1.- SISTEMAS COMMON RAIL El control electrónico del sistema de inyección representa un grande paso en el desarrollo de los motores diesel. El moderno sistema Common Rail Bosch presenta la más nueva tecnología empleada en sistemas de inyección electrónica. En este sistema, la generación de presión y la inyección de combustible están separadas, lo que significa que la bomba genera la alta presión que está disponible para todos los inyectores a través de un riel común, que puede ser controlada independiente de la revolución del motor. La presión del combustible, el inicio y fin de inyección son precisamente calculados por la unidad de comando a partir de informaciones obtenidas de los diversos sensores instalados en el motor, lo que proporciona excelente desempeño, bajo ruido y la mínima emisión de gases contaminantes.
2.- SISTEMAS COMMN RAIL EN LA ACTUALIDAD En la actualidad existen varias marcas que fabrican sistemas de inyección Common Rail, entre las gestiones más comunes tenemos: . Sistema Common Rail de Bosch Sistema Common Rail de Denso Sistema Common Rail de Delphi Sistema Common Rail de Siemens En todos estos sistemas las diferentes gestiones electrónicas hacen uso de componentes que son muy similares respecto al funcionamiento como es el caso de sensores y actuadores.
3.- ELEMENTOS DE UN SISTEMA COMMON RAIL Los componentes principales de un sistema Common Rail se dividen en dos grupos, grup os, los que suministran combustible generalmente llamado circuito de baja presión y los que forman parte del circuito que suministra el combustible a alta presión. El circuito de baja presión consta de:
Depósito de combustible con filtro previo. Bomba previa. Filtro de combustible.
Tuberías de combustible de baja presión.
El circuito de alta presión consta de: Bomba de alta presión con válvula reguladora de presión. Tuberías de combustible de alta presión. Rail como acumulador de alta presión con sensor de presión del Rail, válvula de presión del riel y control de combustible. Inyectores. Tuberías de retorno de combustible.
3.1. ALIMENTACIÓN A BAJA PRESIÓN BOMBA CELULAR DE RODILLOS: La bomba celular de rodillos (una electrobomba de pre elevación ) va fijada exteriormente en la parte derecha del depósito. La bomba se pone en funcionamiento al ser accionado el motor de arranque y aspira asp ira el combustible de la cuba anti-oleaje.
La cuba se carga con combustible a través de dos eyectores impulsados por una bomba en el depósito (bomba de pre elevación G6). Con cada puesta en marcha del motor, la bomba celular de rodillos se encarga de suministrar combustible a una presión previa de aprox. 3 bares para la bomba de engranajes. De esa forma se consigue un arranque rápido del motor a cualquier temperatura del combustible. La bomba celular de rodillos se para después del arranque del motor.
BOMBA DE ENGRANAJES La bomba de engranajes es una bomba mecánica de pre elevación, en versión auto aspirante. Se impulsa directamente por el árbol de levas de admisión en la fila derecha de cilindros. Después arrancar el motor, la bomba de engranajes aspira el combustible de la cuba anti-oleaje en el depósito, a través de un conducto en bypass, evadiendo la bomba celular de rodillos. La bomba de engranajes suministra a su vez el combustible para la bomba de alta presión. Ventajas de la bomba mecánica de engranajes:
Menor propensión a ensuciarse (protección contra partículas) Fiabilidad Vida útil Resistencia a sacudidas
Caudal impelido por vuelta 3,1 cc/vuelta Caudal impelido en función 40 ltr./h a 300 1/min del tiempo 120 ltr./h a 2.500 1/min
3.2. ALIMENTACIÓN DE ALTA PRESIÓN BOMBA DE ALTA PRESIÓN La bomba de alta presión es una versión de 3 émbolos con estrangulador de aspiración controlado, alojada en la V interior del bloque. La generación de la alta presión corre a cargo de la bomba de émbolos rad iales con tres émbolos decalados a 1200.
El eje de impulsión con su leva excéntrica desplaza el émbolo de la bomba de tres elementos, haciendo que describa un movimiento de ascenso y descenso senoidal. La bomba de engranajes impele combustible a través del taladro estrangulador de la válvula electromagnética para la dosificación del combustible hacia la cámara de abasto de combustible o bien hacia el circuito de lubricación y refrigeración de la bomba de alta presión. Si la presión impelida supera la presión de apertura de la válvula de seguridad (0,5 …1,5 bares), la bomba de engranajes puede impeler combustible a través de las
válvulas de admisión hacia los elementos de bomba, en los que el émbolo se encuentra en desplazamiento hacia abajo (carrera aspirante).
