alimentaciÓn de motores de gas

ALIMENTACIÓN DE MOTORES DE GAS

EMPRESA MUNICIPAL DE TRANSPORTES DE MADRID, S.A. Área de Formación 2

EL PRESENTE MANUAL ESTA CONFECCIONADO PARA FORMACION INTERNA EN LA EMPRESA MUNICIPAL DE TRANSPORTES DE MADRID. LA INFORMACION TECNICA DETALLADA SE ENCUENTRA EN LOS MANUALES DE TALLER DE LOS DIFERENTES VEHÍCULOS Y SISTEMAS.

Versión 31/01/2020


INTRODUCCION

Este curso tiene la intención de dar a conocer los diferentes sistemas de almacenamiento, alimentación, encendido, hardware y software de los vehículos de gas de la empresa. Este conocimiento pretende ser lo suficientemente profundo a la par que sencillo para poder comprender unos sistemas que cada vez tienen una mayor implantación en los vehículos de la empresa, debido a la apuesta clara por el gas como combustible.

Esta llegada del gas natural viene respaldada por una serie de motivos que se ponen de manifiesto en este manual, tanto por la normativa anticontaminación, como por la necesidad de diversificar las energías utilizadas porque el agotamiento final de los yacimientos de petróleo a medio o largo plazo así lo indica, como por la necesidad de encontrar energías más baratas.

Para conocer estos sistemas se detallan las diferentes concepciones de los mismos, la práctica totalidad de sus componentes, así como sus principios de funcionamiento y sus funciones en el global del sistema en los que se hallen integrados.

Una vez conocidos los componentes, se intentará comprender el funcionamiento global de los diferentes sistemas integrados en los diferentes modelos de la flota, ya que teniendo como base el conocimiento de los componentes se puede llegar a un conocimiento claro del global.


Como se ha indicado anteriormente, también se da a conocer una parte fundamental, cada vez con más presencia en el sector de la automoción, el hardware y el software de gestión que son integrantes de los diferentes sistemas.

Todos estos conocimientos vienen acompañados de diferentes comparaciones con el sistema de alimentación que era el único existente en la empresa, es decir, el sistema diesel, para hacer más sencillo la asimilación del contenido.

Otro de los contenidos del curso es la explicación de las estaciones de compresión y suministro, ya que puede ser novedoso el hecho de acumular en el vehículo el combustible a una presión elevada y la manera de realizar esta operación.

Existe un capítulo dedicado y orientado a mejorar la manera de diagnosticar los vehículos y que sirva de base a la hora de afrontar averías que pueden ser difíciles de manejar, por ser novedosas o desconocidas.


1 EL GAS NATURAL COMO COMBUSTIBLE

Se dice que el desarrollo sostenible es aquel capaz de satisfacer las necesidades actuales sin comprometer los recursos y posibilidades de las futuras generaciones. Intuitivamente una actividad sostenible es aquella que se puede mantener. Por ejemplo, cortar árboles de un bosque asegurando la repoblación es una actividad sostenible. Por contra, consumir petróleo no es sostenible con los conocimientos actuales, ya que no se conoce ningún sistema para crear petróleo a partir de la biomasa. Hoy sabemos que una buena parte de las actividades humanas no son sostenibles a medio y largo plazo tal y como hoy están planteadas.

El transporte en Europa es responsable aproximadamente del:

- 25% de las emisiones de CO2

- 85% de las emisiones de CO

- 40% de las emisiones de otros contaminantes (NOX, NMHC, partículas, etc.)

Y más concretamente en España, el sector del transporte general representa un 39% del consumo de energía final y el 98% de ése consumo, depende de combustibles fósiles.

Como se puede apreciar estas son unas cifras totalmente insostenibles


Además, a nivel local, los efectos nocivos de estas emisiones se acentúan debido a la densidad de circulación de vehículos en los núcleos urbanos.

El uso del gas natural como combustible en el transporte reside en que constituye una energía eficiente, no contaminante, de precios competitivos, debido a que no requiere refinación y su producción es abundante. Esto se constituye en una alternativa muy sólida frente a la necesidad de diversificación energética, dados los problemas de abastecimiento de combustibles derivados del petróleo a medio o largo plazo y sus mayores emisiones de agentes contaminantes a la atmósfera.

1.1 Historia de los gases combustibles

Se denomina gas natural a la mezcla inflamable de diversos hidrocarburos gaseosos que se encuentran en el subsuelo, en yacimientos más o menos importantes y en mayor o menor proporción con otros gases inertes. Esta mezcla puede ir asociada con el crudo del petróleo (gas natural asociado) o tan sólo acompañada por pequeñas cantidades de materias condensables (gas natural no asociado).

El gas natural se formó hace millones de años cuando una serie de organismos descompuestos, tales como animales y plantas, quedaron sepultados bajo lodo y arena, en lo más profundo de antiguos lagos y océanos.


A medida que se acumulaba lodo, arena y sedimento, se fueron formando capas de roca a gran profundidad. La presión causada por el peso sobre éstas capas, más el calor de la tierra, transformaron lentamente el material orgánico en petróleo crudo y en gas natural.

El gas natural se acumula en bolsas entre la porosidad de las rocas subterráneas. Pero en ocasiones, el gas natural se queda atrapado debajo de la tierra por rocas sólidas, que evitan que el gas fluya, formándose lo que se conoce como un yacimiento.

Los primeros descubrimientos de yacimientos de gas natural fueron hechos en Irán entre los años 6000 y 2000 A.C. Estos yacimientos de gas, probablemente encendidos por primera vez mediante algún relámpago, sirvieron para alimentar los "fuegos eternos" de los adoradores del fuego de la antigua Persia.

También se menciona el uso del gas natural en China hacia el año 900 A.C. También es en China donde se reporta la perforación del primer pozo conocido de gas natural, de unos 150 metros de profundidad y que data del año 211 A.C. Los chinos perforaban sus pozos con varas de bambú y primitivas brocas de percusión, con el


propósito expreso de buscar gas en yacimientos de caliza. Quemaban el gas para secar las rocas de sal que encontraban entre las capas de caliza.

El gas natural no se conocía en Europa hasta su descubrimiento en Inglaterra en 1659, e incluso entonces, no se masificó su utilización. La primera utilización de gas natural en Norteamérica se realizó desde un pozo poco profundo en la localidad de Fredonia, estado de Nueva York, en 1821. El gas era distribuido a los consumidores a través de una cañería de plomo de diámetro pequeño, para cocinar e iluminarse.

A lo largo del siglo XIX, el uso del gas natural permaneció localizado porque no había forma de transportar grandes cantidades de gas a través de largas distancias, razón por


la que el gas natural se mantuvo desplazado del desarrollo industrial por el carbón y el petróleo.

Un importante avance en la tecnología del transporte del gas ocurrió en 1890, con la invención de las uniones a prueba de filtraciones. Sin embargo, como los materiales y técnicas de construcción permanecían difíciles de manejar, no se podía hacer llegar el gas natural más allá de unos 160 kilómetros de su fuente. Por tal razón, la mayor parte del gas asociado se quemaba en antorchas y el gas no asociado se dejaba en la tierra.

El transporte de gas por largas distancias se hizo posible a fines de la segunda década del siglo XX, por un mayor avance de la tecnología de tuberías. En Estados Unidos entre 1927 y 1931 se construyeron más de 10 grandes sistemas de transmisión de gas. Cada uno de estos sistemas se construyó con tuberías de unos 51 centímetros de diámetro y en distancias de más de 320 kilómetros. Después de la Segunda Guerra Mundial se construyeron más sistemas de mayores longitudes y diámetros. Se hizo posible la construcción de tuberías de hasta 142 centímetros de diámetro.


1.2 Extracción y distribución en la actualidad

El gas natural se extrae de pozos subterráneos o submarinos, proceso de extracción muy similar al del petróleo. Se hace una perforación en la roca bien en tierra o en el mar.

El equipamiento que se emplea depende de la localización de la napa (capa de gas que se extiende por el suelo) de gas y de la naturaleza de la roca. Si es una formación poco profunda se puede utilizar perforación de cable. Mediante este sistema, una broca de metal pesado sube y baja repetidamente en la superficie de la tierra.

Para prospecciones a mayor profundidad, se necesitan plataformas de perforación rotativas. Este método es el más utilizado en la actualidad y consiste en una broca puntiaguda para perforar a través de las capas de tierra y roca.

Una vez que se ha encontrado el gas natural, debe ser extraído de forma eficiente. La tasa de recuperación más eficiente representa la máxima cantidad de gas natural que puede ser extraída en un período de tiempo dado sin dañar la formación. Se deben efectuar varias pruebas en esta etapa del proceso.

Lo más común es que el gas natural esté bajo presión y salga de un pozo sin intervención externa. Sin embargo, a veces es necesario utilizar bombas u otros


métodos más complicados para obtener el gas de la tierra. El método de elevación más difundido es el bombeo de barra.

Como generalmente los yacimientos de gas natural están alejados de las zonas urbanas, se debe transportar hasta los centros de consumo. Esto se hace a través de un tubo subterráneo o submarino, denominado gasoducto, o bien en buques, especialmente equipados, destinados a tal fin, denominados metaneros.


Para hacer circular el gas es necesaria una fuerza impulsora, la cual se logra mediante estaciones de compresión situadas cada 80 o 100 kilómetros aproximadamente, en las que el gas es comprimido y reenviado al gasoducto.

El gas circula por las tuberías de transporte a una presión de 36-70 bares. Cuando las tuberías de transporte llegan a las ciudades la presión se disminuye a unos 12 bares, y en la distribución para usos domésticos o comerciales esta presión es mucho más baja, a sólo 0,020 o 0,025 bares.

Cuando es necesario transportarlo a lugares muy alejados atravesando mares y océanos, el sistema empleado es el marítimo, por medio de barcos.

El problema a resolver era el enorme volumen a trasladar. Se solucionó mediante la licuefacción del gas, con la que se logra una reducción en su volumen del orden de las 600 veces, lo cual se consigue enfriando el gas, por un proceso de compresiones y enfriamientos adiabáticos, hasta los 161° C bajo cero (al licuar el gas


su volumen es reducido por un factor de 600, lo que quiere decir que el gas a la temperatura de -161ºC, utiliza 1/600 del espacio requerido por una cantidad comparable de gas a temperatura ambiente y presión atmosférica). Es por ello que los barcos metaneros también sean denominados criogénicos.

Para la utilización del gas natural licuado como combustible, lógicamente se precisa su regasificación. Ésta se hace en plantas instaladas generalmente junto a los muelles de descarga de los buques metaneros, donde, por medio de un proceso simple de calentamiento, vuelve a su estado primitivo.

En España, el gas importado de Libia, Argelia, Abu Dhabi, Qatar, Nigeria y Trinidad Tobago se recibe en las plantas de regasificación de Barcelona, Huelva y Cartagena


Las características que diferencian un buque metanero o criogénico de un petrolero son, principalmente, la necesidad de un perfecto aislamiento de los tanques que contienen el gas natural licuado y el hecho de tratarse de buques rápidos, propulsados por turbinas que permiten el aprovechamiento del gas evaporado durante la travesía como complemento del combustible para sus calderas.

También hay unas plantas, llamadas satélite, que son unidades de instalaciones para la recepción, almacenamiento y regasificación del gas natural licuado y están situadas en las inmediaciones de núcleos de población a los que no llegan las tuberías de transporte o gasoductos que los unan con la instalación receptora y que, por tanto, han de recibir el combustible por camiones cisterna, que llevan el gas en estado líquido a presión atmosférica y a -161° C.

Desde los puntos de producción, almacenamiento o regasificación hasta los puntos de consumo, el gas se transporta y distribuye a través de una serie de tuberías interconectadas de distintos diámetros: la red, por la que el gas circula a diferentes presiones, como se ha explicado anteriormente. Para garantizar un buen suministro es preciso que las presiones sean constantes, por lo que los diámetros de las tuberías habrán sido estudiados de acuerdo con las necesidades a cubrir. La presión que se da al gas en su recorrido por las tuberías de transporte debe reducirse antes de pasar a las de distribución, para su utilización en usos industriales o domésticos. Para reducir las presiones y mantenerlas constantes existen estaciones o cámaras de regulación.


1.3 Tipos de gases y sus usos

Se denominan gases combustibles a los hidrocarburos naturales y a los fabricados exclusivamente para su empleo como combustibles, es decir, que pueden arder en concentraciones normales de oxígeno, dentro de ciertos límites de composición de la mezcla aire-gas (límites de inflamabilidad) y a una cierta temperatura necesaria para iniciar la reacción controlada para la obtención de energía.

Básicamente existen tres familias de gases combustibles:

- Primera Familia: constituida por los gases manufacturados

- Segunda Familia: formada por los gases naturales

- Tercera Familia: formada por los GLP o Gases Licuados de Petróleo.


Gases manufacturados o de síntesis:

Históricamente se ha ido obteniendo a partir de sustancias ricas en carbono (hulla, carbón, coque, nafta, biomasa). Este era el conocido como gas ciudad, pues se fabricaba básicamente para alumbrado urbano, muy común en el siglo XIX y principios del XX cuando se fue sustituyendo por alumbrado eléctrico. Entonces su uso prácticamente quedó reducido al doméstico, del que también ha ido desapareciendo paulatinamente debido a la progresiva implantación del gas natural.

Desde 2006 se produce el SinteGas, (del inglés SynGas, synthesis& gas), para usos petroquímicos, desde el propio gas natural.

Gas natural:

Es el resultado de la descomposición de la materia orgánica por el calor, la presión o la acción bacteriológica en ausencia del aire y generalmente bajo tierra. Por formarse bajo tierra está compuesto tanto de gases inflamables como no inflamables.

Los inflamables se componen de carbón o hidrógeno y son principalmente el metano y el etano, con algo de propano, butano y pentano; los no inflamables son nitrógeno, dióxido de carbono y ácido sulfhídrico. La mayor parte de estos gases no inflamables se eliminan antes de su distribución.


Gases licuados del petróleo:

Se obtienen de su separación del gas natural y del refinado del petróleo. En la práctica, se puede decir que los GLP son una mezcla de propano (C3H8) y butano (C4H10).

El uso de los gases anteriormente señalados como combustibles abarca un amplio abanico de actividades que van desde el uso doméstico hasta el uso militar o el aeroespacial.

Uso doméstico:

Al ser un combustible de acceso relativamente barato, tanto en instalaciones como en consumos, su uso es muy común en los hogares urbanos. Pasando de la cocina de gas a los calentadores o calderas de calefacción, tanto individuales como comunitarias. Estas últimas han ido ganando terreno rápidamente debido a las normativas anticontaminación que las hacen mucho más competitivas frente a las antiguas de carbón o fuel-oil.

Hay incluso aparatos denominados gasodomésticos que realizan las funciones de los tradicionales electrodomésticos pero utilizando gas natural o combinando ambas energías que ayudan a disminuir el eléctrico. Por ejemplo, vitrocerámicas o secadoras. Por otro lado están también las lavadoras o los lavavajillas que si tienen que utilizar


agua fría utilizan la de la red, pero si necesitan agua caliente utilizan la de la caldera. El uso de estos aparatos es todavía minoritario.

Uso comercial:

En este caso el uso es básicamente similar al doméstico, pero aplicado a la pequeña industria, es decir, cocinas de restaurantes o calefacciones y aires acondicionados de centros comerciales

Uso industrial:

En la industria, la calidad de su llama, regular y sin impurezas, permite numerosas aplicaciones. Su combustión hace posible una mejor regulación de la temperatura en las cámaras de combustión de una extensa gama de equipos, así como su aplicación directa en el tratamiento de múltiples productos. Por su alto contenido en hidrógeno, el gas natural es la materia prima más utilizada en la producción de amoniaco para fertilizantes, así como en otras aplicaciones petroquímicas.

Como combustible es utilizado en la totalidad de los sectores industriales que demandan energía térmica. Las aplicaciones industriales más destacadas son la generación de vapor, cocción de productos cerámicos, alimentarios, tratamientos


térmicos, procesos de secado directo, sistema de calefacción, generación electrónica y hornos de fusión.

Otra aplicación de actualidad y con gran futuro en España, es la cogeneración. La cogeneración con gas natural es uno de los sistemas de producción conjunta de energía térmica y eléctrica, en las industrias y locales comerciales, con altas necesidades de calor y electricidad. Esta aplicación del gas permite alcanzar importantes rendimientos globales del combustible y una notable reducción de la emisión de contaminantes.

Cabe destacar la creciente participación del gas natural en la generación de electricidad en centrales térmicas convencionales y en centrales eléctricas de ciclo combinado que permitirá, junto a la mayor diversificación de las fuentes energéticas utilizadas, la obtención de importantes economías a través de un rendimiento más elevado, así como de una disminución notoria de los niveles de contaminación.


La siguiente figura muestra el esquema de funcionamiento de una central de ciclo combinado.


