Unidad de control del sistema con EDC (Electronic Diesel Control)

Unidad de control (ECU)

Tarea y funcionamiento

La ECU avalúa las señales de los sensores externos y las limita al nivel de tensión admisible. Los microprocesadores calculan a partir de estos datos de entrada y según campos característicos almacenados en memoria, los tiempos de inyección y momentos de inyección y transforman estos tiempos en desarrollos temporales de señal que están adaptados al movimiento del motor. Debido a la precisión requerida y al alto dinamismo del motor, es necesaria una gran capacidad de calculo.

Con las señales de salida se activan las etapas finales que suministran suficiente potencia para los actuadores de regulación de presión del Rail y para la desconexión del elemento, ademas se activan también actuadores para las funciones del motor (ejemplo: la retroalimentación de gases de escape, actuador de presión de sobrealimentación, relé para la electrobomba de combustible) y otras funciones auxiliares (ejemplo: rele del ventilador, relé de calefacción adicional, relé de incandescencia, acondicionador de aire). Las etapas finales están protegidas contra cortocircuitos y destrucción debida a sobrecargas eléctricas.

El microprocesador recibe retroinformación sobre anomalías de este tipo así como sobre cables interrumpidos. Las funciones de diagnostico de las etapas finales para los inyectores reconocen también desarrollos deficientes de señal. Adicionalmente se retransmiten algunas señales de salida, a través de interfaces, a otros sistemas del vehículo. Dentro del marco de un campo de seguridad, la unidad de control supervisa también el sistema de inyección completo.

La activación de los inyectores plantea exigencias especiales a las etapas finales. La corriente eléctrica genera en una bobina con núcleo magnético una fuerza magnética que actúa sobre el sistema hidráulico de alta presión en el inyector. La activación eléctrica de esta bobina debe realizarse con flancos de corrientes muy pronunciados, para conseguir una tolerancia reducida y una elevada capacidad de reproducción del caudal de inyección. Condición previa para ello son tensiones elevadas que se almacenan en memoria de la unidad de control.

Una regulación de corriente divide la fase de actuación de corriente (tiempo de inyección) en una fase de corriente de excitación y una fase de retención. La regulación debe funcionar con tal precisión que el inyector funcione en cada margen de servicio inyectado de nuevo de forma reproducible y debe ademas reducir la potencia de perdida en la unidad de control y en el inyector.

Condiciones de aplicación

A la unidad de control se le plantean altas exigencias en lo referente a:

• La temperatura del entorno (en servicio de marcha normal, -40…+85ºC).
• La capacidad de resistencia contra productos de servicio (aceite, combustible, etc.).
• La humedad del entorno.
• Solicitaciones mecánicas.

Igualmente son muy altas las exigencias a la compatibilidad electromagnética (CEM) y a la limitación de la irradiación de señales perturbadoras de alta frecuencia.

Estructura

La unidad de control se encuentra dentro de un cuerpo metálico. Los sensores, los actuadores y la alimentación de corriente, están conectados a la unidad de control a través de un conector multipolar. Los componentes de potencia para la activación directa de los actuadores están integrados en la caja de la unidad de control, de forma tal que se garantiza una buena disipación térmica hacia la caja. La unidad de control existe tanto con caja estanqueizada, como también con caja no estanqueizada.

Regulación de los estados de servicio

Para que el motor funcione en cualquier estado de servicio con una combustión optima, se calcula en la unidad de control el caudal de inyección adecuado en cada caso (figura de abajo). Para ello deben considerarse diversas magnitudes.

Caudal de arranque

Al arrancar se calcula el caudal de inyección en función de la temperatura y del régimen. El caudal de arranque se establece desde la conexión del interruptor de marcha (en la figura, el interruptor pasa a la posición «A») hasta que se alcanza un régimen de revoluciones mínimo. El conductor no tiene ninguna influencia sobre el caudal de arranque.

Servicio de marcha

Bajo servicio de marcha normal, se calcula el caudal de inyección en función de la posición del pedal del acelerador (sensor del pedal del acelerador) y del numero de revoluciones (en la figura, el interruptor pasa a la posición «B» del interruptor). esto se realiza mediante el campo característico del comportamiento de marcha. Quedan adaptados así de la mejor forma posible el deseo del conductor y la potencia del vehículo.

Regulación de ralentí

Al ralentí del motor son principalmente el grado de rendimiento y el régimen del ralentí los que determinan el consumo de combustible. Una gran parte del consumo de combustible de los vehículos motorizados en el denso trafico rodado, recae sobre este estado de servicio.

Por este motivo es ventajoso un régimen de ralentí lo mas bajo posible. Sin embargo, el ralentí debe estar ajustado de tal forma que al régimen de ralentí bajo todas las condiciones, como red del vehículo cargada, acondicionador del aire conectado, marcha acoplada en vehículos con cambio automático, servodirección activada, etc., no descienda demasiado y el motor funcione irregularmente o incluso llegue a pararse.

