada, de cualquier condición anómala del equipo. INDICADORES DE ALERTA 45 55 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar CODIGOS DE DIAGNÓSTICO Al final de este módulo los participantes estarán capacitados para explicar el significado de un código de diagnóstico, ubicar la información referente a la solución del problema asociado al código y explicar las razones del porque se ha disparado ese código de diagnóstico. Los códigos de diagnóstico representan un problema con el sistema de control electrónico que se debe investigar y corregir lo antes posible. Cuando se genera un código de diagnóstico, un módulo de visualización como el Sistema Monitor Caterpillar (CMS) permite alertar al operador o al técnico de servicio de la condición anómala. Los códigos de diagnóstico indican la naturaleza del problema al técnico de servicio. Los códigos de diagnóstico constan de tres códigos (MID, CID y FMI).  El MID (Identificador del módulo) indica el módulo electrónico que generó el código de diagnóstico.  El CID (Identificador del componente) indica el componente en el sistema.  El FMI (Identificador de la modalidad de falla) indica la modalidad de falla que está presente. MODULO III OBJETIVOS DEL MÓDULO CÓDIGOS DE DIAGNÓSTICO 56 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los códigos de diagnóstico se pueden observar en un Técnico Electrónico Caterpillar (ET) o en uno de los varios módulos electrónicos de visualización. No confunda los códigos de diagnóstico con los sucesos de diagnóstico. Los sucesos se refieren a condiciones de operación del motor tales como baja presión de aceite o alta temperatura del refrigerante. Los sucesos o eventos NO indican un problema del sistema electrónico. La figura 46 indica el voltaje de salida del sensor de temperatura del refrigerante, y en que parámetros el ECM disparará un código de diagnóstico. PARAMETROS DE CÓDIGO DE DIAGNÓSTICO 46 57 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El MID (Identificador de módulo) indica el módulo electrónico que generó el código de diagnóstico. Por ejemplo:  El identificador de módulo (26) indica el Sistema monitor computarizado.  El identificador de módulo (30) indica el Sistema monitor Caterpillar.  El identificador de módulo (33) indica el ECM del motor trasero.  El identificador de módulo (34) indica el ECM del motor delantero.  El identificador de módulo (36) indica el ECM maestro.  El identificador de módulo (53) indica el ADVISOR Control (795F)  El identificador de módulo (81) indica el módulo de control electrónico del controlador del tren de fuerza (Tren de impulsión en camión 795F)  El identificador de módulo (82) indica el módulo de control electrónico del implemento.  El identificador de módulo (87) indica el ECM de chasis  El identificador de módulo (116) indica el ECM del sistema de freno (795F)  El identificador de módulo (161) indica el ECM principal del VIMS 3G(795F)  El identificador de módulo (162) indica el ECM de aplicación del VIMS 3G(795F)  El identificador de módulo (169) indica el ECM del motor de desplazamiento 1 (795F)  El identificador de módulo (170) indica el ECM del motor de desplazamiento 2 (795F) El número Identificador del Componente (CID) el cual, identifica a los componentes que están conectados al ECM, dependerá de la cantidad y tipos de dispositivos que estén conectados a cada Módulo de Control. IDENTIFICADORES DEL MÓDULO (MID) APLICACIONES IDENTIFICADORES DEL COMPONENTE (CID) 58 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar  El FMI (00) indica que los datos están por encima de la gama normal.  El FMI (01) indica que los datos están por debajo de la gama normal.  El FMI (02) indica una señal incorrecta.  El FMI (03) indica que el voltaje está por encima de la gama normal.  El FMI (04) indica que el voltaje está por debajo de la gama normal.  El FMI (05) indica que la corriente está por debajo de la gama normal.  El FMI (06) indica que la corriente está por encima de la gama normal.  El FMI (07) indica que hay una respuesta mecánica inapropiada.  El FMI (08) indica una señal anormal.  El FMI (09) indica una actualización anormal.  El FMI (10) indica un régimen de cambio anormal.  El FMI (11) indica que la modalidad de falla no es identificable.  El FMI (12) indica que ha fallado un dispositivo o un componente.  