EL TURBOCOMPRESOR

EL TURBOCOMPRESOR

Que es el turbocompresor

El turbocompresor es uno de los sistemas más utilizados para sobrealimentar los motores de combustión interna, tanto diésel como gasolina.

El turbocompresor introduce aire a presión en los cilindros, comprimiendo el aire de admisión y aumentando su densidad, con lo cual se dispone de mas oxígeno para la mezcla en el mismo espacio, como la relación entre aire y combustible debe de mantenerse constante, la cantidad de combustible introducida también puede ser aumentada, por lo que podemos desarrollar más potencia con la misma cilindrada que un motor atmosférico.

 

Su funcionamiento

El funcionamiento del turbocompresor es bastante simple, por lo general constan de dos turbinas unidas por un mismo eje, este eje suele ir engrasado con el propio aceite del motor, los gases de escape se hacen pasar por una de las turbinas haciéndola girar, esta turbina, al compartir eje con la otra turbina la hace girar para comprimir el aire que entra al colector de admisión.

Cuando el motor trabaja al ralentí o a baja carga, los gases de escape disponen de poca energía para mover la turbina, a medida que aumenta la carga del motor, los gases de escape salen con una mayor velocidad y energía, comprimiendo cada vez más el aire de entrada a los cilindros hasta conseguir la presión deseada, para regular esta presión se emplea la válvula de descarga o wastegate que actúa como si fuera un limitador de presión, esta válvula puede ser activada tanto por medios mecánicos como eléctricos.

Diferentes tipos de  turbocompresores

Lo ideal seria disponer de un turbo que funcionase bien en bajas y en altas vueltas, pero hay es donde radica el problema y por eso se han desarrollado diferentes tipos de turbos según su estructura, estos tipos se podrían definir en dos principalmente, de geometría fija o de geometría variable.

 

Turbocompresor de geometría fija (TGF)

Este modelo de turbo es el más sencillo que existe, por su simplicidad en cuanto a componentes, este modelo se trata de una opción muy barata y muy fiable, como inconveniente principal podríamos decir que tiene un tiempo de respuesta muy largo ya que necesita una cantidad determinada de gases de escape para mover la turbina y generar la potencia requerida.

 

   

Diferentes turbos de geometría fija con válvula de descarga conectada directamente a la caracola de admisión.

 

Su rango de funcionamiento es muy corto y está limitado a unas revoluciones muy concretas, recordemos que ha mayor tamaño de turbina, más gases de escape se necesitan para generar presión, a menor tamaño, más potencia en bajas genera pero menos en altas, por eso a bajas revoluciones el turbo no genera mucha potencia porque los gases de escape no disponen de la energía suficiente y si pusiéramos una turbina demasiado pequeña, sacrificaríamos su funcionamiento en regímenes medios y altos, por eso estos turbos suelen tener un tiempo de respuesta largo.

 

Turbocompresor de geometría variable (TGV o VGT)

Este tipo de turbocompresor incorpora diferentes piezas móviles en el interior de la turbina llamadas álabes, con las que le permiten variar la sección de entrada de los gases de escape hacia la misma, a baja carga o bajas revoluciones, esta sección es menor que en un turbo convencional, con lo que para que los gases de escape puedan pasar por ella al ritmo que se necesita deben aumentar su velocidad, y por tanto, aumentar la velocidad de giro de la turbina.

 

 

 

Imágenes de los alabes de un turbo de geométrica variable y sus diferentes posiciones de funcionamiento.

 

La gran ventaja de estos turbos es que se consigue un motor que trabaja de forma más progresiva y menos brusca, adaptándose mejor al ciclo de trabajo requerido, aunque también cuentan con el inconveniente de ser mas complejos y caros, al contar con mas elementos móviles.

Los TGV o VGT no disponen de válvula de descarga o wastegate, pues esa función la consiguen adaptando la sección de entrada a la turbina, según la forma de conseguir el cambio en la sección se diferencian dos tipos de turbos de geometría variable, los que cuentan con los alabes movibles (imágenes anteriores) y los de campana variable (imágenes siguientes).

