/25 TEMA 17 CONTROL DE MOTORES
Objetivos /25 <ul><ul><li>Describir la problemática del control de motores y la  </li></ul></ul><ul><ul><li>evolución hist...
Contenido <ul><ul><li>Evolución histórica </li></ul></ul><ul><ul><li>Fundamentos de control </li></ul></ul><ul><ul><li>Sis...
1. Evolución histórica /25 REGULACIÓN MANUAL SISTEMAS  MECÁNICOS (desde 1920-1930) CONTROL  ELECTRÓNICO (desde 1970s)
1. Evolución histórica (cont.) /25 REGULACIÓN MANUAL CONDUCTOR SISTEMAS  MECÁNICOS CONDUCTOR CONTROL  ELECTRÓNICO CONDUCTO...
2. Fundamentos de control /25 <ul><li>Los sistemas de control básicos se pueden clasificar en: </li></ul><ul><li>La estrat...
3. Sistemas controlados en los MCIA /25 <ul><li>Gestión del aire (I): </li></ul><ul><ul><li>Mariposa de admisión (MEP,MEC)...
3. Sistemas controlados en los MCIA (cont.) <ul><li>Gestión del aire (II): </li></ul><ul><ul><li>Sistema de admisión de ge...
3. Sistemas controlados en los MCIA (cont.) <ul><li>Gestión de la inyección - MEC: </li></ul><ul><ul><li>Presión de inyecc...
3. Sistemas controlados en los MCIA (cont.) <ul><li>Gestión del encendido - MEP: </li></ul><ul><ul><li>Avance de encendido...
4. Sensores <ul><li>Los sensores empleados en el control del motor deben ser: </li></ul><ul><ul><li>Fiables, robustos y du...
4. Sensores (cont.) <ul><li>Sensores habituales en motores comerciales: </li></ul><ul><ul><li>Posición acelerador      (su...
5. Control electrónico /25 MEP MEC <ul><li>Permite actuar sobre los sistemas del motor de forma  d iferenciada según los r...
5. Control electrónico (cont.) <ul><li>ECU (electronic/engine control unit), PCM (powertrain control module) </li></ul>/25
5. Control electrónico (cont.) <ul><li>Esquema general del sistema de control (HW+SW) </li></ul>/25 FILTRADO + CONVERSIÓN ...
5. Control electrónico (cont.) <ul><li>Los cableados convencionales están siendo sustituidos por conexiones por bus de dat...
5. Control electrónico (cont.) <ul><li>Esquema simplificado de niveles del sistema software </li></ul>/25 CONDUCTOR MOTOR/...
6. Sistema de control actual /25 MEDIDAS BRUTAS FILTRADO/ACONDIC. TEST DE SEGURIDAD CÁLCULO VALORES DE REFERENCIA Y PARÁME...
6. Sistema de control actual (cont.) <ul><ul><li>El cálculo de las referencias y parámetros se basa en la utilización de  ...
6. Sistema de control actual (cont.) <ul><ul><li>Ejemplo básico de control de la inyección </li></ul></ul>/25
6. Sistema de control actual (cont.) <ul><ul><li>Gestión real de la inyección </li></ul></ul>/25 RPM PME TORQUE MANAGEMENT
6. Sistema de control actual (cont.) <ul><ul><li>Evolución histórica del tamaño del  </li></ul></ul><ul><ul><li>SW (lógica...
6. Sistema de control actual (cont.) /25 <ul><ul><li>Existen decenas de miles de parámetros calibrables  </li></ul></ul><u...
Resumen /25 <ul><ul><li>El control de los motores ha evolucionado paralelamente a los motores. En la actualidad se emplean...
Bibliografía /25 <ul><ul><li>Internal combustion engine handbook: basics, components, systems and perspectives. </li></ul>...
