sensores_actuadores

1

Curso Hobetuz Marzo 2007.Sensores y actuadores del Automovil.

Indice

Tema Título Pág.

Tema 1 Los sensores, introducción................................................................. 2

Tema 2 Proceso de reparación........................................................................ 4

Tema 3 Sensores por magnetismo.................................................................. 6

Tema 4 Sensores por efecto Hall.................................................................... 10

Tema 5 Sensores por conductividad eléctrica................................................. 14

Tema 6 Sensores termoeléctricos................................................................... 20

Tema 7 Sensores fotoeléctricos...................................................................... 24

Tema 8 Sensores piezoeléctricos.................................................................... 28

Tema 9 Sensores: interruptores, conmutadores............................................. 32

Tema 10 Sensores por ultrasonidos y radiofrecuencia..................................... 36

Tema 11 Actuadores......................................................................................... 40

Tema 12 Actuadores electromagnéticos........................................................... 42

Tema 13 Actuadores calefactores..................................................................... 48

Tema 14 Actuadores: Electromotores............................................................... 52

Tema 15 Actuadores: electromotores, motor paso a paso............................... 56

Tema 16 Actuadores acústicos......................................................................... 60

Tema 17 Actuadores: pantallas de cristal líquido.............................................. 64

Tema 18 Unidad de control................................................................................ 68

Tema 19 RCO................................................................................................... 76

Tema 20 EOBD................................................................................................. 80

Tema 21 Filtro de partículas diesel.................................................................... 115

Tema 22 Acelerador electrónico........................................................................ 137

Tema 23 Freno de estacionamiento electromecánico....................................... 150

Tema 24 ESP.................................................................................................... 170

Anexo I Híbridos: Toyota Prius........................................................................ 191

Anexo II Baterías de 42 V................................................................................. 203

Curso Hobetuz Marzo 2007.Sensores y Actuadores del Automovil.

2

Tema 1Los sensores: Introducción

“Los sensores son los dispositivos que convierten (traducen)una magnitud física en una señal eléctrica.

Se utilizan muchos tipos de sensores y su clasiicación dependedel principio de funcionamiento en que se basan.”

Transmisión de señales

En un sistema electrónico, el sensor es el elemento dispuesto expresamente para obtener información. La palabra sensor es el nombre popular con el que se conocen los “transductores”. Se fabrican gran variedad de transductores, capaces de convertir cualquier parámetro físico, químico o biológico en una magnitud eléctrica. El fenómeno de la transducción puede darse de dos modos:

•Activo: cuando la magnitud física a detectar proporciona la energía necesaria para la generación de la señal eléctrica, como por ejemplo los sensores piezoeléctricos o magnéticos.

• Pasivo: cuando la magnitud a detectar se limita a modiicar algunos de los parámetros eléctricos característicos del elemento sensor, tales como resistencia, capacidad, reductancia, etc. Casi siempre es necesario algún tipo de acondicionamiento de la señal eléctrica, aunque no se precise alimentación. Determinados sensores suministran la señal de salida en modo digital, no obstante lo más habitual es encontrar que la magnitud eléctrica que proporciona sea de tipo analógica. Un ejemplo sencillo de sensor lo compone el aforador de combustible, el cual transforma el nivel del depósito en una señal eléctrica.

Clasiicación de los sensores

La respuesta que proporciona un sensor depende de la magnitud física que puede ser detectada y “traducida” en una variación eléctrica y del principio físico en que se base. Existen numerosos sensores que miden parámetros muy diversos.

Para su estudio atendiendo al principio de funcionamiento se

Cuadro sinóptico de la gestión electrónica del motorLos sensores proporcionan las señales para que la Unidad de Control pueda

accionar los actuadores.

3


Tema 1Los sensores: Introducción

han clasiicado en los siguientes tipos:

• Magnético.• Por efecto hall.• Por conductividad eléctrica.• Termoeléctricos.• Fotoeléctricos.• Piezoeléctricos.• Por ultrasonidos.• Por radiofrecuencia.• Interruptores y conmutadores.

Generalmente los sensores van asociados a alguna Unidad de Control Electrónico, donde se produce el acondicionamiento de la señal

La señal proporcionada por el sensor generalmente es acondicionada electrónicamente para que la Unidad de Control pueda entender e interpretar los datos.


4

Tema 2Proceso de reparación

‘En el proceso de reparación de las averías, existen tres apartados, el diagnóstico, la veriicación de componentes y la eliminación de la avería.”

PROCESO DE REPARACIÓN

Las gestiones electrónicas tienen la misión de gobernar sistemas mecánicos, hidráulicos, neumáticos, etc.. Esto ofrece múltiples ventajas mejorando el control y consiguiendo con ello elevar las prestaciones y el confort que ofrecen estos sistemas, gracias a poder disponer de un mayor número de parámetros y gran rapidez de actuación.Las gestiones electrónicas están compuestas por sensores, actuadores y una unidad de control encargada de evaluar las señales y controlar a los actuadores.Estos sistemas también están sujetos a posibles fallos de funcionamiento, debido al deterioro de alguno de sus componentes, fallos de conexión o problemas en la instalación eléctrica que dan lugar a averías. En general un proceso de reparación de una avería se divide en tres apartados básicos:

• Diagnóstico.• Veriicación de los componentes.• Eliminación de la avería.

Diagnóstico:

Esta es la primera operación a realizar al recibir el vehículo, en la cual se diagnóstica la avería del mismo. Existen averías repetitivas o visibles con una simple inspección, que permiten reali-zar un diagnóstico directo de la avería y poder así pasar a eliminar la misma.

Otro caso se plantea con averías más complejas que obligan a realizar un diagnóstico basándose en los síntomas que da el vehículo y en algunos casos con la ayuda que nos ofrecen los equipos Lectores de Averías (VAG 1551/1552, SAT 3100), en los sistemas que están dotados del sistema de autodiagnóstico. El diagnóstico en este caso es abierto, determinándose posibles fuentes de la avería que nos obligan a pasar a realizar veriicaciones en el sistema para la delimitación de la misma.

Veriicación:

El segundo apartado son las veriicaciones, mediante las cuales delimitaremos la fuente de la avería.Las veriicaciones nos permiten analizar el funcionamiento de los componentes, pudiendo determinar exactamente la avería del sistema.

Eliminación de la avería:

El proceso de reparación termina con la eliminación de la causa de la avería. Para ello se debe ajustar, arreglar o sustituir el componente afectado, en función de las posibilidades que

5


Tema 2Proceso de reparación

brinde la marca para cada una de las situaciones. En este cuaderno se estudian las técnicas de veriicación de componentes de las gestiones electrónicas que corresponde al segundo apartado del proceso de reparación de una avería

El proceso de reparación de averías se divide en diagnóstico, veriicación y eliminación de la avería.

El osciloscopio es una herramienta de gran utilidad para la veriicación de las señales y funcionamiento de ciertos

componentes

Para la realización de las diferentes comprobaciones existen equipos especialmente diseñados para ello, los cuales nos permiten ahorrar trabajo y

tiempo.


6

Tema 3Sensores por Magnetismo

“Los sensores magnéticos se basan en el fenómeno del magnetismo de un imáno una bobina. Su campo de aplicación se extiende desde la medición de revoluciones hasta

la detección del campo magnético terrestre en los sistemas de navegación por satélite.”

Fundamentos

El fenómeno electromagnético explica la relación que existe entre el magnetismo y la elec-tricidad.Cuando gira la rueda dentada se produce una distorsión del lujo magnético y se induce en la bobina una corriente alterna senoidal. Un cable arrollado a un soporte, formando una bobina de espiras, se comporta como un imán cuan-do circula corriente eléctrica por ella: alrededor de las espiras de la bobina se forma un campo magné-tico similar al creado por un imán. Este fenómeno es reversible, ya que si una bobina es sometida a la variación de un campo magnético, se produce en ella una corriente eléctrica por efecto de la inducción. La corriente así generada es de tipo alterna.

Aplicaciones

• Transmisor de régimenEntre la aplicaciones más comunes de los sensores magnéticos se encuentra el transmisor de régimen de revoluciones. La señal se obtiene por efecto de la inducción electromagnética y el elemento sensor lo compone una bobina arrollada a un núcleo imantado.La señal se obtiene gracias a la variación del campo magnético que produce una rueda dentada (de material ferromagnético) que al girar frente a la bobina imantada hace variar el lujo que la atraviesa, lo que induce en su interior una corriente alterna. Cuando gira la rueda dentada los dientes pasan cerca del imán y la “reluctancia”, es decir, el camino que sigue el lujo magnético entre la bobina y el imán varía y esta variación provoca la aparición de una tensión inducida en la bobina.La frecuencia de la corriente de salida de la bobina es proporcional a la velocidad de la rueda.

Transmisor de régimenCuando gira la rueda dentada se produce una distorsión del lujomagnético y se induce en la bobina una corriente alterna senoidal.

Simbolo del transmisor de régimen

7



• Interruptor de seguridad.El interruptor de seguridad, también denominado contacto “reed”, se utiliza como interruptor electromecánico en los sistemas Airbag.Se compone de una ampolla de cristal en cuyo interior se hallan dos contactos metálicos separados; al someter a la ampolla a un campo magnético, proporcionado por un cilindro imantado que se desplaza, los contactos cierran el circuito eléctrico. Un muelle mantiene el cilindro en una posición que impide el dispa-ro involuntario.

Otras aplicaciones

Los sensores de tipo magnético encuentran muchas aplicaciones dentro del automóvil, apareciendo cada día nuevas funciones, entre las que cabe destacar: •Transmisor de la posición de la corredera de regulación (TDi, SDi).• Transmisor de la carrera de aguja de inyector en los sistemas TDi.• Sensor de campo magnético (brújula) en sistemas de navegación por satélite (GPS). Los sensores basados en el tipo “reed” se utilizan también como:• Transmisor de nivel de líquido de frenos.

Funcionamiento del interruptor de seguridad tipo “reed” Cuando se desplaza el anillo imantado, se cierra el contacto eléctrico.

Simbolo del transmisor de nivel del líquido de frenos.


8


“Los sensores que trabajan por magnetismo, utilizan el principio de inducciónpara realizar la medición. Su comprobación se centra en la veriicación de la resistencia

de sus bobinados y la comprobación de la señal eléctrica de salida.”

Los sensores que trabajan bajo este principio se pueden clasiicar en dependencia de su veriicación, siendo diferentes si trabajan por inducción de un bobinado (transmisor de régimen, sensor de revoluciones del ABS, transmisor de la corredera de regulación TDi, etc.) o si trabajan por un contacto que cierra por la acción de un campo magnético (por ejemplo el transmisor de nivel de líquido de frenos).Para las comprobaciones tomaremos como ejemplo el transmisor de régimen y el transmisor de nivel de líquido de frenos.

Transmisor de régimen

Las comprobaciones a realizar sobre los transmisores que trabajan por inducción de una bobina son dos, la veriicación de la resistencia eléctrica del transmisor y de la señal de salida.

• Comprobación del componenteEn todos los casos los sensores por magnetismo están formados por un bobinado y un núcleo, que detectan la variación del lujo magnético.La veriicación del transmisor consiste en la comprobación mediante el multímetro de la resistencia del bobinado,

Los sensores que trabajan bajo el principio de magnetismo, generan señales con bajo valor de tensión, por lo que están protegidas en muchas casos por un apantallamiento externo.

9



desconectando el transmisor de la instalación y conectando el multímetro en los contactos de señal.Un valor fuera del margen estipulado por el Manual de Reparaciones nos indica que debemos sustituir el citado transmisor.

• Comprobación de la señalLa comprobación de la señal del transmisor se realiza conectando el multímetro como en la prueba anterior pero en medición de tensión alterna, apreciando al hacer girar el motor como en los cables de señal asciende el valor de tensión.

Transmisor de nivel de líquido de frenosLa única comprobación que se puede realizar a este transmisor es sobre el funcionamiento interno del componente.

• Comprobación del componente

El primer paso es conocer la situación de reposo y trabajo del citado transmisor, pudiendo establecer así cuando debe abrir y cerrar sus contactos. Para la veriicación se conecta el multímetro en medición de resistencia en los terminales del transmisor, comprobando la apertura y cierre de sus contactos y controlando el momento en que se realiza

EN PROFUNDIDAD

El osciloscopio permite la veriicación de la señal eléctrica emitida por los transmiso-res que trabajan por inducción con total precisión, como puede ser el transmisor de régimen de los motores TDi y SDi. La comprobación se realiza conectando el osciloscopio a los contactos de señal del trans-misor, con este conectado a la instalación. Al hacer girar el motor, podremos apreciar la señal que se genera al interferir la coro-na generatriz el campo magnético del imán del transmisor de régimen. En el osciloscopio se podrá ver la señal emitida por el transmisor, y cualquier posi-ble variación de la misma.


10

Tema 4Sensores por Efecto Hall

“Gracias a las características eléctricas de los sensores hall, su campo de aplicaciónse extiende desde los clásicos detectores de posición y velocidad del motor, hasta

otras aplicaciones más soisticadas y menos conocidas como el transmisor de aceleraciónen sistemas electrónicos de estabilidad programada (ESP).”

Fundamentos

Los sensores hall se basan en el denominado efecto hall que se produce cuando un cierto tipo de semiconductor al ser recorrido por una corriente y sometido a un campo magnético, genera en sus extremos una diferencia de tensión. La ilustración representa el funcio-namiento de un sensor de efecto hall. Una pequeña pastilla contiene el material semiconductor. Cuando es sometido a la acción de un campo magnético, las líneas de fuerza producen un desplazamiento interno de cargas eléctricas, lo que origina que aparezca una diferencia de cargas, y por lo tanto de tensión, entre los extremos del elemento sensor, con un valor proporcional a la intensidad del lujo magnético. La pastilla hall va montada sobre un circuito integrado que se encarga de conformar la señal. Las cualidades del sensor hall posibilitan que pueda utilizarse para un gran número de aplicaciones donde se requiere una respuesta rápida y perfectamente cuadrada. Pero también se aprovecha el principio de funcionamiento para medir la intensidad de un campo magnético, siendo éste el principio en que se basan el transmisor de aceleración transversal y también las pinzas amperimétricas, que miden la corriente que circula por un cable a partir del campo magnético detectado alrededor del cable.

Funcionamiento interno de sensor hallEl campo magnético modiica el lujo de electrones y hace aparecer una diferencia de tensión en extremos de la pastilla hall.

El símbolo del sensor hall es genérico para todos los dispositivos de su naturaleza.

Símbolo del SENSOR HALL

11



Aplicaciones

•Transmisor hallEl transmisor hall se utiliza como detector de revoluciones y de posición angular del cigüeñal.En determinados sistemas el transmisor va alojado en el distribuidor. Un rotor dotado con ventanas gira interrumpiendo el campo magnético que incide sobre él, lo cual produce impulsos eléctricos que serán utilizados por los sistemas de gestión electrónica del motor.

Otras aplicaciones

Los sensores de efecto hall resultan muy apropiados para otras muchas aplicaciones, entre las que se encuentran:•Transmisor de aceleración transversal en el sistema electrónico de estabilidad programada (ESP).• Detección del nivel del vehículo para proceder a la nivelación de altura.• Regulación de la posición de los faros de tipo Xenón.• Sensor de revoluciones para el cuentakilómetros. • Transmisor de posición del actuador de mariposa (Mono-motronic).• Transmisor goniómetro para medir el ángulo de giro de la dirección en sistemas ESP.

Funcionamiento interno del transmisor de aceleración transversalEl movimiento de la masa sísmica debido a la fuerza transversal del vehículo, produce sobre la pastilla hall una tensión eléctrica que es proporcional al grado de aceleración del vehículo.

EN PROFUNDIDAD

El corazón de un emisor hall lo constituye un pequeño circuito integrado que contiene, además de la célula o pastilla sensible al campo magnético, la electrónica asociada para proporcionar una señal cuadrada. La célula hall, cuando detecta el campo magnético, genera una pequeña tensión que alimenta la base de un transistor, de modo que el transistor montado con el emi-sor a masa conduce y pone el colector a masa. Por esta razón al comprobar la señal de mando de un transmisor hall, cuando la célula está sometida al campo magnético, la onda cuadrada se encuentra a nivel bajo (transistor conduciendo a masa).


12


Veriicación“El efecto Hall permite la utilización de este sensor para la detección de giro

y de posición de un elemento. La comprobación se realiza veriicando su correctaalimentación y la señal de salida.”

Los sensores que trabajan bajo el efecto Hall, se pueden dividir en dependencia de si envían una señal cuadrada (Transmisor Hall, transmisor de velocidad, etc.) o por el contrario envían un señal continua que varia entre unos márgenes de tensión (Transmisor de nivel de la suspensión, Regulación de luces). La veriicación de los dos componentes son idénticas, variando únicamente la veriicación de las señales de salida. La explicación de las veriicaciones se realizará en común, matizando la diferencia en la comprobación de la señal de salida.

Transmisor Hall y transmisor de nivelLas comprobaciones a realizar sobre estos componentes son de alimentación, del componente y de la señal de salida.

• Comprobación de la alimentación

Los transmisores Hall necesitan alimentación eléctrica para trabajar. La comprobación de la alimentación se realiza con el multímetro en medición de tensión. El valor de tensión depende del componente a comprobar siendo comúnmente de 5 voltios o próximo a la tensión de batería.

• Comprobación del componente

Estos transmisores integran en su interior un circuito electrónico encargado de modular la señal de salida. La única comprobación a realizar es el aislamiento entre los contactos del transmisor.La comprobación se debe realizar con el multímetro en medición de resistencia y con el conector de la instalación eléctrica desconectado.

La comprobación por tensión del transmisor Hall nos permite veriicar la

alimentación al citado transmisor

El símbolo del transmisor Hall del distribuidor es un circuito transistorizado debido a que en su interior se encuentra el Hall y un circuito para la transformación de la señal.

13



EN PROFUNDIDAD

La veriicación de la señal del transmisor Hall en muchos casos es diicultosa por la frecuencia de la misma, apreciándose mínimamente el parpadeo de la lámpara de diodos.En la veriicación del transmisor de régimen con el osciloscopio, podemos reconocer en la señal de salida los dientes de la corona y el hueco que esta realizado en la misma.Para realizar esta prueba conectar el osciloscopio al cable de señal (0) del transmisor y poner el motor en marcha.

• Comprobación de la señal

La comprobación de la señal en el transmisor Hall, se debe realizar con una lámpara de diodos, conectándola entre el

cable de señal y masa. Al accionar el motor de arranque debe empezar a parpadear los diodos de la lámpara. La comprobación de la señal del transmisor de nivel se realiza con el multímetro en medición de tensión, conectándolo en

el cable de señal y respecto a masa. El valor medido debe variar entre 0 y 5 voltios según varíe la altura de suspensión del vehículo

Comprobación de la alimentación y de la señal de salida del transmisor de nivel.


14

Tema 5Sensores por Conductividad Eléctrica

“Los sensores por conductividad eléctrica agrupan a los que modiicansu resistencia eléctrica o su conductividad; tal es el caso de los potenciómetros que

varían su resistencia o la sonda lambda que modiica su conductividad eléctrica.”

Fundamentos

La conductividad deine la facilidad con que circula la corriente por una sustancia cuando se halla sometida a determinadas condicio-nes físicas.La conductividad de un material puede originarse por un cambio en su estructura atómica, en la cual se permite que los eletrones puedan circular libremente o bien facilitar el paso de iones de otras sustacias (los iones son átomos cargados eléctricamente). La conductividad depende del número de electrones libres, y en los metales es función inversa de la temperatura. A temperaturas próximas al cero absoluto la conductividad alcanza valores casi ininitos (resistencia nula) para algunos metales, fenómeno que se conoce con el nombre de superconductividad.

Aplicaciones

•Sonda lambdaLa sonda lambda (también denominada sonda de oxígeno) mide la proporción de oxígeno en el tubo de escape. La sonda está compuesta por un cuerpo cerámico recubierto de un electrodo permeable a los gases (platino). La parte exterior de la sonda se halla en contacto con el lujo de gases de escape, mientras que la parte interior está en contacto con el

La sonda lambda mide la proporción de oxígeno de los gases de escape.

Símbolo de la SONDA LAMNBDA

SONDA LAMBDA

15



aire ambiente.A partir de una elevada temperatura (300 °C) la cerámica se vuelve conductora para los iones de oxígeno. Si la proporción de oxígeno es diferente en ambos lados de la sonda, exterior e interior (por ejemplo con mezcla pobre hay mucha cantidad de oxígeno), se produce una tensión eléctrica del orden de 100 mV, por el contrario si la diferencia de oxígeno es grande (con mezcla rica hay escasez de oxígeno) la tensión generada por la cerámica es de 900 mV. Gracias a la señal proporcionada por la sonda lambda la Unidad de Control corrige el tiempo de inyección para mantener la composición de la mezcla en valores cercanos a lambda = 1.

• Potenciómetro de la mariposaEl potenciómetro es un tipo de sensor que varía su conductivi-dad (variación de la resistencia) por accionamiento mecánico. El potenciómetro de la mariposa (G69) está en el cuerpo de la unidad central de inyección. Posee una pista por la que se desliza el cursor y proporciona una señal lineal en función de la posición de la mariposa; de este modo la Unidad de Control reconoce cuál es la posición de la mariposa en cada momento así como la velocidad en que varía la posición.

Otras aplicaciones

Hay también algunas otras aplicaciones que se basan en la variación de la conductividad eléctrica, como por ejemplo las siguientes: •Transmisor de nivel del líquido refrigerante.• Transmisor de nivel del limpiaparabrisas.• Potenciómetro del aceleradorTDi.• Aforador de combustible.

POTENCIOMETRO

SIMBOLO DEL POTENCIOMETRO


16


Veriicación“La comprobación de los sensores por conductividad eléctrica varía en dependencia de la

medición que realizan: gases, nivel de líquido, posición de un eje, etc...”

Existen diferentes tipos de sensores que trabajan bajo el principio de conductividad eléctrica. Podemos distinguir tres diferentes utilizaciones en las gestiones electrónicas:• La sonda lambda.• Transmisores de nivel.• Potenciómetros.

Sonda lambda

La sonda lambda trabaja al alcanzar una temperatura de 300°C. Este detalle se debe tener muy en cuenta al realizarse comprobaciones, ya que la sonda lambda debe haber alcanzado esta temperatura o la señal que emitirá no será correcta.Las comprobaciones a realizar sobre la sonda lambda son dos, la veriicación del componente y de su señal de salida.

•Comprobación del componente

La comprobación de la sonda lambda se realizará en frío, veriicando mediante el multímetro en medición de resistencia el aislamiento entre el contacto de masa y el de señal, con el conector de la instalación eléctrica desconectado.Nota : Es importante la veriicación del funcionamiento de la calefacción de la sonda en aquellas que lo incorporen.

La comprobación por tensión permite evaluar el funcionamiento de la sonda, debiendo valorar en función de la riqueza de los gases de escape si el resultado ofrecidoes correcto

La sonda lambda utiliza una resistencia eléctrica para conseguir su calentamiento rápido, siendo esto una ventaja ya que este componente no trabaja hasta haber alcanzado una cierta temperatura.

17



•Comprobación de la señal

La comprobación de la señal emiti-da por la sonda lambda se debe realizar con el motor a temperatura de servicio.

Para la veriicación de la señal hay que conectar el multímetro en medición de tensión en el contacto de señal y respecto a masa con la sonda conectada. El valor obtenido deberemos contrastarlo con los datos del analizador de gases, debiendo ser un valor próximo a los 900 mv. si la mezcla es rica, a los 100 mv. si es pobre, y oscilando alrede-dor de los 450 mv. con la mezcla de lambda=1

Transmisor de nivel de líquido refrigerante

Los transmisores de nivel de líquido se utilizan en el circuito de refrigeración y en el depósito de líquido lavaparabrisas. El principio de funcionamiento es la conducción de corriente que ofrece el líquido entre dos electrodos sumergidos en el mismo.

• Comprobación del componente La comprobación del transmisor se realiza conectando el multímetro en medición de tensión entre el contacto de señal y el positivo de la batería.El resultado debe ser próximo a los 12 voltios, con el nivel correcto de refrigerante veriicando así el correcto estado del transmisor.

EN PROFUNDIDAD

La gestión electrónica del cuadro de instrumentos reconoce el estado del nivel de liquido refrigerante enviando una señal eléctrica hacia el transmisor.Cuando el nivel de liquido es bajo, existe un valor de resistencia ininito entre los electrodos, por lo que no se produce caída de tensión en la señal enviada por la unidad de control, conociendo así la unidad la carencia de líquido. Cuando el nivel de líquido esta dentro de los márgenes la señal enviada por el cuadro de instrumentos sufre una gran caída de tensión, debido al bajo valor de resistencia entre los electrodos sumergidos en el líquido. Para evitar la corrosión prematura por electrólisis, la unidad no envía una señal de tensión continuada, sino un pico de tensión cada cierto tiempo.


18


Potenciómetro de mariposa

El potenciómetro de mariposa consta de una pista resistiva y un cursor de medición, trabajando como un divisor de tensión. El cursor esta unido directamente al eje de la mariposa de gases, variando su posición en función de la apertura de la mariposa.La pista resistiva recibe tensión de alimentación, siendo positivo en un lado de la pista y negativo en el contrario.El cursor da la señal de salida hacia la unidad de control, variando esta en función de la posición del cursor en la pista resistiva. Las veriicaciones a realizar sobre el potenciómetro de mariposa son tres, la comprobación de la tensión de alimentación, del componente y de la señal de salida.

• Comprobación de la alimentación La comprobación de la alimentación al potenciómetro se realiza con el multímetro en medición de tensión, conectándolo en los terminales del conector de la instalación que van a la pista resistiva. El valor de tensión debe ser normalmente de 5 voltios, procedentes de la unidad de control, evidenciando un problema de la unidad o de la instalación en caso de ser incorrecto este valor.

Existen potenciómetros de diferentes características dependiendo de la precisión y sensibilidad de la medición a realizar.

La comprobación de la alimentación de tensión del potenciómetro, se debe realizar con el encendido conectado.

19



• Comprobación del componenteLa veriicación del potenciómetro se compone de dos pruebas. Primero se comprueba la pista resistiva con el multímetro en medición de resistencia, conectándolo en los contactos que van a la pista, con el conector de la instalación desconectado. El valor obtenido será ijo independientemente de la posición del cursor, debiendo compararlo con el ofrecido por el Manual de Reparaciones.En la segunda comprobación se conecta uno de los cables del multímetro al contacto del cursor, permaneciendo el segundo cable en la misma posición que en la primera prueba. El valor obtenido debe oscilar progresivamente con el movimiento del cursor, comprobando que este dentro de los valores indicados en el Manual de Reparaciones.

• Comprobación de la señalLa señal que envía el potenciómetro generalmente esta comprendida entre 0 y 5 voltios en dependencia de la posición de la mariposa. La comprobación de la señal se realiza conectando el multímetro al contacto del cursor y respecto a masa en medición de tensión. Al mover la mariposa el valor de tensión debe oscilar de forma progresiva entre los valores comentados.

La comprobación se puede realizar con el potenciómetro desconectado, veriicando su resistencia interna, y conectándolo veriicando la tensión de salida del potenciómetro hacia la unidad de control.


20

Tema 6Sensores Termoeléctricos

“Los sensores termoeléctricos proporcionan una variación eléctrica cuandoexiste una alteración en la temperatura.

Constituyen el principio de funcionamiento del transmisor de temperatura,pero también del medidor de masa de aire.”

Fundamentos

Los metales, así como algunos otros compuestos, presentan una clara sensibilidad a los cambios de temperatura.El aumento de temperatura dilata los cuerpos y, en el caso de los metales, modiica su resistencia eléctrica. Esta característica es el fundamento de las termorresistencias: sensores cuya variación de resistencia guarda proporción con la temperatura a la que están sometidas.Algunos compuestos se fabrican especialmente para conseguir un coeiciente de temperatura negativo o positivo, dando origen a las resistencias tipo PTC o NTC.Un caso particular de termorresistencia, muy precisa y de respuesta lineal, es la que utiliza como elemento sensor el platino puro que posee una resistencia de 100 Ω a 0 °C.

Aplicaciones:

•Transmisor de temperatura del líquido refrigeranteSe construye en un cuerpo hueco, en cuyo interior se halla colocada la resistencia tipo NTC; cuando aumenta la temperatura a la que es sometida, su resistencia experimenta una disminución en su valor y esta alteración convertida en una variación de tensión es lo que

TRANSMISOR DE TEMPERATURA DE LIQUIDO REFRIGERANTE

Simbolo del TRANSMISOR DE Tª

21



se transmite al elemento asociado para que pueda conocerse la temperatura

• Medidor de masa de aire

El medidor de masa de aire se utiliza en los sistemas de gestión electrónica del motor. Se intercala en el conducto de aspiración para medir el caudal másico de aire que entra al motor y poder así determinar los parámetros de funcionamiento que correspondan. El sensor lo compone un hilo de platino (resistencia tipo PTC) o película caliente que modiica su resistencia al paso del aire. Un circuito electrónico regula la corriente del elemento sensor provocando una sobretemperatura superior a los 100 °C con respecto a la temperatura ambiente; la corriente necesaria para mantenerlo caliente es proporcional al enfriamiento que experimenta el ilamento por el lujo de aire de entrada al motor. La corriente que atraviesa el elemento sensor es proporcional a la masa de aire aspirada por el motor y constituye la magnitud que llevada a la Unidad de Control, servirá para determinar los valores de masa de aire aspirado por el motor.Una resistencia NTC, colocada antes del elemento sensor, sirve para registrar la temperatura del aire aspirado y establecer así la regulación de la corriente del ilamento según la temperatura ambiente, de modo que la medida de masa de aire aspirado se inicie siempre tomando como referencia la temperatura ambiente.

MEDIDOR DE LA MASA DE AIRE

Otras aplicacionesOtros sensores de temperatura también utilizados en el automóvil y que cabe resaltar son:•Transmisor de temperatura del aceite del motor.•Transmisor de temperatura del aire de admisión en sistemas de gestión del motor SPI.•Transmisor de temperatura exterior en sistemas de climatización.

Funcionamiento de un medidor de masa de aireEl sensor lo compone generalmente un hilo de platino caldeado que modiica su resistencia al enfriarse por el paso del aire, lo que se traduce en una variación de tensión

Símbolo del MEDIDOR DE MASA DE AIRE


22


Veriicación

‘Los sensores termoeléctricos son veriicables mediante una sencilla medición de resistencia y de su señal, a excepción de los medidores de masa de aire en que debemos

veriicar su alimentación y la señal de salida.”

Los sensores que trabajan bajo este principio son:• Transmisores de temperatura NTC y PTC.• Medidores de masa de aire. Como ejemplo para realizar las comprobaciones de los transmisores NTC y PTC utilizaremos el transmisor de temperatura de líquido refrigerante, siendo las mismas comprobaciones para todos los transmisores de temperatura.

Transmisor de temperatura del líquido refrigerante

Este transmisor esta realizado en base a una resistencia NTC. Las comprobaciones a realizar son del componente y de la señal.

• Comprobación del componenteLa comprobación del transmisor de temperatura se realiza con el multímetro en medición de resistencia, conectándolo a los contactos del transmisor y dejando la instalación desconectada. El valor obtenido estará en función de la temperatura del transmisor comparando el valor con el ofrecido por el Manual de Reparaciones.

• Comprobación de la señal La señal del transmisor de temperatura se veriica conectando el multímetro en medición de tensión entre los contactos del transmisor y con este conectado a la instalación eléctrica. El multímetro nos debe ofrecer generalmente un valor de tensión inferior a 5 voltios, debiendo veriicar este valor con el ofrecido por el Manual de Reparaciones. En caso de que el valor obtenido sea incorrecto, siendo bueno el resultado de la anterior prueba, será muestra de un problema en la instalación o en la unidad de control.

Las comprobaciones a realizar sobre el transmisor de temperatura del líquido refrigerante son de su resistencia interna y de la señal hacia la unidad de control

El símbolo de un transmisor de temperatura es Idéntico al de una resistencia variable pero con el indicativo ∂.

23



Medidor de masa de aire

El medidor evalúa la masa de aire que circula en dirección al motor. Existen diferentes tipos de medidores de masa de aire, pero para las comprobaciones nos centraremos en el montado en los motores con gestión SIMOS, que incor-pora tres contactos. Las veriicaciones a efectuar son la comprobación de la alimentación y de la señal.

•Comprobación de la alimentaciónEl medidor de masa de aire necesita de alimentación eléctrica, disponiendo en dos de sus contactos de masa y tensión de batería.La comprobación de la alimentación se realiza conectando el multímetro en medición de tensión entre los citados contactos.

•Comprobación de la señalLa señal de salida hacia la unidad de control se veriica con el multímetro en medición de tensión, midiendo entre el contacto de señal y respecto a masa. La comprobación se debe realizar con el motor en marcha, observando como a ralentí el valor de tensión se aproxima a 0 voltios, aumentando progresivamente al acelerar el motor hasta un valor máximo próximo a los 5 voltios.

El valor obtenido en la comprobación de la señal eléctrica del medidor de masa de aire debe modiicarse en función de la cantidad de aire aspirada por el motor.


24

Tema 7Sensores Fotoeléctricos

“Los sensores fotoeléctricos se utilizan en aplicaciones donde se aprovecha la energía solar o bien se pretende transmitir información a través de infrarrojos.”

Fundamentos

Los sensores fotoeléctricos abarcan a varios tipos de elementos que son sensibles a diferentes formas de radiación luminosa: visible, infrarroja, ultravioleta, etc. Hay sensores que transforman la energía luminosa que reciben en energía eléctrica, como las células solares, cuyo funcionamiento se basa en el hecho de que cuando incide luz sobre un material semiconductor, algunos electrones reciben la energía suiciente para escapar de la órbita que ocupaban en el átomo, transformándose en electrones libres capaces de crear una corriente eléctrica. Hay otros sensores que reaccionan de modo diferente a la exposición luminosa, ya que se produce una disminución de su resistencia eléctrica, como es el caso de las fotorresistencias.Otro elemento sensible a la luz solar lo constituye el fotodiodo; se trata de un semiconductor que en ausencia de luz deja pasar una reducida corriente. A medida que aumenta la radiación solar, crece el lujo de corriente y cuanto más intensa es la radiación mayor el lujo de corriente. Hay fotodiodos sensibles a otro espectro de la luz como son los infrarrojos o ultravioleta.

Aplicaciones

• Células solaresLas células solares se emplean como generadores de corriente en los sistemas de climatización que disponen techo corredizo con colector solar.

FOTOSENSOR PARA RADIACIÓN SOLAR

Símbolo del FOTOSENSOR

Funcionamiento de la célula fotoeléctricaLos rayos luminosos desprenden electrones y

se produce una corriente eléctrica.

25



Se montan varias células formando una placa en el techo corredizo, y sirven para aprovechar la radiación solar que incide sobre el vehículo y transformarla en energía eléctrica. Con la energía así obtenida se acciona una turbina que renueva el aire en el interior del habitáculo, rebajando de este modo la temperatura varios grados.Una Unidad de Control se encarga de accionar y regular el funcionamiento del sistema.

•Sensor de infrarrojos (IR)El sensor de infrarrojos es utilizado en determinados sistemas de cierre centralizado con mando a distancia.El elemento sensor lo forma un grupo de fotodiodos sensible al espectro de la radiación infrarroja. Durante su funcionamiento el sensor captará la señal luminosa (invisible para el ojo humano) emitida por el emisor que contiene el código de activación desactivación del cierre.

