un poco de culturilla general para entender mejor nuestros coches Historia del sistema de inyección Common-Rail. El sistema de inyección Common-Rail fue desarrollado conjuntamente por Magneti Marelli y Fiat a principios de los años 90 y finalmente industrializado por Bosch. Desde ese momento ha ido incorporándose en diferentes marcas a varios motores debido a la relativa facilidad para su integración. El Common Rail, al igual que cualquier otro sistema de inyección, asume las siguientes funciones: – Proporcionar el combustible necesario para el motor diesel en cualquier circunstancia. – Generar la alta presión para la inyección y distribuir el combustible hacia los cilindros. – Inyectar el combustible necesario con exactitud en cada cilindro, con el orden adecuado y en el momento preciso.Pero este sistema aporta además otras ventajas: – La generación de la alta presión es independiente del control de la inyección, puesto que se basa en el principio de la acumulación. – Permite trabajar con valores de presión superiores a la generada por bombas rotativas. – La presión de inyección se consigue con independencia del régimen de giro del motor. – Permite el control preciso del caudal y presión de la preinyección. – El control de la inyección es totalmente electrónico. Como resultado de la aplicación de este sistema, se obtiene una mayor suavidad de funcionamiento con incrementos de par próximos al 50% a bajos regímenes de giro y aumentos de potencia del 25%, todo ello con reducciones de consumo de combustible del 20%. Pero lo que realmente justifica la generalización de este y otros sistemas gestionados electrónicamente es la posibilidad de cumplir con las actuales y futuras reglamentaciones ambientales, muy restrictivas en cuanto a las cantidades permitidas de partículas de hollín, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y monóxidos de carbono. Esto es posible porque la unidad de mando, además de gestionar la inyección de combustible, tiene bajo su control otras funciones, como la gestión del turbocompresor, la recirculación de los gases de escape, el control de los calentadores, etc. Descripción del sistema Common-Rail El sistema de inyección Common-Rail consta de los siguientes subsistemas: – Circuito de combustible de baja presión. – Circuito de combustible de alta presión. – Conjunto inyector-servo válvula (tantos como cilindros tenga el motor). – Circuito electrónico de control: Unidad de Mando, sensores y actuadores. – Circuito de recirculación de gases de escape. Y eventualmente, dependiendo del motor: – Circuito de control de la presión de soplado del turbo. – Circuito de recirculación de los vapores del cárter. El sistema está configurado de forma que una bomba auxiliar de combustible de accionamiento eléctrico situada en el depósito suministra gasoil a una bomba de alta presión. El filtro está situado entre ambas bombas. La bomba de alta presión está accionada por el árbol de levas y su cometido consiste en crear en el acumulador una presión entre 120 bares y 1350 bares. La unidad de mando determina la presión en el acumulador del sistema mediante la activación de la válvula de regulación de presión, presión que es medida por el sensor de alta presión situado en el mismo sensor. El valor de la presión se calcula por campos característicos en los que intervienen variables como la posición del acelerador y el régimen de giro del motor. Los inyectores están conectados al acumulador, y su apertura se produce cuando la unidad de mando excita la servoválvula correspondiente durante un tiempo calculado y en el orden correspondiente. La cantidad inyectada queda determinada por: – el tiempo que dura la excitación de la electroválvula. – la velocidad de apertura y cierre de la aguja. – el desplazamiento de la aguja. – el flujo hidráulico de paso por la tobera de inyección. – la presión en el rail común o acumulador. Circuito de combustible de baja presión: Depósito de combustible.El depósito de combustible no presenta ninguna adaptación especial cuando se monta el sistema Common-Rail, por lo que mantiene las características comunes e incorpora igualmente las válvulas antivuelco y de aireación. Circuito de combustible de baja presión: Bomba de cebado. La bomba de cebado es de tipo volumétrico y está situada generalmente en el interior del depósito junto con el aforador, por lo que está sumergida en el combustible. La bomba es de accionamiento eléctrico con una tensión de alimentación de 12 V. que recibe a través del relé de bomba. Este relé se activa durante 3 seg. con la señal de contacto y permanentemente con el motor en marcha. La bomba consta de un motor eléctrico de corriente continua a cuyo eje está unido un disco con alvéolos con rodillos. Al girar estos, por efecto de la fuerza centrífuga, ruedan con fuerza sobre el alojamiento del disco y crean compartimentos estancos. Debido a la excentricidad entre el disco y el alojamiento, se crean en una zona espacios con volúmenes crecientes que provocan el llenado de combustible, y en la parte opuesta espacios con volumen decreciente que impulsan al combustible. Entre la zona de aspiración y la de impulsión hay una válvula de seguridad que impide que la presión generada sobrepase los 7 bares permitiendo la recirculación del combustible. A la salida de la bomba existe una segunda válvula que actúa como antirretorno, impidiendo que el circuito se vacíe cuando el sistema está parado. Circuito de combustible de baja presión: Filtro de combustible La función de este componente es la de retener las impurezas que pueda presentar el combustible y simultáneamente el agua, que se deposita en la parte inferior por decantación. El elemento filtrante es de cartucho de papel con un tamaño de poro de 5 micras y una gran superficie. El filtro incorpora un elemento calefactor eléctrico gobernado por un termointerruptor situado en el mismo filtro. Este elemento deja alimenta de tensión al calefactor cuando la temperatura del combustible está entre los 6ºC y los 15ºC. Circuito de combustible de baja presión: Sistema de calefacción termostático.Sistema de calefacción termostático. En el filtro se encuentra el elemento termostático que desvía el combustible hacia el elemento calefactor situado en la caja de salida del líquido refrigerante de la culata. Este elemento funciona con un bimetal que se deforma en función de la temperatura del combustible. Cuando es inferior a 15ºC, la posición del bimetal obliga a que todo el combustible se dirija al calentador sin circular por el filtro. Para temperaturas comprendidas entre 15ºC y 25ºC, sólo parte del combustible se dirige al calentador y parte circula por el filtro. Para temperaturas superiores a 25ºC la totalidad del combustible circula sólo por el filtro. En el calentador se