El FMI (13) indica que un componente está fuera de calibración. Sólo se muestran 13 FMI de un total de 21 Disponibles. IDENTIFICADORES DE LA MODALIDAD DE FALLAS (FMI) NOTA 59 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los indicadores de Falla mostrados anteriormente, aparecerán reflejados en un módulo de visualización o a través del ET en caso de falla, pero ¿qué significa realmente un FMI 03 o FMI 04? Para responder a lo anterior utilizaremos el siguiente diagrama de sensores análogos montados en un Motor 3406E. Existen 4 Sensores identificados por su código CID. El ECM posee una alimentación común de +5VDC y existe también un retorno común. Al ECM se ha conectado una Herramienta de Diagnóstico INTERPRETACIÓN DE LOS CÓDIGOS DE DIAGNÓSTICO CID 47 60 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar “La línea de señal del sensor de presión de refuerzo está abierta” La herramienta de diagnóstico mostrará CID102- FMI03 (Voltaje por encima de lo normal) CASO 1 48 61 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar “El cable de alimentación hace un cortocircuito con el retorno en el sensor de presión” La herramienta de diagnóstico mostrará CID232- FMI04 (Voltaje de suministro de +5VDC por debajo de lo normal) NOTA: refiérase a un motor 3406E (1LW) Los siguientes elementos de un sistema pueden causa un código FMI04: - El Sensor, el harness o el control electrónico relacionado Las siguientes condiciones son causas posibles de un FMI04: - El cable de señal está cortocircuitado a tierra. - El control electrónico tiene un cortocircuito a tierra interno o el contacto conector de la señal de entrada tiene un cortocircuito a tierra. CASO 2 49 62 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Dato válido pero rango de operación sobre lo normal (Data valid but above normal operational range) Cada sistema de control electrónico fija un límite alto para el rango de operación previsto de una señal. El límite incluye gamas tales como altas temperaturas del convertidor. Un sensor que está funcionando pero que está enviando una señal sobre el límite previsto disparará el código FMI 00. Ejemplo - No se espera que un sensor PWM genere una señal válida sobre 80 por ciento del ciclo de trabajo. Si el sensor genera una señal en 81 por ciento del ciclo de trabajo, el sensor todavía está funcionando pero la señal está por sobre el límite previsto de señal. Dato válido pero rango de operación bajo lo normal (Data valid but below normal operational range) Cada sistema de control electrónico fija un límite bajo para el rango de operación previsto de una señal. El límite incluye gamas tales como presión baja del aceite de motor. Un sensor que todavía está funcionando pero está enviando una señal por debajo del límite previsto, disparará un FMI 01. Ejemplo - No se espera que la mayoría de los sensores PWM generen una señal válida menor de 5 por ciento del ciclo de trabajo. Si el sensor genera una señal en 3 por ciento del ciclo de trabajo, el sensor está funcionando pero la señal está por debajo de los límites previstos de señal. Dato errático, intermitente o incorrecto (Data erratic, intermittent, or incorrect) FMI 02 ocurre cuando los datos de la señal de un dispositivo están presentes, pero uno de los siguientes acontecimientos sucede:  Los datos desaparecen.  Los datos son inestables.  Los datos pueden estar correctos en un momento y luego los datos pueden ser incorrectos. } Este código también se relaciona con la comunicación entre los controles electrónicos. Por ejemplo, el VIMS busca la velocidad del motor a través del control electrónico del motor por intermedio del enlace de datos CAT. DEFINICIÓN DE LOS CODIGOS DE DIAGNÓSTICO FMI 00 FMI 01 FMI 02 63 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Voltaje sobre lo normal o cortocircuito alto (Voltage above normal or shorted high) FMI 03 ocurre cuando la lectura del voltaje del dispositivo o la lectura del voltaje del sistema es alta. FMI 03 se relaciona a menudo con el circuito de señal. Voltaje bajo lo normal o cortocircuito bajo (Voltage below normal or shorted low) El FMI 04 es similar al FMI 03, sin embargo, el FMI 04 se muestra cuando las lecturas de voltaje son más bajas que las lecturas normales. FMI 04 a menudo se relaciona con el circuito de señal. El FMI 04 es similar al FMI 06 y el FMI 04 se utiliza a veces en vez del FMI 06. Los siguientes elementos de un sistema pueden causar un código FMI 04:  El sensor, el arnés, un control electrónico relacionado. Las siguientes son causas probables de un código FMI 04:  El cable de señal está en cortocircuito a tierra.  