UNIDAD INYECTORA GESTIONADA POR ELECTROVÁLVULA (INYECTOR) Componentes del inyector: – – – –
Tobera de inyección de seis taladros con aguja Sistema hidráulico de gestión Electroválvula Canales de combustible
Debido al muy reducido espacio disponible en la culata se emplean inyectores muy estrechos, de Ø 17 mm. El combustible se conduce desde el empalme de alta presión a través de un canal hasta la tobera de inyección, así como a través del estrangulador de entrada hacia la cámara de control del inyector.
La cámara de control del inyector está comunicada con el retorno de combustible a través del estrangulador de salida. Se puede abrir por medio de una válvula electromagnética. 1 – Muelle de la tobera de inyección 2 – Cámara de control del inyector 3 – Estrangulador de salida 4 – Inducido de la electroválvula 5 – Retorno de combustible - al depósito 6 – Terminal eléctrico, electroválvula 7 – Electroválvula 8 – Empalme alimentación combustible – alta presión del conducto común 9 – Bola de válvula 10 – Estrangulador de entrada 11 – Émbolo de control del inyector 12 – Canal de entrada a la tobera de inyección 13 – Celda volumétrica 14 – Aguja de la tobera de inyección
FUNCIONAMIENTO DEL INYECTOR
Posición de reposo - motor “PARADO“ El combustible procedente del conducto común (Rail) está aplicado continuamente al empalme de alta presión del inyector. Inunda la celda volumétrica y, a través del estrangulador de entrada, también inunda la cámara de control del inyector. – Existe igualdad de presiones entre la celda volumétrica y la cámara de control del inyector. – La electroválvula del inyector está cerrada. Para establecer la estanqueidad de la tobera de inyección se genera una relación de superficie a presión de aprox. 1,5 entre la superficie del émbolo de control con respecto a la aguja de la tobera de inyección. Eso significa, que la fuerza hidráulica del émbolo de control supera en aprox. 50 % la fuerza de apertura de la tobera de inyección y el émbolo de control del inyector oprime la aguja contra su asiento, adicionalmente a la fuerza del propio muelle de la tobera. El muelle de la tobera mantiene cerrada la tobera hasta una presión diferencial de aprox. 40 bares entre la celda volumétrica y la cámara de control del inyector.
Comienzo de la inyección - motor “EN FUNCIONAMIENTO“
Si se aplica corriente a la electroválvula, la fuerza electromagnética supera a la fuerza de cierre del muelle en la electroválvula. La electroválvula abre el estrangulador de salida; la presión del combustible se distensa en la cámara de control del inyector y la fuerza de cierre se reduce en la parte superior de la tobera de inyección. De ese modo aumenta la sobrepresión del combustible o bien la sobrepresión en el conducto común (Rail) en la parte inferior de la tobera de inyección, alcanzando una presión positiva de aprox. 160 bares, provocando la apertura de la tobera de inyección. La velocidad de apertura de la aguja depende de la breve aplicación de una corriente de alta intensidad y de la relación de paso entre los estranguladores de salida y entrada. Para que la aguja pueda abrir la tobera de inyección es preciso que la sección transversal del estrangulador de salida sea mayor que la del estrangulador de entrada.
Comienzo de la inyección Si la corriente se aplica a la electroválvula durante un tiempo relativamente prolongado, el émbolo de control del inyector y la aguja se elevan hasta el tope del émbolo de control. La tobera de inyección abre al máximo y el combustible se inyecta a una presión casi igual a la reinante en el conducto común (Rail). Final de la inyección Al desaplicarse la corriente de la electroválvula, el muelle oprime nuevamente el inducido de la electroválvula o bien la bola de la válvula contra el asiento. El estrangulador de salida cierra y la presión en la cámara de control aumenta hasta equivaler a la presión del sistema. La fuerza de cierre que actúa a través del émbolo de control sobre la tobera de inyección supera la fuerza de apertura aplicada al asiento y la tobera de inyección cierra.
