Este manual ha sido realizado con el fin de servir de apoyo para capacitaciones que buscan mejorar la calidad de mano de obra y servicios en nuestro pais. Algunas imágenes, asi como referencias textuales han sido tomadas de libros tecnicos y manuales de servicio automotriz.

 TKD Electronics, 2005 Impreso en Cali, Colombia Enero de 2005

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Introducción a la Inyección Electrónica

Nota para el Lector ...

Este material teórico esta diseñado para ser soporte y complemento para las presentaciones que realizara el facilitador, permitiendo que el participante adquiera la mayor cantidad de conocimientos. Es importante que usted lea este material para comprender mejor las temáticas tratadas en las charlas teóricas, los procedimientos realizados y los resultados obtenidos en las practicas.

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TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN

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1.

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1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 2. 2.1 2.2 2.3 3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

4.

CONCEPTOS BASICOS SOBRE MOTORES COMPONENTES BASICOS DE LOS MOTORES. CONVERSION DE ENERGIA. PRODUCCION DE ENERGIA DEL MOTOR. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR A GASOLINA. CILINDROS DEL MOTOR. NUMERACION Y ORDEN DE ENCENDIDO DE CILINDROS. DIAMETRO Y CARRERA. DESPLAZAMIENTO DEL MOTOR. RELACIONES DE COMPRESIÓN. RECORRIDO DEL PISTÓN Y DEL MUÑON DEL CIGÜEÑAL. SISTEMAS DEL MOTOR. AIRE Y PRESIÓN ATMOSFÉRICA. PRESIÓN Y MEDICION DE LA PRESIÓN. VACIÓ DEL MÚLTIPLE DE ADMISIÓN Y PRESIÓN ATMOSFERICA. EFICIENCIA DEL MOTOR. POTENCIA DEL MOTOR. CABALLOS DE FUERZA AL FRENO DEL MOTOR. POTENCIA INDICADA. PORQUE DESAPARECE EL CARBURADOR? CIRCUITO DE MARCHA EN VACIO (MINIMA). CARGA MEDIA ZONA DE POTENCIA A PLENA CARGA. PORQUE NACE LA INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE. INYECCION TIPO D-JETRONIC INYECCION TIPO L-JETRONIC INYECCION TIPO LH-JETRONIC QUE ES OBD I Y OBD II QUE ES CAPAZ DE MANEJAR UN SISTEMA ELECTRÓNICO DE INYECCIÓN DE COMBUSTÍBLE? PARALELO ENTRE EL CARBURADOR Y UN SISTEMA DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE

4.1 ELEMENTOS CONTROLADOS Y SU EVOLUCION. 4.1.1 DOSIFICACIÓN DE COMBUSTIBLE 4.1.2 SISTEMA DE ENCENDIDO 4.1.3 EFICIENCIA VOLUMÉTRICA 4.1.4 RELACIÓN DE COMPRESIÓN ii

2 2 3 4 8 8 8 9 9 10 12 12 13 14 14 17 17 17 19 21 21 22 24 25 27 29 31 31

32 33 33 35 40 41

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5. 5.1 5.2 5.3

CONTROLES ADICIONALES EN LOS SISTEMAS INYECTADOS ELECTRÓNICAMENTE MOTOR DE MARCHA MÍNIMA (IAC) SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES DE GASES. CONTROLES SOBRE EL SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO

42 43 44 47

6.

COMO SE REALIZA EL CALCULO DEL PUNTO, LA SECUENCIA Y EL TIEMPO DE APERTURA DE UN INYECTOR. 48

7.

MONITOREO DE CONDUCTAS MECANICAS O AMBIENTALES

54

8.

CONTROL DE LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL MOTOR

55

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INTRODUCCIÓN La constante evolución hacia la cual se vio avocado el motor de automóvil, respondió a necesidades especificas que se generaron en diversos momentos o etapas. Es así como en los 60, la prioridad en el diseño del automóvil era el caballaje del motor, respondiendo solo a la necesidad de seguridad y duración. A partir de los años 70, ante la exigencia de los países, donde más demanda existe en el parque automotor sobre los niveles de emisiones contaminantes, los motores se equiparon con cantidad de dispositivos encargados de contrarrestar dichos efectos nocivos, esta evolución provoco la inclusión de controles electrónicos a los automóviles, es así como nace el sistema de inyección electrónica de combustible como la respuesta más eficaz a las emisiones de gases. Trayendo consigo innumerables desarrollos en las demás condiciones del automóvil. Este acelerado desarrollo tecnológico al que ha sido sometido el parque automotor en los últimos años y la apertura hacia nuevas tecnologías y mercados ha producido un “Shock" en el ámbito de todo el sector dedicado a la prestación de servicio post-venta, talleres autorizados, centros de mantenimiento y reparación, en fin, todo el sector que se mueve alrededor del automóvil. La apertura económica hacia la cual se ha volcado el país, inundo el mercado de una gama muy amplia de vehículos de todas las marcas y perfiles tecnológicos, de los cuales no teníamos ni la documentación, ni la capacitación técnica para ofrecerles servicio. Esta descompensación entre la cantidad de vehículos equipados con sistemas de inyección y la poca oferta de capacitación técnica en el área, justifica el desarrollo y consolidación de programas de formación técnica de mano de obra calificada que atienda el mercado de los vehículos de alta tecnología.

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1. CONCEPTOS BASICOS SOBRE MOTORES Lo primero que hay que aclarar es que lo que cambia entre un automóvil de carburador y uno de inyección electrónica es la manera como le dosificamos la mezcla de aire / combustible, por lo tanto si la constitución del motor no varia, primero debemos entender que es el motor del automóvil para lograr comprender cuales son sus parámetros de control. Como todos sabemos los motores de los automóviles, son maquinas de combustión interna, tipo térmicas, entonces ahora veremos algunos conceptos de una maquina térmica. 1.1

COMPONENTES BASICOS DE LOS MOTORES. El motor básico se compone de un bloque de cilindros, un pistón móvil dentro del cilindro, una biela sujeta en el extremo superior al pistón y en el fondo a la porción descentrada del cigüeñal, un árbol de levas para accionar las dos válvulas ( de admisión y de escape ), y una culata de cilindros. Un volante esta sujeto a un extremo del cigüeñal. El otro extremo del cigüeñal tiene un engrane para impulsar el engrane del árbol de levas. El engrane del árbol de levas es dos veces más grande que el engrane del cigüeñal. Esto impulsa al árbol de levas a la mitad de la velocidad del cigüeñal.

1.2

CONVERSION DE ENERGIA.

El motor de combustión interna se utiliza para convertir la energía química del combustible en energía térmica, para luego convertir esta energía térmica en energía mecánica útil. Esto se consigue combinando las cantidades apropiadas de aire y combustible, y quemando la mezcla en un cilindro encerrado a una velocidad controlada. Una relación promedio de aire / combustible para una buena combustión es de aproximadamente 14.7 partes de aire (O2) por 1 parte de combustible (HC) en peso. Esto significa que por cada litro de gasolina que se quema, se requiere él oxígeno de alrededor 34.000 a 38.000 litros de aire. El aire contiene aproximadamente 20% de oxigeno y 80% de nitrógeno. Los motores a diesel trabajan con una relación aire / combustible mucho más amplia, pues la admisión de aire no se regula en la mayor parte de los motores de este tipo.

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1.3

PRODUCCION DE ENERGIA DEL MOTOR.

La energía del motor es necesaria para mover el vehículo. Para ello, el motor convierte la energía del combustible en energía útil. Lo hace por la reacción de las cantidades apropiadas de aire y combustible ( mezcla aire I combustible ), en los cilindros. A esto se le llama combustión. Conforme desciende cada pistón, se crea en el cilindro un vació parcial. La presión atmosférica que entra por el cuerpo del estrangulador y los conductos del múltiple de admisión fuerza a la mezcla aire I combustible a entrar en los cilindros mas allá de las válvulas de admisión abiertas. Cuando ha entrado al cilindro la cantidad apropiada de mezcla aire I combustible, la válvula de admisión se cierra atrapando la carga de aire I combustible en el cilindro. Esto ocurre muy poco después de que el pistón empieza a subir en el cilindro. Conforme el pistón continua subiendo, la carga de aire I combustible se comprime hasta aproximadamente el 12% de su volumen original. Una chispa de la bujía enciende la mezcla exactamente en el momento correcto para obtener la mejor operación. La mezcla reacciona a una velocidad controlada, aunque parece explotar. El resultado de esto es una rápida acumulación de calor y presión en el cilindro. La alta presión en el cilindro fuerza al pistón hacia abajo. El movimiento del pistón se transfiere a una porción descentrada del cigüeñal por medio de una biela, lo que hace que el cigüeñal gire. Cuando el pistón se acerca al fondo de su limite de recorrido, se abre la válvula de escape. El movimiento ascendente del pistón fuerza a los gases de escape gastados mas allá de la válvula de escape abierta para entrar al sistema de escape, y de ahí hacia la atmósfera. Esta serie de sucesos se repite una y otra vez en cada cilindro conforme trabaja el motor. La combustión ocurre en cilindros alterno s a intervalos regularmente espaciados, para proporcionar un flujo uniforme de energía; La producción de energía aumenta conforme se abre mas el estrangulador permitiendo que entre mas mezcla aire I combustible a los cilindros. Solo alrededor de un tercio de la energía es utilizable. Los otros dos tercios se pierden a través de los sistemas de enfriamiento y de escape. El fabricante de vehículos decide el tipo y tamaño del motor que se utilizara en cada modelo de automóvil en particular. Los automóviles más grandes tienen generalmente motores más grandes. Con frecuencia se emplea el mismo motor en varios modelos distintos, con diferencia de diseño menores. En ciertas aplicaciones, se puede utilizar un turbo cargador o súper cargador para aumentar la producción de energía.

•

De la energía disponible en la mezcla, solo alrededor de un tercio es energía utilizable en el motor de combustión interna.

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La combustión de la mezcla aire I combustible en el cilindro crea la presión necesaria para forzar al pistón a descender y hace girar el cigüeñal.

1.4

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR A GASOLINA.

Motor de ciclo de cuatro tiempos Al movimiento del pistón desde su posición mas alta (PMS, punto muerto superior; ingles TDC) hasta su posición mas baja (PMI, punto muerto inferior; en ingles BDC) se le llama tiempo, golpe o carrera. Casi todos los motores de automóvil trabajan con el principio del ciclo de cuatro tiempos. Una serie de sucesos en la que intervienen cuatro carreras del pistón completa un ciclo. Estos sucesos son (1) la carrera de admisión, (2) la carrera de compresión, (3) la carrera de ignición, y (4) la carrera de escape. Se requiere dos revoluciones del cigüeñal y una revolución del árbol de levas para completar un ciclo •

La distancia que recorre el pistón desde el PMS hasta el PMI se conoce como carrera, la longitud de la carrera esta determinada por el diseño del cigüeñal y es dos veces el tamaño del brazo de manivela.