 

                   

 

En esta publicación hemos querido ayudar a entender el funcionamiento de los turbocompresores de los vehículos convencionales, también queremos comentar que en la actualidad nos podemos encontrar compresores mecánicos, eléctricos, sistemas mixtos, etc, que comentaremos en otras entradas.

 

 

 

esor de Geometría Fija

DIAGNOSTICO DE LOS GASES DE ESCAPE EN MOTORES DE GASOLINAA

DIAGNOSTICO DE LOS GASES DE ESCAPE EN MOTORES DE GASOLINAA

Introducción

Durante el procesos de combustión en los motores de gasolina se producen una serie de transformaciones entre el aire y el combustible las cuales podemos analizar y según del resultado nos permitirán diagnosticar e incluso localizar averías.

Los analizadores de gases de escape son conocidos por utilizarse en las estaciones de ITV para medir el nivel de emisiones contaminantes de los vehículos, pero si limitamos su aplicación a las revisiones para saber si es apto para la ITV, desperdiciamos una buena herramienta para diagnosticar averías.

 

La combustión

En el motor de gasolina la mezcla entre aire y gasolina idónea seria de 14,7 partes de aire por 1 de combustible, ha esta  mezcla también se le llama mezcla estequiométrica, esta formula es meramente teórica, ya que en la realidad durante la combustión intervienen muchos mas elementos y esta no es perfecta.

En la combustión del motor de gasolina empleamos el oxigeno del aire, con lo que solo el 21% de ese aire es oxigeno mientras que el 78% es hidrógeno, también conviene saber que los combustibles tienen una serie de aditivos para hacer funcionar el motor correctamente, pero que también perjudican las emisiones contaminantes, obteniendo después de esta combustión una serie de gases que según su proporción, cumpliremos con la normativa vigente en materia de contaminación y en el caso de no ser correctos, sus valores nos ayudaran a detectar las posibles averías de nuestro motor.

           

En la figura numero uno estarían representados los porcentajes aproximados de los elementos que forman el aire aspirado por el motor y en la numero dos el porcentaje de los gases que se originan después de la combustión.

 

Gases generados después de la combustión

Si consiguiéramos una combustión completa el combustible y el oxigeno se quemarían por completo y solo se produciría CO2 ( dióxido de carbono ) y H2O ( agua).

En la practica una combustión completa muy pocas veces se consigue, expulsando por el escape el porcentaje de mezcla sin quemar, con lo cual se genera el CO ( monóxido de carbono ) y apareciendo también O2 ( Oxigeno) y HC ( Hidrocarburos).

Para analizar los valores y porcentajes de los gases de escape en un motor de gasolina, tomaremos como ejemplo un motor con inyección multiplico y realizando la medición después del catalizador, elemento muy importante en el tema de emisiones y que explicaremos en otro articulo.

 

Valores aproximados con una buena combustión Valor
CO2 Mayor que 13.5%
CO Menor que 0.2%
HC Menor de 100ppm
O2 Menor que 0.2%
Lambda 1 +- 0.01

 

Dióxido de Carbono – CO2

El dióxido de Carbono no es toxico a bajos niveles, por poner un ejemplo es el gas empleado en la soda, el funcionamiento es correcto cuando el valor del CO2  esta comprendido entre el 13,5 y el 15 %, es un indicador muy fiable de una combustión eficiente, por regla general, si las lecturas son bajas indican una mala combustión, que puede esta generada por una mezcla defectuosa o un fallo en el sistema de encendido.

 

Valores aproximados con un fallo de encendido
CO2 10% Bajo
CO 0.8% Alto
HC 1000ppm Muy alto
O2 3% Muy alto
Lambda Fuera de escala                       —–

 

        

Algunos tipos de bobinas de encendido.

 

Monóxido de carbono – CO

El CO se forma siempre que la combustión es incompleta, es un gas muy toxico, incoloro e incoloro, un valor alto de CO, indica una mezcla rica o una combustión incompleta, normalmente el valor correcto está comprendido entre 0,5 y 2 %, una avería bastante común, que daría un valor alto seria un inyector abierto o un tiempo de inyección muy alto.

