Tema propio: Intr. INYECCION de GASOLINA
Aguililla
24-ene-2004 23:15
#1
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Buenas. Siguiendo con la colección "temas propios", saco otro temita de mecánica que ya puse también en el foro correspondiente, pero revisado, actualizado, y simplificado para mejor comprensión general. Novedad son también las imágenes para que no sea tan arduo y se entienda mejor. Con este tema me gustaría clarificar un poco algunos conceptos y sobre todo entrar a aclarar el funcionamiento de esa “caja negra” en la que se está convirtiendo hoy en día la inyección en los motores de gasolina. Parece que es un mundo aparte que está todo lleno de electrónica, sensores, pero no nos hemos detenido a analizar qué es lo que hace cada uno y el por qué de su utilización. Como veremos todo está perfectamente estudiado y tiene una razón de ser así. Para comenzar hemos de delimitar los campos de funcionamiento de un motor Otto o de gasolina. Para el correcto quemado de la gasolina, la correcta gestión anticontaminación del catalizador de tres vías (elimina o reduce CO, HC, y NOx) la proporción de gasolina y aire debe permanecer en un estrecho margen. Aproximadamente esto corresponde a 14,7 partes de aire en peso por cada una de gasolina. A esta relación (también me referiré como dosado) se la llama estequiométrica. A la relación entre cualquier dosado y el estequiométrico lo llamaré dosado relativo. Por ejemplo un dosado relativo de 0.9 indica que la mezcla es un 10% más pobre que lo que sería óptimo (el estequiométrico). Si digo 1,1, es que es un poco más rica, y si hablo de 1, es que es el correcto. Para la óptima eliminación de los contaminantes citados por el catalizador, lo ideal es un dosado relativo de 1. Esto es 14.7 partes de aire por cada una de gasolina. No obstante, la experimentación nos demuestra dos cosas. Primero, que la máxima potencia del motor se obtiene con dosados (aproximados) de 1,1 (ligeramente ricos), mientras que el mejor rendimiento (relación entre potencia y consumo) se obtiene con dosados (también aproximados, depende un poco de cada motor) de 0,9. Por tanto para condiciones normales un dosado de 1 (estequiométrico) es un buen compromiso entre potencia, rendimiento y contaminación. En la siguiente imagen lo vemos mejor, siendo la parte rica a la izquierda y la pobre a la derecha. La curva superior es la de potencia, y la de abajo la de rendimiento:  Pero vayamos con la inyección. Un buen sistema de inyección ha de conseguir primero, mantener ese dosado en las circunstancias previstas por el fabricante. Segundo, adaptarse rápidamente a los cambios de carga y revoluciones. Tercero, gestionar correctamente las situaciones especiales como son arranques en frío, aceleraciones y deceleraciones. Para ello distinguiremos 3 modos de funcionamiento: - Normal, estable o estacionario: Cuando el motor marcha rodando a velocidad mantenida y motor caliente. En este caso se habrá de inyectar la cantidad justa para obtener dosados de 1 y mantener la contaminación a raya. - Frío: En este caso, debido a que parte de la gasolina inyectada se queda depositada en los fríos colectores de admisión, el sistema deberá enriquecer la mezcla para que al motor no le falte gasolina. Para ello, y como veremos, y debido a que un motor frío opone más resistencia al movimiento, aparte de enriquecer, habremos de meter más aire también para subir un poco el régimen de revoluciones y que el motor funcione de forma estable sin pararse. - Cambios de ritmo o transitorio: En caso de aceleraciones, el fabricante puede elegir dotar a su motor de un programa de enriquecimiento a plena carga (acelerador a fondo), para obtener dosados ligeramente ricos (1,1) y obtener las máximas prestaciones, aun a costa de emitir un poco más de contaminación al ambiente debido a que el catalizador no trabaja bien con mezclas ricas. Para las deceleraciones (soltar el acelerador) y con motivo de ahorro de combustible, se prevé el corte del suministro siempre que se vaya por encima de determinadas revoluciones por minuto (entre 1200 y 2000 rpm dependiendo del fabricante) . Por debajo de ese régimen se vuelve a inyectar. Veremos como se hace todo esto: La centralita posee unos mapas tridimensionales en memoria, de forma que según los datos que le lleguen de carga (grado de aceleración o cantidad de aire que entra) y de revoluciones, nos da un tercer valor de cantidad a inyectar. Este mapa tiene en cuenta el régimen máximo del motor para no inyectar si se sobrepasa (corte de inyección), así como el enriquecimiento cuando se detecta acelerador a fondo. Esta cantidad es posteriormente modificada según otros parámetros como puede ser la temperatura del motor o el valor de la sonda lambda (posteriormente la analizaremos). vemos un ejemplo en la siguiente figura: en el eje horizontal las vueltas y en el otro la carga (posición del acelerador). la "altura" de la montaña