2. Introducción
4. Conclusiones
5. Referencias
Resumen
Este artículo está dirigido a aquellas
personas interesadas en conocer los sistemas de inyección
electrónica en vehículos con motores de
combustión interna a gasolina. La inyección
electrónica nació como una necesidad de controlar
las emisiones de los gases de escape por causa de la
combustión de combustibles fósiles, tal es el caso
de la gasolina. Se describirán los elementos controladores
del sistema de emisiones, como por ejemplo la válvula de
recirculación de gases de combustión (EGR), el
sistema de control de gases evaporativos (EVAP), el sistema de
supervisión de contaminantes o convertidor
catalítico, de igual manera se estudiara la gestión
electronica de motor de combustión interna, utilizando una
computadora a bordo que sirva como sistema supervisorio con
diagnostico a bordo en sus diferentes modalidades OBDI, OBDII y
EOBDII. Asimismo se dara un repaso al sistema sensores y
actuadores del vehiculo, a través de los diferentes modos
de inyección electronica.
Palabras Claves— Inyección
electrónica, Diagnostico a bordo, sensores, actuadores,
computadores, contaminación vehicular.
Introducción
La Razón Fundamental de la Gestión
Electrónica en el Sistema de Inyección de
Combustible está basada, en el mejor control de las
emisiones del vehículo, esto quiere decir, que disminuye
al mínimo los gases contaminantes emanados por el
Vehículo (Escape, Carter y tanque de combustible),
cumpliendo con las normativas de "AIRE LIMPIO", emanadas por
organismos Internacionales. En conclusión, la
Gestión Electrónica aplicada al Sistema de
Inyección de Combustible es un sofisticado Sistema de
Control de Emisiones. Parra O. (2006). .
Cabe destacar, que a través de la Gestión
Electrónica se ha logrado, incremento en la Potencia y Par
del Motor, disminución de consumos energéticos,
mayor seguridad en las operaciones del sistema,
disminución en los ajustes del motor, un Sistema de Auto
Diagnóstico, aumento en la vida útil de los
componentes, entre otros.
Aun cuando sé está seguro de que el
Automóvil no es el único protagonista en la
contaminación ambiental actual, ni el único
generador o promotor del efecto invernadero, según
estadísticas Internacionales, es el Automóvil el
principal productor de contaminación ambiental,
situándose cerca del 65% como fuente principal generadora
de contaminación o polución, siendo que la
Industria en general se sitúa en un 20% aproximadamente y
los incineradores y otros, se sitúan en un 15%
aproximadamente.
Al realizar un análisis del vehículo como
ente generador de contaminación ambiental (65% del total
aproximadamente), los orígenes de estas emisiones se
encuentran representados en emisiones del escape (60%), emisiones
del cárter (20%) y emisiones del tanque de Combustible
(20%).
Las emisiones del vehículo generan gases
contaminantes que se encuentran en un aproximado de 107
diferentes gases, tomándose como ejemplo, el
monóxido de carbono (CO), hidrocarburos sin quemar (HC),
oxido de nitrógeno (NOx), oxido de azufre (SO), plomo
(PB), partículas sólidas (hollín, negro
humo, cenizas, entre otros). Sin embargo, los Organismos
Internacionales a favor del Medio Ambiente, han exigido e
impuesto, regulaciones en las emanaciones de CO, HC, NOx y PB,
como por ejemplo, la eliminación parcial o total del Plomo
en la Gasolina y algunos sistemas que de alguna forma, minimicen
la producción de CO, HC y NOx, como por ejemplo el control
electrónico.
El problema principal producido por la emanación
de contaminantes de vehículos con motores de
combustión interna, se produjo cuando la gestión
del sistema de combustión se realizaba con el carburador,
sin ningún tipo de control de la
combustión.
Por otra parte el Consejo de Recursos
Atmosféricos de California (ARB) comenzó la
regulación con diagnóstico a bordo (OBD) para
vehículos a partir del año 1988. La primera fase,
OBDI, requería supervisión de los sistemas de
medición de combustible y de recirculación de los
gases de escape (EGR), además de los componentes
adicionales relacionados con las emisiones. Se requirió el
uso de una luz indicadora de mal funcionamiento (MIL), para
indicar y avisar al conductor de una falla y la necesidad de la
reparación del sistema de control de emisiones. El MIL
debe estar etiquetado ''CHECK ENGINE'' o'' Service Engine Soon".
