inyección 1 - Automotriz En Video
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® INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE GASOLINA ENVIO 1 PROHIBIDA LA REPRODUCCIÓN, TOTAL O PARCIAL DE ESTA OBRA, POR CUALQUIER MEDIO O MÉTODO SIN AUTORIZACIÓN POR ESCRITO DEL EDITOR. © TODOS LOS DERECHOS QUEDAN RESERVADOS. INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SISTEMAS DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE GASOLINA Desde que se inventaron los primeros motores a combustión interna a principios de este siglo, lo que sin duda constituyó un gran acontecimiento, y sin darle importancia en ese entonces, estos motores ya empezaban a contaminar, claro está que por aquellos tiempos no era de mucha importancia. Así fue como se empezaron a fabricar cada vez más vehículos equipados con estos motores, quizás por muchos años el objetivo fue la de fabricar motores mas potentes, sin importar el consumo y la contaminación. En los años 60-70 los fabricantes empezaron a darle importancia al consumo de combustible debido a la crisis y por consiguiente el costo de los derivados del petróleo. Esto motivó muchos cambios y constantes adelantos en los distintos sistemas que conforman el motor, como por ejemplo: carburadores, distribuidores, sistemas de distribución, etc. En los años 80-90 y debido a la gran cantidad de vehículos existentes en el mundo, el problema fundamental fue la contaminación, en efecto, estos motores para poder funcionar necesitan quemar combustible que de no hacerlo en forma adecuada, estarían enviando a través del tubo de escape una cantidad de gases nocivos para la salud del ser humano. Estos gases tienen la característica de ser: incoloros, inoloros e insípidos, como el monóxido de carbono (C.O), los hidrocarburos (H.C) ,los óxidos de nitrógeno (N.ox), etc. Por lo tanto a simple vista un motor que no parece contaminar en realidad puede hacerlo y en gran proporción. Siempre se habló del monóxido de carbono( CO) como si este fuera el único gas nocivo que sale del tubo de escape mientras un motor funciona. Actualmente se considera el (HC), hidrocarburos como parte de un control de gases junto al monóxido de carbono. En las plantas de revisión técnica se controlan los dos gases, inclusive un vehículo puede verse impedido de circular (no aprobar la revisión técnica), por estar fuera de los limites aceptables, tanto el (CO) como el (HC) emitido por éste.También es importante señalar que existen otros gases que son emanados por el tubo de escape de un vehículo mientras este funciona, pero en la actualidad no son motivo de análisis ni de mediciones, mas adelante serán estudiados con mayor profundidad. La necesidad imperiosa de controlar los contaminantes emitidos por el motor de combustión interna, ha llevado a la creación de múltiples sistemas que ingresan la cantidad precisa de combustible y realizan su combustión en los instantes más adecuados de acuerdo al aire aspirado por el motor, como también a su carga, régimen y temperatura entre otras variables. Además de lograr la menor contaminación posible, actualmente los esfuerzos se concentran en obtener el menor consumo de combustible y una mayor potencia. Para lograr dichas mejoras, fue necesario implementar un computador a bordo del vehículo, que se encargara de controlar el ingreso de combustible hacia el motor a través de un sistema de control electrónico. La instalación de este computador así como muchos otros instrumentos electrónicos, tanto en el sistema de alimentación como en el sistema de encendido, ha provocado una verdadera innovación “revolucionaria” en la mecánica automotriz moderna. 2 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Los distintos sistemas de control electrónico de combustible que se han implementado en los automóviles, desde los años ´70, son en general los siguientes.: Carburador controlado. Inyección monopunto. Flujo continuo ( E.F.I.). Flujo intermitente ( T. B. I. ). Inyección multipunto. Flujo continuo ( C.I.S.). Flujo intermitente ( M.P.I.). Actualmente los diferentes sistemas de inyección de combustible, por lo general, son de control electrónico, del tipo de flujo intermitente monopunto (T.B.I.) y multipunto (M.P.I.). IMPLEMENTACION TIPICA DE UN SISTEMA DE INYECCION MONOPUNTO Es importante recordar que en ambos sistemas de inyección, el vehículo tiene un computador a bordo con el fin de controlar más efectivamente el combustible enviado hacia el motor, el objetivo es lograr una combustión perfecta y por ende muy poco o nada de contaminación. La diferencia sustancial está en que el sistema monopunto posee un solo inyector para todos los cilindros del motor, lo que somete a este a un arduo trabajo, que lógicamente permitirá una duración mucho menor. En cambio el sistema multipunto tiene un inyector por cada cilindro que tenga el motor, lo que permite varias ventajas, por ejemplo que el inyector de un cilindro 3 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA tenga un régimen de trabajo mucho mas aliviado y por lo tanto una mayor duración y un control más efectivo del combustible enviado a los cilindros del motor entre otros. La inyección monopunto también es llamada T.B.I., porque el combustible se inyecta en el cuerpo de la mariposa de aceleración (Throttle Body Injection). Disponer de varios inyectores en el sistema multipunto es contar con múltiples puntos de inyección, esto da al sistema la denominación M.P.I. (Multi Point Injection). IMPLEMENTACION TIPICA DE UN SISTEMA DE INYECCION MULTIPUNTO El hecho de que existan muchos elementos electrónicos en el automóvil, obliga a los mecánicos no solo a capacitarse para poder desenvolverse adecuadamente, sino que además existe la necesidad de adquirir instrumentos sofisticados que permitan realizar los chequeos de estos elementos para poder realizar un diagnóstico certero y así poder solucionar las distintas fallas que pudiera presentar un motor. Los sistemas de inyección de gasolina, tanto monopunto como multipunto, inyectan el combustible en el múltiple de admisión, es decir, fuera de la cámara de combustión, contraria a los motores Diesel donde la inyección es realizada dentro de la cámara de combustión. Sin embargo, actualmente ya se fabrican motores a gasolina MPI con inyección dentro de la cámara de combustión que aun así difieren bastante de los Diesel. 4 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA El diagrama de bloques que determina el funcionamiento de todo sistema de inyección electrónica de gasolina es el siguiente: SENSORES 1.2.3.4.5.6.7.- → E.C.M. → TPS. MAP. RPM. VSS. CTS. O2 Etc. ACTUADORES 1.- inyector 2.- encendido 3.- bomba de Combustible 4.- electroventilador 5.- control de ralenti 6.- Etc. DISTRIBUCION DE COMPONENTES DE UN SISTEMA DE INYECCION DE GASOLINA TIPICO Debido a la complejidad de los sistemas de inyección y a sus múltiples componentes, se hace necesario dividir éste en subsistemas para un mejor y más fácil entendimiento. Estos subsistemas son: 1.- Control electrónico de inyección ( E.C.M. ) 2.- Sistema de flujo de aire 3.- Sistema de alimentación de combustible 4.- Sistema de encendido 5.- Sensores 6.- Actuadores 7.- Sistema de control de contaminantes 5 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA CONTROL ELECTRÓNICO DE INYECCIÓN (E.C.M.). El computador que controla la inyección de combustible es llamado comúnmente módulo o unidad de control electrónica (E.C.M o E.C.U.) y controla las emisiones de gases del tubo de escape, para lograr la economía de combustible entre otros factores, ya que se encarga de monitorear constantemente las emanaciones de los gases, esto permite que si en un momento el motor trabaja por ejemplo con mezcla rica, esta señal será enviada a través de un sensor al E.C.M, éste variará el ingreso de combustible al motor, logrando que la mezcla se normalice (14,7:1), de la misma forma si la mezcla se empobrece, el E.C.M. recibirá la señal y variará nuevamente el ingreso de combustible al motor permitiendo así que la mezcla nuevamente se normalice. El constante monitoreo de los gases del tubo de escape es lo que permite al E.C.M variar constantemente la cantidad de combustible enviada al motor, consiguiendo que la mezcla de aire combustible sea permanentemente la ideal 14,7:1 de esta forma se obtiene un quemado de la mezcla prácticamente por completo, consiguiendo más potencia, mayor rendimiento y menor contaminación. Si a esto agregamos un catalizador encargado de transformar ( cambiar químicamente ) el contenido de los gases antes que salgan al medio ambiente se puede disponer de una máquina cómoda, segura y ecológicamente diseñada. Además del combustible, el E.C.M controla aún el ángulo de avance y punto del encendido, el funcionamiento de la bomba eléctrica de combustible entre otras. También posee una luz “ ( check engine )” ubicada en el tablero del vehículo y que tiene por misión indicar al conductor cuando se produce una falla en el sistema que a su vez ha sido detectada por el E.C.M. En efecto el E.C.M posee un sistema de diagnóstico interior que reconoce e identifica posibles problemas operacionales y advierte al conductor encendiendo esta luz en el tablero. Si la luz se enciende, esto no significa que el motor sea detenido inmediatamente, pero se aconseja que este sea revisado a la brevedad. Ya que el motor no funciona adecuadamente, sino con algunas alteraciones que permiten llevar el vehículo hasta el taller mas próximo. El E.C.M. se ubica generalmente debajo del tablero de instrumentos y junto a él o en la caja de fusibles o en el compartimiento del motor, se encuentra el conector de diagnóstico que permite realizar una inspección computarizada del sistema mediante la conexión de otro computador (Scanner) Esta conexión se usa durante el mantenimiento y en algunas reparaciones para ayudar al diagnóstico de un problema detectado en el sistema, ayudando al mecánico a efectuar reparaciones más efectivas. El módulo de control electrónico ( E.C.M.) está formado por : UNIDAD DE CONTROL (CPU, CENTRAL PROCESSING UNIT): En su calidad de unidad central, la unidad de control analiza los datos proporcionados por los sensores, relativos al estado de servicio del motor. A partir de estos datos se forman los impulsos de control para las válvulas de inyección, de forma que el caudal del combustible a inyectar es determinado por la duración de la apertura de las válvulas de inyección. 6 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA MEMORIA DE SÓLO LECTURA (ROM, READ ONLY MEMORY): Es una memoria permanente que es soldada físicamente a las placas del circuito, hacia adentro del E.C.M. la ROM contiene los algoritmos de control general, una vez programada no se puede cambiar. La memoria ROM es permanente y no necesita alimentación para ser retenida. MEMORIA DE ACCESO ALEATORIO (RAM, RANDOM ACCESS MEMORY): Esta memoria es temporal y necesita de voltaje para ser retenida caso contrario todos los códigos almacenados y valores grabados se borrarán. En la RAM se puede leer y escribir información, esto permite retenerla para verificarla y actualizarla mientras varían las señales de los sensores. Además cuando la señal de uno o más sensores sale de los márgenes de referencia del ECM la RAM detecta la falla y la retiene como código numérico e informa por la luz testigo y por el terminal de diagnóstico. MEMORIA DE SÓLO LECTURA PROGRAMABLE (PROM): Es la parte del E.C.M que contiene las informaciones sobre calibrado del motor que es especifica al año, al modelo y a las emisiones. La PROM es una memoria permanente que se puede leer solamente a través del E.C.M. El computador no es más que una máquina que recibe información, la que se emplea para tomar una serie de decisiones. Esta información es recibida en el computador por intermedio de pulsaciones de voltaje que representan combinaciones numéricas. Las combinaciones de números pueden representar una amplia gama de información; por ejemplo: sensores de tº, velocidad del vehículo, presión del múltiple de admisión, sensor de R.P.M, sensor de la posición de la mariposa de aceleración, sensor de oxígeno. Alimentación del ECM. la unidad de control se energiza de 2 maneras : a.- DIRECTO Y PERMANENTE: Por positivo desde la batería a través de un fusible y por negativo desde masa . Ambos acoplados al conector del ECM. b.- POR INTERRUPTOR Y TEMPORAL: Por positivo desde el interruptor de encendido a través de un fusible hasta el conector del ECM. Accionamiento del ECM. El computador tiene 3 estados de accionamiento : 1.