Aplicación de un fotodiodo para medir la radiación solar en un

sistema de climatización.

En el interior del sensor de infrarrojos (IR) se encuentran dispuestos varios diodos sensibles al espectro de luz infrarroja.

Otras aplicaciones

También se utiliza el fotodiodo como fotosensor destinado a medir la radiación solar.En sistemas de climatización, el fotodiodo va montado en el salpicadero, la intensidad de corriente que luye por él dependerá del nivel de luminosidad que recibe, de modo que la Unidad de Control puede regular así el funcionamiento del aire acondicionado.


26


Veriicación

“El principio de la fotoelectricidad permite modiicar la resistencia o la generación de tensión en función de la luz que incide sobre un elemento.

Esta característica se utiliza en diferentes componentes, diferenciándose su comprobación según se utilicen como resistencias variables o generadores.”

Bajo este principio de funcionamiento existen diferentes sensores utilizados en los equipos de climatización y luces de localización (fotosensor para radiación solar, fotodiodo para regulación de luces, etc.), en el mando a distancia (sensores infrarrojos) y como generadores (placas solares). Como componentes ejemplo para las comprobaciones utilizaremos el fotosensor para radiación solar, las placas solares y los sensores de infrarrojos.

Fotosensor de radiación solarEste fotosensor envía una señal indicando a la unidad del climatronic la incidencia de rayos solares sobre el vehículo. En la comprobación de este componente debemos veriicar la alimentación y la señal de salida.

• Comprobaciónde la alimentaciónEl fotodiodo integra en su interior un circuito electrónico para la modulación de la señal, el cual necesita de alimentación de 5 voltios para trabajar. Es posible comprobar esta alimentación con el multímetro en medición de tensión y conectándolo a los contactos correspondientes del conector de la instalación eléctrica.

• Comprobación de la señal El fotodiodo permite un reducido paso de corriente al no estar sometido a los rayos solares, aumentando progresivamente con el incremento de la incidencia de los mismos sobre el fotodiodo.Las señal de salida es veriicable con el multímetro en medición de tensión, conectando el mismo al cable de señal y respecto a masa.El valor de tensión debe variar al incidir más o menos rayos solares sobre el fotosensor.

La comprobación de la señal del fotosensor se debe realizar

con el mismo conectado a la instalación

27



Placas solaresLas placas solares se utilizan actualmente en el techo corredizo para la activación de la ventilación con el vehículo estacionado. La única comprobación a realizar es la señal de salida.

• Comprobación de la señalLa comprobación se realiza con una lámpara de incandescencia, conectándola a los contactos de salida de las placas solares. La lámpara deberá lucir al estar sometido el techo a la luz solar.

Sensores de infrarrojosLa aplicación de este sensor se realiza de dos formas diferenciadas, o bien, combinado con un circuito electrónico (espejo interior con receptor de mando a distancia) o meramente como un sensor de infrarrojos (sensores para mando a distancia en el Alhambra).En el primer caso el sensor gobierna el cierre centralizado y en el segundo el sensor únicamente recibe el código y lo envía en forma de señal eléctrica a la unidad del cierre.

• Comprobación de la alimentaciónLa comprobación de la señal eléctrica se realiza mediante el multímetro en medición de tensión conectándolo en los contactos correspondientes. La tensión de alimentación es de 12 voltios aproximadamente.

• Comprobación de la señalLa comprobación de la señal de salida solo es posible realizarla en el que incorpora el circuito electrónico. La veriicación se realiza al accionar el mando a distancia de la llave en acción de apertura y de cierre, comprobando con el multímetro en medición de tensión que el receptor envía un positivo por un cable u otro para comandar el cierre.

EN PROFUNDIDAD

Los sensores para el mando a distancia del Alhambra recibe la emisión de rayos infrarrojos y la transforman en una señal eléctrica en dirección a la unidad del cierre centralizado.Esta señal eléctrica no se puede comprobar mediante el multímetro, siendo necesaria la utilización de un osciloscopio para veriicarla.La veriicación se realiza conectando el osciloscopio en el contacto de salida del sensor hacia la unidad de control, accionando en ese momento la llave con emisor de infrarrojos.En el osciloscopio debemos ver una variación en la señal de salida hacia la unidad de control.

Este sensor esta compuesto de tres fotodiodos.


28

Tema 8Sensores Piezoeléctricos

“Los dispositivos piezoeléctricos producen una variaciónde su resistencia eléctrica o generan

una tensión como respuesta a las fuerzas mecánicas a las quees sometido en forma de presión.”

Fundamentos

El efecto piezoeléctrico consiste en la aparición de una polarización eléctrica en un material al deformarse bajo la acción de una fuerza. Según el material empleado, el fenómeno puede generar una pequeña tensión o variar su resistencia eléctrica.Determinados cristales naturales (cuarzo) o sintéticos tienen una disposición atómica tal que cuando son sometidos a una fuerza de compresión, su estructura se deforma de tal modo que las cargas eléctricas (electrones y protones) se desplazan en sentido opuesto, perdiendo su equilibrio natural, lo que hace surgir una diferencia de tensión entre una cara y otra. El sensor piezoeléctrico así obtenido es de tipo activo y permite el desarrollo de dispositivos capacesde medir fuerzas de compresión, vibración y aceleración. Otro tipo de sensor, éste de tipo pasivo, es el piezorresistivo, el cual se basa en la variación de la resistencia de un compuesto de silicio (material semiconductor) dispuesto sobre una supericie de óxido, formando una película. Cuando el sensor es sometido a una deformación de su geometría, sus átomos también varían su disposición modiicando el camino de los electrones libres, lo que modiica su resistencia eléctrica. Se utiliza como elemento sensor de presión y el método de medida lo constituye una delgada capa de silicio (resistencia) impresa sobre un diafragma, la cual es sensible a la deformación que experimenta el diafragma cuando es sometido a una presión.

TRANSMISOR DE PRESIÓN

SímboloTRANSMISOR DE PRESIÓN

Estructura interna de un cristal piezoeléctrico

Al deformarse el cristal, las cargas eléctricas se desplazan y aparece una

tensión eléctrica entre sus extremos.

29



Aplicaciones

•Transmisor de presión del colector El transmisor de presión es detipo pasivo, convierte la variación de presión en el colector en una variación de tensión, gracias a un divisor de tensión formado por resistencias. Se compone de un recinto donde hay dispuesto un diafragma sensible a la presión absoluta del colector; sobre el diafragma se hallan las resistencias de material piezorresistivo, formando parte de un circuito de medida. Cuando el diafragma se deforma por acción de la presión en el colector, el transmisor proporciona una valor de tensión en proporción directa con el grado de presión (la carga del motor) que hay en ese momento.Con esta información, la Unidad de Control Electrónico podrá determinar los parámetros de funcionamiento del motor.

Otras aplicaciones

Hay muchos otros sensores basados en los fenómenos piezoeléctricos, como por ejemplo los siguientes de tipo activo:•Sensor de picado, utilizado en los sistemas de encendido electrónico con avance programado.•Transmisor de revoluciones y decarga para motores diesel.•Sensor de la magnitud de viraje en el sistema electrónico de estabilidad programada (EPS). •Sensor de aceleración Airbag para medir la aceleración y deceleración del vehículo. En cuanto a los de tipo pasivo, pueden citarse:•Sensor altimétrico que mide la presión atmosférica, destinado en sistemas de gestión del motor. •Transmisor de presión de frenada.

Símbolo delSENSOR DE PICADO

Funcionamiento del transmisor de presión del colectorLa presión altera la forma del material piezorresistivo modiicando su resistencia eléctrica.


30


Veriicación“Los elementos piezoeléctricos son aquellos que generan tensión o modiican su resistencia

en función de la deformación sufrida.La comprobación de estos componentes varía enfundan de su funcionamiento

y de la electrónica de control que llevan incorporada.”

Los sensores piezoeléctricos pueden ser de dos tipos, activos (que generan señal) y pasivos o también conocidos como piezorresistivos (modiican su resistencia interna). Entre los sensores activos están el de picado, el de aceleración del Airbag, el de magnitud de viraje en el ESP o el transmisor de revoluciones y carga del motor diesel. Entre los sensores pasivos están el transmisor de presión del colector de admisión, el de presión de frenado y el transmisor altimétrico. Para realizar las explicaciones se tomará como ejemplo el sensor de picado y el transmisor de presión del colector de admisión.

Transmisor de presión del colector de admisión

El transmisor integra en su interior un circuito electrónico que le permite generar una señal eléctrica en función de la deformación sufrida por los elementos piezoresistivos debido a la acción de la presión del colector de admisión. Al realizar las comprobaciones se ha de tener en cuenta que en este componente está integrado el transmisor para la temperatura del aire de admisión.Las comprobaciones a realizar son sobre la alimentación y la comprobación de la señal de salida.

La comprobación de la señal eléctrica sedebe realizar con el motor en marcha,veriicando las variaciones de tensiónacaecidas al dar acelerones al motor

31



EN PROFUNDIDAD

La comprobación del sensor de picado es posible realizarla mediante el osciloscopio. Para ello se debe conectar el osciloscopio a los dos contactos de señal del sensor de picado y seleccionar una escala de medi-ción de 0,1 voltios.La medición se realizará con el motor en marcha veriicando las señales que envía el sensor debido a las vibraciones que se generan en el motor durante su funciona-miento.

•Comprobación de la alimentaciónEl transmisor necesita para trabajar alimentación de tensión de 5 voltios y una toma de masa. La comprobación se debe realizar con el multímetro en medición de tensión, conectando el mismo a los contactos correspondientes del conector de la instalación eléctrica. Si el valor obtenido es incorrecto nos indicará la existencia de un problema en la instalación eléctrica o en la unidad de control.

•Comprobación de la señalEl transmisor se comporta como un divisor de tensión, modulando los 5 voltios en función de la presión reinante en el colector de admisión.La veriicación se realiza con el multímetro en medición de tensión, en el contacto correspondiente a la señal de salida. Con el motor en marcha y variando la carga a que esta sometido el motor, el valor de tensión deberá oscilar aumentando y decreciendo en función de la presión del colector. La señal debe estar comprendida entre 0 y 5 voltios. En caso de ser incorrecto este valor se ha de comprobar el cable de señal, desde el transmisor hasta la unidad de control, sustituyendo el citado transmisor en caso de estar en perfecto estado.

Sensor de PicadoLa única comprobación que se puede realizar es sobre el aislamiento de los diferentes contactos del sensor.El osciloscopio permite veriicar la señal emitida por este sensor, tratando esta comprobación en el apartado de profundidad.

• Comprobación del componente El sensor de picado consta de dos o tres contactos, al comprobar la resistencia eléctrica entre ellos estos deben estar totalmente aislados unos de otros. La comprobación se realiza con el conector de la instalación eléctrica desconectado.


32

Tema 9Sensores: Interruptores / Conmutadores

“Hay una amplia gama de sensores cuyo funcionamiento se limita únicamente ainterrumpir un circuito eléctrico o conmutar a otro cuando es activado,

bien mecánicamente o por la acción de otro fenómeno isico(presión de aceite, temperatura, rotura de cristales, etc.).”

Fundamentos

Existe un buen número de sensores cuya señal es proporcionada por accionamiento de origen mecánico, térmico o de cualquier otra naturaleza física; y generalmente su acción se limita a cerrar o abrir un circuito eléctrico, siendo este procedimiento la consigna de mando. Aunque son muchos los sensores de este tipo, se cita a continuación alguna muestra de ellos.

Aplicaciones

• Interruptor de presión de aceiteTambién llamado manocontacto, se compone de un interruptor de presión en comunicación con el circuito de engrase, que se halla tarado a una determinada fuerza. El interruptor es accionado por la presión del aceite en el cárter, abriendo o cerrando el circuito cuando se alcanza una presión determinada de tarado, lo que provoca el apagado de la lámpara testigo en el cuadro de instrumentos.

• Conmutador térmico del ventiladorEl conmutador térmico del ventilador pone en marcha el ventilador del radiador del líquido refrigerante del motor, a dos velocidades, gracias al sistema de conmutación que activa dos contactos a diferente temperatura.

El elemento sensor es una cápsula de cera que se dilata por efecto térmico y en cuyo desplazamiento empuja dos contactos tarados a diferente fuerza. En consecuencia cada contacto cierra el circuito a una fuerza de empuje que corresponde a una temperatura especíica.

CONMUTADOR TÉRMICO DEL VENTILADOR

Símbolo del CONMUTADOR TÉRMICO

DEL VENTILADOR

Funcionamiento del sensor de presión de aceite.

33



• Sensor de impactoEste sensor se utiliza para detectar posibles impactos. El conjunto sensor lo componen cuatro placas, dos bolas metáli-cas y dos separadores de goma. Las placas centrales están imantadas y forman parte de los contactos de un interruptor. La señal se produce de este modo: las bolas se hallan sometidas a la acción del campo magnético de un imán y se encuentran pegadas a las placas; al producirse un choque las fuerzas de inercia de las bolas vencen el campo magnético y se desprenden de su alojamiento estableciendo contacto entre las placas, lo que cierra el circuito eléctrico

• Sensor de rotura de cristalesSe trata de un pequeño ilamento que forma parte de un circuito eléctrico y que se halla insertado en los cristales. En caso de rotura, se interrumpe el circuito, lo que hace que se active la alarma antirrobo.

Otras aplicaciones

Hay muchas aplicaciones que funcionan en base a un accionamiento mecánico, por citar algunos otros ejemplos:•Conmutador de cerradura de puerta en sistemas de cierre centralizado. •Interruptor de puertas para el encendido de luces. •Conmutador de elevalunas. •Conmutador multifunción en cambio automático. •Interruptor de luz de freno.

SENSOR de ROTURA DE CRISTALES

Sensor de impactoAl producirse un impacto, la bola se desprende y produce el contacto eléctrico


34


Veriicación“Este tipo de sensores se utilizan para la detección de posición de algún

componente mecánico o condición física. Su comprobación radica en veriicarsu correcto funcionamiento y ajuste mediante la medición de resistencia.”

Los interruptores/conmutadores son utilizados para la detección de posición o conmutación de algún componente mecánico o alguna condición física (temperatura, presión, etc.):

• Interruptor de ralentí.• Conmutadores manométricos (Aire acondicionado, circuito de lubricación).•Conmutador térmico (electro-ventilador del radiador).• Interruptor para fractura de cristales.• Interruptores mecánicos (marcha atrás, contacto de puerta, etc.)

La comprobación de los interruptores y conmutadores son idénticas, con la única diferencia de que el interruptor solo puede abrir o cerrar un circuito y el conmutador dispone de varias posiciones con las combinaciones que ello ofrece.Como ejemplo para la realización de las comprobaciones incluiremos el interruptor de ralentí y el sensor para fractura de cristales.

Interruptor de ralentí

Este componente es de fácil comprobación, debido a tener solo dos posiciones de trabajo, abierto o cerrado.

Para realizar la comprobación y ajuste de los interruptores y conmutadores, se debe analizar con anterioridad su posición de reposo y trabajo.

35



Es de vital importancia en este tipo de componentes veriicar la exactitud del momento de cierre y apertura pudiendo provocar un mal ajuste fallos en el sistema. La comprobación a realizar es sobre el propio componente y su señal.

• Comprobación del componente El interruptor se veriica mediante el multímetro en medición de resistencia, conectando el mismo a los contactos del interruptor, con este desconectado de la instalación. El interruptor debe abrir y cerrar sus contactos al accionar la mariposa de gases cambiando de la posición de reposo a la de apertura.

• Comprobación de la señal Esta veriicación se realiza con el multímetro en medición de tensión conectando las puntas de medición, al positivo de batería y al contacto de salida del interruptor hacia la unidad.El multímetro, con el interruptor en reposo, nos indicará aproximadamente 12 voltios y al abrir la mariposa debe irse a 0 voltios. Si el resultado obtenido en la prueba del componente fué satisfactorio y el valor obtenido en esta prueba es siempre de 12 voltios nos indica un problema en la instalación o en la unidad de control.Si el valor obtenido es siempre 0 voltios nos indica una falta de masa al interruptor de ralentí.

Sensor de fractura de cristales

Los sensores de fractura de cristales son los únicos que se diferencian en su comprobación.Estos sistemas utilizan la base de la resistencia del circuito de la luneta térmica o en los cristales laterales un circuito impreso serigraiado en los propios cristales.

• Comprobación del componente En esta comprobación se veriica la continuidad del hilo integrado en el cristal, para ello se debe desconectar uno de los terminales de la luneta y con el multímetro en medición de resistencia, medir entre los dos contactos de la misma. El valor medido debe ser comparado con el del Manual de Reparaciones, estableciendo así el correcto estado de la resistencia.

La comprobación de la resistencia eléctrica del sensor de fractura de cristales nos conirma la continuidad del hilo integrado en el cristal.


36

Tema 10Sensores por Ultrasonidos y Radiofrecuencia

‘Los ultrasonidos y la radiofrecuencia son procedimientos muy eicaces para el control a distancia y la exploración de volúmenes.”

Fundamentos sobre ultrasonidos

Los ultrasonidos se deinen como los sonidos cuya frecuencia de vibración es superior al límite perceptible por el oído humano. Se propagan por el aire y su frecuencia puede modifcarse al encontrar o rebotar en un objeto. Para generar ultrasonidos se utiliza un transmisor, similar a un pequeño altavoz cerámico, que resuena a una elevada frecuencia (por encima de los 40 kHz) y cuando el receptor, que es parecido a un micrófono, capta la vibración, emite señales eléctricas que pueden ser detectadas electrónicamente

Aplicaciones

•Sensor volumétricoEl sensor volumétrico por ultrasonidos se utiliza como detector de presencia en sistemas antirrobo.El transmisor y receptor se hallan dispuestos en el interior del habitáculo. El emisor genera un sonido de elevada frecuencia, y el receptor recibe el eco y lo transforma en una señal eléctrica (de modo análogo a un micrófono). Si se produce cualquier movimiento en el interior del vehículo se modiica el valor del eco registrado. La Unidad de Control se sirve de esta señal para identiicar la posible entrada de personas no autorizadas al interior del vehículo.

Otras aplicacionesOtra aplicación de los ultrasonidos es como transmisor ultrasónico, en el sistema de asistencia acústica de aparcamiento (APS).

SENSOR VOLUMÉTRICO

Símbolo delSENSOR VOLUMÉTRICO

Sensor volumétricoEl volumen a vigilar es barrido por

ultrasonidos que son “oídos” por unmicrófono. La

alteración o interrupción de los

ultrasonidos detectados por el

receptordispara la alarma.

37



Fundamentos sobre radiofrecuencia

La transmisión y recepción vía radío de información se denomina radiofrecuencia, englbando esta deinición la comunicación mediante ondas radioeléctricas emi-tidas al espacio y recibidas por un receptor.Las ondas que se emiten al espacio y que contienen la información, son generadas por una corriente alterna de alta frecuencia que recorre una antena. El receptor recibe estas ondas y les extrae la información convirtiéndola en una orden: activación, apagado, etc.

Aplicaciones

•Mando a distanciaLos sistemas de mando a distancia mediante radiofrecuencia los componen un pequeño emisor transportable y el receptor, que se encuentra en el interior del vehículo.Al accionar el emisor, genera e irradia al aire una onda portadora que contiene el código con la información. El receptor recibe el código y lo compara con el contenido en su programa y si ambos coinciden, activa la función ordenada: activación o desactivación del cierre, o activación y desactivación de la alarma antirrobo.

Otras aplicaciones

Otros elementos sensores de radiofrecuencia son las antenas receptoras.La unidad de lectura de la llave del inmovilizador electrónico es una antena receptora. Otros tipos de antenas son las de audio, las cuales pueden ser de tipo activo, que incorporan su propia electrónica para ampliicar la señal, destacando por su reducido tamaño; y las antenas pasivas, que por el contrario no necesitan alimentación, pero sus cualidades vienen condicionadas por su longitud, ya que de ella depende la mejor recepción de una banda de frecuencias determinada.

EMISOR DE RADIOFRECUENCIA

Mando a distancia de cierre centralizado y activación de alarmas

por radiofrecuencia.


38


Veriicación“La radiofrecuencia se emplea para la comunicación de señales a larga distancia,

existiendo en el vehículo antenas para la recepción de las mismas,como es la del teléfono, radio, sistema de navegación y los ultrasonidos

para la detección de volumen o movimiento.”

La radiofrecuencia se utiliza en variados sistemas de comunicación, existiendo en el vehículo diferentes antenas para la recepción de señales como es la radio, el sistema de navegación, el teléfono, el inmovilizador y en el mando a distancia para el cierre y alarma. Como ejemplo de las comprobaciones a realizar tomaremos la veriicación de la antena de la radio y el mando a distancia por radiofrecuencia.

Antena de radio con ampliicador

Las antenas integran actualmente un ampliicador, mejorando así la recepción de la señal de la radio. Las comprobación a realizar es únicamente la de alimentación.

EN PROFUNDIDAD

Las dimensiones de la antena vienen determinadas por la longitud de onda de la señal que tiene que recepcionar. La medida ideal de la antena se corresponde con la longitud de onda, pero por imposibilidad de espacio se utilizan antenas cuya longitud corresponde a 114, 1/8, 1116, 1/32, etc. de la longitud de onda. Así podemos diferenciar por su tamaño las antenas de radio, teléfono o sistema de navegación.La longitud de onda se calcula con la siguiente fórmula:

L=300/f

L: es la longitud de onda expresada en metros.f: es la frecuencia en MHz de la señal a recibir.De cualquier modo sería necesario disponer de una antena especíica para cada frecuencia de recepción. Así las pruebas son las que deinen en último momento la longitud de la antena, aunque siempre dentro de unos cálculos teóricos.

• Comprobación de la alimentaciónEsta comprobación se realiza de forma diferente en dependencia de si la alimentación la recibe por el propio cable de antena o por un cable auxiliar. En cualquier caso mediante el multímetro en medición de tensión se podrá veriicar la alimentación que debe ser próximo al valor de tensión de la batería. Si el valor obtenido no es correcto nos indica la existencia de una avería en la instalación eléctrica o en el equipo de sonido. De la misma manera es posible la comprobación del consumo, desde el conector de la radio veriicando si trabaja la electrónica de la antena. El consumo debe ser aproximadamente de 50 mA, debiendo comprobar la instalación y la antena en caso de que se ofrezca otro valor.

39



Sensores volumétricosEl sensor volumétrico se comporta como un emisor y receptor de señales de ultrasonidos, mediante las cuales se reconoce la variación de posición de algún elemento o del volumen del habitáculo. La comprobación a realizar sobre estos sensores es la de alimentación.

• Comprobación de la alimentación Los sensores integran en su interior un circuito electrónico de control que necesita de alimentación eléctrica para trabajar. La comprobación se realiza con el multímetro en medición de tensión veriicando la correcta alimentación de masa y positivo. El resto de señales solo son veriicables mediante la ayuda del osciloscopio.

Mando a distancia por radiofrecuenciaLas comprobaciones a realizar en este sistema son sobre las alimentaciones y masas de la unidad de control, así como las pilas del emisor integrado en la llave. En caso de no localizar así la avería, sustituir el emisor y en caso de no solucionarse así la avería, sustituir la unidad de control. Los ultrasonidos son utilizados en los vehículos para el sistema de alarma (sensores volumétricos) o bien para la asistencia acústica para el aparcamiento “APS” (sensores en el paragolpes posterior).

EN PROFUNDIDAD

Los sensores volumétricos reciben una señal de ECO de la unidad de control de la alarma para generar las ondas, y emiten una señal hacia launidad con las ondas recibidas.Esta comprobaciones se deben realizar con el sensor conectado y la alarma activada.La señal de ECO es comprobable mediante elosciloscopio, conectándolo a masa y al contacto de entrada de ECO en el sensor volumétrico.

La señal desde el sensor hacia la unidad es igual-mente comprobable conectando el osciloscopio en el cable de la citada señal. En la señal podemos apreciar variaciones en la onda senoidal al poner algún objeto o la mano delante del sensor.


40

Tema 11Actuadores

“Se deine como actuador a todo aquel dispositivo que transforma la energía eléctrica que recibe en otro tipo de energía, normalmente mecánica o térmica que ejecuta inalmente las

condiciones de funcionamiento del sistema, que previamenteha establecido la Unidad de Control Electrónico.”

Deinición

En un sistema de gestión electrónica los sensores son los elementos encargados de obtener la información, es decir, proporcionan las señales de entrada a la Unidad de Control para que ésta pueda determinar la orden de salida. Esta orden de salida es convertida en una señal eléctrica que se envía a un accionador o actuador que convertirá la energía eléctrica en otra forma de energía. Los tipos de actuadores presentes en un automóvil son muy variados; van desde los muy sencillos y directos como un relé que recibe una corriente y acciona un contacto, a otros que incorporan su propia electrónica de conversión, como es el caso por ejemplo de las pantallas, las cuales disponen de sus propios circuitos electrónicos para transformar la señal de entrada en una cifra o cualquier otra indicación visual.

Cuadro sinóptico de la gestión de un motorUn número determinado de actuadores ejecutan las órdenes

de la Unidad de Control.

41


Tema 11Actuadores

Clasiicación de los actuadores

Al igual que sucede con los sensores, los actuadores son dispositivos que proliferan cada vez más en el automóvil como consecuencia de la mayor implementación de nuevos sistemas electrónicos. Para su estudio y presentación los actuadores pueden clasiicarse de diverso modo, porque los hay de diversa naturaleza. No obstante es preferible clasiicarlos según el principio básico de funcionamiento.• Electromagnéticos: son los basados en el magnetismo o el electromagnetismo.• Calefactores: son aquellos que generan calor.• Electromotores: son accionamientos donde intervienen motores eléctricos.• Electromotores: motores paso a paso.• Acústicos: son los sensores relacionados con el sonido.• Pantallas de cristal líquido: son los actuadores que presentan un mensaje visual o introducen una información gráica.

Los actuadores pueden ser de diversa naturaleza.


42

Tema 12Actuadores Electromagnéticos

“Mediante los actuadores electromagnéticos, aprovechando el efecto electroimáncreado por la corriente al circular por una bobina, es posible controlar elevadas

corrientes de potencia, así como la circulación de luidos en circuitoshidráulicos o neumáticos (relés, electroválvulas, etc.). También es posible la transformación de

la tensión para el encendido.”

Fundamentos

Los actuadores electromagnéticos se basan en el magnetismo, que puede ser de origen natural, mediante un imán, o creado por la electricidad (efecto electroimán). También se incluyen aquí otros fenómenos relacionados con la electricidad y el magnetismo: como la inducción electromagnética que consigue generar alta tensión, principio de los transformadores de encendido.

Aplicaciones

• RelésEl funcionamiento del relé se basa en el efecto electroimán que tiene lugar cuando circula corriente por una bobina arrollada a un núcleo de hierro dulce. El relé se construye para facilitar que corrientes de elevado valor puedan circular de modo controlado, con una pequeña corriente de mando. Dispone de dos circuitos, uno de potencia por donde circulará la corriente de la batería hacia el elemento consumidor y otro circuito de mando, de bajo consumo que puede ser gobernado con corrientes débiles desde cualquier Unidad de Control.

RELÉ

Símbolo del RELÉ

43



Funcionamiento de una válvula de inyecciónCuando la bobina recibe corriente, la aguja es levantada de su asiento y el combustible puede salir a presión por la ranura calibrada

Símbolo de la VÁLVULA DE INYECCIÓN

Válvulas de inyección

Las válvulas de inyección, también llamadas inyectores o electroválvulas, son dispositivos electromagnéticos que funcionan abriendo y cerrando el circuito de presión de combustible en respuesta a los impulsos que le aplica la Unidad de Control.Estas válvulas van montadas en los equipos de inyección donde normalmente se destina una válvula para cada cilindro como en los sistemas de gestión del motor Simos.Constan de un cuerpo de válvula donde se encuentra la bobina y una aguja inyectora mantenida en posición de reposo (cerrando el paso de combustible) mediante la acción de un muelle. Cuando la bobina recibe corriente, la aguja es levantada debido al efecto electroimán de su asiento y el combustible puede salir a presión por la ranura calibrada. La cantidad exacta de combustible que suministra la válvula depende del tiempo de inyección, es decir, del tiempo que permanece abierta; y este valor es determinado por la Unidad de Control Electrónico según las condiciones de funcionamiento del motor.El caudal establecido se convierte así en impulsos eléctricos que recibe la válvula y la modiicación del caudal se consigue haciendo variar el tiempo de inyección (entre uno y varios milisegundos).

Otras aplicaciones

Hay muchas aplicaciones donde se utilizan actuadores electromagnéticos, como: • Electroválvula de ventilación del depósito de carbón activo. •Acoplamiento magnético del compresor de aire acondicionado.•Transformador de encendido.


44


Veriicación“Los actuadores electromagnéticos basan su funcionamiento en un campomagnético generado por una bobina. Este campo es aplicable para muchas

funciones como es generar movimiento, gobernar una electrovalvula,como unión de embrage magnético, etc... “

En los actuadores electromagnéticos están incluidos todos aquellos que trabajan mediante un campo magnético, como son los relés, el transformador de encendido, las electroválvulas y el acoplamiento magnético del compresor de A.A.

RelésLos relés pueden disponer en su interior de circuitos electrónicos, para mejorar el confort o las prestaciones, siendo inviable su comprobación. Por ello la veriicación se va a centrar en un relé sin electrónica de control. El relé dispone de dos circuitos, el de control y el de potencia.

• Comprobación de la alimentaciónEn primer lugar y mediante el multímetro se veriica la alimentación a los dos circuitos del relé. En segundo lugar se debe veriicar la excitación del circuito de control, realizado por la unidad de control y por negativo. Esta veriicación se realiza con el multímetro, teniendo en cuenta en que condiciones recibe excitación el relé.Por ejemplo: Un relé de bombas recibe excitación durante 2 segundos al activar el encendido. Si estas señales son correctas, el relé debe cerrar sus contactos y dar salida de positivo por el otro contacto de potencia. En caso de que no de salida de positivo se deberá comprobar el circuito de potencia del relé

• Comprobación del componenteEl circuito de control utiliza un bobinado para gobernar el circuito de potencia. La comprobación del bobinado se puede realizar con el multímetro en medición de resistencia, veriicando el valor de la misma. Para la comprobación del circuito de potencia, se debe excitar con positivo y negativo el circuito de control, veriicando en ese momento la resistencia con el multímetro entre los dos contactos de potencia que debe ser próximo a 0 ohmios.

45



Transformador de encendidoEl transformador de encendido integra en el mismo cuerpo a la etapa inal de potencia, y al propio transformador de encendido. Las pruebas para su veriicación radican en la comprobación de las entradas y la resistencias de las bobinas del transformador

• Comprobación de la alimentaciónExisten tres contactos de entrada a la etapa inal de potencia, siendo dos de

alimentación, positivo y negativo, y el tercero la señal de salida de la unidad de control para la indicación del momento del encendido.Con el multímetro es posible comprobar la alimentación a la etapa inal de potencia, y con el motor en marcha y mediante una lámpara de diodos los impulsos procedentes de la unidad de control

• Comprobación del componente Esta comprobación nos permite veriicar el estado del primario y secundario.El primario se veriica conectando el multímetro en medición de resistencia entre los contactos 1 y 15, debiendo ofrecernos un resultado próximo a 1 ohmio. El secundario se veriica conectado el multímetro entre los bornes 4 y 15 debiendo ofrecernos un valor de aproximadamente 3 o 4 kiloohmios

EN PROFUNDIDAD

El correcto funcionamiento del transformador de encendido es veriicable mediante un osciloscopio.Conectando el osciloscopio en el contacto J del transformador de encendido, será posible veriicar en primer lugar la excitación hacia el primario y en segundo lugar el pico de tensión que se genera al interrumpirse la excitación hacia el mismo.

La comprobación del secundario es posible realizarla mediante una pinza trigger, evaluando el pico de tensión que produce el salto de chispa.Esta señal nos permite analizar problemas en el secundario o problemas en la combustión, diferenciando la combustión en cada uno de los cilindros.


46


ElectroválvulasLas electroválvulas están diseñadas para poder controlar pasos de gases y líquidos, regulando el caudal o la presión.En este apartado se explicará la comprobación de la parte eléctrica y la activación de la misma, pero no la parte neumática o hidráulica de control.

• Comprobación del componente La comprobación se realiza con el multímetro en la medición de resistencia y conectando el mismo entre los contactos del bobinado de la electroválvula. El valor de resistencia depende del tipo de electroválvula debiendo de comparar este valor con el ofrecido en los Manuales de Reparación.

• Comprobación de la alimentaciónLa electroválvula recibe alimentación eléctrica de positivo por uno de sus contactos, este valor es comprobable mediante el mul-tímetro.El otro contacto recibe excitación negativa de la unidad de control. Electroválvula de inyecciónLa excitación puede ser una señal de tensión continua o una frecuencia con una relación de periodo variable. Si la excitación es continua, es posible la comprobación mediante el multímetro. Si la señal es pulsatoria, o sea, una frecuencia de impulsos de excitación hacia la electroválvla, únicamente será comprobable mediante una lámpara de diodos o mediante un osciloscopio.

EN PROFUNDIDAD

La excitación que llega a la electroválvula, puede ser continua o con una frecuencia determinada y una relación de ciclo variable, por ello es ideal la utilización de un osciloscopio para veriicar esta señal. La conexión la realizaremos entre masa y el cable de excitación, veriicando asi la citada señal.Es posible veriicar como la variación de la señal inluye en el trabajo de la electroválvula.Para la comprobación debemos tener en cuenta las condiciones de funcionamiento en la que esta es excitada

47



Acoplamiento magnéticoEl funcionamiento del acoplamiento magnético del compresor del aire acondicionado es fácilmente reconocible por el ruido que realiza al conectarse el mismo.

• Comprobación de la alimentaciónEn primer lugar debemos comprobar la tensión de alimentación al acoplamiento del compresor, siendo fácilmente veriicable con el multímetro en la medición de tensión continua.

• Comprobación del componente La comprobación consiste en veriicar la resistencia del bobinado. Esta se debe realizar con el multímetro en medición de resistencia, conectándolo en el conector del propio acoplamiento del compresor y con este desconectado de la instalación eléctrica. El valor de resistencia se debe comparar con el valor que nos ofrece el Manual de Reparaciones. Un valor de resistencia muy alto nos indica una interrupción o un problema en el bobinado y un valor de resistencia muy bajo un cortocircuito. En ambos casos se deberá sustituir el acoplamiento del compresor.

La comprobación de la resistencia en el acoplamiento magnético del compresor de aire acondicionado permite veriicar el bobinado pero no la parte mecánica del mismo.


48

Tema 13Actuadores Calefactores

“Cuando es preciso elevar la temperatura en un punto determinado, se requiere utilizar elementos calefactores que al paso de corriente sean

capaces de generar calor.”

Fundamentos

Los actuadores calefactores son los que producen calor gracias al efecto Joule. Este efecto relaciona la corriente que circula por una resistencia y la energía liberada en forma de calor. El calor se produce cuando una elevada corriente (muchos electrones) al atravesar un conductor con poca resistencia, provocan entre ellos numerosas colisiones y fricciones, lo cual hace incrementar la temperatura. Se utilizan como resistencias calefactoras hilo metálico con una aleación determinada (cromo-níquel) que le coniere un elevado coeiciente de resistividad (alto valor óhmico) y además posee una gran resistencia al calor. También se fabrican a base de compuestos semiconductores dispuestos sobre una supericie.

Aplicaciones

• Bujías de precalentamiento dieselLos motores diesel están equipados con bujías de precalentamiento para facilitar el arranque en frío. Son autorreguladas, de calentamiento rápido y están diseñadas como resistencias PTC: su resistencia aumenta con la temperatura.