produce un intercambio de calor entre el combustible y el líquido refrigerante puesto que está sumergido en el mismo. De esta forma, se consigue que el combustible esté siempre a temperatura de servicio. Circuito de combustible de baja presión: Válvula de regulación baja presión.Válvula de regulación de baja presión. La válvula de regulación de baja presión está situada en el filtro de combustible y tiene por misión la de mantener la presión en valores próximos a los 2.5 bares. Está formada por una bola y un muelle tarado. En el momento en que el combustible de envío ejerce una fuerza superior a la del muelle, la bola se desplaza permitiendo que el combustible recircule hacia el depósito, cuando esto ocurre la presión desciende y la bola obtura de nuevo el paso. Circuito de combustible de baja presión: Inter-cooler o enfriador de combustible.Inter-cooler o enfriador de combustible. El combustible sometido a altas presiones sufre un importante calentamiento que puede afectar al depósito construído de plástico inyectado además de variar de densidad. Por tal motivo, se dispone de un intercambiador de calor en el tubo de retorno, bajo el piso del vehículo, sobre el que incide el aire de marcha del mismo y que, por lo tanto, refrigera al combustible. Circuito de combustible de alta presión: Bomba de alta presión con desactivador de un pistón.La bomba de alta presión es accionada por correa dentada de distribución con una relación de 0.5, (con un número de revoluciones igual al del árbol de levas). Se trata de una bomba volumétrica del tipo de pistones radiales. Estos son tres y están situados a 120º, disponiendo cada uno de válvulas de admisión cilíndricas planas y válvulas de envío de bola. El eje de impulsión, arrastrado por la correa, provoca el desplazamiento de los émbolos por la acción de su excentricidad y con la interposición de elementos de fricción, haciendo que describan un movimiento de ascenso y descenso senoidal. La bomba recibe el combustible con una presión de 2.5 bares. Éste se dirige 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 de envío supera la presión de apertura de la válvula de seguridad (0,5 …1,5 bares), el combustible pasa 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). Al sobrepasarse el punto muerto inferior de un émbolo, la válvula de admisión cierra debido a la caída de presión que se produce. De esta forma el combustible queda encerrado en el elemento de bomba. En el movimiento ascendente del pistón, el combustible es sometido a una presión superior a la presión de cierre de la válvula de bola, que se abrirá permitiendo el paso del mismo al raíl común. Circuito de combustible de alta presión: Desactivador del tercer inyector.Desactivador del tercer inyector. La bomba incorpora un desactivador que anula el efecto de uno de los pistones de la bomba. Está formado por una electroválvula gobernada por la unidad de mando que mueve un elemento de cierre. Cuando la bobina de esta electroválvula es activada, queda abierto un paso que comunica la zona de alta presión con la de baja en uno de los cilindros, por lo que éste no genera presión. Esto ocurre cuando la temperatura del combustible alcanza los 106ºC, cuando el motor funciona a baja carga y en caso de emergencia. De esta forma, se disminuye la potencia absorbida por la bomba y el sobrecalentamiento del combustible por laminación. Circuito de combustible de alta presión: Regulador de presión.El regulador de presión tiene la misión de regular el valor de la presión con que llega el combustible a los inyectores y está integrado en la bomba de alta presión, aunque en determinados montajes puede estarlo en el propio rail común. La válvula está compuesta por un conjunto mecánico y una bobina gobernada por la unidad de mando. El conjunto está formado por un mando válvula sobre el que se apoya el núcleo con elemento de cierre de bola. Este elemento está normalmente cerrado por la acción de un muelle tarado junto con un áncora. En situación de reposo (bobina sin corriente) la oposición del núcleo empujado por los elementos elásticos, opone una resistencia al paso del combustible provocando que éste alcance una presión de 150 bares en el rail común. La excitación de la bobina provoca una atracción del núcleo hacia el sentido de cierre que reduce la sección y en consecuencia el caudal de paso y un aumento de presión hasta el valor deseado por la unidad de mando. La cantidad de combustible cortada por la válvula reguladora de presión vuelve al depósito a través del conducto de retorno. La alimentación de la bobina se realiza con una señal cuadrada con 200 Hz de frecuencia fija y un ancho de pulso (duty-cicle) variable entre el 1% y el 95%. El valor de la presión real es controlado por la unidad de mando mediante el sensor de presión en el rail común. Circuito de combustible de alta presión: Rail común. Este elemento es del que toma nombre el sistema y consiste en un colector o regleta de distribución que actúa como amortiguador de las pulsaciones causadas por la bomba de alta presión y por la pérdida de combustible durante la inyección. El efecto amortiguador se basa en el volumen interno, aproximadamente 35 c.c., elevado en comparación con el volumen inyectado, pero no tanto como para provocar retardos en arranque debidos al reabastecimiento de combustible. Está construido con acero de alta calidad para soportar las elevadas presiones de trabajo y su forma es generalmente cilíndrica con las consiguientes tomas para los inyectores. En él está colocado también el sensor de presión. Circuito de combustible de alta presión: Sensor de presión El sensor de presión del combustible está ubicado en el rail común y tiene como misión la de medir la presión momentánea en el sistema de alta presión para que la unidad de mando pueda determinar la señal de gobierno de los inyectores. Su funcionamiento se basa en la variación de resistencia que se produce en un elemento sensible cuando es sometido a presión. A medida que aumenta la presión se reduce la resistencia del sensor, aumentando correspondientemente la tensión de la señal. Esta tensión de salida ha sido amplificada en el circuito electrónico existente en el propio sensor y que funciona con una tensión de alimentación de 5 V. Este sensor de precisión es el componente más importante del sistema, y en caso de avería, es excitado con una señal de valor fijo. Circuito de combustible de alta presión: Conductos.No hay descripción Circuito de combustible de alta presión: Inyectores Los inyectores tienen como misión la de dosificar el combustible y conseguir su completa pulverización. Para ello cuentan con una electroválvula de mando situada en la parte superior, un sistema hidráulico de gestión junto con los canales por donde circula el combustible