El control electrónico tiene un cortocircuito interno a tierra en el contacto del conector de la entrada de señal. FMI05 Corriente bajo lo normal o circuito abierto (Current below normal or open circuit) El FMI 05 ocurre cuando el control electrónico detecta una lectura de corriente que es baja. La causa más probable de un código de FMI 05 es un circuito abierto o conexiones deficientes del arnés. FMI 03 FMI 04 FMI 05 64 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Corriente sobre lo normal o circuito a tierra (Current above normal or grounded circuit) El FMI 06 es similar a FMI 05, excepto que la corriente del FMI 06 es más alta de normal. A menudo el FMI 06 es posible relacionarlo con un circuito de salida de un control electrónico. Ejemplo – Un FMI 06 ocurre cuando un circuito se pone en cortocircuito a tierra. El FMI 06 es muy similar a FMI 04 y FMI 06 se utiliza a veces en vez de FMI 04. Sistema mecánico que no responde apropiadamente (Mechanical system not responding properly) FMI 07 ocurre cuando un control electrónico envía un comando eléctrico a un sistema mecánico y el resultado no está dentro del rango esperado. Ejemplo – Un FMI 07 ocurre cuando una válvula solenoide inactiva no realiza un cambio y está siendo controlada por el control ICM (EPTC II) de la transmisión. Frecuencia, ancho de pulso o periodo Anormal (Abnormal frequency, pulse width, or period) Un FMI 08 ocurre cuando la frecuencia de la señal o el ancho del pulso de la señal, no está dentro del rango esperado. Nota: El período es el tiempo en segundos que dura un ciclo. El período se define como 1/frecuencia (Hertz). Actualización Anormal (Abnormal update) El FMI 09 pertenece a la comunicación o transmisión de datos entre los controles electrónicos. El FMI 09 ocurre cuando un control electrónico no puede recibir la información de otro control electrónico y cuando el control electrónico espera recibir la información. FMI 06 FMI 08 FMI 07 FMI 09 65 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Razón de cambio Anormal (Abnormal rate of change) FMI 10 ocurre cuando una señal cambia más rápidamente o más lento que lo previsto. Ejemplo - cuando la señal del sensor de velocidad de salida de la transmisión indica que el camión está acelerando más rápidamente de lo que puede ocurrir realmente. Modo de Falla no identificado (Failure mode not identifiable) Un FMI 11 ocurre cuando un control electrónico identifica más de un FMI como responsable de un único problema. Dispositivo o componente dañado (ECM) (Bad device or component) FMI 12 describe la condición siguiente: Un control electrónico envía una señal a otro módulo electrónico a través de un enlace de datos. El control electrónico que ha emitido la señal espera una respuesta pero no la recibe o recibe una incorrecta. FMI 12 también describe la siguiente condición: Se espera que un módulo electrónico envíe datos periódicamente pero el control electrónico no envía los datos. FMI 12 podía también relacionarse con una transmisión de datos defectuosos. Fuera de Calibración (Out of calibration) Para una condición mecánica dada, la señal eléctrica no está dentro de los límites previstos del control electrónico. Sin Uso (Parameter Failures) Parámetro no disponible (Parameter Not Available) FMI 10 FMI 11 FMI 12 FMI 09 FMI 14-15-20 FMI16 66 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Módulo no responde Module Not Responding Falla en el suministro del sensor Sensor Supply Failure Condición no satisfecha Condition Not Met FMI 17 FMI 18 FMI 19 67 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar MODULOS DE CONTROL ELECTRÓNICO Algunos de los principales sistemas de la máquina encontrados en los productos Caterpillar se controlan mediante sistemas electrónicos. Los sistemas de control electrónico de las máquinas Caterpillar operan en forma similar a muchos otros sistemas del mercado. Aunque en las máquinas Caterpillar se usa una variedad de controles electrónicos, las tecnologías de operación básica son las mismas. Cada sistema de control electrónico requiere ciertos tipos de dispositivos de entrada para alimentar la información electrónica al Módulo de Control Electrónico (ECM) para el