DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ AUTOTRÓNICA III SISTEMA CRDi BOSCH INTEGRANTES: JUAN CARLOS ORTIZ DANNY PEÑAFIEL HENRY PAUCAR PERÍODO ACADEMICO: OCTUBRE 2015FEBRERO 2016
Contenido SISTEMA CRDI BOSCH.......................................................................................................................... 4 FUNCIÓN DEL SISTEMA CRDI BOSCH .............................................................................................. 4 FUNCIONES ADICIONALES. .............................................................................................................. 4 SUBSISTEMAS DEL CRDi BOSCH .......................................................................................................... 5 CIRCUITO DE BAJA PRESIÓN ............................................................................................................ 5 DEPÓSITO DE COMBUSTIBLE .............................................................................................. 5 TUBERÍAS DE COMBUSTIBLE EN LA PARTE DE BAJA PRESIÓN. ................................ 6 BOMBA PREVIA ....................................................................................................................... 6 FILTRO DE COMBUSTIBLE ................................................................................................... 7 CIRCUITO DE ALTA PRESIÓN............................................................................................................ 7 BOMBA DE ALTA PRESIÓN. ............................................................................................................. 7 VALORES DE LAS BOMBAS DE ALTA PRESIÓN .............................................................. 9 FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA DE ALTA PRESIÓN .................................................................... 9 VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN DEL INYECTOR BOSCH. ...................................................... 10 PORTA INYECTOR .......................................................................................................................... 10 TUBERÍAS DE COMBUSTIBLE EN LA PARTE DE ALTA PRESIÓN. ..................................................... 12 CONTROL DEL SISTEMA CON EDC. .................................................................................................... 12 SENSORES. ..................................................................................................................................... 13 Sensor de temperatura del refrigerante. ..................................................................................... 13 Sensor de posición del pedal del acelerador. ............................................................................. 14 Sensor de presión del riel. ......................................................................................................... 15 Sensor de temperatura del combustible. .................................................................................... 15 Sensor de presión atmosférica o altitud. .................................................................................... 16 Interruptor del pedal del embrague. .......................................................................................... 17 Sensor del pedal de frenos. ........................................................................................................ 17 Sensor de caudal y temperatura del aire de admisión (MAF). .................................................. 18 Sensor de posición del cigüeñal. ............................................................................................... 19 Sensor de fase. ........................................................................................................................... 19 Sensor de presión del turbo-alimentador. .................................................................................. 20 ACTUADORES. ............................................................................................................................... 21 Válvula de control de mariposa EGR. ....................................................................................... 21
Válvula de control de presión del riel. ...................................................................................... 22 Control de la bujía incandescente.............................................................................................. 23 Actuador de presión de sobrealimentación. .............................................................................. 24 UNIDAD DE MANDO. ..................................................................................................................... 25 Condiciones de aplicación. ........................................................................................................ 25 Estructura. ................................................................................................................................. 26 Regulación de los estados de servicio. ...................................................................................... 26 Caudal de arranque. ................................................................................................................... 26 Servicio de marcha. ................................................................................................................... 27 Regulación de ralentí................................................................................................................. 27 Regulación de la suavidad de marcha. ...................................................................................... 28 Regulación de la velocidad de marcha. ..................................................................................... 28 Regulación del caudal de referencia. ......................................................................................... 28 Amortiguador activo de tirones. ................................................................................................ 29 Parada del motor........................................................................................................................ 29 Comunicación de las unidades de control. ................................................................................ 29 Bloqueo electrónico de arranque. .............................................................................................. 30 Acondicionador de aire. ............................................................................................................ 30 Diagnóstico integrado. ...................................................................................................................... 30 Supervisión de sensores. ............................................................................................................... 30 Módulo de supervisión.................................................................................................................. 30 Reconocimiento de averías. .......................................................................................................... 31 Tratamiento de averías. ................................................................................................................ 31 Curvas de Funcionamiento............................................................................................................ 31 INYECCIÓN PREVIA. ............................................................................................................ 32 INYECCIÓN PRINCIPAL. ...................................................................................................... 32 INYECCIÓN POSTERIOR. ..................................................................................................... 33 VERIFICACIONES, VALORES Y PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO ....................................................... 34 INSPECCIÓN DEL CIRCUITO DE BAJA PRESIÓN. ............................................................................. 34 INSPECCIÓN DEL CIRCUITO DE ALTA PRESIÓN. ............................................................................. 36 INSPECCIÓN DE LA LÍNEA DE ALTA PRESIÓN CON EL EQUIPO DE DIAGNOSTICO. ................................................................................................................................................... 36
INSPECCIÓN DEL RIEL USANDO UNA BOMBA DE VACIO. ......................................... 37 Bibliografía ........................................................................................................................................ 38
SISTEMA CRDI BOSCH FUNCIÓN DEL SISTEMA CRDI BOSCH El sistema de inyección de acumulador “Common Rail” ofrece una flexibilidad destacante mayor para la adaptación del sistema de inyección al funcionamiento del motor, en comparación con los sistemas propulsados por levas. La presión de inyección se genera de manera independiente del régimen del motor y del caudal de inyección. El combustible para la inyección está a disposición en el acumulador de combustible de alta presión. El conductor preestablece el caudal de inyección, la unidad de control electrónica (UCE) calcula a partir de campos característicos programados, el momento de inyección y la presión de inyección, y el inyector realiza las funciones en cada cilindro del motor, a través de una electroválvula controlada. El sistema de inyección de “Common Rail” permite el control individual del avance de tiempo y del flujo, permitiendo el control perfecto de la combustión sobre una base de cilindro-por-cilindro. Además, la presión de inyección puede ser ajustada sobre una amplia gama de valores según las condiciones de funcionamiento del motor.