BUJÍA DE PRECALENTAMIENTO PARA

MOTORES DIESEL

Funcionamiento de una bujía de precalentamiento

La elevada corriente que circula por la bujíay su baja resistencia, producen un aumento

rápido del calor.

Símbolo de la BUJÍA DE PRECALENTAMIENTO PARA MOTORES DIESEL

49



En frío presentan muy baja resistencia, por lo que luye mucha corriente y se alcanza rápidamente la temperatura normal de servicio, pero una vez caliente, su resistencia aumenta limitando y regulando así el paso de la corriente. El tiempo de funcionamiento se halla gene-ralmente limitado mediante un temporizadores.

Bujías de calefacciónAlgunos vehículos diesel de última generación con sistema de inyección directa (TDi) destinados a países fríos, montan un sistema de calefacción adicional que consiste en incorporar bujías de calentamiento al circuito del líquido refrigerante, facilitando de este modo una rápida disponibilidad de calefacción en el habitáculo.

Otras aplicaciones

También se utilizan otros actuadores calefactores, entre los que cabe citar:• Luneta térmica.• Resistencia calefactora del colector de admisión (erizo).• Radiador eléctrico, para calefacción.

Las bujías de calefacción permiten disponer de calefacción rápida con motores fríos.


50


Veriicación“Existen resistencias eléctricas utilizadas como actuadores,

con el in de generar calor. Las comprobaciones se centran en la mediciónde su resistencia y el consumo de las mismas.”

Existen diversos modelos de calentadores o calefactables. En los vehículos diesel es donde están más extendidos (bujías de calefacción, calefactor de aire, etc..) utilizándose también en gran medida como elementos para calefacción de diferentes elementos en países fríos (eyectores de los limpiaparabrisas, cerraduras de puerta, asientos etc.).Para la explicación de la comprobación nos centraremos en las bujías de calentamiento y los actuadores con elemento calefactado dilatable.

Bujías de calentamientoLas bujías de calentamiento están construidas como resistencias PTC.

• Comprobación de la alimentaciónLa comprobación de la alimentación a los calentadores se puede realizar mediante un amperímetro (con una pinza amperimetrica), evitando así tener que desmontar nada y comprobando el consumo de los mismos. El análisis del consumo permite analizar si alguna de las resistencías calefactoras falla. En este caso y en dependencia del valor de intensidad leído se podrá reconocer el número de calentadores defectuosos o una posible deiciencia en la alimentación.

• Comprobación del componenteLos calentadores del motor diesel, se pueden comprobar mediante una lámpara de pruebas (de incandescencia) evitando desmontar los mismos para su veriicación. Para realizar la comprobación deberán estar desconectados eléctricamente, conectando la lámpara de pruebas al borne positivo de la batería y a cada una de las bujías.

Mediante la comprobación de intensidad veriicamos el correcto funcionamiento de lasbujías de incandescencia, o en caso de avería indicarnos cuantas fallan

51



Si la lámpara se enciende el calentador esta correcto y si queda apagada es que existe una interrupción debiendo ser sustituido.

Calefactables con elemento dilatable

Estos actuadores disponen de una resistencia de calefacción que trabaja conjuntamente con un elemento dilatable.Al recibir alimentación la resistencia eléctrica, provoca el calentamiento del elemento calefactable y este comienza su movimiento actuando sobre algún componente mecánico.

• Comprobación de la alimentaciónEn esta prueba se debe comprobar la alimentación al actuador, teniendo en cuenta cuando comienza la activación del sistema, o sea, cuando debe recibir alimentación eléctrica. La comprobación se realiza con el multímetro en medición de tensión, conectándolo a masa y al contacto de alimentación del citado actuador. Si el valor es aproximadamente el de la batería es correcta la comprobación.

• Comprobación del componente La veriicación de este actuador se realiza con el multímetro en medición de resistencia, conectándolo de la misma manera que en la prueba anterior pero desconectado la alimentación hacia el actuador.Esta es una prueba fundamental, que permite asegurar el correcto potencial de calefacción del mismo.

La comprobación de la resistencia y de la alimentación se realiza con el multímetro, midiendo entre el contacto de entrada y negativo


52

Tema 14Actuadores: Electromotores

“Dentro de la familia de los electromotores hay una gran variedad dedispositivos destinados a diversas funciones: válvulas de regulación

de ralentí, bomba de combustible, elevalunas, relojes, etc.. “

Fundamentos

Los electromotores o motores eléctricos basan su funcionamiento en el principio de que la energía eléctrica se puede transformar en energía mecánica. Cuando circula corriente a través de un conductor se crea a su alrededor un campo magnético; si este conductor se coloca bajo la acción de un fuerte campo magnético ijo (el estator) y de mayor intensidad (por ejemplo, un imán permanente), este último trata de empujar y desplazar al conductor fuera del mismo.Si el conductor forma una espira arrollada formando un inducido y se alimenta a través de unas escobillas que crean un campo magnético opuesto al ijo (del estator), el campo magnético creado en el inducido formará una fuerza de reacción que le obligará a girar en el interior del campo magnético ijo. Se construyen motores de diversas características técnicas, como los motores rotativos de giro libre, con reductor o bien de giro limitado.

Aplicaciones

• Bomba de combustibleCitemos como ejemplo una bomba de rodillos del circuito de combustible del sistema de inyección.El motor va alojado en una carcasa bañado por combustible y se facilita la lubricación. El inducido del motor recibe corriente a través de las escobillas, y hace girar el rotor donde se encuentran los rodillos, éstos por la fuerza centrífuga se desplazan al exterior y actúan como junta rotativa. Los rodillos crean en la entrada del combustible una cámara cuyo volumen aumenta, se llena de combustible y es desplazado hacia la salida donde el volumen disminuye, por lo que el combustible sale de este modo bombeado hacia el exterior.

Funcionamiento del motor eléctricoLa corriente que circula por el cable(la bobina del inducido), forma a su

alrededor un campo magnético que se opone

al campo ijo de los polos magnéticos.La fuerza magnética “empuja” a

la bobina y la hace girar.

Símbolo del MOTOR ELÉCTRICO

53



•Válvula estabilizadora de ralentíEl tipo de válvula estabilizadora de ralentí consiste en un motor de inducido único con el giro limitado. El inducido (rotor) está colocado de tal modo que hace girar la válvula abriendo el paso de aire; al mismo tiempo se le opone la acción de un muelle que obliga a la válvula a estar cerrada. La corriente que recibe el motor crea una par de giro que se opone a la fuerza del muelle produciendo una posición angular determinada, lo cual signiica una determinada sección de paso de aire. El control de la corriente sobre el motor se hace mandando la tensión nominal a impulsos, con una frecuencia ija y haciendo variar la relación de ciclo.

Otras aplicaciones

Existen muy variadas aplicaciones donde se utilizan electromotores. Citemos como ejemplo las siguientes.

•Elevalunas eléctricos. •Reloj del cuadro de instrumentos.•Actuador de mariposa en sistemas Monojetronic y Mono-motronic.•Dosiicador de combustible en sistemas TDi.

VÁLVULA ESTABILIZADORA DEL

RALENTÍ

Símbolo de la VÁLVULA ESTABILIZADORA

DEL RALENTÍ

Funcionamiento de la válvula estabilizadora de ralentí.


54


‘Todos los electromotores trabajan bajo el mismo principio de funcionamiento,existiendo diferentes diseños en dependencia del trabajo a efectuar.

Las comprobaciones por lo tanto son similares diferenciándose únicamentea la hora de veriicar las señales de excitación.”

Entre los electromotores, podemos diferenciar varios tipos en dependencia de la excitación y del movimiento del rotor, diferenciando:• Motores de giro libre.• Motores de giro limitado.• Motores paso a paso.

Motores de giro libre

Los motores de giro libre se utilizan principalmente como bombas para impulsión de luidos (por ejemplo: las bombas de combustible), o como motor para el elevalunas eléctrico o la unidad de mando de mariposa. La comprobación de cualquier manera es la misma.

•Comprobación del componenteEsta comprobación nos permiteveriicar las escobillas, colector ybobinados del inducido.La comprobación se realiza con el multímetro en medición de resistencia, y conectándolo a los dos contactos del motor.

Las masas polares son de imán permanente.Un valor de resistencia fuera del margen nos indica un problema en el citado motor, debiendo sustituirlo.

•Comprobación de la alimentaciónEn esta comprobación se veriica la alimentación o excitación del motor. En esta prueba se debe tener muy en cuenta, cuando y que tipo de excitación recibe el motor que se va a veriicar.En una bomba de combustible, la excitación se produce dos segundos al dar el contacto, y al detectar la unidad de control del motor el giro del mismo, pudiendo entonces comprobarse la excitación de la misma.

Motores de giro limitado

Estos motores se utilizan comúnmente para la regulación del paso de luidos o gases y en relojes indicadores. En este tipo de motores, se trabaja igualmente con la excitación hacia el estator, como hacia el inducido.

Es necesario analizar las conexiones eléctricas de un motor antes de pasar a su comprobación, pudiendo determinar así las pruebas a realizar en cada caso.

55



• Comprobación del componente Esta comprobación es idéntica a la de giro libre, comparando los valores con los ofrecidos por el Manual.

• Comprobación de la alimentación La unidad controla estos motores, medíante la variación de la proporción de periodo o de la intensidad de excitación.La comprobación se deberá realizar con el multímetro en medición de intensidad o con el VAG 1767 para la medición de la proporción de periodo. La veriicación de este valor se debe realizar de cualquier manera comparando los valores con los del Manual de Reparaciones.


56

Tema 15Actuadores: Electromotores, Motor Paso a Paso

“Un tipo especial de electromotor lo constituye el motor denominado paso a paso,cuyas características lo hacen muy adecuado para la regulación

y el giro controlado.”

Fundamentos

EL motor paso a paso está constituido por un rotor de imanes permanentes y varias bobinas que coniguran el estator. El rotor se encuentra en el interior de una armadura o jaula y se encuentra magnetizada con el mismo número de polos que los que puede crear una de las bobinas. La correspondencia entre el rotor (polos ijos) y el estator (polos variables) es la causa que provoca el giro escalonado del rotor, ya que las bobinas, arrolladas a unas masas polares, pueden ser alimentadas alternativamente, creando sobre las masas campos magnéticos con polaridad opuesta a la armadura del imán, de tal modo que se produce desplazamiento del rotor hasta la posición siguiente, es decir una fracción (por esta razón se le denomina motor paso a paso).La fracción de giro o paso depende del número de polos del imán y de las bobinas de alimentación (fases).La Unidad de Control Electrónico se encarga de la excitación de las bobinas, cambiando alternativamente la polaridad de cada grupo de bobinas para producir el giro o para cambiar el sentido de giro.

MOTOR PASO A PASO

Símbolo delMOTOR PASO A PASO

Funcionamiento del motor paso a paso

57



Aplicaciones

•Válvula estabilizadora de ralentíLa estabilizadora de ralentí del motor dotado con gestión SPI, emplea un motor paso a paso para controlar el régimen de ralentí mediante la modiicación de un paso de aire adicional al de la mariposa de los gases. Está compuesto por un estator que posee dos bobinas y el rotor con los imanes permanentes, que tiene el eje roscado. Un cono de ajuste se halla roscado al eje del rotor, de tal modo que cuando el eje gira el cono se desplaza. El cono se intercala en el paso de aire adicional de modo que según el sentido de giro del motor el cono cerrará o abrirá el paso de aire.

Otras aplicaciones

Además de esta aplicación, los motores paso a paso también se utilizan para servicios, como por ejemplo:•Regulación de las trampillas de ventilación del sistema Climatronic.•Indicadores del cuadro de instrumentos del Arosa (cuentarrevoluciones, cuentakilómetros, nivel de combustible y temperatura del motor).

MOTOR PASO A PASO PARA REGULACIÓN DE TRAMPILLAS

Funcionamiento de la válvula estabilizadora de ralentí mediante motor paso a paso.


58


Veriicación

Motores paso a paso

Los motores paso a paso se extienden cada día más para el control de trampillas y actuadores que necesitan mucha precisión. La comprobaciones se centran en la veriicación interna del componente, siendo diicultosa la veriicación de la señal de alimentación o excitación.

• Comprobación del componenteEsta comprobación se realiza con el multímetro en medición de resistencia, veriicando el estado de los diferentes bobinados.Esta prueba debe realizarse apoyándose en los esquemas eléctricos, pudiendo reconocer la conexión de los diferentes bobinados.

• Comprobación de la alimentación La excitación de estos motores es difícilmente comprobable, por ir cambiando constantemente el terminal de excitación e incluso la polaridad del mismo. El multímetro en medición de tensión nos permite ver las variaciones de tensión y polaridad que se producen en la excitación al motor pero no reconocer claramente la existencia de una avería en la misma.

EN PROFUNDIDAD

Únicamente el uso de un osciloscopio con memoria y diferentes canales de medición nos permite la comprobación de la señal de excitación al motor paso a paso. El osciloscopio se conecta en los terminales de cada uno de los bobinados, realizando la comprobación al hacer pasar el motor paso a paso desde su posición máxima hasta la mínima o a la inversa. Entonces se podrá ver la excitación de la unidad de control sobre el actuador. Si el movimiento no es correcto pero las señales de excitación son correctas se deberá sustituir el motor paso a paso, mientras si falla alguna de las señales de excitación se deberá comprobar el cableado y si esta correcto sustituir la unidad de control

59


Notas


60

Tema 16Actuadores Acústicos

“En los actuadores acústicos se agrupa a los altavoces y avisadores acústicos;dispositivos ambos que sirven para proporcionar mayor confort durante

la conducción v un método de advertencia sonora.”

Fundamentos de los altavoces

Según el principio físico de funcionamiento los altavoces pueden ser de diversos tipos, los más usuales son los electrodinámicos, electrostáticos y piezoeléctricos.Ya que es muy difícil conseguir que un solo altavoz pueda reproducir el margen de frecuencias audible (20 Hz-20 000 Hz), en los sistemas de alta idelidad se utilizan varios altavoces, que reparten la señal: graves, agudos o medios.El más corriente para equipos de música es el de tipo electrodinámico, el cual se basa en el efecto electromagnético que transforma las oscilaciones eléctricas de amplitud y frecuencia en vibraciones mecánicas, vibraciones que a su vez mediante un elemento rígido producen ondas sonoras que se transmiten al espacio. El elemento “rígido” que produce el sonido pude ser una membrana construida con diferentes materiales: papel, aluminio, plástico, lámina de cerámica (cuarzo), etc. Cada una de las cuales proporciona unas características sonoras peculiares. Una bobina por la que circula corriente es la encargada de “excitar” y hacer vibrar la membrana del altavoz.Hay avisadores acústicos de tipo piezoeléctrico donde la membrana es sustituida por una ina lámina de cerámica. La vibración se produce al entrar en resonancia la lámina tras ser excitada con una corriente alterna; variando la frecuencia de excitación es posible modiicar el tono.

Funcionamiento de un altavoz

61



Aplicaciones

•Avisador acústicoEl avisador acústico que monta el cuadro de instrumentos del Arosa lleva en su interior un pequeño altavoz de tipo piezoeléctrico, que genera un “zumbido” o “gong” como señal de advertencia cuando el sistema electrónico detecta una cierta anomalía; como por ejemplo falta de presión de aceite, exceso de velocidad, cinturón desabrochado, etc. El dispositivo acústico consiste en una membrana cerámica, excitada mediante un circuito electrónico que genera una frecuencia variable y modulada. El diminuto altavoz la transforma en el sonido caracterís-tico de un “zumbido” o un “gong” según el tipo de advertencia.

•AltavocesLos altavoces utilizados en el sistema de autorradio también son considerados como actuadores ya que responden a las solicitudes de una unidad electrónica que puede ser el autorradio o un ampliicador ecualizador. Además por ellos también puede transmitirse información de ayuda al conductor. Hay dos tipos de altavoces: pasivos y activosLos altavoces pasivos son excitados directamente por el equipo de audio: tienen la ventaja de su reducido tamaño y buenas prestaciones, y tienen el inconveniente de que no pueden estar muy alejados de la fuente de sonido, porque se producen pérdidas de energía, siendo necesario utilizar cables de alimentación de gruesa sección. Los altavoces activos, por el contrario, incorporan internamente un ampliicador, por lo que pueden estar situados lejos de la fuente de sonido y utilizar cables de pequeña sección. No obstante, tienen el inconveniente de que necesitan ser alimentados independientemente con corriente.

Símbolo de ALTAVOZ PASIVO

Símbolo de ALTAVOZ ACTIVO

Avisador acústico en el interior del cuadro de instrumentos del Arosa.


62


Veriicación“Los actuadores acústicos se utilizan en los equipos de sonido y de aviso.Su comprobación es sencilla, pudiendo veriicarse la correcta resistencia

del actuador o bien la señal eléctrica de excitación.”

Los avisadores acústicos en todos los casos son altavoces controlados por diferentes sistemas. Entre los sistemas que utilizan estos componentes podemos destacar a los equipos de sonido y algunos avisos como son los realizados por el cuadro de instrumentos. Los avisadores integrados en el cuadro no disponen de posibilidad de comprobación por separado, por lo que no los estudiaremos. Entre los altavoces utilizados en los equipos de sonido existen dos variedades, según sean activos o pasivos.

Altavoces pasivosLas comprobaciones a realizar en los altavoces pasivos son la del propio altavoz y la de su alimentación.

•Comprobación del componenteEsta comprobación se realiza con el multímetro en medición de resistencia y conectando el mismo a los contactos del altavoz, veriicando el correcto valor de resistencia del altavoz. Esta comprobación se debe realizar con el altavoz desconectado de la instalación.

•Comprobación de la señalLa comprobación consiste en la veriicación de la tensión de excitación a los altavoces. Esta se debe realizar mediante el multímetro en medición de ten-sión, el resultado sin volumen debe ser de aproximadamente 6 voltios en cada uno de los cables.

EN PROFUNDIDAD

Los altavoces reciben una señal del equipo de sonido, provocando la citada señal el movimiento de la membrana y por lo tanto las ondas sonoras.La señal hacia los altavoces es aproximadamente de 6 voltios, con oscilaciones que son mayores cuanto más alto es el volumen seleccionado.Conectando el osciloscopio a cada uno de los cables podemos veriicar esa señal, observando que sin volumen es una linea plana y al dar volumen comienzan a generarse oscilaciones proporcionales al nivel de volumen.

63



Altavoces activosLos altavoces activos disponen de alimentación eléctrica para la ampliicación de la señal recibida del equipo

•Comprobación de la alimentación Esta comprobación consiste en la veriicación de la tensión de alimentación a los altavoces. La tensión debe ser de 12 voltios aproximadamente, veriicando la correcta polaridad de los contactos.

•Comprobación de la señalEsta comprobación nos permite veriicar la señal hacia los altavoces. La veriicación se debe realizar con el multímetro en medición de tensión, el resultado sin volumen debe ser de aproximadamente 6 voltios en cada uno de los cables.En caso de obtener un valor incorrecto nos indica la existencia de un problema en la instalación eléctrica o en el equipo de sonido.

En los altavoces activos es necesario comprobar además de la señal, la alimentación de tensión que necesita para trabajar


64

Tema 17Actuadores: Pantallas de Cristal Líquido

‘Combinadas con la instrumentación convencional, las pantallas o indicadores de cristal líquido son capaces de reproducir prácticamente cualquier cifra,

símbolo o signo en el campo visual del conductor y también servir para otras aplicaciones, como ser la base del retrovisor antideslumbrante.”

Fundamento

El principio de funcionamiento de la pantalla de cristal líquido o display tipo LCD (Liquid Cristal Display) se basa en la opacidad o transparencia que se observa en un cristal líquido cuando es sometido a la acción de un campo eléctrico. Entre dos supericies transparentes se introduce un líquido de cristal como medio indicador. El líquido ha de contener sustancias orgánicas, es decir, los denominados cristales líquidos. Por medio de electrodos aplicados a las dos supericies se puede crear un campo eléctrico que inluye sobre la permeabilidad luminosa del líquido, es decir, sobre el mayor o menor paso de luz. Si a estos electrodos se les da una forma concreta pueden representar cualquier símbolo.De este modo una pantalla puede presentar, mediante una matriz de puntos, cualquier símbolo, gráico o carácter; convirtiéndose en un excelente medio de comunicación visual.La pantalla necesita de una electrónica de control propia para su funcionamiento.

Aplicaciones

• Pantalla del cuadro de instrumentosLa principal aplicación de la pantalla es como indicador de datos en el cuadro de instrumentos. Una sola pantalla puede mostrar varias indicaciones simultáneamente y servir al mismo tiempo como monitor que permita la visualización de otros datos que puedan estar almacenados en la memoria.

El cristal líquido se hace opaco cuando es

polarizado

65



Es posible el diseño de pantallas que incorporen distintas clases de información así como diversos símbolos explicativos. La pantalla se integra en un cuadro de instrumentos o bien forma parte de una unidad de manejo, como el caso del Clímatronic, donde la pantalla muestra la función programada de cada tecla y el estado de la función seleccionada.

Retrovisor antideslumbrante automático

Este especial espejo retrovisor, consta de una electrónica de control y el elemento del espejo. El elemento de espejo tiene una carga de gel electroquímico (similar al cristal líquido) situado entre el cristal del espejo y un cristal transparente. El gel se encuentra entre dos capas electroconductoras y en ausencia de tensión es transparente.Cuando el vehículo es alcanzado por una luz desde atrás, es detectado por un fotosensor y la electrónica aplica una tensión a las placas conductoras que al polarizar el gel lo van haciendo opaco. En función del grado de deslumbramiento, el gel se oscurecerá con mayor intensidad, evitando el efecto deslumbrante.

Otras aplicaciones

Aunque hay gran número de aplicaciones donde hay pantalla, pueden citarse entre ellos:• Equipo de radio.•Pantallas de sistemas de nave-gación.• Relojes horarios.

Espejo retrovisor antideslumbrante

Pantalla indicadora de datos en el cuadro de

instrumentos.


66


Veriicación“Los actuadores ópticos son generalmente pantallas de LCD utilizadas

en los equipos de sonido, en el ordenador de a bordo, cuentakilómetros, etc.,siendo solo posible veriicar su funcionamiento y comprobar las alimentaciones

de la unidad que lo controla.”

Los actuadores ópticos cubren una extensa función en el automóvil, en la mayoría de los casos como pantallas de información, como son las pantallas de LCD cristal líquido en radios, climatronic, cuadro de instrumentos, sistemas de navegación, reloj, etc. Dentro de los actuadores ópticos también están los espejos antideslumbramiento, o el sistema de gestión de iluminación progresiva.

Pantallas de LCD

Las pantallas de LCD en la mayoría de los casos no disponen de comprobación eléctrica posible, pero si que en casi todos los sistemas podemos realizar un test de segmentos veriicando el correcto estado de los mismos.De todas las manera antes de realizar la sustitución de cualquier equipo que incorpore una pantalla de LCD y esta no trabaje correctamente, deberemos comprobar todas las masas y alimentaciones hacia el equipo, eliminado así la posibilidad de un fallo debido a una falta de alimentación.

Las pantallas de cristal liquido están controladas por una unidad de control.

67



Espejos antideslumbramiento

Los espejos antideslumbramiento utilizan una técnica muy similar a las pantallas de LCD, oscureciendo el espejo mediante un gel electrocromatico situado entre dos cristales. La veriicación de este sistema es sencilla debido a que el espejo no es posible comprobarlo internamente, por lo que se debe comprobar la instalación eléctrica y realizar una prueba de funcionamiento.La prueba de funcionamiento se realiza provocando una variación entre la luz que recibe el fotosensor situado en la parte delantera del espejo y el situado en la parte trasera. Para ello y con ayuda de una lámpara enfocaremos al fotodiodo situado en la cara que da al interior del habitáculo, oscureciéndose en ese momento el cristal del espejo.

Comprobación de la alimentaciónLa comprobación consiste en primer lugar en la medición de la tensión de alimentación al espejo, veriicando el valor de tensión y su polarización.Es necesario comprobar igualmente la señal de positivo procedente del conmutador de marcha atrás, veriicando su correcto valor de tensión

La comprobación de la señal del conmutador de marcha atrás se realizará con el multímetro y en el

conector de la instalacón eléctrica del espejo.

La veriicación de este espejo se realizará iluminando el fotodiodo situado en la cara del espejo que da al habitáculo.


68

Tema 18Unidades de Control

“La Unidad de Control Electrónico reúne los circuitos y componentes electrónicoscapaces de ejecutar operaciones lógicas. Son la base de los sistemas de gestión

del motor y de muchas otras aplicaciones «inteligentes».”

Técnicas Digitales

Analógico y digital

Los términos digital y analógico son opuestos ya que mientras digital signiica algo cuya modiicación es de forma escalonada, con incrementos precisos e inequívocamente deinidos, el término analógico expresa algo de variación continua.Veamos un ejemplo: regular el brillo de una lámpara puede llevarse a cabo de dos modos diferentes:Analógico: mediante un potenciómetro en serie, que limitase la intensidad y por tanto el voltaje de alimentación: de este modo la lámpara recibe una tensión regulada de manera continua. Digital: mediante la selección de un valor predeterminado, de modo que la tensión de alimentación de la lámpara es regulada mediante varios puntos previamente deinidos, consiguiendo de este modo un control incremental. La electrónica denominada analgica utiliza señales de voltaje que varían de magnitud en función del tiempo, y se utilizan componentes y”chips” que funcionan de acuerdo a estas características: ampliican o atenúan las señales eléctricas. La electrónica digital utiliza “chips” que funcionan con señales digitales; estas señales se basan en el empleo de impulsos eléctricos que pueden variar en anchura y frecuencia. La importancia de trabajar con impulsos radica en que es posible transmitir información de modo “binario” (sólo dos estados posibles: 0 y 1), siendo esto el origen de la técnica digital y el fundamento de la “lógica” electrónica.

Sistema binario

El sistema binario es una forma de codiicación; del mismo modo que el código Morse es un método para codiicar palabras con tan sólo dos señales, el sistema binario utiliza dos “símbolos” que en este caso se denominan estados o niveles eléctricos de tensión: voltaje alto o uno o voltaje bajo o cero. El código binario puede transformarse fácilmente en una sucesión de ceros y unos que puede ser posteriormente representado en cualquier número decimal.Los circuitos electrónicos digitales almacenan y transportan información en forma de números codiicados en binario y tan sólo son necesarios dos números para expresar cualquier magnitud. Para cada número decimal puede calcularse su equivalente en número binario, por lo que existe una relación entre la lógica digital y las matemáticas.

69



LOGICA DE BOOLE

A mediados del siglo XIX, el ilósofo y matemático George Boole desarrolló una teoría matemática completamente distinta a la que entonces se conocía y cuya expansión ha sido la base de los modernos ordenadores.La teoría de Boole, también conocida como álgebra lógica o binaria, es un sistema matemático usado en el diseño de circuitos lógicos. Sólo se consideran dos estados posibles: verdadero-falso; encendido-apagado; 1-0, etc. Así, por ejemplo, considerando sus dos únicos estados posibles una lámpara puede estar encendida o apagada; un relé, activado o desactivado, y un transistor, conduciendo o bloqueado.

Conversión de binario a decimalLa tabla siguiente muestra varios números binarios y su equivalencia en decimal.Cada cero o uno se denomina “bit” y un número determinado de bits forma una palabra. La posición que ocupa cada bit (número binario) tiene un “peso” especiico determinado. Así, el primer bit de la derecha representa el 1; el segundo bit, el 2; el tercero, el 4; el quinto, el 8; el sexto, el 16,

etc.

Conversión de decimal a binarioPara la conversión de cualquier número decimal a binario es necesario dividirlo por 2 hasta que ya no sea posible: el número en base 2 es el conjunto formado por todos los restos de las divisiones más el último cociente. Este orden de obtención corresponde al orden de bits de menor a mayor peso especíico.El ejemplo muestra cómo se obtiene el número binario de 21; tras sucesivas divisiones entre 2, el número es 10101.


70


Puertas Lógicas“En electrónica, cuando en base a dos entradas de información se debe tomar unadecisión, se utilizan circuitos que se conocen con el nombre de «puertas lógicas» .

La combinación de puertas de diferente tipo son el principiode los microprocesadores y las memorias.”

FundamentosLas puertas lógicas son el origen de la denominada lógica electrónica, que se basa en que cualquier información o toma de decisiones puede comunicarse con tan sólo dos palabras, “sí” y “no”, es decir, mediante un código binario, ya que cualquier problema lógico se resume en una serie de preguntas encadenadas que ofrecen dos únicas respuestas: “sí” o “no”. Las puertas son componentes básicos en los sistemas digitales, con ellas se construirán memorias y microprocesadores. Operan con números binarios y todos los circuitos digitales se fabrican usando tres tipos de puertas lógicas:• Puertas Y.• Puertas O.• Puertas NO.Aunque se construyen generalmente con transistores y diodos, su funcionamiento se asemeja a la combinación de conmutadores o relés montados en serie o en paralelo. Las puertas poseen unas entradas y salidas. El valor que tome la salida depende por completo de la señal aplicada a la entrada.

• Puerta tipo Y (AND)A la puerta tipo Y se la llama “todo o nada”. La primera igura representa un circuito tipo Y, así como el símbolo correspondiente.

Se representa las entradas (A y B) mediante interruptores, siendo la salida (Q) una lámpara.

La tabla de la verdad muestra todas las posibles combinaciones que pueden tomar la salida Q según el estado de las entradas A y B.

Ejemplo de control mediante un circuito YEl accionamiento del ventilador del radiador, mediante un termocontacto montado en serie con el interruptor general. Sólo

funcionará cuando ambos se hallen conectados.

71



Se utiliza el uno (1) para designar que un circuito 1 está cerrado o activado (lámpara encendida), y un cero (0) para indicar que el circuito se halla cerrado o desactivado (lámpara apagada).

• Puerta tipo O (OR)La puerta denominada de tipo O proporciona una salida (Q) alta cuando cualquiera de las entradas (A y B), o todas, son altas. En la segunda igura (página anterior) se presenta el circuito O formado con interruptores, se observa que la lámpara se encenderá cuando cualquier interruptor se halle conectado (1). Como ejemplo podríamos citar la del encendido de una lámpara desde diferentes interruptores, como es el caso de la luz del interior de habitáculo, la cual se enciende al abrir cualquier puerta.El esquema de la ilustración representa el circuito del alumbrado interior.AI abrir una de las puertas, se acciona un pulsador (F) que cierra el circuito de la alimentación de la lámpara (W).

Puerta tipo NO (NOT)Las puertas NO, también llamadas inversoras, sólo tienen una entrada y una salida, la cual adquiere el estado inverso de la entrada, es decir, su salida siempre es de valor contrario al valor de la entrada. Por ejemplo, si la entrada es 1, la salida será 0, y viceversa. Las puertas tipo NO se utilizan combinadas con las otras puertas, de tal modo que se logran nuevas puertas, como las NO-Y y las NO-O, con sus propias expresiones matemáticas y tablas de la verdad que permiten realizar complejas operaciones lógicas.

EN PROFUNDIDAD

Deinición de términosLa unidad de información más pequeña y que puede tener sólo dos valores 1 o 0 es el bit. Su nombre proviene de la contrac-ción en inglés de las palabras “binary digit”, dígito binario.La unidad básica de Información con la que operan los ordenadores es el byte (1), que son ocho bits. Con los bytes puede representarse un carácter o palabra. Los ordenadores actuales emplean palabras de 32 y 64 bits.

(1) La palabra byte signiica en inglés un octeto, es decir, el

conjunto de ocho elementos.

Ejemplo de control mediante un circuito OEl encendido de la luz de cortesía puede hacerse desde diversos interruptores. Cada uno de ellos hace que la luz se encienda.


72


Estructura Interna

“El corazón de la Unidad de Control Electrónico lo componen una serie de circuitosintegrados: el microprocesador, la memoria del programa, la memoria de datos y los

circuitos que controlan la entrada y la salida.”

Microprocesador

En el interior de la Unidad de Control se encuentra el microprocesador, que es un conjunto de dispositivos semiconductores encapsulados en un solo chip, cuya misión es la de evaluar datos y señales externas y en función de ellas generar un conjunto de datos y señales que se hacen llegar al exterior. A esta tarea se le llama procesar datos, y para “saber” qué ha de hacer con ellos se necesita un “programa” que le informe en cada momento cómo, cuándo y dónde ha de

actuar. El programa lo constituyen una serie de órdenes o instrucciones escritas en un lenguaje que entienda la máquina (lenguaje de programación) y que se halla “memorizado” en algún sitio a salvo de cualquier eventualidad que pudiera borrarlo. La memoria donde se hallan las instrucciones básicas que ponen en marcha el microordenador se llama memoria ROM, que es la memoria de sólo lectura.Pero el microprocesador también necesita una memoria donde almacenar los datos temporalmente, donde registrar los datos que transmiten las sondas y cargar el programa de trabajo para ejecutar allí las instrucciones; ésta es la memoria RAM, memoria de lectura y escritura, y que puede ser borrada (es aquí donde guardará los códigos de averías). El programa es diferente para cada sistema que controle el microprocesador; así pues, en un sistema de frenos ABS, necesita para funcionar un programa especíico que maneje magnitudes diferentes a las que necesita una Unidad de Control de Inyección Electrónica.Unidad de Control de Procesos (CPU)En el interior del microprocesador se encuentra la CPU (Central Procesing Unit), que es el cerebro del sistema. Realiza dos funciones: procesar los datos y coordinar las actividades de todos los sistemas. Dentro de la Unidad de Control se encuentra también el bus de datos y el interfaz de entrada y salida.

UNIDAD DE CONTROL

73



Bus de datosEl bus de datos son líneas colectivas por donde circula la información de las sondas hacia el microprocesador y desde aquí a las etapas inales de potencia. Pone en comunicación la CPU con los módulos que gestiona.

Interfaces entrada/salidaSon circuitos integrados que sirven para la comunicación con los sensores y actuadores conectados al entorno de la Unidad de Control; aquí se encuentran los convertidores analógico-digitales y viceversa. • Convertidor anaiógico-digitai y digital-analógicoEl convertidor analógico-digital se encarga de que las señales de entrada de tipo analógico se conviertan en impulsos digitales. Los impulsos digitales transmitidos al microprocesador servirán para elaborar las órdenes de salida que serán transmitidas hacia el convertidor digital-analógico y desde aquí accionar el actuador correspondiente con una señal analógica.

La información entra a través de un interfaz formado por el convertidor analógico-digital, pasa por los buses al microprocesador y las memorias, donde se procesa la información y vuelve a salir al convertidor digital analógico para activar los correspondientes actuadores.


74


Veriicación

“La unidad de control se compone de una ininidad de microcircuitos electrónicos, siendo inviable la posibilidad de comprobación y reparación de la misma.”

Las unidades de control se componen en su interior de un sin número de elementos, que conforman las puertas de entrada, los convertidores, la CPU, la memoria, las etapas inales de potencia, etc.. Todo este conjunto de elementos electrónicos hace que la comprobación de la unidad de control sea imposible realizarla en el Servicio. Esta limitación provoca que antes de realizar una sustitución de la unidad de control por un posible fallo de la misma, debamos veriicar toda la instalación eléctrica y todos los componentes que conforman la gestión electrónica. Por todo ello la sustitución de la unidad de control es el último paso a realizar de una localización de averías.El equipo VAG 1598 facilita en gran medida la comprobación de la instalación eléctrica y de toda la periferia, evitando la incomodidad de tener que ir contando los terminales y el deterioro de los mismos al efectuar las mediciones.