procesamiento. El ECM procesa la información de entrada y, entonces, envía las señales electrónicas apropiadas a varios tipos de dispositivos de salida, como solenoides, luces indicadoras, alarmas, etc. Al termino de este modulo los participantes estarán capacitados para explicar el funcionamiento de los diferentes tipos de módulos de control electrónicos ECM, además de poder realizar los procesos de localización y solución de problemas, relacionados con las capacidades de diagnóstico internas de cada dispositivo electrónico. Los dispositivos Electrónicos Caterpillar utilizan dos tipos de módulos electrónicos Módulos electrónicos del tipo Monitor y Módulos electrónicos del tipo Control. En esta oportunidad, sólo se hará un análisis de los módulos del tipo Control. Con el avance tecnológico, Caterpillar, cada día ha ido incorporando más los sistemas de control electrónico en los distintos componentes que pueda tener un equipo. Al decir componentes nos referimos al motor, transmisión, convertidor, sistema de implementos etc. Esto significa que la electrónica a nivel computacional esta presente desde el punto de vista del control. Un modulo Electrónico normalmente llamado ECM, por ejemplo, tiene la misión de controlar la inyección de combustible en un motor de una maquina o equipo Caterpillar. MODULO IV INTRODUCCIÓN OBJETIVOS DEL MODULO MODULOS DE CONTROL ELECTRONICO (ECM) 68 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Existen una gran variedad de tipos de módulos de control electrónico. La figura 50 muestra algunos módulos de control y su aplicación, que están en uso actualmente. ADEM (Advanced Diesel Engine Managment) o Administrador de motor diesel avanzado. MAC (Multiple Application Controller) o Controlador de aplicación múltiple. ABL En las distintas familias de motores se encuentran tres tipos de ECM:  ADEM I, ADEM II, ADEM III también conocido como 2000 o ABL. Es utilizado en los motores de la familia 3500 y prácticamente ya no se fabrica, solamente como repuesto para las unidades que circulan en el mundo. Es utilizado en varias familias de motores cuyas aplicaciones más comunes son:  Minería, Marinos, Generación, Vehicular e Industrial.  Familia 3500B, 3400E (HEUI), 3176B (MEUI) , 3406E (MEUI) ADEM III Solo en motores cuya aplicación es vehicular  Familia 3100(HEUI), C9 (HEUI), C10, 12,15 (MEUI) 50 TIPOS DE MÓDULOS DEFINICIONES ADEM I ADEM II ADEM III 69 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar La forma física puede ser similar o igual entre los distintos tipos de ECM, sin embargo en el caso de los motores, estos dispositivos se pueden intercambiar solo los de la misma familia de motores. Cabe destacar que algunos ECM son utilizados para controlar sistemas de implementos, referente al sistema hidráulico, como también a transmisiones; en estos casos el aspecto físico de los ECM no guarda ninguna relación ya que eléctricamente son distintos a los usados en los motores. Ejemplos: En la familia de motores 3500B tenemos tres tipos 8, 12, 16, Cilindros, El ECM utilizado es el mismo en todos, lo que hace la diferencia es la programación y la configuración especifica para cada uno; de manera que este caso se pueden intercambiar con la programación y configuración adecuada, tema que será discutido mas adelante. En la figura 51 se observa la forma física o la estructura de un ECM tipo ADEM utilizado en los motores de la familia 3500. Las características principales son:  Es de construcción bastante robusta y fue introducido en el año ‘88.  Posee un conector único de 70 terminales o pines, con una división interior de 35 contactos y con una capacidad de 42 Kbyte de memoria. Se dispone de un acceso, a través de una tapa instalada en la parte frontal para acceder a un componente removible llamado modulo de personalidad o personalizado. En una de sus esquinas tiene un cable en forma de malla con terminal, el que debe ser conectado al chasis para asegurar que la estructura del ECM este al mismo potencial de motor, ya que éste es montado sobre gomas para impedir vibración y por ende su destrucción. DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE ECM ADEM I 51 70 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En la figura 52 se observa un ECM del tipo ADEM II, el que fue introducido en el año 93´. Este tipo es utilizado en la mayoría de las de los motores .Familias 3500B, 3400E HEUI y algunas aplicaciones vehiculares e industriales. Las características principales son:  Dispone de dos conectores de 40 contactos o terminales, denominados J 1 y J 2 , en la mayoría de las aplicaciones J 1 se utiliza para las entradas y salidas relacionadas con la máquina o equipo, en cambio J 2 esta asociado a los componentes de motor es decir switch , sensores, solenoides, relay etc.  