Mejore el rendimiento del motor con tecnología electroneumática

marca seeley
david schrader
Norgren

Este bloque de válvulas integrado controla las emisiones de la válvula de descarga del turbocargador para ayudar a cumplir con los estándares de motores diésel de la EPA de 2010. Se pueden configurar varias válvulas proporcionales en carcasas personalizadas para cumplir con diversos requisitos de rendimiento y diseño.


Los motores diésel se están convirtiendo rápidamente en una plataforma más compleja a medida que aumentan las demandas de los vehículos comerciales. Los requisitos que impulsan este progreso incluyen regulaciones de emisiones, estándares de eficiencia de combustible y mayores expectativas de conducción y confiabilidad por parte del usuario. Satisfacer estas necesidades requiere sistemas de control y actuadores asociados que maximicen el rendimiento de los sistemas específicos del vehículo.

Esta tendencia es particularmente evidente en los sistemas de control de emisiones que requieren control del turbocompresor, recirculación de gases de escape (EGR) y frenado de escape para la gestión térmica del postratamiento. En los últimos 15 años, los sistemas de refuerzo de motores diésel han pasado de turbocompresores pasivos simples con válvulas de descarga mecánicas simples a turbocompresores de geometría variable o de etapas múltiples impulsados ​​proporcionalmente que requieren un control de posición rápido, preciso y repetible.regulador de voltaje (VGT). Lo mismo ocurre con la válvula EGR y el freno de escape.

La tecnología de control electroneumático sigue el ritmo de los avances en los sistemas de refuerzo de motores. Por ejemplo, Norgren ha desarrollado una gama de válvulas de control neumáticas proporcionales montadas en el motor que proporcionan un control de circuito cerrado preciso al mismo tiempo que soportan altas vibraciones y temperaturas.

Ventajas de la Neumática
Algunos ingenieros dudan en utilizar sistemas neumáticos debido a viejos conceptos erróneos sobre el tiempo de respuesta, la precisión y el consumo de aire. Sin embargo, las continuas mejoras en velocidad y precisión significan que hay componentes y sistemas para cumplir con casi cualquier requisito. Las válvulas proporcionales contemporáneas tienen tiempos de respuesta tan bajos como 150 milisegundos y son comparables en velocidad a los actuadores eléctricos. Las válvulas proporcionales neumáticas de próxima generación reducirán aún más el consumo de aire y aumentarán la durabilidad.

Al mismo tiempo, las características inherentes de la aerodinámica aportan ventajas significativas. Los controles neumáticos son generalmente la tecnología más simple y familiar para el personal de mantenimiento. Por lo general, producen más fuerza o par y, por lo tanto, son más adecuados para lidiar con problemas de la vida real, como la fricción estática en las válvulas de aleta debido a la corrosión o la mala calidad del combustible. El hecho de que utilicen controles electrónicos menos complicados y no requieran refrigeración por agua ni engranajes también contribuye a su simplicidad y fiabilidad.

Los sistemas neumáticos son particularmente atractivos en los motores diésel debido a su durabilidad a pesar del duro entorno operativo.

Los componentes neumáticos también ofrecen a los diseñadores una gran flexibilidad para cumplir con los requisitos de rendimiento y configuración. Los proveedores con una amplia gama de productos y capacidades de ingeniería especializada pueden cumplir con los requisitos, desde la válvula de 2 vías y 2 posiciones más simple hasta plataformas integradas con válvulas proporcionales de circuito cerrado complejas.

Control electrónico
El sistema de control electroneumático es ideal para el rendimiento exigente y los requisitos de espacio de los motores diesel de servicio pesado de hoy. El «cerebro» electrónico se puede montar lejos del motor, mientras que las válvulas funcionan más cerca de la acción. El sistema se puede configurar para un control de bucle abierto simple para abrir o cerrar la válvula. Sin embargo, cada vez más diseñadores aprovechan los sistemas de circuito cerrado.

En comparación con una serie de válvulas individuales, la unidad «plug and play» reduce el número de puntos de conexión eléctrica y neumática y la posibilidad de errores de instalación o fugas. También puede operar en un espacio más pequeño.


Los controladores electrónicos en sistemas de circuito cerrado no solo dirigen la operación de los componentes, sino que también recopilan datos que se usan para monitorear la operación y señalar problemas. Se puede programar para medir presión, posición y caudal en cualquier punto del proceso. Esta capacidad de monitorear y autorregular continuamente permite sistemas de circuito cerrado con alta precisión. El circuito de retroalimentación también hace que el sistema sea ideal para el diagnóstico a bordo, ya que el controlador puede monitorear el rendimiento y la condición de los sistemas neumáticos y recopilar y almacenar datos para el mantenimiento y los informes reglamentarios.