Se asoció con la MIL un código de falla o el
código de diagnóstico de falla (DTC), el cual
identifica el área específica donde se origina la
falla.
El sistema OBD fue propuesto por el consejo
de recursos atmosféricos de California ARB, para mejorar
la calidad del aire mediante la identificación de los
vehículos. La aprobación de las enmiendas a la Ley
de Aire Limpio en 1990 también llevó a la Agencia
de Protección Ambiental (EPA) a desarrollar los requisitos
para el diagnóstico a bordo. Las reglamentaciones ARB OBD
II de California siguieron hasta 1999, cuando se utilizaron los
reglamentos del gobierno federal.El sistema OBD II cumple con las
regulaciones del gobierno con la supervisión el sistema de
control de emisiones. Cuando un sistema o componente supera los
umbrales de emisiones, o un componente opera fuera de tolerancia,
un DTC será almacenado y la MIL se iluminará.La
ejecución del diagnóstico se realiza por medio de
un programa de computadora en el módulo de control del
tren motriz (PCM) que coordina el sistema de autocontrol OBD II.
Este programa controla todos los módulos, sus
interacciones, los DTC y el funcionamiento del MIL, los datos de
congelación de imagen y la interfaz para la herramienta de
exploración.La relación ideal de aire y combustible
(AFR), es de 14.7 partes de aire a una (1) parte de combustible,
se denomina punto estequiométrico o relación
Estequiometrica de la mezcla. Cuando se obtiene esta
relación, la combustión ideal ocurre y las
relaciones de gases aparecerán en los niveles ilustrados
en la grafica No 1, marcada como Mezcla Estequiométrica
Ideal, relación medida de aire y combustible. Una gama
aceptable de la relación de aire y combustible es de
14.6:1 a 14.8:1.
Cuando la relación de mezcla es una parte de
gasolina a 14.7 partes de aire, los gases producidos en la
combustión son agua (H2O) y dióxido de carbono
(CO2) (mezcla ideal, de laboratorio). Cuando esta relación
se cambia, los contaminantes indeseables tales como
monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) y los
óxidos de nitrógeno (NOX), se producen junto con el
agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2).
Fig. 1 Relación estequiometrica
ideal
Fuente: Colorado State University (1992)
Materiales y
Métodos
Lambda es una medición comúnmente usada
para determinar si la relación de aire combustible es una
mezcla rica o pobre. Lambda Uno (1) es el resultado de dividir la
relación verdadera de aire combustible entre la
relación ideal de aire combustible (mezcla aire
combustible real dividida entre la mezcla aire combustible
calculada). Una gama de valores aceptables de Lambda es de 0.9 a
1.1. Un valor de Lambda menor que 0.9 indica una condición
de mezcla rica y un valor de Lambda mayor que 1.1 indica una
condición de mezcla pobre.
Objetivo del sistema de combustible.
Es el encargado de suministrar la mezcla combustible
(aire / gasolina), en la proporción, cantidad y forma
adecuada a cada momento de operación del motor, en
función de diferentes variables que se suceden dentro del
motor como fuera de él (temperatura del refrigerante del
motor ECT, posición del acelerador TPS, flujo de masa de
aire MAF, temperatura del aire IAT, presión
barométrica y carga del motor MAP, posición del
cigüeñal y revoluciones por minuto del motor CKP,
posición del árbol de levas CMP, velocidad del
vehículo VSS, señal de aire acondicionado A/A,
señal de transmisión automática P/N,
señal de 4×4, entre otros.