indica la cantidad a inyectar. La intersección de la linea roja (vueltas a las que va el motor) con la amarilla (posición del acelerador), se corta en un punto que según su altura (eje z) determina la cantidad a inyectar:  Por último decir que la inyección puede ser monopunto o multipunto según haya un inyector para todos los cilindros o uno para cada cilindro (hoy en día el 99% son multipunto). Vamos a ver ahora qué partes físicas del sistema de inyección hay y qué misión tiene cada una: - Centralita, o CPU: Su misión es recoger la información de todos los sensores del motor, operar con ellos y dar respuestas de salida, en este caso de tiempo de apertura de inyectores, ya que como funcionan a una presión constante, la cantidad inyectada dependerá de la duración de su apertura. En sistemas de inyección secuencial además se decidirá el momento de apertura para cada cilindro. Hoy en día la mayoría de centralitas de inyección gestionan también el encendido y si lo hubiere , otros sistemas como el turbo, admisiones y distribuciones variables, etc..  - Inyectores: Se encargan de abrirse o cerrarse según la señal de la centralita, e inyectan en el colector de admisión (Inyección indirecta) o en el cilindro (inyección directa) la gasolina finamente pulverizada a una presión relativamente baja (3 o 4 bares) en indirecta o más alta (unos 50 bares) en directa. (nótese que los diesel modernos inyectan a entre 1200 y 2000 bares). - Caudalímetro de aire: Su misión es medir el aire que entra en el motor, para según sea esta cantidad inyectar la cantidad justa de gasolina para que la mezcla sea la deseada. Los hay de varios tipos, los más comunes son los ya tristemente famosos caudalimetros de hilo caliente, que se basan en el principio de conocer la corriente eléctrica necesaria para mantener un hilo metálico a temperatura constante. A más aire, más corriente eléctrica habrá que darle para que mantenga su temperatura, y por tanto la centralita sabe el aire que está entrando.  Otro esquema muy utilizado es usar un sensor de presión. Conocidas las revoluciones por minuto del motor y la presión en los colectores de admisión (más presión con el acelerador abierto del todo y menos presión cuando no aceleramos), podemos saber la cantidad de aire que está entrando. A este tipo de le llama MAP.  - Sonda lambda: La sonda lambda mide la concentración de oxígeno en el escape y por tanto es capaz de decir a la centralita si la mezcla ha sido la correcta o por el contrario hay alguna desviación entre lo que se pretendía inyectar y lo que realmente se ha hecho. Ello podría descubrir fallos de encendido por ejemplo o de inyección. En algunos sistemas de inyección, la sonda lambda verifica que la mezcla introducida es realmente deseada y en caso de desviación modifica la cantidad de inyección hasta que sea la correcta. Se trata por tanto de una realimentación o feed-back.  - Sensor de revoluciones: Se sitúa en el volante de inercia del motor generalmente y da una señal de las revoluciones del motor para que la centralita sepa cuánto inyectar. Adicionalmente nos puede dar la posición del cigüeñal y por tanto del motor, así en los sistemas de inyeccion secuencial podemos inyectar en cada cilindro en el momento más apropiado.  - Sensor de temperatura del aire: Le sirve al sistema, sobre todo los basados en MAP para calcular la masa de aire que entra, ya que según la temperatura, la densidad del aire varía. - Sensor de temperatura del bloque: A veces está en el circuito de refrigeración. Sirve para informar a la centralita de que se ha de activar el programa de arranque en frío. Cesa cuando la temperatura llega a su valor normal de funcionamiento. - Acelerador: El pedal del acelerador puede accionar bien un cable que abre o cierra la mariposa y con ello permite entrar más o menos aire, o bien accionar un potenciómetro (acelerador electrónico) que le dice a la centralita tu intención de aceleración y ella se encarga con otro actuador, de colocar la mariposa en la posición deseada. Este sistema tiene ventajas de cara a la mejor gestión de la centralita de sistemas como el arranque en frío o el control de tracción. - Sensor de posición del acelerador (para acelerador con cable): Le indica a la centralita la posición de máxima apertura y de cierre, para el enriquecimiento a plena carga y para el corte por deceleración respectivamente ya comentados. - Válvula adicional de aire o válvula de ralentí: Para los arranques en frío de sistemas con acelerador tradicional de cable, como se precisa una subida de régimen como ya vimos, se utiliza un bypass o recorrido alternativo del aire que rodea a la mariposa que estará cerrada (ralentí). Este recorrido está calibrado y se varía por un servomotor. Ello permite hacer pasar más aire por ahí y por tanto subir el régimen del motor al ralentí en frío. En sistemas con acelerador electrónico, la centralita simplemente abre un poco más la