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BOMBAS ROTATIVAS DIESEL
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A nadie se le escapa que la electrónica es una parte fundamental del automóvil,
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estando presente en la práctica totalidad de los sistemas que lo componen,
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bien sea para facilitar su utilización
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o conseguir un elevado nivel de seguridad y confort para sus ocupantes.
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En el apartado del motor, gracias a la colaboración de la electrónica,
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también se han conseguido evolucionar detalles tan importantes como son las prestaciones,
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el consumo
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y la emisión de gases
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En lo que respecta al motor diésel
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la electrónica había tenido muy poco protagonismo
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Sin embargo, en los últimos años
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aquellos motores pesados y de escasas prestaciones
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se han puesto a la vanguardia
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llegando en muchos casos a superar
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a los ágiles y rápidos motores de gasolina
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Esta transformación se ha llevado a cabo
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principalmente con el desarrollo de nuevas tecnologías. No obstante, la incorporación
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de la electrónica ha contribuido a mejorar de forma considerable su funcionamiento, consiguiendo
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sin lugar a dudas una verdadera revolución en el motor diésel. El presente capítulo
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lo vamos a dedicar a la nueva generación de bombas de inyección. Describiremos principalmente
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las adaptaciones destinadas al control del combustible, así como los dispositivos utilizados
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para la reducción de gases contaminantes.
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Antes de entrar a fondo con la gestión electrónica,
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vamos a repasar de forma breve las características de funcionamiento
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del motor diésel con respecto al motor de gasolina.
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En ambos motores, el ciclo se realiza en cuatro tiempos.
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Admisión, compresión, combustión y escape.
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En el tiempo de admisión, se produce para el motor de explosión
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la aspiración de la mezcla aire-gasolina, controlada a través del pedal del acelerador.
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En el motor diésel, la aspiración produce el llenado completo del cilindro, pero únicamente
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con aire. En el segundo tiempo, para el motor de explosión, se produce la compresión de
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la mezcla, reduciendo su volumen aproximadamente nueve veces, mientras que en el motor diésel,
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La reducción del volumen del aire es superior a 16 veces, alcanzando temperaturas del orden de 700 grados centígrados.
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En el tercer tiempo es donde se produce la mayor diferencia, ya que en el motor de explosión el salto de chispa de la bujía provoca la inflamación de la mezcla,
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mientras que en el motor diésel se inyecta una cantidad de gasoil perfectamente controlada, autoinflamándose por el calor generado durante la compresión.
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Finalmente, se realiza el tiempo de escape, donde se procede a la expulsión de los gases quemados en ambos motores.
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Como sabemos, en el motor de explosión, la potencia es regulada por el conductor,
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modificando la cantidad de aire y gasolina a través de la mariposa de gases.
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En el motor diésel, para conseguir la potencia deseada, se regula la cantidad de combustible a inyectar por medio de la bomba.
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Por lo tanto, las características principales que debe cumplir el sistema de inyección son
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iniciar la inyección en el momento más adecuado,
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suministrar a cada cilindro la cantidad necesaria de combustible
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y por último, conseguir una fina y precisa pulverización en el interior del cilindro.
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Para mejorar estos aspectos, la gestión del motor diésel ha ido evolucionando.
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De esta forma nos podemos encontrar vehículos con diferentes aplicaciones
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distinguiendo de manera un tanto generalizada entre sistemas semielectrónicos y sistemas totalmente electrónicos
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El sistema semielectrónico se caracteriza por realizar el avance de inyección a través de una electroválvula
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controlada por la unidad de control
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Sin embargo, el resto de componentes se corresponden con los de la bomba convencional
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En el sistema completamente electrónico, la unidad de control, además de actuar sobre el avance, se encarga de regular el caudal de inyección eliminando, por tanto, la conexión mecánica entre el pedal del acelerador y la bomba inyectora.
