Pedeorelha | Cómo funcionan los sistemas de inyección de combustible

Thomas Dalton
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Un inyector de combustible electrónico típico. Ver más imágenes de motores de automóviles.

Hasta la próxima

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Al tratar de mantenerse al día con las leyes de emisiones y eficiencia de combustible, el sistema de combustible utilizado en los automóviles modernos ha cambiado mucho a lo largo de los años. El Subaru Justy de 1990 fue el último automóvil vendido en los Estados Unidos que tenía carburador; el siguiente año modelo, el Justy tenía inyección de combustible. Pero la inyección de combustible ha existido desde la década de 1950 y la inyección electrónica de combustible se utilizó ampliamente en los automóviles europeos a partir de 1980. Ahora, todos los automóviles vendidos en los Estados Unidos tienen sistemas de inyección de combustible..

En este artículo, aprenderemos cómo ingresa el combustible al cilindro del motor y qué significan términos como "inyección de combustible multipuerto" e "inyección de combustible del cuerpo del acelerador"..

-Durante la mayor parte de la existencia del motor de combustión interna, el carburador ha sido el dispositivo que suministra combustible al motor. En muchas otras máquinas, como cortadoras de césped y motosierras, todavía lo es. Pero a medida que el automóvil evolucionó, el carburador se volvió cada vez más complicado al tratar de manejar todos los requisitos operativos. Por ejemplo, para manejar algunas de estas tareas, los carburadores tenían cinco circuitos diferentes:

Circuito principal - Proporciona suficiente combustible para un crucero con ahorro de combustible
Circuito inactivo - Proporciona suficiente combustible para mantener el motor al ralentí
Bomba aceleradora - Proporciona una ráfaga adicional de combustible cuando se pisa el pedal del acelerador por primera vez, lo que reduce la vacilación antes de que el motor se acelere
Circuito de enriquecimiento de energía - Proporciona combustible adicional cuando el automóvil sube una colina o arrastra un remolque
Ahogo - Proporciona combustible adicional cuando el motor está frío para que arranque.

Para cumplir con requisitos de emisiones más estrictos, se introdujeron convertidores catalíticos. Se requirió un control muy cuidadoso de la relación aire-combustible para que el convertidor catalítico fuera efectivo. Los sensores de oxígeno controlan la cantidad de oxígeno en el escape y la unidad de control del motor (ECU) utiliza esta información para ajustar la relación aire-combustible en tiempo real. Se llama control de bucle cerrado -- no fue factible lograr este control con carburadores. Hubo un breve período de carburadores controlados eléctricamente antes de que los sistemas de inyección de combustible se hicieran cargo, pero estos carbohidratos eléctricos eran incluso más complicados que los puramente mecánicos..

Al principio, los carburadores fueron reemplazados por sistemas de inyección de combustible del cuerpo del acelerador (también conocido como punto único o inyección central de combustible sistemas) que incorporaron válvulas de inyector de combustible controladas eléctricamente en el cuerpo del acelerador. Estos eran casi un reemplazo atornillado para el carburador, por lo que los fabricantes de automóviles no tuvieron que hacer ningún cambio drástico en los diseños de sus motores..

Gradualmente, a medida que se diseñaban nuevos motores, la inyección de combustible del cuerpo del acelerador fue reemplazada por inyección de combustible multipuerto (también conocido como Puerto, multipunto o secuencial inyección de combustible). Estos sistemas tienen un inyector de combustible para cada cilindro, generalmente ubicado de manera que rocíen directamente en la válvula de admisión. Estos sistemas proporcionan una medición de combustible más precisa y una respuesta más rápida..

El acelerador de su automóvil está conectado al la válvula del acelerador -- esta es la válvula que regula la cantidad de aire que ingresa al motor. Entonces el pedal del acelerador es realmente el pedal de aire.