“En ralentí y en carga baja, las presiones bajas de la inyección (aproximadamente 200 bares) permiten obtener razones de inyección bajas y el ajuste muy exacto de la cantidad de combustible inyectada. En carga completa, las altas presiones de la inyección (aproximadamente 1300-1600 bares para CRDi de primera generación; 1750 bares para segunda generación; 2050 bares tercera generación) aseguran la atomización muy fina del combustible.” (PINTADO, 2007)1
FUNCIONES ADICIONALES. Estas funciones sirven para la reducción de las emisiones de los gases de escape y del consumo de combustible, o bien sirven para aumentar la seguridad y el confort.
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(PINTADO, 2007)
Algunos ejemplos de estas funciones son: la retroalimentación de gases de escape (sistema EGR), la regulación de la presión turbo, la regulación de la velocidad de marcha, el inmovilizador electrónico de arranque, etc. El sistema CAN-BUS hace posible el intercambio de datos con otros sistemas electrónicos del vehículo (p. ejemplo: ABS, control electrónico de cambio). Una interfaz de diagnóstico permite al realizar la inspección del vehículo, la evaluación de los datos del sistema almacenado en memoria.
SUBSISTEMAS DEL CRDi BOSCH CIRCUITO DE BAJA PRESIÓN Se compone de:
Depósito de combustible. Bomba de suministro previo. Filtro de combustible. Tuberías de conexión.
Figura 1. Circuito de Baja presión Bosch Fuente: (PINTADO, 2007) En el circuito de baja presión se aspira el combustible del tanque por medio de una bomba de suministro previo, forzando al combustible a pasar por las líneas al circuito de alta presión. Un pre-filtro separa los contaminantes del combustible evitando así el desgaste prematuro de los componentes de alta precisión.
DEPÓSITO DE COMBUSTIBLE Los depósitos de combustible deben ser resistentes a la corrosión y mantenerse estancos incluso a una sobrepresión de servicio doble, pero por lo menos hasta 0,3 bares de
sobrepresión. La sobrepresión producida debe escapar por si misma a través de aberturas apropiadas, válvulas de seguridad o similares. El combustible no debe salir por la tapa de la boca de llenado o por los dispositivos para compensación de presión, incluso en posición inclinada, circulando por curvas o incluso en caso de choques. Los depósitos de combustible deben estar separados del motor de tal forma que no sea de esperar una inflamación incluso en accidentes. Esto no rige para motocicletas y tractores con asiento del conductor al aire libre.
TUBERÍAS DE COMBUSTIBLE EN LA PARTE DE BAJA PRESIÓN. Para la parte de baja presión pueden emplearse además de tubos de acero, también tuberías flexibles con armadura de malla de acero, que sean difícilmente inflamables. Las tuberías deben estar dispuestas de tal forma que se impidan los daños mecánicos y que el combustible que gotea o se evapora no pueda acumularse o inflamarse. Las tuberías de combustible no deben quedar afectadas en su funcionamiento en caso de una deformación del vehículo, un movimiento del motor o similares. Todas las piezas que conducen combustible tienen que estar protegidas contra el calor que perturba el funcionamiento. BOMBA PREVIA La bomba previa, una electrobomba de combustible con filtro o una bomba de combustible de engranajes, aspira el combustible extrayéndolo del depósito de combustible y transporta continuamente el caudal de combustible necesario, en dirección a la bomba de alta presión.
Figura 2. Partes Electrobomba de Combustible. Fuente: (PINTADO, 2007)
FILTRO DE COMBUSTIBLE Un filtrado insuficiente puede originar daños en componentes de la bomba, válvulas de presión y en los inyectores. El filtro de combustible limpia el combustible delante de la bomba de alta presión e impide así el desgaste prematuro de las piezas sensibles.
Figura 3. Partes del filtro del combustible. Fuente: (PINTADO, 2007) CIRCUITO DE ALTA PRESIÓN
Bomba de alta Presión. Acumulador de alta presión con sensor de alta presión. Inyectores. Tuberías de alta presión
Figura 4. Circuito de Alta Presión. Fuente: (PINTADO, 2007) BOMBA DE ALTA PRESIÓN. “La bomba de alta presión constituye el punto de intersección entre las partes de alta y de baja presión. Debe cumplir la tarea de aportar permanentemente un volumen suficiente de combustible comprimido en todos los márgenes de funcionamiento y durante toda la vida útil del vehículo. Esto incluye el mantenimiento de una reserva de combustible necesaria para un proceso de arranque rápido y un aumento rápido de la presión en el conducto común. La bomba de alta presión genera permanentemente la presión del sistema para el acumulador de alta presión (conducto común), con independencia de la inyección. Por dicho motivo, el combustible en comparación con los sistemas de inyección convencionales no debe comprimirse durante el desarrollo de la inyección.
En los sistemas para turismo se utiliza como bomba de alta presión para la generación de presión una bomba de 3 émbolos radiales. En los vehículos industriales se utilizan así mismo bombas de disposición en serie de dos émbolos. La bomba de alta presión se monta perfectamente en el mismo lugar que las bombas distribuidoras de inyección de los motores diésel. Es accionada por el motor mediante un embrague, una rueda dentada, una cadena o una correa dentada. El número de revoluciones de la bomba mantiene con ello una relación de desmultiplicación fija con respecto al número de revoluciones del motor. Los émbolos de la bomba, situados en el interior de la bomba de alta presión, comprimen el combustible. Con tres carreras de alimentación por giro se generan en la bomba de émbolos radiales carreras de alimentación sopladas (sin interrupción de la alimentación), pares de accionamiento máximo reducidos y una carga uniforme del accionamiento de la bomba.” (Barros, 2014)
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Figura 3. Bomba de Alta Presión CRDi Bosch. Fuente: (Barros, 2014) En los sistemas para turismo, el par motor alcanza, con 16 Nm, sólo aproximadamente ⁄ del momento de impulsión necesario para una bomba distribuidora de inyección equivalente. Por lo tanto, el riel común plantea exigencias menores al accionamiento de la bomba que los sistemas de inyección convencionales. La potencia necesaria para el accionamiento de la bomba crece de forma proporcional a la presión ajustada en el conducto común y al número de revoluciones de la bomba (caudal de alimentación). En un motor de 2 litros, la bomba de alta presión absorbe una potencia de 3,8 kW al régimen nominal y con una presión de 1350 bares en el conducto común (con un rendimiento mecánico de aproximadamente el 90%). La mayor demanda de energía de los sistemas riel común en comparación con los sistemas convencionales tiene su origen en los volúmenes de fuga y de
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(Barros, 2014)
control existentes en el inyector y en el caso de la bomba de alta presión CP1 en la reducción de la presión del sistema deseada mediante la válvula reguladora de presión. Las bombas de alta presión se utilizan en los turismos y vehículos industriales en diferentes versiones. En cada generación de bombas hay versiones con diferente volumen y presión de alimentación. VALORES DE LAS BOMBAS DE ALTA PRESIÓN
Figura 4. Valores de las Bombas de Alta Presión CRDi Bosch. Fuente: (Barros, 2014) FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA DE ALTA PRESIÓN El eje de la bomba de alta presión tiene una leva excéntrica. Él es movido por el eje del motor que mueve los tres elementos arriba y abajo.