1.4 Características de los gases combustibles

El estado gaseoso es el estado físico de la materia que no tiene forma ni volumen propios, se adapta a la forma del recipiente que lo contiene, sus moléculas tienen un movimiento tan elevado que vence a las fuerzas de atracción molecular, así como a las de la gravedad, expandiéndose y ocupando todo el espacio disponible, por lo que solo pueden conservarse en recipientes totalmente cerrados, fuera de los cuales se dispersarían en la atmósfera. La velocidad con que se dispersan depende de la capacidad de difusión del gas y poco de la fuerza de la gravedad.

Puesto que todas las sustancias pueden existir en estado gaseoso, dependiendo de su presión y temperatura, el término gas aquí empleado es referido a aquellas sustancias que a temperatura y presión "normales" (aproximadamente 21ºC y 1 Kg/cm2) están en estado gaseoso.

Los gases a diferencia de los sólidos y los líquidos se pueden comprimir, por lo que al hablar de un volumen de gas debemos indicar a que presión y temperatura se ha medido, cosa que no hace falta indicar para sólidos y líquidos.

Entre las características que tienen los diferentes gases, las que más nos ayudarán a comprender nuestro trabajo con el gas natural son las siguientes:


Reactividad:

Es la capacidad de un gas para combinarse con otras sustancias perdiendo su identidad inicial.

Hay gases que son combustibles, es decir, capaces de arder, como el acetileno, butano, gas natural, hidrógeno, etc.; y otros son comburentes, o sea, necesarios para que aporten oxígeno para la combustión de otras sustancias, como el oxígeno, aire, cloro, etc.; y, por último, otros que llamaremos inertes (no reactivos), que ni arden, ni favorecen la combustión de otras sustancias, como el nitrógeno, anhídrido carbónico o los gases nobles.

Densidad:

Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.

Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3).

Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia. Esta indica cuantas veces un volumen de un gas es más,


o menos pesado que el mismo volumen de la sustancia de referencia, que normalmente es el aire. Conocer la densidad relativa del gas es determinante en la seguridad de los trabajos con gas para poder hacer las mediciones en las zonas más adecuadas ya que los gases menos densos que el aire (su densidad es menor que uno) tienden a ascender en la atmósfera, diluyéndose fácilmente en la misma, por ejemplo el metano, el helio o el hidrógeno que se utilizan en los globos y dirigibles. Y los gases más densos que el aire (su densidad es mayor que uno) tienen tendencia a acumularse a ras del suelo y en las oquedades del terreno, aunque con el tiempo terminan también diluyéndose y disipándose en el aire, como el butano y el anhídrido carbónico.


A título de ejemplo obtendríamos los siguientes valores para distintos gases combustibles:

GAS FÓRMULA PESO

MOLECULAR DENSIDAD

METANO CH4 16 0,60 ETANO C2H6 30 0,60

PROPANO C3H8 44 1,52 BUTANO C4H10 58 2,01

Compresibilidad:

Es la capacidad que tiene una sustancia de reducir su volumen por efecto de la presión.

Los gases, al contrario de lo que ocurre con los sólidos y los líquidos se pueden comprimir, pero no todos se comportan igual cuando se comprimen, esta diferencia de comportamiento depende de una temperatura característica de cada gas llamada "temperatura crítica", por encima de la cual no se puede licuar un gas con independencia de la presión aplicada.


Potencia calorífica:

Es la cantidad de calor que puede suministrar la combustión de un metro cúbico de gas.

Siempre que hablemos de potencia calorífica de un gas debemos indicar la presión y temperatura, ya que las condiciones "normales" son 0°C y 760 mm de Hg.

Límite de inflamabilidad:

Son los límites de la concentración expresada en % de un gas combustible en una mezcla (donde debe existir una sustancia comburente) para que esta pueda arder.

No todas las mezclas gas-aire (combustible-comburente) son capaces de arder. Para cada una existe una concentración mínima de gas (combustible) en aire (comburente) por debajo de la cual no existirá combustión, esta concentración recibe el nombre de "límite inferior de inflamabilidad".

Lo mismo ocurre a la inversa, existe para cada mezcla gas-aire una concentración máxima de gas en un volumen de aire por encima de la cual el gas no entrará en combustión, es el "límite superior de inflamabilidad".


El rango de inflamabilidad de una sustancia depende de la temperatura y de la presión a las que se encuentre; al aumentar cualquiera de las dos se amplía en ambos sentidos el rango de inflamabilidad.

Máxima velocidad inicial de propagación de la llama:

Es la velocidad a la cual se inicia la inflamación de una mezcla estequiométrica, es decir, cuando el contenido de oxígeno del aire es exactamente el necesario para conseguir la combustión completa del gas de la mezcla; la velocidad de la llama es prácticamente nula cuando la mezcla está cerca de los límites de inflamabilidad.


2 MOTIVOS DEL USO DEL GAS NATURAL EN EL TRANSPORTE URBANO

Anteriormente se han expuesto las diferentes utilidades que tienen los gases combustibles en los diferentes ámbitos de la vida. En este capítulo se habla también del uso de un gas combustible, pero centrado en la actividad de la empresa, el gas natural en el transporte urbano

El sistema de transportes tiene dos grandes inconvenientes. En primer lugar que es un gran consumidor de energía, situándose por encima del consumo industrial y del doméstico. El segundo gran inconveniente es la contaminación o el gasto social difuso que ocasiona: emisiones nocivas de gases y partículas a la atmósfera, ocupación en las ciudades de un bien escaso y caro como es el suelo público, accidentes, ruido, etc.

La aceptación del gas natural como combustible en el transporte como alternativa a los combustibles derivados del petróleo, supone en parte, mitigar estos problemas energéticos, ya que hay una cantidad razonable de gas natural para consumir y este consumo no supone un aumento de las emisiones contaminantes, hasta la llegada de energías totalmente limpias, renovables y sostenibles.

Existe un estudio del que se extrae la conclusión que con la inclusión del GNC en la flota de la EMT se ha evitado la emisión de más de 3800 toneladas de contaminantes


durante los más de quince años transcurridos desde su incorporación a la empresa, lo que supone una reducción de más del 83% de las emisiones, que en el caso de ser autobuses diesel se habrían producido aplicando, como rango válido de emisiones, la normativa Euro III, ya que como se ha detallado anteriormente su nivel de emisiones es notablemente inferior al de los combustibles derivados del petróleo.

Un dato añadido es que dichas emisiones se realizan en un entorno urbano donde se concentran en proporciones nocivas para la salud.

Esto se pone de manifiesto en las gráficas que se detallan más adelante.

2.1 Normativa anticontaminación

La norma europea sobre emisiones es un conjunto de requisitos que regulan los límites aceptables para las emisiones de gases de combustión de los vehículos nuevos vendidos en los Estados Miembros de la Unión Europea. Las normas de emisión se definen en una serie de directivas de la Unión Europea con implantación progresiva que son cada vez más restrictivas.

Actualmente, las emisiones de Óxidos de Nitrógeno (NOX), Hidrocarburos (HC), Monóxido de Carbono (CO) y Partículas están reguladas para la mayoría de los tipos de vehículos, incluyendo automóviles, camiones, trenes, tractores y máquinas similares, barcazas, pero excluyendo los barcos de navegación marítima y los aviones. Para cada

http://es.wikipedia.org/wiki/Veh%C3%ADculo


tipo de vehículo se aplican normas diferentes. El cumplimiento se determina controlando el funcionamiento del motor en un ciclo de ensayos normalizado. Los vehículos nuevos no conformes tienen prohibida su venta en la Unión Europea, pero las normas nuevas no son aplicables a los vehículos que ya están en circulación. En estas normas no se obliga al uso de una tecnología en concreto para limitar las emisiones de contaminantes, aunque tienen en cuenta la tecnología utilizada por el fabricante para aplicar la normativa a la hora de establecerlas. El principal objetivo de los fabricantes es cumplir con una normativa anticontaminación, que no solo controla las emisiones del escape, sino que trata al vehículo en su conjunto como potencialmente contaminante. De tal manera que los productos utilizados en el sistema de refrigeración, las emisiones del depósito de combustible o los gases emitidos por el respiradero, son considerados como emisiones contaminantes reguladas por ley.

La ley obliga a los coches a gasolina del año 2000 en adelante, los coches a diesel de 2003 en adelante y los camiones desde 2005 en adelante a estar provistos de un OBD (On Board Diagnosis) y en el caso del ámbito europeo EOBD (European On Board Diagnosis). Con este protocolo aparece el concepto de avería a largo plazo, según el cual, el error no puede borrarse de ninguna manera por medio de herramientas externas, si no que será la propia unidad la que proceda a transformar el error de activo a pasivo después de tres ciclos de funcionamiento una vez solucionada la avería y a borrar el error una vez transcurridas 9600 horas o 400 días.


Este mismo protocolo establece un nivel de prioridades de las averías producidas, de tal manera que, si la memoria se encuentra llena, la de menor prioridad se borrará ocupando la nueva su lugar, siendo la número 0 la de menor prioridad y la 255 la de mayor prioridad. El estandarizado interfaz del OBD II además de ser utilizado para las funciones de supervisión del cumplimiento de la normativa, por ejemplo, con la herramienta ScanTool, puede ser utilizado por el fabricante para sus funciones avanzadas de diagnóstico que van más allá de lo que la ley exige.

Resultado de esa supervisión, puede obtenerse un listado de códigos genéricos de error que tienen un formato como el siguiente: P0XXX. Esta lista es pública y se puede consultar en internet. Si los códigos están establecidos por el fabricante el código tendrá un formato como el siguiente: P1XXX.

La siguiente etapa planeada es el OBD III en el que los propios coches toman contacto con las autoridades si se produce un empeoramiento de las emisiones de gases nocivos mientras el coche está en marcha. Si esto sucede se pedirá, a través de una tarjeta indicativa, que se corrijan los defectos.

La evolución de la normativa anticontaminación, como se puede comprobar, ha ido aumentando las restricciones de emisiones, de tal manera que hoy en día, dichas emisiones, se encuentran a un nivel correspondiente al 10% del momento en el que se comenzaron a aplicar.


Los niveles de emisiones según las diferentes normativas vigentes son:


La puesta en marcha de la normativa Euro VI se realizó en octubre de 2014. Con la aparición de dicha norma, la reducción de las emisiones es significativa hasta el extremo de que, por ejemplo, las emisiones de NOx se ven reducidas un 80% y las de partículas un 50%. Además, aparte de los recortes marcados en materia de emisiones, la Euro VI está estableciendo nuevos estándares en medición, incluyendo el arranque en frío y el re-arranque, y está dando mayor protagonismo al criterio de la sostenibilidad: los nuevos límites de contaminación deben ser respetados hasta los 700.000 kilómetros o 7 años.

Las emisiones correspondientes a la tabla anterior están obtenidas en ciclo ETC.


Óxidos nítricos:

Son combinaciones de nitrógeno N2 y oxígeno O2 (por ejemplo, NO, NO2, N2O...) Los óxidos de nitrógeno se producen al existir una alta presión, alta temperatura y exceso de oxígeno durante la combustión en el motor. Ciertos óxidos nítricos son nocivos para la salud.

Las medidas destinadas a reducir el consumo de combustible suelen conducir lamentablemente a un ascenso de las concentraciones de óxidos nítricos en los gases de escape, porque una combustión más eficaz produce temperaturas más altas. Estas altas temperaturas generan a su vez una mayor emisión de óxidos nítricos.


Partículas:

Definición y clasificación de partícula fina:

Bajo los términos “polvo” o “partícula” se agrupan todos los extractos secos en suspensión en el aire.

Las partículas finas son especialmente significativas para la salud de las personas y se clasifican en tres categorías dependiendo de su diámetro.

Así, según el diámetro de las partículas se denominan, en abreviatura, PM 10, PM 2’5 o UP.


Monóxido de carbono:

Se produce con motivo de la combustión incompleta de combustibles que contienen carbono. Es un gas incoloro, inodoro, explosivo y altamente tóxico. Bloquea el transporte de oxígeno por parte de los glóbulos rojos. Es mortal, incluso en una baja concentración en el aire respiratorio. En una concentración normal en el aire ambiental se oxida al corto tiempo, formando dióxido de carbono CO2.

Hidrocarburos:

Son componentes inquemados del combustible, que surgen en los gases de escape después de una combustión incompleta.

Los hidrocarburos HC se manifiestan en diferentes combinaciones (por ejemplo, C6H6, C8H18) y actúan de diverso modo en el organismo. Algunos de ellos irritan los órganos sensoriales, mientras que otros son cancerígenos (por ejemplo, el benceno).


2.2 Historia y evolución de los motores de explosión de cuatro tiempos

1876.-Otto inventa el motor de explosión de cuatro tiempos.

1878.-Douglas Clerk construye un motor de explosión de dos tiempos.

1885.-Daimler monta sobre un vehículo de dos ruedas un motor de alta velocidad desarrollado por Maybach equipado con carburador de gasolina.

1892.-Rudolph Diesel inventa el motor que tomará su apellido para su denominación.

1903.-Los hermanos Wright realizan los primeros vuelos con aviones equipados con motores de inyección de gasolina.

1904.-Hispano-Suiza fabrica su primer automóvil con un motor de cuatro tiempos y 20 CV. de potencia.

1940.-Ottavio Fuscaldo incorpora un solenoide para controlar el flujo de caudal hacia el motor.

1949.-Offenhauser participa en Indianápolis con un vehículo equipado con un motor de inyección directa de gasolina. A la par, Bosch desarrolla el sistema de inyección K-Jetronic.

1957.-Wankel desarrolla su motor rotativo.


1961.-Bendix patenta el sistema Bendix Electrojector de inyección regulada electrónicamente.

1966.-Bendix otorga permiso de su patente a Bosch y ésta desarrolla el sistema D-Jetronic.

Como se puede comprobar el diseño y desarrollo de motores es muy antiguo. En esos momentos, se tomó como unidad, para medir la potencia que podía desarrollar un motor, el caballo de vapor, que era la potencia que podía desarrollar un motor que sustituía a un caballo de arrastre en un telar. Esta unidad, que era un tanto peculiar por la dificultad que entrañaba su medición exacta, cuando se normalizó al Sistema Internacional se decidió que un C.V. era equiparable a 735 vatios, ya que el vatio es la unidad de potencia en el S.I. y que deriva de la definición misma de potencia, ya que potencia es el trabajo desarrollado en un tiempo determinado, es decir, 1 julio por segundo.

Hoy en día se sigue tomando como parámetro importante en el diseño de un motor la potencia, pero cada vez más se toma más en cuenta otro parámetro llamado par que es el momento generado sobre el eje de transmisión de potencia. Este parámetro es muy importante en la medida de que influye decisivamente sobre la potencia que se va a obtener, ya que la potencia se obtiene de la fórmula P = M × ω.


2.3 El motor de cuatro tiempos de ciclo Otto

El motor alimentado por gas es un motor de ciclo Otto de cuatro tiempos que utiliza el gas natural como combustible.

El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica al motor de combustión interna de encendido provocado, es decir, un ciclo en el que ocurren unos procesos tales que transcurridos todos ellos el sistema regresa a su estado inicial con una variación nula del propio sistema.

Este ciclo consta de seis procesos, dos de los cuales no participan en la dinámica del fluido operante:

Los cuatro procesos que participan en la dinámica del fluido son los que se dicen que son los cuatro tiempos del motor. Estos cuatro tiempos se traducen en movimientos longitudinales del pistón dentro del cilindro que a través de la biela y el cigüeñal se convierten en movimiento circular. Esto da como resultado una interpretación en grados de cada uno de los tiempos.


Esto sería así en teoría, pero en la práctica daría como resultado un motor muy poco eficiente. Para mejorar la eficiencia del motor se demostró que hay realizar unos avances y unos retrasos de los procesos, para aprovechar las inercias del fluido.


Todo esto fue concebido por Nicolaus August Otto, de cuyo apellido sale el nombre para designar el motor de su invención. Curiosamente, Otto fue un estudioso del comportamiento del gas y es por eso que los primeros motores que diseña sean de gas allá por el año 1876.


El combustible se mezcla con el comburente y se introduce la mezcla en el interior del cilindro para, una vez allí, ser comprimida, de tal manera que si no hay una intervención sobre esta mezcla no es capaz de arder por sí misma. Esta intervención, que provoca su combustión es generada por un sistema llamado de encendido. En este sistema se genera una chispa que da como resultado la combustión de la mezcla. Esta combustión al ser muy rápida y violenta es conocida como explosión, es por eso que a los motores que están basados en este principio de funcionamiento se les conozca también como motores de explosión.

Una variación del ciclo Otto es conocida como ciclo Miller, en la que se utiliza un cilindro más grande de lo habitual, se aumenta la relación de compresión variando la presión que es capaz de enviar el sobrealimentador y se cambian los momentos de apertura y cierre de las válvulas de escape.

La apertura dura aproximadamente el 20% o 30% del transcurso inicial del tiempo de compresión. De esta forma, la compresión real sucede aproximadamente en un 70% a 80% del tiempo total de compresión, después de la apertura. El pistón consigue los mismos niveles de compresión de un motor de ciclo Otto pero con menos trabajo, ya que una parte de la compresión total se ha logrado mediante el compresor volumétrico.