y una tobera de inyección con 5 ó 6 finos orificios. El combustible circula desde la conexión de alta presión a través de un canal hasta la tobera de inyección, al igual que lo hace hacia la zona llamada volumen de control a través del estrangulador. Esta zona está comunicada con el retorno de combustible a través del estrangulador de salida, normalmente cerrado y que se abre en función de la excitación de la electroválvula. Mediante el control del caudal de combustible desalojado del volumen de control se modifica la presión que se ejerce sobre la cabeza del pistón, por lo tanto del caudal inyectado. Funcionamiento del inyector Posición de reposo: En situación de reposo la electroválvula no está excitada. En el volumen de control existe la misma presión que en el rail común y también en la parte inferior del dosificador al que llega a través de un canal. Esta presión ejerce una fuerza, junto con la del resorte, en sentido de cierre sobre la cabeza del pistón. En sentido de apertura actúa como única fuerza, la que genera la misma presión sobre el pulverizador. Como la suma de las fuerzas en sentido de cierre es mayor que la única en sentido de apertura, el inyector permanece cerrado. Inicio de la inyección: En el momento en que la unidad de mando decide abrir el inyector, aplica una corriente a la electroválvula que provoca el desplazamiento del elemento de cierre de bola. El combustible abandona el volumen de control por el estrangulamiento liberado, pero como la llegada de combustible a dicha zona se produce por un estrangulamiento más fino, momentáneamente desciende la presión sobre la cabeza del pistón. 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 de combustible en el volumen de control. Fin de la inyección: La unidad de mando corta el suministro de corriente a la electroválvula, por lo que se cierra el estrangulador correspondiente y se restablece la presión en el volumen de control. Esto provoca que las fuerzas que actúan en el sentido de cierre sean mayores que la fuerza de apertura, por lo que el inyector se cerrará. Control del inyector. La aguja de la electroválvula siempre se abre lo máximo posible, pero la aguja del inyector se mueve a una velocidad que está determinada por el flujo de combustible que se establece entre los estranguladores de entrada y de salida. La cantidad de combustible que se inyecta depende fundamentalmente del tiempo en que está abierta la aguja del inyector y de la presión en la cámara de control. Inicialmente se aplica a la bobina una alta intensidad de corriente de aprox. 20 A y 80 V. que provoca la apertura rápida de la electroválvula. Después de alcanzar la carrera máxima (aprox. 50 micras) se reduce la corriente a 12 A. y 50 V, para mantenerla en esa posición transcurridos unos 300 ms después del comienzo de la excitación. Cuando se tienen que inyectar pequeñas cantidades de combustible se aplica una corriente durante un instante, por lo que la aguja del inyector sólo se eleva parcialmente. Por lo tanto, otros aspectos que influyen en la cantidad de combustible que se inyecta, además del tiempo de excitación y de la presión en el raíl común son la velocidad de apertura y cierre de la aguja, la carrera de la aguja y el flujo entre estranguladores. Sistema de control electrónica: Descripción del sistema. La unidad de control del sistema Common-Rail tiene como principal misión la de calcular la cantidad de combustible que se ha de inyectar en cada cilindro, determinar el orden de inyección y el momento justo en que se produce la inyección (avance de la inyección), pero también lleva a cabo el control del sistema de precalentamiento, la regulación de la presión de soplado del turbo, la recirculación de los gases de escape y la calefacción adicional. Para realizar esta gestión dispone de una serie de componentes que le informan de las variables a tener en cuenta y que se agrupan bajo el término de elementos sensores. Bajo su control tiene otra serie de componentes que realizan diferentes trabajos y que se denominan elementos actuadores. Todos ellos están interconectados con el circuito eléctrico a la unidad de mando. La unidad de mando emplea diferentes estrategias para el gobierno de los diferentes subsistemas que se analizan como funciones del sistema. Sistema de control electrónica: Funciones del sistema. Las funciones asumidas por la unidad de mando son las siguientes: - Cálculo de la cantidad de combustible necesario en cada momento, determinado cilindro a cilindro. - Control de la bomba auxiliar de combustible. - Control de la presión de inyección. - Enriquecimiento en fase de arranque. - Corte de inyección en marcha por inercia. - Limitación del caudal inyectado por humos. - Regulación del ralentí. - Límite de revoluciones máximas. - Corrección del caudal para suavidad de marcha. - Cálculo del momento de inyección básico y de adaptación para el arranque y el calentamiento. - Control de la electroválvula de la recirculación de gases de escape. - Control de la electroválvula para la regulación de presión de soplado del turbo. - Control del sistema de calefacción adicional. - Control de los calentadores en fase precalentamiento y postarranque. - Control de la temperatura del combustible. - Control de la temperatura del motor. - Diagnosis de averías en componentes del sistema. - Funciones de emergencia. Elementos sensores: Descripción del sistema. Para que la unidad de mando pueda llevar a cabo las funciones para las que está programada, necesita información de una serie de componentes que traducen las diferentes variables en señales eléctricas. Algunas de estas señales las utiliza para realizar los cálculos básicos y otras como retroinformación que le permiten reconocer si se está llevando a cabo correctamente la gestión de las funciones o el control de algún componente actuador. Los componentes sensores de este sistema son: - Potenciómetro del acelerador. - Sensor de revoluciones y posición del cigüeñal. - Sensor de fase del árbol de levas. - Medidor de masa de aire y temperatura del aire. - Sensor de temperatura del motor. - Sensor de temperatura del combustible. - Conmutador del pedal de freno. - Conmutador del pedal de embrague. - Sensor de presión atmosférica. - Sensor de presión de soplado del turbo. - Sensor de presión del combustible. Elementos sensores: Potenciómetro del acelerador. El potenciómetro del pedal de acelerador está situado en la pedaliera, donde sustituye al cable de acelerador. Este elemento traduce la posición del pedal de acelerador en una señal eléctrica que es utilizada por la unidad de mando para reconocer los deseos del conductor, y por lo tanto, los diferentes estados de carga del motor, tal como el de ralentí, procesos de aceleración, deceleración, plena carga, etc. El sensor consta