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Mecanica Bucle Cerrado, Apuntes de Mecánica

Sistema de motor de bucle abierto y cerrado

Tipo: Apuntes

2019/2020

Subido el 26/10/2020

jose-vargas-42
jose-vargas-42 🇲🇽

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SISTEMA DE CONTROL DE COMBUSTIBLE EN BUCLE CERRADO (CLOSED LOOP)
El corazón de los sistemas de control de combustible y de control de emisiones es el sistema de
control de retroalimentación en bucle cerrado, conocido en ingles como “closed loop”. Es el
responsable de controlar el contenido del gas de escape ingresado al convertidor catalítico y en
última instancia, determina cuanto HC, CO y NOx sale del escape.
El sistema de control en bucle cerrado primeramente trabaja durante el ralentí y en operaciones
de velocidad crucero haciendo los ajustes de la duración de la inyección con base en las señales
provenientes del sensor de oxígeno.
Durante la operación en bucle cerrado, la PCM mantiene modulada a la mezcla aire/combustible
cerca de la estequiometría ideal de 14.7 partes de aire por 1 de combustible. Al controlar de
manera precisa la entrega de combustible, el contenido de oxígeno en la descarga de gases de
escape se mantiene dentro de un rango angosto que mantiene la operación eficiente del
convertidor catalítico de tres vías. No obstantes, si la proporción estequiométrica de la mezcla
aire/combustible se desvía del rango programado, la eficiencia del catalizador caerá
dramáticamente, especialmente para la reducción de NOx.
OPERACIÓN EN BUCLE CERRADO (CLOSED LOOP)
Cuando la PCM ha determinado que las condiciones son apropiadas para entrar en bucle cerrado,
con base en los valores reportados por muchos sensores y el estatus de las pruebas de los
monitores, utiliza la señal del sensor de oxígeno corriente arriba para determinar la concentración
exacta de oxígeno en os gases de escape del tubo de escape. A partir de esta señal, la PCM
determina si el valor de la mezcla es más rica (poco contenido de oxígeno) o más pobre (alto
contenido de oxígeno) de lo requerido para aproximarse a la proporciona estequiométrica de
14.7:1.
Si la señal del sensor de oxígeno esta por encima de 0.45 voltios, la PCM determina que la mezcla
aire/combustible es más rica de lo ideal y en consecuencia disminuye la duración de la inyección.
Si la señal del sensor de oxígeno esta por debajo de 0.45 voltios, la PCM determina que la mezcla
aire/combustible es más pobre de lo ideal y en consecuencia aumenta la duración de la inyección.
Durante la operación normal en bucle cerrado, la señal del sensor de oxígeno oscila rápidamente
entre estas dos condiciones, a una tasa de 8 ciclos en 10 segundos a 2500 RPM’s. Las pequeñas
correcciones de inyección ocurren cada vez que la señal oscila por encima y por debajo del umbral
de 0.45 voltios.
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SISTEMA DE CONTROL DE COMBUSTIBLE EN BUCLE CERRADO (CLOSED LOOP)

El corazón de los sistemas de control de combustible y de control de emisiones es el sistema de control de retroalimentación en bucle cerrado, conocido en ingles como “closed loop”. Es el responsable de controlar el contenido del gas de escape ingresado al convertidor catalítico y en última instancia, determina cuanto HC, CO y NOx sale del escape. El sistema de control en bucle cerrado primeramente trabaja durante el ralentí y en operaciones de velocidad crucero haciendo los ajustes de la duración de la inyección con base en las señales provenientes del sensor de oxígeno. Durante la operación en bucle cerrado, la PCM mantiene modulada a la mezcla aire/combustible cerca de la estequiometría ideal de 14.7 partes de aire por 1 de combustible. Al controlar de manera precisa la entrega de combustible, el contenido de oxígeno en la descarga de gases de escape se mantiene dentro de un rango angosto que mantiene la operación eficiente del convertidor catalítico de tres vías. No obstantes, si la proporción estequiométrica de la mezcla aire/combustible se desvía del rango programado, la eficiencia del catalizador caerá dramáticamente, especialmente para la reducción de NOx. OPERACIÓN EN BUCLE CERRADO (CLOSED LOOP) Cuando la PCM ha determinado que las condiciones son apropiadas para entrar en bucle cerrado, con base en los valores reportados por muchos sensores y el estatus de las pruebas de los monitores, utiliza la señal del sensor de oxígeno corriente arriba para determinar la concentración exacta de oxígeno en os gases de escape del tubo de escape. A partir de esta señal, la PCM determina si el valor de la mezcla es más rica (poco contenido de oxígeno) o más pobre (alto contenido de oxígeno) de lo requerido para aproximarse a la proporciona estequiométrica de 14.7:1.  Si la señal del sensor de oxígeno esta por encima de 0.45 voltios, la PCM determina que la mezcla aire/combustible es más rica de lo ideal y en consecuencia disminuye la duración de la inyección.  Si la señal del sensor de oxígeno esta por debajo de 0.45 voltios, la PCM determina que la mezcla aire/combustible es más pobre de lo ideal y en consecuencia aumenta la duración de la inyección. Durante la operación normal en bucle cerrado, la señal del sensor de oxígeno oscila rápidamente entre estas dos condiciones, a una tasa de 8 ciclos en 10 segundos a 2500 RPM’s. Las pequeñas correcciones de inyección ocurren cada vez que la señal oscila por encima y por debajo del umbral de 0.45 voltios.