 

valores aproximados con una mezcla rica
CO2 10% Bajo
CO 2.5% Muy alto
HC 300ppm Alto
O2 0.1% Bajo
Lambda 0.92 Mezcla rica

 

Hidrocarburos – HC

HC, representa los hidrocarburos que salen del motor sin quemar, la unidad de medida es el ppm , partes por millón, recordemos que el %, representa partes por cien y el ppm , partes por millón, se utiliza la medida de ppm, porque la concentración de HC en el gas de escape es muy pequeña , una alto porcentaje nos puede indicar mezcla rica, si el CO también lo tenemos alto o una mala combustión.

 

Valores aproximados con un catalizador en mal estado
CO2 12% Bajo
CO 0.8% Alto
HC 200ppm Alto
O2 1.5% Alto
Lambda 1 Bien

 

   

Diferentes modelos de catalizadores.

 

Oxigeno – O2

Este valor nos indica el porcentaje oxigeno sobrante en la combustión, un valor alto puede deberse a una mezcla pobre, también se puede producir un valor muy alto de oxigeno cuando tenemos una toma de aire en el sistema de admisión o una fuga en el sistema de escape.

 

Valores aproximados con una toma de aire o con una fuga en el sistema de escape.
CO2 10% Bajo
CO 0.2% Irregular
HC 100 Irregular
O2 6% Muy alto
Lambda Fuera de escala                       —–

 

Factor lambda

Este valor hace referencia a la relación de funcionamiento real de la combustión, con la relación ideal, pongamos un ejemplo.

Como hemos comentado anteriormente la relación ideal aire-combustible es de 14.7 partes de aire y 1 parte de gasolina, el valor lambda es la relación real / 14,7, con lo que si tenemos una mezcla un poco rica como por ejemplo con una relación 13.8:1 , entonces la relación lambda será R. Lambda= 13.8/14.7,con lo que el valor lambda será 0.9, con lo cual se puede deducir que una relación lambda menor que 1, nos indica que la mezcla aire combustible se está produciendo en una condición de riqueza y una relación lambda mayor que 1, indica que la relación aire combustible se está efectuando en una condición de pobreza.

Una relación lambda=1, significa que el aire y el combustible han sido mezclados en la proporción exacta, lo que no implica que el motor después queme bien esta mezcla, el motor puede tener deficiencias y quemar mal esta mezcla, por eso es tan importante saber interpretar los valores de los gases de escape ya que nos pueden indicar problemas en el motor, como una mala puesta a punto de la distribución, un encendido defectuoso, inyectores sucios, etc.

 

 

 

 

EL AIRBAG O SRS

EL AIRBAG O SRS

Airbag o SRS

Las siglas SRS, se refieren al Sistema de Retención Suplementario de airbags, este símbolo que vemos en el cuadro de instrumentos y que se enciende con contacto pero se apaga al momento, es el indicador de funcionamiento del sistema de airbag, el cual se quedará encendido cuando se detecte una avería.

Existen indicios de que en los años 60 ya se probaron sistemas de airbag encontrándose con el problema del tiempo de inflado de las bolsas de aire, se intentó solucionar este problema empleando aire comprimido pero no superó las expectativas ya que el tiempo de inflado era muy alto, sin embargo a principios de los 70 se consiguió disminuir considerablemente este tiempo de inflado gracias al empleo de cargas pirotécnicas.

A mediados de los 70 y principios de los 80, los vehículos de alta gama ya contaban con airbag de conductor, el airbag del acompañante llegaría a finales de los 80 y poco a poco fueron incorporándose, rodillas, laterales, cabeza, etc.

 

Principales elementos del sistema

Sensores de impacto: son los encargados de informar a la ECU en caso de producirse un impacto, normalmente se emplean varios sensores distribuidos por todo el vehículo, para que no se produzcan errores en la activación.

 

 

Sensores de impacto de diferentes vehículos

 

Bolsas de inflado: normalmente suelen ser de nylon y las encontraremos de diferentes formas y tamaños, por poner un ejemplo, no es lo mismo una para el volante que para cortina o una para el lumbar.

 

   

Bolsas de inflado con formas muy variadas.