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Además de estas, la unidad de control asume otras funciones como son
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Activación de la válvula de corte de combustible
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Regulación del tiempo de precalentamiento
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Recirculación de los gases de escape
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Y regulación de la presión de sobrealimentación
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Para el correcto funcionamiento del conjunto
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Es imprescindible la actuación simultánea de sensores, actuadores y unidad de control
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Los sensores recogen magnitudes físicas del motor y las convierten en señales eléctricas
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que envían como información a la unidad de control.
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Estas informaciones son inicio de inyección, régimen de revoluciones, posición pedal
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acelerador, masa de aire, temperatura de aire, temperatura de agua, temperatura de combustible,
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posición pedal de embrague y de freno, presión atmosférica, presión del colector de admisión
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y posición corredera de regulación.
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Veamos cada una de ellas.
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Para establecer un equilibrio óptimo entre consumo y rumorosidad del motor,
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es necesario que la máxima presión de la combustión se alcance unos grados después de que el pistón haya rebasado el punto muerto superior.
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Para conseguir la precisión necesaria en el avance de inyección,
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la unidad de control necesita conocer el instante preciso en que se produce la inyección.
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Esta información se consigue a través del transmisor de inicio de inyección
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que se encuentra ubicado en uno de los inyectores.
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El transmisor está compuesto por un bobinado en cuyo interior se encuentra una prolongación de la aguja del inyector
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que hace la función de núcleo magnético.
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El bobinado es recorrido por una intensidad de corriente aplicada por la unidad de control con un valor de aproximadamente 30 miliamperios
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Este paso de corriente genera un campo magnético que es modificado cuando el núcleo, debido al movimiento de la aguja, se desplaza por el interior del bobinado
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La variación del campo magnético provoca una distorsión en la tensión aplicada al bobinado
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Dicha distorsión es registrada por la unidad de control
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y utilizada como información del comienzo exacto de la inyección.
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De la información del régimen de revoluciones y posición angular del cigüeñal
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se encarga el captador inductivo.
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Este captador genera una señal cada vez que pasan por delante de él
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una serie de resaltes o huecos mecanizados en el volante
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definiendo de esta forma la posición del cigüeñal
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y el régimen de revoluciones.
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Con estas dos informaciones, la unidad de control
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determina la cantidad de caudal de combustible a inyectar
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y el comienzo de la inyección.
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También son necesarias para la recirculación de los gases de escape
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la duración del precalentamiento
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y en algunos casos para el reloj cuentarrevoluciones.
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Si la señal deja de emitirse por una avería en el sensor
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o en su instalación, la unidad de control pasa instantáneamente a la fase de emergencia,
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utilizando como señal sustitutiva la del transmisor de inicio de inyección.
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La velocidad del vehículo es controlada por el conductor a través del pedal del acelerador,
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estableciendo en función de su posición el estado de aceleración y la velocidad.
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En el motor de gasolina, el pedal del acelerador actúa sobre el cable
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y este provoca la apertura de la mariposa.
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En el motor diésel, el mecanismo acelerador actúa sobre el mando mecánico de la bomba para regular el caudal de combustible.
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Sin embargo, en los sistemas electrónicos, que son la mayoría de los montados actualmente, se ha eliminado el cable del acelerador.
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Tal vez por este motivo, algunos lo han bautizado con el nombre de acelerador electrónico.
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Para que la unidad de control pueda reconocer la posición en la que se encuentra el pedal, se ha instalado en el mismo eje un transmisor de posición formado por un potenciómetro, el interruptor de ralentí y dos muelles de reajuste.
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A medida que se acciona el pedal del acelerador, el cursor del potenciómetro se desplaza sobre su pista provocando una variación de tensión que es enviada a la unidad de control.
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Esta señal, junto con la de revoluciones, es utilizada principalmente para poder realizar el cálculo del caudal de combustible
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y para la regulación del inicio de inyección
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Si se produce un fallo del transmisor y no le llega señal a la unidad de control
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se activa automáticamente la fase de emergencia
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El motor se mantiene de forma continua a un régimen de aproximadamente 1300 revoluciones
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Evidentemente, el vehículo no responderá a las solicitudes de carga,
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sin embargo, y debido al régimen de revoluciones,
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podrá continuar circulando.