En un Sistema de Inyección Electrónica, el
combustible es impulsado por una bomba de gasolina
eléctrica a través de la tubería de
presión, pasando por un filtro antes de la bomba (filtro
de bomba o tanque o pre filtro), y después de la bomba
(filtro de línea), hasta llegar a la unidad de
inyección. En esta unidad se encontraran los inyectores y
un regulador de presión principal, que controla la
presión del sistema, enviando el resto al tanque de
combustible a través de la tubería de retomo. Cabe
destacar, que en los Sistema de última generación,
la tubería de retorno fue eliminada, siendo que el
regulador de presión se encuentra en el tanque de
combustible, a la salida del tanque o en un conjunto llamado
"Modulo de Combustible" (ensamble de bomba de combustible,
filtro de bomba o tanque, regulador de presión, filtro de
línea, sensor de nivel de combustible). Esta
modificación del sistema fue realizada en mejoras del
Sistema EVAP (emanaciones evaporativas del tanque de
combustible), para disminuir las cargas térmicas
transportadas por el combustible, desde el motor hasta el tanque
de combustible, permitiendo disminuir la carga térmica en
el combustible que se encuentra en el tanque, y por tanto,
disminución de vapor.
Los inyectores serán controlados por un Ordenador
o Computador que se encargar de dosificar la mezcla a una
proporción, forma y volumen según cada momento de
operación del motor (baja o alta carga térmica,
alta o baja carga del motor, presión atmosférica,
humedad, cantidad de oxigeno en el escape, entre
otros).
El Ordenador o Computadora se suele denominar por
siglas, de las cuales nombraremos algunas muy comunes, como
son:
a.- ECM: Módulo de Control
Electrónico o del Motor.
b.- PCM: Módulo de Control del Tren de
Motriz o de Fuerza o Tren de Potencia.
c.- ECU: Unidad de Control
Electrónico.
d.- VCM: Módulo de Control del
Vehículo.
Para que el Computador logre dosificar la mezcla al
motor, es necesaria una serie de informaciones tanto del motor
como del entorno del mismo. Estas informaciones son suministradas
a través de una serie de interruptores y sensores los
cuales se encuentran ubicados en el motor y en algunas
áreas del vehículo.
Al llegar estas informaciones al Computador,
serán procesadas según la programación, para
luego tomar la decisión de qué cantidad de
combustible se debe suministrar.
Conociendo ya la operación de un Sistema de
Inyección de Combustible con Gestión
Electrónica, podemos concluir, que el objetivo o fin, es
el mismo de un sistema carburado, siendo que la diferencia radica
en la alta tecnología aplicada, con lo cual, se consigue
reducción en el consumo de combustible y en las
emanaciones contaminantes del vehículo (razón
fundamental, control de emisiones).
La Inyección Electrónica de Combustibles
la podemos clasificar de la siguiente forma:
A.- Según el punto donde se suministre el
combustible: Inyección Multipunto, Inyección Mono
punto, Inyección Directa e Inyección
Indirecta.
La Inyección Multipunto es aquella donde se
utiliza un Inyector por Cilindro.
La Inyección Mono punto es aquella donde se
suministra combustible al cuerpo de
aceleración.
La Inyección Directa es aquella donde se
suministra combustible dentro de la cámara de
compresión o combustión.
La inyección Indirecta es aquella donde se
suministra combustible fuera de la cámara de
compresión o combustión.
B.- Según como se realiza la
Inyección: Inyección Simultanea,
Inyección Alternativa por Banco, Inyección
Secuencial e Inyección Sincrónica /
Asincrónica.
Inyección Simultánea significa, que todos
los Inyectores suministran combustible a la misma vez.
Inyección Alternativa por Banco es aquella, donde
se suministra combustible por pares de Inyectores. Por ejemplo,
si el Motor es de cuatro Cilindros, los Inyectores 1 y 4
suministran combustible mientras los inyectores 2 y 3 no
suministran combustible. Cuando los Inyectores 1 y 4 no
suministran combustible, los Inyectores 3 y 4 suministran
combustible.
La Inyección Secuencial es aquella, donde el
suministro de combustible es realizado según la
distribución del Motor, es decir, en carrera o fase de
Admisión (uno por uno).
La Inyección del Tipo Sincrónica y
Asincrónica es muy utilizada por los Fabricantes
Asiáticos, como por ejemplo Toyota en su Modelo Terios y
otros. Esta modalidad de Inyección combina las bondades de
la Inyección Secuencial SFI (más amigable al medio
ambiente), con las bondades del Sistema de Inyección
Simultanea (mejora el rendimiento en cuanto a Potencia y Par
Motor).