Comprobación de la alimentación

La comprobación se realiza mediante el multímetro veriicando las masas y alimentaciones de positivo que recibe la unidad de control. Se debe comprobar el correcto valor de tensión, eliminando así la posibilidad de una avería por sobretensión o por defecto. Es igualmente necesario comprobar las masas del motor, evitando así un sobreconsumo por el interior de la unidad de control y que provocaría daños irreparables en la unidad de control por el exceso de intensidad.

75



Normas de seguridadEs necesario tener ciertas precauciones al trabajar con las unidades de control, evitando así la avería de alguna de ellas. Algunas de las precauciones a tener son :• Desmontar las unidades de control al someter el vehículo al secado de pintura en un horno a temperaturas mayores de 60°C.• En caso de efectuar trabajos de soldadura desconectarlas y si es próximo al lugar donde esta ubicada la unidad desmontarla del vehículo. • Prestar especial atención al desconectar las unidades y la batería, vigilando que el encendido este desconectado y la unidad no este trabajando (alimentando a algún componente). Por ello en algunos sistemas es necesario dejar pasar un tiempo determinado antes de proceder a la desconexión de la unidad de control o de la batería.

El equipo VAG 1598 nos permite veriicar la instalación eléctrica, sin dañar los contactos de la unidad de control.


76

Tema 19RCO

RCO = Relación Cíclica de Obertura

A medida que va evolucionando toda la gestión de las inyecciones en los motores de automóvil vamos descubriendo nuevas formas de actuar de sus unidades de control y por consiguiente de todos los componentes que de ellas dependen.Las exigencias anticontaminación obligan a un consumo de combustible reducido y también a intentar llegar al valor 0 en lo que se reiere a la emisión de contaminantes.Osea, de lo que se trata es de ainar cada vez más las estrategias de funcionamiento de los motores, así encontramos una serie de dispositivos que su única misión es la de reducir la emisión de estos gases nocivos.La forma con la que estos dispositivos actúan es lo que comentaremos a continuación.Tomaremos para este ejemplo el sistema de recirculación de los gases de escape.Este sistema, conocido con las siglas E.G.R. (Exhaus Gas Recirculation), permite enviar a la admisión un cierto porcentaje gases de escape determinadas condiciones funcionamiento. De este modo, se diluye la carga fresca de los cilindros, haciendo que desciendan los picos de las temperaturas de combustión y reduciendo los óxidos de nitrógeno en el escape.Una termoválvula situada entre el colector de admisión y el modulador, impide la recirculación de los gases quemados durante el funcionamiento con el motor frío.La recirculacion se realiza entre el colector de escape y el colector de admisión, que se comunican entre sí al abrirse la válvula E.G.R., dirigida por la depresión presente en el colector de admisión.

En la igura N° 1 el dispositivo es neumático, regulando la recirculación de los gases quemados en las fases de funcionamiento normal del motor eimpidiéndola en ralentí y durante el funcionamiento a plena apertura de la mariposa (o en condiciones de sobrealimentación.

77


Tema 19RCO

Otro tipo de instalación de recirculación de gases de escape es el que tenemos en la igura N°2.La instalación E.G.R. consta de:*Una electroválvula E.G.R. Pierburg (1) cuyo funcionamiento es controlado por la centralita del motor (2). * El tubo procedente del colector de escape (4) (por el que llegan los gases de escape).*Un intercambiador de calor aire-agua (3) (que baja la temperatura de los gases de escape). *El tubo conectado al cuerpo de la mariposa (5) donde se introducen los gases de escape

La centralita de control motor, con temperatura de líquido refrigerante superior a 20*C y entre 800 y 3000 r.p.m., acciona la electroválvula con una señal de onda cuadrada. La variación de esta señal permite que la bobina de la E.G.R. mueva un obturador, regulando así el lujo de los gases quemados del colector de escape al colector de admisión; de este modo se obtienen dos resultados: • Se introduce menos aire.• Se reduce la temperatura de combustión (por la presencia de gases inertes), disminuyendo por consiguiente la formación de NOx (óxido de nitrógeno).Esta estrategia de funcionamiento es mucho más eicaz que la anterior (neumática) pero la señal de onda cuadrada está basada en: o todo o nada, con esto quiero decir que la válvula o está del todo abierta o (gracias al resorte interior que la cierra si no tiene excitación) cerrada completamente. Asimismo, cabe resaltar que la unidad de control se mantiene constantemente informada sobre la cantidad de gases en recirculación, gracias a las informaciones procedente del debímetro.


78

Tema 19RCO

En efecto, si para un determinado régimen de revoluciones hay prevista la aspiración de una cierta cantidad de aire (Qam) y el valor enviado por el debímetro (Qar) es inferior, la diferencia (Qgr) es el valor de la cantidad de gases en circulación.La UCE además utiliza la señal de presión atmosférica para reconocer la condición de marcha en altitud, para así reducir la cantidad de gases recirculados y evitar los humos provocados por el motor.Con todos los datos de que dispone la unidad de control no sería lógico que la respuesta de la misma no estuviera al mismo nivel. Para ello se ha establecido como estrategia de funcionamiento aplicar lo que se denomina Relación Cíclica de Obertura.Este tipo de señal se caracteriza por ser pulsatoria de frecuencia ija y con relación de fase variable.Dicho de otra manera, siendo ijo el período disponible para realizar un ciclo de excitación, lo que resulta variable, son los tiempos empleados en mantener el sistema puesto a masa o aislado.De esta manera se consigue una gran variedad de estados de excitación que dan como resultado diferentes grados de apertura de la electroválvula, y con ello un control muy preciso sobre la presión de control en el sistema de regulación.Este tipo de señal se utiliza en todo tipo de excitación de electroválvulas, como la de sobrealimentación, avance de Inyección, la de la mariposa del calentador de aire de Badmisión, etc.Todos los esfuerzos son pocos en lo que se reiere a reducción de contaminantes y consumo.

79


Notas


80

Tema 20EOBD

Fundamento legalLa Unión Europea ha aprobado el 13 de octubre de 1998 la directriz UE 98/69/CE, que establece la implantación obligatoria del sistema EOBD para todos los países miembros. Esta directriz ha sido transformada en la República Federal de Alemania en una normativa jurídica nacional. La implantación del sistema EOBD no está relacionada directamente con una normativa sobre los gases de escape de la Unión Europea (UE II, UE III, UE IV) o de la República Federal de Alemania (D2, D3, D4). Por ese motivo, la fecha de implantación y el consiguiente plazo de transición se tienen que considerar independientemente de las normativas sobre emisiones de escape. Fecha de implantación Desde el 01 de enero del 2000, la industria del automóvil ya sólo recibe la homologación de sus nuevos modelos con motores de gasolina si poseen un sistema EOBD.

Introducción Plazo de transición El plazo de transición se reiere a modelos que fueron homologados hasta el 31 de diciembre de 1999 y cumplen con las normativas sobre emisiones de escape UE II, D3 ó D4. Estos vehículos todavía pueden ser matriculados por el comprador hasta el 31 de diciembre del 2000 y pueden ser utilizados ilimitadamente sin el sistema EOBD. Después de esa fecha, los modelos incluso ya existentes deberán poseer un sistema EOBD para su primera matriculación (por parte del comprador).

Nota: La legislación EOBD no afecta a vehículos que fueron matriculados por el comprador hasta el 31 de diciembre de 1999.

Los elementos visibles del EOBD son el testigo de aviso de gases de escape K83 y el interfaz para diagnósticos en el habitáculo. Todas las demás funciones y los diagnósticos se llevan a cabo de forma autónoma por parte de la unidad de control del motor, sin que el conductor se percate de las continuas veriicaciones que son llevadas a cabo por sus sistemas técnicos de relevancia para la composición de los gases de escape del vehículo. Esto signiica, que no hay muchos cambios para el conductor de un vehículo con EOBD, pero que al personal de Servicio le esperan nuevas tecnologías y nuevas secuencias de operaciones de trabajo a ese respecto.

Si en el vehículo interviene un fallo que declina la calidad de los gases de escape se inscribe la avería en la memoria y se enciende el testigo de aviso de gases de escape. El testigo parpadea si puede suceder que el catalizador sufra daños debidos a fallos de la combustión.

El EOBD memoriza el tiempo que estuvo encendido el testigo de aviso de gases de escape (expresado en kilómetros recorridos).

81


Tema 20EOBD

Interfaz para diagnósticos Los datos memorizados del EOBD pueden ser consultados a través del interfaz para diagnósticos. Los códigos de avería han sido estandardizados, para que sea posible consultar los datos con cualquier generic scan tool (visor de datos OBD). El interfaz para diagnósticos debe estar a buen acceso desde el asiento del conductor.

El sistema EOBD veriica:- el funcionamiento eléctrico de todos los componentes que son importantes para calidad de los gases de escape.- el funcionamiento de todos los sistemas del vehículo que inluyen en la calidad de los gases de escape (p. ej. sondas lambda, sistema de aire secundario).- el funcionamiento del catalizador.- la presencia de fallos de la combustión.- el CAN-Bus de datos.- el funcionamiento intachable del cambio automático

Nuevos sistemas en vehículos

Antes de pasar a describir los detalles del EOBD es conveniente tratar el tema de los nuevos sistemas en vehículos. Desde que fue publicado el Programa autodidácticos 175 .Diagnóstico de a bordo II en el New Beetle USA. se han seguido desarrollando ciertos sistemas en vehículos, que se detectan con motivo de la vigilancia establecida a través del EOBD.


82

Tema 20EOBD

Sonda lambda de banda ancha

(LSU Lambda Sonde Universal.) es una nueva generación de sondas lambda, que se implantan en forma de sondas antes el catalizador. Su nombre revela el objetivo planteado al desarrollo de esta sonda. El valor lambda ya no se emite en forma de una curva de tensión ascendente a saltos (como en el caso de la sonda lambda de señales a saltos), sino que se emite en forma de una intensidad de corriente con incrementos casi lineales. De esa forma es posible medir el valor lambda en una gama más amplia (banda ancha). Las sondas convencionales cilíndricas tipo dedillo (LSH . .Lambda Sonde Heizung., calefacción sonda lambda) o las sondas planares (LSF . .Lambda Sonde Flach.) también se denominan sondas de señales a saltos, debido a los saltos que presentan sus curvas de tensión. Para el montaje posterior al catalizador se emplea una sonda lambda de señales a saltos. Para la función de vigilancia de la sonda postcatalizador resulta suiciente la gama de medición de señales a saltos que proporciona este tipo de sonda alrededor del valor そ=1 .

Funcionamiento

La detección y el análisis del valor lambda está conigurado de una forma distinta para la sonda lambda de banda ancha, en comparación con la de señales a saltos, en virtud de lo cual el valor lambda no se determina a partir de una variación de la tensión, sino que se utiliza aquí la variación de la intensidad de corriente. Sin embargo, las operaciones físicas son iguales.Para explicar el funcionamiento se describen brevemente a continuación ambos sistemas.

Sonda lambda de señales a saltos

El elemento principal de esta sonda es un cuerpo de cerámica revestido por ambos lados (célula de Nernst). Estos recubrimientos asumen la función de electrodos, de los cuales una capa se encuentra en contacto con el aire exterior y la otra con los gases de escape. Debido a los diferentes contenidos de oxígeno en el aire exterior con respecto al de los gases de escape se genera una tensión entre los electrodos. Esta tensión se analiza para determinar el valor lambda en la unidad de control del motor.

83


Tema 20EOBD

Sonda lambda de banda ancha

También esta sonda genera una tensión con ayuda de dos electrodos, la cual resulta de las diferencias de contenido de oxígeno. La diferencia con respecto a la sonda lambda de señales a saltos reside en que la tensión de los electrodos se mantiene aquí constante. Esto se consigue por medio de una célula de bomba (bomba miniaturizada), que alimenta oxígeno al electrodo que se encuentra por el lado de escape, en una cantidad tal, que la tensión entre ambos electrodos se mantenga constante a 450 mV. El consumo de corriente de la bomba es transformado en la unidad de control del motor en un valor lambda.

Ejemplos de la gestión para la sonda lambda de banda ancha

Supongamos que la mezcla de combustible/aire empobrece. Eso signiica, que el contenido de oxígeno aumenta en los gases de escape y la célulabomba, manteniendo un rendimiento uniforme, aporta una mayor cantidad de oxígeno hacia el área de medición de la que puede escapar por el conducto de difusión. De esa forma se modiica la proporción del oxígeno con respecto al aire exterior y desciende la tensión entre los electrodos.


84

Tema 20EOBD

Para alcanzar nuevamente la tensión de 450 mV entre los electrodos, es preciso reducir el contenido de oxígeno por el lado de los gases de escape. A esos efectos, la célula-bomba tiene que aportar una menor cantidad de oxígeno hacia el área de medición. El rendimiento de la bomba se reduce, por tanto, hasta que se alcance nuevamente la tensión de 450 mV. La unidad de control del motor transforma el consumo de corriente de la bomba miniatura en un valor de regulación lambda y modiica correspondientemente la composición de la mezcla.

El contenido de oxígeno en los gases de escape se reduce en cuanto la mezcla de combustible y aire enriquece excesivamente. Debido a ello, la célula-bomba aporta una menor cantidad de oxígeno al área de medición al mantener un caudal invariable, con lo cual aumenta la tensión entre los electrodos. A través del conducto de difusión escapa en este caso una mayor cantidad de oxígeno, en comparación con la aportada por la célula-bomba.

85


Tema 20EOBD

Resulta necesario aumentar el caudal de la célula-bomba para que aumente el contenido de oxígeno en el área de medición. Debido a ello se ajusta nuevamente la tensión de los electrodos al valor de 450 mV, y la unidad de control del motor transforma la corriente absorbida por la célula-bomba en un valor de regulación lambda.

El efecto de la célula-bomba es un procedimiento netamente físico. No se emplean componentes mecánicos para esta función. La célula-bomba ha sido representada arriba sólode forma simbólica.Debido a una tensión positiva de la célula-bomba se atraen iones negativos de oxígeno através del elemento de cerámica permeable al oxígeno.

La sonda lambda de banda ancha y la unidad de control del motor constituyen un sistema.La sonda lambda debe concordar con la unidad de control del motor.


86

Tema 20EOBD

Arquitectura

1 Célula de Nernst con electrodos2 Calefacción de la sonda3 Conducto de aire exterior4 Área de medición5 Conducto de difusión

a Electrodo (ánodo)b Fuente de corriente eléctricac Cerámicad Electrodo (cátodo)

Se incorporan sondas lambda de dos diferentes fabricantes.

Circuito eléctrico (NTK) Circuito eléctrico (Bosch)

87


Tema 20EOBD

Efectos en caso de averiarse la sonda ante catalizador

Si se ausenta la señal de la sonda lambda se interrumpe la regulación lambda y se bloquea la autoadaptación lambda. El sistema de desaireación del depósito pasa a la función de emergencia. Los diagnósticos del aire secundario y del catalizador se bloquean. Para la función de emergencia, la unidad de control del motor emplea una gestión controlada por familia de curvas características.

La sonda lambda de banda ancha únicamente debe ser sustituida completa, con cable y conector.

Recirculación eléctrica de los gases de escape

Sobre todo en motores de baja cilindrada se emplea la recirculación de los gases de escape para reducir el consumo de combustible. Debido a los gases de escape recirculados, el motor tiene que aspirar una menor cantidad de aire, y el ahorro de potencia de aspiración que de ahí resulta, actúa de forma positiva en la reducción del consumo de combustible.

Funcionamiento

Hasta ahora se han empleado dos válvulas para gestionar la recirculación de los gases de escape: - Válvula de recirculación de gases de escape N18 - Válvula AGR La válvula de recirculación de gases de escape era excitada eléctricamente por parte de la unidad de control del motor y retransmitía una correspondiente señal de vacío a la válvula AGR. Con el vacío aplicado abría la válvula AGR y dejaba pasar gases de escape al conducto de admisión

Válvula de recirculación de gases de escape N18 (versión nueva)

1 Unidad de control del motor J...2 Válvula de recirculación de gases de escape N183 Válvula AGR4 Catalizador


88

Tema 20EOBD

En el caso de la recirculación eléctrica de los gases de escape hay ya sólo una válvula: - La válvula de recirculación de gases de escape N18 Esta válvula es excitada directamente por la unidad de control del motor y se encarga de modiicar por la vía electromagnética la carrera de apertura para la recirculación. El potenciómetro integrado para la recirculación de los gases de escape informa a la unidad de control del motor acerca de la carrera de apertura efectiva de la válvula.

1 Unidad de control del motor J...2 Válvula de recirculación de gases de escape N18 con potenciómetro para recirculación de gases de escape G2123 Desaireación4 Catalizador

La válvula AGR y la válvula de recirculación de gases de escape han sido agrupadas en laelectroválvula de recirculación de gases de escape.

Circuito eléctrico

Efectos en caso de averiarse la válvula

Si la válvula se avería estando abierta, el motor se detiene al marchar al ralentí, ya no siendo posible arrancarlo. Si la válvula averiada se mantiene cerrada, la avería no inluye en la capacidad de circulación del vehículo. A pesar de ello se detecta y memoriza la avería.

89


Tema 20EOBD

Acelerador electrónico

La válvula de mariposa se accionaba hasta ahora mecánicamente por medio de un cable Bowden. Sólo al ralentí o al incorporar un programador de velocidad se accionaba la mariposa por la vía electromotriz. Con la implantación del acelerador electrónico se otorga a la unidad de control del motor la posibilidad de adaptar la posición de la mariposa a las condiciones básicas dadas en cada situación especíica.

FuncionamientoLos deseos expresados por el conductor o bien las señales procedentes del módulo pedal acelerador se transmiten a la unidad de control del motor. Previo análisis de estas señales, la unidad de control del motor calcula las condiciones óptimas para la entrega del par deseado, en consideración de todas las señales suplementarias que intervienen. Las señales suplementarias proceden por ejemplo de:

- el programador de velocidad,- el climatizador,- la regulación del ralentí,- la regulación lambda,- el cambio automático y- los sistemas ABS/ESP.

La puesta en práctica se realiza a través de la mariposa regulable por la vía electromotriz, así como a través de los reglajes del encendido y de la inyección de combustible. Las funciones anómalas se visualizan a través del testigo de avería para el acelerador electrónico.


90

Tema 20EOBD

Sensor integrado en el retén

En ciertos motores se implanta una nueva generación de transmisores de régimen del motor G28 . el sensor integrado en el retén (IWDS . Integrierter Wellendichtring-Sensor). El transmisor se aloja en una brida de estanqueidad para el cigüeñal, por el lado del cambio del motor. La rueda generatriz de impulsos (60-2 dientes) se encaja en una posición exacta en el cigüeñal. Los sistemas IWDS son fabricados por dos diferentes proveedores, en virtud de lo cual pueden diferir por cuanto a su arquitectura.

Circuito eléctrico

Efectos en caso de avería

Se reduce el régimen máximo del motor y la unidad de control del motor calcula un valor supletorio para el régimen del motor, tomando como base la señal del G40.

91


Tema 20EOBD

La descripción y explicación del EOBD resulta más extensa que la sola descripción de componentes o sistemas. Las diicultades que ello plantea se ponen de maniiesto, si se considera que el EOBD no es un sistema coherente del vehículo, sino más bien una función destinada a inspeccionar continuamente el cabal funcionamiento de sistemas y componentes especíicos. A esto se añade la extensa gama de modelos de vehículos, motores, unidades de control del motor, etc. Para aclarar un poco esta situación del .confuso colectivo de versiones variantes., antes de pasar a explicar los métodos de comprobación, queremos proporcionarle en este capítulo una idea general sobre los diferentes tipos de gestiones de motor y unidades de control que intervienen.

Formas básicas de la gestión de motores

Una catalogación básica de los sistemas de gestión de motores se realiza tomando como base el modo en que se determinan los estados operativos en el conducto de admisión (masa de aire o presión en el conducto de admisión). Esta catalogación no está referida a determinados fabricantes de unidades de control de motores, porque suelen ofrecer ambas formas. La cantidad de aire aspirada o la presión en el conducto de admisión se necesitan para el cálculo- del momento de encendido,- de la cantidad a inyectar- y para la vigilancia EOBD de casi todos los componentes.

Sistemas de presión en el conducto de admisión

En el caso de estos sistemas de gestión de motores, la cantidad de aire aspirada se determina con ayuda del transmisor de presión en el conducto de admisión. En estos sistemas no existe el medidor de la masa de aire


92

Tema 20EOBD

Sistemas de masa de aire

Según dice su nombre, el medidor de la masa de aire asume la función de detectar la cantidad del aire aspirado. A cambio de ello se anula el transmisor de presión en el conducto de admisión.

En los motores turboalimentados existe el medidor de la masa de aire y también el transmisor de presión en el conducto de admisión, debido a que el transmisor de presión tiene que medir adicionalmente la presión de sobrealimentación.

Unidades de control del motor y detección de la cantidad de aire En un segundo paso se asigna a las diferentes unidades de control de motores el tipo de gestión que realizan (detección de la cantidad de aire en el conducto de admisión).

93


Tema 20EOBD

Unidades de control de motor y diagnósticos

En las tablas siguientes se asignan los diferentes métodos de diagnóstico EOBD a las unidades de control de motor. De ahí se desprende, que no todas las unidades de control de motor emplean los mismos métodos para los diagnósticos EOBD.


94

Tema 20EOBD

95


Tema 20EOBD

Regulación lambda

El OBD II veriica, respecto a la regulación lambda, los siguientes criterios:

- Comportamiento de respuesta/envejecimiento- Tensión en las sondas lambda- Calefacción de las sondas lambda

Diagnóstico de envejecimiento de las sondas lambda

Debido a envejecimiento o intoxicación puede resultar afectado el comportamiento de respuesta de una sonda lambda. Su declinación se puede manifestar en forma de una prolongación del tiempo de reacción (duración de período) o de un desplazamiento de la curva de tensión de la sonda. Ambos criterios se traducen en una reducción de la ventana そ伊y suponen una declinación en la conversión catalítica de los gases de escape.Es posible detectar, memorizar y visualizar una alteración en el tiempo de reacción, pero no es posible compensarla.En la Motronic M5.9.2 se procede a corregir el desplazamiento de la curva de tensión, dentro de un margen deinido (autoadaptación) con ayuda de un segundo circuito de regulación.


96

Tema 20EOBD

97


Tema 20EOBD

Prueba de tensión de la sonda lambda

La prueba de tensión de la sonda lambda comprueba el funcionamiento eléctrico de la sonda.El sistema comprueba y diferencia entre cortocircuitos con positivo y masa, así como interrupciones en el cableado, p. ej. debidas a fracturas de cables. La avería se especiica según si la señal ha sido detectada como muy alta o muy baja.

La sonda lambda G39 es la sonda ante el catalizador.

Efectos en caso de ausentarse la señal Si se ausenta la señal de la sonda lambda no se produce la regulación lambda y se bloquea la autoadaptación lambda.El sistema de desaireación del depósito de combustible pasa a la función de emergencia. La unidad de control Motronic utiliza una gestión por familia de características, a manera de función de emergencia.

La sonda lambda G108 es la sonda después del catalizador.

Efectos en caso de ausentarse la señal La regulación lambda del motor se sigue llevando a cabo en caso de averiarse la sonda después del catalizador. Lo único que ya no se puede veriicar es el funcionamiento del catalizador en caso de averiarse la sonda. En la gestión Motronic M5.9.2 se anula en ese caso también la prueba de funcionamiento de la sonda ante cat.

Conexión eléctrica


Sondas lambda calefactadas

Ventajas:En virtud de que el comportamiento de las sondas lambda está supeditado a la temperatura, calefactando las sondas ya se consigue una regulación de los gases de escape a bajas temperaturas del motor y de los gases.

Diagnóstico de la calefacción de la sonda lambda

Midiendo la resistencia de la calefacción para la sonda lambda, el sistema detecta la correcta potencia de calefacción.La presencia de condensado, sobre todo en la fase de arranque en frío, puede provocar daños a la sonda calefactada, al coincidir circunstancias desfavorables. Por ese motivo, la sonda ante el catalizador se calefacta directamente después del arranque del motor, mientras que la sonda después del catalizador no se calefacta hasta haber superado una temperatura calculada de aprox. 308 °C en el catalizador.


98

Tema 20EOBD

Diagnóstico del tiempo de reacción de la sonda ante catalizador

También el tiempo de reacción de la sonda ante el catalizador puede sufrir una declinación debida a envejecimiento o intoxicación de la sonda. La forma de proceder para el diagnóstico de estos fallos ha sido explicada ya anteriormente, pero debido a la implantación de sondas lambda de banda ancha han sido modiicadas las señales de la sonda ante catalizador. Por ese motivo se vuelve a explicar aquí este diagnóstico, con las señales actuales de la sonda ante catalizador. La premisa inicial para un diagnóstico del tiempo de reacción es la modulación de la mezcla de combustible/aire por parte de la unidad de control del motor. Esta modulación es a su vez una leve oscilación entre mezcla pobre y mezcla rica, generada artiicialmente por la unidad de control del motor, debido a que el valor lambda se puede regular con una exactitud tal en la sonda lambda de banda ancha, que siempre se cifraría en そ = 1. Sin embargo, para su funcionamiento óptimo, el catalizador necesita ligeras luctuaciones en la composición de la mezcla, en virtud de lo cual se procede a modular ésta por mediación de la unidad de control del motor al emplear una sonda lambda de banda ancha.

La señal de la sonda lambda de banda ancha se indica aquí en forma de tensión U, porque el sistema para diagnóstico, medición e información de vehículos VAS 5051 convierte y visualiza la señal de salida propiamente dicha (intensidad de corriente I) en una señal de tensión.

99


Tema 20EOBD

La señal de la sonda ante catalizador sigue a la modulación de la mezcla de combustible/ aire que efectúa la unidad de control del motor.

La señal de la sonda ante catalizador ya no puede seguir a la modulación de la mezcla de combustible/aire.

1 Unidad de control del motor2 Sonda ante catalizador3 Sonda posterior al catalizador


100

Tema 20EOBD

Diagnóstico del límite de regulación para la sonda postcatalizador

Si la mezcla de combustible y aire tiene la composición óptima, la tensión de la sonda posterior al catalizador oscila en torno a そ= 1. Si la sonda postcatalizador genera una tensión superior o inferior al promedio calculado, esto denota la existencia de una mezcla de combustible y aire demasiado rica o pobre, respectivamente. Por ese motivo, la unidad de control del motor modiica su valor de regulación lambda (inluyendo así en la composición de la mezcla de combustible/aire) hasta que la sonda postcatalizador vuelva a señalizar そ= 1. Este valor de regulación lambda posee límites ijos. Si se sobrepasan estos límites de regulación, el EOBD supone que está dada una avería en la sonda postcatalizador o en el sistema de escape (aire iniltrado).

Mezcla pobre de combustible/aire y regulación correcta

Mediante un descenso de la tensión, la sonda postcatalizador informa a la unidad de control del motor acerca de un ascenso del contenido de oxígeno en los gases de escape. A raíz de ello, la unidad de control del motor aumenta el valor de regulación lambda, enriqueciendo la mezcla de combustible/aire. La tensión de la sonda postcatalizador asciende correspondientemente y la unidad de control del motor puede volver a reducir el valor de regulación lambda. Esta regulación se desarrolla a lo largo de un ciclo relativamente prolongado de la marcha del vehículo

Mezcla pobre de combustible/aire, alcanzándose el límite de valores de regulación

También en este caso, la sonda postcatalizador informa a la unidad de control del motor, mediante un descenso de la tensión, acerca de un ascenso del oxígeno contenido en los gases de escape. A raíz de ello, la unidad de control del motor aumenta el valor de regulación lambda, enriqueciendo la mezcla de combustible y aire. A pesar de este enriquecimiento de la mezcla, la tensión de la sonda se mantiene baja, debido a una avería, y la unidad de control del motor sigue aumentando el valor de regulación lambda hasta alcanzar el límite de regulación, detectando así la avería.

101


Tema 20EOBD

Diagnóstico en movimiento de la sonda posterior al catalizador

La funcionalidad de la sonda postcatalizador se vigila adicionalmente, por cuanto que la unidad de control del motor veriica las señales de la sonda en las fases de aceleración y deceleración. Durante la fase de aceleración se enriquece la mezcla de combustible y aire, reduciéndose el contenido de oxígeno en los gases de escape, por lo cual debe ascender la tensión de la sonda. En deceleración sucede justo lo contrario; se corta la alimentación del combustible, aumentando el contenido de oxígeno en los gases de escape, debido a lo cual debe descender la tensión de la sonda. Si no se produce la reacción esperada para la sonda posterior al catalizador, la unidad de control del motor inscribe una avería de la sonda postcatalizador.

Tomando como ejemplo la aceleración del vehículo

1 Unidad de control del motor2 Sonda postcatalizador


102

Tema 20EOBD

Catalizador

Diagnóstico de la conversión catalítica

La unidad de control del motor compara las tensiones de las sondas anterior y posterior al catalizador. De esa forma es posible determinar el rendimiento del catalizador y, por tanto, su cabal funcionamiento.

Con motivo del diagnóstico, la unidad de control Motronic compara las tensiones de las sondas anterior y posterior al catalizador. Se habla a este respecto de una relación proporcional entre las sondas anterior y posterior al catalizador (sondas lambda I + II). Si esta relación proporcional diiere del margen teórico especiicado, la gestión del motor detecta una función anómala del catalizador. Estando cumplidas las condiciones del fallo se inscribe el código de avería correspondiente en la memoria.La avería se visualiza a través del testigo de aviso de gases de escape (MIL).

Riesgos para el catalizadorDebido a las condiciones de temperatura en que trabajan los catalizadores, éstos están sujetos a un proceso de envejecimiento, que inluye sobre su capacidad de conversión.El comportamiento de la conversión catalítica no sólo puede experimentar una declinación debida a este envejecimiento térmico, sino también una debida a intoxicación (envejecimiento químico).Si durante el funcionamiento intervienen por ejemplo temperaturas superiores en el catalizador, debidas a fallos del encendido, puede suceder que se dañe la supericie catalítica activa.En ciertas circunstancias también se puede producir un daño mecánico en el catalizador.

103


Tema 20EOBD

Sistema de desaireación del depósito

Leyenda:1 Unidad de control Motronic2 Electroválvula 1 para depósito de carbón activo3 Depósito de carbón activo

El sistema de desaireación del depósito se propone evitar que escapen hidrocarburos a la atmósfera. Por ese motivo, los vapores de gasolina que se producen por encima de la supericie del combustible en el depósito se almacenan en un depósito de carbón activo y se alimentan a través de una electroválvula hacia el colector de admisión.A manera de complemento, a la desaireación del depósito se le puede agregar la función de comprobación de fugas.


104

Tema 20EOBD

Diagnóstico de lujo

Al ser activado el sistema de desaireación del depósito se modiica la mezcla de combustible y aire. Si el depósito de carbón activo está saturado, la mezcla enriquece. Si el depósito de carbón activo está vacío, la mezcla empobrece. Esta modiicación que experimenta la mezcla es registrada por la sonda ante el catalizador y viene a conirmar así el funcionamiento del sistema de desaireación del depósito.

Problema:

El diagnóstico reacciona sensiblemente ante una agregación de magnitudes parásitas durante el ciclo de la revisión (p. ej. magnitudes parásitas procedentes de la servodirección, de los frenos o de la activación del aire acondicionado).

Leyenda:1 Filtro de carbón activo2 Colector de admisión

3 Depósito de combustible4 Sonda ante cat

Electroválvula 1 para depósito de carbón activo N80

Posición de montaje: en la zona de la carcasa del iltro de aire / brazo telescópico de la suspensión. Gestiona la desaireación del depósito de carbón activo hacia el colector de admisión y está pintada en color negro. Es una versión cerrada al no tener corriente aplicada.

105


Tema 20EOBD

Diagnóstico de modulación

Este diagnóstico efectúa su comprobación con un intervalo propio. La unidad de control del motor abre para ello un poco y vuelve a cerrar un poco la electroválvula para el depósito de carbón activo, procediendo en un ritmo deinido. La presión .modulada. de esa forma en el conducto de admisión es detectada por el transmisor de presión en el colector de admisión y transmitida a la unidad de control del motor. Allí se compara y analiza esta señal.

1 Unidad de control del motor2 Depósito3 Depósito de carbón activo

4 Electroválvula para depósito de carbónactivo N805 Transmisor de presión en el colector deadmisión G71

Detección de fallos de la combustión, selectiva por cilindros

Método analítico de la aciclicidad de marcha

Si se produce un fallo en la combustión, la mezcla de combustible y aire pasa sin quemar hacia el caudal de los gases de escape. Aparte de una caída de potencia del motor y una declinación en la calidad de los gases de escape, el riesgo principal que encierra este fenómeno reside en que el catalizador se sobrecalienta y se daña debido a la mayor combustión catalítica.El principio de la detección de fallos se basa en la captación de la aciclicidad de funcionamiento del motor, procediendo de forma selectiva por cilindros. Las irregularidades del pavimento pueden conducir a una interpretación incorrecta, haciendo suponer fallos de la combustión. Por ese motivo, la gestión del motor desactiva la detección de fallos de la combustión en cuanto se circula sobre pavimento con irregularidades intensas.


106

Tema 20EOBD

Leyenda:1 Unidad de control Motronic2 Transmisor Hall3 Transmisor de régimen del motor

Detección de fallos selectiva por cilindros:

Ejemplo: fallos en el cilindro 4

A Señal del cigüeñal:Posible fallo en los cilindros 1 ó 4

B Señal del árbol de levas:Detección de posición del cilindro 1

Señales A + B= Fallos en el cilindro 4

Cilindro 1 (4)Cilindro 2 (3)

Con la división de la rueda de marcas del cigüeñal (60-2 dientes) en dos segmentos de 180° para el motor de 4 cilindros, y la integración de la señal de posición del árbol de levas, es posible detectar y visualizar, selectivamente por cilindros, los fallos del encendidoPara compensar pequeñas diferencias/tolerancias en la corona dentada, durante la fase de deceleración se produce un ciclo de autoadaptación del transmisor al estar el vehículo en circulación.

107


Tema 20EOBD

El OBD II comprueba:

- continuamente el índice de fallos, en intervalos de medición ijos de 1.000 vueltas del cigüeñal. Si la concentración de HC sobrepasa en 1,5 veces la magnitud especiicada, ello equivale a un índice de fallos de combustión superior a 2 %.

- el índice de fallos de la combustión en un intervalo de 200 vueltas del cigüeñal, en consideración de las condiciones marginales (régimen/carga), con objeto de prevenir daños en el catalizador.

Procedimiento:

Al ocurrir fallos del encendido o de la combustión se producen luctuaciones adicionales en el comportamiento de marcha del cigüeñal. La gestión de motores Motronic M5.9.2 vigila el comportamiento del cigüeñal por medio de la rueda de marcas del cigüeñal y el transmisor de régimen del motor G28. Al ocurrir fallos de encendido o combustión, éstos provocan modiicaciones en la velocidad circunferencial de la rueda de marcas del cigüeñal.

v = régimen del motor, t = tiempo


108

Tema 20EOBD

Transmisor de régimen del motor G28

Este transmisor inductivo detecta el régimen de revoluciones del cigüeñal, permitiendo vigilar así el comportamiento de marcha del motor.

La señal del sensor se utiliza para el cálculo de:- la cantidad y el momento de la inyección de combustible,- el momento de encendido y- el régimen del motor.

