Regulación Electrónica Diésel–EDC

En el desarrollo de los motores motores diésel, el control mecánico no podía llegar a satisfacer los progresos técnicos. Las normas cada vez más restrictivas sobre los gases de escape, y el deseo de conseguir un menor consumo y mayor rendimiento crearon la necesidad de desarrollar una regulación electrónica para los motores diésel. En el año 1986 se utilizó la primera EDC (Electronic Diesel Control). En la actualidad, la EDC es un componente fijo en los modernos sistemas de inyección diésel de alta presión. Sin ella no sería posible la realización de los cómodos y potentes sistemas de inyección diésel.

¿Cómo funciona la EDC en la Regulación Electrónica Diésel?

En principio, se podría comparar con un sistema de inyección de los motores de gasolina. La EDC se puede dividir en tres campos:
■ Sensores
■ Unidad de control
■ Actuadores

Los sensores:

Los sensores registran todos los estados reales y teóricos. Esto significa que, por ejemplo, se registran valores reales como la temperatura del motor y la presión del combustible, pero también valores teóricos como la posición del pedal de aceleración. Los sensores registran las condiciones de funcionamiento y transforman las mediciones físicas o químicas en señales eléctricas, que se transmiten a la unidad de control. A causa de que están sometidos a elevados requisitos, con el transcurso del tiempo disminuye el rendimiento de los sensores. Los sensores convencionales son normalmente piezas de un solo componente, que transmiten una señal analógica a la unidad de control, desde donde se vuelven a procesar.

Los nuevos sensores de EDC disponen de procesamiento de señal, un convertidor analógico-digital y, en ocasiones, también de electrónica de evaluación. La transmisión de la señal a la unidad de control se realiza de forma digital. Esto tiene muchas ventajas:

• Los sensores pueden registrar unos valores de medición más precisos.
• La transmisión a la unidad de control está libre de interferencias.
• Se puede reducir el procesamiento de la unidad de control.
• Los sensores tienen capacidad para bus de datos y su información se puede utilizar repetidamente.

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Los diferentes sensores:
Los sensores del número de revoluciones registran, dependiendo del sistema de inyección, las revoluciones y las posiciones de los diferentes ejes rotatorios. El sensor más importante es el sensor del número de revoluciones del motor. Registra las revoluciones del motor y la posición del cigüeñal. El transmisor de revoluciones es normalmente un sensor inductivo (sensor pasivo). Está formado por un núcleo de hierro alrededor del cual se enrolla una bobina, y está unido con imanes permanentes. Si gira la rueda impulsora, se produce una modificación del flujo magnético en la bobina, por lo cual se induce una tensión sinusoidal.

La frecuencia y el nivel de amplitud son proporcionales al número de revoluciones del motor. Si cambia la distancia de los dientes en la rueda impulsora, la señal se puede modificar y puede proporcionar información sobre la posición del cigüeñal. Algunos fabricantes de automóviles utilizan asimismo sensores activos. Estos sensores funcionan según el principio del transmisor Hall. En lugar de dientes, se colocan pares de polos magnéticos en la rueda impulsora (alternando entre un polo norte y un polo sur). Aquí también se obtiene el punto de referencia de la posición del cigüeñal a través de una modificación de la distancia. A diferencia del sensor inductivo, el sensor de reverberación genera una señal rectangular cuya frecuencia es también proporcional al número de revoluciones.

Sensor de árbol de levas
Para el arranque del motor también es necesaria la colocación del árbol de levas. La unidad de control necesita disponer de la información relativa a qué cilindros se encuentran ya en fase de compresión. La posición del árbol de levas se notifica a través de un sensor Hall, que muestra uno o más puntos de referencia en el árbol de levas. De ahí se genera una señal rectangular que se transmitirá a la unidad de control. En los sistemas de inyector-bomba, se encuentra un diente en la rueda del árbol de levas para cada cilindro a la distancia correspondiente. Para poder asignar los dientes a un cilindro, se dispondrá otro punto de referencia para los dientes a diferentes distancias (no para el cuarto cilindro). Según el retardo de ambas señales rectangulares, la unidad de control puede asignar las señales a cada cilindro.

Medidor de masa de aire
Para determinar el caudal de inyección y la tasa de recirculación de los gases de escape exactos, la unidad de control precisa la información sobre la masa de aire aspirada. La masa se aire se mide a través del medidor de masa de aire incorporado en el tubo de aspiración.