Figura 6. Bomba de Alta Presión Vista Lateral. Fuente: (Barros, 2014) Succión.- El movimiento descendente del elemento genera un aumento de volumen de la cámara de compresión. La presión de combustible se pasa dentro de la cámara de compresión. Entonces, el combustible fluye venido de la bomba de engranaje través de la válvula de admisión para la cámara de compresión. Bombeo.- Con el movimiento ascendente del pistón-bomba, la presión aumenta en la cámara de compresión. El disco es comprimido para arriba y la válvula de entrada es cerrada. Continuando el movimiento ascendente del pistón-bomba es generada todavía más
presión. Así que la presión de combustible en la cámara de compresión excede la presión en la cámara de presión, la válvula se abre y el combustible es liberado para el circuito de alta presión. VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN DEL INYECTOR BOSCH. La válvula reguladora de presión puede ser un componente que tiene funcionamiento puramente mecánico o electrónico. Está unida en el acumulador de presión por una rosca. Internamente una válvula controla el paso de combustible. Funcionamiento de la válvula reguladora de presión.- Cuando la presión de combustible excede sube al máximo, la válvula del acumulador de presión se abre. Así el combustible retorna del tubo acumulador de presión y la presión baja. PORTA INYECTOR Posición de reposo.- Las toberas inyectoras son controladas por el módulo de inyección electrónica de combustible. En esta posición de reposo las toberas están cerradas. Esta posición la válvula solenoide de la tobera no es accionada. El actuador de la válvula solenoide es presionado por la fuerza del resorte de la válvula solenoide en su asiento. La aguja de la tobera permanece cerrada por la acción de la alta presión del combustible en el vástago de la tobera que tiene un área mayor en relación al área inferior de la tobera inyectora.
Figura 8. Vista Interior del Inyector. Fuente: (Barros, 2014) Inicio de Inyección.- La inyección es realizada directamente a través de la tobera inyectora en la cámara de combustión del pistón. Está comandada por la válvula electromagnética del inyector. Así que la fuerza supera la resistencia del resorte, permitiendo la abertura de la tobera. El combustible fluye en el sentido contrario del vástago de la tobera. La restricción
de la entrada provoca una rápida compensación entre la alta presión y la cámara de expansión. Este momento la presión que actúa en la parte superior de la tobera es inferior a la alta presión que actúa en la aguja. Por consecuencia, la aguja es erguida y la pulverización inicia.
Figura 9. Inicio de Inyección del Inyector Bosch. Fuente: (Barros, 2014) Inyectando.- La inyección se inicia cuando el solenoide es desactivado. El solenoide permanece des energizado. El resorte del solenoide presiona el actuador en su asiento cerrando el paso por la restricción. En la cámara superior, la presión de combustible aumenta. La presión en la cámara superior está más alta en comparación a la de la aguja. La aguja se cierra debido a la relación de áreas de presión. La inyección se cierra y la tobera retorna a su posición de reposo.
Figura 10. Proceso de Inyección. Fuente: (Barros, 2014)
Pre Inyección e Inyección principal.- Para realizar el trabajo de inyección, la bobina magnética del inyector trabaja con una frecuencia de 100Hz o sea 80V con 20A. Hay personas que utilizan marca paso, por ende no deben aproximarse al motor en funcionamiento. La responsabilidad de generación de esos valores son los capacitores que están dentro de la unidad de mando. Debido a súper calentamiento de la caja de mando, en razón de la carga y descarga de los capacitores, la unidad de mando debe estar en un punto del motor con circulación de agua.
Figura 11. Valores de Funcionamiento del Inyector. Fuente: (Barros, 2014) TUBERÍAS DE COMBUSTIBLE EN LA PARTE DE ALTA PRESIÓN. “Las tuberías de alta presión deben soportar permanentemente la presión máxima del sistema y las oscilaciones de presión, que se producen durante las pausas de inyección. Por este motivo, las tuberías constan de tubos de acero. Normalmente presentan un diámetro exterior de 6 mm y un diámetro interior de 2,4 mm. Las diferentes distancias entre el riel y los inyectores se compensan mediante curvaturas más o menos pronunciadas en el correspondiente tendido de las tuberías de inyección. La longitud de tubería es lo más corta posible.” (PINTADO, 2007)
Figura 12. Cañerías de Combustible. Fuente: (PINTADO, 2007)
CONTROL DEL SISTEMA CON EDC. La regulación electrónica Diesel EDC con Common Rail se divide en tres bloques de sistema:
SENSORES. Son los elementos que informan, mediante la transformación diversas magnitudes físicas en señales eléctricas, a la unidad de control sobre los parámetros indicados, entre ellos se encuentran los siguientes:
Figura 13. Sensores. Fuente: (PINTADO, 2007) Sensor de temperatura del refrigerante. El sensor de temperatura se ubica en el circuito de refrigeración, para monitorear la temperatura del motor a través de la temperatura del refrigerante. El sensor está equipado con un resistor dependiente de la temperatura con un coeficiente de temperatura negativo, que es parte de un circuito divisor de voltaje al que se aplican 5V (figura 14).