de dos pistas resistivas alimentadas por la unidad de mando con una tensión de 5 V constantes. Los cursores son movidos por el eje del pedal y en cada posición provocan una determinada caída de tensión y una variación de la misma más o menos rápida en función de cómo se pise el pedal. De los dos potenciómetros, uno es el principal y otro de seguridad. Esta señal es básica para el cálculo de la presión de inyección y del tiempo de activación de los inyectores, así como la recirculación de gases de escape. En el supuesto de que esta señal no llegue a la unidad de mando, esta gobernará la bomba para que el motor funcione siempre a un régimen de giro de 1.300 r.p.m. en cualquier circunstancia. De esta manera es posible seguir circulando con el vehículo hasta llegar al taller de reparación. Elementos sensores: Sensor de revoluciones y posición del cigüeñal. El sensor de revoluciones del motor está situado en el bloque motor y enfrentado a una rueda solidaria al cigüeñal que dispone de 60 dientes faltando dos. Este sensor informa a la unidad de mando de las revoluciones a las que gira el motor y de la posición del cigüeñal y por lo tanto, de la posición de los cilindros. Esta señal es básica para el cálculo de la presión de combustible y del tiempo de activación de los inyectores, para el cálculo del momento de inyección, así como para la regulación de la presión de soplado del turbo y la recirculación de gases de escape. También se utiliza para la información de las revoluciones para el cuadro de instrumentos. El sensor de revoluciones es un captador de tipo inductivo constituido por un bobinado en cuyo interior existe un imán permanente. Cuando los dientes de la corona pasan por delante de este sensor provocan una distorsión del campo magnético que induce en la bobina una señal alterna. Estas señales alternas se generan por cada diente, por lo tanto existen 58 por cada vuelta, lo que permite a la unidad de mando reconocer las revoluciones y la posición de los cilindros, puesto que la señal de los dientes que faltan indica que la pareja de pistones 1 y 4 están a 114º antes del punto muerto superior, aunque no es posible diferenciar entre cada uno de ellos. Ante la ausencia de señal de este sensor por avería, la unidad de mando calcula las revoluciones a partir de la señal que genera el sensor de fase del árbol de levas. Elementos sensores: Sensor de fase del árbol de levas. El sensor de fase permite a la unidad de mando reconocer la posición del árbol de levas y por lo tanto discriminar cual de los cilindros está en fase de compresión. El sensor está situado en la culata, enfrentado a un anillo con una ventana solidario al árbol de levas. Durante el giro, la ventana queda enfrentada al sensor una vez por cada dos vueltas del cigüeñal, momento en que se genera un pulso positivo que coincide con la posición del cilindro nº 1 a 58º antes del P.M.S. El sensor consta de un captador de tipo Hall sobre el que incide el campo magnético de un imán permanente. Entre ambos se interpone el anillo con ventana. El principio de funcionamiento se basa en que una capa semiconductora genera una tensión cuando está sometida a un campo magnético y las líneas de fuerza inciden perpendicularmente. Si la intensidad de la corriente permanece constante la tensión generada sólo depende de la variación del campo magnético, algo que ocurre cuando la ventana coincide entre el imán y el captador. Durante el tiempo en que se interpone la chapa del disco, no se genera tensión, por lo que el resultado es una señal cuadrada con pulsos de tensión igual a la de alimentación y una cantidad igual a la de las ventanas. Elementos sensores: Medidor de masa de aire y temperatura del aire. Medidor de masa y temperatura del aire. El medidor de masa de aire aspirado está situado en el sistema de aspiración del aire, generalmente unido al filtro de aire. La misión de este componente es la de medir la cantidad de aire que realmente aspira el motor. Esta señal se aplica para la vigilancia del correcto funcionamiento del sistema de recirculación de los gases de escape y para el cálculo de la máxima cantidad de combustible que se debe inyectar. No se emplea, en contra de lo que pueda parecer, en el cálculo básico de la cantidad de combustible y del momento de inyección. El elemento sensible del componente es del tipo de película caliente con resistencia calefactora alimentada por una tensión de 5 V. estabilizados. Por detrás de ella, en el sentido de circulación del aire, hay colocada una segunda resistencia variable según la temperatura, que está afectada por el calor que desprende la primera. El aire aspirado por el motor modifica la temperatura de la resistencia de medición en función del caudal y de la temperatura que tiene. Esta modificación de temperatura provoca una variación de su valor resistivo de forma proporcional. La variación de resistencia es transformada en una señal eléctrica en el propio sensor, y es la utilizada por la unidad de mando como medida de la masa de aire aspirada por el motor. El sensor de temperatura del aire está integrado en el medidor de masa. Es una resistencia variable en función de la temperatura del tipo NTC, por lo que su valor resistivo disminuye a medida que aumenta la temperatura del aire. La señal que genera es utilizada por la unidad de mando para el cálculo de la densidad del aire y para la activación de la calefacción adicional. Elementos sensores: Sensor de temperatura del motor. El sensor de temperatura del motor está situado generalmente cerca de la salida del liquido refrigerante del motor, por ser una zona representativa de la temperatura del mismo. La señal de este sensor es utilizada por la unidad de mando en diversas funciones, tales como la regulación del caudal en fase de calentamiento, en la regulación del momento de inyección, en la activación de los calentadores y en el cálculo de los gases de escape recirculados. El sensor es una resistencia variable en función de la temperatura del tipo NTC, por lo que su valor resistivo disminuye a medida que se calienta el motor. Está alimentada por la unidad de mando con una tensión de 5 V, que sufren una caída en función de la resistencia, y por lo tanto, de la temperatura del motor. En el caso de que sufra una avería, la unidad de mando emplea un valor sustitutivo calculado, por lo que no afecta en gran medida al funcionamiento del motor, pero sí a la calefacción adicional y a los calentadores, que serán activados con el tiempo máximo. Elementos sensores: Sensor de temperatura del combustible. El sensor de temperatura del combustible está situado en la rampa o colector de retorno del combustible. La unidad de mando utiliza esta señal para la corrección del caudal inyectado motivado por las variaciones de densidad