Gracias a estas técnicas se logra un aumento de par adicional.


2.4 El motor de cuatro tiempos de ciclo Diesel

Más adelante, Rudolph Diesel se basaría en el motor diseñado por Otto para crear su motor de “alto rendimiento” conocido como motor Diesel, que en 1897 hizo funcionar con aceite de palma y con aceite de cacahuete por ser más baratos que el petróleo. Varió el principio de funcionamiento y en vez de utilizar una fuente de ignición para comenzar la combustión lo que ideó fue que el combustible ardiese al entrar en contacto con el aire previamente comprimido y cuya temperatura es la suficiente para que el combustible se autoinflame.

Como se puede observar, esto provoca un

funcionamiento real del motor diferente al

concebido inicialmente por Otto, en el que la

combustión se realizaba a volumen constante y

en el Diesel se realiza a presión constante.


Para que el motor termine por ser eficiente, al igual que en el Otto, hay que realizar una serie de adelantos y atrasos de los tiempos.

Este modelo de motor requiere un sistema de inyección muy preciso y que sea capaz de generar altas presiones capaces de introducir en el interior de la cámara el combustible en condiciones óptimas para que se genere este autoencendido.


3 DIFERENCIAS ENTRE VEHÍCULOS PROPULSADOS POR GASOIL O GAS

Las diferencias entre estos dos tipos de vehículos se centran exclusivamente en el sistema de alimentación, siendo en todo lo demás iguales.

En un vehículo alimentado por gas natural, se denomina sistema de alimentación a todos los componentes que almacenan, distribuyen o hacen posible que el combustible se inflame en el interior del cilindro generando la potencia necesaria para mover el vehículo. Dicha definición es exactamente igual a la que se haría del sistema de alimentación de un vehículo diesel.

Los dos sistemas de alimentación son completamente diferentes en lo referente a sus componentes, pero similares en sus fines.

En este apartado se reseñan las diferencias que existen entre el sistema de alimentación de gasoil y el de gas natural, para demostrar que las diferencias a veces no son tantas y los elementos de un sistema son comparables con los del otro.

Mientras en un vehículo de gasoil se dispone de un depósito tradicional de acero, aluminio o polietileno de alta densidad, en un vehículo de GNC el gas se almacena en unas bombonas de acero revestido de fibra de vidrio, acero revestido de fibra de carbono o polietileno reforzado con fibra de carbono. Como se puede observar, no hay


mucha diferencia de materiales, la diferencia básica estriba en que el depósito de gasoil no soporta presiones significativas y las bombonas de gas han de soportar una presión de 200 bares.

Las conducciones de gasoil tradicionalmente han sido de latón, que es un material que aguanta bien y sin degradarse las características químicas del gasoil, aunque puntualmente se pueden realizar en tubos de poliamida (tecalán). En los vehículos de GNC las conducciones y las uniones son básicamente de acero inoxidable, que es un material que soporta bien la combinación de presión y características químicas del gas.

Una diferencia constructiva importante entre ambos sistemas es el paso del combustible de una presión inicial a una presión de utilización. En el sistema de alimentación de gasoil el combustible inicialmente está a presión atmosférica y así se conduce al generador de alta presión, que bien puede ser una bomba tradicional de inyección o pueden ser los inyectores-bomba o la bomba de alta presión de un sistema common-rail.

En el vehículo de GNC, el gas se deposita en el vehículo a una presión alta y para su utilización esta presión ha de ser disminuida hasta unos 8 bares aproximadamente en motores de inyección de gas. Esta reducción de presión se efectúa a través del regulador de presión.

En los dos casos el combustible se introduce en los cilindros a través de inyectores.


En un motor de gasoil, el inyector tradicional, es un componente mecánico que puede ser pilotado eléctricamente para realizar la inyección en el momento preciso. En el motor de gas tenemos unos inyectores que en realidad son unas electroválvulas de paso.

Por otro lado, observar que el motor Diesel tiene como principio de funcionamiento la combustión del gasoil, es decir, el gasoil es inyectado a alta presión en el interior del cilindro y al entrar en contacto con el aire comprimido y por tanto a una alta temperatura, de la cámara de combustión, se inflama espontáneamente produciéndose la combustión del gasoil.

Un motor de GNC tiene como principio de funcionamiento la combustión del gas, pero esta combustión se realiza mediante la explosión de la mezcla de gas y aire que se encuentra en la cámara, y para que se realice dicha explosión es necesario un sistema que proporcione la chispa que la inicie, este sistema es el sistema de encendido. Con él se consigue inflamar la mezcla de combustible y aire mediante el salto de un arco voltaico (chispa) entre los electrodos de una bujía.

Los fabricantes no tienen muchos problemas en el desarrollo de motores de gas, que en un primer momento podría parecer un escollo importante, pero el índice de octanaje del GNC es de unos 130 octanos y esto permite que motores tanto con alta como con baja relación de compresión puedan ser utilizados para este combustible con modificaciones mínimas que prácticamente se centran en solucionar los problemas


derivados de una mayor temperatura de la combustión. Existen unos sobrecostes en el apartado de mantenimiento que suponen entre un 4 y un 8% respecto al mantenimiento de un vehículo Diesel.

Aunque estructuralmente es un vehículo más caro, al ser el combustible más barato hace que sea más que razonable la utilización de los vehículos de gas para la actividad del transporte.

¿Por qué estructuralmente es un vehículo más caro? Porque el vehículo dispone de una instalación que almacena el gas a alta presión (generalmente metano a una presión de entre 200 y 250 bares) y otra parte de la instalación que disminuye la presión del gas almacenado y lo hace compatible con la combustión interna del motor, que en realidad es muy similar a la de un motor de gasolina convencional. Todos estos elementos, que se detallan más adelante, encarecen el coste del vehículo, ya que son elementos de alta calidad por las altas presiones que se manejan, por ejemplo, tuberías de acero inoxidable, reductores de presión en una etapa, etc. Este encarecimiento está evaluado en un margen de entre un 15 y un 20% respecto a un vehículo Diesel.

Además hay que tener en cuenta que hoy en día, los Diesel consumen aproximadamente un 30% menos que los motores de inyección de gasolina y alrededor de un 25% menos que los motores de gasolina por inyección directa.


Por lo que los vehículos Diesel consiguen un 40% más de kilometraje sin repostar que los modelos comparables de gasolina y alcanzan entre 2,5 y 3,5 veces más autonomía que un modelo comparable de GNC.

Por otro lado, las características del gas natural producen una pérdida de potencia en el vehículo de aproximadamente un 15%, la cual se pone de manifiesto en la etapa de arranque del mismo, sobre todo en los vehículos con motores de baja cilindrada.


4 ESTACIÓN DE COMPRESIÓN Y SUMINISTRO

El gas natural ha de ser comprimido para poder ser utilizado como combustible en automoción. No tanto para su utilización final, es decir, el gas sólo ha de tener unos 8 bares de presión para ser introducido en los cilindros, sino como para disponer de él en cantidad suficiente para tener una autonomía similar a la de un vehículo de similares características propulsado por gasoil, ya que debido a su densidad, si se repostase el gas a la presión de utilización, la cantidad de gas que entraría en las bombonas sería muy inferior a la que entra una vez comprimido a 200 bares.

El funcionamiento de estas estaciones de compresión y repostado se basa en aspirar el gas de la acometida y elevar su presión en unos compresores específicos de GNC hasta


los 250 bares. El GNC es enviado a unas botellas de almacenaje a alta presión. Este almacenaje es el que garantiza una presión constante para su posterior distribución. Desde aquí es enviado a través de unas tuberías de alta presión a los dispensadores (pistolas de llenado).

4.1 Repostado al paso

La incorporación de coches de gas en la flota no ha dejado de aumentar y si se pretende que haya centros de operaciones cuya flota esté compuesta únicamente por vehículos de gas, el repostado estacionado se plantea como inviable. En ese momento se decide que el repostado de los vehículos de gas ha de ser, en términos de tiempo, similar al de gasoil y es cuando se impone la necesidad de construir una estación de compresión y suministro que esté lo suficientemente capacitada para resolver este problema. Entonces se incorporaron nuevos compresores con los que se consigue un tiempo estimado de llenado de unos tres minutos.


De tal manera que, por ejemplo, la estación de repostado de Sanchinarro es capaz de repostar 180 vehículos a la hora.

Las pistolas que se utilizan en los Centros de Operaciones para recargar los autobuses son de categoría NGV2, a diferencia con las utilizadas con los turismos y algunos industriales ligeros que son de categoría NGV1.


5 ESQUEMAS GENERALES DE LOS SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN

Existen diferencias importantes dentro de los sistemas de alimentación de gas que montan nuestros vehículos, y para poder verlas con mayor claridad se pueden dividir los componentes de un sistema de alimentación de GNC en cincos grupos:


- Almacenamiento y distribución.

- Sistema de carburación/inyección.

- Sistema de encendido.

- Componentes eléctricos y electrónicos.

- Componentes de hardware y software.

Los sistemas más importantes para el funcionamiento de un motor Otto, son el de encendido y el de alimentación.


5.1 Almacenamiento y distribución

Este grupo de componentes del sistema de alimentación, incluye como norma general desde la boca de carga hasta el regulador de presión, donde el gas pasa a baja presión.

Tanto los componentes del grupo, como la disposición de los mismos es muy similar en los diferentes modelos de que disponemos, teniendo pequeñas diferencias.

El modo de almacenar el gas y hacerlo llegar al motor es, también, muy similar en todos los fabricantes; el gas es depositado a alta presión procedente de la estación de repostado que eleva su presión hasta los 250 bares. Los depósitos tienen una capacidad en torno a 1200 litros, pero la cantidad de gas que entra en estas bombonas es muy superior si se comprime a alta presión.

Una vez depositado el gas en las bombonas hay que hacerlo llegar al motor. Esto se logra abriendo el paso de las bombonas mediante un método electromecánico. Dependiendo del fabricante este método es aplicado de dos maneras diferentes. Iveco, Mercedes y Breda disponen una electroválvula en la salida de cada bombona, sin embargo, MAN montaba una única electroválvula, situada antes del regulador, en la tubería que traslada el conjunto del caudal sumatorio del conjunto de las bombonas. En las dos últimas versiones de este fabricante esta electroválvula desaparece y se han


colocado electroválvulas individuales en cada bombona como en Iveco, en Mercedes y en Breda.

Independientemente de cómo se hace llegar, el gas, para ser utilizado, ha de someterse a un proceso de disminución de la presión. Esto se realiza en un elemento denominado regulador de presión, que es el encargado de disminuir la presión desde los 200 bares hasta los 8 bares de utilización final.

Una vez que el gas se encuentra a esta presión el funcionamiento del motor no difiere del funcionamiento normal de un motor Otto.


Esquemas generales de las diferentes marcas

5.1.1 Iveco Cursor y Citelis

El esquema representado a continuación es válido en los tres modelos de Iveco, ya que el tratamiento que hace del gas natural en esta parte del sistema es igual en los tres modelos, cambiando únicamente materiales o marcas de algunos componentes.


5.1.2 MAN NL 313-F GNC

Este esquema, pertenece a los vehículos MAN del modelo NL313 con gestión de motor ME7.


5.1.3 Mercedes Citaro

El esquema siguiente es el perteneciente al Mercedes Citaro. La representación esquemática no implica necesariamente que en el vehículo los componentes estén dispuestos estrictamente como aparecen en la imagen.


5.1.4 Breda Avancity/Vivacity

El esquema que se muestra a continuación representa la instalación de almacenamiento de los vehículos del fabricante Breda. Este esquema es igual para los dos modelos de la marca.


5.1.5 Scania N280


5.1.6 Tata Hispano (Cummins)

En el siguiente esquema se representa el sistema de almacenamiento y alimentación del motor térmico del vehículo Tata Hispano híbrido


5.2 Sistema de carburación/inyección

En este apartado se muestran los diferentes sistemas de alimentación encargados de introducir el combustible en el interior del motor, mostrando las diferencias entre marcas y modelos.

El sistema de alimentación puede estar diseñado de diferentes maneras, siendo las dos principales el sistema de alimentación por inyección y el sistema de alimentación por regulación de la mezcla, éste último derivado de la manera de concebir la alimentación con carburación.

Es un sistema de concepción de la alimentación antiguo y solamente hay un modelo equipado con dicho sistema y es el Tata Hispano TML híbrido.

El proceso es muy elaborado y dispone de una serie de componentes específicos de este sistema que no se encuentran en el sistema de alimentación por inyección.

El gas, una vez superada su reducción de presión en el regulador, pasa a través de un filtro de coalescencia, para eliminar el aceite que viene junto al gas. De aquí, fluye hacia un regulador secundario de presión que vuelve a reducir la presión hasta los 3,5 bares. El siguiente elemento por el que transita el gas es la válvula de corte de combustible. Esta válvula recibe tensión para su apertura cuando la unidad detecta 75 r.p.m.


Cuando el gas supera este elemento llega a la válvula de control de combustible, que se encarga de regular la cantidad de gas que va a llegar al mezclador.

El mezclador recibe el aire que permite pasar la mariposa. Cuando ese aire pasa por el mezclador se produce un efecto Venturi, debido al cual, el aire arrastra cierta cantidad de gas y se genera una mezcla homogénea

Otro modo de hacer llegar el gas a los cilindros es mediante un sistema de inyección muy similar a una inyección de gasolina. Las variaciones que hay entre unos vehículos u otros, aparte de los componentes de diferentes marcas que equipan los diferentes constructores, suelen venir dadas por el sistema de inyección elegido que puede ser monopunto o multipunto.


Monopunto será aquella inyección que dispone de un único inyector o que concentra la salida de fluido de todos los inyectores de que disponga en un solo punto y se mezcla con el aire, de tal manera que el colector de admisión se encuentra lleno de mezcla y cada cilindro admite la mezcla durante la apertura de la válvula de admisión.

Multipunto secuencial es aquella inyección en el que la salida de los inyectores está orientada directamente sobre la admisión de los cilindros correspondientes, de tal manera que cada cilindro recibe una cantidad de combustible calculada con precisión para ese cilindro en las condiciones instantáneas. El nombre de secuencial lo recibe porque cada inyector abre en el momento exacto para cada cilindro, es decir, no se mantiene abierto todo el rato ni abren todos los inyectores a la vez.



Este esquema es el sistema de alimentación del Iveco modelo Cursor.


El esquema siguiente es el correspondiente al modelo Citelis. Aunque el motor y la unidad de gestión de motor sean los mismos que en el Cursor, hay algunas variaciones que se aprecian en dicho esquema.



Los esquemas mostrados a continuación son los correspondientes al sistema de alimentación de este modelo de vehículo cuya gestión de motor se realiza mediante la unidad de mando ME7 y mediante EGC4.



El esquema que se muestra a continuación corresponde con el sistema de alimentación diseñado por Mercedes para equipar su modelo Citaro.


5.2.4 Scania N280


5.3 Sistema de encendido

Es el sistema más importante del motor junto con el de alimentación. Está compuesto por una serie de componentes que, dependiendo del fabricante, tendrán una u otra disposición.

La concepción tradicional, ya en desuso, se basa en que cuando se conecta el encendido, la corriente (+) llega a la bobina cuyo circuito primario es un bobinado de aproximadamente 250 vueltas; el circuito secundario es un bobinado de aproximadamente, 20000 vueltas de hilo más delgado. Para que la bobina funcione, necesita también la corriente (−); esta corriente le llega, a través del trabajo que realiza el distribuidor en uno de sus circuitos. Cuando la bobina tiene conectados los dos polos, la corriente fluye dentro del bobinado primario, produciéndose un fuerte campo magnético, dentro del circuito, pero cuando se corta la corriente, un colapso del campo magnético induce una corriente de alto voltaje dentro del circuito secundario, este alto voltaje, es el que sale por la torreta de la bobina, dirigiéndose a través de un cable hacia el distribuidor, el mismo que se vale del rotor para distribuirla entre las bujías.


El principio de funcionamiento es similar en el resto de sistemas de encendido, es decir, se hace pasar una corriente por un devanado primario y cuando se elimina esa tensión se genera una alta tensión en el devanado secundario.

Las variaciones provienen en la forma en que se hace llegar la corriente a la bobina y el método utilizado para realizar el corte de la tensión, incluso individualizando la bobina para cada cilindro.

El sistema que se va imponiendo es aquel que gestiona inyección y encendido conjuntamente. Esto significa que el encendido se simplifica muchísimo, ya que es la unidad de control la que alimenta las bobinas mediante señales de salida a través de etapas de potencia, si no las tiene integradas la propia unidad y que el corte de tensión necesario para que se produzca la alta tensión se realiza cuando la centralita deja de mandar la señal a la bobina correspondiente. Esto significa la desaparición del distribuidor y de todas las desventajas que significa tener un elemento mecánico sujeto a desgastes e imprecisiones.


El sistema de encendido dispone de diferentes elementos dependiendo de si se trata de un encendido convencional o un encendido electrónico.