Sensores de temperatura
Los sensores de temperatura están diseñados normalmente como NTC. Esto significa que en la carcasa se encuentra una resistencia de material semiconductor con un coeficiente de temperatura negativo (NTC). A baja temperatura tienen una alta resistencia, que disminuye si aumenta la temperatura.

El sensor de temperatura del motor está colocado en el circuito de refrigeración del motor. Registra la temperatura del refrigerante, que permite determinar la temperatura del motor. La unidad de control precisa la temperatura del motor como valor de corrección para calcular el caudal de inyección.

El sensor de temperatura del combustible está colocado en el lado de baja presión del sistema de combustible. Registra la temperatura del combustible.

Si la temperatura cambia, se modifica la densidad del combustible. La unidad de control precisa la temperatura del combustible para obtener el cálculo exacto del inicio de la inyección y el caudal de inyección. Mediante el valor de medición del sensor de temperatura se controla también un posible enfriamiento del combustible existente.

El sensor de la temperatura del aire registra la temperatura del aire aspirado. El sensor de temperatura del aire aspirado puede colocarse en el tramo de aspiración como un sensor aparte, o bien estar integrado en el sensor de presión del tubo de aspiración. Como ocurre con el combustible, la densidad del aire también cambia ante un aumento de temperatura. La información sobre la temperatura del aire aspirado le sirve a la unidad de control como valor de corrección para regular la presión de carga.

Sensores de presión
En la carcasa del sensor de presión se encuentra la electrónica de evaluación y una célula de medición. Ésta cuenta con una membrana que incluye una cámara de presión de referencia en la que se encuentran 4 resistencias a la ductilidad conectadas en puente. Dos de estas resistencias a la ductilidad actúan como resistencias de medición y se encuentran en la mitad de la membrana. Las otras dos resistencias están situadas en el exterior de la membrana y sirven como resistencias de referencia para la compensación de temperatura. Si la membrana cambia de forma a causa de la presión existente, se modifica la conductividad de las resistencias de medición y, con ella, también la tensión de medición. Esta tensión de medición es procesada por la electrónica de evaluación y transmitida a la unidad de control del motor.

El sensor de presión de carga registra la presión en el tubo de admisión entre el turbocompresor y el motor. Se mide la presión de carga no respecto a la presión de la atmósfera, sino a una presión de referencia del sensor. El sensor transmite a la unidad de control la información sobre la presión de carga. En el campo de la regulación de la presión de carga se comparan los valores teóricos y reales, y la presión de carga se adapta a las exigencias del motor a través de la limitación de la presión de carga.

El sensor de la presión de la atmósfera (registrador de la altura) registra la presión de la atmósfera. Debido a que ésta oscila dependiendo de la altura, el valor de la unidad de control se utiliza para corregir la regulación de la presión de carga y el sistema de recirculación de gases de escape. El sensor de la presión de la atmósfera está integrado con frecuencia en la unidad de control, pero también se puede encontrar en el compartimento del motor como sensor aparte. El sensor de la presión del combustible registra la presión del combustible. Aquí existen dos posibles aplicaciones:

El sensor de la presión del combustible en la zona de baja presión, por ejemplo, en el filtro del combustible. De este modo se puede controlar la suciedad del filtro del combustible. La segunda aplicación es la supervisión de la presión del combustible en el lado de alta presión. En el sistema Common-Rail se utiliza el sensor de presión del conducto.

Sensor de movimiento de aguja

El sensor de movimiento de aguja registra el momento de apertura real de la tobera de inyección. La unidad de control necesita esta información para comparar el inicio de la inyección con los datos del campo, para que la inyección tenga lugar en el momento indicado. El sensor de movimiento de aguja está montado en un perno de presión, que está rodeado por una bobina magnética. Si se acciona mecánicamente el perno de presión mediante la apertura de la aguja de inyección, se cambia el campo magnético en la bobina magnética. En la bobina, que es alimentada por la unidad de control con una tensión constante, se modifica también la tensión existente. A partir del retardo temporal entre la información del sensor de movimiento de aguja y la señal OT del sensor del número de revoluciones, la unidad de control puede calcular el inicio de la inyección real.

