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Explicación funcionamiento módulo EDU Corsa2/Meriva 1.7 TDI

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Estos últimos 15 días estuve luchando con 2 módulos EDU de Corsa 2 / Meriva con motor 1.7 TDI (Y17DT) que usa la bomba de inyección Denso V5 de los cuales aprendí mucho y quiero compartir la información con ustedes para que puedan ustedes mismos realizar la reparación sin caer en las manos de algunos supuestos "expertos" que hay en la vuelta. Esta es una primera parte que en el futuro voy a ir ampliando. El módulo EDU que me refiero seguramente es bien conocido por todos y es este:

Que al retirar la tapa trasera se ve así:

El cual se puede encontrar en este motor:

Maneja la famosa "SPILL VALVE" (de ahora en adelante la voy a llamar así) de la bomba de inyección Nippon Denso ECD-V5 que usa el motor anterior en sus 3 versiones, la Y17DTH, Y17DT e Y17DTL, los cuales son motores turbo diesel 1.7 16V de inyección directa. La bomba a la que hago referencia la podemos ver aquí con sus principales componentes electrónicos indicados:

Bueno lo primero que vamos a hacer es explicar en forma muy básica como funciona esta bomba de inyección.

Cómo funciona la bomba NipponDenso ECD-V5 ? La Nippon Denso ECD-V5 es una bomba de inyección de alta presión con pistón axial controlada electrónicamente. Aquí podemos ver un esquema interno de esta bomba:

Primero describamos los elementos que la componen. 1) Cámara de baja presión de la bomba 2) Leva 3) Plato impulsor 4) Pistón 5) Slot de salida 6) Cámara de alta presión 7) Inyector o tobera 8)Conducto de Entrada o Succión 9) Spill Valve (Sí, la famosa...) El funcionamiento es el siguiente. Cuando el pistón (4) retrocede, el gasoil ingresa a la cámara de alta presión (6) a través del conducto de entrada o succión (8), a su vez la Spill Valve (9) abre permitiendo también el paso de gasoil hacia la cámara de alta presión por un conducto adicional. Una vez que el gasoil ingresó a la cámara de alta presión, la Spill Valve (9) cierra y comienza la fase de compresión mientras el pistón es empujado hacia adelante por la leva, cerrando el conducto de entrada (8)y comprimiendo el gasoil hasta que alcanza cierta presion donde vence la resistencia de la válvula del slot de salida (5) y el gasoil pasa hasta el inyector o tobera (7) comenzando la fase de inyección. Cómo se controla la cantidad de gasoil que es inyectado? Bueno, justamente esta función la cumple la Spill Valve, básicamente se comporta como el inyector de un motor a nafta. La cantidad de gasoil que ingresa al cilindro se controla por tiempo y corresponde al tiempo que la Spill Valve permanece cerrada.

O sea la bomba comprime el gasoil y este comienza a ser inyectado al cilindro, pero pasado un determinado tiempo la computadora corta la inyección abriendo la Spill Valve permitiendo que el gasoil que se encuentra en la cámara de alta presión de la bomba regrese a la cámara de baja presión. Explicado más simple, cuando la Spill Valve cierra el gasoil es inyectado al cilindro correspondiente y cuando la Spill Valve abre la inyección se corta y el gasoil retorna a la cámara de la bomba. Esto implica que la Spill Valve abre y cierra durante cada ciclo de inyección de la bomba para cada cilindro. Dado que la Spill Valve tiene que abrir y cerrar durante la inyección a cada cilindro, esta tiene que abrir y cerrar muy rápidamente, allí es donde entra en juego el Módulo EDU. La cantidad de gasoil a ser inyectado es controlado por la ECU (la que está en la parte superior del motor), esta calcula la cantidad de gasoil a ser inyectado en base a la lectura de sus sensores y la ajusta en base a los datos de calibración para cada cilindro almacenados en la Memoria ROM que está en un costado de la bomba. Una vez calculada la cantidad de gasoil a inyectar, la ECU genera un pulso cuya duración corresponde al tiempo que debe permanecer cerrada la Spill Valve y por ende el tiempo que se debe inyectar gasoil en ese cilindro. Qué función cumple la EDU? Bueno para que la Spill Valve actue muy rápidamente (recordemos que la Spill Valve tiene que abrir y cerrar durante la inyección a cada cilindro) el EDU lo que hace es aplicarle un pulso de 150V y alta corriente durante un instante para que al Spill Valve cierre rápidamente y luego la mantiene cerrada con 12V a corriente constante usando PWM (Modulación de Ancho de Pulso). Basicamente el Módulo EDU es una fuente de alto voltaje el cual toma el pulso que genera la ECU y lo amplifica tanto en voltaje como en corriente. Aquí tenemos un diagrama de bloques del módulo EDU:

En el esquema anterior podemos ver que el EDU se compone de: 1) Un conversor DC/DC que a partir de los 12V de la batería genera 150V y los almacena en un capacitor. 2) Una Lógica de Control 3) 2 transistores MOSFET que permiten el paso hacia la Spill Valve de los 150V generados por el conversor DC/DC, o los 12V de la batería. 4) Un transistor MOSFET que genera el PWM para limitar la corriente. La conexiones de Entada/Salida que tiene el Módulo EDU son: +12V -> Alimentación desde la batería 0V -> Masa SPV+ -> Salida de 150V o 12V hacia la Spill Valve SPV- -> Control PWM de la Spill Valve (digase el "negativo") INJ_IN -> Pulso de control que viene desde la ECU de 5V INJ_OUT -> Pulso de confirmación que retorna a la ECU (5V) y le indica que la válvula efectivamente cerró En el siguiente esquema podemos ver aproximadamente como son las señales que ingresan/salen del módulo EDU:

En la imagen anterior, podemos ver que cuando la EDU recibe el pulso de 5V desde la ECU en la entrada INJ_IN, la EDU descarga el capacitor cargado con 150V sobre la Spill Valve la cual debido a la alta corriente de descarga (aprox 12A) que recibe cierra rápidamente, luego de un determinado tiempo la EDU reduce el voltaje que aplica a la Spill Valve a 12V y mantiene la corriente constante a aproximadamente 6A por medio de PWM hasta que finaliza el pulso de 5V enviado por la ECU y la Spill Valve es desenergizada. La ECU recibe una señal de "confirmación" generada desde la EDU, la cual detecta los casi 12A que circulan durante el accionamiento de la Spill Valve y en ese momento genera un pulso en la salida INJ_OUT de igual duración que el pulso de entrada y que le indican a la ECU que la Spill Valve efectivamente cerró.

Más adelante entraremos a ver en más detalle el circuito interno del Módulo EDU, cuales son sus componentes y sus fallas más comunes. Bueno arreglado el tema de las imágenes en los post anteriores, continuamos. Acceso al interior de la EDU Bueno, cuando removemos la tapa trasera de la EDU vemos un montón de componentes SMD que se ven como en la imagen siguiente y la falla más común son las 2 soldaduras indicadas de la bobina del conversor DC/DC que genera los 150V.

Si no tenemos tanta suerte y hay algún componente quemado tenemos que acceder al otro lado de la placa donde están los componentes principales. Esto es un trabajo muy delicado ya que hay que desoldar un montón de componentes para poder retirar la plaqueta cosa que es muy difícil porque en general se rompen los Thru-holes. Para realizar este trabajo lo recomendable es contar con una estación de aire caliente o una estación de desoldado con succión por vacio, ya que para hacerlo a mano hay que tener muchísima práctica y estaño eutéctico (63/37) para aflojar el estaño original. Otra opción sería "hornear" la EDU completa para que aflojen todas las soldaduras, pero existe la posibilidad de dañar algunos componentes en el proceso. Bueno para remover la placa, es necesario desoldar las patas de los componentes indicados en rojo, quitar los tornillos indicados en azul y muchas veces desoldar las 4 patitas indicadas en violeta.

Una vez que perdimos unas 2 o 3 horas desoldando con mucho cuidado, llegamos a esto:

Como verán, los componentes que desoldamos quedaron sujetados a la carcaza por una gelatina/silicona cuya función es evitar el movimiento de estos componentes con la vibración del motor. Antes de que se pongan impacientes pasemos al tema "Reemplazos". Reemplazos o equivalencia de componentes Una de las dificultades más grandes de reparar estos módulos es que los componentes están marcados con un código específico del fábricante que nada tiene que ver con el código estandar de los componentes. Por lo cual muchas veces es necesario tener un "donante" para realizar la reparación y es aquí donde muchos supuestos "expertos" se "avivan" y pretenden cobrar fortunas por reemplazar un componente que vale 2 pesos. Aquí vamos!!!!