A continuación se detallan los elementos más importantes y su principio básico de funcionamiento.




El sistema de encendido en ambos modelos, al igual que en el sistema de alimentación, es el representado a continuación.



El esquema mostrado en la imagen AMG 033 es el sistema de encendido del modelo NL313 con gestión de motor ME7



El esquema representado a continuación muestra el diseño de Mercedes para gestionar su sistema de encendido. Este mismo sistema es aplicable a los vehículos del fabricante Breda, ya que el motor es un motor de Mercedes, el M906 y monta el mismo sistema de encendido.


Como se puede apreciar, está resumido al funcionamiento del encendido del número 1. Si estuviese detallado el encendido de todos los cilindros se observaría que hay dos módulos de encendido, es decir, dos bobinas que cada una suministra la alta tensión a tres cilindros.

5.3.4 Scania N280

El sistema de encendido que se utiliza en este vehículo es del tipo capacitivo, es decir, la bobina del primario se alimenta a través de un condensador que eleva la tensión desde los 12 voltios a los 400, con lo cual el efecto de transformación de la bobina se produce de manera más rápida, con menos calentamiento y con un esfuerzo menor.



Este esquema es el correspondiente al sistema de encendido de los motores Cummins.


5.4 Componentes eléctricos y electrónicos

Para que el control y la regulación sean correctos se debe disponer de una serie de componentes eléctricos y electrónicos. Si se trata de efectuar el control de magnitudes que son de interés para la unidad, estos componentes serán sensores.

Si de lo que se trata es de realizar una acción que ordena la unidad el componente será un actuador.

Los esquemas de los componentes eléctricos y electrónicos de los diferentes fabricantes se detallan en este apartado.



5.4.1 Iveco Cursor



El esquema siguiente es el correspondiente a la gestión de motor ME7:


El esquema siguiente es el correspondiente a la gestión de motor EGC4:



En este apartado se muestra el esquema de sensores y actuadores que ha diseñado Mercedes para su modelo Citaro.


5.5 Componentes de hardware y software

Para procesar la información que generan los sensores hace falta una parte de hardware y una parte de software, es decir, un procesador de datos y una memoria y un programa que utilice el procesador y la memoria para evaluar los datos que envían los sensores. Como resultado de ese tratamiento de la información, se enviarán una serie de señales hacia los actuadores.

Además de la Unidad Central de Proceso (CPU Central Processing Unit), que realiza las operaciones aritméticas y vinculaciones lógicas, hay otros componentes en el interior de lo que normalmente llamamos centralita. El microprocesador es el elemento central de una unidad de control, regulando el desarrollo de las funciones.

Pero dentro de un microordenador o centralita hay módulos funcionales específicos para detectar señales externas y generar las señales destinadas a la


activación de los electos actuadores así como un cuarzo que sincroniza el microprocesador.

Otra parte importante del interior de la centralita la constituyen los diferentes tipos de módulos de memoria, de las que hay varios tipos:

- RAM (Random Access Memory)

Se necesita una memoria de escritura/lectura (RAM) para almacenar datos variables, como por ejemplo, valores de cálculo y de señales.

El almacenamiento de todos los valores actuales se efectúa en la RAM. Para aplicaciones complejas no es suficiente la capacidad de memoria de la RAM integrada en el microprocesador, de modo que es necesario un componente RAM adicional. Éste está conectado al microprocesador mediante el bus de direcciones/de datos.

Al desconectar la unidad de control a través del interruptor de encendido, la memoria RAM pierde todos los datos almacenados (memoria volátil). Los datos que no se deben perder (por ejemplo, códigos para el inmovilizador y datos de la memoria de defectos) se tienen que almacenar de forma duradera en una memoria no volátil como la EPROM.

La EEPROM es una EPROM que se puede borrar eléctricamente, y que, a diferencia de la Flash-EPROM, cada célula de memoria puede borrarse individualmente. Se ha


diseñado también para una mayor cantidad de ciclos de escritura. Por consiguiente, la EEPROM es aplicable como memoria no volátil de lectura y escritura.

- ROM

Las memorias de programas pueden estar ejecutadas con memoria ROM (Read Only Memory). Se trata de una memoria de sólo lectura, cuyo contenido se fija durante su fabricación y ya no puede ser modificado. La capacidad de memoria de la ROM integrada en el microprocesador es limitada. Para aplicaciones complejas se necesita una memora complementaria.

- EPROM

La EPROM (Erasable Programmable ROM) se puede borrar mediante la irradiación de rayo UV y escribir de nuevo con un programador. La EPROM se ejecuta casi siempre como componente separado. La CPU responde a la EPROM a través del bus de direcciones/bus datos.

- Flash-EPROM (FEPROM)

La Flash-EPROM recibe a menudo el nombre de “memoria Flash”. Se puede borrar eléctricamente. Así se puede reprogramar una unidad de control en el taller de servicio al cliente sin tener que abrirla. La unidad de control se conecta a la estación de reprogramación a través de un interface en serie.


Si el microprocesador contiene adicionalmente una memoria ROM, están almacenadas en ella las rutinas de programación para Flash. Las Flash-EPROM pueden estar integradas también junto con el microprocesador en un microchip. Por razón de las ventajas que presenta, la Flash-EPROM está sustituyendo a la EPROM convencional.

Como podemos ver en la Fig. CGM252 en la centralita junto a la CPU o microprocesador tenemos muchos otros elementos, que están interconectados entre sí mediante un sistema de bus de datos y que vamos a describir brevemente:

- Memoria principal de datos.

Memoria volátil de lectura escritura para datos variables. El microprocesador necesita una memoria donde dejar datos temporalmente para su uso posterior, mientras esta está realizando otros cálculos. Estos datos desaparecen al quitar la alimentación.

- Registro de Programa.

El programa está almacenado en una memoria de valores fijos (ROM, EPROM o Flash-EPROM). Adicionalmente se almacenan en la memoria datos específicos de cada variante (datos individuales, curvas y diagramas característicos). Se trata de datos invariables que no pueden ser modificados durante el servicio del vehículo. Ellos influyen en los procesos de control y regulación del programa. La memoria del programa puede estar integrada en el microprocesador y, según la aplicación, puede estar


ampliada con un componente separado (por ejemplo, mediante una EPROM o Flash-EPROM externas). La CPU lee estos valores, los interpreta como órdenes y ejecuta éstas en el orden establecido.


- Circuito o módulo de supervisión (Watch dog).

La unidad de control dispone de un módulo de supervisión. El microprocesador y el módulo de supervisión controlan mutuamente mediante una “función interrogadora-respondedora”. Si se identifica un efecto, pueden inicializar ambos por separado las funciones de sustitución correspondientes, sin depender uno de otro.



Para su modelo NL 313, MAN ha diseñado una estructura de proceso de datos correspondiente a este esquema.



El esquema correspondiente al Mercedes Citaro es el detallado a continuación. También es aplicable a los vehículos del fabricante Breda.


6 COMPONENTES DE ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN

Un vehículo de gas tiene instalados una serie de elementos propios de sus características que no se encuentran en un vehículo tradicional de gasoil o gasolina, pero que cumplen misiones similares, como es el caso del almacenamiento y la distribución del combustible.

Dependiendo de si el gas está sometido a la presión inicial de 200-250 bares o si está sometido a presión de utilización se diferenciará la instalación y sus componentes en elementos de alta presión o elementos de baja presión.

Todos ellos están sujetos al reglamento ECE/ONU 110, debiendo haber pasado unos ensayos de homologación, dispuestos en dicho reglamento, para ser montados en un vehículo de GNC.


Elementos de alta presión

6.1 Enchufe rápido

Es un elemento que, básicamente, está compuesto de una válvula antirretorno que interiormente, dispone de un muelle tarado y de una esfera o una pieza con forma de punta de flecha que es la que efectúa el cierre sobre el asiento del enchufe rápido. Todos los enchufes rápidos son suministrados por el fabricante con un tapón que debe ir colocado sobre el mismo en todo momento, que no sea el del repostado, ya que se evita la entrada de impurezas al asiento sobre el que se efectúa el cierre.


6.2 Manómetro

Todos los vehículos disponen de un manómetro en la zona de repostado que informa de la presión de gas existente en el circuito. Para proceder con seguridad a la reparación de cualquier elemento que pueda estar sometido a la alta presión, lo más acertado es consultar el manómetro en caso de duda.


6.3 Válvulas de paso manual

Son unos grifos de paso manuales que se encuentran situados en determinadas zonas de la instalación y que sirven para aislar el elemento donde se encuentra situado o determinados tramos de la instalación. Una de ellas va situada en la zona de repostado del vehículo y su función es aislar la boca de carga del resto de la instalación de alta presión del vehículo, por ejemplo, para la reparación del propio enchufe rápido. Es decir, son unas válvulas que para evitar averías y prolongar la duración del enchufe rápido deberían ir permanentemente cerradas y ser abiertas, exclusivamente, en el momento que se produce el repostado del vehículo, ya que el hecho de que esta válvula esté constantemente abierta es un motivo de avería en el enchufe rápido. Cuando se procede al repostaje con esta válvula abierta se producen unos efectos de presiones y contrapresiones en el muelle del enchufe rápido que conducen al deterioro del mismo. El deterioro del muelle conlleva a un mal cierre sobre el asiento y se producen fugas de gas. Al igual que si esta válvula permanece abierta al terminar la operación de repostado, al no existir una transición adecuada de la presión en el enchufe rápido, se genera un golpe tan violento de la válvula sobre su cierre que, poco a poco, va generando el deterioro del mismo, con lo cual se provoca el deterioro final del enchufe rápido y una fuga de gas, debiendo ser sustituido este enchufe rápido.


Algunas zonas de repostado, por ejemplo, todas las de MAN, disponen de otra llave de paso manual, cuyo cometido es dar paso a una tubería a la que se puede conectar un sistema de recuperación de gas, en el caso de que haya que vaciar la instalación de gas para cualquier operación que lo requiera, como puede ser la operación de retimbrado de bombonas.


Sobre cada bombona hay situada una válvula manual que individualiza el paso de gas de la bombona, sobre la que va montada, del resto de la instalación del vehículo. Una manipulación sobre esta válvula y su posterior no regreso al estado inicial puede suponer una falta de autonomía del vehículo, resultado de que una o varias bombonas se queden cerradas.


En todos los vehículos, los fabricantes han montado una válvula manual que interrumpe el paso de gas hacia el vano motor, para que el operario trabaje con total seguridad en esa zona o cortar el paso de gas en caso de peligro, como un incendio o un escape que suponga un riesgo.


Al conjunto de elementos que componen la zona de repostado del vehículo, es decir, el enchufe rápido, el manómetro y las válvulas manuales que se encuentren en esta zona, reciben por parte de algunos fabricantes el nombre de estación de carga, que no se debe confundir con la estación de compresión y suministro.


6.4 Depósito de gas (Bombonas)

El depósito de combustible del vehículo lo conforman unas bombonas que van situadas en el techo y deben ir aseguradas, de tal manera que puedan absorber sin sufrir daños unas aceleraciones de 6,6 G en el sentido de la marcha y de 5 G trasversamente al sentido de la marcha. Su vida útil está basada en soportar su llenado más de 1000 veces al año a 15º C, aunque la vida útil no podrá superar, bajo ningún concepto, los 20 años.

El hecho de que este cálculo se realice sobre 15º C se debe a que los ensayos que se han realizado a las bombonas, dan como resultado que llenándolas a 200 bares a esos 15ºC, aunque aumente la temperatura, no se sobrepasará una presión que se considera límite.


La capacidad del depósito depende de la cantidad de bombonas que establezca cada fabricante. Dependiendo del material del que estén fabricadas están catalogadas dentro de una categoría que viene establecida por el reglamento ECE/ONU 110 que marca el ensayo al que ha de someterse la bombona para ser homologada y declarada útil para ser montada en un vehículo de gas.


Las diferentes categorías que establece el reglamento son las siguientes: (figura AMG 144)

CNG-1: bombonas fabricadas en metal íntegramente.

CNG-2: bombonas cuya camisa es metálica reforzada con filamentos continuos impregnados en resina

CNG-3: bombonas cuya camisa es metálica reforzada con filamentos continuos impregnados en resina que cubren totalmente la camisa.

CNG-4: bombonas de camisa no metálica realizada con filamentos continuos impregnados de resina.


Lo que significa que los diferentes modelos de autobús van a equipar diferentes bombonas de diferentes categorías a conveniencia de la empresa, de tal manera que Iveco en sus primeros modelos montó unas bombonas de CNG-2 de las marcas Dynetek y Faber; las de la marca Dynetek son de acero revestidas de fibra de carbono, pesan alrededor de 100 kg. y tienen una capacidad de 155 litros; las de la marca Faber son de acero revestidas de fibra de vidrio y también pesan alrededor de 100 kg., aunque su capacidad es algo menor, 140 litros.

MAN en la tercera versión del NL 313-F montó bombonas de la categoría GNC-3 que están realizadas en aluminio de espesor fino sin soldadura revestidas de fibra de carbono o resina epoxídica de alta resistencia, cuyo peso es menor que las de GNC-2 y que no requieren operación de retimbrado durante la vida útil del vehículo, ya que el reglamento 110 así lo establece, simplemente hay que realizar unas revisiones visuales con el plazo que se establezca.

Hay variedad de distribuidores, con lo cual se dispone de un amplio abanico de combinaciones de distribuidores y fabricantes. Por ejemplo, Breda monta unas bombonas de la marca Raufoss, Mercedes monta de la marca MCS y MAN e Iveco las montan de la marca Dynetek.


En este elemento se ha hecho referencia a un proceso que se denomina proceso de retimbrado. Este proceso es necesario realizarlo en las bombonas de las categorías CNG-1 y 2 cada cuatro años para comprobar que la bombona no ha sufrido deformidades y aguanta correctamente la presión. Es necesario vaciar el contenido de las bombonas. Este proceso de vaciado de las bombonas se realizará en un espacio en el que haya una ausencia de fuentes de ignición alrededor del vehículo de 5 metros. Una vez realizado esto se procede al desmontaje de las bombonas del vehículo y su colocación en un bastidor que facilite su visionado posterior en la inspección. Una vez fijadas en el bastidor se procede al llenado de las bombonas con aceite hasta lograr que el mismo llegue a 1,5 veces la presión de funcionamiento normal. Se efectúa una inspección de las bombonas para ver si se han producido deformidades y se comprueba que no haya caídas de presión que supongan una fuga por alguna de ellas. Una vez superada la prueba de presión estática se procede al retimbrado de las bombonas y al montaje de las mismas de nuevo en el vehículo.


6.5 Electroválvula de paso de gas

Este elemento está compuesto de una bobina y de su núcleo. La bobina genera el fenómeno de atracción del núcleo siempre y cuando esté alimentada, lo que quiere decir que mientras no haya alimentación en esa bobina no habrá paso de gas desde donde se encuentre esta electroválvula en adelante.

Uno de los lugares de colocación de estas electroválvulas son las salidas de las bombonas. La activación de esta electroválvula tendrá lugar cuando determine el fabricante del vehículo.


Otro de los lugares donde se montan este tipo de elementos es en el vano motor del vehículo y tienen como finalidad principal aislar la instalación de alta presión del vehículo de la del motor. Suele encontrarse cerca del regulador para evitar en la medida de lo posible la existencia de mucha longitud de tubería de alta presión en el vano motor. Se compone de una bobina y su núcleo, que permanece cerrando el paso de gas, mientras la bobina no reciba tensión. Esta tensión es enviada para la apertura cuando se pone el contacto del vehículo durante 2 segundos. Esto se realiza para que el circuito de alimentación se encuentre cargado de gas en el momento del arranque. Cuando trascurran esos 2 segundos si no se ha producido el arranque, estas electroválvulas pierden la alimentación y no la vuelven a recibir hasta que no se produzca la señal de arranque motor. El hecho de que esta válvula se abra en el momento del arranque viene derivado de que se puede dar la situación de que no existan las condiciones necesarias para el arranque.


6.6 Fusible térmico

Este es un elemento que está compuesto de un material cuyo punto de fusión está en 110º ± 10º C. El hecho de que se monte un elemento como este en la salida de la bombona es el de dar salida al gas hacia la atmósfera ante una eventual elevación de la presión interna de la bombona por un aumento de la temperatura. Ese aumento de la presión interna podría dar lugar a una explosión de la bombona y de su contenido. En los vehículos más antiguos existe sólo un fusible por bombona, pero ensayos posteriores han determinado que si la llama se localiza en el extremo contrario donde se halle el fusible puede haber un aumento importante de la presión interna sin que llegue a fundirse el fusible. Es por esto que se ha generalizado el montaje de dos o tres fusibles por bombona situados a lo largo de la misma.


6.7 Limitador de caudal de paso

El limitador del caudal de paso es una válvula de seguridad, que se encuentra en la válvula de paso de gas. Impide la salida instantánea, no intencionada, de gas natural del depósito después de haberse producido un daño en las tuberías de gas natural. El limitador del caudal de paso viene ajustado por medio del muelle de compresión, de modo que cierre al existir una diferencia de presiones de 2 bares.