Posee una capacidad de 128 Kbyte de memoria.  En la base de los conectores J 1 y J 2, es decir en la juntura entre la tapa (ver flechas) y los conectores, se dispone de un sello de goma que impide el ingreso, principalmente de agua o líquidos en general, sin embargo el lavado a presión en esa zona podría doblar el sello filtrándose agua y por consiguiente sufrir daño los componentes electrónicos en el interior del ECM. Se sugiere cubrir esa zona con silicona, para amortiguar, si es que fuera sometido a lavados a presión. Los ECM fabricados hasta el año 1994 disponían de una tapa de acceso al modulo de personalidad en la parte frontal, desde 1995 en adelante en las aplicaciones vehiculares se elimina (esto se explicará mas en detalle), y en otras se traslada a la parte posterior, como se aprecia en la figura siguiente. ADEM II 52 71 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En este tipo de ECM ADEM II el Módulo de personalidad se puede reemplazar físicamente por otro, sin embargo se dispone de un programa llamado Win Flash que permite la programación o reprogramación de este modulo, este método es el que se debe usar de preferencia. MODULO DE PERSONALIDAD 53 72 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar En la imagen 54 se observa un ECM de última generación denominado ADEM III 2000 o ABL, estos son los nombres que recibe este dispositivo el que fue introducido al mercado en el año 98´ con una capacidad de memoria de 1Mbyte. Las principales diferencias con respecto a los módulos electrónicos anteriores son:  Dispone de dos conectores de 70 contactos o pines, es de construcción más liviana, las demás características son similares, se debe tener las mismas precauciones con respecto al montaje, lavado etc. En este tipo de ECM la refrigeración por combustible puede estar disponible, depende de la aplicación. En aplicaciones como motores Vehiculares, marinos e industriales las conexiones para la refrigeración esta disponible. En otras aplicaciones como en los Camiones de minería Ej. 797 los ECM de este tipo son utilizados para tener control sobre Transmisión, sistema de frenos, chasis. Aunque con un formato similar el ECM utilizado para el Sistema VIMS, este no puede ser intercambiado por ninguno de los anteriores. 54 ADEM III, 2000 O ABL 73 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El A4 es una nueva generación de Controladores designados como ECU (Electronic Control Unit), los cuales son adaptables para cualquier aplicación, solamente cambiando el archivo Flash. Su principal característica física son sus conectores de 70 pines (J 1) y 120 pines (J 2). Algunas de las principales mejoras en comparación con los anteriores ECM’s son:  Incremento en al velocidad de procesamiento y memoria.  Mayor cantidad de mapas de combustible para optimizar la tecnología ACERT.  Mejor eficiencia y desempeño  Permite una mayor protección de los circuitos internos. Actualmente se está utilizando en los motores ACERT. ECU A4 55 J2 J1 74 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Independiente del tipo o aplicación, un ECM tiene algunas características básicas que permite su funcionamiento.  Señales de entrada  Señales de salida  Suministro de energía para los sensores que se le conectan  Suministro de energía desde baterías externas para su funcionamiento.  