Bloque de válvulas multifuncional
El control electrónico de una sola válvula brinda todos los beneficios anteriores, pero la integración de múltiples válvulas y otros componentes en una sola carcasa o colector de aluminio fundido puede aumentar significativamente el valor del sistema. Esto se puede ver claramente en el ejemplo de un bloque de válvulas de control multifunción (MCVB) utilizado para controlar las emisiones de la válvula de descarga del turbocompresor y el frenado de escape en motores de camiones pesados.

Los diseños anteriores se basaban en válvulas separadas, cada una con su propia carcasa, conexiones neumáticas, cableado y accesorios de montaje. La nueva versión integra varias válvulas proporcionales, reguladores de presión, sensores de presión y todos los accesorios relacionados en una carcasa de aluminio fundido con un conector.

MCVB magnifica las ventajas inherentes de los sistemas de control electroneumático. Instalar una unidad «plug and play» es más fácil que instalar una sola válvula. Menos puntos de conexión eléctrica y neumática significan menos errores de instalación y menos posibilidades de fugas.

La válvula de respuesta rápida de la unidad ajusta rápidamente la mezcla de aire/combustible para controlar las emisiones, al mismo tiempo que brinda al conductor la respuesta del motor y la potencia que necesita. El posicionamiento de la válvula de alta precisión es preciso y el controlador electrónico no necesita corrección y ajuste constantes.

Esta vista ampliada muestra la integración de múltiples válvulas proporcionales, reguladores de presión, sensores de presión y todos los accesorios asociados en una sola carcasa de aluminio fundido con un solo conector.


La unidad integrada utiliza un circuito común de entrada y escape. Combina cuatro módulos en uno, lo que reduce el número total de componentes en un 30 %. La MCVB también requiere menos hardware de montaje y ocupa mucho menos espacio que una sola válvula. Esto brinda a los diseñadores más opciones de ubicación y más espacio para otros equipos.

La instalación de componentes en una sola unidad tiene otra ventaja: en lugar de calificar y verificar el rendimiento de cada componente, MCVB actúa como una unidad completa y probada previamente.

Variaciones de tema
El MCVB fue desarrollado por el grupo de ingeniería personalizado Engineering Advantage de Norgren para cumplir con los requisitos específicos de los estándares de emisiones de la EPA de 2010. Pero una plataforma electroneumática integrada puede adaptarse a cualquier tipo de aplicación. Muchos aspectos se pueden modificar para cumplir con los requisitos de rendimiento y durabilidad y para adaptarse a configuraciones de diseño específicas.

Por ejemplo, los componentes se pueden instalar en lingotes complejos, como MCVB. O un colector de flujo laminar podría permitir conexiones en tres dimensiones, aumentando la funcionalidad y reduciendo el tamaño. Se pueden combinar varias operaciones en una sola unidad y las conexiones se pueden configurar para que coincidan con otros componentes del motor.

Las opciones de materiales incluyen aluminio para materiales ligeros o acero inoxidable para entornos químicos o salinos. Incluso las carcasas ligeras de material compuesto o de plástico se pueden usar para algunas aplicaciones debajo del capó. Una vez más, los sellos se especifican en función del entorno operativo.

El sistema de control de motor electroneumático integrado se puede diseñar para resistir los entornos más hostiles, lo que lo hace valioso no solo para camiones, sino también para aplicaciones de construcción, ferroviarias y equipos pesados. El desarrollo conjunto de sistemas integrados con proveedores neumáticos especializados permite a los fabricantes de equipos originales concentrar los escasos recursos de ingeniería en sus competencias principales y llevar los productos al mercado más rápidamente.

Mirando hacia el futuro
El control de la admisión, el aire de carga y los gases de escape son requisitos básicos que cumplen los sistemas de control electroneumático, y estos sistemas de accionamiento para motores diésel seguirán mejorando. Además de esto, la tecnología tiene oportunidades para el cierre y control de gas natural comprimido (GNC), gas licuado de petróleo (GLP) y gas natural licuado (GNL), y control y regulación de emisiones de urea.

La necesidad de una mayor eficiencia de combustible y mayores reducciones en las emisiones de CO2 traerá al mercado nuevos sistemas de recuperación de calor residual. Las tendencias en biocombustibles y vehículos híbridos continúan creando nuevas oportunidades para el control avanzado de movimiento y fluidos.

Mark Sealy es Director de Ingeniería y David Shrader es Gerente de Desarrollo de Negocios Globales Vehículos Comerciales, Norgren, Littleton, Colo. Para mayor información por favor visite www.norgren.com/usa y www.engineeringadvantage.com .

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