Si se daña la tubería de gas natural o si pierde estanqueidad, la presión en el tubo cae en un tiempo mínimo alrededor de 2 bares. A raíz de esta caída repentina, la presión en el depósito de gas natural sobrepasa claramente la diferencia de presiones de 2 bares y oprime la bola contra el asiento de estanqueidad, por medio del cuadrado guía. El depósito de gas natural cierra de esa forma y deja de ser posible la fuga de gas.


Al conjunto de válvula manual, fusible térmico y electroválvula que se encuentra situado en cada una de las bombonas y se encarga de permitir el paso de gas de las bombonas hacia el resto de la instalación del vehículo, los fabricantes lo denominan válvula de paso de gas. En su conjunto tiene que estar capacitada para soportar 1,5 veces la presión normal de trabajo, y tiene una disposición similar a la de la imagen.

Para un montaje correcto de esta válvula, el par de apriete está en torno a 270 Nm.


6.8 Tuberías y racores

Todas las conducciones de gas natural se han de realizar en acero inoxidable de alta calidad sin soldaduras o en acero con revestimiento resistente a la corrosión, ya que son los únicos materiales que son capaces de soportar el alto grado corrosivo del gas y sus características químicas. Las conducciones tienen que estar preparadas para soportar hasta el doble de presión de trabajo normal. Es totalmente incompatible el hecho de realizar una reparación parcial o total de una conducción con material que no sea de este tipo ya que no va a ser capaz de soportar en las mismas condiciones que el acero inoxidable y además el propio acero inoxidable se degrada si se mezcla con otro tipo de materiales. La racorería a utilizar también ha de ser de acero inoxidable de alta estanqueidad. Las uniones han de reducirse al mínimo y han de estar siempre a la vista o en lugares de fácil acceso para posibles inspecciones.


El acero del que están fabricadas las tuberías es un acero que sigue la norma ASTM A123 y su composición química es:

Contenido de carbono menor al 0,25%

Contenido de fósforo menor al 0,05%

Contenido de magnesio menor a 1,35%

Contenido de silicio menor a 0,04% o bien entre 0,15% y 0,25%


6.9 Elemento filtrante de partículas sólidas

Es un componente que se intercala en la instalación de alta presión antes del regulador, para evitar en la medida de lo posible la llegada al regulador de impurezas procedentes de la instalación. Estas impurezas se tratan de impurezas sólidas, es decir, posibles virutas de material o algún sólido que pongan en peligro la integridad de funcionamiento del regulador. Interiormente está compuesto de una malla tupida, que no genera caída de presión, pero lo suficiente como para que las impurezas más pequeñas queden atrapadas en el filtro. Tiene que ser capaz de atrapar impurezas de hasta 10 µm.


6.10 Regulador de presión

Es el elemento encargado de reducir la presión que se disponga en alta, (si el vehículo tiene el depósito lleno 200 bares) a la presión de utilización, es decir, alrededor de 8 bares. Dependiendo del fabricante del vehículo se utilizarán diferentes marcas de reguladores. Interiormente está compuesto de una serie de muelles, superficies de diferentes diámetros y pasos calibrados, que dan como resultado la reducción de la presión. Internamente lleva talladas unas galerías, cuya finalidad es el paso de agua de motor para mantener calefactado el elemento, debido a que en el proceso de expansión del gas se produce un enfriamiento muy elevado que provoca la congelación del elemento. De tal manera que, si el motor tiene un nivel incorrecto de agua o hay una obstrucción del paso de agua del motor hacia el regulador provoca una congelación del elemento que causa un funcionamiento incorrecto del mismo que desencadena malos funcionamientos del motor como pueden ser tirones o falta de potencia.

Iveco monta reguladores de la marca Metatron, antiguamente Tartarini, que reducen la presión en dos etapas.


Previo al paso de gas hacia el interior del regulador se encuentra la electroválvula de corte, que hace que el paso de gas se encuentre interrumpido siempre que no haya señal de arranque, es decir, como mínimo 50 r.p.m. La primera etapa tiene la función de reducir la presión desde 200 bares a 14 bares. Las presiones existentes en la cámara 2 y en el conducto 21 se equilibran y por tanto la fuerza que actúa sobre la válvula 9 se anula permitiendo la apertura completa del paso. El gas atraviesa la válvula de regulación de la primera etapa, llega a la cámara 28 y a través del conducto 22 fluye también a la cámara 24. La fuerza de la presión ejercida sobre el pistón 25 en la cámara 24 contrarresta la fuerza del muelle 26. Cuando la presión en la cámara 24 genera una fuerza superior a la fuerza del muelle de regulación 26, la válvula 27 se cierra y viceversa, cuando la fuerza disminuye la válvula se abre, manteniendo constante el valor de la presión en la cámara 28. El gas recorre el orificio 19 y va a la cámara 16. La segunda etapa tiene como misión reducir y estabilizar la presión de 14 a 8 bares. En la cámara 16 se encuentra la válvula de regulación de la segunda etapa 10, el gas la atraviesa y fluye por el conducto 12 a la cámara 15. La fuerza de la presión ejercida sobre el pistón 13 en la cámara 15 contrarresta la fuerza del muelle 11. Cuando la presión en la cámara 15 genera una fuerza superior a la fuerza del muelle de regulación 11, la válvula 10 se cierra y viceversa, cuando la fuerza disminuye, la válvula se abre manteniendo constante el valor de la presión en la misma cámara 15 y por consiguiente el gas sale por el racor de salida 14. El contrabalanceo de la válvula de la segunda


etapa permite obtener notables variaciones de caudal manteniendo la presión de suministro en tolerancias muy estrechas. Este regulador está dotado también de una válvula de seguridad que permite descargar hacia el exterior las posibles sobrepresiones generadas por ajustes imperfectos en la primera etapa.

Otra marca de regulador, es Tescom. Es un claro ejemplo de cómo gestionar la reducción de presión de otra manera diferente a la expuesta anteriormente. Es un reductor de presión en una sola etapa. El gas se introduce en el regulador por la entrada Inlet. Cuando se produce consumo por el Outlet hay una bajada de presión en la cámara del pistón sensible y el muelle lo hace subir de tal manera que deja al descubierto el orificio calibrado de la válvula principal de equilibrio. En ese momento hay transición de gas hacia la cámara del pistón y cuando la presión que se genera es suficiente para vencer el muelle, el paso calibrado se vuelve a cerrar por el movimiento del pistón sensible. Mientras haya consumo de gas por el Outlet se va a producir un continuo movimiento del pistón sensible y de la válvula principal de equilibrio abriendo y cerrando el paso calibrado de gas efectuando así el proceso de regulación. En el caso de más necesidad de caudal se pueden montar dos reguladores iguales en paralelo u optar por montar un modelo más moderno que tiene más entrega de flujo (AMG 0176). En las últimas versiones de este regulador, la presión de salida se consigue siempre y cuando haya una acción de pilotaje por la zona anterior al muelle. Si no se produce este pilotaje la presión de salida del regulador es menor a la habitual de 8 bares.


Otra manera de regular la presión que va a llegar al motor es la adoptada por Breda en sus vehículos que montan un regulador variable pilotado neumáticamente mediante una válvula proporcional electroneumática de la marca GFI, figura AMG 165. El gas se introduce en el regulador y la regulación se produce en una etapa, pero a diferencia del Tescom, no se realiza mediante un pistón sensible, sino que se realiza mediante una membrana que es desplazada por efecto del paso de aire del circuito neumático de servicio. A plena carga el regulador nos va a ofrecer una presión de 8,3 bares, pero si el motor se encuentra a ralentí o en fase de arrastre va a disminuir aún más la presión, hasta los 2,3 bares, para recortar el consumo de combustible en este estado y ofrecer mejores consumos globales y mejores emisiones contaminantes. La cantidad de aire que pasa hacia el regulador lo controla una válvula que recibe la señal de la centralita de gestión motor. Ante posibles perforaciones de la membrana para que el gas no fluya hacia el circuito neumático de servicios del vehículo, se dispone de un capilar que comunica la parte neumática de la cámara con la válvula proporcional que derivaría este escape hacia la atmósfera.


Elementos de baja presión A partir del regulador, la presión del gas en el motor va a ser la de utilización, es decir, alrededor de 8 bares.

Hay una serie de elementos que conducen el gas al interior del motor que trabajan bajo esta presión de 8 bares.

6.11 Filtro de coalescencia

Es uno de los primeros elementos con los que se encuentra el gas a la hora de continuar su flujo desde el regulador hacia el motor. Se trata de un elemento filtrante coalescente fabricado de fibra de vidrio de borosilicato con aglutinante epoxy y que tiene como misión recoger las partículas de aceite que lleva consigo impregnado el gas. En el reglamento 110 está establecido que cada kilogramo de gas ha de ir impregnado, como mínimo, de 1 miligramo de aceite de compresor. En un principio, el hecho de que el gas se introduzca en el depósito del vehículo con un porcentaje de aceite es favorable en cuanto a que el gas tiene un alto poder corrosivo y si viene acompañado de aceite en su tránsito, su poder corrosivo se ve mermado. Esto, que en un principio es una ventaja, se convierte en inconveniente según el flujo se acerca al motor debido a que si ese aceite no es eliminado va a impregnar las agujas de los inyectores, y estos, al estar


interiormente impregnados de aceite, van a tener un mal funcionamiento, sobre todo a la hora del arranque por la mañana con temperaturas bajas.

Iveco dice que para evitar gripajes de inyectores necesitan 70ppm., es por eso que no es posible encontrar filtro de coalescencia en los modelos de esta marca.


6.12 Tuberías flexibles

En todos los vehículos se disponen unos tubos flexibles para comunicar la instalación de chasis con la instalación del motor. Han de ser flexibles para poder absorber las vibraciones existentes entre ambas instalaciones, de tal manera que si fuesen tuberías rígidas, éstas sufrirían roturas derivadas de esas vibraciones. Según el reglamento 110 estas tuberías han de estar preparadas para soportar unas presiones equivalentes al doble de su presión de servicio normal y estar revestidas de un material que las proteja de la corrosión que causa el gas natural.


6.13 Válvula de sobrepresión

Es una válvula que se monta por seguridad de los elementos del motor. En caso de un funcionamiento incorrecto de la válvula de sobrepresión propia del regulador y ante el aumento de la presión en el circuito esta válvula se abre y deja escapar el gas a la atmósfera y protege así los elementos que hay a continuación de ella. Internamente está formada por un muelle y una válvula que queda cerrada normalmente por acción de este muelle.


7 COMPONENTES DEL SISTEMA DE CARBURACIÓN / INYECCIÓN

Los componentes que se detallan a continuación soportan paso de gas a baja presión, pero a diferencia de los expuestos en el capítulo anterior, estos son los encargados directos de mezclar el gas con el aire o introducir el gas en el interior del motor, independientemente de la regulación que ejerza sobre ellos la unidad de control.


7.1 Válvula de corte de combustible

En este elemento se encuentra en el motor Cummins del híbrido de Tata. En él se produce el corte de combustible hacia el conjunto de dosificación de combustible. Permitirá el paso de gas siempre y cuando haya un mínimo de 75 r.p.m. A continuación de este componente se disponen unas pantallas para laminar el paso de gas y en el sensor de masa de gas haya una lectura correcta, que sería imposible con un paso de gas en forma de turbulencia.


7.2 Regulador secundario de presión

En este componente (motor Cummins), se produce una segunda reducción de la presión del gas. Recibe 8 bares de presión y deja salir 3,5 bares, como se muestra en la figura AMG 150.


7.3 Válvula de control de combustible

Esta válvula (motor Cummins), es el componente encargado de permitir pasar el gas hacia el mezclador. La unidad determina la cantidad de combustible que debe introducirse a motor, resultado de evaluar toda la información que recibe. La unidad envía una señal PWM a esta válvula para que permita mayor o menor paso de gas.


7.4 Inyectores

Son los encargados finales de introducir el gas en el motor. Dependiendo del sistema de inyección diseñado por el fabricante, bien se trate de un sistema monopunto o bien un sistema multipunto, se encontrarán dispuestos de diferentes maneras. Su principio de funcionamiento es muy sencillo ya que se tratan de electroválvulas de paso, es decir, contienen una bobina que recibe impulsos eléctricos provenientes de la unidad de control. Cuando esa bobina es excitada, atrae un núcleo que se trata de la aguja del inyector. Al ser atraída por la bobina, la aguja se levanta de su asiento y libera el paso de gas hacia el exterior. Dependiendo de la cantidad de gas que quiera inyectar la unidad, resultado del análisis y evaluación de todas las señales, la duración de la excitación de la bobina del inyector será mayor o menor.


El inyector con el que va equipado el motor Mercedes de los autobuses Breda, imagen AMG 146, es diferente. Está compuesto de una bobina, un inducido, una esfera y un muelle. El gas llega por una galería hasta la esfera. Cuando se excita la bobina, el inducido presiona la esfera provocando la apertura del paso de gas hacia otra galería, que está comunicada con el colector de admisión de la culata. Cuando la bobina deja de recibir tensión, la esfera vuelve a cerrar el paso gracias a la ayuda del muelle, dejando de haber desde ese momento paso de gas a través del inyector.


Aunque todos los inyectores que pueden ser montados en un motor de gas han de haber pasado la homologación establecida por el reglamento 110, no todos son exactamente iguales. Esto hace totalmente incompatible con el buen funcionamiento del motor la mezcla de inyectores o un montaje de inyectores de tipo diferente a los propios del motor, ya que el hecho de que interiormente no sean exactamente iguales produce diferencias de caudal inyectado o diferencias en la excitación de la bobina, que derivan en malos funcionamientos del motor como tirones o falta de potencia, (ejemplo figura AMG 159).


Marca Modelo Inyector

IVECO CITYCLASS BOSCH EV1 (AZUL)

IVECO CURSOR METATRON (ROJO)

IVECO CITELIS METATRON (ROJO)

IVECO CITELIS BOSCH EV14 (NEGRO, 45

mm.)

MAN NL 313 BOSCH EV1 (AZUL)

MAN NL 313 BOSCH EV14 (NEGRO, 35

mm.)

MERCEDES CITARO BOSCH EV1 (AZUL)

BREDA AVANCITY/VIVACITY SERVOJET 5752689

SCANIA N 280 BOSCH EV14 (NEGRO)


7.5 Mezcladores

En los vehículos cuyo motor tiene un sistema de mezcla por carburación tradicional, uno de los elementos principales del sistema de alimentación es el mezclador, ya que es en este elemento donde se debe realizar la conjunción del combustible y del comburente de una manera homogénea. De esa homogeneidad resultará una mezcla que arda en su totalidad debidamente y no se produzcan combustiones incompletas que aumenten las emisiones de contaminantes.


En los sistemas de inyección monopunto la mezcla también se realiza en un mezclador. Dicho mezclador puede albergar los inyectores y un estrechamiento del paso del aire para que éste aumente de velocidad y la mezcla se realice de una manera mucho más homogénea. Este tipo de mezclador es el que monta MAN en el NL 313.


Otro tipo de mezclador es el que se encuentra en el Mercedes Citaro y que está basado en el principio de funcionamiento del Venturi del carburador tradicional.

A este mezclador llega el gas previamente insuflado por los inyectores y es arrastrado por el aire que tiene una velocidad elevada debido a su paso por el Venturi, lográndose una mezcla muy homogénea.


8 COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENCENDIDO

En este apartado se dan a conocer los diferentes componentes que integran los diferentes sistemas de encendido que se encuentran montados en los diferentes modelos de la flota.

8.1 Bobina

Interiormente está formada por un núcleo sobre el que va arrollado el devanado secundario, que consiste en una bobina de hilo fino de unas 20000 espiras. Sobre este devanado va arrollado el bobinado primario, que es de hilo más grueso y de unas 250 espiras. Todo este conjunto va rodeado de materiales de relleno para que se mantenga compacto.

En las bobinas más antiguas se sumergía todo el conjunto en un aceite de altamente dieléctrico que hacía de aislante y también de refrigerante.


La bobina del primario se conecta a positivo y a negativo y se hace pasar corriente a través de ella. Esto produce un efecto de inducción en el secundario. Cuando se produce la interrupción del paso de tensión en el primario se produce un aumento súbito de la tensión en el secundario. Esta alta tensión es la que sale por el contacto principal de la bobina.


Cuando se establece un sistema de encendido electrónico estático (DIS, Direct Ignition System o Distributorless Ignition System) se emplean otro tipo de bobinas diferentes a la descrita anteriormente, pero con un principio de funcionamiento similar. La bobina es un transformador puro en el que el primario tiene paso de tensión que se interrumpe en una etapa de potencia transistorizada que recibe la señal desde la unidad de control. El secundario está conectado a dos bujías de tal manera que cuando se produzca la alta tensión habrá chispa en ambas bujías, pero sólo uno de los cilindros está en fase de compresión, con lo que la chispa que salta en el otro cilindro lo está haciendo cuando está en fase de escape. Por eso, este sistema, se denomina también de chispa perdida.