Bus de datos CAT, CAN, ATA Data Link y Ethernet (camiones serie F) Tanto las Entradas como las Salidas están protegidas contra corto circuitos. CARACTERÍSTICAS ELECTRICAS 56 75 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los Módulos de control electrónico reciben alimentación desde el exterior, a través de baterías, por lo general, dos conectadas en serie de 12 VDC. Este es el voltaje nominal de trabajo, sin embargo un regulador interno protege de sobre cargas o sobre voltajes; el rango de suministro aceptado fluctúa entre +9 VDC y +40 VDC. Los ECM disponen de una fuente de poder interna que proporciona distintos tipos de voltajes para energizar componentes como sensores y Actuadores. Estos voltajes pueden tener una variación, como se indica a continuación. La citada fuente consta con protección contra corto circuitos, a tierra en forma indefinida. + 5 VDC +/- 0.5 VDC Voltaje de Suministro para sensores análogos. + 8 VDC. +/- 0.5 VDC Voltaje de Suministro para sensores Digitales o PWM. +12,5 VDC. +/- 1 VDC Voltaje de Suministro para sensores de frecuencia electrónicos. Algunos sensores de este tipo se alimentan con voltaje directo de las baterías del equipo (+VS). +105 VDC. +/- 0.5 VDC Voltaje de Suministro para solenoides de inyección de combustible. ESTRUCTURA BASICA DE UN ECM DE MOTOR 57 76 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Los módulos de control electrónico (ECM) utilizan tres modos para establecer comunicación entre ellos y algunas herramientas de servicio, por Ejemplo el Electronic Technician, o Técnico Electrónico, más conocido como “ET”. El sistema más conocido es el llamado CAT DATA LINK Enlace de Datos Caterpillar, que permite la comunicación entre los distintos ECM que pueda tener un equipo Caterpillar como por ejemplo, ECM de Motor, Transmisión, Sistema de implementos, Frenos, Módulos de visualización, etc. Además permite comunicarse con las herramientas de servicio como “ET”. También existe otro modo de comunicación denominado ATA DATA LINK que en ingles significa American Trucking Association o el enlace de datos de la Asociación de Transportistas Americanos, principalmente utilizado en motores para aplicación vehicular y para establecer comunicación con la herramienta ET con el fin de diagnosticar y programar (este tipo de motores no utiliza el sistema CAT DATA LINK, salvo aplicaciones muy especificas). En los ECM utilizados en equipos de minería, uso industrial y generación, el modo ATA DATA LINK, solo se utiliza para programar los ECM a través de un programa llamado Flash, que es parte del ET. Cabe señalar que este modo de comunicación en el camión 797 solo lo utiliza el ECM Maestro de motor. En los otros ECM, para realizar diagnósticos y para programar, se utiliza el CAT DATA LINK. CAN DATA LINK (Controller Area Network) Se utiliza solamente para establecer comunicación entre los ECM Esclavos con el Maestro en el motor del Camión 797. Los demás ECM utilizados en este equipo también disponen de este sistema o modo pero solo para aplicaciones futuras. Este modo cuenta con un arnés especial, es un cable apantallado o blindado para impedir que campos electromagnéticos cercanos puedan alterar la comunicación que en este caso, es de ALTA VELOCIDAD en comparación a los sistemas antes mencionados. El enlace de datos ETHERNET de alta velocidad lo utilizan los camiones de la serie F con VIMS™ 3G. Es un enlace de datos de cuatro cables que permite la comunicación con los módulos del VIMS para cargar configuraciones y descargar datos del VIMS™ 3G. COMUNICACIÓN CAT DATA LINK ATA DATA LINK NOTA CAN DATA LINK ETHERNET 77 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El Módulo de Control Electrónico (ECM) es un computador que controla el motor u otro componente del equipo. El módulo de personalidad, contiene el software que determina la función del ECM. Estos trabajan en conjunto. El ECM consta de las siguientes partes: o Un microprocesador que ejecuta las siguientes funciones en un del ECM de motor: regulación, control de sincronización de la inyección, funciones de diagnóstico del sistema y comunicación a través del enlace de datos. o Una memoria permanente que almacena los parámetros programables y los códigos de diagnóstico o Circuitos de entrada que protegen los circuitos internos en el ECM contra niveles potencialmente perjudiciales de voltaje. o Circuitos de salida que proporcionan voltajes para alimentar los solenoides de los inyectores, los Sensores, relés, etc. HARDWARE Y SOFTWARE DESCRIPCION Y OPERACIÓN DEL SISTEMA 58 78 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar El Módulo de Personalidad es una memoria que contiene el software necesario para el ECM. En esta memoria se almacenan todas las características que definen el tipo de componente y en que aplicación va a trabajar, por ejemplo en un motor se almacenará los mapas de control que definen condiciones de operación tales como la sincronización y los regímenes de combustible, la relación aire combustible las curvas de potencia