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•

Funcionamiento del motor de ciclo de 4 tiempos.

CICLO DE ADMISIÓN: En la carrera de admisión, el cigüeñal y la biela jalan hacia abajo al pistón dentro del cilindro. Durante este tiempo, el árbol de levas mantiene abierta la válvula de admisión. Como el pistón ha descendido dentro del cilindro creando un área de baja presión (vació), la presión atmosférica fuerza una mezcla de aire / combustible mas allá de la válvula de admisión a entrar al cilindro. La presión atmosférica es aproximadamente 14.7 lb/pulg2 (101.35 kPa) al nivel del mar. La presión en el interior del cilindro durante la carrera de admisión es considerablemente inferior a esto. La diferencia de presión es la fuerza que causa que la mezcla de aire / combustible fluya al interior del cilindro, puesto que un liquido o un gas (vapor) fluye siempre de un área de alta presión a un área de baja presión.

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CICLO DE COMPRESIÓN: conforme el cigüeñal eleva al pistón desde el PMI, la válvula de admisión se cierra. la mezcla de aire f combustible es atrapada en el cilindro arriba del pistón. El recorrido subsecuente del pistón comprime la mezcla de aire / combustible a aproximadamente un octavo de su volumen original cuando el pistón alcanza el PMS. Esto completa la carrera de compresión.

CICLO DE IGNICIÓN: Cuando el pistón esta cerca de, o en, el PMS, se enciende la mezcla. La quema (combustión) de la mezcla ocurre a una velocidad controlada. La expansión de la mezcla en combustión causa una rápida elevación de presión. Esto fuerza al pistón a descender en la carrera de ignición, lo que hace que gire el cigüeñal. Al final de la carrera de ignición, el árbol de levas abre la válvula de escape y se inicia la carrera de escape. La presión que queda en el cilindro, junto con el movimiento ascendente del pistón, expulsan los gases del cilindro. Al concluir la carrera de escape, se cierra la válvula de escape y se abre la válvula de admisión, para repetir una y otra vez el ciclo completo de sucesos.

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•

•

Al elevarse el pistón dentro del cilindro, fuerza a los gases de escape a salir mas allá de la válvula de escape abierta en la carrera de escape.

Ejemplo de un diagrama de tiempos de válvulas indicando la duración de cada carrera en grados de rotación del cigüeñal.

Para que el motor arranque, se requiere algún método para dar manivela al motor para hacer girar al cigüeñal y mover los pistones. Esto lo hace el motor de arranque cuando la llave de encendido se halla en la posición de arranque. Cuando ha entrado a los cilindros suficiente mezcla aire / combustible y esta se enciende, las carreras de ignición generan energía suficiente para que continué la rotación del cigüeñal. En ese momento, se deja que la llave de encendido pase a la posición de marcha y el arrancador se desacopla. En el volante y otras partes giratorias se almacena suficiente energía para que los pistones y otras partes relacionadas hagan las otras tres carreras (escape, admisión y compresión). La cantidad de la mezcla aire / combustible que es admitida a los cilindros determina la energía y la velocidad que desarrolla el motor.

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1.5

CILINDROS DEL MOTOR.

Los motores pueden tener 3, 4, 5, 6, 8, 10 o 12 cilindros. En general, los motores con menos cilindros tienen menos potencia, si los demás factores son iguales. Las construcciones del motor pueden ser en línea (con todos los cilindros dispuestos en línea recta), en V (dos hileras de cilindros dispuestos en un ángulo de 60,. 90, o 15 grados), u opuestos (hileras de cilindros opuestas, a 180 grados una de la otra). Las construcciones en línea y en V son las mas populares.

1.6

NUMERACION Y ORDEN DE ENCENDIDO DE CILINDROS.

El fabricante de motores decide de manera arbitraria acerca del método de numeración y el orden de encendido de los cilindros durante el diseño del motor. La secuencia en que se encienden los cilindros esta proyectada para distribuir tan uniformemente como es posible la carga de los impulsos de energía a lo largo del cigüeñal. Los motores en línea suelen tener los cilindros numerados en orden desde el frente (el extremo opuesto al volante) hacia atrás. En los motores en V, el cilindro numero uno puede estar al frente de cualquiera de las hileras de cilindros. En ciertos motores, todos los cilindros de numero impar se hallan en una hilera y todos los cilindros de numero par en la otra. 1.7

DIAMETRO Y CARRERA.

El diámetro (diámetro interno del cilindro) y la carrera (la distancia que el pistón recorre dentro del cilindro) del motor son factores importantes en la potencia y el rendimiento del motor. Un motor en el que las dimensiones de diámetro y carrera son iguales se conoce como motor cuadrado. Un motor en el que la carrera es mayor que el diámetro se llama motor subcuadrado. Un motor con diámetro mayor que la carrera se llama motor sobrecuadrado. Un motor sobrecuadrado proporciona aceleración rápida y responde muy bien a velocidades mas elevadas del motor, pero le falta par de torsión a baja velocidad. Este motor requiere una relación global de tren de impulsión mas baja para aprovechar sus mayores rpm. Un motor subcuadrado tiene una respuesta menor y es un motor mas lento, pero tiene un buen par de torsión a baja velocidad. Este motor requiere una relación global de tren de impulsión mas elevada para obtener mejor economía de combustible. Un motor cuadrado significa un compromiso entre el par de torsión a baja velocidad y la potencia a alta velocidad.

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1.8

DESPLAZAMIENTO DEL MOTOR.

El desplazamiento de un motor se determina por el diámetro interior del cilindro, la longitud de la carrera y el numero de cilindros. Es la cantidad o volumen de aire que expulsa (desplaza) del cilindro un pistón al moverse del PMS al PMI, multiplicado por el numero de cilindros del motor. El desplazamiento se calcula como sigue: πr2 x carrera x numero de cilindros donde π =3.14 y r2= radio x radio (radio =1/2 del diámetro del cilindro) Un motor de seis cilindros con un diámetro interior de 100 mm y una carrera de 80 mm, se calcularía así: Primero debemos pasar los milímetros a centímetros. 100 rnm = 10 cm 80 mm=8cm (3.14) x (5 x 5) x (8 x 6) = 37771 centímetros cúbicos de desplazamiento o 3.771 litros. La potencia que un motor es capaz de producir depende en gran medida de su desplazamiento. Los motores con mas desplazamiento pueden introducir una cantidad mayor de mezcla aire / combustible con cada carrera de admisión y, en consecuencia, pueden producir mas potencia. El desplazamiento del motor se puede aumentar por diseño en tres formas: (1) aumentando el diámetro interno de los cilindros, (2) alargando la carrera, y (3) aumentando el numero de cilindros. 1.9

RELACIONES DE COMPRESIÓN.

La relación de compresión de un motor es un factor importante para determinar su rendimiento. Es la relación entre el volumen total del cilindro (con el pistón en el PMI) y el volumen de la cámara de combustión (con el pistón en el PMS). En general, las relaciones de compresión mas altas aumentan la potencia, reducen el consumo de combustible, aumentan la carga de manivela, y son mas propensas al autoencendido o golpeteo del motor por detonación. Las relaciones de compresión varían por lo general desde 8:1 hasta 10:1, aproximadamente. Por lo común, los motores turbocargados o supercargados tienen una relación de compresión mas baja que casi todos los motores de aspiración natural, con el fin de reducir la tendencia al golpeteo. La detonación y el daño grave al motor son consecuencias de una relación de compresión demasiado elevada. El diseño de la cámara de combustión y el tipo de gasolina (octanaje o grado antidetonante) utilizados afectan también al punto en que ocurrirá la detonación. La detonación es el encendido del combustible por la alta temperatura causada por la elevada presión en la cámara de combustión. El combustible puede encenderse antes que se produzca la chispa en la bujía, y la combustión es rápida y sin control. Esto hace que las partes estén sujetas a calor y esfuerzo excesivos.

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•

La relación de compresión es el volumen del cilindro mas el de la cámara de combustión, comparado con el volumen de la cámara de combustión.

•

Las relaciones de compresión de los motores diesel son mucho mas altas, por lo general varían entre 15:1 hasta 22: 1.

1.10 RECORRIDO DEL PISTÓN Y DEL MUÑON DEL CIGÜEÑAL. Se pueden considerar constantes y en una trayectoria uniforme la velocidad y la distancia recorrida por el muñón del cigüeñal a cualquier velocidad dada del motor. Sin embargo, esto no es así en el caso de la velocidad y el recorrido del pistón. Cuando la velocidad del muñón del cigüeñal es uniforme, la velocidad y la distancia que recorre el pistón que esta conectado a él varia a causa del ángulo entre el muñón del cigüeñal y la biela. Cuando el pistón alcanza la posición del PMS, su velocidad es cero. Conforme comienza a descender, la velocidad se incrementa con rapidez. En un punto en donde el muñón del cigüeñal esta aproximadamente a 63° DPMS, el pistón ha alcanzado su máxima velocidad. Este es el punto en el cual la línea central del brazo de manivela y la línea central de la biela forma un ángulo de 90°. Después de este punto, la velocidad del pistón disminuye hasta que llega a cero en la posición del PMI. Conforme el pistón se mueve hacia arriba a partir de este punto, su velocidad aumenta hasta que alcanza un máximo a aproximadamente 63° APMS. De este punto en adelante el pistón baja gradualmente su velocidad hasta que llega de nuevo al PMS, donde se detiene una vez mas. La velocidad del pistón se da normalmente como una velocidad media en metros por minuto (m/min) y se puede calcular como sigue: Velocidad del pistón = longitud de la carrera x RPM / 2 Es necesario dividir entre 2 porque el pistón recorre dos veces la distancia de la carrera durante cada revolución. La distancia que recorre el pistón varia con el ángulo de manivela. A partir de la posición de PMS del muñón del cigüeñal, el pistón recorre una distancia mayor durante los primeros 90° de rotación de manivela que la que recorre durante los segundos 90°. Conforme el muñón del cigüeñal continua mas allá de la posición de PMI a través de los terceros 90° de rotación, el recorrido del pistón es menor que en el caso de los últimos 90°, cuando alcanza la posición de PMS.

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La fuerza de la presión de combustión no tiene ningún efecto rotatorio sobre el cigüeñal cuando el pistón esta en la posición de PMS. Conforme el muñón del cigüeñal pasa la posición de PMS en la carrera de ignición, aumenta la ventaja mecánica a través del ángulo de la biela hasta que alcanza su máximo aproximadamente a 63° DPMS, este es el punto en el que el muñón del cigüeñal y la biela forma un ángulo de 90°. De ahí en adelante, la ventaja de fuerza disminuye con rapidez al mismo tiempo que se reduce la presión de combustión.