Efectos en caso de ausentarse la señal

Si se ausenta la señal de régimen no es posible arrancar el motor.Si el fallo se presenta con el motor en funcionamiento, el motor se para


Transmisor Hall G40

La señal del transmisor Hall se utiliza para detectar el cilindro 1.En el New Beetle (USA) está diseñado en versión de sensor del árbol de levas.


La detección de fallos del encendido también puede funcionar en caso de averiarse el sensor G40. Para el funcionamiento del motor, el sistema retrasa el ángulo de encendido a manera de función de emergencia.


109


Tema 20EOBD


Con ayuda del disco de marcas de referencia del cigüeñal, el transmisor de régimen del motor detecta irregularidades en las revoluciones del motor, causadas por fallos de la combustión. En combinación con la señal del (posición del árbol de levas), la unidad de control del motor puede reconocer el cilindro afectado, inscribir la avería en la memoria y activar el testigo luminoso de aviso de los gases de escape K83.

Método analítico del par

Igual como sucede con el método analítico de la aciclicidad de marcha, el método analítico del par detecta los fallos de la combustión, de forma selectiva por cilindros, tomando como base las señales del transmisor de régimen del motor y del . La diferencia reside en el modo de analizar las señales de régimen del motor. El método analítico del par compara, con unos cálculos ijos en la unidad de control del motor, el régimen heterogéneo que se produce en función del encendido y la compresión. Para estos cálculos se toma como base el par en función de los factores de carga y régimen, la masa de inercia y las características del régimen de motor que de ahí resultan. Las luctuaciones de par del motor calculadas de esa forma poseen un valor informativo tan importante como los resultados obtenidos por el método analítico de la aciclicidad de marcha, pero las características del régimen tienen que ser analizadas de forma individual para cada tipo de motor y programadas en la unidad de control del motor.

Régimen heterogéneo del motor

Por simpliicar las explicaciones se contempla en este ejemplo solamente el cilindro 1. Durante el ciclo de compresión se utiliza la energía cinética del motor para comprimir la mezcla de combustible y aire. El régimen del motor disminuye.

Compresión en el cilindro 1


110

Tema 20EOBD

Después de la compresión se produce el encendido, con lo cual aumenta el régimen del motor. De esta forma se genera con cada combustión un régimen oscilante del motor, debido a los factores de compresión y encendido. Si se contemplan los cuatro cilindros, las diferentes luctuaciones de régimen se superponen, obteniéndose así una curva resultante. Esta curva es medida por el transmisor de régimen del motor y veriicada en la unidad de control del motor, por cálculo y comparación con los valores característicos correspondientes.

Encendido en el cilindro 1

Detección de fallos de la combustión con ayuda de la señal de régimen del motor

n = régimen del motor, t = tiempo1 Unidad de control del motor2 Transmisor de régimen del motor G28

111


Tema 20EOBD

Si debido a fallos de la combustión, los gases de escape sobrepasan los límites establecidos para EOBD, se enciende de forma continua el testigo de aviso de los gases de escape. Si, por su parte, puede suceder que el catalizador se dañe debido a los fallos de la combustión y no se abandona la gama peligrosa de cargas y regímenes, primero parpadea el testigo de aviso de los gases de escape y poco tiempo después se desactiva la alimentación de combustible para el cilindro afectado.

Recirculación eléctrica de los gases de escape

Diagnóstico de presión

El transmisor de presión en el conducto de admisión tiene que detectar un ascenso de la presión (una depresión menos intensa) al dejar pasar gases de escape hacia el conducto de admisión. La unidad de control del motor compara el ascenso de presión en el conducto de admisión con la cantidad recirculada de gases de escape y puede sacar de ahí conclusiones sobre el funcionamiento de la recirculación de gases de escape (AGR). Este diagnóstico sólo se lleva a cabo en la fase de deceleración, porque es cuando se desactiva la inyección, que sería una magnitud perturbadora para la medición, y por ser cuando el motor tiene un alto rendimiento de aspiración.

1 Unidad de control del motor 2 Válvula de recirculación de gases de escape N18 3 Transmisor de presión en el colector de admisión G71


112

Tema 20EOBD

Acelerador electrónico

El EOBD utiliza las funciones de diagnóstico del acelerador electrónico destinadas a visualizar una avería del acelerador electrónico a través del testigo de avería. Si estas averías siguen existiendo durante el siguiente o los dos siguientes ciclos de conducción, el EOBD también activa el testigo de aviso de los gases de escape.El acelerador electrónico comprueba:- el ordenador de funciones en la unidad de control del motor- el transmisor de posición del acelerador- el transmisor de ángulos para el mando de la mariposael conmutador de luz de freno- los conmutadores de pedal de freno y embrague- la señal de velocidad del vehículo

CAN-Bus de datos

Diagnóstico de datos

Cada unidad de control de motor conoce los componentes electrónicos que intercambian información a través del CAN-Bus de datos en el vehículo en cuestión. Si se ausenta la cantidad mínima de datagramas de un componente se detecta avería y se la memoriza. Hay otros componentes que utilizan también el CAN-Bus de datos, que pueden ser:- la unidad de control con unidad de visualización en el cuadro de instrumentosla unidad de control para ABS/ESP- la unidad de control para el cambio automático

CAN-Bus de datos con capacidad funcionalTodos los componentes conectados (en este caso las unidades de control) transmiten de forma sistemática sus datagramas a la unidad de control del motor. Esta última detecta que no falta ninguno de los datagramas y por tanto funciona correctamente el intercambio de datos.

CAN-Bus de datos interrumpidoUn componente no puede transmitir su información a la unidad de control del motor. Esta última detecta la falta de información, identiica el componente afectado e inscribe en la memoria una avería correspondiente.

1 Unidad de control del motor2 CAN-Bus de datosA-C Diversas unidades de control en el vehículo

113


Tema 20EOBD

Sistema de aire secundario

Hasta ahora se había probado el funcionamiento del sistema de aire secundario a través del valor de regulación lambda. Esto signiica, que la tensión de la sonda ante el catalizador debe indicar mezcla pobre (そ> 1) durante la alimentación del aire secundario, a pesar de que el motor está siendo gestionado por la unidad de control de modo que funcione con mezcla rica.

Diagnóstico de lujo.

Desde que fue introducida la sonda lambda de banda ancha se emplea la señal de la sonda ante el catalizador para los efectos de veriicación, porque la sonda lambda de banda ancha suministra mediciones mucho más detalladas, que por ejemplo las de la sonda lambda de señales a saltos. Durante esa operación, el sistema calcula y veriica la masa de aire efectivamente alimentada, analizando para ello la diferencia lambda (lambda antes de la alimentación del aire secundario y durante la alimentación).

l = lambda, t = tiempo

1 Unidad de control del motor2 Relé para bomba de aire secundario J299

3 Válvula de aire secundario N112

4 Bomba de aire secundario V1015 Válvula combinada

6 Sonda ante catalizador


114

Tema 20EOBD

Regulación de la presión de sobrealimentación

Diagnóstico de los límites de la presión de sobrealimentación

Con motivo del EOBD se analiza la presión de sobrealimentación de los motores turboalimentados, para saber si sobrepasan la presión de sobrealimentación máxima autorizada. Esto representa a su vez una protección para el motor, porque no se lo debe sobrecargar con una sobrealimentación excesiva.

Se sobrepasa el límite de la sobrealimentación

Debido a una avería en la regulación de la presión de sobrealimentación se sobrepasa la sobrealimentación máxima admisible. El transmisor de presión en el colector de admisión informa a la unidad de control del motor acerca de la presión de sobrealimentación momentáneamente aplicada y la unidad de control del motor detecta la avería en cuestión.

Se inicia la función de protección

La señalización y memorización de la avería no resultan suicientes en este caso. Es preciso desactivar el turbocompresor de escape, para evitar daños en el motor. A esos efectos se abre la válvula de descarga .waste-gate. del turbocompresor, a través de la cual se desvían los gases de escape que suelen impulsarlo.

1 Unidad de control del motor2 Electroválvula limitadora de la presión de sobrealimentación N753 Turbocompresor con válvula reguladora de la presión de sobrealimentación4 Válvula de descarga .waste-gate.5 Transmisor de presión en el colector de admisión G71

115


Tema 21Filtro de partículas diesel

La reducción de las emisiones de partículas representa hoy en día un gran desafío para el control de las emisiones en vehículos con motor diésel. Aparte de las medidas aplicadas al motor corresponde una importancia especial a este respecto al tratamiento de los gases de escape. El iltro de partículas representa un método eicaz para eliminar las partículas de hollín que están contenidas en los gases de escape de los motores diésel, a raíz de implicaciones especíicas del sistema.Los sistemas de iltración más habituales constan de un catalizador de oxidación y el propio iltro de partículas. En el caso del iltro de partículas con recubrimiento catalítico de Volkswagen se ha procedido a combinar el catalizador y el iltro en una unidad compartida. En este sistema de iltración de partículas es posible quemar de forma continua las partículas, sin tener que agregar un aditivo al combustible, gracias al diseño especíico y a la implantación del sistema cerca del motor.


116


Gases de escape

Normativas sobre los gases de escape

En la República Federal de Alemania, en Europa y a nivel mundial se han tomado determinaciones y dictado normativas legales en los últimos años, con miras a reducir las emisiones de contaminantes en el aire. Existen las normativas europeas sobre emisiones contaminantes EU1 hasta EU4. Especiican a la industria del automóvil los límites de las emisiones contaminantes para la homologación de nuevos modelos de vehículos.

EU3

Desde el año 2000 rige la norma sobre emisiones de escape EU3 para vehículos de nueva matriculación. Se distingue de la normativa anterior EU2 por tener una mayor severidad en las condiciones que rigen para las pruebas en el banco de rodillos y una reducción de los límites de contaminación.

EU4

La norma EU4 entra en vigor a partir del 2005 y viene a sustituir a la EU3. Supone una reducción más en los límites de emisiones para la homologación.

Previsiones de futuro

Para el futuro se supone que entrará en vigor la EU5, como una normativa más estricta todavía. Si bien, todavía no se han deinido los valores que regirán con esta norma, sin embargo, se sabe que los límites de las emisiones de escape bajarán una vez más. El límite de emisiones de partículas para turismos con motor diésel será reducido claramente en comparación con la normativa actual. Por ese motivo es necesario que en el futuro todos los turismos con motor diésel vayan equipados con un iltro de hollín.

117



Orígenes de los contaminantes en el ciclo de la combustión

La generación de contaminantes y, especialmente, las emisiones de partículas de hollín, dependen del proceso de la combustión en el motor diésel. Este proceso está supeditado a su vez a múltiples factores de diseño, propiedades del combustible y factores atmosféricos. A continuación se muestra un cuadro con los componentes de entrada y salida del motor diésel en el ciclo de la combustión.

Combustible inyectado:HC HidrocarburosS Azufre

Aire aspirado:O2 OxígenoN2 NitrógenoH2O Agua(humedad del aire)

Gases de escape:O2 OxígenoN2 NitrógenoH2O AguaCO2 Dióxido de carbono

CO Monóxido de carbonoHC HidrocarburosSO2 Dióxido de azufreNOx Óxidos nítricosPM Partículas de hollín(PM = inglés: particulate matter)

En lo que respecta al efecto nocivo para el medio ambiente y la salud, los gases de escape del motor diésel contienen componentes que merecen una evaluación diferenciada. Se catalogan como sustancias inofensivas los componentes ya existentes en la atmósfera, que son el oxígeno, nitrógeno y el agua.

El dióxido de carbono, siendo un gas natural contenido en la atmósfera, se encuentra dentro de un margen límite en lo que respecta a esta catalogación. Si bien no es tóxico, a medida que aumenta su concentración, sin embargo, se entiende como uno de los causantes del efecto invernadero. En cambio, son nocivas las sustancias tales como el monóxido de carbono, los hidrocarburos, el dióxido de azufre, los óxidos nítricos y las partículas de hollín.


118


Sustancias nocivas en los gases de escape

El monóxido de carbono (CO) se produce a raíz de una combustión incompleta de combustibles con contenido de carbono, al producirse esa combustión con escasez de oxígeno. Es un gas incoloro, inodoro e insípido.

Se da el nombre de hidrocarburos a una gran cantidad de combinaciones diferentes (por ejemplo C

6H

6, C

8H

18), que se

producen tras una combustión incompleta.

El dióxido de azufre se genera a raíz de la combustión de un combustible con contenido de azufre. Es un gas incoloro, de olor penetrante. El contenido del azufre en el combustible viene siendo cada vez menor.

Los óxidos nítricos (por ejemplo NO, NO2, ...) se producen por intervención de altas presiones, altas temperaturas y exceso de oxígeno durante la combustión en el motor.

Si falta oxígeno se producen partículas de hollín como consecuencia de una combustión incompleta.

COMonóxido decarbono

HCHidrocarburos

SO2Dióxido de azufre

NOxÓxidos nítricos

Partículas de hollín

119



Partículas

La palabra partícula se utiliza como término genérico para todos los pequeños corpúsculos, sólidos o líquidos, que se producen por abrasión, trituración, erosión, condensación, así como por una combustión incompleta. Estos procesos generan partículas de diferentes formas, dimensiones y estructuras.

Las partículas tienen el carácter de contaminantes en el aire si son tan pequeñas, que pueden lotar en gases y dañar el organismo.

Partículas de hollín

Durante el proceso de la combustión en un motor diésel se producen partículas de hollín. Son esferas microscópicas de carbono, con un diámetro aproximado de 0,05 µm. Su núcleo es de carbono puro. En torno a este núcleo se adhieren diversas combinaciones de hidrocarburos, óxidos metálicos y azufre.

Ciertas combinaciones de hidrocarburos se catalogan como críticas para la salud. La composición exacta de las partículas de hollín depende de la tecnología del motor, las condiciones de aplicación y el combustible empleado.

Origen de las partículas de hollín

La generación de las partículas de hollín en el motor diésel depende de las diferentes factores que intervienen en la combustión endomotriz, tales como la alimentación del aire, la inyección, la propagación de la llama. La calidad de la combustión depende del modo en que se lleve a cabo la mezcla del aire con el combustible. La mezcla puede resultar muy rica en ciertas zonas de la cámara de combustión, por no haber suiciente oxígeno disponible. En ese caso la combustión se mantiene incompleta y se producen partículas de hollín.

La masa y la cantidad de las partículas dependen, por tanto, de la calidad que tenga la combustión en el motor. El sistema de inyector bomba establece una combustión eiciente, gracias a la alta presión de la inyección y un desarrollo del ciclo de inyección, que concuerda con las exigencias planteadas al motor, con lo cual viene a reducir la generación de partículas de hollín durante el proceso de la combustión.Sin embargo, una alta presión de la inyección y la reinada pulverización del combustible que ello supone no necesariamente se traduce en partículas más pequeñas.En mediciones efectuadas se ha comprobado que el reparto de tamaños de las partículas en los gases de escape es muy parecido, indistintamente del principio de la combustión del motor, es decir, de que se trate de un motor de cámara de turbulencia, Common Rail o inyector bomba.


120


Medidas para reducir las emisiones de partículas

La reducción de las emisiones de escape del motor diésel constituye un objetivo importante que se plantea para su desarrollo ulterior. Para la reducción de las emisiones de escape existe una serie de soluciones técnicas aplicables. Se diferencia a este respecto entre las medidas endomotrices y ectomotrices.

Medidas endomotrices

Mediante medidas endomotrices resulta posible alcanzar una reducción de las emisiones. Una optimización eicaz de la combustión contribuye a que no se produzcan sustancias contaminantes.

A las medidas endomotrices pertenecen:

ズ el diseño de los conductos de admisión y escape, para establecer óptimas condiciones de lujo,

ズ altas presiones de inyección, por ejemplo con la tecnología del inyector bomba,

ズ el diseño de la cámara de combustión, por ejemplo reduciendo el espacio nocivo y optimizando la geometría de la cámara en la cabeza del pistón.

Medidas ectomotrices

Con medidas ectomotrices se puede evitar la emisión de las partículas de hollín que se generan con motivo de la combustión. Entiéndese por tal la reducción de las partículas de hollín a través de un sistema de iltración. Se distinguen a este respecto dos sistemas – el iltro de partículas diésel con aditivo y el iltro de partículas diésel con recubrimiento catalítico. En las páginas siguientes se le explica exclusivamente la arquitectura y el funcionamiento del iltro de partículas diesel con recubrimiento catalítico.

121



Sistema con aditivo

Este sistema se implanta en vehículos con el iltro de partículas instalado lejos del motor. Debido al largo trayecto de los gases de escape entre el motor y el iltro de partículas, la temperatura de encendido necesaria para la combustión de las partículas sólo se puede conseguir agregando un aditivo.

Sistema con recubrimiento catalítico

Este sistema se implanta en vehículos con el iltro de partículas instalado cerca del motor. Debido a los cortos recorridos de los gases de escape entre el motor y el iltro de partículas, la temperatura de los gases de escape todavía es suiciente para la combustión de las partículas.


122


Sistema del iltro de partículas diésel con recubrimiento catalítico

El cuadro general a continuación representa los componentes del sistema de iltración de partículas diésel.

1 Unidad de control en el cuadro de instrumentos J2852 Unidad de control del motor3 Medidor de la masa de aire4 Motor diésel5 Sensor de temperatura ante el turbocompresor G5076 Turbocompresor

7 Sensor de temperatura ante el iltro de partículas G5068 Sonda lambda G399 Filtro de partículas10 Sensor de presión 1 para gases de escape G45011 Sensor de temperatura después del iltrode partículas G52712 Silenciador

El cuadro muestra un sistema con escape monocaudal. En los sistemas de escape de caudal múltiple, los iltros de partículas y los sensores se implantan respectivamente una vez en cada ramal de gases de escape.

123



Filtro de partículasEl iltro de partículas diésel con recubrimiento catalítico va situado en el ramal de escape, cerca del motor, detrás del turbocompresor.Se han combinado dos componentes en una unidad compartida: el catalizador de oxidación y el iltro de partículas, dando por resultado el iltro de partículas diésel con recubrimiento catalítico. Combina la función del catalizador de oxidación con la del iltro de partículas diésel en un solo componente.

En su condición de iltro de partículas diésel se encarga de retener partículas de hollín contenidas en los gases de escape. En su función de catalizador de oxidación se encarga de depurar los gases de escape en lo que respecta a los contenidos de hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO). Se transforman en agua (H

2O) y dióxido de carbono (CO

2).

Fase de regeneración

El iltro de partículas diésel tiene que ser despejado de forma sistemática de las partículas de hollín, para evitar que resulte afectada su capacidad de funcionamiento. Durante el ciclo de regeneración se procede a quemar (oxidar) las partículas retenidas en el iltro. En el caso de la regeneración del iltro de partículas con recubrimiento catalítico se diferencia entre la regeneración pasiva y la regeneración activa. El ciclo de regeneración discurre sin que el conductor se percate de ello.

Regeneración pasiva

En el ciclo de regeneración pasiva las partículas de hollín se queman de forma continua, sin intervención por parte de la gestión del motor. El posicionamiento cercano al motor, del iltro de partículas, permite que por ejemplo los gases de escape alcancen temperaturas de 350-500 °C al circular por autopista. Las partículas de hollín son transformadas, por medio de una reacción con dióxido nítrico, en dióxido de carbono. Esta operación gradual se desarrolla de forma lenta y continua a través del recubrimiento de platino, que hace aquí las veces de material catalizador.

Funcionamiento


124


A partir de los óxidos nítricos (NOX) y el oxígeno (O

2) contenidos en los gases de escape se

genera dióxido nítrico (NO2) con ayuda del recubrimiento de platino.

NOX + O

2 reacciona produciendo NO

2

El dióxido nítrico (NO2) reacciona con el carbono (C) de la partícula de hollín, generándose

monóxido de carbono (CO) y monóxido de nitrógeno (NO).NO

2 + C reacciona produciendo CO + NO

El monóxido de carbono (CO) y el monóxido de nitrógeno (NO) se combinan con el oxígeno (O

2), produciendo dióxido nítrico (NO

2) y dióxido de carbono (CO

2).

CO + NO + O2 reacciona produciendo NO

2 + CO

2

Regeneración activa

Con motivo de la regeneración activa se procede a quemar las partículas de hollín, para lo cual la gestión del motor se encarga de producir un aumento especíico de la temperatura de los gases de escape. Al circular por ciudad a baja carga del motor, las temperaturas de los gases de escape son demasiado bajas como para poder practicar un ciclo de regeneración pasiva en el iltro de partículas. En virtud de que deja de ser posible degradar las partículas de hollín se produce una saturación de hollín en el iltro. En cuanto se alcanza una saturación especíica de hollín en el iltro, la gestión del motor pone en vigor un ciclo de regeneración activa. Esta oper-ación tarda unos 10 minutos. Las partículas de hollín se queman, produciendo dióxido de car-bono, a partir de una temperatura de los gases de escape de 600-650 °C.

Funcionamiento

En el caso de la regeneración activa se procede a quemar las partículas de hollín con ayuda de la alta temperatura de los gases de escape. El carbono de las partículas de hollín se somete a oxidación con el oxígeno, transformándose en dióxido de carbono. C + O

2 reacciona transfor-

mándose en CO2

125



Funcionamiento de la regeneración activa

Las partículas de hollín son retenidas en los conductos de entrada. La unidad de control del motor puede detectar el nivel de saturación del iltro de partículas diésel a base de analizar las señales procedentes del medidor de la masa de aire, de los sensores de temperatura antes y después del iltro de partículas, así como del sensor de presión 1 para los gases de escape.

Filtro de partículas vacío

Medidor de la masade aire G70

Sensor de temperaturaante iltro de partículas

G506

Sensor de presión 1 para gasesde escape G450

Señales hacia launidad de control del motor

Sensor de temperaturadespués del iltro de partículasG527

Filtro de partículas vacío = baja resistencia de lujo

Medidor de la masade aire G70

Sensor de temperaturaante iltro de partículas

G506

Señales hacia launidad de control del motor

Sensor de temperaturadespués del iltro de partículasG527

Sensor de presión 1 para gasesde escape G450

Filtro de partículas saturado = alta resistencia de lujo

Si la saturación de hollín ha alcanzado un límite especíico, la gestión del motor pone en vigor un ciclo de regeneración activa.


126


Gestión del motor durante la puesta en vigor de la regeneración activa

La unidad de control del motor calcula el estado de saturación del iltro analizando la resistencia de lujo en el iltro. Una alta resistencia de lujo hace suponer que el iltro tiende a obstruirse. La unidad de control del motor pone en vigor el ciclo de regeneración activa. A esos efectos:

ズ se desactiva la recirculación de gases de escape, para subir la temperatura de la combustión,

ズ tras una inyección principal con dosiicación reducida, se produce un ciclo de postinyección a los 35° del cigüeñal después del punto muerto superior del pistón, para subir la temperatura de los gases de escape,

ズ se procede a regular la alimentación del aire de admisión a través de la válvula de mariposa eléctrica,

ズ se adapta la presión de sobrealimentación, con objeto de que el par de giro del motor no se altere de forma perceptible para el conductor durante el ciclo de regeneración.

Estas medidas conducen a un aumento especíico y breve de la temperatura de los gases de escape a unos 600 °C hasta 650 °C. En esta gama de temperaturas, el hollín depositado se oxida, transformándose en dióxido de carbono. Tras esta regeneración activa, el iltro de partículas vuelve a quedar dispuesto para el funcionamiento y puede volver a retener el hollín de los gases de escape.

Saturación de hollín en el iltro de partículas

La saturación de hollín en el iltro de partículas es un aspecto que la unidad de control del motor vigila continuamente a base de calcular la resistencia de lujo en el iltro. Para determinar la resistencia de lujo se pone en relación el caudal volumétrico de los gases de escape antes del iltro de partículas con respecto a la diferencia de presión antes y después del iltro de partículas.

Diferencia de presión

La diferencia de presión del caudal de aire antes y después del iltro de partículas se determina con el sensor de presión 1 para gases de escape.

127



Caudal volumétrico de los gases de escape

El caudal volumétrico de los gases de escape es calculado por la unidad de control del motor, tomando como base la corriente de las masas de aire en el conducto de escape y la temperatura de los gases de escape antes del iltro de partículas. La corriente de las masas de gases de escape equivale aproximadamente a la corriente de las masas de aire en el conducto de admisión, que se determina por medio del medidor de la masa de aire. La masa de los gases de escape depende de su temperatura. Esta temperatura la determinan los termosensores implantados antes y después del iltro de partículas. Teniendo en cuenta la temperatura de los gases de escape, la unidad de control del motor puede calcular el caudal volumétrico de los gases de escape, tomando como base la corriente de las masas del gas de escape.

Resistencia de lujo en el iltro de partículas

La unidad de control del motor pone en relación la diferencia de presión con respecto al caudal volumétrico de los gases de escape y obtiene con ello la resistencia de lujo en el iltro de partículas. Con ayuda de la resistencia de lujo la unidad de control del motor detecta el grado de saturación de hollín.

Ciclo de postinyección en la fase de deceleración

Al circular en tráico urbano extremo, con cargas del motor intensamente cambiantes y un alto porcentaje de fases de deceleración es preciso aplicar medidas especiales para la limpieza del iltro. En virtud de que normalmente se deja de inyectar combustible en los cilindros durante la fase de deceleración, los gases de escape no alcanzan la temperatura necesaria para la regeneración del iltro de partículas.

En la fase de deceleración se procede a inyectar una pequeña cantidad de combustible, a eso de los 35° del cigüeñal después del punto muerto superior del pistón.

Debido a que no se lleva a cabo la inyección principal en el punto muerto superior del pistón, el combustible no se quema en el cilindro, sino que se evapora.

Estos vapores de combustible se queman en el iltro de partículas. El calor generado por ese motivo hace que los gases de escape alcancen la temperatura necesaria para la regeneración del iltro de partículas.

El sensor de temperatura después del iltro de partículas vigila durante esa operación la temperatura de los gases de escape a la salida del iltro de partículas. De esa forma se procede a regular la dosiicación del ciclo de postinyección en la fase de deceleración.


128


Estructura del sistema

129



Sensor de presión 1 para gases de escape G450

Aplicaciones de las señalesEl sensor de presión 1 para gases de escape se encarga de medir la diferencia de presión de la corriente de gases de escape antes y después del iltro de partículas. Las señales del sensor de presión para gases de escape, las señales de los sensores de temperatura antes y después del iltro de partículas, así como la señal del medidor de la masa de aire, forman una unidad indivisible para la determinación del estado de saturación en el iltro de partículas.


Si se ausenta la señal del sensor de presión para gases de escape, la regeneración del iltro de partículas se lleva a cabo, primeramente, de forma cíclica, según el recorrido efectuado o las horas en servicio. Sin embargo, a largo plazo no es posible regenerar de esta forma iablemente el iltro.Después de un número de ciclos deinido se enciende primeramente el testigo luminoso para iltro de partículas diésel y luego parpadea el testigo luminoso para precalentamiento en el cuadro de instrumentos. Con ello se exhorta al conductor a que acuda a un taller.

Estructura

El sensor de presión 1 para gases de escape tiene dos empalmes. Uno conduce un tubo de presión hacia el caudal de los gases de escape antes del iltro de partículas y el otro conduce un tubo hacia el caudal de los gases de escape después del iltro de partículas.En el sensor hay un diafragma con elementos piezoeléctricos, que reaccionan ante las presiones de los gases de escape.

Señal hacia launidad de control

Diafragma con elementospiezoeléctricos

Presión antesdel iltro

Presión despuésdel iltro


130


Así funciona:

Filtro de partículas vacío

Si el iltro tiene una carga muy baja de partículas, la presión es casi idéntica antes y después del iltro. El diafragma con los elementos piezoeléctricos se encuentra en posición de reposo.

Filtro de partículas saturado

Si se ha acumulado hollín en el iltro de partículas, la presión de los gases de escape antes del iltro aumenta a raíz del menor caudal volumétrico disponible.La presión de los gases de escape después del iltro se mantiene casi invariable. El diafragma se deforma en función de la diferencia de las presiones. Esta deformación modiica la resistencia de los elementos piezoeléctricos, que se encuentran interconectados formando un puente de medición.La tensión de salida de este puente de medición es acondicionada por la electrónica del sensor, ampliicada y transmitida en forma de tensión de señal hacia la unidad de control del motor. Con ayuda de esta señal, la unidad de control del motor determina el estado de saturación del iltro de partículas y pone en vigor un ciclo de regeneración para despejar el iltro.

Elementospiezoeléctricos

Presión antes del iltro = presión después del iltro

Presión antes del iltro > presión después del iltro

131



Sensor de temperatura antes del iltro de partículas G506

El sensor de temperatura antes del iltro de partículas es un sensor PTC. En un sensor con PTC (termistor de coeiciente de temperatura positivo) la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Va situado en el ramal de gases de escape ante el iltro de partículas diésel y se encarga de medir allí la temperatura de los gases de escape

Aplicaciones de las señales

Con ayuda de la señal procedente de los sensores de temperatura antes y después del iltro de partículas, la unidad de control del motor calcula el caudal volumétrico de los gases de escape, para poder determinar con ello el estado saturación del iltro de partículas.

Las señales de los sensores de temperatura antes y después del iltro de partículas, la señal del medidor de la masa de aire, así como la señal del sensor de presión para gases de escape constituyen una unidad indivisible para la determinación del estado de saturación en el iltro de partículas.

Aparte de ello se utiliza la señal para la protección de componentes, concretamente aquí, para proteger el iltro de partículas contra temperaturas excesivas de los gases de escape.


Si se ausenta la señal del sensor de temperatura antes del iltro de partículas, la regeneración del iltro se lleva a cabo primeramente de forma cíclica, en función del recorrido efectuado o de las horas en servicio.

A largo plazo, sin embargo, no es posible regenerar iablemente el iltro de partículas de esta forma. Tras una cantidad deinida de ciclos se enciende primeramente el testigo luminoso para iltro de partículas diésel y luego parpadea el testigo luminoso de precalentamiento en el cuadro de instrumentos. De esa forma se exhorta al conductor a que acuda a un taller.


132


Sensor de temperatura después del iltro de partículas G527

El sensor de temperatura después del iltro de partículas es un sensor PTC.

Se encuentra en el ramal de gases de escape después del iltro de partículas diésel y mide allí la temperatura de los gases de escape.

Aplicaciones de la señal

La unidad de control del motor utiliza las señales del sensor de temperatura después del iltro de partículas para regular con ello la dosiicación para el ciclo de postinyección en la fase de deceleración.

Cuanto mayor es la temperatura de los gases de escape después del iltro de partículas, tanto menor es la cantidad inyectada.

Las señales del sensor de temperatura después del iltro de partículas se utilizan para la protección de componentes, es decir, concretamente aquí para proteger el iltro de partículas contra temperaturas excesivas de los gases de escape.


Si se ausenta la señal del sensor de temperatura después del iltro de partículas, la regeneración del iltro se lleva a cabo primeramente de forma cíclica, según el recorrido efectuado o las horas en servicio.

A largo plazo, sin embargo, no es posible regenerar iablemente el iltro de partículas de esta forma. Tras una cantidad deinida de ciclos se enciende primeramente el testigo luminoso para iltro de partículas diésel y luego parpadea el testigo luminoso de precalentamiento en el cuadro de instrumentos. De esa forma se exhorta al conductor a que acuda a un taller.

133



Sensor de temperatura antes del turbocompresor G507

El sensor de temperatura antes del turbocompresor es un sensor PTC. Se encuentra en el ramal de los gases de escape antes del turbocompresor y mide allí la temperatura de los gases de escape.


La unidad de control del motor necesita la señal del sensor de temperatura antes del turbocompresor, para calcular el momento y la cantidad del ciclo de postinyección durante la fase de regeneración. De ese modo se consigue el aumento necesario de la temperatura de los gases de escape para la combustión de las partículas de hollín. Aparte de ello se utiliza la señal para proteger el turbocompresor contra temperaturas inadmisiblemente elevadas durante el ciclo de regeneración.


Si se ausenta la señal del sensor de temperatura antes del turbocompresor deja de ser posible proteger el turbocompresor contra temperaturas inadmisiblemente altas. En ese caso deja de producirse el ciclo de regeneración del iltro de partículas diésel.El sistema exhorta al conductor a que acuda al taller, encendiéndose el testigo luminoso de precalentamiento. Para reducir las emisiones de hollín se desactiva la recirculación de gases de escape.


134


Sonda lambda G39

La sonda lambda es una versión de banda ancha. Se encuentra en el colector de admisión, antes del catalizador de oxidación.


Con ayuda de la sonda lambda es posible determinar el contenido de oxígeno en los gases de escape, sobre una extensa gama de medición.En relación con el sistema de iltración de partículas diésel, la unidad de control del motor emplea la señal de la sonda lambda para poder calcular con exactitud la cantidad y el momento de la postinyección para el ciclo de regeneración. Para contar con una regeneración eicaz del iltro de partículas se necesita un contenido mínimo de oxígeno en los gases de escape y una alta temperatura uniforme de los gases. Esta regulación resulta posible recurriendo a las señales de la sonda lambda, en combinación con las señales del sensor de temperatura antes del turbocompresor.


La regeneración del iltro de partículas resulta menos exacta, pero sigue siendo operativa. La avería de la sonda lambda puede provocar mayores emisiones de óxidos nítricos.

135



Medidor de la masa de aire G70

El medidor de la masa de aire por película caliente va implantado en el conducto de admisión. Con ayuda del medidor de la masa de aire, la unidad de control del motor determina la masa de aire efectivamente aspirada.


En relación con el sistema de iltración de partículas diésel, la señal se utiliza para calcular el caudal volumétrico de los gases de escape, para poder determinar con éste el estado de saturación del iltro de partículas.

La señal del medidor de la masa de aire, las señales de los sensores de temperatura antes y después del iltro de partículas, así como la señal del sensor de presión para gases de escape constituyen una unidad indivisible para determinar el estado de saturación del iltro de partículas.


Si se ausenta la señal del medidor de la masa de aire, la regeneración del iltro de partículas se lleva a cabo primeramente de forma cíclica, según el recorrido efectuado o las horas en servicio.A largo plazo, sin embargo, no es posible regenerar iablemente el iltro de partículas de esta forma. Tras una cantidad deinida de ciclos se enciende primeramente el testigo luminoso para iltro de partículas diésel y luego parpadea el testigo luminoso de precalentamiento en el cuadro de instrumentos. De esa forma se exhorta al conductor a que acuda a un taller.

Testigo de exceso de contaminación K83 (MIL)

Los componentes de relevancia para la composición de los gases de escape en el sistema del iltro de partículas diésel se someten a vigilancia dentro del marco de la eurodiagnosis de a bordo (EOBD), para captar posibles averías y funciones anómalas. El testigo de exceso de contaminación (MIL = malfunction indicator light) señaliza averías detectadas por el sistema EOBD.

Testigo luminoso para iltro de partículas diésel V231

El testigo luminoso para iltro de partículas diésel se encuentra en el cuadro de instrumentos. Se enciende cuando no es posible regenerar el iltro de partículas diésel a raíz de aplicaciones del vehículo en trayectos extremadamente breves.