y torque. Estos mapas ayudan a lograr el rendimiento óptimo del motor y el consumo óptimo de combustible. Los mapas se programan en el módulo de personalidad en la fábrica. El módulo de personalidad en motores más antiguos pueden actualizarse solamente sacando el módulo y reemplazándolo por otro. Actualmente se usa un tipo nuevo de pastilla electrónica de memoria que se puede programar por medio de la herramienta Técnico Electrónico Caterpillar (ET). Se denomina memoria "FLASH". La memoria "FLASH" tiene la ventaja de retener indefinidamente la información programada y se puede reprogramar sin abrir la caja del ECM. Este proceso de programación Flash se realiza por medio del uso de un programa que lleva el mismo nombre y que es parte del CAT ET. (“Programación Flash".) En algunos ECM todavía es posible sacar y reemplazar el módulo de personalidad. Sin embargo el método recomendado es a través de la Programación Flash, ya que actualmente no todos los ECM tienen acceso físico para reemplazar dicho modulo. EL MODULO DE PERSONALIDAD NOTA 59 79 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Se pueden dar varias situaciones en las que puede ser requerido este programa, a continuación se describirán cada una de estas. 1-.Cambios del software del modulo de personalidad, recomendado por la fabrica, por actualizaciones o para mejorar el rendimiento del motor, reemplazo de partes por reingeniería asociadas a un nuevo software. 2-.Cuando es reemplazado un ECM 3-.Cuando el módulo de personalidad pudiera dañarse o desprogramarse, situación que es muy poco probable que ocurra. 3-.Cuando un ECM es reemplazado por otro usado, y o pertenece a otro motor usado en una aplicación distinta, o existen diferencias en las curvas de potencia o torque. A parte del Modulo de Personalidad los ECM tienen incorporada otra memoria conocida como RAM no volátil, es decir la información almacenada no depende de la alimentación. En esta memoria se almacena los parámetros de configuración antes mencionados, como también los Códigos de Diagnostico Registrados o almacenados y los Eventos Registrados. Los ECM tienen la capacidad de realizar diagnósticos en los distintos sistemas del equipo de acuerdo a la información recibida por los sensores, pero también son capaces de auto diagnosticar es decir realizar un revisión interna. Ante una falla o mal funcionamiento de algún componente se genera un Código de diagnostico Activo, basta que la falla o mal funcionamiento, permanezca al menos durante un segundo activa, para que almacene como un código de diagnostico registrado, siempre y cuando el problema sea de tipo eléctrico. CUANDO UTILIZAR LA PROGRAMACION FLASH ESTRUCTURA INTERNA DEL ECM 80 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar Al producirse un mal funcionamiento en alguno de los componentes del equipo, el ECM, a través de la información proporcionada por los sensores, compara estos valores con los almacenados en el Modulo de Personalidad, generándose un Evento Registrado, este tipo fallas no se deben al sistema electrónico. Este sistema determino un mal funcionamiento en el equipo. Ejemplo de Eventos Registrados son:  Baja presión de aceite del motor  Alta temperatura de refrigerante de motor  Sobre velocidad del motor  Alta temperatura de gases de escape  Restricción de filtro de aire Estas fallas constituyen un peligro para el equipo, y deben ser atendidas de inmediato. Consecuencia de lo anterior se genera un Evento Registrado, estos son almacenados en la memoria del ECM antes mencionada, para eliminar o borrar estos códigos se requiere de la herramienta de servicio ET y contraseñas de fábrica, que pueden obtenerse con la debida autorización de la pagina web https://fps.cat.com, para ingresar a esta pagina además se necesita clave de acceso al SIS Web. EVENTOS REGISTRADOS 81 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar NOTAS DEL ESTUDIANTE ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 82 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 83 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 84 Finning Capacitación Ltda. 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Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 86 Finning Capacitación Ltda. Material de consulta del Estudiante Dispositivos Electrónicos Caterpillar ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________