que sufre el combustible al aumentar su temperatura debida a la presión de trabajo a la que está sometido. El sensor es una resistencia variable en función de la temperatura del tipo NTC, por lo que su valor resistivo disminuye a medida que aumenta la temperatura del combustible. Está alimentado por la unidad de mando con una tensión de 5V, que sufren una caída en función de la resistencia, y por lo tanto, de la temperatura del combustible. En el caso de que sufra una avería, la unidad de mando emplea un valor sustitutivo. Elementos sensores: Conmutador del pedal de freno. El conmutador del pedal de freno está situado en la pedaliera y accionado por el pedal de freno. Es el mismo que se emplea para la alimentación de las luces de freno. Este elemento informa a la unidad de mando de que se ha accionado el freno, señal que emplea para vigilar el funcionamiento del potenciómetro del acelerador. También es utilizada para llevar a cabo correctamente las funciones de corte de inyección en marcha por inercia y suavidad de marcha, además de que se evita la presencia de par en las ruedas durante el proceso de frenada. El interruptor de las luces de freno es normalmente abierto. En caso de avería la unidad de mando conmuta a función de emergencia y limita el caudal de inyección, por lo que el motor pierde rendimiento. Elementos sensores: Conmutador del pedal de embrague. El conmutador del pedal de embrague está situado en el soporte de dicho pedal, por el que es accionado, siendo normalmente cerrado. La unidad de mando recibe la señal del conmutador en el momento en que se pisa el pedal de embrague, lo que provoca una disminución del caudal inyectado durante un breve tiempo. De esta forma desaparecen los tirones en los cambios de marcha. En caso de avería no se realiza dicha corrección, por lo que es posible que se den tirones. Es importante verificar el correcto funcionamiento de este componente, pues no es diagnosticable por la unidad de mando. También es conveniente no circular con el pie apoyado en el pedal de embrague, pues podría provocar una cierta pérdida de rendimiento del motor. Elementos sensores: Sensor de presión atmosférica. El sensor de presión atmosférica está situado en el interior de la unidad de mando, a la que llega por una toma con filtro situado en la parte posterior de la misma, por el que se comunica la presión existente en el exterior. La unidad de mando utiliza esta información para el cálculo del valor de la presión de soplado del turbo y para el cálculo de la cantidad de aire aspirado teórica junto con la información del número de revoluciones del motor. El sensor de presión es de tipo piezoeléctrico, estando el elemento sensible situado entre dos cámaras. En una existe el vacío y a la otra le llega la presión del exterior. Esta presión provoca una deformación al incidir sobre el elemento sensible que hace variar su resistencia y en consecuencia una variación en la tensión. La variación de tensión es la señal tenida en cuenta por la unidad de mando para la medida de la presión atmosférica. Elementos sensores: Sensor de presión de soplado del turbo.El sensor de presión de soplado del turbo está situado en el colector de admisión. La unidad de mando utiliza esta información para poder comparar la presión real de soplado con la presión teórica calculada y así determinar el correcto funcionamiento de la función de regulación de presión de soplado del turbo. El sensor de presión es de tipo piezoeléctrico, estando el elemento sensible situado entre dos cámaras. En una existe el vacío y a la otra le llega la presión del colector. Esta presión provoca una deformación al incidir sobre el elemento sensible que hace variar su resistencia y en consecuencia una variación en la tensión. La variación de tensión es la señal tenida en cuenta por la unidad de mando para la medida de la presión en el colector de admisión. Elementos sensores: Sensor de presión del combustible. El sensor de presión del combustible está ubicado en el rail común y tiene como misión la de medir la presión momentánea en el sistema de alta presión para que la unidad de mando pueda determinar la señal de gobierno de los inyectores. Su funcionamiento se basa en la variación de resistencia que se produce en un elemento sensible cuando es sometido a presión. A medida que aumenta la presión se reduce la resistencia del sensor, aumentando correspondientemente la tensión de la señal. Esta tensión de salida ha sido amplificada en el circuito electrónico existente en el propio sensor y que funciona con una tensión de alimentación de 5 V. Este sensor de precisión es el componente más importante del sistema, y en caso de avería, es excitado con una señal de valor fijo. Elementos actuadores: Descripción del sistema.La unidad de mando calcula los valores necesarios para el gobierno de los inyectores y la gestión de las diversas funciones a partir de la información recibida de los elementos sensores. Estos cálculos son transformados en señales eléctricas para alimentar a los diferentes componentes actuadores para que puedan realizar su misión. Los elementos actuadores que están bajo el control de la unidad de mando son los siguientes: - Inyectores. - Electroválvula de regulación de presión de combustible. - Electroválvula de desactivación del tercer cilindro de bomba. - Electroválvula para la regulación de la presión de soplado del turbo. - Electroválvula para la regulación de los gases de escape. - Relés de alimentación de los calentadores. Elementos actuadores: Inyectores.Señal de control de los inyectores. La unidad de mando calcula en base a la información suministrada por los sensores la cantidad de combustible que necesita el motor. Esta duración determina el tiempo de duración de la corriente aplicada a la bobina del inyector. La corriente genera un campo magnético que provoca el movimiento de la aguja piloto hasta el tope de recorrido pero con un cierto retraso. Este desplazamiento tiene como consecuencia la disminución de la presión en el volumen de control y el alzado de la aguja del inyector y el comienzo de la inyección real. Cuando se corta la corriente, la aguja piloto desciende también con un pequeño retraso, al cerrar el estrangulador el volumen de control se llena de nuevo, lo que reequilibra las presiones y la aguja del inyector cierra el paso de combustible. Se deduce por lo tanto que la duración real de la inyección está desfasada con respecto a la corriente de mando, tanto en el momento como en la duración, siendo un poco más largo. Esta situación está modelizada en el funcionamiento de la unidad de mando. Elementos actuadores: Electroválvula de regulación de presión de combustible.Electroválvula de regulación de presión de combustible. El regulador de presión tiene la misión de