Otro sistema de encendido electrónico estático es el COP (Coil On Plug) Este sistema hace que cada cilindro posea una bobina individualizada conectada directamente a la bujía, con lo cual desaparecen también los cables de alta tensión. Este sistema es el utilizado por Iveco en sus modelos City-Class GNC, Cursor GNC y Citelis GNC y por MAN en el modelo 313 con gestión de motor EGC4.

El funcionamiento se basa en una bobina con devanados primario y secundario, pero con un transistor incorporado en la alimentación del primario. Este transistor será el que provoque el corte de tensión en el primario. Del secundario saldrá la alta tensión directamente sobre la bujía.


8.2 Cable

Las conexiones eléctricas entre la bobina, el distribuidor y las bujías o en un sistema encendido electrónico estático entre la bobina y la bujía se realizan mediante un cable especial para alta tensión. Hay diferentes cables específicos para atender las necesidades de los diferentes fabricantes. El que tiene un uso más extendido es el de núcleo de cobre con resistencia antiparasitaria. Consiste en un núcleo de cobre galvanizado para evitar su corrosión revestido de silicona que le confiere mayor rigidez y a la vez actúa de aislante. A parte llevan un revestimiento de silicona o caucho que les protege de la gasolina y del calor, ya que llega a aguantar unos 220º C sin perder sus propiedades. La resistencia antiparasitaria en este tipo de cables no se introduce en el revestimiento del cable en forma de malla, sino que se integra en forma de vidrio fundido en los elementos conductores en la conexión con la bujía y la bobina.


8.3 Bujía

Es el último elemento del sistema de encendido y es el que provoca finalmente la combustión de la mezcla en el interior de los cilindros debido al arco voltaico que se produce en sus electrodos. La calidad de este encendido influye en aspectos tan fundamentales como suavidad de marcha, rendimiento y eficiencia del motor y una correcta emisión de contaminantes.

Internamente está compuesta por una conexión en la que se acopla el cable de encendido o en su defecto la alargadera de la bobina.

Un aislante cerámico que tiene dos objetivos, uno disipar el calor de la combustión hacia el exterior y otro es aislar el electrodo central evitando que la alta tensión que se ha de emplear en producir una chispa se derive hacia la masa del vehículo. Talladas en el propio aislante cerámico están unas barreras de corriente de escape cuyo cometido es que la tensión encuentre mayor resistencia por este camino y se dirija hacia donde existe menos resistencia, que es el electrodo central, evitando así la salida de tensión hacia la masa del vehículo.

El grado térmico es la capacidad que tiene la bujía de evacuar el calor. A su vez indica la carga térmica que es capaz de soportar esa bujía. Por lo tanto, si la bujía no está bien elegida, en cuanto a su grado térmico, se produce una variación de la resistencia a la electroerosión de los electrodos, pudiéndose llegar incluso al colapso de la bujía.


Se pueden provocar fallos de encendido, de chispa pobre si la bujía evacúa mucho calor, ya que la bujía necesita un mínimo de temperatura para realizar la autolimpieza; o se pueden provocar autoencendidos si la bujía no es capaz de evacuar el calor, ya que se genera un punto caliente en la propia bujía y la mezcla no arde por el salto de chispa, sino que se autoinflama.


Dependiendo de la calidad de la bujía, se dispone en su interior de una resistencia antiparasitaria que está compuesta de un vidrio fundido y que evita el paso de corrientes parasitarias hacia el resto de componentes eléctricos o electrónicos del vehículo.


Electrodo central que suele estar fabricado de una aleación de níquel y que en las bujías de mayor calidad está fabricado de cobre para una mejor disipación del calor o de platino o iridio cuyo cometido es disminuir la tensión que se tiene que generar para hacer saltar la chispa, ya que son materiales con una resistencia muy baja. Desde el final de este electrodo es desde donde se hace saltar la chispa al electrodo de masa.

La carcasa metálica de cierre que contiene la rosca y la tuerca que van a hacer posible que la bujía pueda ser roscada en la culata.

Disponen también de un anillo obturador cuyo cometido es garantizar la estanqueidad de la cámara de combustión y además junto con la rosca de la carcasa metálica tiene el cometido de disipar el calor de la combustión.

Y por último, se encuentra el electrodo de masa que para hacer pasar el arco voltaico que genera la chispa supone el polo opuesto al electrodo central. Este electrodo de masa normalmente va acoplado en la misma carcasa metálica de cierre. Dependiendo del fabricante la masa del arco voltaico puede hacerse en un solo electrodo o en varios, es decir, bujías de dos electrodos o incluso de cuatro electrodos. Con esto se produce un reparto de la chispa y la combustión de la mezcla puede ser mejor y además se garantiza el salto de chispa en caso de un posible engrase o deterioro de otro de los electrodos de masa.


9 COMPONENTES ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS

Sensores

Para comprender el conjunto global de los sistemas que se detallan en este manual, es necesario, previamente, entender el principio básico de funcionamiento de ciertos componentes que van a formar parte de dichos sistemas. Estos componentes, dependiendo de su utilización, van a enviar información a la unidad, es decir, van a funcionar como sensores, o van a recibir una señal de la unidad para realizar una acción, es decir, van a funcionar como actuadores.

A la unidad las señales le llegan por medio de unos componentes que normalmente transforman magnitudes físicas en señales eléctricas.


9.1 Sensores de revoluciones

Este sensor genera unas señales que indican a la unidad de control la velocidad angular del volante motor debido al paso de la rueda fónica que se encuentra situada en el volante motor, enfrente del sensor.

Esta velocidad se determina gracias a la señal que emite un sensor inductivo o un sensor de efecto Hall.

9.1.1 Sensores Inductivos

El sensor inductivo está montado, separado por un entrehierro, directamente frente a una rueda de impulsos ferromagnética denominada rueda fónica. Contiene un núcleo de hierro dulce, llamado espiga polar, rodeado por un devanado. La espiga polar comunica con un imán permanente. Hay un campo magnético que se extiende sobre la espiga polar y penetra en la rueda de impulsos. El flujo magnético a través de la bobina depende de si delante del sensor se encuentra un hueco o un diente de la rueda de impulsos. Un diente concentra el flujo de dispersión del imán. Se produce una intensificación del flujo útil a través de la bobina. Por contra, un hueco debilita el flujo magnético. Estos cambios en el flujo magnético inducen en la bobina una tensión sinusoidal de salida que es proporcional a la velocidad de las variaciones y, por tanto, al número de revoluciones. La amplitud de la tensión alterna crece intensamente a


medida que aumenta el número de revoluciones (pocos mV... >100 V). Existe una amplitud suficiente a partir de un número mínimo de 30 revoluciones por minuto.

El número de dientes de la rueda de impulsos depende de la aplicación. La rueda fónica es una rueda que tiene dientes y entre esos dientes existen unos huecos. Esto quiere decir que el hueco por dientes faltantes especialmente grande es una marca de referencia y está asignado a una posición definida del cigüeñal. Sirve para la sincronización de la unidad de control.

Otra ejecución de la rueda de impulsos lleva un diente por cilindro en el perímetro. Si el motor es de seis cilindros por ejemplo, hay seis dientes; por tanto, por cada vuelta se producen seis impulsos.

Los dientes y la espiga polar han de estar ajustados entre sí en su geometría. El circuito de evaluación en la unidad de control convierte la tensión sinusoidal de amplitud muy diferenciada en una tensión rectangular de amplitud constante. Esta señal se evalúa en el procesador de la unidad de control.


9.1.2 Sensores Hall

Es otro tipo de sensor cuyo funcionamiento se basa en que cuando por un material conductor o semiconductor, circula una corriente eléctrica, y estando este mismo material en el seno de un campo magnético, se comprueba que aparece una fuerza magnética en los portadores de carga que los reagrupa dentro del material, esto es, los portadores de carga se desvían y agrupan a un lado del material conductor o semiconductor, apareciendo así un campo eléctrico perpendicular al campo magnético y al propio campo eléctrico generado por la batería. Este campo eléctrico es el denominado campo Hall, y ligado a él aparece la tensión Hall, que es una tensión de muy bajo voltaje y que sirve de tensión de medición.


Cuando desaparece el campo magnético que genera este efecto, las líneas de fuerza eléctrica vuelven a su estado normal y por ello desaparece el agrupamiento que generaba la tensión de medición. Es por todo esto que la señal generada es prácticamente cuadrada. Esta señal es tratada en un módulo electrónico en el propio sensor para que quede digitalizada y se realiza una amplificación de la señal, que de esta manera llega a la unidad totalmente interpretable sin necesidad de que sea tratada en la unidad. El hecho de disponer en el sensor de un módulo electrónico propio y un amplificador hacen que el precio de este sensor se encarezca.


9.2 Sensores de fase

Este sensor, que también suele ser inductivo o Hall, informa a la unidad de la posición de los pistones con respecto de su PMS. A la unidad le interesa conocer esta posición debido a que se ha de elegir el momento oportuno para realizar la inyección y el avance del encendido. La manera de saberlo es conociendo la posición angular del cigüeñal o la posición angular del árbol de levas.


Como ambas señales son muy importantes, los constructores tratan de que sean redundantes para, en el caso de que uno de los dos sensores falle, la unidad tome como señal sustitutiva la otra, es decir, puede calcular el PMS con la rueda fónica del volante, que tiene unas celdas de menos que coinciden con el PMS de los pistones; también podrá calcular la velocidad del motor con la señal del sensor de fase. Luego las estrategias adoptadas por cada fabricante serán diferentes, es decir, si tenemos un fallo de uno de los sensores, dependiendo de la estrategia del fabricante, el motor no arrancará o funcionará en fase degradada o tomará la señal del otro sensor como sustitutiva y puede que incluso funcione sin ningún problema dejando constancia de la avería en la memoria de diagnóstico.


9.3 Sensores de temperatura

Este sensor se encarga de transmitir una señal que la unidad interpreta, comparándola en una tabla que tiene memorizada, como la temperatura que tiene el refrigerante de motor. La temperatura del refrigerante motor es de suma importancia a la hora de realizar la gestión del motor, ya que se intenta que el proceso de funcionamiento del motor se realice en una temperatura óptima. Esa temperatura se intenta alcanzar lo antes posible ya que las combustiones a baja temperatura son de peor calidad y crean mayores emisiones contaminantes, y si esta temperatura es alta es indicativo de que algo no es correcto en el funcionamiento normal del motor.


Este tipo de sensores pueden ser del tipo NTC o PTC.

El sensor de temperatura, también llamado termistor, tiene un principio de funcionamiento muy sencillo que se basa en la variación de la resistencia interna de un semiconductor por efecto del cambio de la temperatura que lo rodea, debido a la variación de concentración de portadores. En un sensor NTC (Negative Temperature Coefficient) cuando aumenta la temperatura la concentración de portadores también aumenta, con lo cual, la resistencia interna disminuye, es por esto que el coeficiente es negativo.

En el caso del sensor PTC (Positive Temperature Coefficient) el fenómeno sucede totalmente a la inversa, ya que el semiconductor del que esté fabricado se comporta de manera diferente al anterior. Cuando aumenta la temperatura la concentración de portadores disminuye, entonces la resistencia interna aumenta.

Todos los sensores de temperatura que se encuentran en el vehículo funcionan bajo el mismo principio y la diferencia entre ellos estriba en la sustancia a medir.


Temperatura de aire de la admisión.

Este sensor es el encargado de transmitir una señal a la unidad que es interpretada como la temperatura que tiene el aire de admisión después de ser comprimido por el turbocompresor. La misma cantidad de aire a mayor temperatura tiende a ocupar mayor volumen, lo que da idea de la importancia de saber qué temperatura tiene el aire después de comprimido, pues dependiendo de esta temperatura el llenado de aire de los cilindros será el ideal o no.


Sensor temperatura de gas.

Es un sensor que comunica a la unidad una señal que es interpretada como la temperatura del gas.

Por lo mismo expuesto anteriormente en el sensor de temperatura de aire de sobrealimentación, es importante conocer la temperatura del gas, ya que dependiendo de la temperatura su volumen varía y esto significa que la unidad corregirá la cantidad a inyectar dependiendo de su temperatura para que la mezcla calculada se aproxime a la ideal.


Sensor de temperatura de gases de escape.

Este sensor se encuentra situado en los conductos de escape, generalmente cerca del catalizador, para conocer la temperatura de los gases de escape cerca del mismo, ya que debido a que es un elemento muy caro del vehículo, se tiende a protegerlo de malos funcionamientos del motor que puedan producir una subida de la temperatura de los gases de escape que puedan desencadenar su destrucción. Así mismo, si la temperatura de los gases de escape aumenta de manera significativa dentro del catalizador, es un indicativo de que se está produciendo dentro del catalizador un proceso de trabajo muy elevado que es debido a una mezcla inadecuada o una combustión incompleta de la mezcla.


Sensor de temperatura de aceite.

La señal enviada por este sensor es interpretada por la centralita como la temperatura correspondiente al aceite motor.

Esta señal es importante ya que la temperatura del aceite influye en su densidad, cuanto menor sea la temperatura mayor será la densidad del aceite y su efecto de lubricación empeora y además dificulta el buen movimiento de las piezas. Esta baja temperatura puede ser interpretada por la centralita en el sentido de proteger al motor contra demandas excesivas del conductor, que pueden causar un daño en el motor por falta de lubricación. Por otro lado, si la temperatura del aceite es muy elevada su efecto de lubricación también disminuye y la creación de gases por su ebullición es muy contaminante. Además si su temperatura es muy elevada durante mucho tiempo sufre una degradación importante, que puede ser recogida por la unidad e interpretada en el sentido de que las tareas de mantenimiento se han de realizar antes ya que al estar más degradado el aceite, su duración ha de acortarse.


9.4 Sensores de presión

Este tipo de sensores tienen un principio de funcionamiento que se basa en disponer de un diafragma encapsulado que es sometido en una de sus caras a la presión existente en el lugar en el que se quiera medir la presión.


Este diafragma lleva montadas sobre si unas resistencias extensiométricas, que varían su resistencia si sufren deformación. Estas resistencias están conectadas entre sí conformando un puente de Wheatstone.

Cuando la membrana se deforma, el puente pierde el equilibrio. La tensión de alimentación es constante, pero al variar la resistencia del puente por la deformación, la tensión de medición varía. Ésta es la tensión que recibe la unidad y que le sirve para conocer la presión del lugar donde se esté realizando la medición.


Sensor de presión de sobrealimentación.

Concretamente este sensor se encarga de enviar una señal a la unidad que ésta interpreta como la presión de sobrealimentación, es decir, la presión a la que está elevando el aire de admisión la acción del turbocompresor.


Medidor de presión absoluta (MAP)

Este es otro tipo de sensor de presión que parte de una situación de encapsulado al vacío para medir cualquier presión generada que se encuentre por debajo de la atmosférica, por ejemplo, conocer la presión de succión generada en la admisión por detrás de la mariposa.


Sensor de presión barométrica.

Este sensor suele estar integrado en la propia unidad y también es conocido como sensor de corrección de altura, ya que se encarga de medir únicamente la presión atmosférica. Cuanta mayor sea la altura a la que se circula, la densidad del aire también es menor, con lo que su presión también es inferior. Otra aplicación de este sensor es que recoge también la variación de presiones atmosféricas cuando hay un cambio de tiempo climático. Estos factores son importantes para que la unidad calcule correctamente la masa de aire de admisión y el caudal de inyección correspondiente.


Sensor de presión de gas.

Es importante para la unidad conocer la presión de gas que hay tanto antes del regulador como después, ya que dependiendo de la presión de gas de que se disponga su volumen varía, y además le sirve a la unidad para comprobar si el proceso de expansión producido en el regulador de presión es correcto o se está generando una presión incorrecta que desemboque en un mal funcionamiento del motor. La señal del sensor que hay colocado antes del regulador se puede utilizar también para enviar una información al cuadro de instrumentos que informe al conductor de la cantidad de combustible disponible en el depósito e incluso encender el testigo de reserva, ya que por debajo de 50 bares en el circuito de alta presión se considera necesario avisar de la falta de combustible al conductor.


Sensor de presión de aceite.

La información proporcionada por este sensor está interpretada básicamente en clave de seguridad, ya que la falta de presión de aceite lubricante puede ser la causa de una avería grave en el motor. La unidad puede poner el motor bajo régimen degradado o incluso, para protegerlo, puede llegar a pararlo y no permitir el arranque al conductor. Aparte esta señal también se utiliza para informar al conductor de la presión de aceite que hay en el motor.

9.5 Sonda Lambda

Esta sonda emite una señal de vital importancia para la correcta regulación de motor, que es la generada por el paso de oxígeno libre en los gases de escape a través de la propia sonda. La utilidad de esta señal para la unidad de control es muy elevada, ya que es una información básica para saber si la mezcla de combustible se está llevando a cabo correctamente, es decir, si la mezcla está en valores cercanos a la relación estequiométrica perfecta, factor lambda 1 o si se está realizando una mezcla demasiado pobre o demasiado rica, ambas muy contaminantes por acercarse la mezcla a los límites de inflamabilidad con lo cual, la mezcla no arde correctamente y se emiten altos niveles de hidrocarburos sin quemar que además de ser contaminantes podrían provocar la destrucción del elemento catalizador.