MisiónSi se hace funcionar el vehículo durante tiempo prolongado circulando solamente en trayectos


136


breves, puede resultar afectada la regeneración del iltro de partículas diésel, debido a que los gases de escape no alcanzan las temperaturas necesarias. Al no poderse llevar a cabo la re-generación puede suceder que se dañe o bloquee el iltro en virtud de una excesiva saturación de hollín. Para evitar estos casos se enciende en el cuadro de instrumentos el testigo luminoso para iltro de partículas diésel si las cargas de hollín han alcanzado un límite deinido.Con esta señal se exhorta al conductor a que conduzca durante un período de unos 15 minutos a una velocidad lo más constante posible, superior a los 60 km/h. La depuración más eicaz del iltro se consigue conduciendo el vehículo en IV o V marchas, con el motor a regímenes de unas 2.000 rpm.El testigo luminoso se tiene que apagar después de esta medida.Si el testigo luminoso para iltro de partículas diésel no se apaga, a pesar de esta medida, se encenderá a continuación el testigo luminoso para precalentamiento y en la pantalla del cuadro de instrumentos aparece el texto «Fallo del motor, taller». De esta forma se exhorta al conductor a que acuda al taller más próximo.

Recorrido de trayectos brevesPara iniciar el proceso de regeneración en el iltro de partículas diésel se procede a aumentar la temperatura de los gases de escape por medio de una gestión especíica del motor.Si el vehículo se encuentra sometido continuamente a trayectos breves no es posible elevar las temperaturas de los gases de escape en la medida suiciente para esos efectos. La regen-eración no puede llevarse a cabo con el éxito deseado. Los ciclos de regeneración posteriores, con cargas excesivas de hollín en el iltro pueden conducir a temperaturas asimismo excesivas a raíz de la combustión del hollín y pueden provocar daños en el iltro de partículas. O bien el iltro se puede obstruir a raíz de una saturación excesiva. Este bloqueo del iltro puede conducir a la parada del motor.Para evitar estos casos, a partir de un límite especíico de la saturación del iltro, o bien a partir de una cantidad especíica de ciclos de regeneración sin éxito se procede a activar el testigo luminoso para iltro de partículas diésel en el cuadro de instrumentos.Con ello se exhorta al conductor a que conduzca por corto tiempo a una velocidad superior, con objeto de aumentar la temperatura necesaria de los gases de escape para poder regenerar el iltro de partículas diésel.

Operatividad del combustibleEs preciso tener en cuenta que el combustible concuerde con la norma DIN que se especiica en el manual de instrucciones.No es posible el funcionamiento con gasoil biológico (Biodiesel). En el ciclo de postinyección para efectos de regeneración del iltro de partículas diésel puede suceder que el combustible inquemado, adherido a la pared del cilindro, entre en contacto con el aceite del motor a raíz del movimiento del pistón. El gasoil normal suele separarse nuevamente del aceite por efectos de evaporación durante el funcionamiento normal.El gasoil biológico, debido a su mayor temperatura de ebullición, no se puede evaporar por completo, provocando así una dilución del aceite, que puede acabar perjudicando el motor. Si el combustible tiene un alto contenido de azufre, esto declina el funcionamiento del sistema de iltración de partículas, provocando asimismo un mayor consumo de combustible, debido a una mayor cantidad de ciclos de regeneración.

137


Tema 22Acelerador electrónico

Reglaje mecánico de la mariposa

El conductor pisa el acelerador y regula de esa forma directamente la posición de la mariposa, por la vía mecánica a través de un cable BowdenEstando pisado el pedal acelerador, el sistema de gestión del motor no tiene ninguna posibilidad de inluir sobre la posición de la mariposa.Para poder inluir sobre el par del motor tiene que recurrir a otras magnitudes de servoacción, por ejemplo las del encendido y la inyección.Únicamente a régimen de ralentí y en el programador de velocidad de Volkswagen se efectúa un reglaje electromotriz.

Reglaje eléctrico de la mariposa

Con este sistema, la posición de la mariposa es regulada por un motor eléctrico sobre todo el margen de reglaje.El conductor pisa el acelerador a la profundidad que corresponde con la potencia que espera por parte del motor. La posición del acelerador se detecta por medio de transmisores y se retransmite a la unidad de control del motor. Los deseos expresados por el conductor a través del acelerador son transformados en la unidad de control del motor en un ángulo especíico de la mariposa.Sin embargo, si por motivos de seguridad o de consumo resulta necesario modiicar el par suministrado por el motor, la unidad de control del motor puede modiicar la posición de la mariposa, sin que el conductor altere la posición del acelerador.La ventaja de esto reside en que la unidad de control deine así la posición de la mariposa en función de las necesidades planteadas por los deseos del conductor, las emisiones de escape, el consumo y la seguridad.


138


Coniguración del sistema

El acelerador electrónico consta de:- el módulo pedal acelerador con los transmisores de posición del acelerador,- la unidad de control del motor,- la unidad de mando de la maripos y- el testigo de avería para el acelerador electrónico.

El módulo pedal acelerador

detecta la posición momentánea del acelerador a través de sus transmisores y emite una señal correspondiente a la unidad de control del motor.

La unidad de control del motor

analiza esta señal y calcula con ella los deseos expresados por el conductor a través del acelerador, para transformarlos en un par especíico. A esos efectos, excita el mando de la mariposa, con objeto de abrir o cerrar un poco más la mariposa. Durante el ciclo de excitación se consideran otros requerimientos de par, por ejemplo los transmitidos por el climatizador.Por lo demás, se encarga de vigilar la función del .mando eléctrico.

La unidad de mando de la mariposa

se encarga de establecer el paso de la masa de aire necesaria.Con el mando de la mariposa se coloca la mariposa en la posición correspondiente a las magnitudes especiicadas por la unidad de control del motor.Mediante transmisores de ángulo para la posición de la mariposa se detecta la posición de la mariposa y se realimenta en forma de las señales correspondientes a la unidad de control del motor.

El testigo de avería del acelerador electrónico

indica al conductor, que existe una avería en el sistema del acelerador electrónico.

139



El módulo pedal acelerador

consta de:

- el pedal acelerador,- el transmisor 1 para posición del acelerador G79 y- el transmisor 2 para posición del acelerador G185

Se emplean dos transmisores, para contar con los máximos niveles de iabilidad posibles.A este respecto también se habla de sistemas redundantes. Redundancia signiica .sobra o demasiada abundancia de cualquier cosa o en cualquier línea.. En términos de la técnica, esto signiica que, por ejemplo, una información está disponible más veces de las que son necesarias para la función en cuestión.


A través de las señales procedentes de ambos transmisores de posición del acelerador, la unidad de control del motor detecta la posición momentánea del pedal acelerador.Ambos transmisores son potenciómetros variables, que van ijados en un eje compartido. Con cada modiicación que experimenta la posición del acelerador, varían las resistencias de los potenciómetros de cursor variable y las tensiones que transmiten a la unidad de control del motor.

En función de la tensión de las señales se detectan las posiciones kick-down y ralentí.El conmutador de ralentí F60 deja de existir en la unidad de mando de la mariposa.

Carcasa abierta por fractura en el módulo pedal acelerador, con los transmisores G79 y G185.

Pista del cursorde contacto

Transmisor

Transmisor 1 para posición delacelerador

Transmisor 2 para posición del acelerador


140



Si se avería un transmisor:

- Se inscribe el incidente en la memoria de averías y se enciende el testigo de avería para el acelerador electrónico.- El sistema pasa primeramente a la gestión de ralentí.Si en un plazo deinido para la veriicación se detecta el segundo transmisor en posición de ralentí, el sistema reanuda la posibilidad de continuar en circulación.- Al solicitarse plena carga, el régimen sólo aumenta lentamente.- Una detección adicional del ralentí se efectúa a través del conmutador de luz de freno F o del conmutador de pedal de freno F47.- Se desactivan las funciones de confort, p. ej. el programador de velocidad o la regulación del par de inercia del motor

Si se averían ambos transmisores:

Se inscribe el incidente en la memoria de averías y se enciende el testigo de avería para el acelerador electrónico.- El motor ya sólo funciona a régimen de ralentí acelerado (1.500 1/min como máximo) y deja de reaccionar a los movimientos del pedal acelerador

Según las condiciones dadas en la gestión del motor, puede suceder que no se detecte de forma inequívoca la avería simultánea de ambos transmisores.- No se enciende el testigo de avería.- El motor funciona a régimen de ralentí acerado y deja de reaccionar a los movimientos del pedal acelerador.


Ambos potenciómetros variables tienen aplicada una tensión de 5 voltios.Por motivos de seguridad, cada sensor dispone de una alimentación de tensión propia (roja), una conexión a masa propia (marrón) y un cable de señal propio (verde).El transmisor G185 tiene incorporada una resistencia en serie, en virtud de la cual se obtienen dos curvas características diferentes para ambos transmisores. Esto es necesario para las funciones de seguridad y veriicación.

En el bloque de valores de medición correspondiente se visualiza la señal de los transmisores, expresada en tanto por ciento. Eso signiica, que 100 % = 5 voltios.

141



La unidad de mando de la mariposa J338

va instalada en el colector de admisión. Se encarga de poner a disposición del motor la cantidad de aire que necesita.

ConiguraciónConsta de:

- carcasa de la mariposa,- mariposa,- mando de la mariposa G186,- transmisor de ángulo 1 para mando de la mariposa G187 y- transmisor de ángulo 2 para mando de la mariposa G188.

Carcasa de la mariposaMando de la mariposa

MariposaTransmisores de ángulo 1 + 2 para el

mando de la mariposa

Rueda dentada con sistemarecuperador por muelle

Tapa de carcasa con electrónica integrada

No se debe abrir ni reparar la unidad de mando de la mariposa.Después de cualquier sustitución de la unidad de mando de la mariposa se tiene que llevar a cabo un ajuste básico.


142


Funcionamiento

Para abrir o cerrar la mariposa, la unidad de control del motor excita el motor eléctrico para el mando de la mariposa.Los dos transmisores de ángulo realimentan hacia la unidad de control del motor las señales correspondientes a la posición actual de la mariposa.Por motivos de seguridad se emplean dos transmisores.

Unidad de controldel motor

Transmisores de ángulo 1 + 2 para el mando de la mariposa

Mando

Mariposa


Ambos transmisores de ángulo comparten una alimentación de tensión (roja) y un cable de masa (marrón).Cada uno de los dos transmisores tiene su propio cable de señales (verde).El mando de la mariposa se excita en función de la dirección del movimiento (azul).

Mando de la mariposa G186

El mando de la mariposa es un motor eléctrico excitado por la unidad de control del motor. Acciona la mariposa a través de un pequeño conjunto de engranajes.El margen de regulación va desde las posiciones de ralentí hasta la de plena carga, sin escalonamientos.

Mando de la mariposa representado en la tapa de carcasade la unidad de mando

143



Carcasa de la unidad demando de la mariposa

Engranajes

Mariposa

Mando de lamariposa

Muelle recuperador

Posiciones de la mariposa

- Tope mecánico inferior

La mariposa queda cerrada en esta posición. Se utiliza para el ajuste básico de la unidad de mando de la mariposa.

Unidad de control del motor

- Tope eléctrico inferior

Está programado en la unidad de control del motor y se halla un poco por encima del tope mecánico inferior.La mariposa cierra como máximo hasta el tope eléctrico inferior durante el funcionamiento normal, evitándose así que la mariposa se marque en la carcasa.

- Posición de marcha de emergencia

Al no tener corriente el mando de la mariposa, un sistema recuperador por muelle tira de la mariposa a la posición de marcha de emergencia. En esa posición es posible conducir el vehículo de forma restringida, a régimen de ralentí acelerado.

Resquicio para marcha deemergencia


144


- El tope eléctrico superior

está deinido en la unidad de control del motor. Es el ángulo de apertura máxima de la mariposa durante la marcha.

- El tope mecánico superior

se halla por encima del tope eléctrico superior. Sin embargo, no inluye sobre las prestaciones, porque va situado en la .sombra aerodinámica. del eje de la mariposa.

Mariposa

Eje de la mariposa


Si se avería el mando de la mariposa, el sistema lleva automáticamente la mariposa a la posición de marcha de emergencia.- El incidente se inscribe en la memoria de averías y se enciende el testigo de avería para el acelerador electrónico.- El conductor ya sólo dispone de cualidades de marcha de emergencia.- Se desactivan las funciones de confort (p. ej. el programador de velocidad).

Sombra aerodinámica deleje de la mariposa

145



Coniguración

Ambos transmisores son potenciómetros variables de cursor. Los contactos del cursor van situados en la rueda dentada solidaria con el eje de la mariposa. Exploran las pistas de contacto del potenciómetro en la tapa de la carcasa.

Funcionamiento

Con la posición de la mariposa varían también las resistencias en las pistas de contacto de los potenciómetros, en virtud de lo cual también se modiican las tensiones de las señales que se transmiten a la unidad de control del motor.Las curvas características de ambos potenciómetros tienen desarrollos contrapuestos. La unidad de control del motor puede distinguir así a los dos potenciómetros y efectuar funciones de veriicación.

Transmisor de ángulo 1 para el mando de la mariposa G187y transmisor de ángulo 2 para el mando de la mariposa G188

Eje de la mariposa

Transmisores de ángulo 1 + 2

En el bloque de valores de medición se indica el ángulo de la mariposa, expresado en tanto por ciento.Eso signiica, que 0 % equivale al tope eléctrico inferior y 100 % tope eléctrico superior.

Contactos de cursor

Pletina conpistas de contacto

Rueda dentada

Ángulo mariposa

Ángulo mariposa

Representación esquemática de los potenciómetrosvariables


146



Si la unidad de control del motor recibe una señal no plausible o no recibe ninguna señal de uno de los transmisores de ángulo:

- El incidente se inscribe en la memoria de averías y se enciende el testigo de avería para el acelerador electrónico.

- Se desactivan los subsistemas que inluyen sobre el par del motor (p. ej. el programador de velocidad o la regulación del par de inercia del motor).

- El sistema utiliza la señal de carga para veriicar el funcionamiento del transmisor de ángulo que todavía queda en funcionamiento.

- El pedal acelerador responde de forma normal.

Si la unidad de control del motor recibe una señal no plausible o no recibe ninguna señal de ambos transmisores de ángulo:

- Para ambos transmisores se inscribe el incidente en la memoria de averías y se enciende el testigo de avería para el acelerador electrónico.

- Se desactiva el mando de la mariposa.

- El motor ya sólo funciona a un régimen de ralentí acelerado de 1.500 1/min y ya no reacciona a los movimientos del pedal acelerador.

El testigo de avería

para el acelerador electrónico K132 se encuentra en el cuadro de instrumentos. Es una lámpara amarilla con el símbolo .EPC..EPC es la abreviatura de Electronic Power Control y signiica: regulación electrónica de la potencia del motor, lo cual viene a ser nuestro acelerador electrónico.

¿Cuándo se enciende?

Al conectar el encendido se enciende durante 3 segundos. El testigo se apaga de nuevo si no está inscrita ninguna avería en la memoria o si no se detecta ninguna avería durante ese período.Al ocurrir un fallo en el sistema, la unidad de control del motor activa el testigo de avería e inscribe el incidente en la memoria de averías.

147




El testigo de avería es excitado con un potencial de masa (marrón) directamente por parte de la unidad de control del motor.

Efecto en caso de avería

Un defecto de la propia lámpara de avería no inluye sobre el funcionamiento del acelerador electrónico, pero sí conduce a que se inscriba el incidente en la memoria de averías. En tal caso ya no se puede producir una indicación óptica para otras averías en el sistema

Señales suplementariasConmutador de luz de freno F y conmutador de pedal de freno F47

Aplicaciones de la señalAmbos sensores van instalados en un componente compartido en el pedal de freno. La señal .Freno accionado. se utiliza por partida doble en el sistema del acelerador electrónico.La señal .Freno accionado.- conduce a la desactivación del programador de velocidad- se utiliza como orden de pasar al ralentí en caso de haberse averiado un transmisor de posición del acelerador

El conmutador de pedal de freno F47 se utiliza para efectos de seguridad, como un segundo transmisor de información para la unidad de control del motor.

Efectos en caso de ausentarse la señalSi se avería cualquiera de los dos sensores o si se consideran no plausibles las señales de entrada, la unidad de control del motor pone en vigor las siguientes medidas:- Se desactivan las funciones de confort, p. ej. la del programador de velocidad.- Si está averiado adicionalmente un transmisor de posición del acelerador, el régimen del motor se limita a régimen de ralentí acelerado.

Conexión eléctricaEl conmutador de luz de freno F tiene los contactos abiertos al estar en reposo y recibe tensión a través del borne 30.El conmutador de pedal de freno F47 tiene los contactos cerrados al estar en reposo y recibe tensión por parte del borne 15


148


Conmutador de pedal de embrague F36


Con ayuda de la señal del conmutador de pedal de embrague, la unidad de control del motor detecta que el pedal de embrague está accionado. A raíz de ello desactiva el programador de velocidad y las funciones en las que intervienen cargas alternas.


El conmutador tiene los contactos cerrados al estar en reposo y se alimenta con tensión del borne 15.


El conmutador de pedal de embrague no se comprueba a través del autodiagnóstico. No existe ninguna función supletoria.

149


Notas


150

Tema 23Freno de Estacionamiento Electromecánico

Ventajas del freno de estacionamiento electromecánico

En comparación con el freno de mano convencional, el freno de estacionamiento electromecánico ofrece numerosas ventajas, como por ejemplo:

ズ Una mayor libertad para el diseño del interiorLa palanca del freno de mano ha sido anulada y sustituida por un pulsador. De ahí resulta una mayor libertad para la coniguración del habitáculo y el diseño de la consola central y del vano reposapiés.

ズ Más funciones implementadas para el clienteCon la implantación de la gestión electrónica y la interconexión de CAN-Bus, el freno de estacionamiento electromecánico ofrece más funciones útiles para el cliente (tales como la función AUTO HOLD o el asistente dinámico en arrancada) y un mayor nivel de confort.

ズ Ventajas en el proceso de fabricaciónCon la anulación de la palanca del freno de mano y sus cables de mando se ha podido simpliicar el proceso de producción y ensamblaje del vehículo.

ズ AutodiagnosticabilidadEl freno de estacionamiento electromecánico es un sistema mecatrónico. Sus funciones se someten a vigilancia continua.

Freno de mano convencional Freno de estacionamiento electromecánico

Aplicar Tirar de la palanca de freno Oprimir el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico

Desaplicar Soltar la palanca del freno de mano

Oprimir el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico

Iniciar la marcha cuesta arriba

Interacción compleja entre freno de mano, pedal acelerador y pedal de embrague

Al iniciar la marcha el freno de estacionamiento electromecánico se desaplica por sí solo.

Stop and go Aplicación y desaplicación continuas del freno de mano o accionamiento continuo del freno de pedal

Si está activada la función AUTO HOLD el vehículo es retenido au-tomáticamente en cada parada.

151



Sensores Actuadores

Sensor de posición del embrague G476

Pulsador para freno de

estacionamiento electromecánico

E538

Pulsador para AUTO

HOLD E540

Unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico

J540

Unidad de control para ABS

Motor de inmovilización izquierdoV282

Motor de inmovilización derechoV283

Testigo luminoso para freno deestacionamiento electromecánico K213

Testigo luminoso para sistema de frenos K118

Testigo de avería para freno de estacionamiento electromecánico K214

Testigo luminoso para AUTO HOLD K237


152


Actuadores de freno traseros

Los actuadores de freno son unidades electromecánicas que se integran en las pinzas de los frenos traseros. Con ayuda del motor eléctrico, la reductora poliescalonada y el reenvío de husillo transforman la sentencia de «accionar el freno de estacionamiento» en una fuerza dirigida, que ciñe las pastillas a los discos de freno.

Pinza de freno

Motor eléctrico(motor de inmovilización)

Reductorapoliescalonada

Reductoras

Para la inmovilización electromecánica del freno se necesitan solamente carreras muy cortas del émbolo de freno. La conversión del movimiento de giro del motor eléctrico en un movimiento lineal, con una relación de transmisión total de 1:150, se lleva a cabo en tres escalonamientos. Eso signiica, que 150 vueltas del motor eléctrico se transforman en una vuelta en el reenvío de husillo.

I escalón - reductora de correa dentada El primer escalonamiento de la transmisión (1:3) se establece desde el motor eléctrico hasta la entrada de la reductora de piñón oscilante.

II escalón - reductora de piñón oscilante El segundo escalonamiento de la transmisión (1:50) corre a cargo de la reductora de piñón oscilante.

III escalón - reenvío de husillo El reenvío de husillo transforma en el III escalón el movimiento de giro en un movimiento de carrera recta.

153



Motor eléctrico

Émbolo de freno

Reductora de correa dentada

Reductora de piñón oscilante


Émbolode freno

Reenvíode husillo

Reenvío de husillo

El reenvío de husillo transforma el movimiento giratorio en un movimiento lineal. El husillo es accionado directamente por la reductora de piñón oscilante. El sentido de giro del husillo es el que determina si la tuerca de presión se ha de mover en avance o en retroceso a bordo de la rosca del husillo.El mecanismo de husillo está ejecutado en versión autofrenable. Una vez aplicado el freno de estacionamiento electromecánico, el sistema se mantiene inmovilizado, incluso al no tener aplicada la corriente.

Tuerca de presión

Husillo

Émbolo de freno

Rosca del husillo


154


Émbolo de freno Husillo

Tuerca de presión

La tuerca de presión está alojada en disposición longitudinalmente deslizante dentro del émbolo de freno. Eso signiica, que sólo se puede desplazar en dirección axial. La geometría interna del émbolo de freno y la geometría de la tuerca de presión hacen que ésta quede asegurada contra giro involuntario.

Reductora de correa dentada

La reductora de correa dentada realiza el primer escalonamiento de la transmisión (1:3) desde el motor eléctrico hasta la reductora de piñón oscilante. La reductora de correa dentada consta de un piñón menor (polea dentada a la salida del motor eléctrico) y un piñón mayor (polea dentada a la entrada de la reductora de piñón oscilante). Ambos piñones se encuentran comunicados a través de la correa dentada.Las relaciones de tamaño de los piñones viene a determinar la relación de su transmisión.


La reductora de piñón oscilante se encarga de realizar el segundo escalonamiento de la transmisión (1:50). Consta del piñón mayor, el piñón oscilante y el piñón secundario.El piñón oscilante va guiado por dos salientes que inciden en la carcasa y lo protegen contra el giro. Este alojamiento solamente admite el movimiento oscilante del piñón.

Piñón menor(salida del motor eléctrico)

Correa dentada

Piñón mayor (entrada a la reductora de piñón oscilante)

Saliente

Piñón mayor (entrada a la reductora de piñón oscilante)

Eje

Piñón secundario

Saliente

Piñón oscilante

155



Posición 1 El eje es solidario con el piñón secundario. El piñón mayor está alojado en este eje. El piñón oscilante va encajado en el cubo del piñón mayor. Este cubo está elaborado de modo que exista un decalaje angular entre cubo y eje. Con este decalaje angular se provocan los movimientos axiales del piñón oscilante.Durante una vuelta del piñón mayor se produce siempre, respectivamente, el ataque de dos dientes entre el piñón oscilante y el piñón secundario. Eso signiica, que el ataque sucede siempre en el mismo sitio en el que el cubo del piñón mayor presenta el menor espesor del material (a).Esto hace que la pareja piñón oscilante / piñón secundario pase a la posición 2 del piñón oscilante al cabo de media vuelta descrita por el piñón mayor.

El piñón oscilante tiene 51 dientes y el piñón secundario cuenta con 50 dientes. Esta división hace que nunca pueda encajar con absoluta exactitud un diente en un hueco. A ello se debe que un diente del piñón oscilante incida siempre sobre un lanco del piñón secundario. Esta presión ejercida por el piñón oscilante hace que el piñón secundario prosiga el giro a razón de un ángulo muy pequeño.Así por ejemplo, el piñón secundario es movido en la posición 1 al grado que también en la siguiente posición 2 un diente del piñón oscilante incida en un lanco de diente del piñón secundario.

Este desarrollo de movimiento hace que el piñón secundario sea movido a razón de una anchura de diente con cada vuelta completa del piñón mayor. En virtud de que el piñón secundario tiene 50 dientes, el piñón mayor tiene que dar 50 vueltas para que el piñón secundario alcance a dar 1. De ahí resulta la relación de transmisión de 1:50.

Cubo

Eje

Decalaje angular

Ataque de los dientes Piñón oscilante / piñón secundario

Ataque de los dientes Piñón oscilante / piñón secundario

Eje

Piñón secundario Piñón oscilante

Flanco del

diente


156


Funcionamiento de los actuadores de freno traseros

Funcionamiento electromecánico

Para cerrar el freno de estacionamiento, la unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico excita el motor eléctrico.El motor eléctrico acciona el husillo a través de las reductoras de correa dentada y de piñón oscilante. El giro del husillo hace que la tuerca de presión se desplace en avance a bordo de la rosca del husillo. La tuerca de presión apoya contra el émbolo de freno y lo oprime contra las pastillas. Por su parte, las pastillas oprimen contra el disco de freno.Esto hace que el retén se deforme en dirección hacia las pastillas. La presión provoca un aumento de la corriente absorbida por el motor eléctrico.

La unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico mide la absorción de corriente del motor eléctrico durante todo este ciclo operativo. Si la corriente absorbida sobrepasa un valor especíico, la unidad de control interrumpe la alimentación de corriente hacia el motor eléctrico.

Para abrir el freno de estacionamiento se procede a girar la tuerca de presión en retorno a bordo del husillo. En el émbolo de freno se alivia la presión que tenía aplicada. Con la recuperación de la forma del retén y un eventual desequilibrio del disco de freno se retrae el émbolo de freno.Las pastillas liberan el disco.

Retén

Husillo

Reductora depiñón oscilante

Motor eléctrico

Tuerca de presión

Émbolo de freno

Retén

Tuerca de presión

Disco de freno Pastillas de freno

Émbolo de freno

157



Funcionamiento hidráulico

En una frenada dinámica de emergencia (al accionar durante el viaje el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico) aumenta la presión del líquido de frenos a través de la tubería. Esta presión hace que el émbolo oprima contra las pastillas de freno. Las pastillas apoyan contra el disco. Durante esa operación el retén se deforma en dirección hacia las pastillas de freno. Al término del ciclo de frenado desciende la presión del líquido de frenos. El émbolo experimenta un alivio de la carga a que estaba sometido. El émbolo es retraído en virtud de la recuperación de la forma del retén y un eventual desequilibrio del disco de freno. Las pastillas liberan el disco.

Retén

Émbolo de freno

Retén

Disco de frenoPastillas de freno

Émbolo de freno

Empalme hidráulicotubo de freno

Líquido de frenos

Empalme hidráulicotubo de freno


158


Sensor de posición del embrague G476

El sensor de posición del embrague va ijado por encastre elástico a la bomba de embrague. Con su ayuda se detecta el accionamiento del pedal de embrague.La señal del sensor de posición del embrague se utiliza:

ズ para el arranque del motor,

ズ para desactivar el programador de velocidad de crucero,

ズ para reducir brevemente la cantidad inyectada, evitando sacudidas del motor en un ciclo de cambio de marcha y

ズ para la función del asistente dinámico en arrancada, implementada en el freno de estacionamiento electromecánico.

Pedal de embrague con sensor deposición del embragueEstructura

La bomba de embrague va ijada al caballete soporte a través de una unión de bayoneta. Al ser accionado el pedal de embrague, el empujador se encarga de desplazar el émbolo en la bomba.

Caballete soporte Empujador

Carrera del pedal

Émbolo conimán permanente

Sensor de posición del embrague

Bomba de embrague

159



Funcionamiento

Al ser accionado el pedal de embrague, el empujador se desplaza conjuntamente con el émbolo en dirección hacia el sensor de posición del embrague. En el extremo anterior del émbolo va ijado un imán permanente. El sensor de posición del embrague tiene una pletina con tres sensores Hall integrados.En cuanto el imán permanente pasa sobre los sensores Hall, el analizador electrónico transmite señales a las unidades de control que corresponden.

Émbolo conimán permanente

Empujador

Sensor Hall 1

Sensor Hall 2

Sensor Hall 3Sensor deposición del

embrague

El sensor Hall 1 es un sensor digital. Transmite su señal de tensión a la unidad de control del motor. La señal hace que se desactive el programador de velocidad de crucero.

El sensor Hall 2 es un sensor analógico. Transmite una señal modulada en anchura de los impulsos (señal PWM) a la unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico. De esa forma se detecta la posición exacta del pedal de embrague y la unidad de control puede calcular el momento óptimo para la apertura del freno de estacionamiento en un ciclo de iniciación dinámica de la marcha.

El sensor Hall 3 es un sensor digital. Transmite su señal de tensión a la unidad de control de la red de a bordo. La unidad de control detecta que el pedal de embrague está accionado. Sólo estando accionado el pedal de embrague es posible el arranque del motor (función Interlock).

Sensor Hall 1

Sensor Hall 2

Sensor Hall 3

Pletina

Salida del conector

Tensión de señal a launidad de control del

motor

Señal a launidad de control para

freno de estacionamientoelectromecánico

Tensión de señal a launidad de control de la

red de a bordo

Unidad de controldel motor

Unidad de controlpara freno deestacionamientoelectromecánico

Unidad de control dela red de a bordo

Pin 1

Pin 2

Pin 3

Pin 4

Pin 5


160


Unidad de control para freno de estacionamiento electromecánicoJ540

La unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico J540 se instala en el habitáculo, en la zona de la consola central. Aquí se ejecutan todas las sentencias de excitación y diagnosis del freno de estacionamiento electromecánico.La unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico posee dos procesadores y está comunicada a través de un CAN-Bus privado con la unidad de control para ABS.

La unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico tiene integrado un colectivo sensor. Abarca el sensor de aceleración transversal, el sensor de aceleración longitudinal y el sensor de la magnitud de viraje. Las señales del colectivo sensor se analizan por igual para el freno de estacionamiento electromecánico como para las funciones de regulación del sistema ESP. Con ayuda de la señal del sensor de aceleración longitudinal se obtiene por derivación el ángulo de inclinación del vehículo.

Funciones implementadas en el freno de estacionamientoelectromecánico

El freno de estacionamiento electromecánico ofrece al conductor las siguientes funciones:

ズ Función de freno de aparcamientoズ Asistente dinámico en arrancadaズ Función dinámica de frenada de emergenciaズ Función AUTO HOLD

Básicamente se distingue, según la velocidad de marcha del vehículo, entre el modo estático (velocidad inferior a 7 km/h) y la frenada dinámica (velocidad superior a 7 km/h).En el modo estático la apertura y el cierre del freno de estacionamiento se llevan a cabo por la vía electromecánica.En una frenada dinámica se produce la retención del vehículo a través de los sistemas ABS/ESP, lo que signiica, que todas las ruedas son frenadas por la vía hidráulica. En los capítulos siguientes se explican con más detalle las funciones implementadas en el freno de estaciona-miento electromecánico.

161



Función de freno de aparcamiento

El sistema del freno de estacionamiento electromecánico garantiza la posibilidad de aparcar el vehículo de forma segura sobre declives de hasta 30 por ciento. La apertura y el cierre del freno de estacionamiento electromecánico se lleva a cabo accionando el pulsador para freno de esta-cionamiento electromecánico.

Cierre

En cualquier momento existe la posibilidad de cerrar el freno de estacionamiento electromecáni-co, incluso con el encendido desconectado.Si se activa el freno de estacionamiento estando conectado el encendido, se enciende el tes-tigo luminoso para freno de estacionamiento electromecánico en el pulsador de este freno y el testigo luminoso para sistema de frenos en el cuadro de instrumentos.Si se acciona el freno de estacionamiento electromecánico estando desconectado el encendido, ambos testigos luminosos solamente se encienden durante unos 30 segundos.

Apertura

El freno de estacionamiento electromecánico sólo puede ser abierto estando conectado el en-cendido. El freno de estacionamiento electromecánico abre si se pisa el pedal de freno y oprime al mismo tiempo el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico.Si el conductor se abrocha el cinturón de seguridad, cierra la puerta y arranca el motor, el freno de estacionamiento electromecánico se suelta automáticamente al acelerar y ponerse en mar-cha. El momento de la desaplicación del freno se calcula en función del ángulo de inclinación del vehículo y del par suministrado por el motor. Los testigos luminosos en el pulsador y en el cuadro de instrumentos se apagan.

Si después de la parada del vehículo se enfría el freno (pastillas y disco) el sistema reaprieta automáticamente el freno si es necesario. El freno de estacionamiento electromecánico sólo puede ser abierto estando conectado el en-cendido (protección infantil).

Secuencia de funciones (v< 7 km/h)

1. El conductor acciona el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico. 2. La unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico se comunica a través del CAN-Bus privado con la unidad de control para ABS y comprueba que la velocidad de mar-cha del vehículo es inferior a los 7 km/h.3. Ambos motores de inmovilización en los frenos traseros son excitados por la unidad de con-trol para freno de estacionamiento electromecánico. El freno cierra por la vía electromecánica.4. Si el conductor vuelve a accionar el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico y acciona a la vez el pedal de freno, el sistema desaplica el freno de estacionamiento en las


162


ruedas traseras.

Asistente dinámico en arrancada

El asistente dinámico en arrancada permite iniciar la marcha del vehículo sin producir tirones y sin rodar en retroceso al estar accionado el freno de estacionamiento electromecánico, incluso encontrándose en una subida.Esta función solamente es operativa si están cumplidas las siguientes condiciones:

ズ Puerta del conductor cerradaズ Cinturón de seguridad abrochadoズ Motor en funcionamiento

El momento de la apertura del freno de estacionamiento electromecánico está supeditado a los siguientes parámetros:

ズ Ángulo de inclinaciónSe determina a través del sensor de aceleración longitudinal en la unidad de control para freno de estacionamiento electromecánicoズ Par del motorズ Posición del pedal aceleradorズ Accionamiento del pedal de embragueEn vehículos con cambio manual se analiza la señal del sensor de posición del embrague.ズ Dirección de marcha deseadaEn el caso del cambio automático se determina a través de la dirección de marcha seleccionada, mientras que en las versiones con cambio manual se determina a través del conmutador de luz de marcha atrás.

Arrancada con el freno de estacionamiento accionado

Al estar el freno de estacionamiento no es necesario retener el vehículo con el freno de pedal, p. ej. ante un semáforo. En cuanto se acciona el pedal acelerador se suelta automáticamente el freno de estacionamiento y el vehículo se pone en movimiento.

Arrancada en subidas

Asiste al conductor, p. ej. en subidas, en lo siguiente:ズ Apertura dosiicada del freno de estacionamientoズ Tener que accionar al mismo tiempo el embrague y el pedal aceleradorズ Tener que incorporarse en el tráicoEl sistema impide que el vehículo ruede involuntariamente en retroceso, porque no suelta el freno de estacionamiento antes de que el par de tracción del vehículo supere el par de fuerza ejercido hacia la pendiente calculada por la unidad de control. Todos los parámetros importantes para el asistente dinámico en arrancada se someten

163



continuamente a autoadaptación supeditada a la tipología del conductor y a las condiciones de la conducción.

Secuencia de funciones

1. El vehículo está parado. El freno de estacionamiento electromecánico está activado. El conductor quiere ponerse en marcha, selecciona la I velocidad y acciona el pedal acelerador.2. Previo análisis de todos los parámetros (ángulo de inclinación, par del motor, posición del pedal acelerador, accionamiento del embrague o gama de marchas seleccionada) la unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico calcula el par de fuerza ejercido hacia la pendiente.3. Si el par de tracción del vehículo es superior al par calculado por la unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico para el par de fuerza ejercido hacia la pendiente, la unidad de control excita ambos motores de inmovilización en los frenos traseros.4. El freno de estacionamiento en las ruedas traseras se suelta por la vía electromecánica. El vehículo inicia la marcha sin rodadura en retroceso.

Función dinámica de frenada de emergencia

Si se avería el pedal de freno o si está bloqueado es posible frenar de forma intensa el vehículo por medio de la función de frenada dinámica de emergencia.