 

Dispositivos de inflado: son los encargados del inflado de las bolsas y que gracias a una reacción química producen una gran cantidad de gas en un tiempo muy pequeño.

 

   

Diferentes dispositivos de inflado.

 

ECU: es la encargada de activar los elementos según la información recibida como fuerza del impacto, asientos ocupados,  sentido de la marcha, etc, suele ir colocada en el interior del vehículo en la zona central debajo del salpicadero.

 

   

Tres modelos diferentes de ECUS de airbag.

 

Funcionamiento

Al producirse un impacto los sensores recogen información de dónde se ha producido, la fuerza de impacto, el ángulo de incidencia, etc, esta información es enviada a la ECU la cual la procesa y si se cumplen todos las condiciones necesarias mandara la activación al detonante, que mediante una explosión producida por una reacción química inflará las bolsas de aire, inmediatamente se producirá el proceso de desinflado amortiguando el impacto gradualmente, se debe tener cuidado puesto que algunos elementos después de actuar, tendrán una elevada temperatura.

Recomendaciones

Al tratarse de un sistema asociado a la seguridad de los ocupantes, en caso de aviso de mal funcionamiento aconsejamos diagnosticar el sistema lo mas rápidamente posible para determinar la anomalía que ha producido dicho aviso.

Recordemos también que esta diagnosis debe efectuarse con un equipo homologado y a poder ser actualizado, pues estos sistemas suelen ser bastante delicados y se pueden provocar averías irreversibles en sus elementos, así como producirnos heridas o contusiones por explosiones involuntarias.

 

 

 

 

BATERÍAS DE ALTA TENSIÓN PARA LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

BATERÍAS DE ALTA TENSIÓN PARA LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

Baterías de alta tensión para vehículos eléctricos

 

La denominación de alta tensión en vehículos eléctricos o híbridos, es considerada cuando el sistema funciona con un voltaje igual o superior de 60 voltios en corriente continua, para manipular los elementos de estos sistemas es muy importante cumplir con todas las medidas de seguridad necesarias.

La batería de alta tensión de los vehículos eléctricos no se trata de un único componente, esta batería de alta tensión está compuesta por diferentes baterías, normalmente llamadas módulos, que a su vez están compuestos por varias celdas y otros  componentes, según el fabricante, la gran ventaja de estas baterías es que se pueden sustituir celdas, módulos y un gran número de componentes, sin tener que sustituir el bloque de batería completo.

 

   

Diferentes tipos de baterías de automóviles eléctricos.

 

Principales elementos del sistema

 

Generalmente de la batería de alto voltaje montada en el vehículo, solamente tendremos acceso a los terminales positivo y negativo, el conector de la ECU de control, las tomas de refrigeración, ya sea por aire o agua y al fusible o elemento de des-conexión de alta tensión, a continuación vamos a ir explicando los principales elementos de una batería de alta tensión de un vehículo eléctrico.

 

Celdas y módulos

Básicamente, una batería está compuesta por celdas individuales de diferentes formas y voltajes, estas celdas están ensambladas entre si formando los módulos y estos unidos entre si, forman la batería de alto voltaje.

El diseño de las celdas varía según los fabricantes o los productores de vehículos, el número de celdas y módulos serán los que determinen el tamaño y la capacidad de la batería del vehículo, que normalmente vendrá especificado en Kwh.

En caso de que una celda se averíe, podrá reemplazarse la célula afectada o habrá que reemplazar el módulo completo donde se encuentre dicha celda, ya que no todos los fabricantes suministran las celdas por separado.

 

 

Dos imágenes del interior de una batería de alto voltaje.

 

ECU de control o BMS Battery Management System

La BMS es la unidad principal de control de la batería, se encarga de controlar el voltaje de cada celda, temperaturas, deformaciones, sistema de refrigeración, etc.

La BMS está comunicada con otras unidades del vehículo por comunicación CAN, LINK, etc, para gestionar todas las funciones según las necesidades del vehículo e interactuando con las demás UCES de gestión.

 

 

Unidades de control colocadas en las baterías.