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De los dos muelles que incorpora el transmisor,
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uno se encarga de proporcionar cierta resistencia en el desplazamiento del pedal,
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mientras que el otro garantiza el retorno en las deceleraciones.
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En el interior del conjunto también se encuentra el interruptor de ralentí,
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cuya información es utilizada complementariamente para realizar el corte de inyección en deceleración.
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La siguiente información es la de masa de aire.
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El elemento encargado de proporcionar la señal eléctrica acerca de la masa de aire aspirada por el motor
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es el sensor MAF o medidor de película caliente.
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Independientemente del sistema de medición utilizado,
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la información de la masa de aire servirá para establecer dos cálculos.
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la cantidad de combustible que se debe inyectar
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y el porcentaje de gases de escape que deben circular
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desde el colector de escape al colector de admisión.
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El primero, para reducir los humos en el escape,
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y el segundo, para limitar los óxidos de nitrógeno.
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Las informaciones de la temperatura de aire, de agua y de combustible
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se realizan a través de unos transmisores que incorporan resistencias del tipo NTC.
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El transmisor de temperatura del aire suele estar situado en el conducto que va al colector de admisión
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después del turbo y el intercooler
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El paso de aire por dicho conducto provoca una variación de resistencia en el transmisor
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Esta señal es enviada a la unidad de control
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para que pueda modificar la máxima presión de sobrealimentación
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evitando de esta forma la pérdida de potencia que se produce por el aumento de su temperatura
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El transmisor de temperatura del líquido refrigerante se encuentra montado en el bloque de motor
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y su señal es utilizada para regular el avance de inyección y para modificar el caudal de combustible,
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principalmente en el arranque en frío y durante la fase de calentamiento.
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Además, esta señal es fundamental para que la unidad de control pueda determinar el tiempo de calentamiento de las bujías de incandescencia.
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El tercer transmisor es el de temperatura de combustible
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Se encuentra situado en la bomba junto al transmisor de la corredera de regulación
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Si la temperatura del combustible varía, también lo hace su densidad
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y consecuentemente la cantidad inyectada
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Como lo que se persigue es conseguir una dosificación precisa
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la unidad de control realizará la dosificación basándose en la información de la temperatura
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de combustible. Cuando vamos conduciendo y efectuamos un cambio de marchas, se suelen
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producir pequeñas pero molestas sacudidas o tirones. Para impedirlo, se monta en el pedal
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de embrague un interruptor que informa de la posición de embragado o desembragado. De esta
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forma, al accionar el embrague, la unidad de control reducirá durante un breve espacio de
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tiempo la cantidad de combustible a inyectar, mejorando la suavidad de funcionamiento durante
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los cambios de marcha. En el caso de que esta señal no llegara a la unidad de control,
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la corrección de caudal a la que hemos hecho referencia no se produciría.
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El accionamiento del pedal de freno es otra señal que llega a la unidad de control. En
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este caso son dos los interruptores montados. Uno de ellos es específico para la gestión
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diésel. El otro, además de ir conectado a la unidad de control, es utilizado para
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la activación de las luces de freno. El funcionamiento de ambos es diferente. Con
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el pedal en posición de reposo, el interruptor correspondiente a las luces de freno permanece
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abierto. El otro se encuentra cerrado. Al accionar el pedal, el primero cierra el circuito
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mientras que el segundo se abre.
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Los dos interruptores informan de la posición de freno accionado.
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La unidad de control, por motivos de seguridad,
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activa la fase de corte de inyección,
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sirviendo como señal complementaria
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en el caso de fallo del transmisor del pedal acelerador.
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Para medir la presión en el colector de admisión,
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se utiliza el transmisor de presión
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instalado generalmente en el interior de la unidad de control.
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La información de la presión del colector
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es utilizada para regular la máxima presión de soplado del turbo.