Activar

Oprimiendo y manteniendo oprimido el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico se produce la frenada del vehículo con una deceleración de aprox. 6 m/s2.Durante esa operación suena una señal acústica de aviso y se encienden las luces de freno. La función dinámica de frenada de emergencia se ejecuta en las cuatro ruedas a partir de una velocidad de marcha de 7 km/h a base de una generación de la presión hidráulica de frenado. Según las condiciones de la marcha, la función ABS/ ESP se encarga de regular el ciclo de frenado. De esa forma queda establecida la estabilidad del vehículo durante la frenada.Si se acciona el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico a una velocidad de marcha inferior a los 7 km/h el freno de estacionamiento cierra por la vía electromecánica (ver función de freno de aparcamiento).

Soltar

Si después de una frenada dinámica de emergencia la velocidad de marcha es superior a 7 km/h se suelta el freno en cuanto se deja de oprimir el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico o en cuanto se acciona el pedal acelerador.Si el vehículo ha sido frenado hasta la parada es preciso desaplicar el freno de estacionamiento en la forma que se ha descrito para la función del freno de aparcamiento.

Al ser accionado el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico se neutraliza el par


164


del motor y se desactivan las funciones de asistencia, tales como el programador de velocidad de crucero (GRA), el guardadistancias automático (ADR) o la función AUTO HOLD.

La función de frenada de emergencia también está disponible con el encendido desconectado.

Secuencia de funciones (v> 7 km/h)

1. El conductor oprime y mantiene oprimida el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico.2. La unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico se comunica a través del CAN-Bus privado con la unidad de control para ABS y comprueba que la velocidad de marcha del vehículo es superior a los 7 km/h. 3. La bomba hidráulica es excitada por la unidad de control para ABS y se genera la presión hidráulica en las tuberías que van hacia los 4 frenos de las ruedas. El vehículo frena.4. Si el conductor suelta el pulsador para el freno de estacionamiento electromecánico o si acciona el pedal acelerador, esta señal es procesada correspondientemente en la unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico.5. La unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico se comunica a través del CAN-Bus privado con la unidad de control para ABS y comprueba que la velocidad de marcha del vehículo sigue siendo superior a los 7 km/h. 6. La bomba hidráulica es excitada por la unidad de control para ABS y disminuye la presión hidráulica de frenado. Los frenos alojan.

Función AUTO HOLD

La función AUTO HOLD es una función de asistencia, que respalda al conductor en parado y en las fases de arrancada (en marcha adelante o marcha atrás). La función AUTO HOLD combina las siguientes funciones de asistencia:

Oprimiendo el pulsador para AUTO HOLD en la consola central se pone a disposición del conductor la función AUTO HOLD. La activación se conirma encendiéndose el testigo luminoso en el pulsador. Para desactivar la función AUTO HOLD hay que accionar una vez más la tecla AUTO HOLD. El testigo luminoso en el pulsador se apaga.

Asistente para stop and go

En virtud de que el conductor ya no tiene que pisar el freno para mantener el vehículo parado, también se le asiste al circular en caravana, en el tráico llamado «stop and go».

Asistente en arrancada

La automatización de las operaciones de parada y arrancada asiste al conductor al arrancar en subidas. El sistema evita que el vehículo ruede involuntariamente hacia atrás

165



Aparcamiento automático

Si estando activada la función AUTO HOLD se procede a parar el motor, abrir la puerta del conductor, desabrocharse el cinturón de seguridad o desconectar el encendido, se activa automáticamente el freno de estacionamiento.

La función AUTO HOLD sólo puede ser activada en las siguientes condiciones:

ズ Puerta del conductor cerradaズ Cinturón de seguridad abrochadoズ Motor en funcionamiento

Si cambia cualquiera de las tres condiciones se desactiva la función AUTO HOLD. Con cada nuevo arranque del motor se la tiene que volver a activar con el pulsador AUTO HOLD.

La función AUTO HOLD garantiza que el vehículo sea retenido en posición inmovilizada de forma automática y regulada, independientemente del modo en que el vehículo haya alcanzado la inmovilización.

Presión de frenado

Estando activada la función AUTO HOLD, el vehículo es mantenido primeramente en posición parada a través de los cuatro frenos hidráulicos de las ruedas. La presión de frenado puede ser generada por el conductor, a base de accionar el pedal de freno. Esta presión de frenado se «congela» luego a base de cerrar las válvulas en la unidad ABS y el conductor no tiene que seguir accionando el pedal de freno. E vehículo se mantiene inmóvil.

El ESP interviene si el conductor no acciona el pedal de freno y, después de haberse detectado el estado de inmovilidad, el vehículo inicia nuevamente la rodadura. El sistema efectúa un ciclo de carga hidráulica. Esto signiica, que la presión de frenado se genera a través de la bomba del ABS. Al cabo de tres minutos de retención del vehículo se produce un cambio de la parte hidráulica del ESP hacia el freno de estacionamiento electromecánico.

Secuencia de funciones

1. La función AUTO HOLD se encuentra activada. El vehículo está parado y es retenido hidráulicamente a través de los 4 frenos de rueda. La presión necesaria para ello es calculada y ajustada por la unidad de control del ABS en función de la intensidad de la subida.2. Al cabo de 3 minutos se realiza la entrega al freno de estacionamiento electromecánico. El par de detención es transmitido por la unidad de control del ABS a la unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico.3. Los dos motores de inmovilización en los frenos de las ruedas traseras son excitados por la unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico. El freno se bloquea por la vía electromecánica y la presión de frenado se reduce de forma automática.


166


Modo para ITV

Entrada

Para la revisión técnica de funcionamiento del freno de estacionamiento electromecánico se tiene que llevar a cabo una frenada dosiicada en el frenómetro.El modo para ITV se detecta de forma automática en los casos siguientes:

ズ Si está conectado el encendidoズ Si está seleccionada la función AUTO HOLDズ Si las ruedas delanteras están paradasズ Si las ruedas traseras giran, como mínimo durante 5 segundos, a una velocidad constante comprendida entre los 2,5 y 9 km/h. La entrada del modo para ITV es señalizada encendiéndose el testigo de avería para freno de estacionamiento electromecánico K214 en el cuadro de instrumentos.

Después de ser accionado el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico se va aplicando paso a paso la fuerza de tensado. El comportamiento de cierre del freno de estacionamiento va siendo modiicado correspondientemente por la unidad de control para freno de estacionamiento electromecánico. Con cuatro ciclos consecutivos de accionamiento sobre el pulsador para freno de estacionamiento electromecánico se desplaza el émbolo de freno a razón de una carrera deinida y la fuerza de tensado del freno de estacionamiento aumenta de modo gradual.El quinto ciclo de accionamiento de mando en el pulsador conduce a que se suelte el freno de estacionamiento electromecánico.

Salida

El modo para ITV inaliza si está cumplida una de las siguientes condiciones:

ズ Las ruedas delanteras giran a una velocidad superior a 0 km/h.ズ Las ruedas traseras giran a una velocidad inferior a 2,5 km/h o superior a 9 km/h.ズ El encendido está desconectado.

Sírvase tener en cuenta el procedimiento detallado que se explica sobre el modo para ITV en el «Sistema electrónico de información en el Servicio, ELSA».

167



Reajuste del juego de retracción

El juego de retracción se determina cíclicamente estando el vehículo parado. Si no se acciona el freno de estacionamiento electromecánico en un recorrido de 1.000 kilómetros se realiza un reajuste automático del juego de retracción.A esos efectos el sistema desplaza la pastilla de freno contra el disco a partir de la posición cero. Analizando la absorción de corriente del motor eléctrico, la unidad de control para el freno de estacionamiento electromecánico determina el recorrido efectuado y puede compensar con ello el desgaste de las pastillas de freno.

La compensación del desgaste de las pastillas se realiza con el vehículo aparcado, estando la cerradura de contacto bloqueada y el freno de estacionamiento no cerrado.

Posición cero tuercade presión

Pastilla de frenodesgastada

Carrera de la tuerca de presión hasta que la pastilla se encuentra con el disco de freno

Modo para sustitución de pastillas

Las pastillas se sustituyen al no estar accionado el freno de estacionamiento electromecánico. Con ayuda del sistema de diagnosis, medición e información de vehículos VAS 5051 se procede a abrir al máximo el freno de estacionamiento electromecánico, haciendo que la tuerca de presión se desplace hasta su posición más retrasada sobre el husillo.El tensado de cierre del freno de estacionamiento electromecánico se vuelve a llevar a cabo con el sistema de diagnosis, medición e información de vehículos VAS 5051. El sistema autoadapta de forma automática la nueva posición de las pastillas de freno.

Sírvase tener en cuenta el procedimiento detallado para la sustitución de las pastillas que se describe en el «Sistema electrónico de información en el Servicio, ELSA».

Émbolo defreno

Tuerca depresión


168


CAN-Bus para freno de estacionamiento electromecánico

La unidad de control para el freno de estacionamiento electromecánico está comunicada con la unidad de control del ABS a través de un CAN-Bus privado.La velocidad de transmisión de los datos en el CANBus privado para el freno de estacionamiento electromecánico es de 500 kbit/s.La transmisión se realiza a través del cable CANHigh y del cable CAN-Low. Para que la transmisión de los datos sea segura se procede a retorcer la pareja de cables.El CAN-Bus de datos para el freno de estacionamiento electromecánico no puede trabajar en el modo monoalámbrico. Si se avería uno de los cables del CAN-Bus deja de ser posible la transmisión de los datos.

169


Notas


170

Tema 24ESP

¿Que. efectos aporta el ESP?

El programa electrónico de estabilidad forma parte de la seguridad activa del vehículo. También se habla del sistema de conducción dinámica.Expresado en términos bastante simpliicados, es un programa anti-derrapaje. Detecta el riesgo de derrapaje y compensa especíicamente el derrapaje descontrolado del vehículo.

Ventajas:- No es un sistema individual, sino que está basado en otros sistemas de regulación de la tracción, en virtud de lo cual también incluye características de estos.- Asiste al conductor.- El vehículo se mantiene dominable.- Se reduce el riesgo de accidente debido a una reacción excesiva del conductor.

Abreviaturas que lo dicen todoPero al haber demasiadas abreviaturas parecidas, pueden surgir confusiones. Por ello se indican aquí. brevemente los términos más usuales

ABSAnti- Blockier- System (sistema antibloqueo de frenos)Evita el bloqueo de las ruedas al frenar. A pesar del alto efecto de frenado que se consigue, se conserva la estabilidad de la trayectoria y la direccionabilidad.

ASRAntriebs- Schlupf- Regelung (regulación antideslizamiento de la tracción)Evita el deslizamiento en aceleración de las ruedas motrices, p. ej. sobre hielo o grava, a base de intervenir en los frenos y en la gestión del motor.

EBVEektronische Bremskraft Verteilung (distribución electrónica de la fuerza de frenado) Evita el frenado excesivo de las ruedas traseras antes de la intervención del ABS y en los casos en que no funciona el ABS debido a averías especiicas en el sistema.

EDSElektronische Differential Sperre (bloqueo diferencial electrónico)Permite la arrancada sobre pavimentos de adherencia desigual, a base de frenar la rueda que tiende a deslizar en aceleración.

ESPElektronisches Stabilitts- Programm (programa electrónico de estabilidad)Mediante intervenciones especiicas en los frenos y en la gestión del motor, evita un posible derrapaje del vehículo. También se conoce bajo las siguientes abreviaturas:- ASMS ( Automatisches Stabilitts- Management- System),

171


Tema 24ESP

- DSC ( Dynamic Stability Control), - FDR (Regulación dinámica de la marcha),- VSA ( Vehicle Stability Assist) y- VSC ( Vehicle Stability Control).

MSR Motor- Schleppmoment- Regelung (regulación del par de inercia del motor)Evita el bloqueo de las ruedas motrices al frenar con el motor, si se levanta repentinamente el pie del acelerador o si se frena teniendo seleccionada una gama de marchas.

Para evitar el derrapaje, es preciso que un sistema de conducción dinámica como el ESP pueda intervenir especíicamente en el sistema de frenos, en fracciones de segundo. La presurización del sistema se lleva a cabo a través de la bomba de retorno para el ABS. Para mejorar el caudal impelido por la bomba es preciso aportar la suiciente presión previa por el lado aspirante de la bomba.

En el sistema Bosch se genera la presión previa por medio de una bomba de precarga. Se denomina bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha y se aloja debajo de la unidad hidráulica, en un soporte compartido con ella. La unidad de control para ESP va separada de la unidad hidráulica


172

Tema 24ESP

Pulsador para ASR/ESP E256

Conmutador de luz de freno F

Conmutador de pedal de freno F47

Sensor de régimentrasero derecho G44,

delantero derecho G45,trasero izquierdo G46,

delantero izquierdo G47

Transmisor goniométrico de dirección G85

Transmisor de aceleración transversal G200

Transmisor de presión de frenado G201

Transmisor de la magnitud de viraje G202,en el vano reposapiés delantero izquierdo,

ante la unidad de control central para sistema de confort

Señales suplementariasGestión del motorGestión del cambio de marchas

SensoresUnidad de control para ABS con EDS/ ASR/ESP J104, en el vano reposapiés delantero derecho, chapa del salpicadero

173


Tema 24ESP

Relé. para bomba de retorno - ABS J105, en la carcasa de protección para unidades de control, en el vano motor delantero izquierdo

Bomba de retorno para ABS V39

Relé. para electroválvulas - ABS J106, en la carcasa de protección para unidades de control, en el vano motor delantero izquierdo

Válvulas de admisión ABS N99, N101, N133, N134Válvulas de escape ABS N100, N102, N135, N136Válvula de conmutación -1- regulación dinámica de la marcha N225Válvula de conmutación -2- regulación dinámica de la marcha N226Válvula conmutadora de alta presión -1- regulación dinámica de la marcha N227Válvula conmutadora de alta presión -2- regulación dinámica de la marcha N228

Bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha V156

Unidad de control para la unidad indicadora en cuadro de instrumentos J285Testigo luminoso para ABS K47Testigo luminoso para sistema de frenos K118Testigo luminoso para ASR/ESP K155

Señales suplementariasGestión del motorGestión del cambio de marchasGestión de la navegación

Terminal para diagnósticos


174

Tema 24ESP

1 Unidad de control para ABS con EDS/ASR/ESP2 Unidad hidráulica con bomba de precarga3 Transmisor de presión de frenado4 Transmisor de aceleración transversal5 Transmisor de la magnitud de viraje6 Pulsador para ASR/ESP7 Transmisor goniométrico de dirección8 Conmutador de luz de freno9-12 Sensor de régimen13 Cable para diagnósticos14 Testigo luminoso para sistema de frenos15 Testigo luminoso para ABS16 Testigo luminoso para ASR/ESP17 Comportamiento del vehículo y del conductor18 Intervención en la gestión del motor19 Intervención en la gestión del cambio (sólo vehículos automáticos)

Circuito de regulación

Los sensores de régimen suministran continuamente las señales de velocidad de cada rueda.El sensor goniométrico de dirección es el único sensor que suministra sus datos directamente a través del CAN-Bus hacia la unidad de control. Previo análisis de ambas informaciones, la unidad de control calcula la trayectoria teórica, consignada con el volante, y calcula un comportamiento dinámico teórico del vehículo. El sensor de aceleración transversal informa a la unidad de control acerca del derrapaje lateral.El sensor de la magnitud de viraje informa sobre la tendencia al derrapaje de la trasera del vehículo. Con ayuda de estas dos informaciones, la unidad de control calcula el comportamiento dinámico efectivo del vehículo. Si los comportamientos dinámicos teórico y efectivo diieren entre s., se procede a calcular una intervención de regulación.El ESP decide:

- qué. rueda debe ser frenada o acelerada intensamente,- si es necesario reducir el par del motor, y- si en vehículos automáticos es preciso excitar la unidad de control del cambio.

Analizando los datos que siguen llegando de los sensores, el sistema revisa si ha tenido .éxito con la intervención:En caso airmativo inaliza la intervención y se sigue observando el comportamiento dinámico del vehículo.En caso negativo se vuelve a correr un ciclo de regulación.Al producirse una intervención de regulación, se visualiza esta particularidad al conductor haciendo parpadear el testigo luminoso ESP.

175


Tema 24ESP

Unidad de control para ABS con EDS/ASR/ESP J104

En caso de la versión Bosch, la unidad de control electrónica va separada de la unidad hidráulica. Se aloja en el vano reposapiés delantero, lado derecho.

Diseño y funcionamiento

En virtud de que se tiene que exigir un alto nivel de seguridad a cometer errores, el sistema integra dos unidades procesadoras, as. como una vigilancia propia de la tensión y un interfaz para diagnósticos.Ambas unidades procesadoras utilizan software idénticos para procesar la información y se vigilan mutuamente.En el caso de los sistemas como éste, conigurados por partida doble, se dice que tienen redundancia activa.

Circuito eléctrico

La unidad de control J104 recibe la tensión de alimentación a través de la conexión positiva en el ramal de cables del tablero de instrumentos.


En el caso, muy poco probable, de que la unidad de control sufra una avería total, ya sólo queda a disposición del conductor el sistema de frenado normal, sin ABS, EBS, ASR y ESP.

Autodiagnóstico

Se detectan las siguientes averías: unidad de control averiada, avería en la alimentación de tensión


176

Tema 24ESP

Va alojado en la columna de dirección, entre el mando combinado y el volante. El anillo retractor con anillo colector para el airbag est. integrado en el transmisor goniométrico de dirección y alojado en su parte inferior.

Misión

El transmisor se encarga de transmitir el ángulo de giro del volante a la unidad de control para ABS con EDS/ASR/ESP.Se registra un ángulo de ±720¡, equivalente a cuatro vueltas completas del volante.


Sin la información procedente del sensor goniométrico de dirección, el sistema ESP no se puede formar una idea concreta acerca de la dirección de marcha deseada. La función ESP se paraliza.

Autodiagnóstico

Después de sustituir la unidad de control o el sensor es preciso volver a calibrar la posición cero. - Transmisor goniométrico de dirección, sincomunicación- Ajuste incorrecto- Avería mecánica- Defecto- Señal no plausible

Circuito eléctrico

El G85 es el único sensor del sistema ESP, que transmite su información directamente a través del CAN-Bus hacia la unidad de control. Después de conectar el encendido se inicializa el sensor, en cuanto se gira el volante a 4,5¡, lo que equivale a un giro de aprox. 1,5 cm.

Si se desajusta la convergencia pueden presentarse anomalías. Obsérvese la necesidad de que el sensor tenga una unión solidaria con el volante de la dirección.

Transmisor goniométrico de dirección G85Anillo retractor con anillo colectorpara el airbag del conductor

177


Tema 24ESP

Coniguración

La medición del ángulo se realiza según el principio de la barrera luminosa.

Los componentes básicos son:

- una fuente de luz (a),- un disco codiicador (b),- sensores ópticos (c + d) y- un contador (e) para las vueltas completas.

El disco codiicador consta de dos anillos: el anillo absoluto y el anillo incremental. Ambos anillos se exploran por medio de dos sensores.

Funcionamiento

Simpliiquemos la coniguración, enfrentando una corredera perforada de valores incrementales (1) y una corredera perforada de valores absolutos (2). Entre ambas correderas hay una fuente luminosa (3). En la parte exterior se encuentran los sensores ópticos (4 + 5). Al pasar la luz a través de una rendija hacia un sensor, se produce en éste una tensión de señal. Si se cubre la fuente luminosa se interrumpe nuevamente la tensión.Si movemos ahora las correderas perforadas, se producen dos diferentes secuencias de tensiones. El sensor incremental suministra una señal uniforme, porque las rendijas o ventanas están espaciadas de forma equidistante. El sensor de valores absolutos produce una señal irregular, debido a que la corredera tiene huecos y distancias irregulares. Por comparación de ambas señales, el sistema puede calcular la longitud a que fueron movidas las correderas. El punto inicial del movimiento lo deine la parte correspondiente a valores absolutos.El transmisor goniométrico de dirección trabaja según este mismo principio, pero est. diseñado para un movimiento de rotación.


178

Tema 24ESP

Transmisor de aceleración transversal G200

Por motivos físicos es conveniente que este sensor est. instalado lo más cerca posible del centro de gravedad del vehículo. Por ese motivo se instala en el vano reposapiés, debajo del asiento del conductor.

Misión

El G200 detecta si existen fuerzas laterales que tratan de sacar el vehículo de su trayectoria prevista, y en caso airmativo, detecta su intensidad.


Sin la medición de la aceleración transversal, en la unidad de control no se puede calcular el estado efectivo de la marcha. La función ESP se paraliza.

Autodiagnóstico

Con el autodiagnóstico se comprueba si existe una interrupción en el cableado o si hay un corto con positivo o con masa. El sistema detecta asimismo si está averiado el sensor

Circuito eléctrico

El transmisor de aceleración transversal est. comunicado con la unidad de control J104 a través de tres cables.

Este sensor es muy delicado. Puede sufrir daños con facilidad.

179


Tema 24ESP

Coniguración

Representado de forma simpliicada, el transmisor de aceleración transversal consta de un imán permanente (1), un muelle (2), una placa amortiguadora (3) y un sensor Hall (4).El imán permanente, el muelle y la placa amortiguadora constituyen un sistema magnético. El imán está comunicado ijamente con el muelle y puede oscilar por medio de la placa amortiguadora.

Funcionamiento

Al actuar una aceleración transversal en el vehículo (a), el imán permanente, debido a su inercia de la masa, sólo acompaña con retardo el movimiento generado. Eso signiica, que la placa amortiguadora se aleja conjuntamente con la carcasa del sensor y con todo el vehículo, debajo del imán permanente, el cual se mantiene primeramente en reposo.

Con este movimiento se generan corrientes eléctricas de Focault en la placa amortiguadora, las cuales generan a su vez un campo magnético contrario al del imán permanente. Debido a ello se debilita la intensidad del campo magnético general. Esto provoca una modiicación en la tensión Hall (U). La variación que experimenta la tensión es directamente proporcional a la intensidad de la aceleración transversal.

Esto signiica, que cuanto más intenso es el movimiento entre la placa amortiguadora y el imán, tanto más se debilita el campo magnético y tanto más claramente varía la tensión de Hall. Al no existir ninguna aceleración transversal, la tensión de Hall se mantiene constante.


180

Tema 24ESP

Transmisor de la magnitud de viraje G202

También este sensor debe hallarse lo más cerca posible del centro de gravedad del vehículo. En el Passat 1998 se instala en el vano reposapiés delantero izquierdo, ante la unidad de control central para el sistema de confort.

Misión

El transmisor de la magnitud de viraje tiene sus orígenes en la tecnología de la navegación espacial. Analiza si actúan pares de giro sobre un cuerpo. Según su posición de montaje se puede comprobar as. el giro en torno a uno de los ejes espaciales. En el ESP, el sensor tiene que detectar si el vehículo gira en torno al eje geométrico vertical.

A este respecto se habla de una medición de la magnitud de viraje. En la versión BOSCH se incorporaba hasta ahora un sensor que trabaja según el principio del giróscopo. Dentro de un tiempo previsible, este sensor será reemplazado por un sensor combinado para inercias transversales y magnitudes de viraje, que funciona según un principio distinto.

Diseño y funcionamiento

El componente básico es un pequeño cilindro hueco de metal (1), que posee ocho elementos piezoeléctricos (2). Cuatro de ellos someten al cilindro hueco a una oscilación resonante (a). Los otros cuatro elementos “observan” si varían los sitios en que se encuentran los nodos de oscilación del cilindro. Y precisamente esto sucede si un par de giro actúa sobre el cilindro hueco. Los nodos de oscilación se desplazan (b). Este desplazamiento lo miden los elementos piezoeléctricos observadores y transmiten una señal correspondiente a la unidad de control, la cual calcula de ahí la magnitud del viraje.

181


Tema 24ESP

Sensor combinado

Sensor combinado

Transmisor de aceleración transversal G200Transmisor de la magnitud de viraje G202

En el futuro serán agrupados estos dos transmisores en una carcasa compartida.

Las ventajas que ello supone residen en:- las dimensiones compactas del montaje,- la orientación exacta de ambos sensores entre s., que no puede ser alterada,- una coniguración más robusta.

Los componentes van montados en una placa de circuitos impresos y trabajan según principios micromecánicos.La conexión se establece por medio de un conector de seis polos.La medición de la aceleración transversal se realiza de acuerdo con un principio capacitivo. La magnitud del viraje se detecta midiendo la aceleración de Coriolis que interviene. He aquí. un ejemplo al respecto: Si p. ej. se dispara la bala de un cañón en el hemisferio norte del globo terrestre, la bala experimenta, para el observador que acompaña a la tierra en su rotación, un desvío de su trayectoria recta. Como causa de ello, el observador supone la existencia de una fuerza que acelera a la bala en sentido opuesto al de rotación de la tierra, haciendo que abandone la trayectoria rectilínea Ð la fuerza de Coriolis.


182

Tema 24ESP

Coniguración del transmisor de aceleración transversal

El transmisor es un componente de tamaño mínimo en la placa de circuitos impresos del sensor combinado.En términos muy simpliicados, nos podemos imaginar su coniguración como la de una placa de condensador suspendida con una masa móvil, de modo que pueda oscilar. Otras dos placas de condensador, montadas en disposición ija, enmarcan a la placa móvil de modo que se produzcan dos condensadores K1 y K2 conectados uno tras otro. Con ayuda de electrodos es posible medir la carga que pueden absorber ambos condensadores. Esta carga se denomina capacidad C.

Funcionamiento

Al no actuar ningún efecto de aceleración sobre este sistema, las cargas medidas C1 y C2 son iguales en ambos condensadores.Si actúa una aceleración transversal, la inercia de las masas móviles en la placa intermedia hace que esta pieza experimente un desplazamiento, con respecto a las placas ijas, en dirección opuesta a la de la aceleración. De esa forma varía la distancia entre las placas y, por tanto, las cargas de los condensadores parciales.La distancia de las placas en el condensador K1 aumenta, reduciéndose la capacidad correspondiente C1.La distancia de las placas de K2 se reduce, aumentando la capacidad C2.

C1 = C2

C1 < C2

K1

Placa ija Placa de condensadorcon masa móvil

Suspensión

K2

Placa ija

Electrodo

Direcciónde marcha

183


Tema 24ESP

Coniguración del transmisor de la magnitud de viraje

El transmisor de la magnitud de viraje se aloja en la misma placa de circuitos impresos, pero separado del sensor de aceleración transversal.

También para éste, utilizamos una representación simpliicada. Imaginémonos, que en un campo magnético constante se suspende entre los Polos Norte y Sur, con un soporte correspondiente, una masa que puede ser sometida a oscilaciones. La masa oscilante tiene pistas de circuito, las cuales representan el sensor propiamente dicho.Por motivos de seguridad, en el transmisor real existe esta coniguración por partida doble.

Funcionamiento

Si se aplica una tensión alterna U~, empieza a oscilar en el campo magnético la parte que soporta las pistas de circuito.

Si ahora actúa una aceleración giratoria sobre este conjunto, la masa oscilante, en virtud de su inercia, se comporta de forma parecida a la bala del cañón antes descrita. Se desvía del movimiento oscilante rectilíneo, debido a la intervención de una aceleración de Coriolis. En virtud de que esto sucede en un campo magnético, varía el comportamiento eléctrico de las pistas de circuito. La medición de esta variación constituye así. una medida para la intensidad y dirección de la aceleración de Coriolis. El analizador electrónico calcula la magnitud de viraje a partir de este valor.

Direcciónde marcha

Polo Norte

Soporte

Pistas de circuito

Masa osciladora

Polo Sur

Oscilación rectilínea en funciónde la tensión alterna aplicada

U ~

Magnitud de virajeAceleración de Coriolis


184

Tema 24ESP

Transmisor de presión de frenado G201

Está atornillado en la bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha.

Misión

El transmisor de presión de frenado informa a la unidad de control acerca de la presión actual en el circuito de frenado.Con ayuda de esta información, la unidad de control calcula las fuerzas de frenado de las ruedas y, con éstas, las fuerzas longitudinales que actúan sobre el vehículo. Si resulta necesaria una intervención del ESP, la unidad de control integra este valor en el calculo de las fuerzas de guiado lateral.

Circuito eléctrico

El transmisor de presión de frenado va comunicado por medio de tres cables con la unidad de control J104.


Sin los datos acerca de la presión de frenado actual, el sistema ya no puede calcular correctamente las fuerzas de guiado lateral. Se paraliza la función ESP.

Autodiagnóstico

Con el autodiagnóstico se comprueba si existe una interrupción en el cableado o un corto con positivo o con masa. El sistema detecta asimismo si está averiado un sensor

No se debe destornillar el sensor de presión, de su alojamiento en la bomba hidráulica, sino que se lo debe sustituir conjuntamente con la bomba.

185


Tema 24ESP

Coniguración

La pieza principal del sensor es un elemento piezoeléctrico (a), sobre el cual puede actuar la presión del líquido de frenos, e incluye la electrónica del sensor (b).

Funcionamiento

Al actuar la presión del líquido de frenos sobre el elemento piezoeléctrico varía el reparto de las cargas en el elemento.Sin la actuación de la presión, las cargas tienen un reparto uniforme (1). Al actuar una presión, las cargas se desplazan espacialmente (2), produciéndose una tensión eléctrica.

Cuanto mayor es la presión, tanto más intensamente se separan las cargas. La tensión aumenta. En el circuito electrónico incorporado se intensiica la tensión y se transmite como señal hacia la unidad de control.

La magnitud de la tensión constituye de esa forma una medida directa de la presión reinante en el sistema de frenos.


186

Tema 24ESP

Según el tipo de vehículo en cuestión, el pulsador se halla en la zona próxima al cuadro de instrumentos.

Sirve para que el conductor pueda desactivar la función ESP. Se reactiva pisando el freno u oprimiendo una vez más el pulsador. Si el conductor se olvida de volver a conectar el sistema, éste se reactiva automáticamente con motivo del siguiente arranque del motor.

Es conveniente desactivar la función ESP en los siguientes casos:

- para desatascar el coche en vaivén, con objeto de sacarlo de la nieve profunda o de un suelo de baja consistencia,- para conducir con cadenas para nieve, y- para hacer funcionar el vehículo en un banco de pruebas de potencia.

No es posible desactivar el sistema durante un ciclo de intervención del ESP y a partir de una cierta velocidad especiica.


Si está averiado el pulsador no es posible desactivar el ESP. El funcionamiento incorrecto se visualiza en el cuadro de instrumentos, a base de encenderse el testigo luminoso para ASR/ESP.

Autodiagnóstico

El autodiagnóstico no detecta averías en este pulsado

Pulsador para ASR/ESP E256

Circuito electrónico

187


Tema 24ESP

Va situada en un soporte común, debajo de la unidad hidráulica, en el vano motor.

Misión

En un sistema ABS se tiene que suministrar una pequeña cantidad de líquido de frenos, superando una gran presión ejercida por el pedal de freno. Esta función corre a cargo de la bomba de retorno. Sin embargo, no puede suministrar una gran cantidad de líquido si el pedal de freno está sometido a sólo escasa o ninguna presión, porque el líquido de frenos posee una alta viscosidad a bajas temperaturas. En virtud de ello se necesita una bomba hidráulica suplementaria para los sistemas ESP, con objeto de generar la presión previa necesaria por el lado aspirante de la bomba de retorno.

La presión de precarga se limita por medio de un estrangulador en el cilindro maestro. La propia bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha no se somete a regulación.

Circuito eléctrico

Ambos cables de la bomba hidráulica están conectados a la unidad de control J104.


Ya no es ejecutable la función ESP. Esto no afecta a los sistemas ABS, EDS y ASR.

Autodiagnóstico

Con motivo del autodiagnóstico se visualizan averías tales como interrupción de cable o corto con positivo y con masa.

Bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha V156

No se debe reparar la bomba hidráulica. Se sustituye como unidad completa. La bomba de recambio ya va cargada con líquido de frenos. Debido a ello no se deben retirar prematuramente los tapones. Si una bomba hidráulica no tiene carga de líquido de frenos, no se la debe utilizar.


188

Tema 24ESP

Va alojada sobre un soporte en el vano motor. Su localización especíica puede variar en función del tipo de vehículo en que se incorpora

Misión

La unidad hidráulica trabaja con dos circuitos de frenado, con reparto en diagonal.

En comparación con unidades ABS más antiguas, ha sido ampliada con una válvula de conmutación y una de aspiración para cada circuito de frenado. La bomba de retorno es ahora una versión autoaspirante.

Las válvulas de conmutación se llaman: v.lvula de conmutaci.n -1- para regulaci.n din.mica de la marcha N225 y v.lvula de conmutaci.n - 2- para regulaci.n din.mica de la marcha N226.

Las válvulas de aspiración se llaman: v.lvula conmutadora de alta presi.n -1- para regulaci.n din.mica de la marcha N227 y v.lvula conmutadora de alta presi.n -2- para regulaci.n din.mica de la marcha N228.

Con las válvulas de las unidad hidráulica se procede a excitar los diferentes bombines de freno en las ruedas. Con la excitación producida por la unidad hidráulica para las válvulas de admisión y escape de un bombín de freno en la rueda se pueden establecer tres diferentes estados operativos:

- Generar presión- Mantener presión- Degradar presión

Efecto en caso de avería

Si no se tiene asegurado el funcionamiento de las válvulas, se desactiva el sistema en su conjunto.

Autodiagnóstico

Las válvulas conmutadoras N225 y N226, as. como las válvulas conmutadoras de alta presión N227 y N228 se veriican con respecto a interrupción en el cableado y corto con positivo/ masa.

Unidad hidráulica

189


Tema 24ESP

Esquema de funciones

Contemplemos ahora un solo circuito de frenado, y en éste una sola rueda.El subcircuito de frenado consta de:válvula conmutadora N225 (a),válvula conmutadora de alta presión N227 (b),válvula de admisión (c),válvula de escape (d),bombín de freno en la rueda (e),bomba de retorno (f),bomba hidráulica para conducción dinámica (g)y ampliicador de servofreno (h).

Generar presión

Si el ESP interviene con un ciclo de regulación, la bomba hidráulica para conducción dinámica empieza a alimentar líquido de frenos del depósito hacia el circuito de frenado. Debido a ello est. disponible rápidamente una presión de frenado en el bombín de la rueda y en la bomba de retorno.La bomba de retorno inicia la alimentación para seguir aumentando la presión de frenado.

Mantener presión

La válvula de admisión cierra. La válvula de escape se mantiene cerrada. La presión no puede escapar de los bombines de freno en las ruedas.La bomba de retorno se detiene y la válvula N227 cierra.

Degradar presión

N225 conmuta al sentido inverso.La válvula de admisión se mantiene cerrada, mientras que la válvula de escape abre. El líquido de frenos puede volver al depósito a través del cilindro maestro en tándem.


190

Notas

191


Anexo 1Híbridos: Toyota Prius

Vehículos híbridos

Se conocen como vehículos híbridos aquellos cuya motorización se realiza utilizando un motor eléctrico y otro normalmente térmico convencional5 1. Así se puede utilizar un motor eléctrico para la circulación en zonas urbanas y el térmico para las interurbanas. En otros casos el mo-tor eléctrico es empleado exclusivamente para el accionamiento del vehículo y el térmico para generar la electricidad necesaria para la alimentación del primero (Figura 2, híbrido en serie). En otras soluciones híbridas el motor eléctrico y el motor térmico, ambos, aportan permanente-mente su energía mecánica para impulsar al vehículo (Figura 3, híbrido en paralelo).