•

•

Eje de levas superior.

Árbol de levas único.

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1.11 SISTEMAS DEL MOTOR. Son necesarios varios sistemas para arrancar el motor y mantenerlo funcionando. Estos sistemas tienen que estar en buenas condiciones para proporcionar el nivel esperado de rendimiento y conducibilidad. Esto incluye lo siguiente.

1. Sistema de lubricación del motor : proporciona la lubricación a las partes móviles del

2. 3. 4. 5. 6.

7.

motor para reducir la fricción y el desgaste, ayudar a enfriar partes del motor, contribuir al sellado entre las partes móviles del motor, y ayudar a mantener limpias las partes del mismo. Sistema de enfriamiento del motor : apresura el calentamiento del motor, extrae el exceso de calor del motor, mantiene la temperatura de operación del motor apropiada, y proporciona calor para el compartimiento de pasajeros. Sistemas de arranque y carga : proporcionan energía eléctrica para arrancar el motor y para el sistema de encendido y los sistemas de control por computadora. Sistema de encendido : proporciona la chispa adecuada en las bujías, exactamente en el momento correcto, para arrancar y hacer funcionar el motor. Sistema de combustible : proporciona la cantidad correcta de combustible atomizado y vaporizado a todos los cilindros del motor, exactamente en el momento correcto, para todas las condiciones de operación del motor. Sistemas de admisión y escape : el primero proporciona al motor la cantidad correcta de aire de admisión para obtener una combustión apropiada, el segundo remueve del motor los gases de escape y los trata para reducir las emisiones nocivas hacia la atmósfera. Sistema de control de emisiones : reducen la cantidad de emisiones nocivas que produce el motor, hasta unos limites permitidos.

1.12 AIRE Y PRESIÓN ATMOSFÉRICA. Los motores automotrices necesitan mucho aire para producir la potencia requerida. Es la presión del aire (presión atmosférica) lo que fuerza al aire a entrar al motor. La presión atmosférica y la humedad relativa del aire son factores importantes para determinar que tan bien funciona un motor y la energía que es capaz de producir. La atmósfera es una capa de aire que rodea la superficie de la tierra. Esta capa de aire ejerce una fuerza contra la superficie terrestre a causa de la fuerza de gravedad del planeta. Esta fuerza, o presión, de la atmósfera contra la superficie terrestre es lo que se conoce como presión atmosférica. La presión atmosférica es máxima al nivel del mar, porque hay mas atmósfera sobre un punto dado que la que hay en cierto punto de una montaña elevada. En consecuencia, el aire es también menos denso (las moléculas no están empacadas unas contra otras tan estrechamente) a altitudes mayores. Una columna de 1 pulg2 de atmósfera, al nivel del mar, pesa 14.7 libras. La presión atmosférica al nivel del mar es por tanto, 14.7 Ib/pulg2 (psi). Sin embargo, en la cima de una montaña de 3000 m de altura, una columna de 1 pulg2 de aire pesa solo 12.2 libras; en consecuencia, la presión atmosférica es 12.2 Ib/pulg2 a esa altitud. Es importante reconocer este hecho, porque la admisión de aire de un motor es afectada de manera adversa cuando aumenta la altitud.

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La temperatura del aire también influye sobre la capacidad de un motor para producir energía. Cuando se calienta el aire, se expande y se vuelve menos denso. A causa de esto, el motor no puede entonces admitir tanto aire en la carrera de admisión y, por tanto, producirá menos energía. La densidad del aire se expresa en Ib/pie3 o en Kg/m3. La humedad del aire es el porcentaje de humedad que el aire es capaz de mantener en suspensión a una temperatura dada. A 100% de humedad, el aire no puede sostener ninguna humedad adicional. A 50% de humedad, hay en el aire la mitad de la humedad que es capaz de sostener a esa temperatura. La humedad del aire mejora el funcionamiento del motor, porque tiene un efecto de enfriamiento, los motores no funcionan tan bien en aire caliente y seco. La presión atmosférica se mide con un barómetro y se expresa en pulgadas o milímetros de mercurio (Hg.). Al nivel del mar, la presión atmosférica es 14.71b/pulg2 = 101.35 kPa. Pues 1 pulg. de mercurio es igual a 3.38 kPa. O, dicho de otro modo, la presión atmosférica al nivel del mar es 14.7 Ib/pulg2 (101.35 kPa). 11b/pulg2 de presión es igual a 6.985 kPa. Otra unidad de medición de presión es el bar. Un bar equivale a 0.986923 atmósferas. Un pascal es igual a 1 newton de fuerza aplicado sobre 1 meto cuadrado.

•

La presión atmosférica es máxima al nivel del mar y disminuye con la altitud.

1.13 PRESIÓN Y MEDICION DE LA PRESIÓN. La presión se puede definir como una fuerza que se aplica sobre un área especifica. Por ejemplo, 100 lb. de metal que descansan sobre un área de 10 pulg2 ejercen una presión de 10 Ib/pulg2 de presión. La presión de compresión en el cilindro de un motor se mide en libras por pulgada cuadrada. Un ejemplo representativo podría ser una presión de compresión de 100 Ib/pulg2. los medidores de presión que se emplean en la industria automotriz registran cero a la presión atmosférica. En consecuencia, todas las lecturas de presión que se toman miden presiones arriba de la atmosférica, excepto en el caso de las mediciones de vació.

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1.14 VACIÓ DEL MÚLTIPLE DE ADMISIÓN Y PRESIÓN ATMOSFERICA. La diferencia entre la presión atmosférica y la presión absoluta en el múltiple de admisión del motor y en los cilindros determina la cantidad de aire que cada cilindro podrá admitir en la carrera de admisión. Cuando esta diferencia de presión es mayor, se admite mas aire y se produce mas energía. Una diferencia de presión mas pequeña significa que se admite menos aire y se produce menos energía, si el motor esta en buenas condiciones (los anillos y las válvulas cierran herméticamente), su capacidad para producir bajas presiones en los cilindros es buena. Cuando los anillos y las válvulas no sellan apropiadamente, dejan que el aire pase alrededor de ellos al interior de los cilindros en la carrera de admisión, lo cual reduce el vació en los cilindros y en el múltiple de admisión. Una mayor presión absoluta en el múltiple de admisión reduce la diferencia de presión y, por tanto, la capacidad del motor de producir energía. El vació del múltiple de admisión se mide con un vacuómetro, en milímetros (o pulgadas) de mercurio (Hg.). esto se basa en el uso de un manómetro de tubo en U para medir la diferencia de presión. Se usa un dispositivo de tubo en U lleno parcialmente de mercurio, con graduaciones en milímetros o pulgadas. Un extremo del tubo se abre a la atmósfera (presión atmosférica), mientras que el otro se conecta al múltiple de admisión. Con el motor funcionando, la diferencia entre las alturas de las dos columnas es la cantidad de vació presente. los vacuómetros automotrices modernos se basan en este sistema de medición. El vació normal en el múltiple de admisión con el motor en marcha mínima es de alrededor de 20 pulgadas de mercurio (508 mmHg.). en marcha mínima las placas de estrangulación están casi cerradas y dejan entrar muy poco aire al motor. A velocidades de crucero, el vació del múltiple de admisión desciende, a causa de la mayor abertura de estrangulador, lo que deja entrar mas aire al motor. A altitud es mayores y mas baja presión atmosférica, entra aire menos denso al motor y se produce menos energía. El vació se utiliza en el automóvil para accionar diversos dispositivos, tales como el reforzador de frenos de potencia, los accionadores de puertas de control de flujo de aire en los sistemas de calefacción y aire acondicionado, los controles de las válvulas EGR, el control de velocidad de crucero, y otros. 1.15 EFICIENCIA DEL MOTOR. El grado de eficiencia del motor se expresa en cifras de porcentaje, que resultan de una comparación de la potencia teórica de un motor, sin perdidas de potencia, respecto a la potencia real disponible del motor. La eficiencia mecánica y la eficiencia térmica son dos formas que se usan para expresar la eficiencia de los motores. •

EFICIENCIA VOLUMETRICA. La cantidad de aire que un motor es capaz de admitir dentro del cilindro en la carrera de admisión, comparada con el llenado completo del cilindro con aire a presión atmosférica, se conoce como la eficiencia volumétrica de un motor. Se puede definir como la relación entre el volumen total del cilindro y lo que en realidad se admitió en la carrera de admisión.

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El motor no es capaz de admitir, en cada carrera de admisión, un llenado al1 00% a causa de limitaciones de diseño. Factores tales como diámetros de válvulas y puertos, configuración de conductos del múltiple, sincronización de válvulas, velocidad del motor y presión atmosférica, todos ellos afectan la eficiencia volumétrica . Un motor que funciona a 3000 rpm tendrá solo la mitad del tiempo para llenar el cilindro en cada carrera de admisión, que el que tendría a 1500 rpm. Ya que este es el caso, la eficiencia volumétrica baja conforme aumenta la velocidad del motor (cuando la velocidad del motor sobrepasa cierto limite). Un motor que trabaja en un área que esta a 1500 m arriba del nivel del mar tendrá menos eficiencia volumétrica que el mismo motor al nivel del mar, porque la presión atmosférica es mas baja a 1500 m del nivel del mar, puesto que es la presión atmosférica la que fuerza a la mezcla aire I combustible a entrar al cilindro, es fácil ver que habrá una reducción correspondiente en la eficiencia volumétrica conforme aumenta la altitud del carro. La eficiencia volumétrica se incrementa mediante uso de sistemas de admisión y escape afinados, construcción de motor con válvulas múltiples, ejes de levas variables, múltiples de admisión variables, turbocargadores o supercargadores. EFICIENCIA TERMICA. La eficiencia térmica de un motor es el grado al cual el motor tiene éxito en convertir la energía del combustible en energía térmica o potencia útiles. Es la energía térmica del cilindro lo que obliga a que se muevan los pistones, lo cual da por resultado la rotación del cigüeñal. El motor no es capaz de quemar el1 00% del combustible que llega a los cilindros. Parte de él permanece sin quemar en las áreas mas frías del cilindro como resultado de no tener suficiente oxigeno para quemarse. En teoría, una mezcla de aire / combustible de 14.7 partes de aire y 1 parte de combustible en peso es capaz de quemarse al 100%. Esta se conoce como mezcla estequiometrica, una mezcla químicamente correcta para combustión completa en un motor a gasolina. Parte de la energía térmica que produce el combustible que se ha quemado en el cilindro es removida del motor por el sistema de escape. El sistema de enfriamiento remueve del motor otra parte de esa energía. El sistema de lubricación y los efectos de radiación de calor se llevan calor adicional del motor. Aproximadamente el 35% de la energía térmica se pierde a través del sistema de enfriamiento, y otro 35% a través del sistema de escape. Esto deja solo un 30% de energía térmica como potencia útil, y de esta se pierde otro 5% por la fricción del motor. La eficiencia térmica del motor a gasolina varia entre 20 y 30%. La eficiencia térmica de un motor a diesel puede acercarse al 40%. El motor a diesel es capaz de operar con una mezcla de aire / combustible mas pobre que un motor a gasolina, y tiene una eficiencia térmica mas alta porque tiene una relación de compresión mas alta. Como la mayor parte de los motores a diesel no tienen placa de estrangulación para restringir la admisión de aire, siempre hay un exceso de admisión de aire.