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En el caso de avería de este sensor,
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la unidad de control mantiene activada a la electroválvula limitadora
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evitando un aumento en la presión de sobrealimentación.
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En este caso, el motor acusará una falta de potencia.
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La otra medición de presión es la que realiza el transmisor o sensor de altitud
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que se encuentra instalado en la propia unidad de control.
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A medida que aumenta la altitud, la presión atmosférica va disminuyendo
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Con la señal de este sensor, la unidad de control irá reduciendo la máxima presión de sobrealimentación
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para evitar daños en el turbocompresor
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La última de las informaciones es la que se realiza a través del transmisor de posición de la corredera de regulación
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Este elemento se encuentra en el interior de la bomba inyectora
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y es accionado por el mismo eje que desplaza a la corredera de regulación.
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El transmisor está formado por un núcleo en forma de U, dos bobinas y dos anillos.
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Una bobina con su anillo fijo forma la parte de referencia.
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La otra bobina con su anillo móvil forman la parte de medición.
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Las dos bobinas son alimentadas por la unidad de control
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con una tensión alterna de 5 voltios y una frecuencia de 10.000 hercios.
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El paso de corriente por las dos bobinas genera un campo magnético en el núcleo
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que varía en función de la posición adoptada por el anillo móvil
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Este efecto provoca a su vez una variación en la tensión del bobinado
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sirviéndole a la unidad de control como información de la posición que adopta la corredera de regulación en cada momento
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Debido a la importancia que tiene esta señal, si el sensor se avería
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la unidad de control elimina la alimentación de combustible de la bomba parándose instantáneamente
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el motor. Si existe señal, pero esta es incorrecta, observaremos una notable falta de potencia
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en el motor además de continuos tirones. Anteriormente hemos visto que la regulación
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electrónica del motor diésel estaba compuesta por la unidad de control, los sensores y finalmente
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los elementos actuadores a los que podemos definir como los encargados de transformar
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las señales eléctricas en magnitudes mecánicas. El primero de ellos es el dosificador o regulador
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de caudal, que actúa como sustituto del regulador mecánico que se ha venido utilizando hasta
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ahora. El regulador lo podemos localizar en la parte superior de la bomba justo por debajo
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del transmisor de posición de la corredera. Este elemento actuador se encarga de regular
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el caudal de combustible que deben suministrar los inyectores a través de la señal que
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le envía la unidad de control. En el interior se encuentra un motor de corriente continua
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cuyo inducido es a su vez el eje que desplaza a la corredera de regulación. La alimentación
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del motor se realiza con un positivo a través del relé cerrando circuito a masa en la unidad
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de control. El campo magnético generado vence la fuerza
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ejercida por el muelle y provoca el desplazamiento angular del eje, en cuyo extremo se sitúa
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la excéntrica que da movimiento a la corredera. El ángulo de giro se sitúa en torno a los
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60 grados, sirviendo este margen de regulación para actuar desde la posición de caudal cero
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hasta máximo caudal. Cuando el motor necesita gran cantidad de combustible, bien porque
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se está produciendo un arranque en frío o por funcionar a plena carga, la unidad de
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control envía una señal al servomotor de forma que el eje desplace a la corredera en
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el mismo sentido que el émbolo distribuidor, alargando la carrera útil de inyección y
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en consecuencia la cantidad de combustible. Si lo que se necesita es una pequeña dosis
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de combustible, la unidad de control hará que el eje desplace a la corredera para acercarla
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a los orificios de descarga. De esta forma se reduce la duración de la inyección y
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la cantidad de combustible. Para conseguir que el caudal a los inyectores sea nulo y
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provocar un corte de inyección en deceleración o por máximo régimen, bastará con que el
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eje desplace a la corredera en sentido contrario al del émbolo, dejando al descubierto los
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orificios de descarga. De esta forma, impide que se alcance la presión necesaria para
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la apertura de los inyectores. Como vemos, con el regulador de caudal se pueden realizar
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todo tipo de actuaciones con el fin de conseguir la cantidad de combustible adecuada. Sin embargo,
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si importante es el caudal, no menos importante es establecer el momento adecuado para el
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suministro de bicho combustible. Cuando las primeras gotas de combustible penetran en
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la cámara de combustión se encuentran con el aire a una temperatura superior a 600 grados.