Sensor del pedal del acelerador (Transmisor del valor del pedal)

El sensor del pedal del acelerador registra la posición del pedal del acelerador. Esto se puede realizar a través de la medición del recorrido o el ángulo del pedal del acelerador. El sensor del pedal del acelerador puede estar montado directamente en el acelerador (módulo del pedal del acelerador) o se puede encontrar en el compartimento del motor. En este caso, se unirá al pedal del acelerador a través de un cable. Existen diferentes tipos de sensores del pedal del acelerador. Algunos funcionan con un potenciómetro, que suministran diferentes tensiones a la unidad de control, las cuales se comparan con una curva característica. Gracias a la curva característica, la unidad de control calcula la posición del pedal del acelerador. Los sensores sin contacto disponen, en lugar del potenciómetro, de un transmisor Hall, que está instalado firmemente. En el pedal del acelerador se encuentra un imán, cuya posición cambia dependiendo de la posición del pedal del acelerador. La señal resultante se intensifica, y se transmite a la unidad de control como señal de tensión.

Estos sensores sin contacto tienen la ventaja de que no sufren desgaste alguno. En el sensor del pedal del acelerador están integrados el conmutador de ralentí y, en los vehículos con cambio automático, el conmutador del tope del acelerador.

Conmutador de freno

El conmutador de freno se encuentra en el pedal, y normalmente está combinado con el conmutador de la luz de freno. Transmite a la unidad de control una señal cuando se acciona el pedal de freno. La unidad de control reduce entonces la potencia del motor, para evitar que se pueda frenar y acelerar simultáneamente.

 

Conmutador del pedal del embrague

El conmutador del embrague también se encuentra en el pedal. Transmite a la unidad de control la información sobre si se ha accionado el pedal del embrague. Si la unidad de control recibe el mensaje que indica que se ha accionado el pedal del embrague, durante unos instantes reducirá el caudal de inyección para conseguir un proceso de cambio ”suave“.

 

Aire acondicionado
La unidad de control EDC recibe una señal que indica si se ha encendido o apagado el aire acondicionado. Esta información es necesaria para aumentar el número de revoluciones al ralentí si está conectado el aire acondicionado. Así se evita que, al poner el acoplamiento del compresor, se reduzca en exceso el número de revoluciones al ralentí.

Señal de velocidad
La unidad de control EDC precisa información sobre la velocidad actual para controlar el ventilador del radiador (marcha en inercia del ventilador del radiador), para atenuar las sacudidas durante el proceso de cambio de marcha y para un posible sistema de regulación de la velocidad existente.

Sistema de regulación de la velocidad
La unidad de control EDC obtiene información del sistema de regulación de la velocidad sobre si el dispositivo está encendido o apagado, y si el conductor desea aumentar, reducir o mantener la velocidad.

La unidad de control EDC
En la unidad de control EDC se procesan todas las informaciones transmitidas por los sensores, y se emiten como señales de control para los actuadores. La unidad de control en sí, una placa de circuitos con todos los componentes electrónicos, se monta en una carcasa de metal. La conexión de los sensores y actuadores se realiza mediante una conexión de enchufe multipolar. Los componentes de potencia necesarios para el control directo de los actuadores se instalan sobre disipadores en la carcasa de metal, para purgar el calor producido.

En la construcción se deben tener presente, además, otros requerimientos.
Éstos afectan a la temperatura ambiente, al esfuerzo mecánico y a la humedad. Igual importancia tiene la insensibilidad frente a las perturbaciones electromagnéticas y la limitación de la radiación de señales perturbadoras de alta frecuencia. La unidad de control debe funcionar perfectamente a temperaturas de –40 °C hasta aprox. +120 °C. Para que la unidad de control emita a los actuadores las señales de activación correctas en todos los estados de funcionamiento del motor, la unidad de control debe poder “trabajar en tiempo real“. Esto requiere una gran capacidad y arquitectura de procesamiento.

Las señales de entrada de los sensores llegan a la unidad de control en diversas formas. Por ello, se conducen mediante conexiones de protección y, si es necesario, a través de amplificadores y convertidores de señal, y se procesan entonces directamente en el microprocesador. Por ejemplo, las señales analógicas de la temperatura del motor y del aire aspirado, la cantidad de aire, la corriente de la batería, de la sonda Lambda, etc., se convierten en señales digitales en el microprocesador de un convertidor analógico / digital. Para evitar los impulsos perturbadores, las señales de sensores inductivos, por ejemplo, el registro del número de revoluciones y el indicador de marcas de referencia, se preparan en un cuadro de distribución.