Toyota Prius

El vehículo híbrido Toyota Prius (Figura 4) es un vehículo de serie resultado del compromiso me-dioambiental de la irma Toyota y de su fuerte inversión en I+D para el desarrollo de vehículos medioambientalmente más respetuosos. Sus características más relevantes son el fruto de los objetivos marcados para todo su ciclo de vida:

• Incrementar al máximo los componen-tes reciclados en el vehículo (principal-mente los de material plástico).• Reducir el consumo de combustible (5,1 litros /100 km).• Disminuir las emisiones de gases contaminantes.: CO + HC + NOx aprox. 30% de las correspondientes a un mo-tor de gasolina convencional de similar tamaño;CO2 < 120 gr/Km.• Cumple sobradamente la normativa Euro IV de aplicación a partir del año 2005.• Cx = 0,29.• Autonomía superior a los 1000 km• Gestión de la energía de forma más eiciente:– Recuperar la energía que normal-mente se pierde mediante el sistema de frenado regenerativo.– Utilización del ciclo termodinámico Atkinson.– Desconexión del motor de gasolina cuando no es necesaria su partici-pación.– Control más eiciente del aire acondi-cionado.– Mayor aislamiento térmico del interior.– Dirección asistida eléctrica.


192


– Uso del calor generado por la batería.Los componentes principales del vehí-culo:• Motor de combustión interna (gaso-lina).• Motor eléctrico (MG2); unido directa-mente a las ruedas a través de la corona del PSD suministra par para el accio-namiento del vehículo; también actúa como generador durante el frenado regerativo, cargando la batería HV.• Generador eléctrico (MG1); genera electricidad para recargar la batería • HV (consumiendo energía del motor de combustión) y alimentar al motor eléc-trico (MG2), también actúa como motor de arranque del motor de combustión en cualquier momento.• Batería HV; de níquel metalo hidruro (Ni-MH), con 38 módulos de 6 elementos x 1,2 V proporcinando en total 273,6 Voltios• Inversor, Convertidor y otros sistemas auxiliares.

El vehículo se ha concebido como un híbrido serie + paralelo, de forma que el motor eléctrico y el motor térmico actúan en forma serie (Figura 2) o en forma paralelo (Figura 3) según las nece-sidades de propulsión.A continuación ofrecemos una breve descripción de los componentes más relevantes, pudiendo encontrarse en la referencia 1 una colección más amplia de diapositivas.

Motor de combustión interna

Motor de inyección de gasolina, 1496 cc de cilindrada, cuatro cilindros en línea, 16 válvulas y distribución por cadena. Desarrolla una potencia máxima de 53 kW a 4500 rpm, siendo ésta su velocidad máxima. El par máximo de 115 Nm lo tiene a 4200 rpm y su relación de compresión es de 13:1.Funciona bajo ciclo termodinámico de Atkinson6 34, con el que se puede alcanzar una alta relación de compresión y por tanto un mejor rendimiento termodinámico, además de permitirse un retraso en el cierre de las válvulas de escape.Este ciclo NO se utiliza para mejorar la entrega de potencia (max), ya que en este vehículo con-tamos con el motor eléctrico.Otras características de este motor son: VVT-i (Variable Valve Timing Intelligent): Mejora la en-trega de par a medio y bajo régimen. Mejora la economía de consumo.Reduce las emisiones (EGR integrada). Disminuye las vibraciones al arranque y parada.

Las Figuras 6 y 7 muestran respectivamente las curvas características del motor (par rpm y potencia-rpm) y el diagrama p-v del ciclo termodinámico de Atkinson comparado con el de Otto.

193



En la Figura 8 puede verse una fotografía del conjunto motor térmico, generador eléctrico (MG1), motor eléctrico (MG2) y mecanismo repartidor de energía (PSD y satélites).

Mecanismo Repartidor de Energía (PSD)

Es el mecanismo plan-etario (rueda central, corona anular, soporte planetario con sus satélites, Figura 9) encargado de combi-nar mecánicamente las potencias desarrolladas por los motores térmico y eléctrico en orden a conseguir que:• Ambas se sumen para el accionamiento del vehículo (híbrido para-

lelo)• El motor térmico únicamente se emplee en generar en-ergía eléctrica (híbrido serie).• El motor eléctrico sirva de motor de arranque del motor térmico.• El generador eléctrico pueda actuar recuperando la en-ergía de frenada.

Nótese que el motor eléctrico es el motor de accionamiento principal, y siempre estará actuando cuando el vehículo demando energía. El motor térmico es auxiliar.En el diagrama de la Figura 10 las ordenadas representan las rpm de cada uno de los tres elementos esenciales del

sistema planetario (PSD): rueda central, soporte portasatélites y corona auxiliar, quedando representada la demultiplicación entre las velocidades de estos elementos por la distancia horizontal entre entre las líneas verticales.


194


Así y con ayuda de este diagrama ex-plicaremos algunas características del funcionamiento del vehículo.

Arranque suave (Figura 11):El motor eléctrico mueve el vehículo sólo gracias a la energía suministrada por la batería HV. Ahora funciona como un vehículo eléctrico. El motor térmico podrá estar parado o en funcionamien-to, dependiendo del estado de carga de la batería HV, a la cual atiende exclusivamente

Conducción normal (Figura 12):Tanto el motor eléctrico como el de gasolina mueven el vehículo (y apor-tan par al generador eléctrico). El par desarrollado por cada uno a sus re-spectivas velocidades son aportados a la tracción del vehículo y al generador a través del PSD.

Aceleración (Figura 13):La potencia demandada es atendida por el motor eléctrico, el cual a su vez requiere mayor intensidad de la batería HV, la cual inter viene incrementando el suministro de electricidad al motor. Cu-ando la carga de la batería disminuye, se interrumpe este suministro. El gen-erador eléctrico aumenta su velocidad aportando más energía que en ultima instancia es atendida desde el motor térmico.

Deceleración (Figura 14):El sistema actúa como freno regen-erativo. El motor eléctrico comienza a trabajar como generador para aumen-tar la carga de la Batería HV.

195



El diagrama mostrado en la parte inferior es un esquema del sistema de tracción del Prius. Este esquema muestra como el motor de combustion interna denominado ICE (Internal Combustion Engine) transmite al planetario en el PSD (Power Split Device) ( en español dispositivo de division de par). También muestra la manera en que se transmite par al motor/generador 2 (MG2).Se puede apreciar que el eje del Motor de gasolina (azul) pasa por el eje de MG1 y el engranaje planetario (verde) para alcanzar al satélite al otro lado del PSD. Las secciones siguientes contienen las descripciones de varios componentes de la transmisión.


196


Motor de Combustión Interno

El Prius tiene un motor de combustión interno (ICE) que es excepcionalmente pequeño para un coche de este tamaño (1300 kilogramos). Esto es posible por la presencia de los motores eléctricos y la batería, que complementan el ICE cuando la demanda de potencia es alta. Un coche convencional, con un motor diseñado para la alta aceleración en cuestas defíciles, casi siempre utiliza un motor de baja eicienciaLa eiciencia máxima generalmente se sitúa en la mitad del pico de potencia máxima.La posibilidad de usar un motor pequeño en un vehículo híbrido la llaman como “engine downsizing” (reducción del tamaño de motor)

197



Además de la reducción del tamaño de motor , el Prius utiliza muchas técnicas para mejorar la eiciencia y aumentar la gama de condiciones en las cuales podemos conseguir esta alta eiciencia. El motor usa el ciclo Atkinson, en lugar del ciclo de Otto habitual. Este ciclo es más eiciente en particular a bajas vueltas.Permite utilizar piezas de poco peso reduciendo pérdidas de fricción y la inercia.El cigüeñal está diseñado de tal manera que que la fuerza del pistón es transmitida a través de una biela recta en lugar de una biela inclinada. Las válvulas tienen tallos estrechos y muelles de fuerza menor para reducir la energía que se pierde en el funcionamiento de las válvulas


198


Motor/Generadores

El Prius tiene dos motores/generadores eléctricos. Son muy similares en su construcción, pero diferentes en el tamaño. Ambos son motores sincronos trifasicos de corriente alterna e imanes permanentes. El rotor (la parte que hace girar el eje) es un un imán grande y poderoso y no tiene ninguna conexion eléctrica. El stator contiene tres juegos de bobinas. Cuando la corriente pasa en una dirección por una de las bobinas, el rotor es atraído a una posición.

Pasando la corriente secuencialmente por cada bobina primero en una dirección y luego en la otra, el rotor puede moverse de una posición a la siguiente y por lo tanto girar. Esto es una ex-plicación muy simple, pero explica el concepto de funcionamiento de este motor.Si una fuerza exterior hace girar el rotor, una corriente eléctrica luye en cada bobina y se puede usar para cargar la batería ó impulsar el otro motor. Así, el mismo dispositivo puede ser un mo-

199



tor o un generador dependiendo(según) si la corriente es introducida en las bobinas para atraer el imán del rotor ó éste es girado externamente para obtener electricidad.

El motor/generador 1 (MG1) está conectado al engranaje planetariol del dispositivo PSD. Es el más pequeño de los dos y está diseñado para una transmisión de potencia de 18 Kw. Normalmente se utiliza para arrancar el ICE y controlar el numero de revoluciones de éste gener-ando una cantidad variable de electricidad.El motor/generador 2 (MG2) está conectado al piñón de transmisión del PSD y por lo tanto a los engranajes desmultiplicadores y de ahí las ruedas. Así es capaz de impulsar directamente el coche. Es el más grande de los dos y está diseñado para transmitir una potencia máxima de 33 Kw. A veces es descrito como “ el motor de tracción “ y su papel principal es impulsar el coche como un motor o recuperar la energía de freno como un generador. Ambos motores/generadores están refrigerados por agua.

Los Inverter funcionan con la corriente alterna trifásica la batería. Como todas las baterías, la batería del Prius produce corriente contínua por lo que es necesario utilizar algo de electrónica para convertir la corriente alterna trifásica en contínua. El inverter realiza esta función.

Cada MG tiene “inverter” que realiza esta función. El inverter conoce la posición del rotor de su MG gracias a un local-izado en el eje y varía la corriente de las bobinas para mantener la velo-cidad y el par deseado. La corriente en cada bobina varía cada vez que el polo magnetico del rotor pasa por ella a la siguiente.

La utilización “de la autoinductancia” de las bobinas del motor (una propiedad eléctrica que se opone al cambio de la corriente), el inverter en realidad puede pasar una corriente más grande por la bobina que por la bateríaEsto solo funciona cuando el voltaje del bobinado es menor que el voltaje de la batería, la enrfía se conserva.


200


Sin embargo, como la cantidad de corriente que pasa por la bobina determina el par del mo-tor, esta multiplicación de corriente permite conseguir un alto par cuando el motor está girando lentamente.

. Hasta aproximadamente 11 k.p.h, MG2 es capaz de aplicar un par de 350 N.m desmultiplica-dores. Esto es lo que hace posible “lanzar” el coche con una aceleración aceptable sin el em-pleo de engranajes para multiplicar par entregado por el ICE.

La Batería

La Batería de alto voltage del Prius conssite en 228 celdas de 1.2 voltios cadad una como tensión nominal.Esto nos da un voltaje total nominal de 273.6 voltios.Las celdas están montadas en 38 módulos de seis celdas cada una y todo el paquete se monta en una unidad localizada debajo del asiento trasero.La corriente máxima de la batería son 80 amperios en la descarga descarga 50 amperios y 50 amperios en la carga.

La capacidad nominal de la batería es de 6.5 amperios hora, sin embargo, la electrónica del coche sólo permite la utilización del 40 % de esta capacidad para prolongar la duración de la batería. Durante la carga, solo se permite cargar entre el 40 y el 80 % de la capacidad máxima de carga.Multiplicando el voltaje de batería y su capacidad, su capacidad de almacenaje de energía nominal son 6.4 MJ (megajulios) y su capacidad utilizable es 2.56 MJ. Esto es suiciente energía para acelerar el coche, el conductor y un pasajero cuatro veces hasta 105 k.p.h. (sin ayuda del ICE).

Para producir esta cantidad de energía, el ICE consumiría aproximadamente 230 mililitros de gasolina.Estos son valores teóricos debido a que en la realizadad, la mayor parte del tiempo, usted sólo tiene aproximadamente 1 MJ de energía utilizable en la batería.

El Prius también tiene una batería auxiliar, que no se muestra. Es de 12 voltios, 28 amperios hora de ácido de plomo Su función es suministrar corriente a la electrónica y los accesorios cuando el sistema mixto se apaga y la batería de voltaje alto es desconectada.Cuando el sistema mixto está en funcionamiento, el suministro de 12 voltios es de un convertidor de CORRIENTE-CONTINUA-A-CORRIENTE-CONTINUA que convierte la corriente proveniente del alto voltaje. Esto también recargará la batería auxiliar si fuera necesario.

201



PSD (Power Split Device) (Mecanismo repartidor de par)

El par y la potencia del ICE y de los dos motores/generadores es combinado y distribuido por un sistema planetario denominado PSD (power split device)

EL PSD permite al Prius tanto en modo híbriod serie - como en modo híbrido paralelo híbridos al mismo tiempo y aprovechar las ventajas de cada modo.EL ICE puede conducir las ruedas directamente (mecánicamente) por el PSD. Al mismo tiempo, una cantidad variable de potencia puede ser absor-vida del ICE y convertida en electric-idad. Esta electricidad es utilizadada por uno de los motores/generadores eléctricos. Esto puede cargar la batería o ser utilizada por el otro motor/genera-dor eléctrico para ayudar a conducir las ruedas.

La lexibilidad de este mecanismo de transmisión electromecánico permite al Prius mejorar en el consumo de gaso-lina y las emisiones lo cual no sería posible si tuvieramos una transmisión directa entre el ICE y las ruedas.

La Cadena Silenciosa y los Engranajes desmultiplicadores

El empleo de cadena no es muy común, pero todos los coches convencionales tienen en-granajes desmultiplicadores entre el motor y los ejes. Su objetivo es permitir al motor girar más rápido que las ruedas y también multiplicar el par producido por el motor.

La relación de transmisión en el Prius es de 3.905. Esto se consigue de la siguiente manera:un piñón de 39 dientes sobre el eje de salida del PSD conduce un piñón de 36 dientes en el primer eje intermedio a través de la cadena silenciosa

- un engranaje de 30 dientes en el primer eje intermedio conduce un engranaje de 44 dientes en el segundo eje intermedio - un engranaje de 26 dientes en el segundo eje intermedio conduce un engranaje de 75 diente sobre la entrada al diferencial. La salida DEL diferencial a los dos palieres s el mismo que la entrada al diferencial.


202


Si realizamos el cálculo, 36/39 * 44/30 * 75/26, obtenemos 3.905.

La cadena es utilizada porque ella elimina el empuje axial a lo largo del eje que sería producido si utilizáramos engranajes helicoidales utilizados normalmente en las cajas de cambio de los automoviles.

Podríamos conseguir lo mismo utilizando engranajes de dientes rectos, pero éstos son muy ruidosos. El empuje axial no es un problema en los ejes intermedios y pueden ser absorbidos por rodamientos cónicos. Por construcción mecánica, no sería tan sencillo hacerlo en el eje de salida del PSD.

El diferencial, ejes y ruedas.

No hay nada innovador en el diferencial ejes y ruedas del Prius.

El sistema de transmisión del Prius puede parecer complicado, pero debemos de tener en cuenta muchos componentes no utilizados en el Prius y que sí se utilzan en un coche coneven-cional.:- no hay ningún tipo de caja de cambios (ni manual ni automática)- No hay disco de embrague, las ruedas están directamente conectadas a traves de los en-granajes al ICE ya a los motores/generadores- No hay motor de arranque, el motor/generador arranca el ICE a través de los engranajes en el PSD- No hay alternador, la electricidad es generada por los motores/generadores cuando es nec-esario.

Por lo tanto, la complejidad del Prius no es mucho mayor que la de un automovil convencional. Además, el PSD y los motores/generadores tienen mayor iabilidad que muchos de los compo-nentes que se han eliminado.

203


Anexo 2Baterías 42V

El sistema eléctrico de 42VOfrecer vehículos con mayor eiciencia, y más seguros y confortables son constantes desafíos para la industria del automóvil. Esto conlleva un incremento de componentes eléctricos y electrónicos a bordo, y como consecuencia un mayor consumo de energía eléctrica. Actualmente todos los fabricantes de automóviles están desarrollando proyectos para sustituir el sistema eléctrico actual de 14V, que ha dado suiciente potencia en los últimos 40 años, por otro a 42V que sea capaz de satisfacer estas nuevas demandas.

Nuevas cargas eléctricas

Hay un constante incremento del consumo de electricidad en los automóviles. Este consumo se ha incrementado de forma drástica en los últimos 10 o 15 años. Los coches de lujo son grandes consumidores de energía eléctrica. Como ejemplo, el BMW 750iL tiene un consumo máximo de 428A (5.9kW).

Esto lleva a los fabricantes del sector de automoción a buscar nuevas fórmulas para optimizar el uso de la energía. Suministradores tan importantes de equipos para automoción como Delhi predicen que dentro de los próximos 20 años el consumo de un vehículo medio alcanzará los 10kW (que representa una corriente de 725A a 13,8V difícil de manejar) si no emplea ningún tipo de propulsión eléctrica y el doble si la emplea como ayuda al motor tradicional de combustible fósil. Dos son los caminos sobre los que se pueden efectuar investigaciones: uno, mejorar la forma en que el vehículo genera electricidad para su propio consumo; otro, reducir en lo posible las pérdidas que se producen al transmitirla.

Una de las propuestas para esta segunda opción se basa en aumentar la tensión del sistema eléctrico actual, que funciona con una tensión de 12 voltios. Hace 40 años los sistemas eléctricos de los automóviles se movieron desde los 6 voltios al actual estándar de 12 voltios, con un alternador de 14V (entre 14,2V y 14,8V). Ahora se propone el cambio hacia sistemas de 42V (que usan una batería de 36 voltios y un alternador con una salida de 42 voltios). Este nuevo sistema también se denomina 42VPowernet.

Esta propuesta se inició por un consorcio de fabricantes de vehículos y suministradores de componentes bajo los auspicios del MIT (Massachusetts Institute of Technology). El aumento de la tensión reduce las pérdidas de los nuevos elementos eléctricos, que son grandes consumidores de energía. Estamos pensando en equipamientos de confort tales como la dirección asistida eléctrica, el parabrisas calefactado e incluso la climatización eléctrica. La electrónica de a bordo y los sistemas de navegación y multimedia aparecerán también en una proporción cada vez mayor.


204


Los equipamientos de seguridad tales como el ABS o el ASR y el sistema de frenado eléctrico se sumarán a estos elementos para consumir aún más energía eléctrica. En cuanto a órganos mecánicos, el motor Camless (sin levas) puede ser también un gran consumidor de energía.

Este aumento es también consecuencia del accionamiento eléctrico de anteriores funciones mecánicas o hidráulicas como direcciones asistidas o selectores eléctricos del cambio de marchas. Por otro lado, si la tensión se mantuviera en los 14V, la energía eléctrica suministrada no permitiría satisfacer la demanda de estas prestaciones suplementarias. Asimismo, las pérdidas en línea disminuirían la eicacia de las máquinas eléctricas giratorias. Los alternadores y las tecnologías actuales no pueden suministrar la potencia eléctrica necesaria para los vehículos del futuro.

El alternador es el principal elemento afectado por los 42 V. Desde 1980, las necesidades en energía eléctrica en un automóvil aumentan un 4% en cada año. La potencia eléctrica necesaria para un vehículo de gama media ha aumentado un 50% entre 1980 y el 2000, y podría aumentar un 300% para un vehículo de gama alta en los próximos 5 años. Si un vehículo de gama alta consume actualmente 1.5kW, en el 2005 consumirá alrededor de 5kW cuando la tecnología de los alternadores de 14V actuales está limitada a 2.5kw. La implantación de esta nueva tecnología requiere la sustitución de todos los componentes actuales, preparados para trabajar a 14 voltios, por otros diseñados para funcionar a 42 V.

No todos los sistemas son capaces de funcionar desde tensiones más altas, o disminuyen su vida útil, especialmente lámparas de ilamento, circuitos integrados y pequeños motores. En estos casos, sistemas tipo PWM (Pulse Width Modulation) pueden sustituir el bus de 14V. Se prevé un período de transición en el que los vehículos estarán preparados para funcionar tanto a 14 como a 42 voltios; cuando el mercado lo permita, se implantarán exclusivamente dispositivos de 42 voltios. Durante el desarrollo del proyecto 42VPowernet ha habido más diicultades, tanto técnicas como económicas, de las previstas en un principio.

205



Como resultado de esto los fabricantes han retrasado sus planes para la introducción de esta tecnología. Algunos fabricantes tienen planeado que los primeros vehículos bi-tensión aparezcan en el año 2006. Las previsiones actuales son de más de 500.000 vehículos con baterías de 42V para el 2008 y cerca de 10 millones en el 2010.

Ventajas de aumentar la tensión eléctrica

La potencia consumida por un aparato eléctrico es producto de la tensión a la que está sometido, por la intensidad de la corriente que llega hasta él. Para hacer frente al aumento de consumo se puede aumentar bien la tensión, bien la intensidad, o ambas. El problema radica en que mientras la potencia transmitida aumenta linealmente con la intensidad de corriente, las pérdidas que se producen en los conductores (como la instalación eléctrica de un automóvil) lo hacen con el cuadrado de dicha intensidad.

Si se necesita duplicar el suministro de energía de un dispositivo podemos hacerlo duplicando la intensidad de corriente que llega a él, pero esto provocará que las pérdidas en los conductores se multipliquen por cuatro. Con una instalación a 42 voltios, manteniendo la misma intensidad o lo que es lo mismo sufriendo las mismas pérdidas en los conductores, podemos transmitir una potencia tres veces mayor que la que se transmite a 14 voltios. Gracias a ello, se puede hacer frente a consumos de energía mayores sin que las pérdidas resulten excesivas. Por otro lado una menor intensidad autoriza el uso de conductores de menor sección, que resultan más ligeros y más baratos de fabricar. Además permitirá al sistema eléctrico el manejo de las últimas tecnologías ly by wire: steer by wire (permite aumento de prestaciones, mejora de la seguridad activa y pasiva) , brake by wire (mejora de las prestaciones del vehículo), control electromagnético de válvulas (disminuye las emisiones y tiene menor coste), suspensión activa…

Pero el principal interés de la reducción de las pérdidas producidas radica en el ahorro de combustible que ello puede suponer. La potencia eléctrica de un automóvil se almacena en la batería, que el alternador se encarga de mantener cargada cuando el motor está en marcha. Esta energía debe ser obtenida de la que proporciona la combustión de la gasolina en los cilindros, así que una reducción de la energía eléctrica necesaria signiica mejorar el consumo. Se estima que cada 100 vatios de potencia eléctrica producidos suponen un aumento del consumo de combustible estimado en 0,17 litros cada 100 km en vehículos de gasolina y 0,15 en vehículos diesel. Actualmente el combustible consumido en la generación de electricidad llega hasta 1,2 litros por cada 100 Km en los vehículos de lujo. Un vehículo completamente equipado requiere una potencia media de aproximadamente 800W y una potencia máxima de 2kW.

En la próxima década la media subirá hasta los 4kW con potencias máximas de hasta 14kW. En resumen, el paso a los 42 voltios permitirá optimizar el consumo de energía eléctrica por reducción de las pérdidas en las conducciones y favorecerá así la reducción del consumo, descendiendo con ello las emisiones de CO2 (las cuales contribuyen al efecto invernadero). La


206


mayor ligereza de los cables, derivada de la disminución de la intensidad, jugará también a favor de una bajada del consumo. En general permite sistemas más pequeños, ligeros, eicientes y de mayor duración.

Nuevas formas de obtener energía

Además de reducir las pérdidas por transporte de electricidad, otra línea de actuación es la búsqueda de nuevas formas de obtener la energía. Se está trabajando sobre dos posibilidades: un generador auxiliar basado en una pila de combustible y el ADIVI (Alternador Arranque Integrado al Volante de Inercia), que integra alternador, motor de arranque y volante de inercia en un único elemento. Hay un interés creciente en los vehículos híbridos.

Actualmente los más conocidos son el Toyota Prius y el Honda Insight. Utilizan tensiones mucho mayores que las propuestas para la red de 42V (el Toyota utiliza un sistema de 288V y el Honda de 144V). El generador auxiliar de energía con pila de combustible es un dispositivo que genera corriente eléctrica al formar agua a partir de sus componentes elementales, hidrógeno y oxígeno. Esta tecnología consiste en suministrar toda la energía eléctrica necesaria para la red a bordo mediante una pequeña pila de combustible. Cabe destacar que esta pila puede funcionar incluso con el motor parado. Ésta es una ventaja esencial para el cliente, quien en caso de encontrarse bloqueado en un embotellamiento podrá parar su motor y a la vez seguir haciendo funcionar la climatización, por

207



ejemplo. Las SOFC (Solid Oxid Fuel Cells) podrán otorgar a los sistemas eléctricos existentes subsistemas que son manejados mecánicamente en la actualidad, y a las nuevas aplicaciones que están por venir (como los sistemas x by wire) una operación más eiciente con mejor control y reducción de energía. Las pilas de combustible de óxidos sólidos se pueden considerar el futuro de la generación de electricidad, ya que según los expertos tienen una alta eiciencia (del 70% en la producción de electricidad, que puede alcanzar el 90% si el calor que se desprende se aprovecha) y no producen gases tóxicos.

Para más información sobre este tema se puede consultar el artículo “Celdas de combustible” en la revista Anales de Mecánica y Electricidad Vol. LXXIX, Fascículo II, Marzo- Abril 2002 y Mayo-Junio 2002. La otra propuesta, el ADIVI, se basa en la sustitución del alternador y el motor de arranque por una máquina eléctrica que desempeñe ambas funciones integrada en el volante de inercia. Esto supone una ligera ventaja en peso, a la vez que permite aprovechar las posibilidades del motor-generador más allá de lo que ahora permiten el motor de arranque y el alternador.

Puesto que en el ADIVI el motor de arranque queda permanentemente unido al cigüeñal, la puesta en marcha del motor puede ser realizada de una forma mucho más suave. Esto facilita la adopción de la función Stop&Go, que para el motor del automóvil cuando éste se detiene durante más de unos segundos y lo pone en funcionamiento cuando el conductor decide reiniciar la marcha. Esto supone notables beneicios en lo que a economía de combustible y emisiones contaminantes se reiere, especialmente en entornos urbanos.

También es posible hacer que el motor de arranque suministre su potencia no sólo en el momento de la puesta en marcha, sino que puede actuar como motor suplementario en cualquier situación en que el conductor requiera una aceleración superior a la que el motor de combustión es capaz de suministrar, como pueda ser una incorporación a una vía rápida o un adelantamiento. En lo que a su funcionamiento como generador respecta, el ADIVI también presenta importantes ventajas frente al tradicional alternador. Al margen de una mayor simplicidad mecánica, que hace innecesaria la transmisión del movimiento del cigüeñal a través de una correa, el ADIVI permitirá determinar en qué momentos

Arquitectura de la red de 42V

La primera fase hacia sistemas de 42V es el desarrollo de un sistema de doble tensión. Para reducir la intensidad, los grandes consumidores de energía tales como el ventilador del radiador, la dirección asistida o el motor de arranque se alimentan a 42 voltios. El generador suministra 42 voltios a la red y mantiene las baterías de 36 voltios (las cuales se encargan de arrancar el motor de combustión) completamente cargadas.

Este sistema mejora el proceso de puesta en marcha del vehículo. La tensión de 14 voltios con baterías de 12 voltios alimenta a los consumidores de poca potencia con menores requisitos de potencia máxima como unidades de control y sensores. La energía a 14 V se consigue desde la tensión de 42 V a través de un convertidor de tensión de corriente continua. Gracias a un


208


209



sistema “inteligente” de gestión de la energía eléctrica, los niveles de consumo de energía se calculan en función de los requisitos de los consumidores eléctricos, del nivel de carga de las baterías y del estado de carga del generador. Priorizando la conexión y desconexión de funciones y reduciendo la intensidad en los mayores consumidores se consiguen evitar sobrecargas en el circuito.

También se consigue de esta forma reducir el peso de las baterías y del generador, sus precios y el consumo. Accionando eléctricamente las unidades auxiliares se consigue un control más sencillo y una fabricación y adaptación a los vehículos más barata. Hay actualmente dos comités multicompañía trabajando en el nuevo estándar. En el Massachusetts Institute of Technology, el Consortium on Advanced Automotive Electric/Electronic Components and Systems incluye General Motors, Ford, Daimler-Chrysler, BMW, PSA-Peugeot /Citroën, Renault,Volvo y suministradores de equipos electrónicos para automoción como Delphi, Bosch y Siemens. En Europa, Sican, una organización en Hannover, Alemania, está trabajando con los mayores fabricantes de coches y de componentes para automoción alemanes para formular el nuevo estándar de 42 voltios.

Existen riesgos para pasar a la tecnología de 42V con lo que los fabricantes de automóviles van a introducir primero sistemas de tensión dual 12/42V. Se han propuesto varias aproximaciones a la introducción de sistemas de 12/42V:

• Generación y almacenamiento de una sola tensión. Un alternador de 42V carga una batería de 36V que da servicio a las cargas de 36V, se utiliza un convertidor DC/DC para cargar una batería de 12V que alimenta a las cargas de 12V.

• Generación de una tensión y almacenamiento de dos tensiones. Un alternador de 42V carga el lado de 36V de una batería dual de 12/346V, se utiliza un convertidor DC/DC para cargar el lado de 12V de la batería.

• Generación de dos tensiones y almacenamiento de una sola tensión. Un alternador dual de 12/42V carga dos sistemas separados, uno de 12V y otro de 36V.

• Generación y almacenamiento de dos tensiones. Un alternador dual de 12/42V carga una batería dual 12/36V.

El Bus CAN

A inales del año 1989 la industria del automóvil se encontraba ante varios retos: mayor comodidad (accionamientos eléctricos, control de temperatura…), mayor seguridad (ABS, AIRBAG)… y menor consumo (rendimiento de los diferentes sistemas, disminución de la contaminación…). Para los tres grupos se utilizan sistemas de control electrónico, al principio con una única unidad electrónica de control (ECU), y luego añadiendo otras. Esto signiica la presencia dentro del automóvil de un elevado número de microcontroladores y todo el cableado necesario para establecer la comunicación entre estos dispositivos.


210


Para la disminución del cableado la industria del automóvil busca un BUS adaptado al uso en vehículos. Lamentablemente los distintos fabricantes de automóviles desarrollaron su propio BUS y cada sistema fue incompatible con los otros. En los primeros años de la década de los 90 surgieron los BUS CAN,VAN, J1850SCP y J1850DLC…, posteriormente abandonados en favor del CAN que hoy se perila como líder mundial en BUS para automóviles.

El BUS CAN (Controller Area Network) es un protocolo de comunicaciones serie que se aplica de forma eiciente a sistemas de control distribuido en tiempo real con un alto nivel de seguridad. Es aplicable tanto en redes de alta velocidad como a cableado multiplexado de bajo coste. Fue especiicado originalmente por la compañía alemana Robert Bosch GmbH para aplicaciones críticas en tiempo real.

Permite el intercambio de información entre unidades de control electrónicas del automóvil aumentando considerablemente las funciones presentes en los sistemas del automóvil ya que el sistema permite compartir una gran cantidad de información entre las unidades de control del sistema, lo que provoca una reducción importante tanto del número de sensores utilizados como de la cantidad de cables que componen la instalación.

Debido a sus características, tales como robustez y excelente relación coste/prestaciones fue adoptado para aplicaciones industriales y de control. En dispositivos electrónicos dentro del automóvil tales como unidades de control de motores, sensores, sistemas anti-deslizamiento… se conectan usando el BUS CAN con velocidades hasta 1Mbit/s. Al mismo tiempo es interesante en el ámbito de coste implementarlo en sistemas electrónicos como grupos de lámparas, elevalunas eléctricos… para reemplazar al cableado convencional. Entre 1993 y 1994 el BUS CAN fue aceptado como un estándar mundial por la International Standardization Organization (ISO), deiniéndose las capas ISO-OSI 1 y 2.

De acuerdo al estándar ISO, la “CAN Speciication Version 2.0” sirve actualmente como base para las diferentes implementaciones con CAN. La Parte A de estas especiicaciones describe el formato del mensaje con su identiicador de 11 bits llamado “Standard CAN”. La Par te B describe los formatos de mensaje del Standard y del “Extended CAN” con su identiicador de 29 bits. Actualmente se tiene la norma ISO 11529- 2 para CAN de baja velocidad, iniciado por BOSCH en 1980 y que establece una velocidad de transferencia de datos entre 5 y 125 Kbits/seg, y la norma ISO 11898 para CAN de alta velocidad con velocidad de transferencia de datos hasta 1 Mbits/seg.

Antes del CAN, la mayoría de los protocolos en tiempo real estaban basados en el principio del paso de testigo (token), es decir, un procesador tiene el derecho de transmitir datos por la red, cuando éste recibe el token. Después de haber inalizado la transmisión (o lo más usual, después de un tiempo límite), éste deberá ser entregado a otro procesador. Este token se pasa a todas las estaciones existentes a manera de un anillo lógico. El comportamiento en tiempo real para los protocolos basados en el método anterior (token passing) no es generalmente muy bueno, pues cuando un procesador tiene que enviar un dato muy urgente, deberá esperar hasta que le toque su turno, y esto puede tomar mucho tiempo. Este tiempo

211



de espera puede ser muy grande debido a que cada estación del sistema tiene derecho a permanecer con el token un período determinado de tiempo, a pesar que sólo esta enviando mensajes que no son urgentes. Por este motivo la transmisión de los mensajes urgentes será retardada por los mensajes que no son urgentes, lo que reduce la característica de tiempo real del protocolo.

Una manera de mejorar esta característica sería reduciendo, para cada procesador, el tiempo de posesión del token. Sin embargo, el efecto secundario de realizar esta medida, es que la proporción del tiempo de utilización del bus usado para pasar el token aumenta, mientras que el ancho de banda disponible para el envío de mensajes disminuye; esto afecta otra vez el comportamiento en tiempo real del sistema.

El CAN sin embargo es un BUS serie con capacidades de multi-maestro, esto es todos los nodos son capaces de transmitir datos y algunos de ellos pueden solicitar el BUS simultáneamente. En las redes CAN no hay direccionamiento de abonados o estaciones en el sentido convencional, pero en cambio se transmiten mensajes con prioridades. Un transmisor envía un mensaje a todos los nodos CAN (difusión). Cada nodo decide sobre la base del identiicador recibido si debe procesar el mensaje o no. El identiicador también determina la prioridad que el mensaje posee para competir por el acceso al BUS.

Cada mensaje a enviar con una prioridad determinada usa un mecanismo especial de arbitraje para asegurar que el mensaje de mayor prioridad sea el mensaje transmitido. A la prioridad se le denomina también identiicador del mensaje. Cada mensaje CAN puede transmitir de 0 a 8 bytes de información de usuario.

Por supuesto, se puede transmitir datos de mayor longitud utilizando segmentación. La máxima velocidad de transmisión especiicada es de 1Mbit/seg. Este valor se aplica en redes de hasta 40m. Para mayores distancias se debe reducir la velocidad de datos: para distancias hasta 500 m. es posible una velocidad de 125 kbits/s, y para transmisiones hasta 1km se permite una velocidad de 50 kbit/s.

sensores_actuadores

Documents