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•

Cuadro ilustrativo de perdidas en cada sistema.

•

EFICIENCIA DE COMBUSTIBLE La eficiencia de combustible es en realidad la razón de consumo de combustible por distancia recorrida. Se expresa en millas recorridas por galón de combustible consumido, o en litros de combustible consumido por cada 100 Km. recorridos. La eficiencia de combustible depende de todos los factores precedentes, y además del peso, dimensiones y carga del vehículo. La legislación federal, en EUA exige que los fabricantes de vehículos alcancen una economía corporativa de combustible media especifica (CAFÉ: corporate average fuel economy) para todos los modelos que producen.

•

EFICIENCIA MECANICA. Como ya se ha mencionado, la potencia indicada es la potencia teórica que un motor es capaz de producir. Se expresa en caballos de fuerza o en kilowatts. La potencia al freno es la potencia real que produce el motor, expresada en caballos de fuerza o en KW. La formula para calcular la eficiencia mecánica de un motor compara la potencia al freno con la potencia indicada, y se calcula dividiendo la PI entre la PF.

•

OTROS FACTORES DE EFICIENCIA. Ocurren perdidas adicionales de energía que resultan de factores tales como fricción en el tren de impulsión, resistencia al rodaje, resistencia del aire, y velocidad del vehículo. Se puede perder tanto como el 15% de la energía térmica del combustible por fricción en el tren de impulsión. La resistencia al rodaje varia de acuerdo con el tipo de neumático que se utilice, las presiones de inflado de los neumáticos, y el estado de la superficie del camino. Los neumáticos radiales presentan menos resistencia al rodaje que los neumáticos de capas oblicuas. Los neumáticos insuficientemente inflados aumentan la resistencia al rodaje, al igual que las superficies blandas de los caminos.

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la resistencia del aire se relaciona directamente con la velocidad del vehículo, el diseño de la carrocería, y la dirección y velocidad del viento. las carrocerías de automóvil de diseño aerodinámico presentan menos resistencia al viento que las que tienen diseños rectangulares como de caja. Las áreas frontales mas grandes de la carrocería aumentan la resistencia al viento. Una velocidad mayor del viento y la conducción contra él causan mayor resistencia. Todos estos factores influyen sobre cuanta energía térmica (y, por tanto de combustible) se requerirá para operar el vehículo. Los hábitos de conducción, tales como aceleración y frenado frecuentes y rápidos, aumentan el consumo de combustible de cualquier vehículo. 1.16 POTENCIA DEL MOTOR. Para producir energía, un motor automotriz tiene que gastar energía en forma de trabajo. Se dice que se hace trabajo cuando una fuerza aplicada vence una resistencia y se mueve a través de una distancia. El trabajo produce resultados medibles. Cuando se gasta suficiente energía a través de la aplicación de una fuerza para vencer la resistencia al movimiento de los pistones y el cigüeñal del motor. La potencia es la razón a la cual se hace trabajo. En el sistema ingles, la potencia se expresa en caballos de fuerza, y en el sistema métrico en kilowatts. La formula para calcular la potencia es. P = F x (D/T) En donde F = fuerza D = distancia T = tiempo 1.17 CABALLOS DE FUERZA AL FRENO DEL MOTOR. Un hombre llamado Watt, al observar la capacidad de un caballo para realizar trabajo en una mina, decidió arbitrariamente que esta capacidad para realizar trabajo era el equivalente de levantar 33.000 lb. de carbón una distancia de 1 pie en 1 minuto. Esto se convirtió en la medida normal de una unidad de potencia llamada caballo de fuerza (horsepower), que es equivalente a 0.746 Kilowatt. 1.18 POTENCIA INDICADA. La potencia indicada es la potencia teórica que un motor es capaz de producir. Se calcula utilizando los factores siguientes: • • • • •

P = presión efectiva media en el cilindro, en libras por pulgada cuadrada. L = longitud de la carrera del pistón, en pies. A = área de la sección transversal del cilindro, en pulgadas cuadradas. N = numero de carreras de ignición por minuto para un cilindro. K = numero de cilindros del motor. PI = P x L x A x N x K /33.000 (en caballos de fuerza).

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En conclusión.

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2. PORQUE DESAPARECE EL CARBURADOR? Para poder comprender porque desaparece el carburador, primero debemos analizar como lograba el carburador satisfacer las diferentes necesidades del motor, y por que era ineficiente. El carburador dosifica combustible dentro de una corriente de aire en proporción requerida para la velocidad y carga del motor. Responde automáticamente a los cambios de funcionamiento del motor, satisfaciendo sus necesidades. El carburador opera principalmente bajo el principio venturi, por tanto observemos.

•

El efecto venturi crea un aumento en la velocidad, en el punto donde se reduce el diámetro. Cuanto mayor sea la restricción, mayor será la velocidad.

Un ejemplo simple y practico es sostener una cuchara en el chorro de una llave de agua, tal como lo muestra la figura.

Otro principio que hay que mirar para el buen funcionamiento de un carburador es el de atomización y vaporización. Atomización: La atomización (mal llamada pulverización }es la subdivisión del combustible liquido y su mezclado con el aire, y empieza por añadir aire desde los orificios de conducción al combustible liquido a medida que este se desplaza a través de los pasajes del carburador, ocurre una mayor atomización después de que el combustible sale de la boquilla principal hacia la corriente de aire fluyendo hacia los tubos de toma o entrada, esta función la cumple dentro del carburador la cámara de emulsión. Observemos a continuación una grafica del efecto de atomización

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•

Observamos como el respiradero de aire nos da una pre-mezcla de aire combustible. y una mezcla mas fluida.

Vaporización o Gasificación : Esto únicamente ocurre por el efecto de la temperatura de la cámara de admisión, y es debido a esto que el combustible liquido se vuelve gas, dado que es la única manera de lograr su volatilidad, y su combustión.

Ahora bien, una vez analizado el principio bajo el cual opera un carburador, analizaremos co~ satisface el carburador las 3 necesidades básicas de carga del motor. •

MARCHA AL VACIÓ ( MINIMA ).

•

CARGA MEDIA.

•

ZONA DE POTENCIA A PLENA CARGA.

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2.1

CIRCUITO DE MARCHA EN VACIO (MINIMA).

•

2.2

En la grafica podemos observar, Que en un carburador la moneda no cierra totalmente debido a Que debo crear una corriente de aire para poder arrastrar el combustible.

CARGA MEDIA

•

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al abrir una cantidad mayor la moneda del carburador, creo una corriente de aire con una velocidad mas elevada y por tanto dosificara mas combustible.

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2.3

ZONA DE POTENCIA A PLENA CARGA.

VÁLVULA DE POTENCIA

Como logra el carburador que el aire 'arrastre" el combustible? Cuando yo almaceno combustible a una determinada altura en la cámara de la flota, este tiene una energía potencial, cuando restrinjo el paso de aire por medio del venturi, le estoy dando al aire mas velocidad, esto se convierte en energía cinética, la cual me permite que el aire que fluye por el venturi arrastre el combustible que se encuentra en la cámara de la flota. Por lo tanto a mayor abertura de la moneda del carburador, mayor cantidad de aire fluirá por allí, por tanto mas combustible "arrastrara" del dosificador. Este modo de operación resultaba ineficiente porque dosificaba grandes cantidades de combustible en marchas mínimas y poco combustible en marchas altas. Debido al vació en cada situación. •

Que es vació? Es una diferencia de presiones, o simplemente una presión inferior a la presión atmosférica, por lo general negativa.

•

Cuando hay mas vació en mínima aceleración o en máxima aceleración? En mínima aceleración, debido que al estar cerrada la moneda, la diferencia entre la presión del motor y la presión atmosférica se hace máxima.

Que es un efecto choque en un carburador? Porque se usa esa estrategia? Un efecto choque es restringir el paso de aire, para enriquecer la mezcla de aire / combustible; se utiliza porque a temperaturas muy bajas en la cámara de admisión el combustible se vuelve mas denso, por lo tanto pesa mucho mas. Entonces el Hc. se quedara asentado en las paredes de la cámara de admisión, con esto garantizo que algo de combustible me llegue al cilindro y la maquina encienda.

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•

AHORA ANALICEMOS EN UN GRAFICO LA DOSIFICACION DE COMBUSTIBLE DE UN CARBURADOR SEGÚN LA APERTURA DEL ESTRANGULADOR.

En el grafico se puede observar como para un estrangulador cerrado, la relación de dosificación de aire / combustible es muy alta, como en cargas medias se trata de estabilizar y en marchas altas vuelve y se pierde esta relación. (la relación adecuada seria 14.7:1) •

AHORA ANALICEMOS, COMO SON LAS EMISIONES DE GASES DE UN SISTEMA CARBURADO EN LAS TRES NECESIDADES DE CARGA DE UN MOTOR.

Se analizan básicamente tres gases, hidrocarburos (Hc.), monóxido de carbono (CO.), y óxidos nitrosos (NOx.). se puede observar como para marchas mínimas la liberación de Hc es alta, igual que en marchas plenas. Igualmente sucede con la liberación de CO. Al observarse esta deficiencia en el control de emisiones de gases, y al ser esta la preocupación de la sociedad de ingenieros americanos (SAE), es ellos quienes le dictan a las ensambladoras, las normas que deben de pasar sus automóviles para ser vendidos en ese país.

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3. PORQUE NACE LA INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE.

Otro de los agentes variadores de la cantidad de aire en un motor, es la altura, ya que como ya lo habíamos mencionado la presión atmosférica disminuye con la altitud y es ella la encargada de empujar al aire a entrar al motor. Es así como una vez planteado el problema y una posible solución la Bendix es quien empieza a desarrollar los primeros prototipos de inyección electrónica de combustible, pero debido a su poca visión y bajo presupuesto esta compañía le vende las matrices a la Bosch, y es esta quien las comercializa, por lo tanto analizaremos los 3 modelos mas importantes en el desarrollo de la inyección electrónica, identificando sus variantes y el porque de su evolución.

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3.1

INYECCION TIPO D-JETRONIC

Es el primero de los prototipos.