4.- SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL (EDC) La utilización de un sistema electrónico de control en motores diesel está motivada por la necesidad de ahorro de combustible y las cada vez más exigentes normas de emisiones. Este sistema debe monitor todas las entradas de sensores en los puntos críticos del motor, calcular parámetros de funcionamiento y controlar las variables del motor para asegurar el funcionamiento en su punto óptimo. Además debe estar totalmente integrado con los otros sistemas electrónicos, como por ejemplo el sistema de frenos, transmisión tracción, etc., para un óptimo desempeño del vehículo. El principal componente del EDC es el módulo de control electrónico o ECM (electronic control module).
5.- MÓDULO DE CONTROL ELECTRÓNICO (ECM) El ECM está compuesto por una unidad procesadora central, una memoria, software, circuitos integrados y equipos periféricos. Los siguientes son los requerimientos que debe cumplir el ECM para hacerlo competitivo: Debe controlar los gases de escape midiendo la presión del aire de entrada y la velocidad del motor para limitar la relación aire-combustible. Debe tener la posibilidad de seleccionar diferentes torques del motor por parte del usuario. Debe poder controlar el trabajo de cada cilindro para asegurar un funcionamiento suave y constante. Debe tener la posibilidad de modificar la cantidad de frenado y la velocidad del vehículo a la cual se activa el retardador del motor. Debe controlar el encendido del ventilador dependiendo de las temperaturas del motor. Debe controlar la velocidad crucero, manteniendo constante la velocidad de vehículo pudiéndose desconectar con el pedal de freno. Debe poder reducir la potencia del motor en casos necesarios. Debe poder apagar el motor en casos necesarios o para ahorrar combustible. Este sistema debe estar protegido de daños provocados por agua, barro o golpes, por lo que su diseño es muy importante.
6.- SENSORES TRANSMISOR POSICIÓN DEL ACELERADOR La señal de posición del pedal del acelerador es una señal básica para el cálculo del caudal de inyección y de regulación del comienzo de inyección. Esta señal igualmente es empleada para la limitación de la presión de sobrealimentación y la recirculación de los gases de escape. Está constituido por un potenciómetro que transmite una señal de tensión variable en función de la posición del pedal. En el cuerpo del transmisor existe un muelle arrollado que genera la contrapresión necesaria para dar sensación de pedal.
CONEXIONADO SENSOR POSICIÓN ACELERADOR
PIN 57 Alimentación sensor 5 V PINPIN 55 Masa sensor. PINPIN 15 Tensión señal
En caso de fallo del transmisor, la unidad de control conmuta una función de marcha de emergencia.
Régimen del motor acelerado continuado = 1300 r.p.m. No hay respuesta a la solicitud de carga.
La unidad de control recoge en la memoria de averías.
Falta de plausibilidad. Interrupción de la señal.
SEÑAL SENSOR POSICIÓN ACELERADOR Conexión Osciloscopio PIN 15 y Masa
Campo de Medida 1V/d 500mseg/d Señal lineal. Accionando el pedal, observar la subida lineal de la señal sin cortes ni deformaciones.
TRANSMISOR RÉGIMEN MOTOR El régimen de motor es un parámetro básico para el cálculo de:
Caudal de inyección. Regulación del comienzo de inyección. Recirculación de gases de escape. Precalentamiento. Señal para el cuadro de instrumentos.
Es un transmisor de tipo inductivo que capta el giro de una corona, de cuatro huecos, unida al cigüeñal.
Mediante esta señal quedan determinados:
Régimen momentáneo del motor Posición momentánea del cigüeñal.
En caso de fallo del transmisor, la unidad de control NO PUEDE MANTENER EL MOTOR EN MARCHA La unidad de control recoge en la memoria de averías:
Señal no plausibilidad. No hay señal.
CONEXIONADO TRANSMISOR DE RÉGIMEN PIN 88 Señal tensión alterna. PIN 33 Masa sensor PIN 3 (sensor) Apantallamiento señal Resistencia 1000 a 1500Ω
SEÑAL TRANSMISOR DE RÉGIMEN Conexión Osciloscopio PIN 8 y 33
Campo de Medida 2V/d
20mseg/d
Observaremos que la señal no tiene cortes ni deformaciones, así como que la amplitud a revoluciones de arranque es de: Vpp: 12 a 20 V.
MEDIDOR MASA DE AIRE La señal transmitida por este sensor, es utilizada por la unidad de control para:
Calcular el porcentaje de recirculación de gases de escape (Reducir el índice de NOx). Regulación del caudal máximo a inyectar.