regular el valor de la presión con que llega el combustible a los inyectores y está integrado en la bomba de alta presión, aunque en determinados montajes puede estarlo en el propio rail común. La válvula está compuesta por un conjunto mecánico y una bobina gobernada por la unidad de mando. El conjunto está formado por un mando válvula sobre el que se apoya el núcleo con elemento de cierre de bola. Este elemento está normalmente cerrado por la acción de un muelle tarado junto con un áncora. En situación de reposo (bobina sin corriente) la oposición del núcleo empujado por los elementos elásticos, opone una resistencia al paso del combustible provocando que este alcance una presión de 150 bares en el rail común. La excitación de la bobina provoca una atracción del núcleo hacia el sentido de cierre que reduce la sección y en consecuencia el caudal de paso y un aumento de presión hasta el valor deseado por la unidad de mando. La cantidad de combustible cortada por la válvula reguladora de presión vuelve al depósito a través del conducto de retorno. La alimentación de la bobina se realiza con una señal cuadrada con 200 Hz. de frecuencia fija y un ancho de pulso (duty-cicle) variable entre el 1% y el 95%. El valor de la presión real es controlado por la unidad de mando mediante el sensor de presión en el rail común. Elementos actuadores: Desactivador del tercer inyector.Desactivador del tercer inyector. La bomba incorpora un desactivador que anula el efecto de uno de los pistones de la bomba. Está formado por una electroválvula gobernada por la unidad de mando que mueve un elemento de cierre. Cuando la bobina de esta electroválvula es activada, queda abierto un paso que comunica la zona de alta presión con la de baja en uno de los cilindros, por lo que éste no genera presión. Esto ocurre cuando la temperatura del combustible alcanza los 106ºC, cuando el motor funciona a baja carga y en caso de emergencia. De esta forma, se disminuye la potencia absorbida por la bomba y el sobrecalentamiento del combustible por laminación. Elementos actuadores: Electroválvula de regulación de presión de sobrealimentación del turboElectroválvula de regulación de presión de sobrealimentación del turbo. La electroválvula de regulación de la presión de sobrealimentación tiene por misión la de regular la cantidad de vacío que llega a la válvula mecánica de regulación de presión del turbo. De esta forma es posible variar el límite de la presión de soplado del turbo, en función de una señal eléctrica generada por la unidad de mando. La electroválvula esta formada por un bobinado y por un inducido, el cual consta de una membrana de cierre en su cabeza. La electroválvula es de dos vías e infinitas posiciones, en reposo no permite el paso de depresión de la bomba de vacío hacia la reguladora mecánica por lo que esta permanece abierta. En esta situación los gases de escape circulan por el by-pass hacia el exterior y la presión de soplado es baja. Cuando la electroválvula está abierta la depresión llega en su valor máximo a la válvula mecánica, y por lo tanto esta se cierra. En esta segunda situación, todos los gases de escape inciden en la turbina y la presión de soplado es elevada. La electroválvula recibe positivo constante y una señal de masa pulsante de la unidad de mando. Esta señal tiene una frecuencia fija, en la cual se varía la relación de ciclo para establecer la apertura exacta de la misma, de esta forma el control de la válvula se realiza con precisión y rapidez. La unidad de mando gobierna la presión de soplado en función de diversas informaciones, pero una de las más importantes es la temperatura del aire de admisión, por ser indicativa de cuál es el rendimiento del intercooler. Elementos actuadores: Electroválvula para la regulación de los gases de escapeElectroválvula de recirculación de gases de escape La electroválvula para recirculación de gases de escape esta formada por un bobinado y un inducido unido a un elemento de cierre. Cuando circula corriente por el bobinado, el inducido se desplaza controlando el vacío que llega a la válvula EGR mecánica (entre 30 y 300 mmHg). Este desplazamiento depende de la intensidad del campo magnético generado, y este a su vez de la cantidad de corriente que circula por el bobinado. Para un control preciso de la electroválvula, la unidad de mando genera una señal de masa pulsante de frecuencia fija (140 Hz.) y de periodo variable. El positivo lo recibe del relé principal. En reposo la electroválvula cierra el paso de vacío hacia la válvula mecánica EGR, al quedar tapado por la membrana interior el paso de vacío. Al recibir excitación el bobinado, el inducido baja, dejando el paso de vacío libre y afectando este a la salida hacia la válvula mecánica del EGR. En caso de avería de esta electroválvula o del sistema, no se produce la recirculación de gases de escape, por lo que se generan Óxidos de Nitrógeno en mayor cantidad, pero no afecta al funcionamiento del motor. Es aconsejable la utilización de un osciloscopio para la verificación de la señal, al igual que un equipo de diagnosis, como el Auto-Com, para conocer los valores de EGR teóricos y reales, lo que permite deducir el estado de funcionamiento del sistema. Elementos actuadores: Unidad electrónica de los calentadores.Unidad electrónica de los calentadores. La unidad electrónica de los calentadores está controlada por la unidad de mando y su misión es la de alimentar de tensión a los calentadores bajo una determinada estrategia. En caso de avería de los mismos (cortocircuito a masa) o de la propia centralita, ésta lo comunica a la unidad de mando. Elementos actuadores: Relé doble de inyección.Relé doble de inyección. Este componente agrupa a dos relés que están gobernados por la unidad de mando. Uno de los relés alimenta a la bomba de cebado, al regulador de presión, al medidor de masa de aire y a la electroválvula EGR. El otro relé alimenta a la unidad de mando para los circuitos de potencia y al relé de mando de los electroventiladores. El relé doble de inyección permanece alimentado durante 4 seg. después de quitar el contacto para que la unidad de mando pueda diagnosticar el sistema. Elementos actuadores: Testigo de averías.El testigo de averías informa al conductor del estado de funcionamiento del sistema. Este testigo, bajo el control de la unidad de mando permanece encendido durante la fase de autodiagnosis, aproximadamente 4 segundos después de accionar el arranque. Si no hay ninguna avería se apaga, pero si permanece encendido es señal de que algún componente averiado puede provocar aumento de contaminación por encima de los valores legales. Las situaciones que provocan el encendido del testigo son: – Tensión condensador 1 (etapa de potencia de inyector en la UCE). – Tensión