mariposa principal (como si fuésemos nosotros los que con el acelerador pisásemos un poco más). Esta válvula tiene además otra misión y es que en caso de conexión de consumidores de energía como dirección asistida, o aire acondicionado... permite mantener el nivel de ralentí abriéndose un poco y dejando pasar más aire, sin que el motor ante la demanda de potencia se cale. - Sensor de picado: No es más que un acelerómetro situado en el bloque, el cual detecta la vibración que produce la combustión anormal o detonante, de una frecuencia característica. Este sensor manda una señal a la centralita. Si el valor de dicha señal supera un umbral programado en ella, se activan los sistemas correctores de picado, como puede ser el encendido, la inyección o el control del turbo si lo hubiere.  - Válvula EGR: La valvula EGR o Exhaust Recirculation Valve sirve para hacer pasar parte de los gases quemados a la admisión otra vez. Con ello se busca rebajar la emisión de ciertos contaminantes (los óxidos de nitrógeno). La centralita controla su conexión y desconexión, así como su grado de apertura para que no interfiera en la suavidad del motor, o en sus prestaciones cuando éstas son demandadas.  - Regulador de presión: Mantiene la presión de la gasolina constante ya que la cantidad inyectada dependerá del tiempo de apertura de los inyectores y de la presión a la que esté la gasolina, por tanto interesa que sea conocida y constante.  - Otras funciones: La centralita controla además la presión del combustible , para que no haya desviaciones en la cantidad inyectada, controla el encendido como vimos, sistemas como el control de tracción últimamente también se están agregando así como los sistemas antirrobo, pero todo esto trasciende del tema de la inyección. Como habréis podido suponer, la cantidad de datos tanto de entrada como de salida, tanto analógicos (continuos) como digitales (discretos), que ha de manejar la centralita es enorme. Todo ello además complicado por la velocidad a la que se deben de procesar todos los datos de entrada para obtener respuestas de salida y que no haya pasado mucho tiempo. Daos cuenta que a 6000 rpm., en un motor de 4 cilindros se producen 200 explosiones por segundo y por tanto 200 inyecciones para los 4 cilindros en un segundo, 50 para cada cilindro. En caso de aceleración las condiciones varían de una vuelta de cigüeñal a otra puesto que la velocidad cambia, y hay que adaptarse con más combustible a la nueva situación. Por tanto la capacidad y velocidad de cálculo es cada día superior (y no digo nada en un F1 con 18000 rpms y 10 cilindros). Para finalizar un esquema general de un sistema motronic, que es bastante común. En él están la mayoría de partes que hemos visto. La entrada de aire sería por la derecha y el motor queda a la izquierda. Entremedias el sistema de inyección.  1- inyector 2- regulador de presión de inyección 3- Mariposa (acelerador) 4- válvula de aire adicional (como ves, "bypasea" la parte del conducto de admisión donde está la mariposa, para que cuando esté cerrada pueda seguir pasando aire por esta valvula variable) 5- Caudalímetro tipo MAF. 6- Filtro de aire. 7- Filtro de gasolina 8- Centralita. 9- Bomba de gasolina 10- depósito de combustible se puede observar también en el bloque motor (izquierda de la foto) el sensor de temperatura del agua del bloque. Bueno, espero que hayáis llegado hasta aquí. No he querido profundizar más porque entiendo que a la mayoría os sobrará con estos conceptos básicos para tener una culturilla al respecto o poder entender de qué os hablan cuando os dicen que se ha estropeado la válvula adicional o cuando os dicen que vuestro coche tiene inyección electrónica secuencial multipunto. saludos. |
Editado: 24-ene-2004 23:21 -
De paseo por el mundo
24-ene-2004 23:27
#2
Mola me encanto el tema cuando me saque el CSolo aclarame esto: Se encargan de abrirse o cerrarse según la señal de la centralita, e inyectan en el colector de admisión (Inyección indirecta) o en el cilindro (inyección directa) la gasolina finamente pulverizada a una presión relativamente baja (3 o 4 bares) en indirecta o más alta (unos 50 bares) en directa. (nótese que los diesel modernos inyectan a entre 1200 y 2000 bares). Me suena mal la palabra "colector de admision" en la inyeccion indirecta que yo sepa entre inyector y cilindro habia una precamara , quiza no me acuerdo bien solo se que aprove 5 estrellas |
Aguililla
24-ene-2004 23:29
#5
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sip, pero eso que tu dices es solo para diesel, que todo funciona de un modo algo diferente. en los motores de gasolina del colector se pasa al tramo de la válvula (ya dentro de la culata) y de ahí al motor. No hay precámaras... saludos. |
De paseo por el mundo
24-ene-2004 23:33
#7
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Escrito originalmente por Chus
venga, joer, poned pegas, dudas..  gracias. saludos. 