- DE INICIO: El sistema entra en funcionamiento. Pasa del reposo a la actividad. En este estado pueden ocurrir 2 situaciones: 1a.- Interruptor de encendido con contacto, sin arranque. Se energiza el sistema y se mantiene en espera: 7 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA La bomba de bencina presuriza el canal del combustible de 3 a 5 seg. y se desactiva. Los inyectores se mantienen cerrados. El conector de diagnóstico puede mostrar el estado del sistema mediante códigos de destellos luminosos en la luz testigo preparando previamente el terminal de diagnóstico. 1b.- Interruptor de encendido da arranque. Se activan la bomba de bencina y los inyectores. El ECM activa el terminal de rastreo en el conector de diagnóstico para verificar el sistema por computador externo(Scanner). 2.- DE PARADA : El sistema se desactiva. Pasa de la actividad al reposo. Interruptor de encendido sin contacto. Se desenergiza el sistema y el control externo del ECM detiene el motor. La bomba de bencina se detiene de 1 a 2 seg. después para mantener presurizado el canal del combustible. El control interno del ECM se mantiene energizado para sostener los archivos de la RAM. 3.- ACTIVO: El sistema permanece en funcionamiento por sí mismo. Cuando el interruptor de encendido está con contacto y el motor gira por sí mismo el ECM puede trabajar en 4 modalidades distintas: 3.1.- De lazo abierto. 3.2.- De lazo cerrado o realimentado. 3.3.- Autónoma. 3.4.- Retenida. 3.1.- Lazo abierto. En esta modalidad el ECM no rastrea la emisión de contaminantes (sensor de oxígeno) y dosifica la mezcla en función de los sensores del motor y los archivos RAM, entregando generalmente mezcla rica. Esta modalidad se activa en 5 situaciones de trabajo del motor : Arranque, frío, revolucionado, cargado, autónomo (marcha mínima y desaceleración ocasionalmente). 3.2.- Lazo cerrado. En la modalidad realimentada el ECM dosifica la mezcla en función de los sensores del motor, pero corrige esta dosificación mediante la señal del sensor de oxígeno. Equivale a la marcha económica del automóvil y se activa sólo cuando el motor ha alcanzado, por lo menos, su temperatura normal de trabajo. 3.3.- Modalidad autónoma. Se activa cuando algún sensor o el propio ECM trabajan fuera de rango. Esto puede ocurrir, según el vehículo, básicamente en 5 situaciones de fallas: CPU, TPS, MAF, MAP y CTS. La autonomía se refiere a una modalidad automática, restringida y de seguridad que permite el funcionamiento limitado del motor. En esta modalidad el ECM desconoce la información entregada por los sensores y acciona el motor según referencias internas archivadas en su memoria permanente. 3.4.- Modalidad retenida. Se refiere al trabajo de la RAM ya sea en lazo abierto o cerrado y permanece activa durante los 3 estados de accionamiento del ECM. Permite al computador tomar decisiones operativas según los datos archivados en la RAM los que se pueden actualizar periódicamente (modo BLM), además realiza el archivo de los códigos de fallas detectados durante el funcionamiento del motor. Si durante el estado activo del ECM el terminal de prueba del conector de diagnóstico está conectado, la luz testigo podrá indicar modalidad de lazo abierto o cerrado o la actividad del sensor de oxígeno mediante destellos definidos por el fabricante. 8 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Durante el estado activo el ECM monitorea los sensores y toma decisiones sobre 5 condiciones de trabajo principalmente : 1.- Tiempo de inyección. 2.- Tiempo de encendido. 3.- Estabilidad de marcha mínima. 4.- Caudal de combustible. 5.- Temperatura del motor. La información que llega desde los sensores al computador permite que éste tome decisiones principalmente en cuanto al tiempo de inyección, logrando que el inyector permanezca más o menos tiempo abierto (mayor o menor amplitud de pulso sobre el inyector). Además esta información permite al computador seleccionar el tiempo exacto de la chispa del encendido, de acuerdo a la condiciones de funcionamiento del motor, por ejemplo: si éste está frío, con carga o sin ella, etc. 9 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SISTEMA DE FLUJO DE AIRE El sistema de flujo de aire es un conducto o canalización que tiene por función dirigir el aire hacia los cilindros. Este sistema es el encargado de filtrar el aire antes que ingrese al motor, medir la cantidad y la temperatura de éste, además de regular el flujo de aire que ingresa al motor. Sobre el sistema de flujo de aire se encuentran instalados los principales sensores que determinan la relación básica de aire-gasolina. Estos sensores son los más importantes en la calidad de la mezcla, debido a que miden cuánto aire y en qué condiciones ingresa al motor.Sobre esta base el ECM decide cuánto combustible debe ser inyectado. Los demás sensores (instalados sobre los otros sistemas en el motor), sólo corrigen esta relación básica. Todo sistema de flujo de aire, generalmante está compuesto por los mismos elementos básicos: Filtro de aire Cuerpo de la mariposa de aceleración Inyectores Múltiple de admisión Sensores y actuadores Sin embargo, existen grandes diferencias de estructura entre los sistemas de flujo de aire monopunto y multipunto, aun cuando la función de cada elemento sea la misma. Debido a esto se hace necesario el estudio individual de cada sistema. SISTEMA DE FLUJO DE AIRE MONOPUNTO La canalización del aire en un motor monopunto tiene la misma distribución que en un motor convencional. La principal modificación se aprecia en la instalación de los múltiples de escape y admisión. a) Filtro de Aire: Es el encargado de filtrar o “limpiar” el aire que ingresa al motor, se ubica sobre la unidad T.B.I. 10 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA El filtrado del aire en una unidad TBI adopta diversas formas, aunque por lo general tiene la misma forma y cumple la misma función que en un motor convencional, por lo tanto la mantención y/o cambio se realiza bajo las mismas condiciones de cualquier motor a gasolina. Es importante señalar que cuando éste se encuentra sucio (semiobstruido) afecta drásticamente el rendimiento y potencia del motor. Es común encontrar en la boca de entrada de aire del recipiente del filtro, una válvula térmica que selecciona la temperatura del aire de entrada (frío o caliente), para evitar la aparición de hielo en la mariposa de aceleración o para facilitar la mezcla aire/combustible cuando el vehículo se encuentra en ambientes muy fríos. Esta válvula puede ser comandada por un mando termostático o por el vacío del múltiple de admisión. b) Unidad de Inyección (T.B.I.): Esta unidad se instala sobre el múltiple de admisión y tiene el mismo aspecto de un carburador convencional, tanto en su forma como en su instalación. Está conformado por 2 conjuntos principales : 1.- El cuerpo de la mariposa de aceleración integrada por la garganta o venturi, en cuya base está la válvula o mariposa de aceleración típica y un dispositivo que controla la velocidad de ralentí. 2.- El conjunto de control de combustible formado por un regulador de presión de combustible y un inyector central accionado electrónicamente, para suministrar el combustible deseado. En este sistema la mariposa de aceleración se ubica después del inyector (debajo). Las unidades TBI pueden ser simples (1 inyector) o dobles (2 inyectores en motores en “V”). En la unidad TBI también se encuentran las tomas de vacío que permiten la conexión de la válvula EGR, 11 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA sensor MAP, canister, los conductos de entrada y retorno del combustible y los diferentes sensores y conectores eléctricos. ASPECTO FISICO DE UNA UNIDAD DE INYECCION T.B.I. NOTA : Si existen filtraciones de aire por algún punto bajo la mariposa de aceleración, se producen alteraciones en el funcionamiento del motor, pues este aire no será sensado (registrado) por el E.C.M. causando problemas en la correcta proporción de mezcla aire-combustible (14,7:1 ). Esta unidad también pertenece al sistema de alimentación de combustible, oportunidad en que será analizada detalladamente. c) Múltiple de Admisión : Es el encargado de dirigir la mezcla de aire y combustible hacia cada uno de los cilindros del motor, además permite aumentar la temperatura de ésta, logrando un mejor rendimiento del motor. En los motores modernos los múltiples de admisión y escape se encuentran separados (uno a cada lado de la culata),así cuando el motor está a su temperatura normal de trabajo, el múltiple de admisión mantiene una temperatura adecuada para evitar la aparición de burbujas de aire en el inyector, debido al excesivo calor que pueda aparecer ante la cercanía del múltiple de escape. 12 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA d) Sensores y actuadores: En este sistema podemos encontrar los sensores TPS, MAT, MAP y el control de ralentí. Estos sensores y actuadores serán analizados más adelante en un capítulo destinado para ello. SISTEMA DE FLUJO DE AIRE MULTIPUNTO Un sistema multipunto viene a ser la verdadera innovación técnica en automovilismo y su sistema de flujo de aire es el reflejo de este cambio, donde la estructura y disposición de lo distintos componentes resulta verdaderamente diferente a los sistemas convencionales. DISPOSICION TIPICA DEL SISTEMA DE FLUJO DE AIRE M.P.I. a) Filtro de Aire: Realiza la misma función que en el motor monopunto, sólo se ve modificada su forma y posición. 13 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Los resonadores de entrada anulan el zumbido creado por el aire al entrar en el conducto. b) Resonador: En lugar de la unidad T.B.I. en estos motores encontramos un tubo llamado cámara de aceleración o resonador, el que en esencia es un colector sincronizado, donde el aire es puesto en vibración para impulsar una mayor cantidad de mezcla hacia el cilindro. En un extremo encontramos instalado el filtro de aire, a continuación los sensores MAT, MAF, BPS, entre otros y posteriormente la válvula de aceleración, en algunos casos el tornillo de marcha mínima o en otros el control de ralentí . El otro extremo está unido al múltiple de admisión. En este sistema la mariposa de aceleración se ubica antes de los inyectores, exactamente en la boca de entrada del resonador. c) Múltiple de admisión: Cumple la misma función que en un motor monopunto, comúnmente tiene una mayor longitud para permitir un mejor llenado de los cilindros en el régimen óptimo del motor y obtener una mezcla más intima entre el aire y la gasolina en la zona del inyector. ESTRUCTURA TIPICA DE UN CONJUNTO MULTIPLE DE ADMISION DE UN SISTEMA DE FLUJO DE AIRE M.P.I. d) Sensores y actuadores: Como ya se mencionó son similares en estructura y función a los sensores y actuadores del sistema monopunto por lo que serán analizados más adelante, en un capítulo destinado para ello. 14 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE Este sistema tiene por función entregar la cantidad correcta de combustible al motor a través de los inyectores instalados sobre el múltiple de admisión. Es importante señalar que la cantidad de combustible que necesita el motor constantemente varía, por las diferentes condiciones de funcionamiento del motor, lo que hace muy complejo lograr el objetivo. Para que este sistema pueda cumplir esta importante función, es necesario que cuente con diversos componentes, los que se disponen básicamente en las siguientes unidades: unidad del depósito de combustible. unidad de bombeo. unidad de filtrado. unidad de inyección. Cada unidad puede estar formada por uno o más componentes, generalmente distribuidos de la siguiente forma: Unidad del Depósito de Combustible a) tanque de combustible b) flotador indicador de nivel de combustible Unidad de Bombeo a) bomba de combustible b) pre filtro c) relé de mando Unidad de Filtrado a) filtro de combustible b) flexibles y conductos Unidad de Inyección a) conductos de alimentación y retorno b) regulador de presión de combustible c) inyectores La unidad de inyección marca la gran diferencia entre los sistemas de alimentación de combustible monopunto y multipunto, tanto en el aspecto físico como en los valores de calibrado. Los componentes de las 3 primeras unidades normalmente son similares en ambos sistemas de alimentación de combustible, sólo difieren principalmente en la presión de trabajo. Los sistemas de alimentación de combustible de los motores con inyección electrónica de gasolina pueden ser divididos en dos grupos: los de baja presión ( 9 a 15 P.S.I.) y los de alta presión ( 35 a 60 P.S.I.) 15 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA UNIDAD DEL DEPÓSITO DE COMBUSTIBLE a) tanque de combustible: Los tanques de combustibles actualmente son del tipo sellado y tienen básicamente la siguiente disposición: ORGANIZACION GENERAL DEL TANQUE DE COMBUSTIBLE DE UN SISTEMA DE INYECCION DE GASOLINA Para controlar la emisión de vapores de combustible producto de las temperaturas está instalado el tubo de control de vapores. Para equilibrar las diferencias de presión en el aire interior existe el tubo compensador. Además de estos tubos se encuentran los convencionales de alimentación y retorno de combustible. En estos tanques la tapa de cierre sella el depósito de combustible y mediante una válvula unidireccional que posee, solo permite la entrada de aire para equilibrar la baja de presión interna cuando disminuye la temperatura. b) flotador del indicador de nivel de combustible: Tiene por función indicar en forma aproximada la cantidad de combustible existente en el tanque. Trabaja en conjunto con el reóstato del medidor de nivel. UNIDAD DE BOMBEO Esta unidad está generalmente integrada por 3 elementos: a) bomba de combustible : Generalmente la bomba de combustible es una pieza única como unidad de bombeo y se ubica dentro del tanque. En algunos casos esta unidad de bombeo está dividida en 2 partes : bomba de prealimentación dentro del tanque y bomba principal fuera de él. En otros casos ésta misma división está montada como conjunto único dentro del Tanque. 