 

ECU de control de voltaje

Para ayudar a la unidad de control principal de la batería a controlar el sistema, esta necesita saber todos los datos relativos al voltaje de cada celda, estas unidades de control de voltaje, se encargan de monitorizar el voltaje en todo momento de un grupo celdas, enviando la información de cada grupo a la ECU de control a través de un Bus de comunicación.

 

Sistema de refrigeración de la batería

Los sistemas mas habituales de refrigeración para las baterías son los de aire y liquido, los sistemas de aire suelen ser de aire forzado por ventiladores controlados por la ECU, en los de refrigeración por liquido, los módulos están colocados sobre un intercambiador térmico, el deposito de refrigerante así como la bomba de agua, están colocados fuera de la batería y su funcionamiento también es controlado por la ECU, según que modelos y para que tipo de clima estén fabricadas, algunas baterías también disponen de calefacción.

 

  

 

Sensor de expansión

Algunas baterías llevan instalados en los módulos unos sensores de expansión, para que en caso de que alguno de ellos llegase a deformarse por un mal funcionamiento, avería, accidente, etc, la ECU de control registre la avería y desactive el sistema de alta tensión en caso necesario, para evitar posibles peligros al sistema, vehículo e incluso a los propios ocupantes.

 

Sensor de temperatura

En casi todas las baterías, cada módulo dispone de un sensor de temperatura que permitirá a la ECU de control conectar la refrigeración o la calefacción de la batería según las necesidades del sistema, así como gestionar los avisos de avería y proceder a la desconexión de la misma en caso de que se produzca una temperatura anómala.

 

Hemos intentado explicar los elementos de mayor importancia de la batería, pero también se podrían incluir elementos como cableado, reles de conexión-desconexión, fusible de desconexión, etc.

 

 

 

 

 

 

 

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SISTEMA KEYLEES

SISTEMA KEYLEES

Sistema keyless

Al principio, los vehículos disponian de una llave convencional para abrir y cerrar las puertas, había que ponerla en el contacto y girarla para poder arrancar el motor, después se incorporó a la llave un mando a distancia para activar o desactivar el  cierre centralizado y el sistema de alarma, ahora se emplea el sistema keyless.

Keyless significa libre de llave, este sistema permite acceder al interior del vehículo y poner en marcha el motor sin la necesidad de tocar la llave en ningún momento, con el avance en la seguridad de los automóviles en los últimos años, se ha popularizado tanto el sistema de acceso sin llave que podemos encontrarlo casi en cualquier vehículo.

 

Componentes

Este sistema dependiendo de cada marca será denominado de diferente forma, Smartkey, Keyless, keyless go, etc,  cada marca puede tener una estructura diferente y la unidad de control Keyless puede estar independiente o integrada en alguna otra pero los componentes básicos y fundamentos de funcionamiento del sistema son los mismos, por eso vamos a enumerar a continuación los más importantes.

 

Mando transmisor de identificación

El mando transmisor de identificación podríamos decir que es una combinación de un  mando a distancia y un transmisor de identificación, el mando también lleva una llave mecánica de emergencia, con la cual se puede desbloquear manualmente la puerta del conductor si la batería del mando está descargada.

              

Algunos mandos transmisores de identificación.

 

Antenas receptoras

Normalmente en las puertas delanteras, muchas veces en las propias manetas de las puertas y en el portón trasero, llevan instaladas una antena de corto alcance para detectar la proximidad de la llave, estas antenas suelen tener un sensor para ordenar la apertura o el cierre del vehículo, también suele haber dos antenas en el interior del habitáculo, una en la parte delantera y otra en la parte trasera, para detectar el mando en el interior del vehículo y autorizar el arranque,

        

Diferentes tipos de antenas de vehículos actuales.

 

ECU del sistema

Es la encargada de gestionar todo el sistema, en algunos modelos es una ECU independiente, pero en otros modelos forma parte de otra ECU, es la encargada de gestionar y controlar todo el sistema, detectar la llave, el botón de encendido-apagado del motor, ordenar abrir o cerrar el vehículo, etc, según las necesidades del sistema, también es la encargada de vigilar el buen funcionamiento y encender el aviso en caso de detectar algún fallo en cualquier componente.

        

Varias ECUS de sistema keyless.