El control en bucle cerrado funciona bajo la premisa del COMANDO DE CAMBIO, es decir, la lógica que la PCM utiliza para ajustar las condiciones y se puede resumir de la siguiente manera:  Si el sensor de oxígeno indica mezcla rica = PCM comanda el empobrecimiento de la duración de inyección.  Si el sensor de oxígeno indica mezcla pobre = PCM comanda el enriquecimiento de la duración de inyección. En resumen, el sensor de oxígeno le informa a la PCM de ajustes necesarios a la duración de la inyección con base en las condiciones que se detectan en el gas de escape. Luego de que los ajustes se han realizado, el sensor de oxígeno monitorea la exactitud de la corrección y le informa a la PCM de ajustes necesarios adicionales. En este sentido, podemos darnos cuenta de que existe una relación recíproca constante de “monitoreo-comando”. Este ciclo de monitoreo/comando ocurre continuamente durante la operación en bucle cerrado en un esfuerzo para mantener modulada la mezcla aire/combustible lo más cerca posible de la estequiometría de 14.7:1.

resultados serán inexactos. Por lo regular estos significa que el motor y el sensor de oxígeno deben alcanzar su temperatura normal de operación, el sistema de retroalimentación debe estar en bucle cerrado y la velocidad de giro del motor debe estar en ciertas RPM’s especificadas en el flujo de datos del escáner. Las revisiones de las señales del sensor de oxígeno pueden realizarse cómodamente con un escáner en su modo de flujo de datos. Vehículos más antiguos requerirán que conectes un multímetro digital o un osciloscopio. REVISIONES DE LA SENAL DEL SENSOR DE OXIGENO El monitoreo de la frecuencia del cruces de la señal del sensor de oxígeno es la clave de la prueba rápida de la funcionalidad del subsistema de control del bucle cerrado. La prueba puede hacerse de la siguiente manera:  Enciende el motor y permite que alcance su temperatura normal de funcionamiento  Asegúrate de que todos los accesorios están apagados  Acelera el motor a 2500 RPM’s por al menos dos minutos para asegurar que el sensor de oxígeno ha alcanzado su temperatura normal de funcionamiento  La frecuencia de la señal del sensor de oxígeno debería ser como mínimo de 8 ciclos en 10 segundos (0.8 Hertz) para asegurar la operación eficiente del catalizador  También, la amplitud de la señal consistentemente debería debería superar los 700 milivoltios en la región rica y caer por debajo de los 200 milivoltios en la regios pobre. (Lo ideal sería que supere los 800 milivoltios en la región rica y por debajo de los 100 milivoltios en la pobre.) Si el sensor está degradado, la frecuencia de la señal, su amplitud o ambos se verán afectados. REVISION RAPIDA DEL CONTROL DE BUCLE CERRADO Si sospechas que la PCM no está respondiendo correctamente a la señal del sensor de oxígeno, una revisión rápida del sistema del bucle cerrado se puede hacer provocando una desviación artificial de la riqueza y pobreza de la mezcla y observar los cambios correspondientes en el control de bucle cerrado. Esta revisión se puede realizar de la siguiente manera:  Sobre el riel de inyectores, remueve temporalmente la manguera de control de la señal del regulador de presión, para crear una condición de mezcla rica. La PCM debería responder al comandarle a los inyectores que empobrezcan la mezcla.

 Remueve temporalmente una manguera de vacío en alguno de los puertos del múltiple de admisión. La PCM debería responder al comandarle a los inyectores que enriquezcan la mezcla. En el flujo de datos del escáner, debería observar cambios en la señal del sensor de oxígeno corriente arriba, los parámetros LTFT y STFT y los milisegundos de duración de la inyección. PRECAUCION: Cuando realices este tipo de pruebas, evita los desbalances prolongados de la mezcla, tanto los ricos como los pobres, para cualquier duración de tiempo extendido, ya que esto puede provocar el sobrecalentamiento del catalizador y dañarlo permanentemente. El control de bucle cerrado tiene la habilidad de proveer aproximadamente un ±20% de rango de corrección a partir del cálculo básico de entrega de combustible. Esto le permite al sistema compensar fácilmente pequeños desbalance de la mezcla; por su mismo diseño, los ajustes no deben ser mayores que esto. Sin embargo, los DESBALANCES MAYORES (tales como fugas de vacío, reguladores de presión con fugas, sensores dañados, etc.) pueden acorralar las capacidades de corrección hasta el límite, sin lograr traer de vuelta a la mezcla aire/combustible a su estequiometría ideal de 14.7:1. Si este fuera el caso, sin importar su la mezcla se vuelve muy pobre o muy rica, el resultado serán emisiones elevadas y problemas de calidad de operación en el motor, ya que los sistemas no tendrán más capacidad de realizar más ajustes que lo que ya hicieron. Así que si el motor exhibe la falla, el primer parámetro que debemos buscar es el ajuste de combustible, conocidos como STFT y LTFT. En este sentido, con esas lecturas la PCM nos mostrará sus intenciones de adaptar la corrección del ajuste en la entrega de combustible para devolverle la estequiometría a la mezcla. ESTRATEGIAS DE LA PCM SEGÚN EL LAZO El lazo cerrado es una estrategia de la PCM que funciona con la señal del sensor de oxigeno para controlar el pulso de inyección, el avance de chispa en todo rango de rpm, de potencia, reducción de emisiones de escape y economía de gasolina, además, mejora la eficiencia del convertidor catalítico. La PCM necesita las señales en buen estado de temperatura de motor ECT y de aire de entrada al múltiple IAT, de los sensores del sistema y condición mecánica de motor y del sensor de H02S11, el motor entra a lazo cerrado, solo el sensor de oxígeno mantendrá esta estrategia, la única rpm