16 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA La bomba de combustible tiene internamente 2 válvulas: una de sobrepresión y una de retención. La válvula de sobrepresión protege el conjunto de bombeo produciendo el retorno de combustible, en el caso de taparse el filtro de bencina o existir alguna obstrucción en el sistema que haga aumentar peligrosamente la presión del combustible, la válvula de retención tiene por misión mantener presurizado el sistema. Es importante señalar que referirse a bombas de baja y alta presión no es muy exacto pues no crean realmente presión. Sólo suministra un volumen de combustible. Es el regulador de presión el que restringe el volumen del combustible para regresarlo al tanque y por consiguiente crear la presión. ESQUEMA INTERNO DE UNA BOMBA DE COMBUSTIBLE TIPICA El caudal de combustible enviado por la bomba es de 80 a 100 L/H. Este caudal puede variar de un motor a otro. Esto es mucho más de, lo que el motor requiere para su normal funcionamiento. Otro detalle importante de mencionar es que el combustible pasa a través de la bomba bañando completamente sus partes internas, actuando como refrigerante y lubricante para ésta. b) prefiltro: Consiste en una fina malla instalada en el conducto de entrada de la bomba y ubicada cerca del fondo del tanque para permitir una continua entrada de combustible en los distintos niveles de llenado. Tiene por función evitar que llegue hasta la bomba, el lodo que se deposita por decantación en el fondo del tanque. 17 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA c) relé de mando: El motor eléctrico de la bomba de combustible tiene valores nominales de trabajo de 12 volts y de 5 a 8 amp. aproximadamente, recibe energía desde la batería para su funcionamiento y es comandada por el E.C.M. Para evitar sobrecargar el E.C.M. y disponer de acceso directo a la bomba durante el diagnóstico o la mantención se instala entre ambos componentes un relé de mando que tiene normalmente la disposición clásica de 4 terminales y que se conecta básicamente de la siguiente manera : DIAGRAMA BASICO DE CONEXION DEL RELE DE MANDO UNIDAD DE FILTRADO a) filtro de combustible: Está instalado en la cañería de combustible, entre el tanque y la unidad de inyección con el objeto de retener las impurezas contenidas en el combustible, para evitar la obturación en el flujo de combustible que se dirige a los inyectores. Es importante destacar que en el recambio del filtro se debe considerar la dirección del flujo del combustible, el cual está indicado por la dirección de la flecha, la que debe apuntar hacia la unidad de inyección. Una característica propia de los filtros empleados en sistemas de inyección es su cubierta, la que es metálica. ESTRUCTURA DE UN FILTRO DE COMBUSTIBLE DE UN SISTEMA DE INYECCION DE GASOLINA 18 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA b) flexibles y conductos: Tienen por finalidad canalizar el combustible desde el tanque hasta la unidad de inyección. El conjunto consiste en una tubería formada por secciones de tubo metálico rígido y manguera de caucho reforzada con capas de tela sintética para soportar las altas presiones del combustible. La flexibilidad de las mangueras es necesaria para absorber las vibraciones que existen entre chasis y motor entre otros. Completan el conjunto la canalización de retorno que devuelve al tanque el combustible excedente en la unidad de inyección. UNIDAD DE INYECCIÓN Unidad T.B.I. Está ubicada en el centro del múltiple de admisión. Básicamente la unidad TBI sustituye al carburador convencional, encontrándose en ella el único inyector, el regulador de presión de combustible y la mariposa de aceleración. El inyector está montado en la posición que ocuparía el surtidor principal en un carburador, es decir, en el centro de la garganta y a la altura del estrechamiento (venturi) de manera que inyecta el combustible en la corriente de aire que pasa a su alrededor en dirección a los cilindros. El caudal de la mezcla formada aquí es regulada por la mariposa de aceleración, la que es gobernada por el acelerador. UNIDAD DE INYECCION T.B.I. 19 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA El combustible es enviado por la bomba, llega hasta la unidad TBI donde se encuentra el inyector por un lado y en paralelo el regulador de presión cuya membrana queda sometida a la presión de envío del combustible , de manera que cuando se supera el valor de presión del resorte y la membrana del regulador, éste permite el retorno del combustible sobrante hacia el depósito, efectuando así la regulación de presión. El inyector de este sistema está constantemente alimentado con combustible “fresco” que circula por su interior desde el conducto de entrada. El caudal de aire es medido por el ángulo de apertura de la mariposa de aceleración, lo cual es detectado por un potenciómetro acoplado al eje de la misma ( sensor TPS ). De esta manera el caudal de aire admitido es definido por la posición de la mariposa y el régimen del motor y la información es enviada al ECM por intermedio del sensor. En esta unidad también se encuentra un actuador que tiene por misión controlar y mantener la velocidad de giro del motor en ralentí. Este actuador trabaja sobre un pasaje de aire (válvula IAC) diseñado para este efecto en la unidad TBI, aunque a veces actúa directamente sobre la mariposa de aceleración (posicionador de la mariposa). El objetivo es mantener estable la velocidad de giro del motor en ralentí. Esta válvula recibe una señal desde el ECM, la señal varía de acuerdo a condiciones de temperatura de funcionamiento del motor o cuando se producen variaciones del régimen de giro. 20 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA a) regulador de presión de combustible: Como ya se explicó anteriormente la bomba de bencina no envía presión de combustible, sino más bien volumen, es el regulador de presión de combustible el que presenta la restricción para la circulación de bencina y por lo tanto crea la presión. Generalmente la inyección T.B.I., es un sistema de baja presión, sin embargo hay algunos automóviles que usan T.B.I., a alta presión. La presión de combustible adecuada es crítica para mantener la correcta relación aire-combustible. Si la presión del combustible es incorrecta, entonces los controles y sensores electrónicos encontrarán difícil o imposible medir la cantidad correcta de combustible para proporcionar la mezcla adecuada. Un regulador de presión en un sistema monopunto generalmente tiene como misión mantener constante la presión del combustible, por lo tanto se le conoce como regulador de presión constante. Un regulador de presión constante está formado básicamente por 2 cámaras divididas por una membrana. En la cámara superior encontramos una membrana que es presionada por un resorte, la tensión de este resorte junto a la membrana será la que determine la presión del combustible. En la cámara inferior encontramos un conducto de entrada de combustible , éste ingresará a la cámara acumulándose y elevando la presión , cuando ésta logre vencer la tensión del resorte la membrana se levantará abriendo una válvula y un conducto por donde la gasolina retornará al depósito. b) inyector: En los motores monopunto el inyector está ubicado en la unidad TBI, en el centro de la garganta y a la altura del estrechamiento llamado venturi, posición similar al surtidor principal en un carburador. El inyector es del tipo electromagnético y su apertura es gobernada por el ECM, el que al recibir señales desde los distintos sensores determina el tiempo y la duración de su apertura, tiempos que son inferiores a 1 milisegundo. El inyector está sometido a una presión de combustible constante , función que cumple tanto la bomba como el regulador de presión. 21 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA En motores con unidad TBI se utilizan normalmente inyectores de baja presión de combustible ( 9 a 15 psi.). Sólo 1 de estos inyectores se utiliza para abastecer de combustible a todo un motor de cilindros dispuestos en línea y se utilizan 2 en los motores V-6 y V-8 equipados con sistema TBI. En estos motores el inyector se abre cada vez que existe un pulso del encendido primario. Esto significa que en un inyector TBI éste se abre cada vez que se enciende una bujía. En modelos con 2 inyectores, éstos se alternan de modo que cada uno se abre cada vez que se enciende una bujía. Unidad M.P.I. En los motores multipunto la unidad de inyección está formada por 3 elementos típicos : Tubo distribuidor Regulador de presión variable Inyectores (1 por cada cilindro del motor). Además de la diferencia de estructura física, la inyección multipunto es un sistema que trabaja con una presión de combustible de 35 a 60 p.s.i. aproximadamente, siendo considerado, por lo tanto,como un sistema de alta presión. El tubo distribuidor es un conducto con tantas derivaciones como inyectores tenga el motor y su finalidad es la de proporcionar combustible a cada uno de los inyectores con la presión adecuada. DISPOSICION TIPICA DE UNA UNIDAD DE INYECCION MPI (MOTOR DE 4 CILINDROS) En uno de los extremos del tubo distribuidor se encuentra instalado el regulador de presión de combustible que en este caso es del tipo de presión variable. En estos reguladores la presión del combustible tiene un valor mientras el motor funciona en baja velocidad y sin carga y un valor mayor cuando el motor funciona a alta velocidad con o sin carga. 22 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA La estructura general del regulador de presión variable es similar a la de un regulador de presión constante, con la única diferencia de que la cámara superior, donde se encuentra el resorte que determina la presión de trabajo, se conecta por medio de una toma al vacío del múltiple de admisión. REGULADOR DE PRESION VARIABLE MPI Los inyectores del sistema MPI son similares a los del TBI en cuanto a principio de funcionamiento, solo difieren en el aspecto físico (son más pequeños) y en la presión con que trabajan, que además de ser mayor es variable. Los inyectores se agrupan dentro de los actuadores, por lo que serán estudiados detalladamente en un capítulo posterior. 