Características principales: • • • • • •

Posee un inyector para arranque en frió, operado independientemente por un termosuiche. Los platinos le proporcionan una señal sincrónica a la ECU para la apertura de los inyectores. Un L VDT, o transductor lineal de presión, y es el que le informa acerca del vació del múltiple, para así calcular la cantidad de aire que logro entrar al múltiple de admisión. Un ECT, para sensar la temperatura del motor. Un TPS, para sensar la posición del estrangulador. Inyectores con conexión a masa constante y alimentación positiva controlada por la ECU. y un solo cable de control, es decir operación simultanea.

Ahora analicemos el modo operativo de un LVDT Para este efecto es claro entender que el vació en el múltiple es directamente proporcional a la cantidad de aire que fluye en el, es decir a la velocidad absoluta del aire dentro del mismo.

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LVDT

Para comprender el funcionamiento de este sensor, hay que entender una de las leyes del electromagnetismo, que dice que, todo conductor que corta las líneas de fuerza de un campo magnético se induce en el una corriente eléctrica y viceversa. Si observamos la grafica vemos que por dos de sus conectores de entrada se alimenta una bobina creando así un campo magnético, y debido a la cantidad de vació en el múltiple este hace desplazarse linealmente una bala dentro del campo y de acuerdo a la posición de ella, se induce un voltaje en ella, transmitido ala ECU por los otros dos conectores, proporcional al vació. Porque desaparece este modelo? Desaparece debido a que la señal que el envía es una señal alterna, debida a su forma de captación de bobina, y este tipo de señales no son muy fácil de manejar por la computadora, pues ella debe primero rectificarlas y luego convertirlas a señales digitales que son las que la ECU es capaz de manejar.

Por lo tanto, se diseña una alternativa con potenciómetros y es llamada la L-JETRONIC.

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3.2

INYECCION TIPO L-JETRONIC

Características principales : • • • • • •

La variación mas importante es la del sensor de flujo de aire V AF de aleta, y es por medio del cual se informa la ECU del volumen de aire que entra al motor. Inyectores operando en grupos de dos inyectores, y con conexión constante de alimentación positiva, y masa controlada por la ECU. Bobina, para la señal sincrónica de apertura de inyectores. Sensor de oxigeno para la medición de la concentración de oxigeno en los gases de escape. IAT, para la medición de la temperatura del aire entrante. Los demás sensores son iguales al modelo anterior el D-JETRONIC.

Ahora observemos el modo operativo y componentes de un sensor de flujo de aleta VAF.

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VAF

Este sensor incorpora tres elementos básicos, un potenciómetro que mide el desplazamiento angular de una aleta desplazada por el aire entrante, un sensor de temperatura para el aire, y un interruptor para el relevo de la bomba de combustible. Al aire entrar desplaza una aleta, la cual tiene en su eje un cursor que se desplaza por una pista de carbón dando como resultado una variación de voltaje que es entendida por la computadora como el volumen de aire que ingreso al motor, una pequeña cantidad de aire, desplazara poco la aleta. Y una cantidad mayor la desplazara una porción mayor. Este sensor es calibrable y reparable por medio de la tensión del resorte que devuelve la aleta. Este tipo de sensor maneja una señal análoga de voltaje. Porque desaparece? Desaparece debido a que en un momento de des aceleración del motor una llama de combustible se devuelve de la cámara de admisión y daña el sensor, la única marca que lo logra mantener hasta el año 1.996 es toyota debido a que monta dos sensores de detonación y en los momentos de desaceleración atrasa la chispa 2 o 3 grados para evitar que la flama se devuelva contra el sensor. Por este evento se crea el sistema LH-JETRONIC que soluciona este problema incorporando un sensor de masa de aire por medio de un hilo caliente.

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3.3

INYECCION TIPO LH-JETRONIC

Características principales : • •

Este modelo incorpora todas las características del modelo L-JETRONIC Adicionalmente se incorporo un sensor de masa de aire MAF, por medio de un hilo caliente, este sensor posee un microprocesador propio de el, y es este quien a la final envía la señal a la ECU.

Ahora observemos el principio operativo de un sensor de flujo de aire, por medio de un hilo caliente.

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MAF

Este sensor esta ubicado entre la manguera de toma de aire y el múltiple de admisión, su principio de operación es el siguiente: Cuando un hilo se precalienta a alta temperatura (130-200°C) con corriente continua, se coloca en medio del flujo de aire. el calor del hilo es absorbido por el aire entrante, a menor flujo de aire menor será la disipación de calor, ya mayor flujo de aire. mayor será la disipación de calor. Por lo tanto si la temperatura del hilo caliente se baja el microprocesador se da cuenta de esto por medio de un termistor, y le proporciona mas corriente para mantener constante la temperatura del hilo, esta variación en la corriente entregada al hilo se puede entender como la cantidad de aire que fluye por el sensor hacia el motor. En este momento es cuando Bosch, vende sus matrices a compañías como mitsubishi, hitachi, y son ellas quienes continúan con el desarrollo tecnológico de estos sistemas, y es también quienes están a la vanguardia.

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3.4

QUE ES OBD I y OBD II

Inicialmente estos sistemas no poseían sistema de autodiagnóstico, por lo que era casi imposible en el momento de falla, encontrar la fuente del problema. Por eso en el ano de 1.980 se implementa la norma de OBD I (Diagnostico a bordo 1), esta norma consistía en ubicar una unidad de diagnostico dentro de la computadora del vehículo y además comprendía los limites máximos permitidos para la emisión de gases de vehículos con este equipamiento, el diagnostico en OBD I era un diagnostico por componentes, es decir el solamente podía mirar cuando fallaba un sensor en especial. La comunicación en esta norma es Uni- direccional, es decir, que solamente la PCM transmitía datos. Ya para el año de 1.996, se implementa OBD II, esta norma hace mas estrictos los limites de emisión de gases, e incorpora un diagnostico no solo por componentes sino además un diagnostico por sistemas. E incluye una comunicación BI-direccional con la PCM, es decir, que el mecánico le puede decir a la PCM ciertos parámetros iniciales, y ella le ayudara en el diagnostico, además la PCM puede enviar al mecánico los códigos de falla. 3.5

QUE ES CAPAZ DE MANEJAR UN SISTEMA ELECTRÓNICO DE INYECCIÓN DE COMBUSTÍBLE?

Para comprender mejor, cuales son los alcances de un sistema de inyección electrónica de combustible, haremos un paralelo entre este y un sistema carburado. Mirando como manejaba cada uno de los parámetros de eficiencia de un motor de combustión interna un sistema carburado y como lo ha mejorado y su forma de operario en un sistema de inyección electrónica de combustible. Los parámetros que miraremos serán: •

Dosificación de combustible.

•

Sistema de encendido o control de chispa.

•

Eficiencia volumétrica.

•

Relación de compresión.

•

Controles adicionales en los sistema de inyección electrónica de combustible.

Observemos a continuación el cuadro comparativo.

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4. PARALELO ENTRE EL CARBURADOR Y UN SISTEMA DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE ELEMENTOS CONTROLADOS Y SU EVOLUCION SISTEMAS CARBURADOS SISTEMAS INYECTADOS ELECTRONICAMENTE A. DOSIFICACIÓN DE COMBUSTIBLE Inyectores electrónicos con diámetros fijos, pero con pulsos de control variables. SU EVOLUCION • Se modifica el valor resistivo de sus bobinas pasando de una alta resistencia a una baja resistencia para ganar velocidad de respuesta al control. • Su coeficiente de corrección se aumenta de 10 veces/seg. a 8000 veces/seg. permitiendo una dosificación mas controlada. • Se modifica su ubicación, es decir el punto del motor donde inyectara el combustible es asi: Dosificadores mecánicos de diámetro fijo. TBI MPI ID Inyecta en el Inyecta en el Inyecta en la cuerpo del puerto de la cámara de estrangulador. válvula. combustión. Secuencia de operación Grupales Secuenciales Simultáneos Operan cada uno Operan todos los Operan por por separado, inyectores al grupos, casi similar al orden de siempre de dos mismo tiempo, 1 encendido. solo cable desde inyectores. la PCM. B. SISTEMA DE ENCENDIDO Sistemas de encendido electrónicos con interruptores Sistemas de encendido convencional, con avances por electrónicos, con avances calculados desde un depresión o mecánicos, y referencias de disparo de microprocesador e interpretados por un modulo (ESA). Sistemas de encendido por desecho (DIS) platinos e interruptores electrónicos Sistemas de encendido directo (COP) C. EFICIENCIA VOLUMÉTRICA Modificar los tiempos de apertura de las válvulas. Modificar los tiempos de apertura de las válvulas. • Avance apertura admisión (AAA). • Avance apertura admisión (AAA). • Retraso cierre admisión (RCA). • Retraso cierre admisión (RCA). • Avance apertura escape (AAE). • Avance apertura escape (AAE). • Retraso cierre escape (RCE). • Retraso cierre escape (RCE). Turbo cargadores. Múltiples de admisión variables (VIRS). Turbo sopladores. Ejes de levas de admisión con desplazamientos variables (V-TEC). D. RELACION DE COMPRESIÓN Volumen de la cámara de combustión fijo. Volumen de la cámara de combustión variable (Pulmón)

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4.1 4.1.1

ELEMENTOS CONTROLADOS Y SU EVOLUCION. Dosificación de combustible

Los sistemas carburados únicamente poseían dosificadores mecánicos con diámetros fijos, comúnmente llamados “chicleres”, en cambio en los sistemas de inyección electrónica de combustible se manejan inyectores electromagnéticos de diámetro fijo, pero con pulsos de apertura variable. Es decir, si logro tener abierto el inyector un segundo el dosificara por ejemplo 10ml de combustible, pero si lo tengo abierto dos segundos el dosificara 20ml de combustible, y es de esta manera como la PCM logra dar una mayor o menor entrega de combustible a la maquina. La evolución de los inyectores empieza, con la disminución del valor resistivo de sus bobinas, es decir, si tenemos una bobina de alta resistencia esta demorara mucho tiempo después de recibir el pulso para abrirse, en cambio si tenemos una baja resistencia la apertura será instantánea al pulso de control. Esto es vital para el buen funcionamiento del sistema dado que la computadora no puede calcular un tiempo para que su orden sea ejecutada después. Esta evolución nos da como resultado velocidad de respuesta de los inyectores a los pulsos de control. Su evolución continuo en cuanto al numero de correcciones del pulso por segundo, inicialmente su coeficiente de corrección era de 10 veces por segundo, y actualmente es de 8.000 veces por segundo. Esto nos permite modificar el pulso un numero mayor de veces, permitiendo una dosificación mas acorde a los momentos de carga y exigencia de la maquina. También se modifica su punto de ubicación, es decir, el punto en el cual el inyector hace la entrega de combustible al sistema. Estos puntos son:

TBI (Monopunto) : Su punto de entrega es la entrada del múltiple de admisión, exactamente donde estaba montado el carburador. En el cuerpo del estrangulador, observemos una grafica ilustrativa.