Una válvula de mariposa parcialmente abierta

Cuando pisa el pedal del acelerador, la válvula del acelerador se abre más, dejando entrar más aire. La unidad de control del motor (ECU, la computadora que controla todos los componentes electrónicos de su motor) "ve" la válvula del acelerador abierta y aumenta la tasa de combustible en previsión de que entre más aire al motor. Es importante aumentar la tasa de combustible tan pronto como se abra la válvula del acelerador; De lo contrario, cuando se presiona el pedal del acelerador por primera vez, puede haber una vacilación ya que algo de aire llega a los cilindros sin suficiente combustible en él..

Los sensores monitorean la masa de aire que ingresa al motor, así como la cantidad de oxígeno en el escape. La ECU utiliza esta información para ajustar la entrega de combustible de modo que la relación aire-combustible sea la correcta.

-Un inyector de combustible no es más que una válvula controlada electrónicamente. Se suministra con combustible presurizado por la bomba de combustible de su automóvil, y es capaz de abrirse y cerrarse muchas veces por segundo.

Dentro de un inyector de combustible

Cuando el inyector está energizado, un electroimán mueve un émbolo que abre la válvula, permitiendo que el combustible presurizado salga a chorros a través de una pequeña boquilla. La boquilla está diseñada para atomizar el combustible - para hacer una niebla lo más fina posible para que pueda quemarse fácilmente.

Un inyector de combustible disparando

La cantidad de combustible suministrada al motor está determinada por la cantidad de tiempo que el inyector de combustible permanece abierto. Esto se llama ancho de pulso, y está controlado por la ECU.

Inyectores de combustible montados en el colector de admisión del motor

Los inyectores están montados en el colector de admisión de modo que rocían combustible directamente en las válvulas de admisión. Una pipa llamada riel de combustible suministra combustible presurizado a todos los inyectores.

En esta imagen, puedes ver tres de los inyectores. El riel de combustible es el tubo de la izquierda..

Para proporcionar la cantidad correcta de combustible, la unidad de control del motor está equipada con una gran cantidad de sensores. Echemos un vistazo a algunos de ellos..

-Para proporcionar la cantidad correcta de combustible para cada condición de funcionamiento, la unidad de control del motor (ECU) tiene que monitorear una gran cantidad de sensores de entrada. Éstos son solo algunos:

Sensor de flujo de masa de aire - Le dice a la ECU la masa de aire que ingresa al motor
Sensor (es) de oxígeno - Supervisa la cantidad de oxígeno en el escape para que la ECU pueda determinar qué tan rica o pobre es la mezcla de combustible y hacer los ajustes correspondientes.
Sensor de posición del acelerador - Monitorea la posición de la válvula del acelerador (que determina la cantidad de aire que ingresa al motor) para que la ECU pueda responder rápidamente a los cambios, aumentando o disminuyendo la tasa de combustible según sea necesario
Sensor de temperatura del refrigerante - Permite que la ECU determine cuándo el motor ha alcanzado su temperatura de funcionamiento adecuada.
Sensor de voltaje - Monitorea el voltaje del sistema en el automóvil para que la ECU pueda aumentar la velocidad de ralentí si el voltaje está disminuyendo (lo que indicaría una carga eléctrica alta)
Sensor de presión absoluta del colector - Controla la presión del aire en el colector de admisión.
La cantidad de aire que ingresa al motor es una buena indicación de cuánta potencia está produciendo; y cuanto más aire entra en el motor, menor es la presión del colector, por lo que esta lectura se usa para medir cuánta potencia se está produciendo.
Sensor de velocidad del motor - Monitorea la velocidad del motor, que es uno de los factores que se utilizan para calcular el ancho de pulso.

Hay dos tipos principales de control para multipuerto sistemas: Los inyectores de combustible pueden abrirse todos al mismo tiempo, o cada uno puede abrirse justo antes de que se abra la válvula de admisión de su cilindro (esto se llama Inyección de combustible secuencial de múltiples puertos).

La ventaja de la inyección secuencial de combustible es que si el conductor hace un cambio brusco, el sistema puede responder más rápidamente porque desde el momento en que se realiza el cambio, solo tiene que esperar hasta que se abra la siguiente válvula de admisión, en lugar de esperar la siguiente completa. revolución del motor.