Para ajustar el régimen teórico de ralentí, el regulador de ralentí modifica continuamente el caudal de inyección hasta que el numero de revoluciones real medido es igual al numero de revoluciones teórico preestablecido. El numero de revoluciones teórico y la característica de regulación están influidos aquí por la marcha acoplada y por la temperatura del motor (sensor de temperatura del liquido refrigerante). Los momentos de carga externos están acompañados por los momentos de fricción internos que deben ser acompasados por la regulación de ralentí. Estos momentos varían ligeramente pero continuamente durante toda la vida útil del motor y dependen ademas considerablemente de la temperatura.

Regulación de la suavidad de marcha

Debido a tolerancias mecánicas y a envejecimiento, no todos los cilindros del motor generan el mismo par motor. Esto tiene como consecuencia un funcionamiento «no redondo» del motor, especialmente al ralentí. El regulador de la suavidad de marcha determina ahora las variaciones del régimen después de cada combustión y las compara entre sí. El caudal de inyección para cada cilindro se ajusta entonces en base a las diferencias de revoluciones, de forma tal que todos los cilindros contribuyen por igual a la generación del par motor. El regulador de suavidad de marcha actúa únicamente en el margen inferior de revoluciones.

Regulación de la velocidad de marcha

La regulación de la velocidad de marcha (Tempomat) se ocupa de la circulación a una velocidad constante. El regulador ajusta la velocidad del vehículo a un valor deseado. Este valor puede ajustarse mediante una unidad de operación en el tablero de instrumentos.

El caudal de inyección se aumenta o se disminuye continuamente hasta que la velocidad real corresponde a la velocidad teórica ajustada. Si estando conectado el regulador de la velocidad de marcha, pisa el conductor sobre el pedal de embrague o de freno, se desconecta el proceso de regulación. Accionando el pedal del acelerador es posible acelerar superando la velocidad teórica momentánea. Al soltar de nuevo el pedal del acelerador, el regulador de la velocidad de marcha ajusta de nuevo la velocidad teórica vigente. Igualmente es posible, si esta desconectado el regulador de la velocidad de marcha, ajustar de nuevo la ultima velocidad teórica seleccionada, con la ayuda de la tecla de recuperación.

Regulación del caudal de referencia

No siempre debe inyectarse el caudal de combustible deseado por el conductor o físicamente posible.
Esto puede tener las siguientes razones:

• Emisión excesiva de contaminantes.
• Expulsión excesiva de hollín.
• Sobrecarga mecánica debido a un par motor excesivo o exceso de revoluciones.
• Sobrecarga térmica debido a temperatura excesiva del liquido refrigerante, del aceite o del turbocompresor.

El caudal de limitación se forma debido a distintas magnitudes de entrada, por ejemplo masa: de aire aspirada, numero de revoluciones y temperatura del liquido refrigerante.

Amortiguación activa de tirones

Al accionar o soltar repentinamente el pedal acelerador, resulta una velocidad de variación elevada del caudal de inyección y, por tanto también, del par motor entregado. La fijación elástica del motor y la cadena cinemática originan por este cambio de carga abrupto, oscilaciones en forma de tirones que se manifiestan como fluctuación del régimen del motor.

El amortiguador activo de tirones reduce estas oscilaciones periódicas del régimen, variando el caudal de inyección con el mismo periodo de oscilación; al aumentar el numero de revoluciones, se inyecta menos caudal; al disminuir el numero de revoluciones, se inyecta mas caudal. El movimiento de tirones queda así fuertemente amortiguado.

Parada del motor

El principio de trabajo de «autoencendido» tiene como consecuencia que el motor Diesel solo pueda pararse interrumpiendo la entrega de combustible al sistema de inyección.

En el caso de la regulación electrónica diesel, el motor se para mediante la orden de la unidad de control «caudal de inyección cero».

Para conseguir un buen comienzo de inyección y un caudal de inyección exacto, en el sistema “Common Rail” se aplican inyectores especiales con un servosistema hidráulico y una unidad de activación eléctrica (electroválvula). Al comienzo de un proceso de inyección, el inyector es activado con una corriente de excitación aumentada, para que la electroválvula abra rápidamente. En cuanto la aguja del inyector ha alcanzado su carrera máxima y esta abierta totalmente la tobera, se reduce la corriente de activación a un valor de retención mas bajo. El caudal de inyección queda determinado ahora por el tiempo de apertura y la presión en el “Rail”. El proceso de inyección concluye cuando la electroválvula ya no es activada, cerrandose por tanto.

Válvula reguladora de presión

La unidad de control controla la presión en el “Rail” a través de la válvula reguladora. Cuando se activa la válvula reguladora de presión, el electroimán presiona el inducido contra el asiento estanco y la válvula cierra. El lado de alta presión queda estanqueizado contra el lado de baja presión y aumenta la presión en el “Rail”.

En estado sin corriente, el electroimán no ejerce fuerza sobre el inducido. La válvula reguladora de presión abre, de forma que una parte del combustible del “Rail” retorna al depósito de combustible a través de una tubería colectiva. La presión en el “Rail” disminuye.

Mediante la activación a intervalos de la “corriente de activación” (modulación de amplitud de impulsos) puede ajustarse variablemente la presión.