Figura 14. Sensor de Temperatura del Refrigerante. Fuente: (PINTADO, 2007) La caída de voltaje en el resistor se ingresa al UCE mediante un convertidor análogo-digital y es una medida de la temperatura. Se almacena una curva característica en el microcomputador del UCE, el cual define la temperatura como función de un voltaje dado (figura 15).
Figura 15. Disposición del Sensor de Temperatura del Refrigerante Fuente: (PINTADO, 2007) Sensor de posición del pedal del acelerador. En contraste con la distribución convencional y las bombas de inyección en línea, con EDC (Control Electrónico Diésel) la aceleración que imprime el conductor ya no se transmite directamente a la bomba de inyección a través de un cable o varillaje mecánico, sino que es registrada por un sensor del pedal del acelerador y transmitida luego al UCE. Se genera un voltaje a través del potenciómetro en el sensor del pedal del acelerador en función de la posición del acelerador. Usando una curva característica programada, se calcula entonces la posición del pedal a partir de éste voltaje. El sensor del pedal tiene dos potenciómetros, una señal es la posición del pedal para el UCE, la otra es para la verificación de la carga. Si fallara el sensor del pedal, se establece el modo a prueba de falla y una velocidad de ralentí levemente mayor (figura 16).
Figura 16. Disposición Esquemática del sensor APP. Fuente: (PINTADO, 2007)
Sensor de presión del riel. El sensor de presión del riel debe medir instantáneamente la presión en el riel con la precisión adecuada y de la forma más rápida posible. El combustible presurizado actúa sobre el diafragma del sensor, lo que convierte la presión en señal eléctrica, que después se ingresa a un circuito de evaluación que amplifica esta señal y la envía al UCE (figura 17).
Figura 17. Sensor de Presión del Riel. Fuente: (PINTADO, 2007) Sensor de temperatura del combustible. El sensor de temperatura del combustible se ubica en la línea de alimentación de combustible. A medida que aumenta la temperatura del combustible, el UCE modificará la inyección y tasa de entrega, al mismo tiempo ajustará los parámetros de funcionamiento de la válvula de control de presión del riel. Puesto que el circuito de entrada de la computadora está pensado cómo divisor de tensión se reparte entre una resistencia presente en la computadora y la resistencia NTC del sensor. Por consiguiente la computadora puede valorar las variaciones de resistencia del sensor a través de los cambios de la tensión y obtener así la información de la temperatura del combustible en el motor (figura 18).
Figura 18. Posición del Sensor de Temperatura de Combustible. Fuente: (PINTADO, 2007) Sensor de presión atmosférica o altitud. Este sensor le informa a la computadora la presión atmosférica existente, para que ella corrija inteligentemente el tiempo de inyección de acuerdo a la presión atmosférica. Este sensor está montado adentro de la computadora. El elemento sensible del sensor de presión absoluta está compuesto por un puente de Wheatstone sobre una membrana de material cerámico. Sobre un lado de la membrana está presente el vacío absoluto de referencia, mientras que sobre el otro lado actúa la presión atmosférica. La señal piezo-resistiva derivante de la deformación que sufre la membrana, la toma la computadora para determinar la altitud (figura 19).
Figura 19. Sensor de Presión Atmosférica. Fuente: (PINTADO, 2007)
Interruptor del pedal del embrague. La función principal de este sensor es para mayor confort de marcha, consiste en suprimir las sacudidas del motor. A esos efectos la computadora necesita saber si se ha embragado o desembragado momentáneamente (figura 20). Estando aplicado el pedal de embrague se reduce por poco tiempo la cantidad de gas oíl inyectada. A la función principal se le agregan otras como:
Cancelación del control crucero. Señal de carga inminente del motor (desembrague, enganche en primera marcha, salida). Evitar el aumento brusco de las rpm del motor al desembragar durante un cambio de marcha, el UCE ajusta el funcionamiento del inyector.
Figura 20. Interruptor del Pedal del Embrague. Fuente: (PINTADO, 2007) Sensor del pedal de frenos. Por motivos de seguridad el sensor suministra a la computadora la señal de freno aplicado. Esta señal se utiliza para verificar que el sensor de posición del pedal del acelerador actúe correctamente (figura 21).
Figura 21. Interruptor del Pedal del Freno. Fuente: (PINTADO, 2007) Sensor de caudal y temperatura del aire de admisión (MAF). Durante el funcionamiento dinámico es fundamental el establecimiento preciso de la correcta relación A/F (aire/combustible), para cumplir con las normas referentes a los límites de gases de escape. Esto requiere el uso de sensores para registrar de manera precisa el flujo de masa de aire que realmente ingresa al motor en un momento determinado. Estos sensores que miden con precisión deben ser independientes de la pulsación, flujo inverso, EGR, control variable del eje de levas y cambios en el control de temperatura del aire. Se elige un medidor de masa de aire tipo "Lámina Caliente" como el más conveniente. El principio de la lámina caliente se basa en la transferencia de calor desde un elemento sensor que está caliente, al flujo de aire. Se utiliza un sistema de medición que permite la medición del flujo de aire y la detección de la dirección del mismo. Los flujos inversos también se detectan en caso que se produzcan flujos de aire con fuerte pulsación. En la misma carcasa tiene montado un sensor de temperatura de aire (figura 22).