La generación de la señal se consigue exponiendo un material cerámico por uno de sus lados con el aire exterior, que penetra en la sonda por la abertura existente entre los contactos. Por el otro está en contacto con los gases de escape. Este material cerámico tiene la particularidad de que siempre que exista una diferencia de oxígeno entre sus caras, genera una tensión eléctrica.

La regulación lambda con la sonda antes del catalizador tiene una precisión limitada, ya que la sonda está expuesta a notables influencias medioambientales.


La exposición de una sonda lambda detrás del catalizador a estas influencias es considerablemente menor. Por esta razón, además de la sonda antes el catalizador se puede implantar una segunda sonda lambda (calefactada) en el sistema de escape después del catalizador. Sirve para comprobar el funcionamiento del catalizador. Adicionalmente se lleva a cabo una autoadaptación de la sonda antes el catalizador.


El posicionamiento de las sondas lambda en el sistema de escape posee una gran importancia para la regulación de los gases de escape. Las sondas están expuestas a altos niveles de suciedad en los gases de escape. Después del catalizador, la sonda resulta menos expuesta a suciedad. Sin embargo, debido a los largos recorridos de los gases de escape, sería demasiado lenta la reacción de la regulación lambda si se instalara una sola sonda después del catalizador.


La relación estequiométrica en el caso de los motores de gas está establecida en 17,5:1, es decir, la mezcla ideal para una combustión correcta es la formada por una parte de gas y 17,5 partes de aire.


Sonda lambda de banda ancha:

Los fabricantes tienden a fabricar motores que estén en torno a factor lambda 1 pero, si se efectúa corrección en la inyección tienden a que la mezcla final sea algo más pobre que la estequiométrica para evitar consumos altos.

Últimamente están apareciendo motores de mezcla muy pobre, con un factor lambda cercano a 1,65. Esto es debido a la aparición de las sondas lambdas de banda ancha que tienen un funcionamiento distinto a la sonda lambda tradicional.

La sonda lambda de banda ancha LSU4 es una sonda planar de dos células de corriente límite. Su célula de medición es de cerámica de dióxido de circonio (ZrO2).Está constituida por la combinación de una célula de concentración de Nernst (célula sensible, funciona como en una sonda lambda de dos puntos) y una célula de bombeo que transporta iones de oxígeno.

La célula de bombeo de oxígeno (8) está dispuesta de tal modo respecto a la célula de concentración de Nernst (7) que entre ambas se forma una ranura de difusión (6) de aproximadamente 10 ÷ 50 µm. Esta ranura está en comunicación con los gases de escape a través de un agujero de acceso (10); la barrera porosa de difusión (11) limita el flujo sucesivo de las moléculas de oxígeno contenidas en los gases de escape.


La célula de concentración de Nernst comunica en un lado por un canal de aire de referencia (5), a través de una abertura, con la atmósfera ambiente; en el otro lado está expuesta a los gases de escape en la ranura de difusión.

La sonda no suministra una señal útil hasta que se alcanza una temperatura de servicio de 600 ÷ 800 °C como mínimo. Para que se alcance rápidamente esta temperatura, la sonda está provista de un calentador (3).

Los gases de escape llegan a través del pequeño agujero de acceso de la célula de bombeo a la verdadera cámara de medición (ranura de difusión) de la célula de concentración de Nernst. Para poder ajustar el coeficiente de aire "valor lambda" en la ranura de difusión, la célula de concentración de Nernst compara los gases en esta ranura con el aire ambiente en el canal de aire de referencia.

El proceso total se desarrolla del modo siguiente: mediante la aplicación de una tensión Up a los electrodos de platino de la célula de bombeo, a través de la barrera de difusión se puede bombear oxígeno de los gases de escape a la ranura de difusión o viceversa. Con ayuda de la célula de concentración de Nernst, un circuito electrónico en la unidad de control regula esta tensión aplicada a la célula de bombeo Up, de manera que la composición de los gases en la ranura de difusión se mantenga constante en "valor lambda" = 1. Cuando los gases de escape son pobres, la célula de bombeo, bombea el oxígeno hacia afuera (corriente de bombeo positiva). Cuando son ricos, se bombea por


el contrario el oxígeno (mediante descomposición catalítica de CO2 y H2O en el electrodo de gases de escape) de los gases del entorno a la ranura de difusión (corriente de bombeo negativa). Con "valor lambda" = 1 no se ha de transportar oxígeno. La corriente de bombeo es cero. Ella es proporcional a la concentración de oxígeno en los gases de escape y constituye así una medida (no lineal) del coeficiente de aire "valor lambda".

La sonda lambda de banda ancha suministra una señal de tensión constante. De este modo se puede medir no sólo el margen lambda (mezcla rica o pobre), sino también las desviaciones de "lambda = 1". La regulación lambda puede reaccionar así más rápidamente a una divergencia de la mezcla. De ello resulta un mejor comportamiento de


regulación, de elevada dinámica. Como sea que con la sonda lambda de banda ancha de "lambda = 1" se pueden medir composiciones de la mezcla divergentes, también es posible (al contrario de la regulación de dos puntos) regular tales composiciones. El alcance de regulación comprende valores lambda dentro del margen de "lambda = 0,7...3,0". La regulación lambda constante por tanto es apropiada para el funcionamiento con mezclas pobres o ricas de motores de inyección directa de gasolina.


9.6 Medidores de masa de aire

Dependiendo del fabricante recibirá este nombre o también puede recibir la denominación de caudalímetro. La evaluación de la señal de este sensor es interpretada por la unidad como la cantidad de aire que está siendo introducido en el motor. Este parámetro es fundamental para la buena regulación motor de la unidad, ya que si no conoce la cantidad de aire que está entrando al motor no puede calcular la cantidad de combustible a inyectar para que la mezcla sea la correcta. El principio de funcionamiento de estos sensores está basado en mantener caliente una superficie dentro del propio sensor mediante el paso de una corriente eléctrica. Cuando el aire pasa en sentido hacia el motor a través del sensor tiende a enfriar la superficie caliente. La unidad detecta este enfriamiento y aumenta la corriente enviada para tratar que la superficie continúe a la temperatura establecida. Este aumento de corriente es proporcional a la masa de aire que entra al motor, por ello la unidad evalúa el consumo que está produciéndose en el sensor y lo interpreta, por comparación con unas tablas memorizadas, como la cantidad de aire que está entrando.


Este medidor de masa pertenece al Iveco CityClass y el que se ve a continuación (AMG 109) pertenece al Cursor. Aparentemente son iguales, pero como se puede apreciar, el conector es diferente ya que tiene un pin más. Ese pin de más nos indica que además lleva incorporado un sensor de temperatura. El siguiente (AMG 110), es el medidor que monta MAN en el NL 313.


9.7 Sensor de masa de gas

Este componente es el encargado de informar a la unidad de la cantidad de gas que se está introduciendo al motor. El funcionamiento es parecido al de un caudalímetro, ya que, como se puede apreciar en la imagen AMG 153, consta de unas resistencias que están calientes y se enfrían con el paso de gas. Cuanto mayor paso de gas haya, más rápido se enfrían las resistencias.


9.8 Sensores de detonación

También conocido como sensor de picado de biela. Es un sensor que emite una señal para que la unidad conozca el movimiento sísmico que se está produciendo en el bloque motor y que aumenta conforme el avance al encendido sea mayor, ya que cuanto mayor sea el avance de encendido, mayor será el riesgo de provocar la explosión cuando la alineación de la biela y el pistón sea total. Esto genera un golpe muy fuerte ya que pistón y biela al estar alineados tienen la misma tensión que una barra de hierro maciza. Este golpeteo es conocido como picado de biela. La unidad en su gestión de motor intenta que el avance sea cada vez mayor para que el rendimiento obtenido en la explosión sea muy alto, por eso se intenta acercar al punto de picado. Cuando la cercanía al punto de picado es muy alta, las vibraciones que se producen en el bloque son muy intensas y esto provoca que el material piezoeléctrico del que está formado este sensor, genere una señal cada vez mayor. El material piezoeléctrico es aquel que tiene la característica principal de que cuando sufre una deformación genera electricidad. Esta señal eléctrica es la que le llega a la unidad para que evalúe si es conveniente seguir adelantando el avance o conviene retrasarlo un poco para evitar posibles daños al motor.


9.9 Sensores de posición angular

Su funcionamiento es sencillo y se trata de un potenciómetro angular, también conocido como reóstato, cuyo funcionamiento se basa en mover, solidariamente al elemento del que se quiere saber su posición, un cursor que su movimiento se desliza sobre un resistor fijo. Al movimiento del cursor, la resistencia del fijo varía y es por ello que la tensión que se mide en el cursor también varía.

La forma de calcular la tensión de medida es la siguiente:


Sensor de posición de la mariposa.

Este sensor, que normalmente es un sensor de posición dependiendo de la gestión que el fabricante haga del acelerador, informará de la posición de la mariposa a la unidad de control del motor o informará a la centralita propia del acelerador. Manda a la unidad correspondiente una señal que indica el ángulo de giro de la mariposa. Se interpreta como que es correcto si coincide con la petición de par expresada por el conductor mediante el pedal del acelerador y además no se produce un menoscabo de ese par a entregar debido a la resta en esa entrega que suponen otros factores externos, por ejemplo, que el compresor de aire acondicionado esté funcionando.

Esta señal es importante en la medida de que la demanda de par se ajusta mediante la apertura o cierre de la mariposa. El grado de apertura o cierre real de la mariposa se mide mediante esta señal.


Aparte de las señales que la unidad recibe, para la correcta gestión de motor, la unidad cuando evalúa esas señales, genera ella misma una serie de señales para hacer funcionar los diferentes actuadores que controla y que se detallan a continuación.


9.10 Pedal de acelerador

Es el encargado de transmitir la demanda de par que realiza el conductor a la unidad, para que esa petición sea evaluada. Interiormente consiste en uno o dos potenciómetros dependiendo del fabricante, cuyo principio básico de funcionamiento es el de la variación de la resistencia interna del potenciómetro por el cambio de posición del pedal, es decir, el del potenciómetro angular de posición o muy similar.

Hay fabricantes que introducen un segundo potenciómetro en el pedal porque consideran la señal de pedal muy importante. Este segundo potenciómetro emite una señal redundante, que sirve de comprobante a la unidad de que la señal de posición del pedal es correcta. Normalmente este segundo potenciómetro funciona de manera inversa al primero, es decir, si en el primero la resistencia aumenta por el cambio de la posición, en el segundo esa resistencia disminuye.


Independientemente de si el pedal de acelerador lo constituyen uno o dos potenciómetros, internamente pueden llevar incorporado un interruptor que informa a la unidad de si el pedal se encuentra en posición de ralentí.

Es importante para la unidad conocer esta información, ya que es una forma rápida de informar a la unidad de que no se está demandando par por parte del conductor, luego se ha de hacer funcionar el motor con los parámetros correspondientes a ralentí o al momento de arrastre sin petición de potencia (cut-off). Si recibe esta señal y a la vez está recibiendo una señal del potenciómetro que no se corresponde con la posición del ralentí, va a detectar un funcionamiento incorrecto del propio pedal.

Otro elemento que puede formar parte del pedal del acelerador, es el interruptor de kick-down, que manda a la unidad de acelerador una señal que interpreta como que el conductor está realizando una petición extra de par.


Esta petición extra de par es anunciada por la unidad de acelerador por vía CAN a la unidad del cambio automático y a la unidad de gestión motor y dependiendo

de las condiciones que se estén produciendo, entre ambas determinan si como respuesta a esa petición extra de par se va a producir una reducción de

marcha o se continúa con la misma marcha pero se aumenta el umbral de revoluciones con el fin de realizar el cambio a la marcha superior un poco más tarde.

Debido a que estos potenciómetros se ven sometidos a desgaste por su movimiento continuo que deriva en averías, los fabricantes optan cada vez más por pedales cuyos elementos internos no se vean sometidos a este desgaste. Por ejemplo, MAN en el NL 313 monta un pedal de acelerador con potenciómetros inductivos, cuyo funcionamiento consiste en un estator que recibe tensión y un rotor bobinado que a medida que gira alrededor del estator aumenta o disminuye su tensión inducida. En la figura AMG 136 se muestra la asignación de pines y los datos técnicos de este tipo de pedal.


Otro ejemplo de pedal de acelerador sin contacto es el que monta Scania cuyo funcionamiento se basa en el efecto Hall. Según varíe la perpendicularidad del pedal respecto del semiconductor fijo, la tensión emitida varía, dando como resultado una información que es interpretada como la posición del pedal.


Como se ha visto anteriormente, el pedal de acelerador puede llegar a ser un elemento muy complejo y su señal está considerada como una de las más importantes dentro del conjunto de señales del vehículo. Esta complejidad y su importancia derivan en una operación de calibrado cuando se procede a la sustitución de alguno por avería. Esta operación es para que la unidad de acelerador identifique los topes iniciales y finales del nuevo pedal y así reconocer entre que valores se va a situar la señal que va a enviar a la unidad. Es decir, si el pedal nuevo no es reconocido por la unidad, ésta tomará como valores buenos los registrados por el pedal antiguo y si no concuerdan realmente con los datos que genera el nuevo, se va a producir una avería de incongruencia de señal que derivará en mal funcionamiento del vehículo.


Actuadores

9.11 Accionador de ralentí

En aquellos sistemas de alimentación en los que no se controle directamente la apertura mínima de la mariposa, para mantener un paso mínimo de aire que sirva para mantener el ralentí, se ha de disponer de un sistema que garantice la existencia de un caudal mínimo de aire para ese ralentí. Este sistema se basa en establecer un by-pass que lleve aire detrás de la mariposa cuando se encuentre totalmente cerrada. Para mantener racionalmente el ralentí sabiendo la cantidad de aire que se está haciendo pasar por el by-pass con un consumo moderado de combustible, lo que se hace es colocar un elemento que se encarga de variar el caudal de aire de ralentí. Ese elemento es el accionador de ralentí o también conocido como motor paso a paso.


9.12 Control de la mariposa

La mariposa normalmente está gobernada por la unidad del acelerador. La unidad de gestión de motor calcula el grado de apertura de la mariposa conforme a la demanda de par que realice el conductor y el consumo de par que estén produciendo elementos auxiliares, como pueden ser el compresor del aire acondicionado o el alternador. La unidad de gestión motor informa de cuál ha de ser la apertura de la mariposa a la unidad del acelerador y es esta unidad la que se encarga de emitir la señal sobre el actuador correspondiente, que dependiendo del fabricante será externo o interno, es decir, la mariposa será accionada mediante un motor eléctrico y unas varillas que transmitan el movimiento de ese motor a la propia mariposa o será la propia mariposa la que esté motorizada.


En la imagen AMG 142 se muestra la mariposa que monta Iveco en su modelo Citelis.


En ella se puede ver la asignación de pines y las posibles mediciones a realizar.


La imagen AMG 123 muestra la mariposa con la que está equipado el Mercedes Citaro


Ajuste de la varilla del actuador de la mariposa (Iveco Cursor GNC)


9.13 Válvula de salida de los gases sobrantes (waste gate)

Esta es una válvula cuya misión es controlar la válvula waste-gate del turbocompresor. Cuando la unidad recibe la señal de presión de sobrealimentación y considera que es excesiva, manda una señal modulada a esta válvula. Dependiendo de la amplitud de la señal pone, en mayor o menor medida, en contacto la depresión de la admisión con el pulmón que tiene en su membrana solidario el eje que mueve la válvula waste-gate del turbo.


Su principio de funcionamiento es el de una válvula proporcional, es decir, consiste en modificar el ciclo de trabajo por medio de una señal eléctrica que será modulada por impulsos (PWM, Pulse Width Modulation), es decir, la duración del pulso dentro de una frecuencia es variable.

El valor medio de la tensión se haya conociendo la amplitud del pulso, es decir, si la tensión aplicada durante el pulso son 5v y el pulso es inexistente la tensión media será 0, si el pulso corresponde al 25% de la frecuencia, la tensión media será 1,25v, si el pulso corresponde al 75% de la frecuencia, la tensión media será 3,75v y si el pulso es del 100% la tensión media será de 5v. De aquí se extrae la conclusión de que con la modulación del pulso se obtiene un resultado similar a variar la tensión de funcionamiento.


La principal aplicación de este tipo de válvulas suele ser el control de posición y de fuerza, ya que los movimientos son proporcionales y de precisión, lo que permite, por ejemplo, un manejo más exacto del paso de fluidos. Constan de una bobina que recibe los impulsos variables en duración de la unidad de control, de un inducido que es más o menos atraído por la bobina dependiendo de la excitación de la misma y de un muelle que retorna la válvula al cierre en ausencia de señal en la bobina.