Para poder procesar las señales de entrada, el microprocesador necesita un programa. Este programa se almacena en una memoria no volátil (ROM o EPROM). En esta memoria no volátil se encuentran almacenados, además, los campos característicos y líneas características del motor para el control del motor. Para realizar la función de algunos equipamientos específicos del vehículo, el fabricante del vehículo o el taller realiza una codificación de variantes. Ésta es necesaria cuando la unidad de control se cambia como pieza de repuesto o se renuevan sensores o actuadores individuales. Para mantener el número de unidades de control lo más reducido posible en el fabricante del vehículo, en algunos tipos de aparatos todos los registros de datos se reflejan en la EPROM sólo al final de la producción (EOL = programación End Of Line).

Junto con la ROM o la EPROM, se necesita también una memoria de lectura-escritura (RAM). Tiene la función de almacenar valores de cálculo, valores de adaptación y las posibles averías que se produzcan en el todo el sistema, para que se puedan leer con la unidad de diagnóstico. Esta memoria RAM precisa una alimentación de corriente permanente. Si se interrumpe la alimentación de corriente, por ejemplo, al desconectar la batería, se perderán los datos almacenados. En este caso, será necesario determinar de nuevo todos los valores de adaptación de la unidad de control. Para evitar la pérdida de los valores variables, en algunos tipos de aparatos se almacenan en una EPROM en lugar de en una RAM.

La salida de la señal para la activación de los elementos de regulación se realiza mediante etapas finales. El microprocesador controla estas etapas finales, que tienen potencia suficiente para la conexión directa de los distintos elementos de regulación. Estas etapas finales están protegidas de forma que no se puedan destruir mediante cortacircuitos a masa y la corriente de la batería, así como por sobrecarga eléctrica.
Mediante el autodiagnóstico se pueden detectar las averías que se producen en algunas etapas finales y, si es necesario, desconectar la salida. Este error se almacena entonces en la RAM y puede leerse en el taller mediante una unidad de diagnóstico.

Actuadores
Los actuadores (elementos de regulación) ejecutan las órdenes indicadas por la unidad de control. Esto significa que transforman las señales eléctricas de la unidad de control en magnitudes físicas. Los actuadores más importantes son las válvulas magnéticas para regular la presión, el caudal y el inicio de la inyección. Al respecto existen diversas diferencias, dependiendo del sistema de inyección (inyector-bomba, Common-Rail).

Otros actuadores son los reguladores de presión electro-neumáticos. Mediante una caja de presión negativa, que se regula a través de una válvula electromagnética con presión negativa, las señales eléctricas de la unidad de control EDC se transforman en una regulación mecánica. Los convertidores de presión electro-neumáticos son:

Válvula de recirculación de gases de escape
La válvula de recirculación de gases de escape regula la cantidad de gases de escape que conduce el aire de aspiración.

Regulador de presión de carga
El regulador de presión de carga regula la presión de carga. Esto se puede realizar mediante la apertura y el cierre de una válvula de derivación o mediante un turbocompresor con geometría de turbina variable, regulando el ángulo de inclinación del álabe director.

Válvula de regulación
La válvula de regulación sirve para mejorar la recirculación de gases de escape. En el valor inferior del campo del número de revoluciones y de carga elimina la sobrepresión en el tubo de aspiración y facilita la entrada de los gases de escape reconducidos en la cámara de combustión.

Regulador de rotación
El regulador de rotación influye en el movimiento giratorio del aire de aspiración. Si aumenta el movimiento de rotación a un número de revoluciones bajo y disminuye a un número de revoluciones elevado, se consigue una mezcla mejor del aire de aspiración y el combustible en la cámara de combustión. Y esto da lugar a una mejor combustión.

Válvula del tubo de admisión
La válvula del tubo de admisión se cierra al parar el motor. Detiene la entrada de aire fresco y hace posible así una parada “suave“ del motor.

 

 

Otras tareas y componentes que son realizados y controlados por
la unidad de control:

Sistemas de precalentamiento
La unidad de control controla el sistema de precalentamiento mediante un relé de calentamiento adicional u otro dispositivo de control del precalentamiento.

Refrigeración del combustible
La refrigeración del combustible se controla a través de un relé adicional.

Ventilador del radiador
Dependiendo de la temperatura del refrigerante se controla el ventilador del radiador. El funcionamiento por inercia del ventilador también se regula en función del estado de carga del último ciclo de conducción.

Calefacción adicional
Dependiendo de la carga del generador se acciona la calefacción adicional.

Aire acondicionado
Para aprovechar el rendimiento completo del motor a plena carga, en caso de una temperatura del motor muy elevada y en el programa de funcionamiento de emergencia del motor, se desconectará el compresor del aire acondicionado.

