ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

MAESTRÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES

SEMINARIO II “CRDi”

Ing. Jorge Martínez MCS

TEMA: SENSORES EN EL SISTEMA CRDi

REALIZADO POR:

FABRICIO ESPINOZA MOLINA

Cuenca 13 – 12 -2013

1. INTRODUCCIÓN

El Sistema Common Rail es una nueva tecnología a Diésel que está introduciéndose en nuestro medio. Conocer su constitución y funcionamiento es de vital importancia, para que el profesional pueda dar un correcto mantenimiento a este sistema.

Definición de Common RailCommon Rail (CR) que significa Riel Común; es un acumulador de alta presión denominado por Bosch Sistema de inyección de acumulador, ver figura 1.

Figura 1. Componentes del Sistema Common Rail.

En la inyección de acumulador o Common Rail se realiza por separado, la generación de presión y la inyección. La presión de inyección se genera independientemente del régimen de giro del motor y del caudal de inyección y está a disposición del riel (acumulador de combustible) para la inyección. El momento y el caudal de inyección se calculan en la unidad de control electrónica y se pulveriza por el inyector en cada cilindro del motor, mediante el control de una electroválvula.

2. COMPONENTES DEL SISTEMA COMMON RAIL

El sistema Common Rail posee ciertas características sobresalientes como es el caso de la elevada presión constante que se maneja en el riel, de 1200 bar a 1600 bar, presión que maneja los sistemas diseñados por Bosch. Actualmente tenemos los siguientes sensores:

Sensor de Posición del Cigüeñal (CKP CPS) Sensor de Posición de Árbol de Levas (CMP, CaPS) Sensor del Pedal del Acelerador (APS)

Sensor de Presión de Riel ( SPR, RPS, PCV, IPVR, RPCV, PRV) Sensor de Temperatura de Aire (ATS – IAT- AST) Sensor de Temperatura de Refrigerante (ECT ,WTS ,CTS) Sensor de teperatura combustible (FTS, EGTS) Sensor de Masa de Aire (MAF) Sensor de Presión Atmosférica (MAP) Interruptor de Freno (BS) Interruptor de Embrague (CS) Sensor de Temperatura de Combustible (FTS- MTS- EGTS) Sensor de Presión de “Boost” (VGT) (BPS) Sensor de temperatura de recirculación de gases de Escape (EGRT) Sensor de velocidad del vehiculo (VSS) Sensor de denotación (KS) Sensor de medición entrada en la bomba combustible (SCV, IMV)

A continuación se representará y analizará los conceptos básicos de funcionamiento de cada uno de los sensores que intervienen en un Sistema Common Rail.

2.1 SENSOR DE TEMPERATURA DE REFRIGERANTE ( Engine Coolan Temperature ECT) – CTS – WTS,

El sensor de temperatura se ubica en el circuito de refrigeración, para monitorear la temperatura del motor a través de la temperatura del refrigerante. El sensor está equipado con un resistor dependiente de la temperatura con un coeficiente de temperatura negativo, que es parte de un circuito divisor de voltaje al que se aplican 5V (figura 2).

FIGURA 2. SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE.

La caída de voltaje en el resistor se ingresa al UCE mediante un convertidor análogo-digital y es una medida de la temperatura. Se almacena una curva característica en el microcomputador del UCE, el cual define la temperatura como función de un voltaje dado (figura 3).

FIGURA 3. DISPOSICIÓN DEL SENSOR Y REPRESENTACIÓN ELÉCTRICA

2.2 SENSOR DE POSICIÓN DEL PEDAL DEL ACELERADOR (APS)

En contraste con la distribución convencional y las bombas de inyección en línea, con EDC (Control Electrónico Diésel) la aceleración que imprime el conductor ya no se transmite directamente a la bomba de inyección a través de un cable o varillaje mecánico, sino que es registrada por un sensor del pedal del acelerador y transmitida luego al UCE.