El medidor esta intercalado en el tubo que une el filtro de aire con el turbocompresor.
Su misión es transmitir a la unidad de control la masa de aire a spirada por el motor. La medición se realiza mediante una superficie calefactada (película caliente). Una resistencia variable detecta el calor que desprende la película caliente. La magnitud de resistencia varía en función de la temperatura y masa de aire que pasa por el medidor y es transformada en una señal eléctrica de tensión.
CONEXIONADO MEDIDOR MASA DE AIRE
PIN 19 Tensión alimentación 5 V PIN 33 Masa sensor PIN 13 Tensión señal
SEÑAL MEDIDOR MASA DE AIRE Tensión al ralentí: 1,4 V. Tensión a plena carga: ≥ 4 V
Conexión Osciloscopio PIN 13 y 33 Campo de Medida 1V/d 500mseg/d Señal lineal. Al acelerar, observaremos una subida de tensión proporcional a las revoluciones. Señal sin cortes ni deformación.
En caso de fallo del transmisor, la unidad de control:
Reduce el límite de la presión de sobrealimentación (falta de potencia). Consigna un valor fijo para el óptimo funcionamiento a carga parcial (mala aceleración). Corrección del caudal inyectado y EGR para evitar humos.
La unidad de control recoge en la memoria de averías:
Señal no plausible. Cortocircuito a masa o cortocircuito a positivo.
SENSOR TEMPERATURA DE COMBUSTIBLE
Este sensor registra e informa a la unidad de mando de la temperatura del combustible en la bomba inyectora, la unidad en función de este valor corrige el caudal inyectado, ya que en función de la temperatura, varia la densidad del combustible, y por lo tanto la masa del diesel inyectado.
La unidad de mando envía una tensión de referencia al sensor de temperatura de combustible, y en este, se producirá una caída de tensión proporcional a su resistencia interna, es decir, a la temperatura del diesel.
CONEXIONADO SENSOR TEMPERATURA COMBUSTIBLE
PIN 63 Tensión señal PIN 33 Masa sensor Resistencia 50º C: 750 a 950 Ω
SEÑAL SENSOR TEMPERATURA COMBUSTIBLE
Tensión de referencia: 5 V.
Conexión Osciloscopio PIN 63 y 33 Campo de Medida 1V/d 20mseg/d Señal Lineal. Disminución de la tensión con el aumento de la temperatura.
TRANSMISOR TEMPERATURA AIRE ADMISIÓN Es un sensor de tipo NTC. Este sensor registra e informa a la unidad de mando de la temperatura del aire a la entrada del colector de admisión, a la unidad de mando le sirve para establecer los límites de la presión de sobrealimentación. Se encuentra situado en el tubo de salida del intercooler hacia el colector de admisión o en el medidor de masa de aire. La unidad de mando envía una tensión de referencia al sensor de temperatura del aire de admisión, y en este, se producirá una caída de tensión proporcional a su resistencia interna, es decir, a la temperatura del aire de admisión.
CONEXIONADO SENSOR TEMPERATURA AIRE
PIN 64 Tensión señal PIN 33 Masa sensor Resistencia 0º C: 5000 a 6300 Ω 20º C: 2000 a 3000 Ω
Tensión señal 20º C: 3 a 3,5 V SEÑAL SENSOR TEMPERATURA AIRE Tensión de referencia: 5 V.
Conexión Osciloscopio PIN 64 y 33 Campo de Medida 1V/d 20mseg/d Señal Lineal. Disminución de la tensión con el aumento de la temperatura.
SENSOR TEMPERATURA REFRIGERANTE Se encuentra situado en el tubo de salida del líquido refrigerante de la culata hacia el radiador. Es un sensor de tipo NTC. La variación de resistencia es transformada en un valor de tensión variable, informando a la unidad de control de la temperatura momentánea del aire de admisión.
Esta señal se utiliza para:
Control regulación de caudal inyectado. Control comienzo de inyección. Calculo de tiempo para pre-postcalentamiento. Porcentaje recirculación gases de escape.
CONEXIONADO SENSOR TEMPERATURA REFRIGERANTE
PIN 14 Tensión señal PIN 33 Masa sensor Resistencia 0º C: 5000 a 6300 Ω 20º C: 2000 a 3000 Ω 80º C: 300 A 400 Ω
Tensión señal 20º C: 3,5 V 80º C: 1,5 V SEÑAL SENSOR TEMPERATURA REFRIGERANTE Tensión de referencia: 5 V.