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Tema17 Control De Motores

  1. 1. /25 TEMA 17 CONTROL DE MOTORES
  2. 2. Objetivos /25 <ul><ul><li>Describir la problemática del control de motores y la </li></ul></ul><ul><ul><li>evolución histórica de los sistemas de control </li></ul></ul><ul><ul><li>Conocer los actuadores y sensores empleados en los motores actuales (MEP y MEC) </li></ul></ul><ul><ul><li>Describir la estructura hardware y software de los sistemas de control electrónico </li></ul></ul><ul><ul><li>Conocer las ventajas que suponen los sistemas de control electrónico y el problema de la calibración de los mismos </li></ul></ul>
  3. 3. Contenido <ul><ul><li>Evolución histórica </li></ul></ul><ul><ul><li>Fundamentos de control </li></ul></ul><ul><ul><li>Sistemas controlados en los MCIA </li></ul></ul><ul><ul><li>Sensores </li></ul></ul><ul><ul><li>Control electrónico. ECU </li></ul></ul><ul><ul><li>Sistema de control actual </li></ul></ul>/25
  4. 4. 1. Evolución histórica /25 REGULACIÓN MANUAL SISTEMAS MECÁNICOS (desde 1920-1930) CONTROL ELECTRÓNICO (desde 1970s)
  5. 5. 1. Evolución histórica (cont.) /25 REGULACIÓN MANUAL CONDUCTOR SISTEMAS MECÁNICOS CONDUCTOR CONTROL ELECTRÓNICO CONDUCTOR ENTORNO OTROS SIST.
  6. 6. 2. Fundamentos de control /25 <ul><li>Los sistemas de control básicos se pueden clasificar en: </li></ul><ul><li>La estrategia de control se ve fuertemente condicionada por las variables que se es capaz de medir </li></ul><ul><ul><li>Bucle abierto: La acción de control no tiene en cuenta la diferencia entre el valor de la variable y el valor deseado </li></ul></ul><ul><ul><li>Bucle cerrado: La acción de control se calcula a partir de la diferencia entre el valor actual de la variable y la consigna </li></ul></ul><ul><ul><li>(uso generalizado de controles PID) </li></ul></ul>MEDIR: SENSOR FIABLE ROBUSTO ECONÓMICO ESTIMAR
  7. 7. 3. Sistemas controlados en los MCIA /25 <ul><li>Gestión del aire (I): </li></ul><ul><ul><li>Mariposa de admisión (MEP,MEC) </li></ul></ul><ul><ul><li>Turbina de geometría variable (MEC) </li></ul></ul><ul><ul><li>Válvula de EGR (MEP, MEC) </li></ul></ul><ul><ul><li>Waste gate (MEP) </li></ul></ul>
  8. 8. 3. Sistemas controlados en los MCIA (cont.) <ul><li>Gestión del aire (II): </li></ul><ul><ul><li>Sistema de admisión de geometría variable (MEP) </li></ul></ul><ul><ul><li>Sistema de escape de geometría variable (MEP) </li></ul></ul><ul><ul><li>Lumbreras de altura variable (MEP 2T) </li></ul></ul><ul><ul><li>Sistemas de distribución variable (MEP) </li></ul></ul><ul><ul><li>Válvula de swirl (MEC) </li></ul></ul><ul><ul><li>Compresor geometría variable (MEC futuro) </li></ul></ul><ul><ul><li>Sistemas de distribución variable electrohid. (futuro) </li></ul></ul><ul><ul><li>Sistemas de sobrealimentación secuenciales </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>(Sistema biturbo Peugeot: </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>¡WG+EGR+3 válvulas adicionales!) </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>… </li></ul></ul>/25
  9. 9. 3. Sistemas controlados en los MCIA (cont.) <ul><li>Gestión de la inyección - MEC: </li></ul><ul><ul><li>Presión de inyección (bomba baja presión, bomba alta presión y válvula de descarga) </li></ul></ul><ul><ul><li>Inicio de la inyección </li></ul></ul><ul><ul><li>Duración de la inyección </li></ul></ul><ul><ul><li>Perfil de la inyección (futuro) </li></ul></ul><ul><li>Gestión de la inyección - MEP: </li></ul><ul><ul><li>Presión de inyección </li></ul></ul><ul><ul><li>Inicio de la inyección </li></ul></ul><ul><ul><li>Duración de la inyección </li></ul></ul><ul><ul><li>Inyección directa gasolina  </li></ul></ul><ul><ul><li>convergencia con gestión MEC </li></ul></ul>/25 <ul><ul><li>hasta 5 inyecciones por cilindro y ciclo </li></ul></ul>