Unidad de control del tiempo de incandescencia

Para un buen arranque en frió y para mejorar la fase de calentamiento del motor que incide directamente en la reducción de los gases de escape, es responsable el control de tiempo de incandescencia. El tiempo de preincandescencia depende de la temperatura del liquido refrigerante. Las demás fases de incandescencia durante el arranque del motor o con el motor en marcha, son determinadas por una variedad de parámetros, entre otras cosas, por el caudal de inyección y por el numero de revoluciones del motor.

Convertidor electroneumático

Las válvulas de los actuadores de presión de sobrealimentación, de rotación y de retroalimentación de gases de escape (EGR), son accionadas mecánicamente con ayuda de depresión (vacío) o sobrepresión. Para ello, la unidad de control del motor genera una señal eléctrica que es trasformada por un convertidor electroneumático en una sobrepresión o depresión.

Actuador de presión de sobrealimentación

Los motores de turismos con turbocompresión por gases de escape tienen que alcanzar un elevado par motor incluso a numero de revoluciones bajos. Por este motivo, el cuerpo de la turbina esta dimensionado para un flujo pequeño de masas de gases de escape. Para que la presión de sobrealimentación no aumente excesivamente en caso de flujos de masas mayores de gases de escape, en este margen de funcionamiento debe conducirse una parte de los gases de escape sin pasar por la turbina del turbo al colector de los gases de escape por medio de una válvula by-pass (“Wastegate”). El actuador de la presión de sobrealimentación modifica para ello la apertura mayor o menor de la válvula “Wastegate” dependiendo del numero de revoluciones del motor, del caudal de inyección, etc. En lugar de la válvula “Wastegate puede aplicarse también una geometría variable de la turbina (VTG). Esta modifica el ángulo de incidencia de la turbina de gases de escape e influye así la presión de sobrealimentación.

Actuador de rotación

El control de rotación sirve para influir el movimiento de giro del aire aspirado. La rotación del aire se genera casi siempre mediante canales de entrada de forma espiral. La rotación del aire determina el mezclado del combustible y el aire en la cámara de combustión y tiene por tanto gran influencia sobre la calidad de la combustión. Por regla general se genera una fuerte rotación a un numero de revoluciones bajo y una débil rotación a un numero de revoluciones alto. La rotación puede regularse con la ayuda de un actuador de rotación (mueve una corredera) en el área de la válvula de actuación.

Actuador de retroalimentación de los gases de escape

En la retroalimentación de los gases de escape se conduce una parte de los gases de escape a la admisión del motor. Hasta un cierto grado, una parte de los gases residuales creciente puede repercutir positivamente sobre la transformación de energía, reduciendo con ello la emisión de contaminantes. Dependiendo del punto de servicio, la masa aspirada de aire/gas se compone de gases de gases de escape hasta un 40%. Para la regulación en la unidad de control se mide la masa real de aire fresco y se compara con un valor teórico de masa de aire en cada punto de servicio. Con ayuda de la señal generada por la regulación, abre el actuador de retroalimentación de gases de escape, de forma que pasa gases de escape a través de la válvula EGR del colector de escape a la admisión del motor.

Regulación de la mariposa

La mariposa en el motor diesel tiene una función totalmente distinta que en el motor de gasolina. Sirve esta para aumentar el indice de retroalimentación de gases de escape, mediante la reducción de la sobrepresión en el tubo de admisión. La regulación de la mariposa solamente actúa en el margen de revoluciones inferior.

Intercambio de informaciones

Comunicación de las unidades de control

La comunicación entre la unidad de control del sistema Common Rail y otras unidades de control, se realiza a través del bus CAN (Controller Area Network). Para ello se transmite los valores teóricos, estados de servicio e informaciones de estado, necesarios para el servicio y para la supervisión de averías.

Intervención externa del caudal

El caudal de inyección es influido por otra unidad de control (ejemplo: ABS, ASR, cambio automático)). Esta unidad comunica a la unidad de control del Common Rail que tiene que modificar el par motor y por tanto los valores de inyección.

Bloqueo electrónico de arranque

Para la protección antirrobo del vehículo puede impedirse un arranque del motor con la ayuda de una unidad de control adicional para el bloqueo de arranque. El conductor puede señalizar a esta unidad de control, por ejemplo mediante un mando a distancia, que esta autorizado a utilizar el vehículo. La unidad habilita entonces en la unidad de control Common Rail, el caudal de inyección de forma que es posible el arranque del motor y el servicio de marcha.

Acondicionador de aire

Para conseguir una temperatura agradable en el interior del vehículo, se utiliza el aire acondicionado. Este sistema demanda una potencia del motor que puede alcanzar dependiendo del motor y la situación de marcha de 1% a un 30% de la potencia del motor. El objetivo no es por lo tanto la regulación de temperatura, sino el aprovechamiento optimo del par motor. En cuanto el conductor acciona rápidamente el pedal del acelerador (deseando un par motor máximo) o también cuando el motor esta funcionando a una temperatura excesiva. El EDC desconecta brevemente el compresor del sistema del aire acondicionado en el primer caso y en el segundo caso lo desconecta hasta que la temperatura del motor baje a valores de temperatura que no pongan en peligro el funcionamiento del motor.