Se genera un voltaje a través del potenciómetro en el sensor del pedal del acelerador en función de la posición del acelerador. Usando una curva característica programada, se calcula entonces la posición del pedal a partir de éste voltaje. El sensor del pedal tiene dos potenciómetros, una señal es la posición del pedal para el UCE, la otra es para la verificación de la carga. Si fallara el sensor del pedal, se establece el modo a prueba de falla y una velocidad de ralentí levemente mayor (figura 4).

FIGURA 4. DISPOSICIÓN DEL SENSOR Y REPRESENTACIÓN ELÉCTRICA

Nota: No verifique el sensor de posición de pedal con un Multímetro Análogo, esto podría dañar el circuito interno.

Potenciómetro 1

Potenciómetro 2

Ralentí

0.6 ~ 0.9 V 0.25 ~ 0.6 V

WOT 3.6 ~ 4.6 V 1.6 ~ 2.5 V

2.3 SENSOR DE PRESIÓN DEL RIEL – RPS (FUEL PRESURE PRESION FRP)

El sensor de presión del riel debe medir instantáneamente la presión en el riel con la precisión adecuada y de la forma más rápida posible. El combustible presurizado actúa sobre el diafragma del sensor, lo que convierte la presión en señal eléctrica, que después se ingresa a un circuito de evaluación que amplifica esta señal y la envía al UCE (figura 5).

FIGURA 5. DISPOSICIÓN, REPRESENTACIÓN ELÉCTRICA SENSOR DEL PRESIÓN DEL RIEL

2.4 SENSOR DE TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLE

El sensor de temperatura del combustible se ubica en la línea de alimentación de combustible.A medida que aumenta la temperatura del combustible, el UCE modificará la inyección y tasa de entrega, al mismo tiempo ajustará los parámetros de funcionamiento de la válvula de control de presión del riel. Puesto que el circuito de entrada de la computadora está pensado cómo divisor de tensión se reparte entre una resistencia presente en la computadora y la resistencia NTC del sensor. Por consiguiente la computadora puede valorar las variaciones de resistencia del sensor a través de los cambios de la tensión y obtener así la información de la temperatura del combustible en el motor (figura 6).

FIGURA 6. POSICIÓN DEL SENSOR DE TEMPERATURA DE COMBUSTIBLE.

2.5 SENSOR DE PRESIÓN ATMOSFÉRICA O ALTITUD. (MAP)Este sensor le informa a la computadora la presión atmosférica existente, para que ella corrija inteligentemente el tiempo de inyección de acuerdo a la presión atmosférica.Este sensor está montado adentro de la computadora. Sobre un lado de la membrana está presente el vacío absoluto de referencia, mientras que sobre el otro lado actúa la presión atmosférica. La señal piezo-resistiva derivante de la deformación que sufre la membrana, la toma la computadora para determinar la altitud (figura 7).

FIGURA 7. SENSOR DE LA PRESIÓN ATMOSFÉRICA.

2.6 INTERRUPTOR DEL PEDAL DEL EMBRAGUE.

La función principal de este sensor es para mayor confort de marcha, consiste en suprimir las sacudidas del motor. A esos efectos la computadora necesita saber si se ha embragado o desembragado momentáneamente (figura 8).Estando aplicado el pedal de embrague se reduce por poco tiempo la cantidad de gas oíl inyectada. A la función principal se le agregan otras como:

Cancelación del control crucero. Señal de carga inminente del motor (desembrague, enganche en primera

marcha, salida). Evitar el aumento brusco de las rpm del motor al desembragar durante un

cambio de marcha, el UCE ajusta el funcionamiento del inyector.

FIGURA 8. INTERRUPTOR DEL PEDAL DEL EMBRAGUE.

2.7 SENSOR DEL PEDAL DE FRENOS (BS)Por motivos de seguridad el sensor suministra a la computadora la señal de freno aplicado. Esta señal se utiliza para verificar que el sensor de posición del pedal del acelerador actúe correctamente (figura 9).

