Control de presión de sobrealimentación - Actuador turbo

Información útil y consejos valiosos sobre el dispositivo de regulación electromecánico para actuadores de turbo variables.

Hoy en día, casi todos los motores diésel o de gasolina modernos están equipados con un turbocompresor de gases de escape para aumentar la potencia del motor y la eficiencia. Para garantizar que siempre esté disponible la presión de sobrealimentación óptima, este debe adaptarse al estado de carga correspondiente. En los vehículos modernos, esto se hace mediante la regulación electrónica de la presión de sobrealimentación. 

Regulación de la presión de sobrealimentación en el actuador de turbo: Fundamentos

El turbocompresor utiliza la energía de los gases de escape para aspirar y comprimir aire fresco para la combustión. Esto permite que entre un mayor volumen de aire y, por tanto, más oxígeno en la cámara de combustión. La potencia del motor y el par motor aumentan. Explicado de forma sencilla, el turbocompresor de gases de escape integra una turbina de gases de escape y una turbina de compresor que están conectadas entre sí por un eje. Los gases de escape que salen del motor accionan la turbina de gases de escape y, por tanto, también la turbina del compresor. 

 

Para adaptar la presión de sobrealimentación al estado de carga correspondiente y proteger el motor y el turbocompresor, es necesaria una regulación de la presión de sobrealimentación. Dependiendo del tipo de turbocompresor, se puede utilizar aquí un dispositivo de regulación mecánico-neumático o electromecánico. En el transcurso de este capítulo nos ocuparemos principalmente de la regulación electromecánica.

Dispositivo de regulación electromecánico para el turbocompresor de gases de escape

El actuador del turbocompresor, también llamado caja de control o regulador de la presión de sobrealimentación, es un dispositivo de regulación electrónico para turbocompresores variables y se utiliza principalmente para los turbocompresores de tobera variable (VNT) y de geometría de turbina variable (VTG).

 

En estos turbocompresores con geometría de turbina variable, el actuador controla de forma fiable y precisa el movimiento de los álabes guía. Mediante el ajuste de los álabes guía se influye en el flujo de gases de escape que llega a la rueda de la turbina y, por tanto, se modifica la presión de sobrealimentación, que puede adaptarse de forma óptima a todos los rangos de revoluciones. La presión de sobrealimentación necesaria se regula según un diagrama característico almacenado en la unidad de control del motor. La unidad de control del motor envía la presión de sobrealimentación deseada en forma de una señal al actuador del turbocompresor a través de una conexión de bus de datos. El actuador ajusta los álabes guía en función de la posición angular deseada contenida en la señal. 

 

Las ventajas de un dispositivo de regulación electrónico son:

  • Respuesta más rápida del turbocompresor incluso con regímenes bajos
  • Ajuste exacto de los álabes guía en todos los rangos de revoluciones
  • Mejora de los valores de emisión

Ajuste de los álabes guía

En la carcasa de la turbina, los álabes guía móviles están dispuestos en círculo sobre un anillo portador y conectados al anillo de ajuste por sus ejes a través de pasadores guía. El anillo de ajuste está a su vez conectado al actuador del turbocompresor a través de un varillaje. 

 

Si el anillo de ajuste es movido por el actuador, todos los álabes guía se ajustan de forma sincronizada y, por lo tanto, el área de entrada de la turbina se reduce o amplía. Esto, a su vez, influye en el comportamiento del flujo de los gases de escape y, por tanto, en la velocidad de la turbina. Esto permite aumentar o reducir selectivamente la presión de sobrealimentación. 

El actuador del turbo: Estructura y funcionamiento

La función principal del actuador es mover el eje a la posición especificada por la unidad de control o calculada a partir del diagrama característico.

 

Con la ayuda del sensor de posición inductivo sin contacto (sensor CIPOS), la posición del eje se determina continuamente y se comunica activamente. La determinación del ángulo se realiza de forma inductiva a través de un procedimiento sin contacto y, por lo tanto, sin desgaste, con lo que queda garantizada una alta precisión en la medición a lo largo de toda su vida útil. La tecnología CIPOS empleada se caracteriza sobre todo por su resistencia ante campos magnéticos y por su elevada estabilidad térmica.

 

Además del sensor CIPOS para la determinación precisa de la posición, la electrónica integrada también incluye el control del motor eléctrico y la diagnosis de fallos. De este modo se pueden detectar los errores, notificarlos e iniciar automáticamente las reacciones adecuadas. El actuador tiene un rango de ángulo de trabajo flexible y realiza un movimiento controlado hasta el tope. 

 

Dependiendo de la versión, la comunicación en el vehículo es posible tanto a través del bus CAN como a través de una señal modulada por ancho de pulsos (PWM).