Luces de control
Si se produce alguna avería se activa la luz testigo del motor. La luz de testigo de calentamiento previo se accionará en caso necesario.
Además, la unidad de control facilitará señales para el medidor de revoluciones o el indicador multifuncional. Incluye las interfaces de comunicación para otros sistemas de vehículos y el diagnóstico.

Diagnóstico y localización de averías
El diagnóstico y la localización de averías en un sistema EDC no se diferencia ya de los sistemas de preparación de la mezcla en motores Otto. En este caso, también es estrictamente necesario un equipo de diagnósticos adecuado. Además del equipo de diagnósticos se debe disponer de un multímetro, o mejor aún de un osciloscopio, si no están integrados en el equipo de diagnósticos.

El nivel de comprobación depende también en la EDC de las funciones de diagnóstico autorizadas del fabricante del vehículo, y de las posibilidades del fabricante de los equipos de diagnóstico.

Lectura de la memoria de averías
El primer paso del diagnóstico debe ser leer la memoria de averías en la unidad de control. Gracias al autodiagnóstico se almacenan las averías producidas. Los códigos de avería almacenados se pueden combinar en parte con otras informaciones. Se generan datos sobre si la avería se ha producido de forma esporádica o es permanente. También se pueden indicar informaciones como “cortocircuito/interrupción de línea“ o “señal defectuosa“.

Lectura de los bloques de valores de medición
Se debe tener en cuenta que una entrada en la memoria de averías incluye siempre todos los componentes del sensor/actuador afectado.

Esto significa que la avería también se puede localizar en el cableado, el conector o posiblemente en un daño mecánico.

Gracias a la lectura de los bloques de valores de medición (consulta a los valores reales) se pueden reproducir en la unidad de control las señales de los sensores procesadas.

Pero también es necesario tener en cuenta que sólo con los valores reales no se puede determinar de forma exacta una posible avería. Al respecto, es preciso contar también con los valores teóricos necesarios, para determinar posibles averías mediante la comparación de los valores teóricos y reales. Si estos valores teóricos no quedan almacenados en el equipo de diagnósticos, se requieren otros sistemas de información o datos del fabricante del vehículo.

La lectura de los bloques de valores de medición es especialmente adecuada para localizar averías por las que no se genera entrada alguna en la memoria de averías. Un ejemplo clásico es el medidor de masa de aire. A través de la comparación de los valores teóricos y los valores reales durante un viaje de prueba, se puede averiguar si los valores medidos cumplen con las exigencias.

Comprobación del elemento de regulación
Con la comprobación del elemento de regulación, el equipo de diagnóstico ofrece la posibilidad de comprobar los actuadores de un modo sencillo. Durante la prueba, la unidad de control accionará los actuadores uno a uno. A través del oído, la vista o el tacto se puede determinar si el actuador reacciona a la señal y efectúa una función. La comprobación del elemento de regulación también se puede utilizar para comprobar la señal de la unidad de control, los cables y las conexiones de enchufe. Para ello se debe conectar un multímetro o un osciloscopio al actuador durante la comprobación del elemento de regulación. Si la señal medida es correcta, se puede presuponer que el cable y las conexiones de enchufe son correctas. A continuación, se debe comprobar si el actuador sufre daños eléctricos o mecánicos. Si no existe señal de activación, o si es defectuosa, se deben comprobar las conexiones de enchufe y los cables. En este caso también son necesarias informaciones específicas del automóvil, como los esquemas de conexiones y los valores de medición.

Para realizar un diagnóstico de fallos seguro, es importante conocer exactamente el sistema del motor objeto de diagnóstico. No todas las averías deben tener necesariamente una causa electrónica. Siempre existe la posibilidad de que debido a un fallo en la mecánica; por ejemplo, una mala compresión, se produzcan averías en las toberas de inyección defectuosas, que en la localización de averías conducirían a una “pista“ falsa. El requisito básico es siempre que la mecánica funcione correctamente.
Por este motivo, se recomienda siempre tener una formación continua, a través de cursillos, sobre los sistemas de inyección, así como sobre los aparatos de diagnóstico y medición. Sólo podrá realizar un diagnóstico de averías seguro aquella persona que comprenda y conozca todo lo relacionado con los efectos que puedan tener en todo el sistema los valores del sensor medidos y la posición de los actuadores.
Asimismo, diversos libros especializados le pueden ayudar a adquirir conocimientos sobre los sistemas de inyección y las técnicas de medición.