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MPI (Multipunto): los Inyectores se encuentran ubicados en el puerto de la válvula de admisión de cada cilindro, existe un inyector por cada cilindro. Veamos la grafica.

ID (Inyección Directa): Es lo ultimo que se ha desarrollado aun no se encuentra en el mercado, existe un inyector por cilindro, y va montado en una cámara adyacente a la camisa del cilindro, es decir inyecta directamente al cilindro, muy parecido a la ubicación de los inyectores en el sistema de inyección directa diesel.

Otro punto importante en cuanto a la evolución del inyector electromagnético, fue su modo operativo de control. Es decir, que inyectores actuaban con una sola señal de control, y se puede clasificar as!: Simultáneos: Este tipo de control se caracteriza por una sola etapa en la PCM, para cuatro inyectores, ellos mantienen 12v constantes por el relevo de mando, y la computadora les pulsa la masa, mediante un solo transistor, es decir, todos los inyectores .surtirán" gasolina al mismo tiempo, sin importar cual cilindro se encuentre en admisión. El cilindro que se encuentre en admisión aprovechara el combustible y en los otros cilindros este quedara atrapado en el puerto de la válvula esperando a que esta sea abierta. Grupales: En esta configuración los inyectores operan en grupos de dos inyectores, es decir, que por cada dos inyectores habrá un cable de control hacia la PCM, exactamente igual al anterior solamente aprovechara el combustible el cilindro que se encuentre en carrera de admisión. Secuenciales: En este tipo de conexión, existe un cable de control para cada inyector, y estos operan independientemente, su secuencia de funcionamiento es igual a la de encendido. Es lo mas avanzado en cuanto al control de inyectores.

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También cabe destacar que inicialmente los inyectores eran metálicos, pero con el tiempo el mugre se adhería a ellos y provocaba fallas en los sistemas de inyección electrónica, actualmente los inyectores son de plásticos resistentes y antiadherentes, esto hace que no requieran limpieza. Pero este servicio hay que mantenerlo en el taller, porque el cliente siempre lo pedirá. 4.1.2

Sistema de encendido

Los sistemas carburados logran una evolución en cuanto al elemento de control, pero sus avances siguen siendo por depresión (vació) y mecánicos (pesas). Primero comprendamos como opera el sistema. Existe un platino, conectado en un extremo a masa y en el otro extremo al negativo de la bobina, la bobina posee alimentación de 12v constante, y tiene un cable conectado indirectamente a la bujía. La única función del rotor es decidir a que bujía le debe llegar la corriente. Cuando se daba el momento oportuno las levas que se encontraban sincronizadas con cada pistón, abrían el platino, produciendo así que el voltaje almacenado en el primario de la bobina, se indujera en el secundario. y este se descargara hacia la bujía, produciendo entonces el salto" de la chispa. El problema de este sistema radicaba que a altas revoluciones del motor, el platino se volvía "armónico", es decir, ni se abría, ni se cerraba. Por lo tanto los motores no podrían alcanzar altas rpm. Como el problema era la punta de control, entonces se modifico el platino por una bobina captadora, y un modulo que interpretara su señal. Estas bobinas producen una señal de voltaje alterno, donde sus picos de voltaje dependen de la distancia de la leva a la bobina captadora y su frecuencia de disparo depende de la velocidad de giro de la leva, el punto neutro de la onda es el que el modulo interpreta como el punto de disparo de la bobina.

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•

•

Cuando la leva se esta acercando a la bobina se produce el ciclo positivo de la onda.

Cuando la leva se encuentra en frente de la bobina se produce el cambio de positivo a negativo, es aquí cuando el modulo dispara la bobina.

•

Cuando la leva se esta alejando de la bobina se produce el ciclo negativo de la onda y el ciclo se repite.

El problema de este sistema radicaba que en un momento de arranque el motor gira aproximadamente a 400 rpm, y si la batería no se encontraba bien cargada, la bobina no alcanza a excitar la base del transistor del modulo para que este active la bobina, por lo tanto, el motor no encendía. Este problema lo solucionaron al sustituir la bobina por interruptores electrónicos tipo hall y óptico, ya que la sensibilidad de estos no dependía de la velocidad de giro. El modulo se sigue manteniendo. pero los avances de estos sistemas seguían siendo por depresión o mecánicos.

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Un efecto hall, consiste en un Imán situado perpendicularmente a un transistor sensible a campos magnéticos, es decir, cuando el imán incide sobre este, se genera un pulso que es interpretado por el modulo. Lo único que cambie en este tipo de encendido es la punta de captación, el resto del sistema, la bobina, el modulo, el rotor, la tapa de distribución y las bujías son iguales a los anteriores.

La platina de la copa interrumpe la incidencia del imán sobre el transistor magnético, esta obturación y des-obturación genera en la entrada del sistema una onda digital. Esto fue lo ultimo que se monto en sistemas carburados, donde sus avances siguen siendo por depresión o mecánicos. En los sistemas de inyección electrónica se conserva inicialmente el esquema del sistema de encendido de un vehículo con carburador, pero sus avances ya no son ni depresivos, ni mecánicos. Sus avances son calculados electrónicamente por la computadora basada en el monitoreo de los PMS de cada cilindro, y los grados de giro del cigüeñal, al primer sistema desarrollado se le llamo Sistema ESA (Sistema de avance electrónico). Otro de los cambios en el sistema fue la bobina, anteriormente era un auto transformador dado que la bobina primaria y la secundaria se encontraban con un punto común, además, era refrigerada por aceite, por eso se llaman bobinas húmedas. Estas bobinas se reemplazaron por transformadores aislados y donde su refrigeración era por una goma en los devanados.

Este cambio en la bobina, creo un aumento en el voltaje sobre la bujía de casi 22000 voltios, se llego a aumentar a casi 32000 voltios. Esto nos ofrece una mayor descarga y por lo tanto un mejor quemado de la mezcla dentro del cilindro.

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Este sistema fue muy eficiente, pero se perdía mucha energía en el trayecto de la bobina a la bujía. Analicemos donde estaban las perdidas, primero todo elemento eléctrico que se caliente esta perdiendo energía, por lo tanto en el calor del modulo se pierde energía, en los saltos de corriente del cable al rotar y de este al cable de la bujía. Para solucionar este inconveniente se crea el sistema de encendido por desecho (DIS), en este sistema no existe modulo, existe es una rampa de bobinas, por lo tanto se aprovecha la energía estacionada en el modulo del sistema anterior. Otro factor importante es que al solo poseer una bobina no se le daba tiempo de cargarse al máximo de su poder. Para solucionar este inconveniente el sistema DIS monta una bobina por cada dos bujías. •

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Rampa de bobinas de un sistema de encendido DlS.

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Las bujías que comparten la bobina en un sistema DIS, se montan en cilindros simétricos, es decir, cilindros que se encuentran en carreras opuestas, y es la condición mecánica de los cilindros la que determina la polarización eléctrica de la bujía para establecer la punta de descarga. Otro punto importante de este sistema es que la rampa de bobinas es equidistante de todos los cilindros. En este tipo de encendido aun se presentan perdidas en los cables de alta entre la rampa y las bujías. Por consiguiente buscando la mejor eficiencia se crea el encendido directo, conocido como COP. En este sistema las bobinas van ubicadas encima de cada bujía, eliminando los cables de alta. Existe una bobina por cada bujía del motor.

Ahora hablaremos un poco sobre como se realiza el control sobre un sistema de encendido. Los módulos de encendido pueden ser externos a la ECM, o internos en la ECM, siendo esta ultima la tendencia del mercado. En cuanto al control del encendido podemos tener controles directos y controles conmutables. •

Directos: Es cuando solamente la ECM es la que puede controlar y accionar al modulo, es decir, existe un solo control.

•

Conmutables: Es cuando existen mas de un control sobre el modulo de encendido, la ECM puede controlar al modulo casi siempre, pero bajo ciertas condiciones al modulo lo controlara directamente el sensor de posición de cigüeñal CKP. Por consiguiente tendrá que aparecer una señal de conmutación que comúnmente es la señal de arranque o “starte”, dado que la señal de la ECM posee características de avance que no son necesarias para el momento de arranque, por eso aparece el control por la CKP, dado que esta señal posee siempre un avance de 50 APMS que son suficientes para encender la maquina. Después del arranque de la maquina es ya la ECM quien controla al modulo de encendido, bajo sus características de avance requeridas.

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En los sistemas de inyección electrónica con OBO II, se pide una reconfirmación de la actuación de la bobina, para que la ECM pueda saber si su orden de encendido fue ejecutada, para FORO esta señal de reconfirmación es la IDM. 4.1.3

Eficiencia Volumétrica

Como ya lo hemos visto la eficiencia volumétrica es la comparación del llenado real frente al llenado total posible del cilindro. Para lograr una mayor eficiencia volumétrica los sistemas carburados utilizan los empalmes valvulares y los turbocargadores, los empalmes valvulares son el avance en la apertura de una válvula antes de que se haya cerrado la otra, y el retraso en el cierre de las válvulas. Por ejemplo si yo consigo abrir la válvula de admisión antes de que se cierre la válvula de escape, consigo que una mayor cantidad de mezcla aire / combustible quede atrapada en el cilindro cuando las válvulas se cierren. y los turbocargadores consisten en inyectar aire a una mayor presión al motor, si yo empujo el aire a una mayor presión consigo que una mayor cantidad de aire ingrese al cilindro en el mismo tiempo de apertura de la válvula de admisión, estas turbinas son impulsadas aprovechando los gases de escape del mismo motor. Los sistemas inyectados electrónicamente mantuvieron estas mejoras, pero logran evolucionar aun mas montado en los motores múltiples de admisión variables (VIRS) y ejes de levas de admisión variables (V- TEC), miremos un poco como es que funcionan cada uno. Múltiples de admisión variables (VIRS) : los VIRS únicamente operan en momentos de alto llenado, es decir, en cambios bruscos de aceleración. Es en estos momentos cuando una gran cantidad de aire a una gran velocidad ingresa al motor, y por consiguiente el sistema no seria capaz de compensarle el combustible, por lo tanto la consecuencia seria una mezcla pobre y la no respuesta oportuna de la maquina. Los VIRS consisten en ofrecerle en estos momentos unos caminos alternos al aire con muchas curvas logrando disminuirle su velocidad y dándole tiempo al sistema de inyección para compensar con combustible, obteniendo una optima respuesta de la maquina. La operación de los VIRS es controlada por la ECM y es ella la única que decidirá cuando es conveniente activarlos. El control se realiza por medio de la obturación de un vació con una solenoide.