23 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SISTEMA DE ENCENDIDO Los sistemas de inyección de gasolina aseguran la preparación óptima de la mezcla aire/combustible, no obstante, esto es sólo la preparación para el proceso de combustión. Para mejorar el proceso completo es necesario también adaptar óptimamente el momento de encendido a las condiciones de servicio. Como el control de la inyección de gasolina exige registrar una serie de datos de servicio para que los procese la unidad de control, resulta evidente la conveniencia de incorporar el encendido dentro del sistema de control. En algunos casos, en el sistema de encendido electrónico se ha eliminado el amplificador o es incorporado dentro del computador. Este sistema determina el punto de encendido óptimo del motor, utilizando componentes electrónicos que sustituyen los utilizados comúnmente en el distribuidor de encendido. Este sistema no tiene avances mecánicos (centrífugo o vacío), considerándose un sistema electrónico. El número de revoluciones del cigueñal se mide directamente por medio de sensores, que trabajan a través de las variaciones del volante del motor o de la polea del mismo. En algunos casos se encuentran uno o dos sensores; si es uno él se encarga de medir tanto las R.P.M. como también la posición de los P.M.S. (Posición del cigüeñal : TDC o CKP). Si fuesen dos, uno de ellos mide las R.P.M. mientras el otro mide las posiciones de P.M.S. En este sistema el distribuidor cumple únicamente la función de distribuir la alta tensión. DISPOSICION TIPICA DE UN ENCENDIDO ELECTRONICO Los encendidos convencionales (y en parte los transistorizados), tienen un margen de trabajo muy estrecho, lo que acarrea una serie de inconvenientes debido a las grandes variaciones de trabajo del motor. Esta 24 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA condición genera graves deficiencias en el desempeño de la máquina lo que se traduce en pérdida de potencia, mayor consumo de combustible, recalentamiento, desgaste prematuro del motor, mayor emisión de contaminantes, entre otras. Las principales limitaciones, que restringen el margen de trabajo de los encendidos convencionales, son de tipo mecánico y se encuentran principalmente en los platinos y los mecanismos de avance al encendido, siendo también limitaciones, aunque de menor importancia, las que imponen la tapa y el rotor del distribuidor. Las limitaciones de estos componentes se reflejan en las sgtes. condiciones de trabajo : a. Platinos Cierre defectuoso Tiempo de carga variable Energía de encendido baja Desajuste permanente b. Mecanismos de avance Avance restringido Desgaste y desajuste c. Tapa y rotor Mayor tensión de encendido Menor tensión de quemado disponible La evolución de los sistemas de encendido sólo superó sus limitaciones mecánicas con la incorporación de la electrónica. Por esto los encendidos actuales son del tipo totalmente electrónicos. Para llegar a la óptima condición actual los encendidos debieron superar sus defectos gradualmente y desde el encendido convencional, totalmente mecánico, se crearon variados sistemas de encendido, los que se pueden resumir de la sgte. manera: Encendido convencional: por platinos con ayuda transistorizada Encendido transistorizado: discreto integrado Encendido electrónico: con distribuidor sin distribuidor De esta clasificación, los motores con inyección electrónica de gasolina, utilizan solamente los encendidos transistorizado y electrónico. El encendido transistorizado se utilizó en los motores con inyección de gasolina antiguos (años 70-80) y se caracteriza porque realiza el avance al encendido por medios mecánicos similares a los del encendido convencional, en cambio el encendido electrónico no tiene instalados estos mecanismos ya que el avance se realiza por medios electrónicos en el E.C.M. 25 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA ENCENDIDO TRANSISTORIZADO Este sistema de encendido se caracteriza por no tener platinos como elemento de control de chispa, pero tiene incluidos los mismos mecanismos de avance centrífugo y de vacío en el distribuidor. DESPIECE DE DISTRIBUIDORES DE ENCENDIDOS TRANSISTORIZADOS TIPICOS La ventaja de este sistema respecto al que tiene platinos es que mejora las imperfecciones de éste: Rebote de platinos, diferencia de la chispa a altas RPM, baja potencia de la chispa, desajuste permanente. La mayoría de las veces los elementos de control de chispa (es decir, los componentes que reemplazan a los platinos), son dispositivos electromagnéticos de estructura muy variada, que son asistidos en su trabajo por circuitos electrónicos. No obstante, un sistema de encendido transistorizado, básicamente tiene la sgte. disposición: 26 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA DIAGRAMA GENERAL DE CONEXIONES DE UN ENCENDIDO TRANSISTORIZADO Excluyendo los mecanismos de avance y el rotor y tapa del distribuidor, el control de la chispa de encendido se puede dividir en 2 partes : 1.- Generador de pulsos (Señal de Encendido) 2.- Control de pulsos (Circuito Electrónico de Comando) Los encendidos transistorizados pueden ser discretos o integrados. Se dice que un encendido es discreto cuando el generador de pulsos se construye separado del circuito electrónico de comando (Módulo de encendido) y se llama integrado cuando generador y control de pulsos forman una sola pieza. Comúnmente las disposiciones discreta e integrada tienen variados ordenamientos, cuyas variaciones afectan principalmente al circuito electrónico de comando. 27 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA 1.- Generador de pulsos El generador de pulsos es un dispositivo eléctrico o electrónico que produce un voltaje con forma de pulsación, cada vez que un pistón se encuentra al final de la carrera de compresión. Este dispositivo, como todo generador, está formado por 2 partes : Un inductor y un inducido; Los que pueden funcionar según distintos efectos físicos. En todo sistema de encendido transistorizado el generador de pulsos está instalado al interior del distribuidor. El inducido siempre se ubica sobre la placa que, en los encendidos convencionales, era llamada portaplatinos (por lo tanto, recibe movimiento angular desde el mecanismo de avance por vacío) y el inductor se fija al eje del distribuidor (tomando desplazamiento angular desde el avance centrífugo). De acuerdo al tipo de generador de pulsos instalado, el encendido transistorizado recibe distintos nombres y en todos los casos el efecto físico o eléctrico, empleado en reemplazo de los platinos, determina las diferencias básicas de implementación y medición del circuito. Estos efectos en general son de 3 tipos : a. Efecto inductivo b. Efecto Hall c. Efecto óptico a.- Generador de pulsos por efecto inductivo Este generador de pulsos es el control de chispa más empleado (90% aproximadamente), en los encendidos transistorizados. En este sistema de encendido se reemplazan los platinos por una bobina generadora de pulsos (Bobina captadora), la que al ser activada por una rueda dentada, llamada reluctor o armadura, genera una señal de voltaje pulsante que es enviada al módulo de encendido. La placa rotora o reluctor y la bobina generadora tienen diversas formas, aunque el principio de funcionamiento es el mismo. DISTINTOS TIPOS DE GENERADORES DE PULSOS INDUCTIVOS 28 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA En esencia el generador de pulsos inductivo funciona de igual manera que un generador eléctrico (dínamo o alternador), es decir, cuando un conductor eléctrico se enfrenta a un campo magnético variable, según distintas condiciones, en dicho conductor se genera un voltaje de determinadas características. En el generador de pulsos inductivo el conductor es la bobina captadora (que está instalada sobre la placa porta-platinos), en cuyo centro se encuentra un núcleo ferromagnético imantado o magnetizado; Este núcleo enfrenta a los dientes del reluctor (que está fijado al eje del distribuidor) y cada vez que uno de estos dientes pasa frente al núcleo de la bobina el campo magnético de éste variará generando un voltaje alterno. Este voltaje puede estar comprendido entre 0,5V y 1,5V. La mayoría de las veces el encendido por efecto inductivo es del tipo discreto, lo que permite realizar pruebas y diagnóstico al circuito con relativa facilidad ya que el generador de pulsos se puede medir como un simple circuito eléctrico, en condiciones estáticas o dinámicas. b.- Generador de pulsos por efecto Hall El efecto Hall se manifiesta en todo conductor que, recorrido por una corriente eléctrica, es atravesado perpendicularmente por un campo magnético. En estas condiciones aparece un voltaje transversal al sentido de la corriente y del campo magnético, denominado tensión Hall, que es empleado como pulso de referencia para el control de la chispa del encendido. Este efecto se hace más notable cuando el material recorrido por la corriente eléctrica es un semiconductor. ESTRUCTURA TIPICA DE UN GENERADOR DE PULSOS HALL En este generador se debe disponer de energía eléctrica para crear la corriente que será atravesada por el campo magnético. Además la señal producida es muy débil para realizar un control directo, por lo que se hace obligado integrar al generador Hall un pequeño circuito electrónico que refuerza y conforma la señal generada antes de salir del distribuidor. Por esto el generador de pulsos por efecto Hall debe ser tratado como un circuito electrónico y en su revisión no solamente se verificará el pulso generado, sino también la tensión de polarización. Generalmente los cables asociados a este generador son 3 : Polarización, pulso y masa. 29 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA c.- Generador de pulsos por efecto óptico En este encendido se emplea la variación de corriente que se produce en un componente semiconductor cuando es iluminado por una fuente de luz infrarroja, para generar la señal de comando de la bobina de encendido. ORGANIZACION TIPICA DE UN GENERADOR DE PULSOS POR EFECTO OPTICO Además de producir una señal muy débil ( al igual que el efecto Hall ), en este generador se debe crear una fuente luminosa, por lo que también este dispositivo tiene siempre incluido un circuito electrónico integrado al generador. Debido a esto la verificación al interior del distribuidor es similar a la del generador por efecto Hall. 2.- Control de pulsos El control de pulsos es un circuito electrónico de comando, comúnmente llamado módulo de encendido, que activa la bobina de encendido partiendo del voltaje pulsante que recibe del generador de pulsos. En esencia el módulo de encendido recibe la señal del generador de pulsos, la refuerza, la conforma y la potencia para controlar la generación de alto voltaje de la bobina de encendido. En la práctica se pueden encontrar 2 tipos de módulos : Los compactos y los seccionados. En los módulos compactos habitualmente se tiene un encendido transistorizado discreto con generador de pulsos inductivo (disposición clásica de 5 terminales). En este caso el módulo está formado por 3 circuitos internos : El reforzador (pre-amplificador), el conformador (corrector de pulso) y el de potencia (etapa de salida o “transistor de potencia”). Ocasionalmente este encendido puede ser del tipo integrado. Los módulos seccionados normalmente trabajan con generadores de pulsos por efectos Hall y óptico, por lo que los circuitos reforzador y conformador del módulo de encendido están integrados al generador de pulsos (en el distribuidor) y el transistor de potencia es externo. En general los módulos de encendido son muy semejantes, sólo difieren en la forma de procesar el pulso de 30 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA acuerdo al tipo de generador y a la implementación de sus circuitos. Comúnmente tienen como mínimo 5 cables de conexión, de los cuales 2 son de alimentación, 2 son para recibir la señal del generador de pulsos y 1 es para conmutar o accionar el primario de la bobina de encendido. No obstante, hay módulos de encendido que pueden tener más o menos cables de conexión. Para comprender la función de cada cable se debe tener claro qué funciones anexas controla el módulo, aunque esta situación más bien se manifiesta en los encendidos electrónicos, las causas que generalmente modifican el número de cables del módulo son : Implementación del generador de pulsos Conexión del negativo Alimentación en la partida La verificación de un sistema de encendido se puede realizar considerando primeramente el tipo de generador de pulsos y módulo de encendido que integran el circuito. La secuencia común en el procedimiento de 31 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA verificación, cuando no hay chispa, se puede resumir en el siguiente esquema : REVISAR: SI Chispa en las bujías OK NO Chispa en la Bobina de Encendido SI Verificar : Tapa, Rotor, Cables de Bujías. NO Pulso Primario de la Bobina de Encendido SI Cambiar la Bobina de Encendido. NO Revisar conexión del Encendido desde la Chapa de Contacto. NO Cambiar Generador de Pulsos. NO Cambiar Módulo de Encendido. NO Alimentación del Primario de la Bobina de Encendido SI Señal del Generador de Pulsos SI Señales del Módulo de Encendido SI OK Fin de la Operación. Comúnmente la verificación se puede hacer sobre la base de 2 disposiciones típicas de circuitos de encendido: Los circuitos discretos (Módulos compactos) y los integrados (Módulos seccionados). Encendido 32 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA PUNTOS DE PRUEBA COMUNES DE UN CIRCUITO DE ENCENDIDO DISCRETO PUNTOS DE PRUEBA COMUNES DE UN CIRCUITO DE ENCENDIDO INTEGRADO ENCENDIDO ELECTRÓNICO Este sistema se caracteriza por superar todas las limitaciones del encendido convencional y transistorizado en lo que se refiere al desempeño de los platinos, el avance al encendido y el par tapa-rotor del distribuidor. 