condensador 2 (etapa de potencia de inyector en la UCE) – Sensor de presión de combustible. – Control de presión de alta en el rail. – Potenciómetro del pedal de acelerador. – Sensor de presión en el colector de admisión. – Medidor de masa de aire. – Alimentación del potenciómetro del pedal acelerador. – Recirculación de gases de escape. – Electroválvula de control de la presión de soplado del turbo. – Regulador de alta presión de combustible. – Inyectores. Funciones de la UCE: Cálculo de la cantidad de combustible.Cálculo de la cantidad de combustible. La unidad de mando calcula la cantidad de combustible a partir de la estimación del deseo del conductor expresado por su actuación sobre el potenciómetro del pedal y a partir de los campos característicos para la limitación por humos, para el ralentí y las curvas de plena carga. Esos campos determinan unas cantidades de combustible a inyectar, estableciéndose una prioridad según el estado de funcionamiento del motor. La cantidad total inyectada es la suma de la preinyección y la inyección principal, existiendo la primera hasta las 3.000 r.p.m. siempre con la misma duración y siendo variable la segunda. Además de variar la duración de la inyección principal, la unidad de mando controla la presión de inyección mediante el regulador de presión. Funciones de la UCE: Control de la presión de inyección.Control de la presión de inyección. La cantidad de combustible inyectado depende del tiempo de apertura de los inyectores y de la presión del combustible. Cuando el motor gira a bajo régimen de vueltas, el tiempo disponible es largo, por lo que se trabaja con tiempos de apertura largos y presiones bajas que aumentan la suavidad de funcionamiento. Cuando el motor funciona a alto régimen de giro, los tiempos de inyección deben ser cortos, por lo que la presión de inyección es elevada. La presión es regulada por la unidad de mando a través del regulador de presión con una señal cuadrada. El sensor de presión comunica a la unidad cual es el valor real de la presión. Ambos valores deben coincidir siempre, si la unidad de mando no consigue igualarlos entrará en fase de emergencia y memorizará la avería. Funciones de la UCE: Enriquecimiento en fase de arranque. Enriquecimiento en fase de arranque La unidad de mando evalúa el incremento necesario de combustible necesario para el arranque del motor a partir fundamentalmente de la temperatura del motor, no interviniendo la posición del pedal del acelerador. Funciones de la UCE: Corte de inyección en marcha por inercia.Corte de inyección en marcha por inercia. Con el objetivo de disminuir la contaminación y el consumo, la unidad de mando corta el suministro de combustible en las fases de deceleración, es decir, cuando el pedal de freno está en reposo y el motor gira a un régimen de giro superior al de ralentí. El corte se produce por la no activación de los inyectores, situación que desaparece cuando el motor desciende de revoluciones. Funciones de la UCE: Limitación del caudal inyectado por humos.Limitación del caudal inyectado por humos. La unidad de mando vigila la no generación de humos en las fases de transición, especialmente en aceleraciones, limitando el caudal de combustible para mantenerlo en equilibrio con la cantidad de aire aspirada. El cálculo se realiza utilizando un campo característico en el que intervienen las señales del medidor de masa y las revoluciones. Funciones de la UCE: Regulación del ralentí.Regulación del ralentí. El régimen de ralentí se mantiene estable como efecto de la función que lo regula, que entra en servicio cuando el potenciómetro del pedal está en reposo. Con esta función la unidad de mando calcula y modifica tanto la presión como el tiempo de inyección con el objetivo de que las revoluciones del motor coincidan con un valor prefijado en su memoria. La regularidad en el funcionamiento se consigue inyectando en cada cilindro la cantidad necesaria para cada uno. Para conseguirlo, la unidad de mando analiza la aceleración angular del cigüeñal con cada inyección. Funciones de la UCE: Límite de revoluciones máximas. Límite de revoluciones máximas. En la unidad de mando está predeterminado el régimen máximo de giro que puede alcanzar el motor por motivos de seguridad mecánica. La estrategia aplicada pasa por reducir la presión de inyección al alcanzarse las 5000 r.p.m. y desactivar la bomba de cebado y los electroinyectores a las 5.4000 r.p.m. Funciones de la UCE: Corrección del caudal para suavidad de marcha. Corrección del caudal para suavidad de marcha. Esta función tiene como fin el evitar oscilaciones bruscas en el funcionamiento del motor que se traducirían en molestos tirones con la consiguiente reducción del confort de marcha y deterioros en algunos órganos mecánicos. La unidad de mando modifica los caudales inyectados en diferentes ciclos de trabajo con aumentos o decrementos de forma progresiva y predeterminada. Para ello utiliza informaciones como la velocidad del vehículo y las posiciones de acelerador y conmutadores de embrague y freno. Funciones de la UCE: Cálculo del momento de inyección básicoCálculo del momento de inyección básico y de adaptación para el arranque y el calentamiento. Para asegurar el arranque en cualquier circunstancia, la unidad de mando determina la cantidad de combustible que necesita el motor corrigiendo el caudal básico con un factor dependiente de la temperatura del motor. Funciones de la UCE: Control de la bomba auxiliar de combustible. Control de la bomba auxiliar de combustible. La bomba es de accionamiento eléctrico con una tensión de alimentación de 12 V. que recibe a través del relé de bomba. Este relé se activa durante 3 seg. con la señal de contacto y permanentemente con el motor en marcha. Funciones de la UCE: Control de la presión de soplado del turbo.Control de la presión de soplado del turbo. Una de las grandes ventajas que aporta el sistema es la posibilidad de gobernar con precisión la presión de soplado del turbo y así conseguir que el motor reciba la cantidad de aire idónea en cada situación. La regulación de soplado del turbo es posible por la incorporación de una electroválvula en el tubo de vacío que une el colector de admisión y la válvula reguladora mecánica del turbo. La electroválvula está gobernada por la unidad de mando con una señal cuadrada de frecuencia fija y periodo variable que permite un control preciso de la misma. Cuando es activada en un periodo alto, cierra el paso del tubo, por lo que la presión de soplado puede ascender hasta 1.2 bar. de presión por breves periodos de tiempo. La señal de activación es calculada sobre la base de una familia de curvas características en las que prevalece la carga solicitada al motor, y posteriormente corregida en función de factores como la