9.14 Válvula de recirculación de aire (blow off)

Esta electroválvula modulada por impulsos es la encargada de gobernar la apertura o cierre del canal by-pass a través del cual se descarga la presión de sobrealimentación existente cuando se produce el cierre súbito de la mariposa y que podría causar daños en la turbina del compresor.


Debido a que con la cilindrada del motor E 2876 LUH03 se desplazan mayores cantidades de aire, resulta insuficiente la válvula de aire de circulación de empuje antes descrita. Por este motivo se ha conservado la mariposa de aire de circulación de empuje del motor predecesor E 2876 LUH02. La mariposa está montada en el motor entre el tubo de aspiración antes del compresor y el tubo de aire de sobrealimentación después del compresor. El accionamiento se realiza mediante un cilindro de regulación electroneumático. La alimentación de aire comprimido se realiza desde el depósito neumático del vehículo a través de una válvula limitadora de presión con 2,5 bar de presión de salida


10 GESTIÓN MOTOR DE UN VEHÍCULO DE GNC

10.1 Carburación (Cummins)

El autobús Tata Hispano híbrido va equipado con un motor térmico que es el encargado de mover el generador eléctrico. Este motor es del fabricante Cummins y el sistema de alimentación de dicho motor se lleva a cabo de una manera similar a la carburación tradicional. La gestión de la alimentación de este motor se realiza por la unidad de motor ECM CM 2180. Esta unidad está alimentada a 12 voltios, por lo que ha de ir dotada de un reductor de tensión.

Para que la gestión se realice de una manera adecuada, la unidad debe conocer:

- Presión y temperatura del gas a la entrada de la válvula de control de combustible.

- Presión de sobrealimentación.

- Temperatura y humedad del aire de admisión.

- Sensor de fase.

- Sensor de velocidad de árbol de levas.

- Sonda lambda.

- Presión de los gases de escape.


- Sensores de picado.

- Masa de gas introducido al motor.

En el caso de este motor, el requerimiento principal de carga, que en otros vehículos realiza el conductor mediante el sensor de posición de pedal de acelerador, lo realiza el propio vehículo a través del hibridaje, ya que es este sistema el que determina a qué régimen debe trabajar el motor térmico.

Una vez evaluada toda la información, la unidad determina como alcanzar el régimen solicitado y para ello actúa sobre los siguientes elementos:

- Válvula de control de combustible.

- Válvula de corte de combustible. No permite el paso de combustible si el motor no gira al menos con una velocidad de 75 r.p.m.

- Mariposa de gases.

- Válvula waste-gate del turbocompresor.

- Módulos de encendido.


10.2 Inyección

En el caso de que el fabricante haya optado por un sistema de inyección la gestión de motor se realizará de una manera más o menos similar, dependiendo de la relevancia que preste a determinadas señales el fabricante. Como norma general, el gas fluye desde las bombonas y llega al regulador de presión. En el regulador de presión se produce una reducción de la presión inicial de los 200 bares posibles a una presión de 8 bares. Del regulador fluye hacia los inyectores y a partir de este momento el sistema se distingue en si es monopunto o multipunto.

Para calcular la cantidad de combustible a inyectar, la unidad de control evalúa los diferentes datos que recibe desde:

- Régimen de motor. Se hace pasar una rueda fónica acoplada al volante de motor por delante de un sensor que envía la señal a la unidad de control.

- Señal de fase. Esta señal le indica a la unidad el momento justo en el que los cilindros pasan por sus P.M.S.

- Demanda de aire. Se controla la cantidad, presión y temperatura de aire que está pasando hacia el motor. Además la unidad de control sabrá en todo momento la presión atmosférica existente.


- Valores lambda. La sonda lambda informa de la cantidad de oxígeno libre que hay en los gases de escape para que la unidad de control varíe la cantidad de combustible a inyectar, dependiendo de si la mezcla se está conformando pobre o rica.

- Estado del gas. La unidad recibe información sobre la presión de gas a la salida del regulador y su temperatura.

- Temperatura de los gases de escape. Si la temperatura de los gases de escape es muy elevada es un indicativo de que la combustión se está realizando mal. La unidad de control utiliza esa información para en el caso de que se superen ciertos umbrales, limitar el régimen de giro, el par entregado e incluso llegar a parar el motor.

- Posición del acelerador. Se comunica con la unidad del acelerador para que le informe de la posición del pedal de acelerador y cuál es la posición de la mariposa de gases.

- Estado de la caja de cambios. Se comunica con la unidad del cambio para conocer el par que está siendo entregado.

Para tratar en la medida de lo posible que la combustión de la mezcla sea perfecta y evitar a su vez una emisión de contaminantes a la atmósfera elevada, esta gestión de


motor ha de ser adecuada. Esta gestión va a afectar tanto a la inyección como al encendido, ya que se han de controlar tanto los caudales a inyectar como el momento adecuado para que la mezcla arda, es decir el avance o el retraso del encendido.

Actualmente los dos sistemas, tanto el de alimentación como el de encendido, se gestionan desde la misma unidad de control. Esto es posible gracias a las unidades de control diseñadas para tal efecto, como puede ser la Motronic M3.7 de Bosch, que monta el Iveco City GNC; en el Iveco Cursor o Citelis la unidad por la que se ha optado es la Metafuel 3 de Metatron; los MAN 313 montan la Motronic ME7 de Bosch y su evolución última la EGC4; Mercedes tiene una centralita similar a las anteriores denominada EGM.

Dependiendo de la unidad de control que se monte en un vehículo el comportamiento va a ser diferente, debido a que la gestión realizada es diferente en cada centralita. Aunque todas ellas deben recibir una serie de datos e informaciones de estado con las que calcular en todo momento la inyección y el avance de encendido correctos.

A continuación, se detalla el principio de funcionamiento de las diferentes unidades que se encuentran en los vehículos de la empresa.

El primer esquema de funcionamiento corresponde al Iveco City GNC.


Motronic recibe las señales de:

- sensor de revoluciones de motor, situado sobre la rueda fónica del volante motor con 60 – 2 orificios (los dos dientes que faltan dan la posición del PMS de los pistones 1 y 6)

- sensor de fase, situado sobre el soporte donde debería ir la bomba de inyección, que da la posición del pistón 1.

- sensor de posición de la mariposa.

- sonda lambda, montada sobre la tubería de escape.

- debímetro, montado en el conducto de la admisión.

- sensor de temperatura de aire aspirado.

- sensor de agua refrigerante de motor.

La unidad analiza las informaciones procedentes de los sensores, calcula la cantidad de gas a inyectar y el avance de encendido.

Otros componentes gobernados por la unidad son:

- electroválvula del regulador de presión.


- accionador que regula el caudal de aire (by-pass paso a paso) al mínimo, por lo tanto velocidad de motor cuando la mariposa está cerrada (ralentí)

- válvula de control de la waste-gate para regular la presión de sobrealimentación y por tanto la curva del par motor.

La potencia del motor se regula parcializando el caudal de aire aspirado mediante la mariposa montada en la admisión.

Esta mariposa está accionada por un motor controlado por la unidad VDO E-GAS en función de la demanda de potencia que realice el conductor a través del pedal del acelerador. Además este sistema controla:

- máxima velocidad del motor en vacío.

- velocidad máxima del vehículo.

- régimen de trabajo con una toma de fuerza.

- variaciones de carga requeridas por el sistema ABS/ASR.

- control de la válvula de recirculación de sobrepresión.

Esta unidad está alimentada con tensión de batería, sin embargo la unidad Motronic está alimentada a 12V. Esta función de regular la tensión de alimentación de la unidad de motor la realiza una unidad denominada Effegi EPU-CH4.


Aparte de esta función tiene otra misión que es albergar el amplificador de señal para los inyectores, debido a que el mando de la Motronic no es adecuado para estos inyectores de gas. De tal manera que esta unidad queda configurada de la siguiente manera:

- un Master que contiene el alimentador de la unidad de motor y el amplificador de señal para los inyectores.

- un Slave que contiene un segundo alimentador en paralelo.


En el caso de los modelos de Iveco Cursor GNC y Citelis GNC se dispone de una unidad denominada Metafuel 3.

Las funciones principales del sistema son:

- regular el tiempo de inyección.

- regular el avance del encendido.

- el comando de arranque en frío.

- gestionar el régimen de ralentí.

- controlar la velocidad máxima del motor en vacío.

- controlar las emisiones, averiguando si la combustión es buena mediante control lambda.

- comunicarse con la unidad del cambio automático.

- diagnosis.

MF3 recibe señales de:

- debímetro.

- sensor de temperatura de los gases de escape.


- sensor de temperatura de agua.

- sonda lambda.

- sensor de temperatura-presión del gas.

- sensor de temperatura-presión del aire.

- sensor de temperatura-presión del aceite.

- sensor de presión de sobrealimentación.

- sensor de velocidad de motor.

- sensor de distribución.

- sensor de posición de mariposa.

En el caso de Citelis, esta MF3 contiene algunas variaciones en la gestión como son:

- sonda lambda pre y post-catalizador

- no contempla la señal de debímetro, ya que se calcula la cantidad de aire con las señales procedentes de los sensores de presión de sobrealimentación que tiene antes y después de la mariposa.

Además de recibir estas señales se encarga de comandar otros elementos. Se tratan de:


- electroválvula de regulador de presión.

- accionador que regula el paso de aire en régimen de ralentí (By-pass motor paso a paso).

- válvula de control de la waste-gate para controlar la presión de sobrealimentación y por lo tanto la curva de par.

- control de la válvula de recirculación de sobrepresión.


La potencia del motor se regula mediante una mariposa que parcializa el paso de aire hacia el motor. Esta mariposa es accionada por un motor que es controlado por la unidad VDO E-GAS II conforme a la demanda de potencia ejercida por el conductor a través del pedal del acelerador. En el caso del Citelis la gestión de la mariposa, (motorizada, puesto que desaparece el actuador) y de la señal procedente del pedal de acelerador se lleva a cabo con una unidad denominada VCM

Además estas unidades se encargan de controlar:

- máxima velocidad del vehículo.

- tanto el régimen de trabajo para una toma de fuerza, como la gestión de la velocidad mediante un cruise control, para los vehículos que lo lleven opcional.

Como se ha señalado anteriormente, Mercedes monta una unidad denominada EGM (elektronik gas motor) que, como en los anteriores, tiene la finalidad de controlar los dos sistemas, tanto el de alimentación como el de encendido y cuya regulación está basada en el par, es decir, ajusta la regulación en medida de la demanda del conductor mediante el pedal del acelerador que es gestionado por la unidad FMR.


Para efectuar la regulación correctamente ha de recibir un conjunto de señales que son:

- sensor árbol de levas/cigüeñal

- sonda lambda de banda ancha.

- sensor de caudal de aire.

- sensor de presión de sobrealimentación.

- sensor de temperatura de gas.

- sensor de presión de gas.

- sensor de nivel de aceite.

- diversas señales que pueden afectar a la gestión de motor, provenientes de otros sistemas mediante línea-CAN, como por ejemplo FMR, posición de la mariposa o cambio automático.


Todo este conjunto de señales se evalúan en la unidad y dan como resultado la regulación motor. Aparte de actuar sobre alimentación y encendido, la unidad gobierna otros componentes que son:

- control de posición teórica de mariposa. La mariposa tiene una unidad propia por la que se autogestiona. Esta unidad recibe la información del EGM de cómo ha de ser la apertura de la mariposa y es esta electrónica integrada la que realiza la regulación de la mariposa. Esta misma unidad informa al EGM de la situación real de la mariposa.

- regulación de la presión de sobrealimentación. Actuando sobre la válvula que se encarga de la apertura de la waste-gate del turbocompresor.

Y por último, se encuentran las unidades de gestión de motor que MAN monta en sus vehículos del modelo NL 313 F-GNC. En sus versiones más antiguas se disponía de una Motronic ME7 y en la última de las versiones de este modelo ha montado una unidad denominada EGC4, que se diferencia de la anterior por gestionar de una manera diferente el sistema de encendido. En la anterior electrónica se disponía de tres bobinas y una etapa de encendido para cada bobina y la última versión monta bobinas individuales sin etapas de encendido.


La estructura funcional de este sistema de alimentación está orientada al par.

El valor del par necesario que debe ser generado por el motor es la magnitud de regulación central del sistema. El motor sólo debe generar el par que realmente es necesario para que funcionen todos los sistemas del vehículo y garantizar la propulsión correspondiente.

Esta estructura se basa en tres aspectos que son:

- petición de par, que es definida por el conductor para conseguir la velocidad adecuada del vehículo. Si fuese necesario, otros sistemas influyen en el par deseado por el conductor, es decir, el limitador de velocidad, el sistema ASR, el cambio automático. Si fuesen peticiones en negativo, se deducen de la petición en positivo del conductor.

- coordinación de par, que se realiza en el procesador de la unidad con ayuda de un modelo de cálculo. A partir de los valores recibidos conoce el par con el que se carga el motor adicionalmente, teniéndolo en cuenta en la aplicación del par.

- aplicación de par, realizando las intervenciones de ajuste necesarias en los componentes del motor que influyen en la potencia, la válvula de la mariposa, la válvula de gases sobrantes (waste-gate), y dosificando más cantidad de combustible si fuese necesario.


Las señales que toma la electrónica de MAN para gestionar la inyección y el encendido son las siguientes:

- masa de aire admitida.

- calidad del gas determinado por el grupo de resistencias R175. La calidad del gas va a influir determinantemente en la cantidad de gas a insuflar. Para que la unidad de control reconozca la calidad de gas y ajuste la insuflación de gas debidamente se intercala un grupo de resistencias que puede llegar a informar a la unidad de hasta cinco calidades de gas diferente, aunque de momento únicamente están definidas dos: calidad de gas alta (>95% de metano) y calidad de gas baja (<80% de metano).

- velocidad de giro del motor.

- sensor de fase.

- sonda lambda.

- presión de gas natural.

- temperatura de gas natural.

- tensión en la instalación eléctrica.

- temperatura de agua refrigerante.


- presión de admisión.

- temperatura de aire de sobrealimentación.

- temperatura de los gases de escape.

- sensores de detonación (antipicado de biela).

- otra información necesaria para una buena gestión de motor, a través de línea CAN, como puede ser la ofrecida por la unidad de FFR (unidad de gestión del acelerador) o por el cambio automático.


De la evaluación del conjunto de estas señales resulta el volumen de gas a inyectar y el avance que se efectúa en el encendido. A parte de esta regulación, la unidad gobierna otros elementos como los que se detallan a continuación:

- informa a la unidad de FFR de cuál es la posición teórica que debería adoptar la mariposa.

- válvula de salida de gases sobrantes, que es la encargada de accionar el pulmón de la waste-gate.

- válvula de recirculación de aire, que es la que abre un paso de aire hacia la admisión cuando se produce un cierre brusco de la mariposa. Este cierre brusco podría dañar la turbina del compresor por efecto de la contrapresión generada que es reconducida de nuevo a la admisión por un by-pass.

Otra parte importante de la gestión motor es la dedicada a la gestión de la inyección y del encendido en momentos denominados Cut-off que son momentos en los que se produce un arrastre sin demanda de par, como por ejemplo, en cuestas abajo donde no se demanda par por parte del conductor y el vehículo continúa en marcha incluso con aumento de velocidad. La gestión diferente de estos momentos se debe a que a mariposa cerrada con el motor arrastrado la combustión no se realiza de forma correcta, es por ello que cuando la mariposa está cerrada y las revoluciones superan un umbral


fijado por el fabricante (lógicamente superiores a las revoluciones de ralentí) la inyección de combustible se desactiva.

A falta de alimentación, el número de revoluciones comienza a descender más o menos rápidamente dependiendo de las condiciones de marcha del vehículo.

Antes de alcanzar el umbral fijado, es reactivada la alimentación de combustible y el paso de aire es regulado bien a través del regulador de paso de aire de ralentí (motor paso a paso) o bien sobre la propia mariposa. Esta actuación implica el acompañamiento suave del motor hacia el régimen mínimo. Una vez alcanzada esta situación, el funcionamiento será el normal para régimen de ralentí y todo este proceso se iniciará de nuevo cuando se supere de nuevo el umbral de revoluciones fijado para esta función.

Junto con esta función explicada anteriormente, las unidades de control de motor protegen al motor de un número de revoluciones excesivas que conducirían a una avería grave, y cuando se alcanza un rango comprendido entre las 2700 y las 2900 r.p.m. las unidades inhiben el accionamiento de los inyectores para que se produzca una disminución efectiva del número de revoluciones.


10.3 Gestión del acelerador

Para rebajar la carga de trabajo de la unidad de gestión motor, hay fabricantes, como Iveco, MAN o Mercedes, que las operaciones relativas al acelerador y a la mariposa son gestionadas mediante una unidad propia que se comunica por vía CAN con la unidad de motor. Le comunica los datos del potenciómetro del pedal de acelerador, es decir, la demanda de par del conductor y la posición real de la mariposa, con lo que la unidad calcula más precisamente la inyección a realizar.

alimentaciÓn de motores de gas

Documents