  10. 10. 3. Sistemas controlados en los MCIA (cont.) <ul><li>Gestión del encendido - MEP: </li></ul><ul><ul><li>Avance de encendido </li></ul></ul><ul><ul><li>Energía chispa </li></ul></ul><ul><li>Gestión térmica: </li></ul><ul><ul><li>Bypass radiador/intercambiadores </li></ul></ul><ul><ul><li>Electroventilador </li></ul></ul><ul><ul><li>Bujías de precalentamiento (MEC) </li></ul></ul><ul><ul><li>… </li></ul></ul><ul><li>Sistemas de postratamiento </li></ul><ul><li>Transmisión/vehículo: </li></ul><ul><ul><li>Panel salpicadero (testigos, indicadores…) </li></ul></ul><ul><ul><li>Frenos </li></ul></ul><ul><ul><li>Caja de cambios </li></ul></ul><ul><ul><li>Compresor aire acondicionado </li></ul></ul><ul><ul><li>Sistemas híbridos… </li></ul></ul><ul><ul><li>… </li></ul></ul>/25
  11. 11. 4. Sensores <ul><li>Los sensores empleados en el control del motor deben ser: </li></ul><ul><ul><li>Fiables, robustos y duraderos </li></ul></ul><ul><ul><li>Económicos </li></ul></ul><ul><ul><li>Necesarios </li></ul></ul><ul><li>La inclusión de un sensor en el sistema de control es compleja: </li></ul>/25 <ul><ul><li>Caso clásico: sensor de presión </li></ul></ul><ul><ul><li>en cámara </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Excelente herramienta de diagnóstico </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Problemas industrialización </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>(solucionables) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>No está claro cómo utilizarlo en </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>labores de control </li></ul></ul></ul>
  12. 12. 4. Sensores (cont.) <ul><li>Sensores habituales en motores comerciales: </li></ul><ul><ul><li>Posición acelerador (suele estar duplicado) </li></ul></ul><ul><ul><li>Posición cigüeñal (crítico para ubicar la inyección/encendido) </li></ul></ul><ul><ul><li>Posición árbol de levas (identifica PMS de compresión) </li></ul></ul><ul><ul><li>Temperatura refrigerante (protección del motor y gestión en arranque) </li></ul></ul><ul><ul><li>Temperatura lubricante (&quot;) </li></ul></ul><ul><ul><li>Sonda lambda (suele haber dos, permite el control del dosado) </li></ul></ul><ul><ul><li>Presión sobrealimentación </li></ul></ul><ul><ul><li>Gasto de aire en admisión </li></ul></ul><ul><ul><li>Temperatura aire en admisión </li></ul></ul><ul><ul><li>Presión de inyección (control inyección) </li></ul></ul><ul><ul><li>Temperatura carburante </li></ul></ul><ul><ul><li>Posición diferentes actuadores (TGV, válvula EGR, etc.) </li></ul></ul><ul><ul><li>Pedal de freno, embrague, marcha engranada, velocidad vehículo </li></ul></ul><ul><ul><li>Acelerómetro en el bloque (sensor picado, ruido) </li></ul></ul><ul><ul><li>Sensor de concentración de NOx </li></ul></ul>/25 (control de la sobrealimentación, EGR y emisión de humos)
  13. 13. 5. Control electrónico /25 MEP MEC <ul><li>Permite actuar sobre los sistemas del motor de forma d iferenciada según los requerimientos de conducción y funcionamiento  gran flexibilidad </li></ul><ul><li>Cada punto de funcionamiento es optimizable: </li></ul><ul><ul><li>Reducción de las emisiones </li></ul></ul><ul><ul><li>contaminantes </li></ul></ul><ul><ul><li>Optimización del rendimiento / </li></ul></ul><ul><ul><li>prestaciones </li></ul></ul><ul><li>Interacción con otros elementos de control del vehículo (ABS, ETC, cambio automático, control de velocidad, etc.) </li></ul><ul><li>Diagnóstico (on board diagnostics OBD) – de obligado cumplimiento </li></ul>
  14. 14. 5. Control electrónico (cont.) <ul><li>ECU (electronic/engine control unit), PCM (powertrain control module) </li></ul>/25
  15. 15. 5. Control electrónico (cont.) <ul><li>Esquema general del sistema de control (HW+SW) </li></ul>/25 FILTRADO + CONVERSIÓN A/D ETAPAS DE POTENCIA SENSORES eléctricos eléctro-neumáticos ACTUADORES SOFTWARE CABLEADO