33 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Para corregir estas limitaciones el encendido es controlado electrónicamente en forma integral mediante el ECM. En estos sistemas ya no se utiliza la señal de un generador de pulsos para controlar la chispa en la bujía y detectar el PMS sino que encontramos sensores: Un sensor de PMS y un sensor de RPM para realizar las funciones del antiguo generador de pulsos y además determinar el inicio de la inyección. En algunos casos sólo se instala el sensor de PMS o posición del cigüeñal (CKP), que le permite al ECM determinar el encendido y la inyección por cálculos asociados a la información de los demás sensores. Estos sensores le permiten al E.C.M. controlar en forma mas exacta la chispa y la inyección debido a que la información de estos es mas precisa en cuanto a la posición del cigüeñal y el régimen de trabajo del motor. El ángulo dwell y el avance de la chispa ahora son controlados íntegramente por el E.C.M. en forma independiente cada uno de ellos, lográndose que sea el adecuado aún a distintos regímenes de trabajo del motor. Importante es considerar que el avance de la chispa no siempre es proporcional a las R.P.M. del motor, sino que también depende de la carga, la temperatura, etc. Encendido Electrónico con Distribuidor La diferencia está en que el distribuidor no posee los de avances convencionales (centrífugo y vacío), pues son controlados por el E.C.M. Además en algunos casos el módulo de encendido también es incorporado dentro del E.C.M. En este sistema el distribuidor cumple la función únicamente de distribuir la alta tensión (tapa de distribuidor, rotor). Encendido Electrónico sin Distribuidor (Sistema DIS) En este sistema el distribuidor es sustituido por bobinas de doble chispa. Estas bobinas son comandadas de manera alternada. En el momento de la ignición una bobina genera dos chispas de encendido a la vez y en el 34 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA momento siguiente trabaja otra bobina generando otras dos chispas (esta situación es la de un motor de 4 cilindros). Las dos chispas generadas por cada bobina deben ser distribuidas a través de los cables de alta tensión de forma que una de ellas llegue a una bujía cuyo cilindro esté al final de escape y la otra a un cilindro al final de compresión (pares de pistón). Las bujías de encendido en las cuales se generan las chispas están conectados en serie con la bobina de encendido, de tal forma que en cada salida de alta tensión de la bobina hay una bujía. Este sistema es empleado únicamente en motores con número par de cilindros. Este sistema de encendido tiene ligeramente modificado el control de los sensores, ya que en algunos casos se emplean 2 sensores para control de chispa e inyección y en la mayoría de los sistemas modernos se emplean 3 sensores: CKP, RPM y ángulo del eje de levas. El encendido DIS se creo para superar las limitaciones que existen en la separación que hay entre el rotor y la tapa del distribuidor, lo que provoca una caída de voltaje que resta energía a la chispa de la bujía. DISPOSICION BASICA DE UN ENCENDIDO ELECTRONICO DIS 35 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SENSORES En un sistema de inyección electrónica de combustible se puede mezclar la cantidad exacta de aire y gasolina, verificando previamente el estado de funcionamiento del motor mediante sensores, los que tienen por finalidad informar al ECM las variaciones de trabajo para que realice las correcciones en los distintos actuadores. Cada sensor tiene por función transformar una magnitud física en un valor eléctrico determinado. Las magnitudes físicas que transforman los sensores son: Temperatura Presión Caudal o Flujo Aceleración Velocidad Posición Vibración Los sensores son dispositivos eléctricos o electrónicos que cuando son accionados por una magnitud física producen una variación o generación de voltaje. El voltaje asociado al trabajo de un sensor es llamado señal eléctrica o simplemente señal del sensor. Las señales que se pueden medir en los sensores pueden ser básicamente las siguientes : Voltaje mínimo Voltaje máximo Voltaje de variación continua Voltaje de variación alterna Voltaje pulsatorio Los dispositivos eléctricos o electrónicos que se emplean como sensores en general son los siguientes : Variadores de señal Generadores de señal Interruptores Potenciómetros Resistencias variables Inductivos Ópticos Magnéticos Piezoeléctricos Termo-Químicos En un motor de combustión interna controlado electrónicamente, los sensores son instalados sobre 3 estructuras principalmente : La del sistema de flujo de aire La del motor La del canal de escape o contaminantes 36 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Sensores del Sistema de Flujo de Aire En este sistema los sensores miden : Caudal o flujo de aire (MAF) Presión en el múltiple de admisión (MAP) Posición de la mariposa de aceleración (TPS) Temperatura del aire (MAT) Presión barométrica (BPS) Sensores del Motor Estos sensores verifican : El PMS (TDC) Las R.P.M. (ESS) La temperatura del motor (CTS) La detonación o avance excesivo del encendido (KNOCK) La velocidad del vehículo (VSS) Las marchas o cambios en T/A (P/N) Sensores del canal de escape o contaminantes Sensor de oxígeno SENSORES DEL SISTEMA DE FLUJO DE AIRE SENSOR DE CAUDAL O FLUJO DE AIRE (MAF): Este sensor mide la cantidad de aire que ingresan al motor. Es un sensor que utilizan preferentemente los motores con inyección múltiple. Generalmente se encuentra ubicado a la entrada del canal de admisión, después del filtro de aire. Los MAF más utilizados son 4 : Aleta-sonda Hilo caliente Lámina caliente Vórtex karman 37 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA MAF DE ALETA-SONDA: Los elementos que componen este tipo de sensores son el plato de medición, el resorte y un potenciómetro, una cámara de amortiguación, un plato de compensación y un tope de carga plena. Además incluye un tornillo de ajuste de mezcla de ralentí. Este sensor entrega una señal de voltaje de variación contínua. 1.- Sensor de Temperatura del aire 2.- Plato de medición 3.- Tornillo de ajuste de mezcla de ralentí 4.- Plato de compensación 5.- Cámara de amortiguación 6.- Potenciómetro 38 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA MAF DE HILO CALIENTE: Este sensor está formado por un anillo en el que se monta un hilo de platino muy delgado a través del cual pasa el aire aspirado. Junto a estos elementos se encuentran resistencias de compensación térmica y un circuito electrónico de control, formando todo un solo conjunto. La señal que produce este sensor es de voltaje de variación contínua. MEDIDOR DE MASA DE AIRE POR HILO CALIENTE 1.- Placa de circuito impreso 2.- circuito híbrido. Este contiene además de las resistencias del circuito puente, el circuito de regulación destinado a mantener constante la temperatura y el circuito de autolimpieza 3.- Tubo interior 4.- Resistencia de medición de precisión 5.- Elemento de hilo caliente 6.- Resistencia de compensación térmica 7.- Parrilla de protección 8.- Cuerpo 39 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA MAF DE LÁMINA CALIENTE En este sensor se emplea una lámina calentada por un hilo que la rodea. Consta de elementos similares al MAF de hilo caliente, pero en este caso el circuito electrónico de control genera una señal de voltaje pulsatorio y de frecuencia variable. MAF DE VÓRTEX KARMAN: Para medir el caudal en este sensor es necesario crear un torbellino en la corriente del aire de admisión. Por esto se instala una columna en la garganta de admisión donde se ubica el MAF y un tranceptor infrarrojo que calcula la cantidad de aire admitido en función del torbellino creado tras la columna. El circuito electrónico asociado al tranceptor infrarrojo genera un voltaje de frecuencia variable. SENSOR DE PRESIÓN ABSOLUTA DEL MÚLTIPLE (MAP): El MAP se emplea para captar la presión del múltiple de admisión por medio de un circuito integrado conectado a una placa semiconductora instalada dentro de una pequeña cámara de vacío. Esta cámara tiene un valor de vacío predeterminado que al compararse con el vacío del múltiple (presión del múltiple) permite al sensor determinar la cantidad de aire ingresado. 40 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA El circuito integrado en algunos motores entrega una señal de voltaje de variación continua y en otros un voltaje pulsatorio de frecuencia variable. En todo motor que no posea sensor MAF siempre existe un sensor MAP en su reemplazo. Según lo anterior el MAP es un traductor de presión que mide las variaciones de presión del múltiple de admisión. La presión varía según la carga del motor y las alteraciones de velocidad, y el sensor MAP convierte estas informaciones en salida de voltaje. La presión absoluta en el múltiple (MAP) es lo opuesto, a lo que puede ser medido con el vacuómetro. Cuando la presión del múltiple es alta, el vacío es bajo (acelerador totalmente abierto) y cuando la presión del múltiple es baja, el vacío es alto (acelerador cerrado). El MAP también es usado para medir la presión barométrica lo que permite al E.C.M ajustarse automáticamente a las diferentes alturas. 41 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SENSOR DE POSICIÓN DE LA MARIPOSA DE ACELERACIÓN ( TPS ): Este sensor es un potenciómetro que se conecta al eje de la mariposa, posee tres alambres, generalmente uno de ellos tiene la referencia de 5 volt enviado por el E.C.M. El otro se conecta a masa y el tercero que actúa como sensor se conecta a un contacto movible del T.P.S. que permite variar el voltaje aplicado de acuerdo a la posición de la mariposa de aceleración. Este sensor proporciona una de las señales más importantes, para el control de combustible. El potenciómetro en el interior de la TPS varia su resistencia en proporción al movimiento del acelerador. Esta información cambia la señal de voltaje de 0,5 V. aumentando a medida que se abre el acelerador hasta que en apertura total alcanza un voltaje aproximado de 5v. Esta señal de voltaje de salida, le permite al E.C.M. conocer la posición de la mariposa, para generar el pulso que controla la inyección. 42 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SENSOR DE TEMPERATURA DE AIRE (MAT): Tiene por función medir la Tº del aire que ingresa al motor, con el objeto de determinar con mayor precisión el tiempo de la inyección de combustible. Este sensor se instala en el filtro de aire, es del tipo termistor y varía su resistencia de acuerdo a las variaciones de temperatura, a menor tº mayor resistencia y a mayor tº menor resistencia, por esto es una resistencia variable que de acuerdo a las temperaturas de entrada del aire produce una señal de voltaje de variación contínua. Recibe una señal de voltaje del E.C.M. y mide los cambios en este voltaje para determinar la tº del aire que entra al motor, por medición de este voltaje el E.C.M. conoce la tº del aire de la admisión. Este sensor es usado por el E.C.M. para ajustar la entrega de combustble y la sincronización del encendido. Se utiliza comúnmente en los motores con inyección multipunto, generalmente esta unido al sensor MAF. SENSOR DE PRESIÓN BAROMÉTRICA (BPS): Verifica la presión atmosférica a diferentes altitudes sobre el nivel del mar. Está formado por resistencias semiconductoras que varían su valor cuando las afectan diferentes presiones. Estas variaciones ingresan a un circuito electrónico, que forma parte del sensor y entrega un voltaje de variación continua. Generalmente este sensor es reemplazado por el sensor MAP ya que su trabajo y su estructura son similares. La principal diferencia entre BPS y MAP es la ubicación que tienen con respecto al TPS en el canal de 43 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA admisión: El BPS se ubica antes del TPS junto al MAF y el MAP está después o bajo el TPS en el múltiple de admisión. SENSORES DEL MOTOR SENSORES DE PMS Y RPM ( TDC Y ESS ) : Es un detector de señal básica para todo el sistema. Comprueba la velocidad del motor y la posición de los pistones ( PMS ), y envía señales al ECM. El sensor de PMS también es conocido como sensor de posición o de ángulo del cigueñal. Estos sensores se pueden encontrar tanto en el distribuidor, tapa de distribución, volante de inercia o polea del cigueñal. Aunque son 2 sensores que cumplen distintas funciones, están estrechamente relacionados encontrándose muchas veces instalados dentro de la misma unidad. En otros casos se emplea sólo un sensor ( el de PMS ) para desarrollar las 2 funciones. Las señales de PMS y RPM son muy importantes para la inyección del combustible y el tiempo de encendido. La señal de PMS informa al ECM el ángulo estándar del cigueñal, el que se utiliza para determinar la distribución del encendido y la distribución de la inyección en relación al PMS de cada cilindro. La señal de RPM la emplea el ECM para detectar la velocidad del motor. 