 

Bloqueo electrónico de dirección

Como no tenemos un cilindro con llave para el arranque del motor, el bloqueo-desbloqueo de la dirección no se realiza de forma mecánica, los sistemas keyless utilizan para el bloqueo-desbloqueo de dirección, un actuador electromecánico, también llamado «cerrojo eléctrico de dirección», que recibe la señal de bloqueo o desbloqueo desde la unidad de control del sistema keyless.

   

Tres cerrojos eléctricos de dirección.

 

Funcionamiento

Cuando el usuario se acerca al vehículo, el sistema se activa al entrar en el radio de recepción de los sensores de proximidad, se comprueba si el transmisor de identificación está autorizado para el vehículo y si la unidad de control reconoce al transmisor de identificación como autorizado, se activará el cierre centralizado y se abrirá el vehículo. este proceso dura unos 50 – 60 ms, para arrancar el motor se presiona el botón de encendido e igualmente para apagarlo ya que es el mismo botón para encender y apagar el motor.

 

Consejo importante

Sensor arranque sin batería

Cuando la pila del mando se agota, las antenas no son capaces de identificar la llave y no se permite el arranque, para poder poner el motor en marcha en estos casos, cuentan con una antena de corto alcance que lee el código inmovilizador de la llave y autoriza el arranque del vehículo, la ubicación de esta antena depende de cada fabricante, si vuestro vehículo cuenta con sistema keyless, es conveniente que conozcáis el procedimiento de arranque para esta circunstancia.

 

 

 

 

LOS ACTUADORES EN EL VEHÍCULO

LOS ACTUADORES EN EL VEHÍCULO

Los actuadores

Los actuadores son componentes que emplean la información y la energía recibida para activar el funcionamiento de otros elementos, estos elementos pueden ser eléctricos, mecánicos, neumáticos, hidráulicos, etc, con lo cual normalmente en los eléctricos se producirá una activación y en los mecánicos (agruparemos el resto) un movimiento.

El actuador realiza su función según la orden que recibe de la UCE, la UCE analiza la información que recibe de los diferentes sensores y los compara con los datos que ella tiene grabados, generando una orden de activación según las necesidades del sistema al que pertenece.

En estos últimos años el actuador ha evolucionado en su forma y diseño, siendo imprescindible en los nuevos sistemas de seguridad y asistencia a la conducción.

 

Su función

Podríamos decir que la principal función de los actuadores es todo lo contrario que la de los sensores, su misión es interpretar y transformar una magnitud eléctrica en una magnitud física como desplazamiento, movimiento lineal o de rotación, activación de relés o solenoides, etc, gracias a ellos la UCE puede regular los elementos del sistema y así conseguir un funcionamiento lo más óptimo posible.

Como vemos, estos elementos están presentes en todos los sistemas de nuestro vehículo, por ejemplo en motor serian inyectores, valvula canister, colector variable, etc, en confort elevalunas, cierres, espejos, etc, en fin podríamos enumerar un sin fin de actuadores en cualquier sistema de los vehículos actuales.

 

      

En estas imágenes mostramos actuadores, la número uno es una válvula EGR, la dos es un actuador de geometría variable y la tres es una mariposa motorizada.

 

Clasificación de los actuadores

Al ser tan variada la gama de actuadores podríamos clasificarlos principalmente como, eléctricos, neumáticos e hidráulicos, en automoción los más usuales son los eléctricos, como un relé, el cuenta km, motor de cierre, elevalunas, luego estarían los neumáticos como válvulas reguladoras de aire, amortiguadores del porton, etc y los hidráulicos como regulador de presion de suspensión, grupo hidráulico de abs, etc.

 

   

Aquí vemos en la figura uno un actuador eléctrico que es un motor de elevalunas, en la dos un actuador hidráulico, un bloque hidraulico de ABS y en la tres uno neumático, un bloque de válvulas de una suspensión neumática.

 

La conclusión es que en todos los sistemas de control vamos a tener siempre sensores, que son los que generan la información, los actuadores que son los que obedecen órdenes y la unidad de control o UCE que sería el cerebro y la que maneja todo el proceso según la información que recibe y la que tiene grabada.