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ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO SEDE LATACUNGA

DIPLOMADO SUPERIOR EN AUTOTRÓNICA ENSAYO “ELECTRÓNICA APLICADA EN SISTEMAS DE INYECCIÓN DIESEL”

Realizado por: Ing. Germán Erazo Laverde Ing. Leonidas Quiroz Erazo

NOVIEMBRE 2008

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ENSAYO

1.

TEMA: “ELECTRÓNICA APLICADA EN SISTEMAS DE INYECCIÓN DIESEL”

2.

INTRODUCCIÓN

Los vehículos operados con combustible diesel, toman cada día mucha importancia debido a varios factores, entre estos la problemática mundial respecto al costo del combustible y protección ambiental. El desarrollo en la gestión electrónica en los sistemas Diesel ha permitido incorporar la inyección en vehículos cada día más pequeños, contrario al pensamiento que se tenía de lo cual relacionaba el combustible solo con camiones. El ciclo diesel se basa en la reacción química espontánea activada por el ingreso del combustible a alta presión en una cámara de combustión que se encuentra llena de aire comprimido, con lo que se logra una combinación efectiva suficiente para encender el combustible. Si bien este principio no ha cambiado, los nuevos sistemas de Riel Común permiten controlar algunos factores como el tiempo de inyección y lograr una mayor eficiencia de funcionamiento, pero sobre todo reducir el número de partículas contaminantes.

3.

TESIS.     

4.

El control de inyectores permite una respuesta apropiada del motor diesel en pre y post inyección. Las verificaciones del sistema de alta presión deben ser comparadas mediante valores de parámetros eléctricos. Cada fabricante establece las características propias de operación del sistema de control y potencia de los sistemas de inyección electrónica diesel. La utilización de instrumentos de medición eléctrica es indispensable para el diagnostico del sistema de inyección diesel electrónico. El sistema de control electrónico permite una mejor adaptación y perfomance de operación en el motor de combustión diesel.

DESARROLLO

Todas las innovaciones que se realizan a los sistemas de inyección están provistas de dispositivos que permiten alcanzar altos estándares de control de -2-

emisiones en todo el mundo, como estos requerimientos se hacen cada vez más severos, la gestión electrónica debe ser modificada continuamente por los fabricantes. El sistema CRDI cuenta con una gestión electrónica realizada por un ordenador de a bordo (PCM), este componente recibe señales de sensores, ubicados en puntos estratégicos del motor con lo cual se dispone una lectura muy precisa de los parámetros físicos de operación el motor. Una de las características importantes que presenta el sistema de inyección riel común CRDI, es la disposición de la alta presión en todo momento, es así como puede anticiparse y modificar el avance a la inyección, puesto que a diferencia de un sistema convencional no depende de la posición del motor para tener presión suficiente y poder ingresar combustible al interior del cilindro. El sistema de riel común inyectará combustible al cilindro en el momento que active el correspondiente inyector según el orden de encendido y en todo momento provee un nivel de presión óptima de acuerdo a la carga del motor así se puede decir que la conocida combustión incontrolable diesel se puede ahora manipular, con ventajas muy notorias como son menos contaminación por mejor avance de encendido , menor ruido mecánico y menos requerimiento de resistencia por parte del motor, por esta razón cada día se hace más común encontrar motores pequeños de inyección diesel. Los sistemas de inyección electrónica de riel común implementados en vehículos diesel son los siguientes: • Delphi. • Bosch. • Siemens. • Denso. En 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. El control electrónico de los inyectores se analiza mediante la utilización del osciloscopio que despliega una curva de voltaje y una curva de corriente a través de un adaptador. En la entrada de combustible del inyector se encuentra en todo momento alta presión la cual esta regulada por el sistema de la bomba, el inyector está provisto de una reacción tan rápida que alcanza activaciones a los 0.3 ms. Los inyectores son activados por medio de una conexión de dos cables a través de los cuales se logra colocar la corriente requerida para la abertura de cada uno de los ellos, así la inyección se da en varias fases en donde a través del PCM inicialmente se genera una corriente aproximada de 12 a 20 A y luego se -3-

mantiene abierto con una corriente inferior, en la figura 1 se observa las diferentes fases del ciclo de operación del inyector electrónico diesel.