altitud y la temperatura del aire de admisión. La presión de soplado del turbo desciende con la altitud variable que es medida por el sensor de presión atmosférica situado en el interior de la unidad de mando, iniciándose esta corrección a partir de los 1.500 metros. Con el aumento de la temperatura del aire de admisión disminuye su densidad, por lo que se debe incrementar la presión de soplado en consecuencia para evitar pérdidas de potencia. En cualquier circunstancia, la unidad de mando compara la presión de soplado teórica con la real utilizando la señal que genera el sensor de presión del colector de admisión situado en el interior de la unidad de mando, al que llega la presión mediante un tubo. Funciones de la UCE: Control de la electroválvula de la recirculación de gases de escape.Control de la electroválvula de la recirculación de gases de escape. Las elevadas temperaturas y presiones que se alcanzan en las cámaras de combustión del motor diesel de inyección directa en algunas fases del funcionamiento, provocan la generación de cantidades importantes Óxidos de Nitrógeno. Por medio del sistema E.G.R. un porcentaje determinado de los gases de escape vuelven a introducirse en el colector de admisión, por lo que limitan la cantidad de aire que se llega a las cámaras de explosión. Al haber menos oxígeno se reduce la temperatura en la misma lo suficiente para evitar la formación del gas. La recirculación se realiza a través de un conducto que une escape con admisión y se produce debido a la diferencia de presión existente entre ambos colectores. En dicho conducto está colocada la válvula de regulación mecánica, normalmente cerrada, y que se abre cuando recibe vacío desde el depresor del motor a través de un tubo. La cantidad de vacío que recibe depende del estado de apertura de la electroválvula de regulación E.G.R., que está gobernada por la unidad de mando con una señal cuadrada de frecuencia fija y periodo variable para el preciso control de la misma. La señal de activación de la electroválvula es calculada a partir del caudal de combustible inyectado, de la masa de aire aspirado y del régimen de giro del motor, interviniendo, además, la temperatura del mismo. La regulación E.G.R. sólo se lleva a cabo en las fases en que se generan Óxidos de Nitrógeno y no queda afectado por la misma el correcto funcionamiento del motor en cuanto a prestaciones y ruidos. Por ejemplo, la regulación sólo se lleva a cabo cuando el motor está por encima de los 15º C., nunca cuando sobrepasa las 3.000 r.p.m. y solo en cargas parciales. La unidad de mando vigila el correcto funcionamiento del sistema comparando la cantidad teórica de gases recirculados con la cantidad de gases que realmente recirculan. El cálculo de los gases que realmente recirculan se conocen de forma indirecta. La unidad de mando calcula el aire teórico que aspira el motor a partir de la presión atmosférica y de las revoluciones del motor. Por otra parte, conoce la cantidad de aire real aspirada por el motor a partir de la información proporcionada por el medidor de masa. La diferencia entre la cantidad de aire que debería aspirar y el que realmente aspira el motor, coincide con la cantidad de gases que recirculan realmente. Funciones de la UCE: Control de los calentadores en fase precalentamiento y postarranque. Control de los calentadores en fase precalentamiento y postarranque. Los calentadores están alimentados de positivo por una centralita que está bajo el control de la unidad de mando. Los calentadores se utilizan en los motores de inyección directa para distintos objetivos. En principio sólo se emplean para facilitar el arranque cuando la temperatura del motor es inferior a 10º C. y durante un breve periodo de tiempo que aumenta a medida que la temperatura es más baja, pero nunca superando los 15 segundos. Los calentadores también se emplean después de haber arrancado el motor y por debajo de 2.500 r.p.m. durante un tiempo que oscila entre los 30 y 90 segundos en función de la temperatura, y si esta es inferior a 20º C. en el momento del arranque. En caso de avería, la centralita informa a la unidad de mando. Funciones de la UCE: Control del sistema de calefacción adicional.Control del sistema de calefacción adicional. Este sistema está presente en vehículos que se destinan a países con clima frío. El sistema de calefacción adicional se instala para conseguir que el circuito de calefacción disponga de calor suficiente para calentar el habitáculo. Esto es así porque los motores de inyección directa, debido a su gran eficiencia, tardan mucho tiempo en desprender suficiente calor, y éste ha de ser generado, por lo tanto, de otra manera. El sistema consta de tres calentadores eléctricos de gran poder calorífico situados en el circuito del líquido refrigerante que están alimentados por positivo a través de tres relés bajo el control de la unidad de mando. Ésta determina cuando deben estar activados en función de la temperatura del motor y la temperatura del aire. Funciones de la UCE: Control de la temperatura del combustible.Control de la temperatura del combustible. La unidad de mando conoce el valor de la temperatura del combustible mediante el sensor situado en la rampa de retorno o recirculación. Cuando la temperatura alcanza los 110º C. se lleva a cabo una regulación a la baja de la presión del combustible y no se modifica el tiempo de inyección. Funciones de la UCE: Control de la temperatura del motor. Control de la temperatura del motor. La unidad de mando controla la temperatura del motor teniendo bajo su control directo la excitación de los relés de baja y alta velocidad. En caso de que el motor supere los 105º C. Además de funcionar los electroventiladores se disminuye la cantidad de combustible inyectada para disminuir la potencia al mismo tiempo que se enciende el testigo correspondiente en el cuadro de instrumentos. Funciones de la UCE: Diagnosis de averías en componentes del sistema.Diagnosis de averías en componentes del sistema. La unidad de mando vigila constantemente el correcto funcionamiento de los elementos sensores y actuadores y del conjunto del sistema. En caso de disfunción, se enciende el testigo de averías. Las situaciones que provocan el encendido del testigo son: – Tensión condensador 1 (etapa de potencia de inyector en la UCE). – Tensión condensador 2 (etapa de potencia de inyector en la UCE) – Sensor de presión de combustible. – Control de presión de alta en el rail. – Potenciómetro del pedal de acelerador. – Sensor de presión en el colector de admisión. – Medidor de masa de aire. – Alimentación del potenciómetro del pedal acelerador. – Recirculación de gases de escape. – Electroválvula de control de la presión de soplado del turbo. – Regulador de alta presión de combustible.