Figura 22. Sensor de Temperatura del Aire y Flujo Másico de Aire. Fuente: (PINTADO, 2007)
Sensor de posición del cigüeñal. La posición del pistón en la cámara de combustión es fundamental para definir el comienzo de la inyección. Un sensor mide las rotaciones del cigüeñal por minuto. Esta importante variable de entrada se calcula en la UCE, mediante la señal del sensor de posición del cigüeñal. Una rueda dentada de material ferro-magnético está unida al cigüeñal, en la cual faltan 2 dientes. A este espacio más grande se le asigna una posición definida del cigüeñal para el cilindro 1. El sensor de velocidad del cigüeñal monitorea la secuencia de dientes de la rueda, el mismo está compuesto por un imán permanente y un alma de hierro dulce con un bobinado de cobre. El flujo magnético en el sensor cambia a medida que los dientes y espacios pasan frente a él, generando un voltaje sinusoidal de AC cuya amplitud aumenta abruptamente en respuesta a la mayor velocidad del motor (figura 23).
Figura 23. Sensor CKP. Fuente: (PINTADO, 2007) Sensor de fase. Cuando un pistón se mueve en dirección del PMS, la posición del eje de levas determina si está en la fase de compresión con encendido subsiguiente, o en la fase de escape. Esta información no se puede generar únicamente con el dato del eje cigüeñal durante la fase de partida. Por otra parte, durante el funcionamiento normal del motor, la información generada por el sensor del cigüeñal basta para determinar el estado del motor. El sensor del eje de levas utiliza el efecto electromagnético (Hall) al establecer la posición del eje de levas. Un diente de material ferro-magnético está unido al eje de levas y gira con él. Cuando este diente pasa frente a los discos semiconductores del sensor del eje de levas, su campo magnético desvía los electrones en los discos semiconductores en ángulos rectos a la dirección de la corriente que fluye a través de los discos. Esto da como resultado una
señal breve de voltaje (voltaje Hall) que informa a la UCE que el cilindro Nº 1 ha ingresado recién a la fase de compresión (figura 24).
Figura 24. Sensor de Fase. Fuente: (PINTADO, 2007) Sensor de presión del turbo-alimentador. El sensor está conectado por un tubo al múltiple de admisión, o directamente en el múltiple de admisión. El elemento sensible del sensor de sobrepresión del turbocompresor está compuesto por un puente de Wheatstone sobre una membrana de material cerámico. Sobre un lado de la membrana está presente el vacío absoluto de referencia, mientras que sobre el otro lado actúa la presión de aire proveniente del turbocompresor. La señal piezo-resistiva derivante de la deformación que sufre la membrana, antes de ser enviada a la computadora es amplificada por un circuito electrónico contenido en el soporte que aloja la membrana cerámica (figura 25).
Figura 25. Sensor de Presión del Turbo-Alimentador. Fuente: (PINTADO, 2007)
ACTUADORES. Los actuadores son los que se encargan de transformar las señales eléctricas de salida de la Unidad de Control, en magnitudes mecánicas. Recirculación de los gases de escape (EGR). Con la recirculación de los gases de escape (EGR) una parte de los gases es derivada de vuelta al ducto de admisión del motor. El alimentar una parte del contenido de los gases de escape residuales tiene un efecto positivo en la conservación de la energía y, por tanto, en las emisiones. De acuerdo con el punto de funcionamiento del motor, la masa de aire/gas entregada a los cilindros puede estar compuesta por hasta un 40% de gases de escape. Para el control UCE, la masa real de aire fresco que ingresa se mide y se compara en cada punto de funcionamiento con el valor establecido de masa de aire. Con la señal generada por el circuito de control, la válvula solenoide de la EGR se hace funcionar, permitiendo que la EGR se abra por vacío. La válvula EGR esta comunicada a través de un ducto separado en la entrada del múltiple de admisión, antes de entrar en el flujo de aire succionado (figura 26).
Figura 26. Recirculación de Gases de Escape EGR. Fuente: (PINTADO, 2007) Válvula de control de mariposa EGR. La válvula de mariposa en el motor diésel realiza una función completamente diferente a la del motor de gasolina. Esta sirve para aumentar la proporción de recirculación de los gases de escape a través de reducir la sobrepresión en el múltiple de admisión. El control de la Válvula-mariposa sólo opera en el rango de velocidad más bajo del motor. Y este vacío es controlado por medio de una válvula solenoide.
El funcionamiento de esta válvula es sencillo, cuando se activa el vacío a la válvula está a través de un diafragma comanda un eje y produce que el obturador de paso de gases de escape se abra pasando los mismos al múltiple de admisión. Cuando cesa el vacío en la válvula un resorte baja el obturador cerrando el pasaje (figura 27).
Figura 27. Válvula EGR. Fuente: (PINTADO, 2007) Válvula de control de presión del riel. La válvula de control de presión es responsable de mantener la presión en el riel a nivel constante. Este nivel es función de las condiciones de funcionamiento del motor. Si la presión de combustible es excesiva, se abre la válvula y el combustible se devuelve al tanque a través de la línea de retorno. Si la presión no es losuficientemente elevada, se cierra la válvula y la bomba de alta presión aumenta la presión en el riel. La bola del asiento de la válvula está expuesta a la presión del acumulador de alta presión. Esta fuerza se superpone al total de las fuerzas que actúan contra la bola desde el otro lado mediante el resorte y el electroimán. La fuerza generada es función de la corriente con la cual se activa. Por lo tanto, una variación en la corriente permite que la alta presión en el acumulador pueda ser fijada en un valor dado. La corriente variable se obtiene usando una modulación de pulso ancho (PWM) (Figura 28).