Figura 1. Fases de operación inyector electrónico diesel 1. Corriente (en A), 2. Corriente de excitación, 3. Corriente de mantenimiento, 4. Tiempo

Los inyectores tienes condiciones mecánicas diferentes el proceso de adaptación lo realiza el IDM (modulo driver identificador) el cual tarda cerca de 900 milisegundos en donde de acuerdo al orden de encendido analiza la corriente que circula por las bobinas y así corrige los valores de tiempo en este momento se suspende la pre inyección para realizar esta adaptación, el IDM debe reportar condiciones estables en las cuales el motor girar a 3500 RPM, la velocidad del vehículo debe ser próxima a los 50 Km/h y una temperatura adecuada DE 70° C, el IDM compara el parámetro de la corriente con la señal enviada del KS y de esta forma adapta valores un correcto funcionamiento si en algún momento se suspende la adaptación el IDM debe esperar hasta el próximo ciclo donde pueda realizar el proceso completo.

Mecánicamente todos los sistemas figura 2, trabajan de forma muy similar, lo que buscan es mediante todos los controles electrónicos mantener un nivel de presión regulada en un riel común sobre el cual se encuentran colocados todos los inyectores, el combustible ingresará al cilindro solo cuando el módulo de control lo requiera. La bomba tendrá en su interior un mecanismo propio para generar esa elevación de presión pasando de presiones de transferencia del orden de 100PSI a presiones en el riel de hasta 17000 PSI es importante tener en cuenta que en todo momento la consecución de la estrategia de generar la presión está controlada y modulada por el PCM para llevar el encendido de tal forma que el vehículo contamine lo menos posible.

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Figura 2. Sistema Riel Común Diesel CRDI

La bomba está permanentemente enviando la presión y el caudal hacia el riel de inyección el cual alimenta a cada uno de los inyectores de forma común, este riel incorpora un sensor de presión FRP para que el PCM calcule la activación del regulador en la bomba mediante un ciclo cerrado.

4.1 INYECCION DEPHI. En el sistema Delphi se encuentra dos tipos de control de inyectores, uno en el cual el PCM controla directamente los inyectores y en el otro un módulo el cual se comunica con el PCM y que controla los inyectores llamado IDM (Inyector Drive Module) que actúa como un amplificador del PCM dados los requerimientos de potencia de estos actuadores. En la figura 3. se observa el sistema Delphi que incluye un modulo IDM.

Figura 3. Control de Inyectores a través de IDM

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El PCM, recibe información de sensores, monitoreos, requerimientos de arranque estado seguro, inmovilizador, entre otros, una vez que desea operar el motor se comunica con el IDM que activa inicialmente sobre la electro válvula de generación de presión de la bomba la cual permite elevar la presión al interior de sus cámaras si por cualquier motivo el PCM no logra encender el motor simplemente no activa el solenoide y la bomba por más que gire no será capaz de elevar la presión. La línea de activación se realiza por modulación de ancho de pulso, al mismo tiempo que activa la bomba, el IDM gestiona la activación de los inyectores de acuerdo a su respectivo orden de encendido logrando de esta forma encender el motor y accionarlo de acuerdo a las diferentes condiciones solicitadas. El otro arreglo de Delphi dispone de un solo módulo de control del sistema que es el PCM que se encargará directamente de operar los inyectores y obtener las señales requeridas por parte de los sensores en la figura 4.

Figura 4. Sistema Delphi controlado por PCM.

4.2 INYECCIÓN BOSCH.

El control de los inyectores es realizado directamente por el PCM el cual se encuentra recibiendo información de cada uno de los sensores implementados en el motor como el encendido y los cambios de carga, manteniendo un estricto control de la presión elevando así el rendimiento de la inyección. La presión del riel se mantiene estable de acuerdo a cada consideración del PCM, esta presión llega por medio de la bomba de combustible por unas tuberías especiales, las cuales deben trabajarse con la máxima seguridad posible. -6-

Figura 5 Sistema CRDI Bosch.

El control del inyector se realiza en varias fases, figura 6 que fue obtenida experimentalmente en las prácticas del presente diplomado. En la fase DE APERTURA existe una corriente inicial que el PCM coloca sobre el solenoide de 20 Amperios en la preinyección se establece una pausa y luego en la post inyección mantiene los 20 A de suministro con esto evita el sobrecalentamiento por potencia eléctrica pero en la retención reduce la corriente sobre el solenoide hasta aproximadamente 12 A.

Figura 6 Control de corriente

En lo referente al voltaje como se muestra en la figura 7, se muestra el disparo del inyector esto lo hace a un voltaje de 100 V aproximadamente que el PCM coloca en un circuito de amplificación y luego lo modula entre 70 y 80 voltios, este valor se genera por un condensador que viene incluido en un circuito denominado fuente switch, con lo que se logra una rápida activación. -7-

Figura 7 Modulación de voltaje.