Actuador del turbo defectuoso

Un fallo del actuador electromecánico del turbocompresor puede ser el siguiente:

  • Pérdida de potencia
  • Aceleración pobre o insuficiente
  • Encendido del testigo de aviso del motor
  • Reducción de la velocidad del vehículo
  • El vehículo funciona en “modo de emergencia”
     

Causas de un actuador turbo defectuoso: Causa del fallo

Las causas de un defecto en el actuador del turbocompresor pueden ser:

  • El varillaje del dispositivo de regulación o los álabes guía están rígidos o defectuosos
  • Corrosión de los componentes eléctricos debido a las influencias ambientales (agua, sal, etc.)
  • Daños mecánicos por influencia externa

 

Un defecto en el engranaje del actuador del turbocompresor suele ir precedido de un defecto en el ajuste de los álabes guía del turbocompresor. Con el tiempo, el flujo de gases de escape crea una fuerte contaminación en el interior del turbocompresor. Esta formación de hollín empeora la operatividad de los álabes guía. Esto conduce a una mayor necesidad de par para todo el actuador y, en última instancia, a daños en el engranaje del actuador y al registro de errores en la unidad de control del motor.

Búsqueda de fallos y reparación del actuador turbo: Indicación para la reparación

Como parte de la búsqueda de fallos se debería realizar primero una inspección visual del turbocompresor en el vano motor tras la diagnosis de las unidades de control.

 

El turbocompresor con sus componentes individuales siempre debe considerarse y diagnosticarse como una unidad. La mayoría de los fabricantes de vehículos no suministran piezas de recambio para los turbocompresores VNT/VTG. Esto no se debe a que no se confíe en que los técnicos del taller puedan realizar el cambio de los componentes individuales, sino a que el turbocompresor y el actuador electromecánico deben ajustarse con precisión el uno respecto del otro antes de poder instalarlos en el vehículo. Esta calibración se realiza en estado desmontado en un banco de flujo para turbocompresores (flow bench). En este banco de pruebas especial, se determina el caudal específico del vehículo (caudal MÍN/MÁX) y se ajusta como parte de un ajuste básico. Para ello, dependiendo del diseño, puede ser necesario que algunos actuadores se activen primero con un diagrama característico especial antes de la calibración, para que luego puedan ser reconocidos en el vehículo por la unidad de control del motor.

Aunque muchos actuadores de turbocompresor tienen el mismo aspecto exterior, el diseño y la configuración difieren según el tipo de vehículo y la unidad de turbocompresor. En la respectiva combinación con el turbocompresor, según los requisitos del fabricante del vehículo, se pueden instalar dos tipos de actuadores de turbocompresor HELLA. Aquí se distingue entre las versiones “Smart” y “Simple”. Mediante una unidad de control integrada, la versión “Smart” regula de forma autónoma el ajuste de los álabes guía, mientras que la versión “Simple” está controlada por una unidad de control del motor de nivel superior. Aunque visualmente son similares, el diseño técnico de la electrónica, el engranaje o la configuración de la carcasa es fundamentalmente diferente.

 

Por lo tanto, no es posible una reparación mediante el intercambio de varios componentes, como el engranaje o la electrónica, de diferentes actuadores.

Pruebas con el dispositivo de diagnosis utilizando el ejemplo de un Mercedes-Benz E350: Diagnosis de la unidad de control

La siguiente información de diagnosis se ilustra utilizando como ejemplo un Mercedes-Benz E350 24V CDI (212) del año 2014. 

 

El funcionamiento del actuador del turbocompresor es supervisado por la respectiva unidad de control del sistema de nivel superior. Los errores que se producen se almacenan en la memoria de averías de la unidad de control del motor y se pueden leer con un equipo de diagnosis adecuado. Dependiendo del vehículo y del sistema, pueden seleccionarse funciones adicionales, como la prueba de parámetros o de actuadores, y mostrarse en el dispositivo de diagnosis. Los datos de la comunicación con la unidad de control son la base para la localización de problemas y una reparación exitosa.

Código de avería

A través de esta función pueden consultarse y borrarse los códigos de avería almacenados en la memoria de averías. Además, también puede consultarse información relacionada con los códigos de avería.

 

En este ejemplo se ha desconectado el conector eléctrico del actuador del turbocompresor, lo que ha provocado que se registre el código de avería P004500 en la memoria de averías.

 

P004500 / válvula limitadora de carga
> avería o interrupción eléctrica

Parámetros

En esta función se pueden seleccionar y mostrar los valores de medición actuales, como la presión atmosférica y la presión de sobrealimentación.

Ajuste básico

En esta función, los valores de tope de la nueva unidad de turbocompresor pueden programarse en la unidad de control de nivel superior.

Comprobación de actuadores

En esta función, el actuador electromecánico del turbocompresor puede ser controlado por el dispositivo de diagnosis. De esta manera es posible realizar una comprobación del funcionamiento de los periféricos y de los correspondientes componentes del sistema sin mucho esfuerzo de desmontaje.

Esquemas de conexiones

Para la búsqueda de fallos puede recurrirse a los esquemas de conexiones específicos de cada sistema, incluidos en la información de cada vehículo. Aquí, por ejemplo, se puede leer la asignación del PIN en el actuador del turbocompresor y utilizarla para la posterior búsqueda de averías. 

¡Nota!

Las distintas posibilidades de diagnosis se han representado aquí a modo de ejemplo por medio del equipo de diagnosis mega macs 77. Dependiendo del fabricante del vehículo, tanto el alcance de las pruebas como la diversidad de funciones pueden variar, y dependen de la configuración del sistema de la unidad de control.

 

Las representaciones esquemáticas, imágenes y descripciones sirven para aclarar e ilustrar los textos del documento y no pueden considerarse la base de ningún tipo de reparación.