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Sin embargo, para que se inicie la combustión es necesario un cierto tiempo hasta que el
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combustible alcanza la temperatura adecuada. El tiempo transcurrido desde la entrada de
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las primeras gotas de combustible hasta que se inicia la combustión se llama retraso
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de combustión. Este retraso, a medida que aumenta el régimen de revoluciones, hace
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que la combustión se lleve a cabo cada vez más tarde con relación al punto muerto superior,
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con la consiguiente pérdida de eficacia. Para evitar este efecto y aprovechar al máximo
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el tiempo de trabajo, a medida que aumenta el régimen de revoluciones, se va adelantando
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el momento de inyección. El avance de inyección se lleva a cabo con la colaboración de la
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unidad de control y la electroválvula correctora que se encuentra situada en la parte inferior
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de la bomba. La regulación del avance se realiza a través del émbolo del variador
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que es afectado por la presión del combustible. La electroválvula regula la presión que
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afecta al émbolo comunicando el circuito de presión con el conducto de retorno. Cuando
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la electroválvula cierra el conducto de retorno y en virtud del régimen de revoluciones de
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la bomba se registra un aumento de presión que vence al muelle y desplaza al émbolo
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arrastrando al pivote y al anillo de rodillos. De esta forma se consigue un avance en la
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inyección. Si la electroválvula abre, el combustible fluye hacia el retorno y se produce
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un descenso de presión que afecta al émbolo. El muelle recupera su posición y lo empuja
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en sentido contrario reduciendo el avance. Como vemos el inicio de la inyección depende
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de la electroválvula que es activada por la unidad de control a través de una señal
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cuadrada para conseguir el desplazamiento de la aguja. Como la presión en el émbolo
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depende de la apertura de la aguja, la unidad de control en función de las señales recibidas
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modificará el tiempo de excitación para conseguir el avance deseado. Si la electroválvula
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se avería, el motor funcionará con un avance excesivo, siendo perceptible por un exceso
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de rumorosidad del motor. En este caso, la unidad de control limitará el caudal y la
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presión de sobrealimentación con el fin de evitar daños mecánicos.
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Anteriormente hemos visto que la combustión se produce por autoinflamación de la mezcla,
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de ahí que para efectuar la parada del motor sea necesario interrumpir la entrada de combustible.
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El dispositivo utilizado para realizar esta función apenas ha sufrido cambios con respecto a las bombas mecánicas,
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ya que se trata de una electroválvula que se encuentra montada en la parte superior de la bomba para impedir el paso de combustible a la cámara de alta presión.
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La electroválvula recibe el positivo de alimentación a través de la unidad de control y el cierre del circuito lo realiza directamente a masa.
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El paso de corriente por el bobinado provoca el desplazamiento del núcleo para liberar la circulación del combustible hacia el émbolo distribuidor y la cámara de alta presión.
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Si la unidad de control interrumpe la alimentación, el muelle empuja al núcleo y se obtura el paso de combustible, provocando instantáneamente la parada del motor.
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Continuando con los actuadores, pero ya fuera de la bomba, se encuentra el dispositivo de calentamiento del aire,
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el cual, y debido a las características que presentan los motores de inyección directa, será utilizado fundamentalmente en situaciones de bajas temperaturas.
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El sistema de precalentamiento lo forman por una parte la unidad de control con el sensor de temperatura del líquido refrigerante y el sensor de revoluciones,
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y por otra, el relé y las bujías de incandescencia.
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La unidad de control establece la fase de activación del sistema
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para realizar el precalentamiento y el poscalentamiento.
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El precalentamiento únicamente será activado
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si la temperatura del motor es inferior a 15 grados centígrados.