  16. 16. 5. Control electrónico (cont.) <ul><li>Los cableados convencionales están siendo sustituidos por conexiones por bus de datos – CAN (controller area network) </li></ul>/25
  17. 17. 5. Control electrónico (cont.) <ul><li>Esquema simplificado de niveles del sistema software </li></ul>/25 CONDUCTOR MOTOR/VEHÍCULO COMPONENTE I/O PERIFÉRICOS PROCESADOR CONFIGURACIÓN BIBLIOTECAS COORDINACIÓN MOTOR TRANS. C1 C2 … Cn HW ERROR PROCESADOR PERIFÉRICOS &quot;quiero acelerar&quot;  par objetivo par objetivo  refs. sistemas refs. sistemas  actuadores señales de salida y de entrada
  18. 18. 6. Sistema de control actual /25 MEDIDAS BRUTAS FILTRADO/ACONDIC. TEST DE SEGURIDAD CÁLCULO VALORES DE REFERENCIA Y PARÁMETROS BUCLE DE CONTROL ACTUACIÓN Detección de errores Clasificación de errores (leves / críticos) Establecimiento de estrategias de socorro Sensor estropeado Lectura errónea Avería del sistema Se estima el valor de la medida Se adopta una posición concreta del actuador Corte el encendido/inyección, etc.
  19. 19. 6. Sistema de control actual (cont.) <ul><ul><li>El cálculo de las referencias y parámetros se basa en la utilización de </li></ul></ul><ul><ul><li>cartografías ( = tabla) </li></ul></ul>/25 α m f n <ul><ul><li>Existen diferentes cartografías: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Valores básicos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Correcciones </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Parámetros de controladores (P,I,D) </li></ul></ul></ul>1000 2000 3000 4000 5000 0 3.2 1.2 0 0 0 25 13 9.2 7.5 2 1 50 72 60.5 52.1 43 30 100 80 77 60 50 40 α m f n + T w n
  20. 20. 6. Sistema de control actual (cont.) <ul><ul><li>Ejemplo básico de control de la inyección </li></ul></ul>/25
  21. 21. 6. Sistema de control actual (cont.) <ul><ul><li>Gestión real de la inyección </li></ul></ul>/25 RPM PME TORQUE MANAGEMENT
  22. 22. 6. Sistema de control actual (cont.) <ul><ul><li>Evolución histórica del tamaño del </li></ul></ul><ul><ul><li>SW (lógica de control + calibración) </li></ul></ul>/25 8 bit 16 bit 32 bit Microprocesador
  23. 23. 6. Sistema de control actual (cont.) /25 <ul><ul><li>Existen decenas de miles de parámetros calibrables </li></ul></ul><ul><ul><li>La calibración es el proceso que permite la selección de estos valores, principalmente en base a ensayos experimentales </li></ul></ul><ul><ul><li>Es un proceso complejo debido a la gran cantidad de grados de libertad del sistema  Práctica CAM </li></ul></ul>
  24. 24. Resumen /25 <ul><ul><li>El control de los motores ha evolucionado paralelamente a los motores. En la actualidad se emplean sistemas electrónicos basados en unidades de control (ECU) </li></ul></ul><ul><ul><li>La ECU gobierna todos los sistemas que componen el motor y permite la interacción entre diferentes sistemas del vehículo </li></ul></ul><ul><ul><li>Para controlar y diagnosticar los diferentes sistemas del motor es necesario el empleo de sensores </li></ul></ul><ul><ul><li>El control electrónico permite gran flexibilidad: es posible optimizar el funcionamiento del motor en cada punto de operación </li></ul></ul><ul><ul><li>La calibración de los sistemas de control es un problema importante que debe resolverse en el proceso de desarrollo del motor </li></ul></ul>
  25. 25. Bibliografía /25 <ul><ul><li>Internal combustion engine handbook: basics, components, systems and perspectives. </li></ul></ul><ul><ul><li>R. van Basshuysen y F. Schäfer. </li></ul></ul><ul><ul><li>Electronic engine controls. </li></ul></ul><ul><ul><li>Varios autores, Society of Automotive Engineers (serie anual con la compilación de los artículos presentados en el congreso SAE). </li></ul></ul>

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