-Los algoritmos que controlan el motor son bastante complicados. El software debe permitir que el automóvil cumpla con los requisitos de emisiones para 100,000 millas, cumpla con los requisitos de economía de combustible de la EPA y proteja los motores contra el abuso. Y también hay muchos otros requisitos que cumplir.

La unidad de control del motor usa una fórmula y una gran cantidad de tablas de búsqueda para determinar el ancho de pulso para condiciones de operación dadas. La ecuación será una serie de muchos factores multiplicados entre sí. Muchos de estos factores vendrán de tablas de búsqueda. Pasaremos por un cálculo simplificado de la ancho de pulso del inyector de combustible. En este ejemplo, nuestra ecuación solo tendrá tres factores, mientras que un sistema de control real podría tener cien o más.

Ancho de pulso = (Ancho de pulso base) x (Factor A) x (Factor B)

Para calcular el ancho del pulso, la ECU primero busca el ancho de pulso base en una tabla de búsqueda. El ancho de pulso base es una función de la velocidad del motor (RPM) y carga (que se puede calcular a partir de la presión absoluta del colector). Digamos que la velocidad del motor es de 2000 RPM y la carga es 4. Encontramos el número en la intersección de 2000 y 4, que es de 8 milisegundos..

RPM	Carga
RPM	1	2	3	4	5
1.000	1	2	3	4	5
2000	2	4	6	8	10
3000	3	6	9	12	15
4000	4	8	12	dieciséis	20

En los siguientes ejemplos, UNA y si son parámetros que provienen de sensores. Digamos que UNA es la temperatura del refrigerante y si es el nivel de oxígeno. Si la temperatura del refrigerante es igual a 100 y el nivel de oxígeno es igual a 3, las tablas de búsqueda nos dicen que Factor A = 0.8 y Factor B = 1.0.

UNA	Factor A	si	Factor B
0	1.2	0	1.0
25	1.1	1	1.0
50	1.0	2	1.0
75	0,9	3	1.0
100	0,8	4	0,75

Entonces, ya que sabemos que ancho de pulso base es una función de carga y RPM, y que ancho de pulso = (ancho de pulso base) x (factor A) x (factor B), el ancho de pulso total en nuestro ejemplo es igual a:

8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 milisegundos

En este ejemplo, puede ver cómo el sistema de control realiza ajustes. Con el parámetro B como el nivel de oxígeno en el escape, la tabla de búsqueda para B es el punto en el que hay (según los diseñadores de motores) demasiado oxígeno en el escape; y en consecuencia, la ECU reduce el combustible.

Los sistemas de control reales pueden tener más de 100 parámetros, cada uno con su propia tabla de búsqueda. Algunos de los parámetros incluso cambian con el tiempo para compensar los cambios en el rendimiento de los componentes del motor como el convertidor catalítico. Y dependiendo de la velocidad del motor, es posible que la ECU tenga que hacer estos cálculos más de cien veces por segundo.

Fichas de rendimiento
Esto nos lleva a nuestra discusión sobre chips de rendimiento. Ahora que entendemos un poco cómo funcionan los algoritmos de control en la ECU, podemos entender qué hacen los fabricantes de chips de rendimiento para obtener más potencia del motor..

Los chips de rendimiento están fabricados por empresas del mercado de accesorios y se utilizan para aumentar la potencia del motor. Hay un chip en la ECU que contiene todas las tablas de búsqueda; el chip de rendimiento reemplaza este chip. Las tablas del chip de rendimiento contendrán valores que resulten en tasas de combustible más altas durante ciertas condiciones de conducción. Por ejemplo, pueden suministrar más combustible a toda velocidad a cada velocidad del motor. También pueden cambiar la sincronización de la chispa (también hay tablas de búsqueda para eso). Dado que los fabricantes de chips de rendimiento no están tan preocupados por cuestiones como la confiabilidad, el kilometraje y los controles de emisiones como los fabricantes de automóviles, utilizan configuraciones más agresivas en los mapas de combustible de sus chips de rendimiento..

Para obtener más información sobre los sistemas de inyección de combustible y otros temas de automoción, consulte los enlaces en la página siguiente..