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•

Ejes de levas de admisión variables (V-TEC) : Como ya lo hemos dicho anteriormente el eficiencia solo se logra al conseguir un mejor llenado del cilindro, por lo tanto si logramos abrir mas las válvulas de admisión obtendremos una mayor cantidad de aire en el cilindro. Es esto lo que consigue un V- TEC, al montar el eje de levas de admisión dentro de un pistón con estrías semi-oblicuas, dado que con estas estrías iguales a las del vendis del arranque eje consigo un giro circular, y por lo tanto una mayor abertura de las válvulas, y un mejor llenado. Los V- TEC son operados y accionados por la computadora en momentos de alto llenado y la única capaz de calcular su momento oportuno de acción es la ECM. Su control se logra por medio de solenoides , que controlan un flujo hidráulico de aceite dentro del pistón donde va montado el eje.

“los sistemas de inyección electrónica de combustible logran una mayor eficiencia de la maquina debido a que alcanzan un mejor llenado del cilindro, es decir, una mayor eficiencia volumétrica” 4.1.4

Relación de Compresión

En cuanto a la relación de compresión sabemos que es la relación entre el volumen de la cámara mas el volumen del cilindro cuando el pistón se encuentra en su PMI, comparado con solamente el volumen de la cámara, y este depende de la altura del empaque. Los sistemas carburados poseen relaciones de compresión fijas, pero algunos sistemas de inyección electrónica están montando un diafragma (o pulmón), en lugar de el empaque, con esto la ECM puede en el momento ideal variar la altura del diafragma y por tanto, logra variar la relación de compresión. Este sistema aun no sale al mercado, pero ya esta siendo probado en prototipos.

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Existen ciertos controles que los sistemas carburados no requerían y por lo tanto no manejaron, pero que los sistemas inyectados durante su evolución han implementado en los vehículos, hablaremos un poco de estos controles.

5. CONTROLES ADICIONALES EN LOS SISTEMAS INYECTADOS ELECTRÓNICAMENTE Para el control de cualquier condición de carga adicional en el motor en marcha ralenti, tales como A/A, DH, Luces, Etc. Sistemas de recirculación de NOx Oxidos Nitrosos gases de escape EGR. Sistema de canastro de vapores del tanque de combustible. Hc Hidrocarburos 2. SISTEMA EXLUSIVO PARA EL CONTROL Canister. DE EMISIONES DE GASES Sistema de vapores de aceite por defecto de compresión PCV. CO Monóxido de Sopladores de aire. carbono Sistema catalizador en el escape para descomponer cualquier emisión no atacada por cada subsistema. Para el control eléctrico por parte de la PCM 3. SISTEMA DE CONTROL DE AIRE del sistema de aire acondicionado y sus ACONDICIONADO A/A variables en el funcionamiento del motor. 1. MOTOR DE MARCHA MINIMA (IAC)

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• 5.1

CONTROLES ADICIONALES EN LOS SISTEMAS INYECTADOS ELECTRÓNICAMENTE. Motor de marcha mínima (IAC)

Recordemos que el carburador operaba bajo el principio venturi de resbicci6n del paso de aire, para crear un aumento en la velocidad y lograr dosificar combustible en una corriente de aire. Pero dado que los sistemas inyectados electr6nicamente no operan bajo este principio -su moneda de estrangulación permanece 100% cerrada en marcha mínima, por lo tanto, se requiere de un elemento que permita un paso de aire en estos momentos para mantener la maquina encendida. Esta es la función de un motor de marcha mínima IAC, la IAC es controlada por la computadora y es esta quien decide la cantidad de aire que dejara pasar, con esto la EGM puede bajo ciertas ! condiciones de carga adicionales como el A/A, Luces, DH, variar la cantidad de aire para compensar I la carga del motor.

Las IAC pueden básicamente dividirse en dos clases según el elemento que manejan, es decir, ellas pueden obturar un bypass de aire, o manejar directamente la moneda del estrangulador. También se pueden clasificar según su estrategia de operación si es por pasos o es frecuencia! y existen algunas IAC que combinan las dos estrategias para lograr mayor eficiencia.

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Según su estrategia operativa. •

Pasos: Consiste básicamente en un embolo montado sobre un sinfín, y existen bobinas ubicada a cada lado, cuando la ECM quiere crear una condición de giro va energizando las bobinas de una en una y así logra que el embolo vaya saliendo, y si quisiera regresarlo repetiría la secuencia de atrás hacia delante creando el evento contrario. Pueden traer desde dos bobinas hasta cuatro bobinas, siendo estas ultimas las mas finas y costosas del mercado.

•

Frecuenciales: Se conforman de 2 bobinas y un resorte en el embolo, su principio operativo es el no dar pasos para recorrer una distancia sino que hacer el recorrido de un solo salto. Pueden accionar una ventana o un embolo.

5.2

Sistema de control de emisiones de gases.

Este sistema se monta para dar el mejor control sobre la liberación de tres gases nocivos a la a1mósfera, estos gases son: hidrocarburos (Hc), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx). Para cada uno se han diseñado sub-sistemas de control, y también se ha provisto al vehículo de un convertidor catalítico que es el encargado de descomponer las pequeñas cantidades que los sub- sistemas no atacaron, este convertidor es independiente, no es controlado electrónicamente por la ECM. Pero en los sistemas OBD II si es monitoreada su eficiencia al montarle un sensor de oxigeno a la entrada y otro a la salida de/ convertidor, con esto la ECM puede mirar como entraron los gases y como salieron, esto se llama eficiencia catalítica. Ahora analicemos cada subsistema. •

Hidrocarburos (Hc} : los hidrocarburos pueden provenir básicamente de 3 partes, primero de mezclas incompletas y estos los ataca el convertidor catalítico. También provienen de vapores de aceite y los ataca la PCV. Por ultimo provienen de los vapores del tanque de combustible y para estos se diseño el Canister. Hablemos un poco de la PCV y el Canister.

PCV ( Válvula niveladora de presiones ) La presión que ejercen los anillos del pistón, sobre la pared del cilindro no es lineal, sino radial, esto permite que pequeñas cantidades de compresión lleguen al carter o colector de aceite. Esto crea que vapores de aceite suban hacia la parte superior del cilindro y se liberen a la atmósfera en los gases de escape. Esto se puede controlar si aprovechamos estos vapores en el múltiple de admisión y con esto también conseguimos nivelar las presiones del múltiple y del cartero Anteriormente esto se hacia por una manguera entre el múltiple y el carter pero era ineficiente su control. Por esto se monta actualmente una válvula electrónica manejada por la ECM. Los aceites minerales tienen hidrocarburos que me sirven como parte del combustible, imaginemos que en un momento de plena marcha la ECM reduce un poco la dosificación de combustible y en cambio permite el paso de estos vapores de aceite al múltiple, entonces la

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mezcla de aire I combustible se mantendrá cerca de lo ideal, dado Que lo Que perdí en combustible lo compense con vapor de aceite

Canister (Canastro de vapores del tanque) Anteriormente los vapores del tanque eran liberados a la atmósfera por una manguera de desfogue, pero esto se corrige dado que estos vapores pueden ser aprovechados para la combustión en la maquina. El sistema básicamente consiste en una canastro con carbón activado donde se almacena los vapores hasta que se requieran, y se liberan al múltiple mediante una válvula electromagnética controlada por la ECM. Recuerde que la gasolina no sirve si no se encuentra en vapor (gas), por lo tanto si yo lo tengo ya en vapor para que volverla liquido, esta es la función del carbón activado mantener el combustible en vapor, para aprovechar al máximo su poder energético.

Otro de las mejores en los sistemas inyectados, surge en el tanque de combustible, dado que el momento en que mas se liberaban hidrocarburos a la atmósfera era en el llenado del tanque por lo tanto SAE, exige un sello en la entrada de la boca del tanque, para evitar que los vapores salgan a la atmósfera cuando el combustible se esta surtiendo al tanque. Como ya no hay desfogue a la atmósfera, se crearla una descompensación de la presión en el tanque, pues el volumen del combustible desalojado debe ser compensado con aire, para

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mantener la presión interna del tanque estable. Para eso se montan unas válvulas unidireccionales compensadores en los tanques, es decir, solamente permite la entrada de aire al tanque para compensar, pero no permite la salida de vapores a la atmósfera. Por lo general esta válvula va montada en la tapa del tanque. •

Monóxido de carbono (CO) : El monóxido de carbono se puede atacar al bajar el

combustible o al aumentar la cantidad de aire, y una de las maneras de compensarlo es con turbocargadores, ya que como hemos visto estos logran inyectar una mayor cantidad de aire al motor. •

Óxidos de Nitrógeno (NOx) : los óxidos de nitrógeno son dañinos para los seres humanos dado que destruyen los alvéolos de los pulmones y son los causantes de la lluvia ácida, únicamente pueden ser producidos si la temperatura de la cámara de combustión supera los 650°C, por lo tanto una manera de controlarlos es manejando la temperatura de la cámara. Para esto se monta un sistema de recirculación de gases de escape EGR. Su principio operativo es que si en un momento de plena carga, introducimos dentro de la cámara una pequeña cantidad de gases ya quemados, estos no reaccionaran y por consiguiente crearemos una baja en la temperatura y un efecto de despotenciacion en la maquina. Pero esto solo se puede realizar en marchas altas, dado que si lo hacemos en marcha baja la maquina no responderla adecuadamente, pues recordemos que ella opera térmicamente.

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Ya hemos visto, como podemos evitar o al menos controlar de la manera mas eficiente las emisiones de gases nocivos a la atmósfera. Para cada uno se han diseñado sub-sistemas específicos, pero que pasa con aquellas porciones de gases que cada sub-sistema no ataco en su momento, se liberan al medio ambiente? No, para este efecto se han montado en los vehículos los convertidores catalíticos. •

Que es y como opera un convertidor catalítico?

Un convertidor es un dispositivo no electrónico, ni controlado por la PCM, que por medio de reacciones químicas llamadas catalíticas, bien sea reducción u oxidación de gases. logra convertir las emisiones nocivas en emisiones no contaminantes. Es así como con una entrada de aire adicional logra convertir los HC en H20 y los CO en CO2, y también algunos descomponen los NOx en nitrógeno y oxigeno, con esto se logra una muy buena reducción en las emisiones contaminantes de los automóviles. los convertidores principalmente son de dos tipos, de dos vías, es decir, que únicamente descomponen HC y CO. y los de tres vías, que son capaces de descomponer HC, CO y NOx. Dado que estas reacciones solo se pueden lograr con una temperatura alta en le convertidor catalítico, Algunos convertidores son montados muy cerca del múltiple de escape para aprovechar el calor del motor.

5.3

Controles sobre el sistema de Aire Acondicionado

la PCM efectúa controles adicionales sobre el sistema de NA, dado que un compresor de estos le resta a la maquina cerca del 25% de su potencia cuando esta operando, por lo tanto hay momentos en los cuales la PCM puede decidir por si misma apagar el compresor momentáneamente para darle esa potencia adicional al motor. Además ella monitorea el sistema para poder compensar su carga en marcha de ralentí, también se monitorean las presiones en las tuberías, así como la temperatura en algunos casos.