Figura 28. Válvula EGR. Fuente: (PINTADO, 2007) Control de la bujía incandescente. Las bujías incandescentes son responsables de asegurar la partida eficiente en frío acortando el periodo de calentamiento del motor, lo cual también es muy relevante para las emisiones de escape. El periodo de calentamiento previo depende del UCE y la temperatura del refrigerante, controlado a través del funcionamiento del relé de incandescencia. Las bujías pueden alcanzar 850°C dentro de unos pocos segundos. Las fases siguientes de incandescencia durante la partida del motor o bien cuando el motor está funcionando, están determinadas por un sinnúmero de parámetros que incluyen la velocidad del motor y cantidad de combustible inyectado. Con las temperaturas de las bujías incandescentes las cuales fluctúan entre 950°C y 1050°C se reducen las emisiones de humo y ruido. El sistema de incandescencia tiene tres modos de funcionamiento y utiliza un relé, controlado por el UCE, que las energiza (figura 29).
Figura 29. Control de Bujía de Incandescencia. Fuente: (PINTADO, 2007) Actuador de presión de sobrealimentación. Los motores de turismos con turbo-compresión por gases de escape tienen que alcanzar un elevado par motor incluso a número de revoluciones bajos. Por este motivo, el cuerpo de la turbina esta dimensionado para un flujo pequeño de masas de gases de escape. Para que la presión de sobrealimentación no aumente excesivamente en caso de flujos de masas mayores de gases de escape, en este margen de funcionamiento debe conducirse una parte de los gases de escape sin pasar por la turbina del turbo al colector de los gases de escape por medio de una válvula bypass ("Wastegate"). El actuador de la presión de sobrealimentación modifica para ello la apertura mayor o menor de la válvula "Wastegate" dependiendo del número de revoluciones del motor, del caudal de inyección, etc. En lugar de la válvula "Wastegate puede aplicarse también una geometría variable de la turbina (VTG). Esta modifica el ángulo de incidencia de la turbina de gases de escape e influye así la presión de sobrealimentación22 (figura 30). Actuador de presión de sobrealimentación. Bomba de depresión. Actuador de presión. Turbocompresor. Válvula bypass.
Figura 30. Actuador de la Presión de Sobrealimentación. Fuente: (PINTADO, 2007) UNIDAD DE MANDO. Evalúa las señalas de los sensores externos y, con arreglo a las señales de entrada recibidas, controla los sistemas de alimentación de combustible, regulación del caudal y tiempo de inyección, depuración de gases de escape, regulación de la presión de carga y desconexión del compresor de aire acondicionado, controla la entrada y las salidas, verifica la plausibilidad, memoriza las averías, la diagnosis y forma un valor sustitutivo en caso de fallo de señal (funcionamiento de emergencia) (figura 26).
Figura 31. Unidad de Mando. Fuente: (PINTADO, 2007) Condiciones de aplicación. A la Unidad de Control se le plantean altas exigencias en lo referente a:
La temperatura del entorno (en servicio de marcha normal, -40…+85º C). La capacidad de resistencia contra productos de servicio (aceite, combustible, etc.). La humedad del entorno. Solicitaciones mecánicas. Igualmente son muy altas las exigencias a la compatibilidad electromagnética (CEM) y a la limitación de la irradiación de señales perturbadoras de alta frecuencia.
Estructura. La unidad de control se encuentra dentro de un cuerpo metálico. Los sensores, los actuadores y la alimentación de corriente, están conectados a la unidad de control a través de un conector multipolar. Los componentes de potencia para la activación directa de los actuadores están integrados en la caja de la unidad de control, de forma tal que se garantiza una buena disipación térmica hacia la caja. Regulación de los estados de servicio. Para que el motor funcione en cualquier estado de servicio con una combustión optima, se calcula en la UCE el caudal de inyección adecuado en cada caso. Para ello deben considerarse diversas magnitudes (figura 32). Caudal de arranque. Al arrancar se calcula el caudal de inyección en función de la temperatura y del régimen. El caudal de arranque se establece desde la conexión del interruptor de marcha (el interruptor pasa a la posición A (figura 32)) hasta que se alcanza un régimen de revoluciones mínimo. El conductor no tiene ninguna influencia sobre el caudal de arranque.
Figura 32. Cálculo del Caudal de Inyección en la Unidad de Control. Fuente: (PINTADO, 2007) Servicio de marcha. Bajo servicio de marcha normal, se calcula el caudal de inyección en función de la posición del pedal acelerador (sensor del pedal acelerador) y del número de revoluciones (el interruptor pasa a la posición B (figura 32)). Esto se realiza mediante el campo característico del comportamiento de marcha. Quedan adaptados así de la mejor forma posible el deseo del conductor y la potencia del vehículo. Regulación de ralentí. Al ralentí del motor son principalmente el grado de rendimiento y el régimen de ralentí los que determinan el consumo de combustible. Una gran parte del consumo de combustible de los vehículos motorizados en denso tráfico rodado, recae sobre este estado de servicio. Por este motivo es ventajoso un régimen de ralentí lo más bajo posible. Sin embargo, el ralentí debe estar ajustado de tal forma que el régimen de ralentí bajo todas las condiciones, como red del vehículo cargada, acondicionador de aire conectado, marcha acoplada en vehículos con cambio automático, servodirección activada, etc., no descienda demasiado y el motor funcione irregularmente e incluso llegue a pararse.
Para ajustar el régimen teórico de ralentí, el regulador de ralentí modifica continuamente el caudal de inyección hasta que el número de revoluciones real medido es igual al número de revoluciones teórico y la característica de regulación están influidos aquí por la marcha acoplada y por la temperatura del motor (sensor de temperatura del líquido refrigerante). Los momentos de carga externos están acompañados por los momentos de fricción internos que deben ser compensados por la regulación de ralentí. Estos momentos varían ligeramente pero continuamente durante toda la vida útil del motor y dependen además considerablemente de la temperatura. Regulación de la suavidad de marcha. Debido a tolerancias mecánicas y envejecimiento, no todos los cilindros del motor generan el mismo par motor. Esto tiene como consecuencia un funcionamiento no óptimo del motor, esencialmente al ralentí. El regulador de la suavidad de marcha determina ahora las variaciones del régimen después de cada combustión y las compara entre sí. El caudal de inyección para cada cilindro se ajusta entonces en base a las diferencias de revoluciones, de forma tal que todos los cilindros contribuyen por igual a la generación del par motor. El regulador de suavidad de marcha actúa únicamente en el régimen inferior de revoluciones.