44 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Cuando estos sensores son instalados en el volante de inercia son llamados generalmente transmisores de régimen y de referencia ángular. En este caso se tiene 2 transmisores inductivos : Uno de régimen ( marcha del motor ) y otro de referencia ángular del cigueñal ( ángulo de posición del cigueñal ). Los transmisores (sensores ) están formados por las siguientes partes: 1.- Imán permanente 2.- Cuerpo 3.- Bloque del motor 4.- núcleo de hierro 5.- Devanado 6.- Corona dentada 7.- Marca de referencia 45 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SENSOR DE Tº DEL MOTOR (C.T.S): Este sensor mide la tº del motor. Está instalado directamente en el sistema de refrigeración del motor en contacto directo con el agua, es del tipo termistor, el cual varía su valor ohmico de acuerdo a la tº del liquido refrigerante. La baja tº del liquido de refrigeración produce alta resistencia, mientras que la alta tº causa una baja resistencia. Este sensor funciona en base a una señal (de voltaje que le envía la E.C.M.) Esta señal pasa a través de la resistencia del C.T.S. y dependiendo de la tº del refrigerante el voltaje varía. Cuando el sensor esta frío con alta resistencia interna, el E.C.M. monitorea una señal de voltaje alto, lo que interpreta como un motor frío, cuando el liquido refrigerante alcanza una tº más elevada, el sensor se calienta, la resistencia interna disminuye, la señal de voltaje disminuirá y el E.C.M. interpretará el bajo voltaje como un motor caliente. SENSOR DE GOLPETEO O DETONACIÓN (SENSOR KNOCK): Está montado en el bloque de cilindros y detecta los golpeteos de este. Cuando hay golpeteo (detonaciones), el sensor envía una señal (voltaje), a la E.C.M. y ésta retarda el tiempo de chispa para evitar los 46 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA golpeteos. Cuando estos cesan es avanzado el tiempo a un periodo predeterminado, según lo determine la E.C.M. Existen dos tipos de sensores KNOCK, uno genera o produce una tensión alta sobre un estrecho margen de frecuencias de vibración, mientras que el otro tipo genera o produce una tensión alta sobre un amplio margen de frecuencias de vibración. SENSOR (INTERRUPTOR) DE POSICIÓN DE PALANCA DE CAMBIOS: El interruptor P/N ( P=Park=Estacionamiento, N=Neutral=Neutro ), indica al ECM cuando la trasmisión está en posición P ó N. Esta información es usada para la puesta en marcha del motor ( elemento de seguridad ), operación del embrague del convertidor de torque y la válvula IAC. 47 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Importante : El vehículo no debe ser conducido con el interruptor P/N desconectado, se verá afectado el ralentí e indicará un falso código. El motor sólo debe arrancar si la palanca de cambios está en la posición P ó N, si parte en cualquier otra posición, es necesario ajustar el interruptor. SENSOR DE VELOCIDAD DEL VEHICULO (V.S.S.): La señal del V.S.S. le permite a la computadora informar qué tan rápido se mueve el vehículo. Le indica además si se está moviendo hacia adelante o en reversa. Este sensor puede ser de distintos tipos siendo el más común el de efecto inductivo que está instalado generalmente en el eje secundario de la caja de cambios, generando un voltaje de corriente alterna. También puede ser un interruptor de láminas o un sensor por efecto óptico que está instalado en el velocímetro y transforma la velocidad del vehículo en una señal de pulso. 48 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SENSORES DEL CANAL DE ESCAPE O CONTAMINANTES: SENSOR DE OXÍGENO (O2): Este sensor está instalado en el múltiple de escape para monitorear el oxígeno contenido en los gases de este, e informar al E.C.M a través de una señal de voltaje. Mide la cantidad de oxígeno que se encuentra en los gases de escape para determinar la relación aire/ combustible. Cuando el contenido del aire es alto (mezcla pobre) el sensor de oxigeno envía un voltaje de 100 a 400 milivoltios hacia la E.C.M, si el contenido del aire es bajo (mezcla rica) el sensor de oxigeno envía un voltaje de 450 a 900 milivoltios hacia la E.C.M, ésta utiliza los mensajes de mezcla rica o pobre para determinar la amplitud del pulso de inyección, permitiendo así una relación estequiométrica de aire combustible de 14,7: 1 conocido comúnmente como factor lambda = 1. 49 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA ACTUADORES El ECM controla el funcionamiento del motor en un sistema con inyección electrónica de combustible de acuerdo al siguiente esquema básico : SENSOR ECM ACTUADOR Según hemos estudiado hasta ahora, el sensor tiene la misión de informar al ECM el estado de trabajo del motor. El ECM procesa esta información y envía una señal de comando al actuador, el que modifica el estado de trabajo del motor. Este ciclo de trabajo se repite permanentemente durante el funcionamiento del motor. A la inversa de los sensores, un actuador tiene por función transformar un valor eléctrico determinado en una magnitud física modificada. Las magnitudes físicas que modifican los actuadores son en general : Temperatura Caudal o flujo Estado del combustible Al igual que los sensores, un actuador trabaja con señales eléctricas, las que generalmente son las siguientes : Voltaje mínimo Voltaje máximo Voltaje pulsatorio Estas señales son las que el actuador recibe desde el ECM para ejecutar su trabajo. Los dispositivos eléctricos o electrónicos que se emplean como actuadores en general son los siguientes : Bobinas ( electroimanes, válvulas electromagnéticas ) Transformadores Motores El ECM toma decisiones sobre 5 condiciones durante el funcionamiento del motor : 1.- Caudal de alimentación de combustible (bomba de combustible) 2.- Inyección de combustible (inyector) 3.- Estado de la mezcla combustible (circuito electrónico y bobina de encendido) 4.- Estabilidad de marcha mínima (válvula IAC o posicionador de mariposa de aceleración) 5.- Temperatura del motor (electroventilador) 50 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Todo motor con inyección electrónica de combustible tiene 5 actuadores instalados en distintos lugares del automóvil y el motor. El inyector y el actuador de marcha mínima se ubican en el motor, exactamente en el sistema de flujo de aire. El electroventilador está instalado siempre junto al radiador del sistema de enfriamiento del motor. La bomba de combustible y el circuito electrónico de encendido junto con la bobina de encendido se instalan generalmente fuera del motor como ya se ha estudiado. ACTUADORES DEL MOTOR EL INYECTOR: El inyector es una válvula electromagnética, instalada en el múltiple de admisión al final del conducto de alta presión del sistema de alimentación de combustible. Tiene por función permitir la sallida sincronizada del combustible ( inyección ) que ingresa a los cilindros. Los inyectores pueden ser de distintos tipos, los que se pueden distinguir de la siguiente manera : 1.- Monopunto ( inyección centralizada ) 2.- Multipunto : a) Forma de la boquilla de inyección b) Resistencia eléctrica de su bobina c) Forma del conector Generalmente el inyector monopunto es más robusto que el múltiple, y tiene una boquilla más ancha. El combustible inyectado es controlado en su sincronismo y cantidad por el ECM. La cantidad de combustible que entra a los cilíndros se controla por el tiempo que el inyector permanece abierto cuando su bobina recibe energía eléctrica desde el ECM : menor tiempo abierto el inyector significa empobrecimiento de la mezcla y mayor tiempo de apertura, riqueza de la misma. 51 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA El sincronismo de la inyección del combustible se puede realizar de 3 maneras en su sistema multipunto : A) INYECCIÓN SIMULTÁNEA : La característica de este tipo de inyección es que todos los inyectores inyectan el combustible al mismo tiempo cada vez que el cigüeñal gira 1 vuelta. Inyección simultánea B) INYECCIÓN DE GRUPO : la característica de este tipo de inyección es que existen 2 grupos de inyectores de combustible, por ejemplo: cilindro 1, 2 y 3 pertenecen a un grupo y el cilindro 4, 5 y 6 al otro, cada grupo de inyectores, inyecta una vez por cada ciclo del motor, es decir, por cada 2 vueltas de giro del eje cigüeñal. Para compensar la falta de combustible respecto de la modalidad anterior, la amplitud de pulso aumenta al doble (inyector permanece más tiempo abierto). La inyección total de combustible es prácticamente igual a la inyección simultánea. Inyección de grupo 52 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA C) INYECCIÓN SECUENCIAL : La característica de esta inyección es que el combustible es inyectado a los cilindros en el mismo orden de encendido. Generalmente se utiliza en motores pequeños y durante la marcha económica Inyección secuencial Con el objeto de mejorar el funcionamiento del motor, en los sistemas multipuntos encontramos sensores y sistemas, que no son típicos del motor monopunto. El sincronismo de la inyección en un sistema monopunto se realiza en función de la señal del sensor de PMS. 53 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA VÁLVULA DE CONTROL DE AIRE EN RALENTI (I.A.C) IDLE AIR CONTROL La velocidad de ralenti del motor es controlada por el E.C.M. a través de la válvula I.A.C., montada en el cuerpo del acelerador. El E.C.M. envía pulsos de voltaje a los bobinados del motor de la válvula I.A.C., provocando el movimiento de la válvula, hacia dentro o hacia afuera, según corresponda. Cuando el motor esta frío o es sometido a carga, la válvula se contrae permitiendo un paso adicional de aire (by pass) que permite variar el ralenti según la necesidad. A demás reduce las emisiones de hidrocarburos (H.C.) y monóxido de carbono (C.O.) que ocurren durante el cierre rápido de la mariposa de aceleración. 1.- Terminales 2.- Rodamiento 3.- Estator 4.- Rotor 5.- Resorte 6.- Válvula de aguja 7.- Tornillo guía POSICIONADOR DE LA MARIPOSA DE ACELERACIÓN Este método para controlar velocidad de marcha mínima del motor acciona la mariposa de aceleración por medio de un pequeño motor eléctrico. En este caso no existe el paso de aire lateral a la mariposa de los gases y el ralentí se controla por la apertura o cierre de ésta. El motor de control de marcha mínima tiene restringido su movimiento desde el mínimo común de apertura (motor caliente sin carga) hasta el máximo de aceleración de ralentí (motor frío con carga). 54 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA EL ELECTROVENTILADOR Este es un motor con turbina de aspas que fuerza el paso de aire a través del radiador de temperatura del motor para enfriar el agua que circula por el sistema de enfriamiento del mismo. Puede trabajar básicamente de 2 maneras: 1.- Por sensor 2.- Por acción térmica combinada Cuando el electroventilador es accionado por sensor el control lo realiza completamente el ECM. Cuando el accionamiento es combinado se realiza el mismo control por sensor, pero el circuito de mando del electroventilador tiene un Termo-Switch que es accionado por la temperatura del agua de enfriamiento del motor generalmente instalado en el radiador de temperatura. El Termo-Switch trabaja con temperaturas que fluctúan entre 70º y 90º C generalmente. MANDO POR SENSOR ASISTIDO POR RELE MANDO POR SENSOR Y TERMOSWITCH 55 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SISTEMA DE CONTROL DE CONTAMINANTES Todo motor de combustión interna emite contaminantes de distintos tipos y con distinto poder contaminante, es decir, en estos motores se producen sustancias (gaseosas) que son más contaminantes que otras y por lo tanto, con mayor o menor importancia en el efecto contaminante ambiental; Situación que perjudica, además del medio ambiente (la atmósfera), la salud humana y animal, como también a la vegetación. Los contaminantes más perjudiciales pueden ser de dos tipos en el automóvil: 1.