Conexión Osciloscopio PIN 14 y 33 Campo de Medida 1V/d 20mseg/d Señal Lineal. Disminución de la tensión con el aumento de la temperatura.
SENSOR DE PRESIÓN DEL COMBUSTIBLE
El sensor de presión del combustible se encarga de medir la presión momentánea en el sistema de alta presión. La presión se detecta por medio del elemento sensor, y el analizador electrónico la transforma en una señal de tensión, que transmite a la unidad de control del motor. El analizador electrónico se alimenta con 5 voltios. A medida que aumenta la presión se reduce la resistencia del sensor, aumentando correspondientemente la tensión de la señal. El transmisor de presión del combustible, con su exactitud de medición, constituye el componente más importante en el sistema. En caso de averiarse el transmisor de presión del combustible, el sistema excita la válvula reguladora de presión del combustible a base de aplicarle un valor fijo, realizándose así una función de marcha de emergencia.
SENSOR PRESIÓN ADMISIÓN Y ATMOSFÉRICA La señal de presión de colector de admisión es utilizada para registrar la máxima presión de soplado del turbocompresor (Limitación de la presión de sobrealimentación). La señal de presión atmosférica es utilizada para el cálculo de valor de la limitación de la sobrealimentación. Ambos sensores son de tipo piezoeléctrico y registran variaciones de presión, tanto en el colector de admisión como la atmosférica. Las variaciones de presión producen una deformación en el elemento piezoeléctrico, que provoca una variación de su resistencia y generándose a la vez una variación de tensión.
En caso de fallo de cualquiera de los sensores, la unidad de control elimina la regulación de sobrepresión, manteniendo excitada de forma fija a la válvula reguladora.
7.- ACTUADORES ELECTROVÁLVULA PARA DOSIFICACIÓN DEL COMBUSTIBLE
La bomba de alta presión es impulsada por la correa dentada para el accionamiento del árbol de levas, con una relación de transmisión i = 2/3 con respecto al régimen del motor.
A régimen de carga parcial y a altos regímenes del motor, la bomba de alta presión puede alimentar y comprimir una cantidad de combustible bastante superior a la que se inyecta. Para reducir la potencia absorbida por la bomba de alta presión y evitar un calentamiento innecesario del combustible en estos puntos operativos, es posible cortar de forma regulada el combustible en el retorno (circuito interior), haciendo intervenir la electroválvula. Con la electroválvula sin corriente. La electroválvula está abierta al no tener corriente ap licada. El émbolo regulador es desplazado a la izquierda por la fuerza del muelle y abre el paso de la sección mínima hacia la bomba de alta presión. La electroválvula cierra en una magnitud mayor o menor en función de la carga y el régimen del motor. Con la electroválvula excitada. La electroválvula está cerrada en estado excitado. La presión de control disminuye y el émbolo regulador reduce el paso de alimentación hacia la bomba de alta presión. Haciendo variar la proporción de período se modifica la presión de control y consiguientemente la posición del émbolo. El combustible extraído del circuito por la electroválvula se devuelve a la bomba de engranajes.
VÁLVULA REGULADORA DE LA PRESIÓN DEL COMBUSTIBLE La válvula reguladora va alojada en la regleta de distribución y se encarga de establecer una presión e specífica en el circuito de alta presión, en función de los puntos operativos en cuestión. Motor – “PARADO” En posición de reposo (válvula sin corriente) la fuerza del muelle de compresión actúa en contra de la alta presión procedente de la bomba, estableciéndose una presión en el conducto común de aprox. 100 bares. Motor – “EN FUNCIONAMIENTO” Para aumentar la presión en el conducto común (Rail) se aplica corriente a la bobina electromagnética, oponiendo así una fuerza electromagnética a la alta presión de la bomba.
A raíz de ello se reduce la sección del caudal de paso y la cantidad de combustible cortada de forma regulada. De ese modo, la presión en el conducto común (Rail) es ajustada de forma óptima por parte de la unidad de control, compensándose las fluctuaciones de la presión en el conducto común. La cantidad de combustible cortada por la válvula reguladora de presión vuelve al depósito a través del conducto de retorno.