Regulación de la velocidad de marcha. El regulador de la velocidad de marcha se ocupa de la circulación a una velocidad constante. El regulador ajusta la velocidad del vehículo a un valor deseado. Este valor puede ajustarse mediante una unidad de operación en el tablero de instrumentos. El caudal de inyección se aumenta o se disminuye continuamente hasta que la velocidad real corresponde a la velocidad teórica ajustada. Si estando conectado el regulador de la velocidad de marcha, pisa el conductor sobre el pedal de embrague o de freno, se desconecta el proceso de regulación. Regulación del caudal de referencia. No siempre debe inyectarse el caudal de combustible deseado por el conductor o físicamente posible. Esto puede tener las siguientes razones:
Emisión excesiva de contaminantes Expulsión excesiva de hollín Sobrecarga mecánica debido a un par motor excesivo o exceso de revoluciones Sobrecarga térmica debido a temperatura excesiva del líquido refrigerante, del aceite o del turbocompresor.
Amortiguador activo de tirones. Al accionar o soltar repentinamente el pedal acelerador, resulta una velocidad de variación elevada del caudal de inyección y, por tanto también, del par motor entregado. La fijación elástica del motor y la cadena cinemática originan por este cambio de carga abrupto, oscilaciones en forma de tirones que se manifiesta como una fluctuación del régimen del motor (figura 33).
Figura 33. Amortiguador Activo de Tirones. Fuente: (PINTADO, 2007) El amortiguador activo de tirones reduce estas oscilaciones periódicas del régimen, variando el caudal de inyección con el mismo periodo de oscilación: al aumentar el número de revoluciones, se inyecta menos caudal; al disminuir el número de revoluciones, se inyecta más caudal. El movimiento de tirones queda así fuertemente amortiguado. Parada del motor. El principio de trabajo de autoencendido tiene como consecuencia que el motor Diésel sólo pueda pararse interrumpiendo la afluencia de combustible. En el caso de la regulación electrónica Diésel, el motor se para mediante la orden de la Unidad de Control (Caudal de inyección cero). Comunicación de las unidades de control. La comunicación entre la unidad de control del sistema de riel común y otras unidades de control, se realiza a través del bus CAN (Controller Area Network). Para ello se transmite los valores teóricos, estados de servicio e informaciones de estado, necesarios para el servicio y para la supervisión de averías. Intervención externa del caudal. El caudal de inyección es influido por otra unidad de control (ejemplo: ABS,
ASR, cambio automático). Esta unidad comunica a la unidad de control del Common Rail que tiene que modificar el par motor y por tanto los valores de inyección. Bloqueo electrónico de arranque. Para la protección antirrobo del vehículo puede impedirse un arranque del motor con la ayuda de una unidad de control adicional para el bloqueo de arranque. El conductor puede señalizar a esta unidad de control, por ejemplo mediante un mando a distancia, que está autorizado a utilizar el vehículo. La unidad habilita entonces en la unidad de control Common Rail, el caudal de inyección de forma que es posible el arranque del motor y el servicio de marcha. Acondicionador de aire. Para conseguir una temperatura agradable en el interior del vehículo, se utiliza el aire acondicionado. Este sistema demanda una potencia del motor que puede alcanzar dependiendo del motor y la situación de marcha de 1% a un 30% de la potencia del motor. El objetivo no es por lo tanto la regulación de temperatura, sino el aprovechamiento óptimo del par motor. En cuanto el conductor acciona rápidamente el pedal del acelerador (deseando un par motor máximo) o también cuando el motor está funcionando a una temperatura excesiva. El EDC desconecta brevemente el compresor del sistema del aire acondicionado en el primer caso y en el segundo caso lo desconecta hasta que la temperatura del motor baje a valores de temperatura que no pongan en peligro el funcionamiento del motor.
Diagnóstico integrado. Supervisión de sensores. En la supervisión de sensores se comprueba con la ayuda del diagnóstico integrado, si estos son abastecidos suficientemente y si su señal está dentro del margen admisible (ejemplo: temperatura entre -40 y 150 ºC). Las señales importantes se ejecutan por duplicado siempre que sea posible; es decir, existe la posibilidad de conmutar a otra señal similar en un caso de avería. Módulo de supervisión. La unidad de control dispone de un módulo de supervisión además del microprocesador. La unidad de control y el módulo de supervisión se supervisan recíprocamente. Al reconocerse una avería pueden interrumpir ambos la inyección independientemente entre sí.
Reconocimiento de averías. El reconocimiento de averías solo es posible dentro del margen de supervisión de un sensor. Una vía de señal se considera defectuosa si una avería está presente durante un tiempo definido previamente. La avería se almacena entonces en la memoria de averías de la unidad de control, junto con las condiciones ambientales correspondientes, bajo las cuales ha aparecido (ejemplo: temperatura del líquido refrigerante, nº de revoluciones, etc.). Para muchas averías es posible un "reconocimiento de rehabilitación". Para ello debe reconocerse como intacta la vía de señal, durante un tiempo definido. Tratamiento de averías. Al infringirse el margen admisible de señal de un sensor, se conmuta a un valor preestablecido. Este procedimiento se aplica a las siguientes señales de entrada:
Tensión de batería. Temperatura del líquido refrigerante, del aire y del aceite. Presión de sobrealimentación. Presión atmosférica y caudal de aire.
Adicionalmente, si se tienen señales anómalas del sensor del pedal acelerador y del freno, se emplea un valor sustitutivo para el sensor del pedal acelerador.