El interruptor del freno tiene las siguientes funciones: Circuito de luz de freno, Cancelación del “cruise control”, freno redundante El freno redundante se activa cuando se presiona el acelerador y luego el pedal de freno. La ECM aplicará un modo de falla segura que limita la señal de acelerador y controla la operación del inyector (modo de ralentí rápido) permitiendo que el motor revolucione hasta 1200 RPM, solamente cuando se suelta el freno, se vuelve la señal del APS y se reinstala la operación del inyector. Esta operación es una transición suave sin tirón.

NOTA:Esto se aplica solamente cuando el vehículo se está moviendo (VSS). Para realizar la prueba de calado, esta se realiza siguiendo los procedimientos normales.

FIGURA 9. INTERRUPTOR DEL PEDAL DE FRENO Y REPRESENTACIÓN ELÉCTRICA

2.8 SENSOR DE CAUDAL DEL AIRE DE ADMISIÓN (MAF).

Durante el funcionamiento dinámico es fundamental el establecimiento preciso de la correcta relación A/F (aire/combustible), para cumplir con las normas referentes a los límites de gases de escape. Esto requiere el uso de sensores para registrar de manera precisa el flujo de masa de aire que realmente ingresa al motor en un momento determinado.

Estos sensores que miden con precisión deben ser independientes de la pulsación, flujo inverso, EGR, control variable del eje de levas y cambios en el control de temperatura del aire. Se elige un medidor de masa de aire tipo "Lámina Caliente" como el más

ECM

Stop Lamp

Battery +

ControlRelay Brake Switch

conveniente. El principio de la lámina caliente se basa en la transferencia de calor desde un elemento sensor que está caliente, al flujo de aire. Se utiliza un sistema de medición que permite la medición del flujo de aire y la detección de la dirección del mismo. Los flujos inversos también se detectan en caso que se produzcan flujos de aire con fuerte pulsación. En la misma carcasa tiene montado un sensor de temperatura de aire (figura 10).

FIGURA 10. SENSOR DE TEMPERATURA DE AIRE Y SENSOR DEL FLUJO DE AIRE.

2.9 SENSOR DE POSICIÓN DEL CIGÜEÑAL. (CKP) (Crank Posittion Sensor CPS)

La posición del pistón en la cámara de combustión es fundamental para definir el comienzo de la inyección. Un sensor mide las rotaciones del cigüeñal por minuto. Esta importante variable de entrada se calcula en la UCE, mediante la señal del sensor de posición del cigüeñal.

Una rueda dentada de material ferro-magnético está unida al cigüeñal, en la cual faltan 2 dientes. A este espacio más grande se le asigna una posición definida del cigüeñal para el cilindro 1.

El sensor de velocidad del cigüeñal monitorea la secuencia de dientes de la rueda, el mismo está compuesto por un imán permanente y un alma de hierro dulce con un bobinado de cobre. El flujo magnético en el sensor cambia a medida que los dientes y espacios pasan frente a él, generando un voltaje sinusoidal de AC cuya amplitud aumenta abruptamente en respuesta a la mayor velocidad del motor (cigüeñal). (Figura 11)

FIGURA 11. SENSOR DE POSICIÓN DEL CIGÜEÑAL.

2.10 SENSOR DE POSICIÓN ÁRBOL DE LEVAS (CMP) O SENSOR DE FASE.

Cuando un pistón se mueve en dirección del PMS, la posición del eje de levas determina si está en la fase de compresión con encendido subsiguiente, o en la fase de escape. Esta información no se puede generar únicamente con el dato del eje cigüeñal durante la fase de partida. Por otra parte, durante el funcionamiento normal del motor, la información generada por el sensor del cigüeñal basta para determinar el estado del motor.

El sensor del eje de levas utiliza el efecto electromagnético (Hall) al establecer la posición del eje de levas. Un diente de material ferro-magnético está unido al eje de levas y gira con él. Cuando este diente pasa frente a los discos semiconductores del sensor del eje de levas, su campo magnético desvía los electrones en los discos semiconductores en ángulos rectos a la dirección de la corriente que fluye a través de los discos. Esto da como resultado una señal breve de voltaje (voltaje Hall) que informa a la UCE que el cilindro Nº 1 ha ingresado recién a la fase de compresión. (Figura 12)

FIGURA 12. SENSOR DE POSICIÓN DEL EJE DE LEVAS.