Si se toma como ejemplo el Toyota Terios, la
Inyección del Tipo Sincrónica tiene dos
modalidades, las cuales son: Durante el Periodo de Arranque y
luego del Periodo de Arranque. Durante el Periodo de Arranque, la
Inyección de Combustible es realizada de forma
Simultánea (todos los Inyectores suministran a la
vez).
Después del Periodo de Arranque, la
Inyección de Combustible es realizada de forma Secuencial
según la distribución del Motor (en carrera de
admisión).
La inyección del tipo Asincrónica se
realiza de forma independiente a la señal de
sincronización o rotación del cigüeñal,
por ejemplo, al romper momento de operación del Motor (en
aceleración). Este tipo de Inyección tiene tres
modalidades, las cuales son: Inyección Asincrónica
durante el cambio del interruptor de marcha mínima,
Inyección Asincrónica durante el cambio de
presión en el tubo de entrada e Inyección
Asincrónica durante la reanudación del periodo
después del corte de combustible.
También cabe destacar, que existen otros tipos de
Inyección Sincrónica / Asincrónica, que
combina la Inyección Simultanea con la Inyección
Alternativa por Banco, como es el caso del Vehículo
Chevrolet Esteem.
A continuación se presenta algunos de los tipos
de Sistemas de Inyección de Combustibles:
Sistema TBI, ver Fig. No. 2, el cual significa:
Inyección de combustible al cuerpo de aceleración
(utilizados en Venezuela por algunos fabricantes hasta la
década de 1990). Este tipo de Inyección es
Indirecta.
Figura No. 2.
Sistema de inyección tipo
TBI
Fuente: Manual Técnico Fuel
Injection
Sistema MPFI, PFI, MPI, ver fig. No3, el cual significa:
Inyección Múltiple de combustible a las lumbreras o
puertos de admisión (utilizados por algunos fabricantes en
Venezuela hasta 2006, como sistemas simultáneos,
alternativa por banco, sincrónica y asincrónica).
Este tipo de Inyección es Indirecta.
Figura No. 3.
Sistema de inyección tipo
MPFI
Fuente: Manual Técnico Fuel
Injection
Sistema SFI, el cual significa: Inyección de
combustible secuencial a las lumbreras o puertos de
admisión (la tendencia de la década de 1990 hasta
año 2006, donde es exigencia por normativa internacional
de control de emisiones). Este tipo de Inyección es
Indirecta.
Sistema CPI o CMFI el cual significa: Inyección
de combustible a las lumbreras o puertos de admisión
central (solo utilizado en Venezuela por General Motors
Venezolana, en vehículos de ensamblaje nacional, como fue
el Blazer 1995). Este tipo de Inyección es
Indirecta.
Sistema SCPI o CSFI, el cual significa: inyección
de combustible a las lumbreras o puertos de admisión
central y secuencial (solo utilizado por General Motors
Venezolana en vehículos de ensamblaje nacional desde el
año 1996 hasta 2002 aproximadamente, en vehículos
Blazer, Grand Blazer, Cheyenne, Silverado, C-3500, Chasis
Autobús P-31). Este tipo de Inyección es
Indirecta.
Conclusiones
Se puede decir que el control de emisiones, en los
vehículos con motores de combustión interna, se ha
minimizado con la utilización de un sistema de
inyección electrónica utilizando una sonda lambda,
la cual a través de una señal eléctrica, le
indica a la computadora presencia de oxigeno en el escape, lo
cual es un indicativo si la relación aire combustible esta
cercana a la relación ideal, sin embargo esta no es el
único método, ya que a medida que la
electrónica de microprocesadores se hace cada día
más potente, da pie para la utilización de
métodos de control más complejos. Se han propuesto
algoritmos basados ??en control moderno para el control del motor
del automóvil, en particular con el desarrollo de la
teoría de inteligencia artificial. Estos algoritmos de
control también proporcionan un método prometedor
para el control de la relación aire combustible del motor.
El tipo de control más utilizado hasta el momento, es el
control electrónico por microprocesadores, sin embargo se
puede ir pensando en aplicar control digital y control por redes
neuronales, entre otros, esta es la tendencia hacia el
futuro.
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Autor:
Ing. Alexis C.
Meza