Curvas de Funcionamiento. En el sistema "Common Rail" la generación de presión está separada de la dosificación y de la inyección de combustible, esto tiene la ventaja de poder tener una presión de inyección constante que no dependa del nº de revoluciones. También el grado de libertad en el momento de avance o retraso de la inyección es mucho más grande, lo que hace de los motores equipados con "Common Rail" unos motores muy elásticos que desarrollan todo su potencial en toda la gama de revoluciones. El sistema "Common Rail" divide la inyección en una "inyección previa", "inyección principal" y en algunos casos en una "inyección posterior".
Figura 34. Desarrollo de la Presión de Inyección. Fuente: (PINTADO, 2007) INYECCIÓN PREVIA. En la inyección previa se aporta al cilindro un pequeño caudal de combustible de Diésel (1…4 mm3), que origina un “acondicionamiento previo” de la cámara de combustión, pudiendo mejorar el grado de rendimiento de la combustión y consiguiendo los siguientes efectos:
La presión de compresión aumenta ligeramente mediante una reacción previa o combustión parcial. Se reduce el retardo de encendido de la inyección principal. Se reduce el aumento de la presión de combustión y las puntas de presión de combustión (combustión más suave). Estos efectos reducen el ruido de combustión, el consumo de combustible y, en muchos casos, las emisiones (figura 35).
INYECCIÓN PRINCIPAL. Con la inyección principal se aporta la energía para el trabajo realizado por el motor. Asimismo es responsable de la generación del par motor. La magnitud de la presión de inyección es casi constante durante todo el proceso (figura 35).
Figura 35. Inyección Previa y Principal. Fuente: (PINTADO, 2007) INYECCIÓN POSTERIOR. La inyección posterior sigue a la inyección principal durante el tiempo de expansión o de expulsión, hasta 200º del cigüeñal después del PMS. Esta inyección introduce en los gases de escape una cantidad de combustible exactamente dosificada. Contrariamente a la inyección previa y principal, el combustible no se quema sino que se evapora por calor residual en los gases de escape/combustible es conducida en el tiempo de expulsión, a través de las válvulas de escape. Mediante la retroalimentación de gases de escape se conduce otra vez una parte del combustible a la combustión y actúa como una inyección previa muy avanzada. El combustible en los gases de escape sirve como medio reductor para el óxido de nitrógeno en catalizadores NOx apropiados El sistema Common Rail tiene una rampa de aumento más rápida que otros sistemas y mantiene constante la presión. El sistema inyector bomba tiene una mayor presión de inyección pero a mayores regímenes de motor.
Figura 36. Comparación de Presión de Inyección. Fuente: (PINTADO, 2007)
VERIFICACIONES, VALORES Y PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO INSPECCIÓN DEL CIRCUITO DE BAJA PRESIÓN. Ubicar un manómetro de presión entre el filtro y la bomba de alta presión con el motor en marcha las presiones deben estar comprendidas entre 1.5 y 3.5 bar de sobrepresión (figura 37y 38).
Figura 37. Medición de la Presión entre el Filtro y la Bomba de Alta Presión. Fuente: (PINTADO, 2007)
Figura 38. Vista de la Medición. Fuente: (PINTADO, 2007) Si la presión es superior la avería estará posiblemente en la válvula de regulación de la presión con un tarado demasiado alto (figura 39).
Figura 39. Válvula de la Regulación de la Presión con un Tarado demasiado Alto. Fuente: (PINTADO, 2007) Otro valor a medir es la presión existente en la tubería de retorno de combustible, conectar el manómetro entre la tubería de retorno de la bomba y el filtro 80 de combustible (figura 40) el valor debe estar entre 0.2 y 0.9 bares, con el motor parado; y cuando ponemos en marcha el motor el valor no debe ser superior a 1.2 bares.
Figura 40. Medición de la Presión en la Cañería de Retorno. Fuente: (PINTADO, 2007) INSPECCIÓN DEL CIRCUITO DE ALTA PRESIÓN. Debido a las altas presiones existentes en la rampa, no se puede colocar un manómetro acoplado a la entrada de esta porque sería muy riesgoso. Para esto se debe utilizar los lectores de unidades de control, se conecta el lector a su toma de diagnóstico, en fase de arranque del motor, la presión debe ser superior a 150 bares y con revoluciones del motor superiores a las 200, en estado de ralentí la presión alcanzada será de 298 bares y esta presión debe aumentar conforme a las necesidades de carga del motor. INSPECCIÓN DE LA LÍNEA DE ALTA PRESIÓN CON EL EQUIPO DE DIAGNOSTICO. Arranque el vehículo e inspeccione el valor de presión en condición de ralentí. Conecte el Scanner y elija la presión de Combustible en datos actuales y muéstrela en forma de gráfico. Gire la llave de encendido a OFF/ON rápidamente, apagando el motor. Verifique si la disminución de presión de combustible es lenta (figura 41).
Figura 41. Gráfica de la Presión de Combustible Normal. Fuente: (PINTADO, 2007) A continuación se muestra (figura 42) que la presión disminuye rápidamente cuando se apaga el motor, esto pudiera ser por una fuga en la válvula de regulación de presión.
Figura 42. Gráfica de la Presión de Combustible Anormal. Fuente: (PINTADO, 2007) INSPECCIÓN DEL RIEL USANDO UNA BOMBA DE VACIO.
1. Conecte una de las tuberías de los inyectores hacia la bomba de vació como lo muestra (figura 43). Asegúrese que las otras tuberías estén conectadas.
Figura 43. Conexión de la Bomba de Vacío. Fuente: (PINTADO, 2007) 2. Aumente la presión de vació a 50 mmhg y manténgala por 5 minutos (figura 44).
Si la presión baja a menos de 45 mmhg dentro de los 5 minutos, la válvula reguladora de presión está mal. Medida normal es de 50 – 45 mmhg.
Figura 44. Valor de la Medición. Fuente: (PINTADO, 2007) BOMBA DE ALIMENTACIÓN CRDi BOSCH EN SOLID WORK
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