2.11 SENSOR DE PRESIÓN DEL TURBO-ALIMENTADOR.

El sensor está conectado por un tubo al múltiple de admisión, o directamente en el múltiple de admisión. El elemento sensible del sensor de sobrepresión del turbocompresor está compuesto por un puente de Wheatstone sobre una membrana de material cerámico. Sobre un lado de la membrana está presente el vacío absoluto de referencia, mientras que sobre el otro lado actúa la presión de aire proveniente del turbocompresor. La señal piezo-resistiva derivante de la deformación que sufre la membrana, antes de ser enviada a la computadora es amplificada por un circuito electrónico contenido en el soporte que aloja la membrana cerámica. (figura 13)

FIGURA 13. SENSOR DE PRESIÓN DEL TURBO-ALIMENTADOR.

2.12 SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIÓN (Intake Air Temparature IAT), AST, ATS,

El IAT ver figura 14, detecta la temperatura del aire entrante. En los vehículos equipados con un sensor MAP, el IAT se encuentra en un paso de aire de admisión. En los vehículos con sensor de masa de aire, el IAT es parte del sensor MAF. El IAT está conectado a la terminal de THA en la ECM. El IAT se utiliza para la detección de la temperatura ambiente en un arranque en frío y la temperatura del aire de admisión mientras el motor calienta.

FIGURA 14. SENSOR IAT.

2.13 SENSOR VELOCIDAD DEL VEHÍCULO  (Vehicle Speed Sensor VSS)

El VSS proporciona una señal de corriente alterna al ECM la cuál es interpretada como velocidad del vehículo.Este sensor es un generador de imán permanente montado en el transeje. Al aumentar la velocidad del vehículo la frecuencia y el voltaje aumentan, entonces el ECM convierte ese voltaje en Km/hr, el cual usa para sus cálculos figura 15

FIGURA 15. SENSOR IAT.

2.14 EL SENSOR DE DETONACIÓN ENSOR KS (SENSOR KNOCK) SENSOR DE DETONACIÓN

Se situa en el bloque del motor y se trata de un generador de voltaje.Tiene como objetivo recibir y controlar las vibraciones anormales producidas por el pistoneo, transformando estas oscilaciones en una tensión de corriente que aumentará si la detonación aumenta, figura 16

FIGURA 16. SENSOR IAT.

2.15 SENSOR DE TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLE

Para hacer un cálculo preciso de la cantidad de combustible a inyectar la unidad de control también tiene en cuenta la temperatura del motor y la temperatura del combustible a inyectar. La temperatura del combustible es determinado por un sensor incluido en el interior de la bomba de inyección y la temperatura del motor es determinado por un sensor instalado en el conducto del líquido refrigerante, cerca de la culata y sirve para informar a la ECU de la temperatura interna del motor.

Estos sensores llevan una resistencia sensible a la temperatura con un coeficiente negativo de temperatura (NTC).

La información que recibe la unidad de control de estos sensores le sirve para modificar o activar:

El ángulo de avance a la inyección. El ventilador de refrigeración del radiador del motor. Las funciones de diagnosis. Las bujías de incandescencia.

3. BIBLIOGRAFIA.

[1] BOSCH, Sistema de inyección de acumulador Common Rail, Diesel, Edición 1999.

[2] CASTRO, Miguel, Sistemas Electrónicos de la Inyección Diesel, 1ra. Edición, Editorial Ceac, España, 2002.

[3] H. Gerschler, Tecnología del Automóvil,20ava Edición, Editorial Reverte, 1980, Tomo II.

[4] J.M., Alonso, Técnicas del Automóvil Sistemas de Inyección de Combustible en los Motores Diesel, 1ra. Edición, Editorial Thompson, Madrid-España, 2001.

[5] COELLO, Efren, “Inyección Diesel de Riel Común”, Curso, Septiembre 2006.

[6] http://www.todomotores.cl/links.htm

[7] http://www.clubclio.com/mecanica/common.htm