- gases quemados: monóxido de carbono (CO.) hidrocarburos (HC) óxidos de nitrógeno (NOx) dióxido de carbono (CO2) 2.-gases crudos: gases del cárter vapores del tanque de combustible Todos los gases quemados son productos de la combustión del ciclo del motor. Teóricamente no deberían producirse el CO, el HC y los NOx en una combustión perfecta, pero las limitaciones de todo motor de combustión interna debido a imperfecciones mecánicas, esfuerzos y variaciones de trabajo, como también calidad de combustibles y lubricantes hacen imposible anular la emisión de estos gases, quedando solo la posibilidad de disminuirlos. Los llamados contaminantes crudos son de variada naturaleza tales como: aceite lubricante vaporizado del motor y combustible crudo y quemado y desechos de la combustión. El control de la emisión de estos contaminantes emplea comunes los siguientes: a) control de emisión de gases quemados Recirculación de gases de escape. Conversión catalítica de contaminantes b) control de emisión de gases crudos ventilación del cárter vaciado de vapores del tanque de combustible. 56 variados métodos y dispositivos, siendo los más INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA CONTROL DE EMISIÓN DE GASES QUEMADOS Recirculacion de Gases de Escape(EGR) La Recirculación de gases tiene por misión disminuir los NOx producidos por la combustión en el motor. este método de control consiste en tomar una pequeña porción de los gases de escape para volver a introducirlos en el múltiple de admisión. La Recirculación de gases tiene aplicación restringida en el motor, debido a que su objetivo es empobrecer parcialmente la mezcla, por esto para no restar excesiva potencia al motor el control de los gases de escape se activa solo cuando se imponen cargas parciales al motor, visto de otra manera la Recirculación de gases desactiva cuando el motor esta en ralentí a plena carga o frío. Para recircular los gases del escape a la admisión es necesario emplear una válvula que corte o de paso a los gases en los regímenes indicados, este componente es llamado válvula EGR y es comandada por el vacío del múltiple de admisión. a) válvula EGR b) limitador de vacío c) deposito de control d) termoválvula a) vacío del múltiple de admisión b) membrana c) salida hacia el múltiple de admisión d) entrada desde el múltiple de escape e) válvula Cuando aumenta la carga del motor, aumentan también los NOx y el método de control EGR por vacío pierde eficiencia. En la actualidad se emplea un método de control EGR accionado por 3 condiciones distintas: a) por vacío(válvula EGR) b) por presión de los gases de escape (válvula BPT) c) por control electrónico desde el ECM(válvula solenoide) 57 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA La disposición general es la siguiente: SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES Y MOTOR Conversión Catalítica de Contaminantes Este método de control permite convertir los contaminantes quemados, como los HC, CO y NOx en productos inofensivos como el agua, el CO2 y el N2. Es un método de conversión autónomo y emplea como elemento característico un filtro térmico llamado convertidor catalítico el que actualmente es por lo general de 3 vías. catalizador de tres vías: El sistema catalizador de tres vías oxida simultáneamente monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) y reduce el óxido de nitrógeno (NOx). Usando un catalizador, este cambia estas emisiones de gas nocivo en elementos no dañino, tales como dioxido de carbono (CO2), agua (H2O) y dióxido de nitrógeno (N2). Cuando se purifican emisiones usando un catalizador de tres vías, las características de la purificación varían ampliamente de acuerdo a la proporción del aire/combustible del motor. Cuando la mezcla se aproxima a la proporción 14.7 : 1, la oxidación y la reducción están bien equilibradas. El catalizador trasforma aproximadamente el 95% de los gases nocivos (CO), (HC) y (NOx), en gases inocuos. Nitrógeno, dióxido de carbono y agua. 58 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Es necesario seleccionar las condiciones de uso de un catalizador para que actúe efectivamente. Por esta razón, la posición de montaje, el tamaño y la cantidad de catalizador deben ser diseñados individualmente para cada sistema. La estructura interna de un catalizador generalmente es la de un filtro con forma de panal fino. También hay otros catalizadores granulados, en ambos casos el catalizador está contenido en un recipiente metálico aislado térmicamente, en mayor o menor grado, del exterior. 1.- fijador del conjunto 2.- recipiente 3.- aislante térmico 4.- catalizador Precauciones para el Catalizador Si una gran cantidad de combustible no quemado fluye al convertidor, la temperatura del convertidor se hará excesivamente alta. Para evitar dañarlo, tenga en cuenta las siguientes precauciones: 1.- Use únicamente gasolina sin plomo. La gasolina con plomo envenena la capa de metal noble del catalizador y anula en un tiempo brevísimo la funcionalidad del sistema. 2.- Cuando compruebe la chispa de encendido o mida la compresión del motor, haga las pruebas rápidamente y únicamente cuando sea necesario. 3.- No ponga el vehículo sobre material inflamable. Para conseguir la proporción optima de aire para el proceso de transformación en el catalizador, habría que regular exactamente la mezcla aire/combustible al punto estequiométrico 14,7 : 1 ë=1, por medio de un sensor de oxigeno o “sonda lambda”. La sonda lambda va montada en el tubo de escape entre el motor y el catalizador. La superficie exterior del tubo cerámico esta sometida a los gases de escape y la superficie interior esta en contacto con el aire atmosférico. En la superficie limite aparece una tensión eléctrica que puede tomarse como medida de la proporción de oxigeno que hay en los gases de escape. La sonda lambda se caracteriza por indicar, mediante variaciones bruscas de tensión, las variaciones en la composición de la mezcla. 59 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Si la composición de la mezcla se desvía del valor prefijado, la sonda lo detecta por el contenido de oxígeno residual en los gases de escape e informa de ello al dispositivo electrónico de control de la preparación de la mezcla, es decir, a la inyección, por medio del valor de la tensión correspondiente, el dispositivo de control corrige, la dosificación de combustible al valor debido. Dentro del circuito de regulación lambda, los tres componentes de los gases de escape (CO, HC, NOx), se encuentran prácticamente en el mínimo. El convertidor catalítico tiene por función generar bastante calor para terminar de quemar los HC y CO, para esto el convertidor se calienta con los mismos gases de escape por medio de reacciones químicas. Al igual que en la sonda lambda, también en el catalizador desempeña un papel muy importante la temperatura de funcionamiento. No hay una conversión de las sustancias nocivas dignas de mención hasta que la temperatura ha superado los 300 ºC aprox. Las condiciones ideales de funcionamiento, en que los porcentajes de transformación son altos y la duración del sistema prolongada, se encuentran en el intervalo de temperatura comprendido entre 400 y 800 ºC en el que el envejecimiento térmico es escaso al variar la temperatura. Sobre los 900º C el convertidor empieza a dañarse severamente. El exceso de temperatura puede aparecer cuando se tienen mezclas ricas o fallas de encendido entre otras. Una vez que ha arrancado el motor, debe alcanzarse lo mas rápidamente posible la temperatura de régimen para mantener baja la emisión de sustancias nocivas. Por ello el convertidor se instala lo más cerca posible del motor. En estas condiciones la vida útil del catalizador podrá llegar a los 100.000 Kms. CONTROL DE EMISIÓN DE GASES CRUDOS Ventilación del Cárter ( PCV) Durante el funcionamiento del motor se encuentra, en la zona del cárter una niebla formada por vapores del aceite, agua y combustible y gases de la combustión acumulados debido a las fases de compresión y combustión y al movimiento de las distintas piezas del motor. Si estos vapores y gases se mantienen en el cárter reducirán la eficiencia del lubricante y aumentarán el desgaste del motor por diversos motivos. Para evitar esto se evacuan estos vapores y gases y se reutilizan ingresándolos al caudal de admisión, mejorando la lubricación de la parte alta del cilindro y la combustión de los gases en la explosión. Este sistema de control se llama ventilación positiva del cárter (PCV) y actualmente se tiene la tendencia a restringir su trabajo a determinados regímenes del motor con el empleo de una válvula. Las disposiciones más comunes son las sgtes. : 60 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Vaciado de Vapores del Tanque de Combustible Los vapores generados en el tanque de combustible son altamente contaminantes, ya que es un concentrado de HC. El control de estos vapores se realiza mediante un sistema formado por un recipiente, que contiene temporalmente estos vapores, una válvula de control y ocasionalmente una válvula de retención. El propósito de este conjunto de elementos, unidos por tuberías, es el de vaciar los vapores de combustible en el canal de admisión de modo que se quemen junto a la mezcla en la explosión. El elemento más importante de este sistema es el recipiente, llamado cánister, que contiene un relleno de carbón activo capaz de absorber los gases en un momento determinado y devolverlos al sistema de alimentación bajo ciertas condiciones. El cánister contiene además la válvula de control accionada por vacío. 61 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Cuando se emplea la válvula de retención, se instala entre el tanque del combustible y el cánister para evitar el reflujo de los vapores y poder tener un mejor control del vaciado de los vapores. En este caso la disposición del sistema es básicamente la sgte. : 62 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA En muchos motores se combina el vaciado de vapores con la ventilación del cárter o con la EGR. OBD OBD “on board diagnostic” (diagnóstico a bordo): Desde que se inventaron los sistemas de inyección de combustible fue necesario crear un sistema de diagnóstico a bordo, que le permitiera al conductor advertir que alguna falla o defecto se estaba produciendo en el sistema. El sistema utilizado fue un indicador (check engine ) que se encendía cuando había problemas con el sistema de control del motor. Este sistema permitirá además ayudar al técnico a diagnosticar fallas en el sistema a través de códigos emitidos por el destello de la luz check engine OBD I En 1988 entro en vigor la regulación OBD-1 que requería que todo auto tuviese un sistema de aviso al conductor que cuando el auto presentara problemas con el sistema de inyección encendiera un indicador en panel de instrumentos (check engine) y un procesador electrónico (engine control unit), almacenará el problema. El sistema también le facilitaría al técnico el rastreo de donde posiblemente se encontraba el problema porque almacenaba los problemas en el procesador electrónico y le asignaba un código a cada sensor (INPUT) ó (OUPUT). Pero estos sistemas de diagnóstico sólo determinaban si el componente estaba dañado, o su circuito tenía problemas. 