En la siguientes imágenes podemos ver algunos componentes donde se indica el código original del fabricante:

Los capacitores no necesitan aclaración y la bobina rara vez se quema así que los dejamos de lado. Lista de Equivalentes: 31045 -> Regulador de Voltaje de 8,6V -> Se puede reemplazar por LM7809 sin problemas 889UK ó 7632 o 7932 o 7362 -> Diodo Ultrarrápido doble 16A 200V -> Reemplazo BYV32-200 34629 -> Regulador de Voltaje de 5V -> Reemplazo 78L05ACD encapsulado soic8 89551 -> Cuádruple comparador -> Reemplazo LM2901D o LM339D encapsulado soic14 9732 o IR144 o IR140 o IR141 -> Mosfet Canal N 8A 500V -> Se pueden reemplazar por BUZ91 o IRF840 23P06V -> Mosfet Canal P -> Reemplazo directo MTP23P06V o MTB23P06V 2903 -> Transistores Darlington 1A 200V -> Sin reemplazo aún.... Luego quedan los 2 integraditos de 8 patas indicados con las flechas, los cuales son amplificadores operaciones dobles de fuente única, probable reemplazo LM358. En la próxima entrega hablaremos de 3 integraditos SMD muy pequeños que estan en la parte superior derecha de la placa los cuales son el "corazón" de la EDU y de los reemplazos de algunos transistores SMD que podemos encontrar. Más adelante veremos parte del circuito de la EDU (con esquemáticos y todo) para entender un poco más como funciona

La EDU tiene varios transistores SMD, pero 2 de ellos son fundamentales que son los indicados en la siguiente imágen:

El transistor SMD (1) generalmente viene marcado como SD o M02, es un transitor FET de canal N y se encarga de manejar el transistor Mosfet que envía los 150V generados por el conversor DC/DC a la salida que alimenta la Spill Valve. El transistor SMD (2) también viene marcado como SD o M02 y se encarga de manejar los Mosfet de la fuente que genera los 150V. Este transistor es fundamental, ya que si llega a quedar "abierto", los Mosfet de la fuente quedan conduciendo continuamente ya que tienen un Pull-Up en el gate, esto hace que terminen quemándose los 2 Mosfet de potencia y los diodos Ultrafast BYV32200. Los reemplazos para estos transistores son el BST82 o BSS138 en encapsulado SOT23, personalmente los he reemplazado por un BS170 en encapsulado TO-92 (el común) y haciendo un poco de artesanía con las patas para soldarlo en lugar del SMD. Luego en la placa se pueden encontrar con varios transistores marcados como AK, estos transistores son bipolares NPN y su reemplazo SMD es el BCX70K o el BC817 ambos en encapsulado SOT23. Bueno, avanzamos un poco más. Conversor DC/DC Si recordamos de la 1era parte, la EDU tiene un conversor DC/DC integrado que se encarga de elevar los 12V de la batería a los 150V que se utilizan para comandar la Spill Valve.

Ahora vamos a ver la fuente de 150V de la EDU que es lo que normalmente se estropea. Lo primero es ver la etapa de alimentación de bajo voltaje de la EDU.

La EDU usa 3 voltajes de alimentación diferentes, obviamente los 12Volts de la batería, luego usa 9Volts para comandar los gates de los Mosfet y 5Volts para la lógica de control. En la figura anterior podemos ver como es el circuito de alimentación. Los 12Volts de la batería ingresan por los pines 4 y 7 del conector de la EDU, tiene unos diodos de protección, luego pasa por unas bobinas en antiparalelo que actuan de filtro y el enorme capacitor de 1500uF/35V el cual podemos ver en la siguiente imágen.

Finalmente los 12V filtrados pasan por los reguladores de 9V y 5V para generar los voltajes adicionales. Hago espacio para un comentario. Cuando tienen que reparar un módulo, miren con el osciloscopio la calidad de los 9V y especialmente de los 5V, si ven mucho ruido, reemplacen los capacitores SMD de 10uF/35V que están al costado de los reguladores. Circuito de potencia de la fuente de 150V Aquí entramos a lo jugoso. En la siguiente imagen podemos ver el circuito de la etapa de potencia de la fuente de 150V.