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Finalizado el precalentamiento,
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la unidad de control mantendrá activado el sistema
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durante aproximadamente 5 segundos.
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Después del arranque, si la temperatura es inferior a 20 grados centígrados
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se activa la fase de poscalentamiento durante 20 segundos
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con el fin de mejorar la marcha al ralentí y la sonoridad del motor
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Esta fase queda desactivada en el instante en que el motor supera las 2500 revoluciones por minuto
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activándose de nuevo al disminuir el régimen de motor
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Cuando la unidad de control establece el funcionamiento del sistema
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excita al relé con una señal negativa.
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Este se activa y alimenta a las cuatro bujías.
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Para que el sistema sea anulado,
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bastará con que la unidad de control interrumpa la excitación al relé.
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Otra de las funciones que realiza la unidad
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es la del control de los gases de escape
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con el fin de reducir la emisión de óxidos de nitrógeno.
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El sistema de recirculación, también denominado sistema EGR,
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consiste en hacer pasar una determinada cantidad de gases de escape
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al conducto de admisión.
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De esta forma se enrarece la combustión
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disminuyendo la presión y la temperatura
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que son dos de las condiciones necesarias
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para la producción de óxidos de nitrógeno.
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La cantidad de gases de escape a recircular
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debe estar perfectamente controlada
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con el fin de evitar pérdidas de potencia
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y aumento de otros gases nocivos
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como el monóxido de carbono o los hidrocarburos.
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Dicha cantidad es regulada por la unidad de control y la electroválvula de recirculación,
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basándose en las informaciones recibidas del medidor de masa de aire,
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del caudal de combustible, revoluciones, temperatura de motor y posición del pedal acelerador.
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Cuando la electroválvula se encuentra en reposo
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impide que el vacío llegue a la válvula EGR
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manteniendo el conducto de recirculación cerrado
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Si es excitada por la unidad de control
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permitirá el paso de vacío para provocar la apertura de la válvula EGR
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y efectuar el proceso de recirculación
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Otra de las regulaciones es la que se realiza sobre la presión de sobrealimentación
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En el sistema tradicional
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una válvula neumática regula la presión de soplado
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mediante el desvío de una parte de los gases de escape
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Esta válvula es controlada directamente por la presión que se genera en la parte de admisión
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La incorporación de la electrónica ha permitido que la presión de sobrealimentación
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sea regulada por la propia unidad de control
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teniendo en cuenta parámetros tan importantes
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como la temperatura del aire en el colector o la presión atmosférica
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La electroválvula limitadora es el elemento que mandado por la unidad de control
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se encargará de regular la sobrealimentación
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Cuando la electroválvula es excitada por la unidad de control
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desvía la presión del colector hacia el exterior
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En ese instante, la válvula neumática no ejerce ningún control en la sobrealimentación
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aumentando el valor de presión de soplado
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El límite de dicha presión se alcanzará cuando la electroválvula cierre el conducto del exterior y permita de nuevo el paso de la presión de soplado hacia la válvula neumática
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En el caso de producirse una avería, la máxima presión estará limitada por el tarado de la válvula neumática con una presión de sobrealimentación de aproximadamente 0,6 bares
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Con la regulación del turbocompresor, damos por finalizado este apartado, con el cual hemos pretendido acercar a los profesionales las nuevas tecnologías aplicadas a las bombas de los motores diésel de inyección directa.
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En la siguiente edición, veremos cuáles son las comprobaciones necesarias para poder verificar este sistema de inyección con regulación electrónica.
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- Antonio S.
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- 16 de marzo de 2020 - 8:55
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- Público
- Centro:
- IES LAZARO CARDENAS
- Duración:
- 34′ 50″
- Relación de aspecto:
- 4:3 Hasta 2009 fue el estándar utilizado en la televisión PAL; muchas pantallas de ordenador y televisores usan este estándar, erróneamente llamado cuadrado, cuando en la realidad es rectangular o wide.
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- 640x480 píxeles
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