Para el diagnóstico el PCM utiliza el análisis de la corriente y la compara con un tiempo lógico, así puede valorar inyectores fuera de tolerancias. Los bobinados de los inyectores tienen una resistencia de 0,5-0,8 Ohm, trabajan con una tensión de 70-80 V y una corriente de 20-12A. 4.3. INYECCIÓN SIEMENS. El PCM controla los inyectores directamente, a través de un control por modulación de ancho de pulso sobre una válvula reguladora de presión y una válvula dosificadora de flujo. En función de la señal emitida por el sensor de presión del riel de inyección la gestión realiza en un control de lazo cerrado.

Figura 8. Sistema CRDI Siemens.

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El inyector es un elemento piezoeléctrico, con el cual el PCM dispone del mecanismo al interior del actuador que realiza las diferencias de presiones y permite el desplazamiento del vástago y la salida de combustible al cilindro para este fin el PCM aplica sobre el inyector una tensión inicial de 70 V por un tiempo de 0,2ms, con una corriente de aprox. 7A a este proceso se le llama tensión y corriente de carga como se mostró en las figuras 6 y 7.

4.4. SISTEMA DENSO Los inyectores pueden ser controlados directamente por el PCM, o disponer también un IDM. El control sobre las válvulas de presión y dosificación de flujo para controlar la presión es medida por el sensor FRP ubicado en el riel común trabaja en lazo cerrado para buscar la eficiencia de la presión.

Figura 9 Sistema CRDI Denso.

Para DENSO los inyectores tienen el mismo funcionamiento que los tipo BOSCH pero hay que tener en cuenta que en el caso Denso los inyectores presentan una distinción especial por cilindro y se hace necesario una programación con la herramienta de diagnóstico en la cual se introducen una serie de números colocados en la parte superior del inyector en la figura 10 se muestra un ejemplo.

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Figura 10. Codificación inyector denso.

En el caso de no introducir en la reprogramación estos 16 dígitos pueden existir diversas fallas en la operación. Los inyectores tienen una resistencia de 0,8 a 1 Ohm. La bomba regula la presión del riel de 20MPa a 180MPa. El sistema realiza pre inyección e inyección principal hasta las 3000RPM. Los tiempos de inyección son de 0,4 ms a 1,5 ms. Al concluir el presente ensayo me permito realizar las respectivas conclusiones y recomendaciones para que sean consideradas por quienes utilicen este documento como fuente de consulta. 5.

CONCLUSIONES 

Los sistemas de inyección electrónica diesel de riel común son ampliamente utilizados en la actualidad tanto en la modalidad de camiones como vehículos livianos.



Tanto el modulo de control del tren de potencia o el modulo driver identificador realizan el control de inyectores tanto para la preinyección como la post inyección con lo que se consigue un motor diesel más silencioso y con óptimos valores de torque y potencia.



Las verificaciones del sistema de alta presión deben ser comparadas mediante el comportamiento del sensor FRP ubicado en el riel común ya que las presiones mecánicas son extremadamente altas.



Existen definidos 4 tipos de sistemas común riel donde cada fabricante establece las características propias de operación del sistema de control y potencia de los sistemas de inyección electrónica diesel.

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La utilización del osciloscopio en la verificación de corriente y modulación de voltaje permite obtener diagnósticos precisos, reduciendo notablemente el tiempo por el desarrollo de desmontaje de inyectores.

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6.



Es necesario la utilización de instrumentos de medición eléctrica para el diagnostico del sistema de inyección diesel electrónico.



El sistema de control electrónico diesel común riel permite obtener una mejor adaptación y perfomance de operación en el motor de combustión diesel.

RECOMENDACIONES.

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No intentar realizar mediciones de presión de combustible en la línea del riel común, no es recomendado por el fabricante.

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Los inyectores Siemens no deben ser desconectados en el caso de realizar un equilibrado de potencia, pueden quedarse trabados en la posición abierta o cerrada, llegando a deteriorarse.

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En los sistemas Denso considerar que estos si van a ser reemplazados se debe realizar la reprogramación de la PCM, en el sentido de identificar la construcción del inyector.

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Usar osciloscopio y multímetro digital de calidad para lograr obtener resultados y diagnósticos efectivos.

7.

BIBLIOGRAFÍA.  CISE Electronics Corporation Inyección Electrónica Diesel Avanzada Argentina 2008 No. Pág. 100.  Castro Miguel Motores Diesel CEAC España 2001. No. Pág. 315.  BOSCH Electrónica Diesel Alemania 2002 Pag.90  www.redtécnicaautomotriz.com  www.cise.com  www.mecánicatotal.com

Realizado por:

Ing. Germán Erazo L

Ing. Leonidas Quiroz

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