63 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Para mejorar más el sistema, algunos fabricantes dejaron un conector (A.L.D.L), para permitir la conexión de un computador (scanner) que permite realizar un sondeo por todo el sistema de inyección, mostrando en la pantalla el elemento que podría estar fallando, además de indicarnos los valores de funcionamiento adecuado de los distintos sensores. Una de las características es que cada fabricante crea un código y nombre distinto para cada elemento que cumple la misma función en otro automóvil. Además el scanner no sirve para los distintos automóviles sino, que existe un scanner distinto para cada marca de automóvil, por ejemplo el CONSUL utilizado en los vehículos Nissan. El técnico que trabaja directamente con los distribuidores (concesionario). Le es más fácil el acceso a la información y al scanner necesario para trabajar en una marca de automóvil determinado. En cambio el técnico que desea trabajar en distintas marcas de vehículo, tiene los graves problemas de no contar con la información necesaria para la reparación, además de no poder acceder al scanner de una marca determinada por no ser concesionario. Por supuesto que esto ocasionó grandes problemas en todo el mundo. OBD II En 1990 se firmo el acta de aire limpio ( clean air ACT),en los Estados Unidos donde requería un sistema más eficaz en cuanto a las emisiones se refiere. La sección 202 del acta establece a partir de 1994, que todos los automóviles y camiones de carga liviana nuevos, tuvieran un sistema de diagnóstico a bordo universal (OBD II) que tenga como función primordial disminuir las emisiones de gases de estos vehículos. Además de poseer un lenguaje universal facilitando la labor del técnico. Esta regulación establece entre otras cosas que el monitor (scanner) tenga una función universal, o sea genérico para todos los automóviles, esto quiere decir que el monitor de un fabricante X debe leer códigos de otros fabricantes sin importar, marca modelo o año. Esta función genérica que es como se llama “generic function”. Estos monitores son capaces de identificar los datos del procesador y leer códigos. Los monitores de emisiones son una serie de pruebas que tiene que hacer el procesador cada vez que se enciende el auto y completar un “drive cicle”(ciclo de manejo), para comprobar si el auto está cumpliendo con la regulación de emisiones. Si el sistema excede una y media ves las especificaciones de emisiones se enciende el ( MIL) o sea el nuevo nombre que por regulación se llama ahora, lo que se conocía como “check engine”. Se almacenará un código de acuerdo al área que halla fallado. El límite de emisiones ya esta programado en el procesador según las especificaciones del año. NOTA: Es importante aclarar que la regulación entró en vigor a partir del 20 de mayo de 1993 y se aplica a los autos del año 94, culminando con todos en 1996. 64 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA CÓDIGOS: También está regulación establece que los códigos sean alfanuméricos de cinco dígitos. Estos se dividen en dos grupos, los códigos de la regulación y los códigos del fabricante. También se indica el área al cual pertenece y el sistema. x x x xx EL CUARTO Y QUINTO DÍGITO ESPECIFICA EL ÁREA ESPECÍFICA (elemento) EL TERCER DÍGITO INDICA EL SUBGRUPO 1.- fuel/air metering 2.- fuel/airmetering 3.- ignition system/misfire 4.- auxiliar emission controls 5.- idle/vehicle speed/auxiliary inputs 6.- computer/auxiliary outputs 7.- transmission 8.- transmission = combustible/dosificación de aire y combustible = combustible/dosificación de aire y combustible = sistema de encendido/chispa perdida = controles de emisión auxiliares = marcha lenta/velocidad del vehículo/entradas auxiliares = computadora/salidas auxiliares = transmisión = transmsión EL SEGUNDO DÍGITO INDICA QUIEN FUE RESPONSABLE DE LA DEFINICIÓN 0.- s.a.e. 1.- fabricante = sociedad de ingenieros automotrices EL PRIMER DÍGITO INDICA EL PREFIJO (letra) INDICA LA FUNCIÓN DEL D.T.C. (código) p = powertrain b = body c = chassis = tren mecánico = cuerpo, carrocería = chasis EJEMPLO: P 1402 P = POWERTRAIN DTC = descripción del código (1er dígito) 1 = FABRICANTE = (2do dígito) 4 = SUBGRUPO AUXILIAR DE EMISIONES = (3er dígito) 02 = SENSOR DE POSICION DEL EGR ABIERTO O CORTOCIRCUITADO = (4to y 5to dígito) La S.A.E. ( sociedad de ingenieros automotrices) fué la encargada de hacer la definición de muchos aspectos logísticos de la regulación OBD II. Es importante señalar que el sistema OBD II Incorpora más sensores y sistemas, por ej: sistema EGR, y Canister al monitoreo y por consiguiente al control permanente dentro del sistema general. En vehículos con sistema OBDI, por ejemplo estos sistemas existían pero no eran controlados por la E.C.M. 65 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Sistema EEC-IV / CFI 1- Módulo de control. (PCM) 2- Sensor temperatura de aire. (ACT) 3- Sensor presión del aire. (MAP) 4- Sensor posición de mariposa. (TPS) 5- Sensor temperatura de agua. (ECT) 6- Sensor velocidad del vehículo. (VSS) 7- Sensor de oxígeno de los gases de escape. (Hego) 8- Sensor dirección hidráulica. (PSPS) 9- Distribuidor (Hall) 10- Rele bomba de combustible. (FPR) 11- Bomba de combustible. (FP) 12- Electroinyector. 13- Válvula de purga Canister. (CANP) 14- Conector de autoprueba. (VIP) 15- Modulo TFI. 16- Bobina de encendido. 17- Motor paso a paso. 18- Bateria. 19- Llave de contacto. 20- Rele de potencia. 66 1- Bomba de combustible 2- Filtro de combustible 3- Rele bomba de combustible 4- Regulador presión de combustible 5- Canister 6- Válvula purga del canister 7- Batería 8- Sensor temperatura del aire (ACT) 9- Inyector 10- Sensor posición de la mariposa (TPS) 11- Sensor de presión del aire en múltiple de admisión (MAP) 12- Motor paso a paso 13- Filtro de aire 14- Sensor temperatura de agua (CT) 15- Sensor de oxígeno en gas de escape 16- Módulo de encendido 18- Distribuidor (Hall) 19- Relé de potencia 20- Conectador de servicio 21- Conectador para autoprueba (VIP) 22- Sensor velocidad del vehículo (VSS) 23- Sensor dirección hidráulica (PSPS) 24- Llave de contacto 25- Módulo (PCM) Diagrama esquemático del sistema EEC-IV (CFI) INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA 67 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SENSOR DE TEMPERATURA DE AIRE (ACT) El sensor ACT es un termistor con un coeficiente negativo de temperatura (NTC). Cuando aumenta la temperatura, su resistencia disminuye. El ACT es alimentado con un voltaje de 5 V por el módulo PCM. El termistor usado, no solamente en el arranque en frío y en la fase de calentamiento dle motor, sino también durant todo el funcionamiento del motor. El sensor ACT está ubicado en la parte superior del cuerpo de mariposa. La temperatura del aire es necesaria, para determinar la cantidad de combustible a ser inyectada. El termistor NTC está construído de material semiconductor de alta resistencia a baja temperatura y baja resistencia a alta temperatura. El módulo aplica el voltaje de referencia a uno de los terminales del termistor y recibe el voltaje de retorno del otro terminal. Cuando el termistor se caliente, el voltaje de retorno aumenta. Fig. 1: Sensor de temperatura del aire (ACT). Fig. 2: Diagrama del circuito 68 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SENSOR DE LIQUIDO DE ENFRIAMIENTO MOTOR (ECT) El sensor ECT se encuentra colocado en el bloque dle motor y tiene el mismo principio de funcionamiento del ACT. El módulo PCM necesita de esta información para alterar las características de los mapas de funcionamiento del motor en las fases de frío y caliente. La temperatura del líquido enfriador del motor es necesaria para efectuar los siguientes cálculos: - Rotaciones en marcha lenta. - Avance del encendido. - Cantiad de combustibler a ser inyectada. Fig. 3: Sensor del líquido de Enfriamiento (ECT). Fig. 4: Diagrama del Circuito. Fig. 5: Termistor. 69 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SENSOR DE PRESION DEL AIRE EN MULTIPLE ADMISION (MAP) El sensor de la presión del aire en el múltiple de admisión se halla conectado al vacío del motor por un tubo. Recibe también por parte del módulo PCM, una tensión de referencia de 5 V, la cual es proporcionalmente convertida en frecuencia, entre 80.9 Hz y 162 Hz, que es leída por el módulo PCM. Partiendo de la señal suministrada por los sensores MAP y ACT, el módulo PCM, calcula la masa de flujo de aire aspirada por el motor. Cuando la mariposa está totalmente abierta (WOT) o cuando se conecta la llave de encendido a la función de arranque (motor parado), el sensor MAP mide la presión interna en el múltiple o colector de admisión, la cual es inmediatamente almacenada en la memoria de mantenimiento (KAM) del módulo PCM. El módulo PCM utiliza los valores de los sensores MAP y ECT para calcular la cantidad de combustible y el avance del encendido. Con la mariposa en posición WOT, el valor de la presión en el interior del múltiple, es enviada al módulo PCM junto con la diferencia de presión atmosférica (que cambia con la altitud), para la memoria KAM. El módulo PCM necesita conocer la presión para efectuar los siguientes cálculos: - rotaciones en marcha lenta. - avance del encendido. - cantidad de combustible a ser inyectada. Fig. 6: Sensor de Presión del Aire. Fig. 7: Diagrama del Circuito. El PCM usa la información del MAP para determinar, cuanto aire está pasando a través del Múltiple de Admisión a los cilindros. Con una Presión Barométrica alta (nivel del mar) cada pie cúbico de Aire contiene más oxígeno. Con una baja Presión Barométrica (grandes altitudes) cada pie cúbico de Aire contiene menos Oxígeno. La Presión Barométrica es determinada al Microcomputador, cuando se activa la llave de contacto y en condiciones de carga pesada del motor. Además, la información de la Presión Barométrica es puesta al día regularmente, durante la operación normal del vehículo. Esta información de BP es guardada en la memoria RAM (Random-Acces-Memory) y el PCM se refiere a ella cuando calcula el flujo de Aire. Presión absoluta en múltiple de admisión El sensor MAP, monitorea la presión del aire, dentro del múltiple de Admisión. Alta Presión Absoluta del Múltiple, ocurre típicamente, durante las condiciones de aceleración o mariposa plenamente abierta. Baja Presión Absoluta del Múltiple, (bajo MAP) típicamente ocurre cuando el motor está moderando en marcha lenta, velocidad de crucero o en desaceleración. 70 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA SENSOR DE POSICION DE MARIPOSA (TPS) Cuando la mariposa está parcialmente abierta (WOT): Comienza cuando la mariposa está, aproximadamente 70 %, abierta. Sistema en circuito abierto. El sensor de la posición de la mariposa es un potenciómetro rotativo. Este potenciómetro, está unido al eje de la mariposa por un dispositivo que lo alimenta y lo comanda. La mariposa hace accionar un contacto deslizante en el TPS, que es desplazado a lo largo de una resistencia. La tensión de referencia, que es de 5 V, varía de acuerdo con la posición de la mariposa de aceleración. Atención! Los valores de tensión en las posiciones CT, PT y WOT pueden variar de un motor a otro motor. Nota : La tensión de salida del TPS es de 0.5 V a 4.8 V. Si la tensión aumentara por encima de 4.8 V o cayera por debajo de 0.5 V, el funcionamiento del TPS debe ser verificado. Es necesario, conocer la posición de la mariposa de aceleración, para efectuar los siguientes cálculos: Rotación en marcha lenta. Avance del encendido. Cantidad de combustible. El módulo PCM detecta las siguientes posiciones de la mariposa, en base a la variación de la tensión (de 0 a 5 V) del TPS: Mariposa cerrada (marcha lenta) (CT). Mariposa parcialmente abierta (PT). Mariposa totalmente abierta (WOT). La gama de acción del TPS está dividida en tres partes de control. Fig. 8: Diagrama Circuito del TPC. Las gamas entre CT, PT, y WOT son ordenadas con histéresis, para evitar constantes reajustes del módulo, durante el cambio de gama. Durante el estado en que la mariposa está totalmente cerrada, el módulo PCM controla: Marcha lenta. Desaceleración. 71 INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA Funcionamiento del Potenciómetro Figura 9: El Potenciómetro es un resistor variable con tres terminales. El voltaje de señal se toma del contacto móvil. Figura 10: Esquema de un Potenciómetro Rotatorio. 72 73 UNIDAD DE COMANDO DEL ENCENDIDO RESISTOR SHORT PLUG SENSOR DE PRESION EN EL MULTIPLE INYECTOR SENSOR DE LA MARIPOSA DEL ACELERADOR MOTOR DE PASO SALIDA SALIDA EMBRAGUE ELECTROMAGNÉTICO SONDA LAMBDA BOTON EN EL PANEL AC RELÉ DEL AIRE ACONDICIONADO SENSOR DE TEMPERATURA DEL AGUA DEL MOTOR VALVULA DE PURGADO DEL CANISTER SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE LA LLAVE A/C MODULO (P.C.M.) E.E.C. IV RELE DE LA BOMBA DE COMBUSTIBLE RELE DEL SISTEMA DE INYECCION SENSOR DE PRESION DE LA DIRECCION HIDRAULICA BOMBA DE COMBUSTIBLE SENSOR DEL VELOCIMETRO NOTA: todas las vistas están mostrando las partes internas de los conectores del chicote. ALTA TENSIÓN UNIDAD DE COMANDO DEL ENCENDIDO DISTRIBUIDOR DISTRIBUIDOR HALL VELOCIMETRO EN EL PANEL Diagrama del Sistema Eléctrico aplicado a EEC-IVCFI LLAVE DE ENCENDIDO FUSIBLE INYECCION ELECTRONICA DE GASOLINA