Como ven el conversor DC/DC está compuesto por la inductancia (la que siempre se le desueldan las patas), unos diodos en paralelo, el capacitor rectangular de 10uF/320V que vemos en la 3er imágen, una resistencia de 0,02Ohm y 2 Mosfet en paralelo. Este circuito es lo que normalmente se denomina Boost Converter y se pueden encontrar referencias a él en la literatura de la electrónica de potencia. Básicamente los 2 Mosfet en paralelo permiten la circulación de corriente por la inductancia, la cual al ser interrumpida bruscamente, produce una elevación de voltaje en los bornes de la inductancia (Recordemos que en una bobina el voltaje es proporcional a la variación de la corriente que circula por ella), este voltaje carga el capacitor de 10uF/320V el cual luego es utilizado por la etapa de salida para excitar la Spill Valve. El motivo por el cual fallan las soldaduras de la bobina es que la elevación de voltaje en los bornes de esta es muy grande, lo cual sumado a los picos de corriente y las microcontracciones del bobinado por el campo magnético enorme que se genera, terminan aflojando y atacando por corrosión (ionización) el estaño. Los pulsos que activan/desactivan los Mosfet provienen de la lógica de control, que básicamente son los pulsos que envía la ECU para controlar el tiempo de inyección, modificados para mantener el voltaje de salida en aproximadamente 150V. Esto quiere decir que si no tienen pulsos de inyección desde la ECU, no tienen 150V!!!!! La lógica de control está compuesta básicamente por unos comparadores, el operacional que vemos en el dibujo el cual monitorea la corriente que circula por la fuente, y unas compuertas lógicas (los 3 integraditos SMD de 14 patas muy chicos que están en una esquina de la placa). Este circuito tiene varios puntos flacos. Si la lógica de control falla o el pequeño transistor SMD (SD o M02) queda "abierto", los pull-ups en los Gate's de los Mosfet de potencia hacen que estos queden conduciendo continuamente. Como el alambre de la bobina es grueso, soporta la corriente, pero los diodos BYV32/200 y los Mosfet de potencia "mueren" ya que no hay nada que limite el amperaje. Muchas veces se funden también las pistas en el impreso. Por esto si prueban la EDU fuera del auto con una fuente externa de 12V, pongan un fusible de 5A en serie con la alimentación!!!! Les va a ahorrar dolores de cabeza, ya que sino el circuito se "traga" toda la corriente que pueda tomar de la fuente de 12V que pueden ser fácil más de 20A. Las fallas comunes de esta etapa ya las dije, son los Mosfet de potencia, reemplazables por BUZ91 o IRF840, los diodos BYV32-200 (los 2 diodos están dentro del mismo encapsulado) y en general el principal responsable el transistor SMD marcado SD o M02. Un detalle interesante que para mi es una falla de diseño importante de la EDU. Muy cercano a una de las soldaduras de los bornes de la bobina en el impreso, pasan

los 5V que alimentan la lógica de control. Si el módulo se usa mucho tiempo con las soldaduras en mal estado, termina quemándose el impreso y alguna descarga de 150V termina en los 5V con consecuencias catastróficas para todo lo que es alimentado por estos. Los comparadores son reemplazables por LM339D o LM2901D, los operacionales por LM358 y el regulador de voltaje es el 78L05ACD, pero los 3 integraditos SMD que contienen las compuertas lógicas (marcados 3385, 3384 y 3382) no son estandar (principalmente en 3384), así que si se queman...... ESTAMOS EN EL HORNO!!! Así que ojo durante las reparaciones con esto también!!!!! Yo he reemplazado estos integrados por otros estandar, ya que el 3385 son inversores, 3384 compuertas NAND y 3382 compuertas AND, pero como la distribución de patas de los integrados originales no es estandar y además ese encapsulado es muy difícil de conseguir, hay que soldar cables en "araña" con los integrados en el aire y fijar todo con silicona para que vibre. Es un laburo chino.

Como dije antes los mosfet SMD marcados SD o M02 son reemplazables por los BSS138 o BST82 en encapsulado SOT23, pero muchas veces estos son muy difíciles de conseguir. Bueno como había comentado, yo llegué a reemplazar estos mosfet que son de 60V 0,5A por el BS170 en encapsulado TO-92 y tomándome el trabajo de soldar cada pata en su lugar equivalente del encapsulado SOT-23. Aquí les dejo una imágen de la hoja de datos del BS170 donde aparece en encapsulado TO-92 que se consigue fácilmente y también del BS170 en encapsulado SOT23 el cual usa la EDU.

Como pueden ver en la hoja de datos, en ambos encapsulados las patas están marcadas con las letras D, G, S (Drain, Gate, Source). Si necesitamos reemplazar un SOT23 por un transistor en encapsulado "común" TO-92, basta soldar las patas de este último haciendo coincidir las letras D, G y S. En la siguiente imágen, podemos ver cual sería el D, G, S en la placa de la EDU en estos mosfet. Si no consiguen el BS170, probablemente el 2N7000 sirva también, pero tendrían que buscar su hoja de datos para ver la distribución de las patas.