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6. COMO SE REALIZA EL CALCULO DEL PUNTO, LA SECUENCIA y EL TIEMPO DE APERTURA DE UN INYECTOR.

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El objetivo del proceso es lograr una Inyección de combustible en la cámara, esta Inyección debe ser controlada en todos sus factores, es decir, su punto, su perfecta atomización y su cantidad. Un inyector es una válvula electromagnética, tiene una bobina que al ser energizada crea un campo magnético que atrae un embolo que se encuentra obturando un paso de combustible a una determinada presión, la boca del inyector se llama tobera, esta tobera tiene unos agujeros muy pequeños por los que el combustible a presión saldrá, esto provoca un efecto de atomización o dispersión del chorro, creando un abanico de combustible. El combustible se divide en pequeñas cantidades que fácilmente se gasificaran con la temperatura adecuada en la cámara y se volverán volátiles.

El inyector requiere básicamente dos cosas, la primera una alimentación hidráulica y la segunda un control electrónico. Se tienen que dar las dos condiciones al mismo tiempo para que el logre inyectar combustible. Un control electrónico de apertura sin un combustible que pase es igual a un combustible en el inyector pero sin que este se encuentre abierto. El inyector posee un filtro en la entrada del combustible, que le permite realizar una mejor filtrado y protegerse de mugre que el combustible haya recogido en la tubería o que ya contenía. Existen inyectores antiadherentes, se reconocen porque su cuerpo es totalmente plástico. esto les permite ser mas resistentes a las impurezas del combustible. Ahora miraremos mas en detalle el control electrónico y la alimentación hidráulica de un inyector en un sistema de inyección electrónica de combustible.

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•

Alimentación Hidráulica: la PCM asume que esta se mantiene constante y a una presión estable y determinada. Por lo tanto la PCM no efectúa casi ningún control sobre ella, en la mayoría de los sistemas inyectados electrónicamente.

Los elementos de la alimentación hidráulica son: o

Tanque de Combustible: Como ya se habla observado antes, en el tanque de un sistema inyectado hay ciertos cambios, por ejemplo, la válvula unidireccional de aire (compensa el volumen del liquido desalojado por la bomba), la aleta en el tubo de entrada, el canastro de vapores (Canister).

o

Bomba eléctrica de Combustible: Realiza la primera filtración del combustible, además succiona el combustible del tanque, y lo envía al sistema a una presión mayor (80 psi). Por lo general, las bombas eléctricas eran de velocidad de giro constante, por lo tanto su presión era constante. Actualmente se montan bombas eléctricas de velocidad variable mediante un modulo, esto crea que se pueda variar la presión directamente desde la bomba. El combustible fluye por el centro del inducido de la bomba, esto permite que el combustible refrigere al motor eléctrico de la bomba.

o

Filtro de combustible : Están fabricados en aluminio para poder soportar las presiones en la tubería de combustible, poseen indicadores de posición y se deben cambiar regularmente para evitar taponamientos de la tubería y perdidas de presión.

o

Riel de inyectores : Es una base de aluminio con una formación interna especifica, proporciona apoyo a los inyectores y se encarga de distribuir el combustible a todos los inyectores,

o

Regulador de presión : Es tal vez el mas importante de los componentes del sistema hidráulico, dado que un exceso de presión en los inyectores causarla una excesiva dosificación de combustible, El es el encargado de nivelar la presión interna del múltiple con la presión del combustible, Para este efecto se usa un diafragma de descarga con una manguera de vació conectada al múltiple.

Los sistemas hidráulicos en los vehículos pueden clasificarse así:

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BOMBA ELÉCTRICA DE COMBUSTIBLE Y SU SOPORTE.

TANQUE DE COMBUSTIBLE

VISTA INTERNA DE UN REGULADOR DE PRESION

•

El diafragma permanece cerrado, permitiendo que toda la presión se encuentra atrapada en el riel de inyectores, cuando la PCM la decide activar el vació proveniente de múltiple de admisión. Este vació vence la fuerza de los resortes y levanta proporcionalmente el diafragma, ocasionando que una parte de la presión del sistema de descargue por la parte manguera de retorno de nuevo al tanque de combustible. Esto permite variar la presión del combustible de acuerdo a la necesidad del motor

VISTA EXTERNA REGULADOR DE PRESION MONTADO EN EL RIEL DE INYECTORES El riel de inyectores posee un diseño geométrico interno especifico para mantener la presión en todos los

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•

Control Electrónico: La PCM realiza el calculo del tiempo, la secuencia y el punto de inyección basada en la información obtenida de un conjunto de sensores. Observemos como se realiza el calculo de cada una de las tres variables del control electrónico. o

Punto de inyección: El punto de inyección, es el punto adecuado en el cual se debe llevar a cabo la inyección de combustible en el cilindro, como ya se habla observado este punto varia de acuerdo a la velocidad de giro del motor (RPM), es decir, a 800 rpm se debe llevar a cabo mas o menos 5. APMS y a 4000 rpm se debe llevar a cabo a mas o menos 50. APMS. Para este calculo la PCM utiliza el posicionador del cigüeñal, quien le informa de la velocidad de giro del motor, esta es una señal básica del sistema sin ella la PCM no podría operar el pulso de inyección ni el pulso de ignición o encendido. Para vehículos americanos esta señal se denomina CKP y para vehículos asiáticos o europeos se denomina NE. Este posicionador puede ser óptico, hall, o de reluctancia variable.

o

Secuencia de inyección: Cuando el sistema de inyección es secuencial, la PCM necesita conocer el patrón de giro del motor para darse cuenta que cilindro se encuentra en carrera de admisión y as! poder inyectarle combustible a ese determinado cilindro únicamente, para este efecto se usa un posicionador en el eje de levas para conocer los grados de giro del motor, y as! determinar si es el primer cilindro, el segundo, etc. El que requiere combustible. La secuencia de inyección es la misma secuencia de encendido. Esta no es una señal básica. dado que si la PCM no encuentra esta señal opera al sistema como un sistema de inyección simultanea o total.

o

Tiempo de apertura del Inyector: para poder calcular el tiempo la PCM necesita conocer cuanto combustible hay que dosificar, para este efecto la PCM requiere la información de la admisión de aire y todas sus variables, además de conocer por medio de la temperatura del motor el poder de gasificaci6n de la maquina. La temperatura de motor viene a ser un correctivo adicional, dado que si mi maquina esta a baja temperatura la PCM además del combustible requerido por el aire entrante tendrá, que dosificar adicionalmente para compensar la baja temperatura. Dado que el combustible frió pesa mucho, la PCM tiene que garantizar que algo de combustible llegue al final al cilindro.

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Es así como podemos concluir los sistemas que logra controlar un sistema de inyección electrónica de combustible: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Dosificación de combustible. Sistema de encendido. Eficiencia Volumétrica ( VIRS y VTC ). Marcha mínima con variación en condición de carga. Sistema de control de emisiones de gases contaminantes. Sistema de aire acondicionado.

Una vez recibida la información de los sensores, se calcula la mejor operación de la maquina, se controla por medio de actuadores, la PCM se reinforma del proceso por medio de otros sensores que le permiten realizar una auto corrección continua del proceso. Logrando optimizar al máximo el rendimiento de la maquina. Observemos un cuadro ilustrativo.

Para que se produzca un perfecto control por parte del procesador sobre el motor se requiere que la transmisión de datos que se genere por parte de los sensores sea confiable y precisa, es por esto que los sensores son fabricados con circuitos sensibles a la variación de la conducta mecánica o ambiental que se pretende monitorear. Esta transmisión de datos puede ser alterna, análoga o digital dependiendo de la tecnología y la característica de monitoreo de cada condición mecánica o ambiental.

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7. MONITOREO DE CONDUCTAS MECANICAS O AMBIENTALES

SENSORES CONDICION A MINITOREAR Temperatura Refrigeración de motor. Aire entrante. Aceite. Combustible. Presión Presión absoluta : velocidad absoluta del aire en el múltiple de admisión. Velocidad de circulación de gases de escape. Aceite . Tubería de aire acondicionado. Posición Sección transversal de flujo de aire (posición del estrangulador). Posición de la válvula EGR. Correctores de CO. identificadores de giro o posición Eje de levas. Cigüeñal. Velocidad final del motor.

ELEMENTO ELECTRICO UTILIZADO

CARACTERÍSTICAS DEL ELEMENTO

Termistor.

Elementos que cambian su valor resistivo en función de la variación de la temperatura.

Resistencias flexibles.

Elementos que cambian su valor resistivo en presencia de presión.

Potenciómetro.

Elementos de tres contactos con un cursor deslizante que proporciona una variación resistiva en función de la posición de la pieza a la cual se encuentran adheridos.

Generadores variable electromagnéticos.

Interruptores eléctricos. Identificadores Puntos mínimo y máximos de aceleración.. Aplicación de frenos. De presión en la dirección hidráulica. Encendido de aire acondicionado. De presión en la tuberías de aire acondicionado. Nivel de trepidación o golpeteo en la maquina.

Interruptores mecánicos.

Generadores piezoeléctricos.

Concentración de O2. Generadores químicos.

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Bobinas enfrentadas a campos magnéticos que rotan, la formación de onda refleja la posición del eje y sus grados de giro. Transmisores sensibles a campos magnéticos o a chorros de luz infrarroja, con obturadores adheridos al eje que se pretende sensar.

Insertados en el sistema monitoreando una posición especifica, cambiando de estado NA a NC o viceversa.

Cristales que vibran y generan voltajes a causa de la presión entre dos placas metálicas. Cintas metálicas que generan voltajes por reacción correspondiente a la cantidad de oxigeno que los atraviesa.

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8. CONTROL DE LAS CONDICIONES OPERATIVAS DEL MOTOR ACTUADORES CODICION A CONTROLAR

ELEMENTO ELECTRICO UTILIZADO

Dosificación de combustible

Solenoides

Activación de bomba eléctrica de combustible. Activación del compresor del aire acondicionado.

Relevos

Activación del regulador de presión Apertura de múltiples variables VIRS Apertura de válvulas EGR PCV Canister

Solenoides, relevos y diafragmas

Control sobre la transmisión automática. Activación de ejes de levas de admisión variable VTC

Solenoides

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CARACTERÍSTICAS DEL ELEMENTO Válvula electromagnética que al ser energizada crea un campo magnético que desplaza un embolo que obtura un paso de combustible Bobina que la ser energizada crea un campo magnético y cierran un contacto permitiendo el paso de una corriente eléctrica. Válvula electromagnética que al ser energizada crean un campo magnético que desplaza un embolo que obtura un paso de vació o presión negativa, permitiendo que este succione un diafragma que desplaza una palanca. Válvula electromagnética que al ser energizada crea un campo magnético que desplaza un embolo que obtura un paso de fluido hidráulico o presión de aceite

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