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i
74m/s
24-ene-2004 23:47
#9
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ya que nos animas, ahi va una pregunta el sensor de picado es un acelerómetro, y me surge la siguiente curiosidad: ¿en base a qué parámetro de dicha señal se toma la decisión de 'estoy detonando'? ¿frecuencia? ¿amplitud? un saludo |
ForoCoches: Miembro
24-ene-2004 23:58
#10
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Joder,es alucinante el nivel de muchos foreros,enhorabuena tio por el post. Saludos!!!!! |
Aguililla
25-ene-2004 00:07
#11
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Buena pregunta P_rac. como bien dices es un acelerómetro, un "micrófono". Al oscilar manda la señal a la ECU donde se procesa. Las frecuencias de "picado" van almacenadas en la ECU así que son detectadas (filtradas, banda entre 3 y 10 Khz), y en base al ángulo del cigüeñal, se puede saber qué cilindro está detonando. Supongo que tendrá en cuenta la amplitud para saber "cuánto" está detonando, y la frecuencia para saber que está detonando. La frecuencia de detonación es algo que depende de cada motor. Como sabes, cuando se produce la detonación, la onda de presión se extiende por el cilindro, rebotando en las paredes. Dependiendo de la velocidad del sonido en ese medio, del diámetro del cilindro y de la geometría de la cámara de combustión, la frecuencia de "rebote" será una u otra. Eso se programa en la ECU y cuando la detecta actúa. saludos. |
ForoCoches: Miembro
25-ene-2004 02:37
#16
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Hola "Para las deceleraciones (soltar el acelerador) y con motivo de ahorro de combustible, se prevé el corte del suministro..." ¿quiere decir que si voy en cuesta abajo, en 5ª a 100kmh, por ejemplo y suelto el acelerador....Gasto=0?? ¿gasto menos asi que directamente dejar el coche en punto muerto? Buen post, un saludo |
Aguililla
25-ene-2004 02:40
#17
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exacto. en un motor de inyección electrónica sí. Si lo dejas en punto muerto gastas lo correspondiente a mantener el ralentí (unos 0.8 litros a la hora si es diesel y sobre 1 litro a la hora si es gasolina), luego si vas a 100 km/h gastarás 0.8 - 1 litros a los 100. saludos. |
ForoCoches: Miembro
25-ene-2004 03:08
#18
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Gracias. Lo habia oido, pero no me lo creia. En un coche con carburador gasta mucho? ¿seria mejor en este caso, dejarlo al ralentí que con la marcha metida?... Perdona por las preguntas. Saludos |
Aguililla
25-ene-2004 03:10
#19
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por qué iba a perdonar! para eso saco el tema en un coche con carburación, salvo -creo, porque no estoy muy puesto- los últimos y los asistidos electrónicamente, sí se gasta algo al retener, pero desconozco si compensaba poner punto muerto o no. Si viene Chrysler o alguien "de la vieja escuela" nos lo aclarará. saludos. |
Aguililla
25-ene-2004 03:53
#20
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Escrito originalmente por Malatesta
A quien se le ocurre poner esto en general... que lías a los de letras, hombre.   hombre, espero que con la simplificación y las fotos....., pero vamos, lo entendería, es como a mí la historia saludos. |
ForoCoches: Miembro
26-ene-2004 21:59
#24
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Buen tema, Chus... Mucha información interesante y muy bien explicada. Saludos, Cruce |
XXXXXXXXXX
03-sep-2004 00:50
#25
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Cita de Chus
exacto. en un motor de inyección electrónica sí.
Si lo dejas en punto muerto gastas lo correspondiente a mantener el ralentí (unos 0.8 litros a la hora si es diesel y sobre 1 litro a la hora si es gasolina), luego si vas a 100 km/h gastarás 0.8 - 1 litros a los 100. saludos. En cuanto a lo ke has dicho y te han preguntado. Puedes explicar como el motor sigue dando vueltas? Eske parece increible. salu222 |
Sic transit gloria mundi
03-sep-2004 01:20
#27
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Cita de Calvin
Muy buen tema si señor.
En cuanto a lo ke has dicho y te han preguntado. Puedes explicar como el motor sigue dando vueltas? Eske parece increible. salu222 Por eso mismo es por lo que sigue funcionando el motor, por que está engranada la marcha y el cigüeñal sigue girando, en vacio, pero sigue girando. SALU2 |
XXXXXXXXXX
06-sep-2004 12:13
#28
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Cita de Bacardi13
Calvin, que es que si el coche va a 100 kmh no tiene inercia?
Por eso mismo es por lo que sigue funcionando el motor, por que está engranada la marcha y el cigüeñal sigue girando, en vacio, pero sigue girando. SALU2  Es cierto, pero no se me habia ocurrido. Esta bien saber esas cosillas  subo el tema por si a alguien le interesa. salu222 |
(Oo===\X/===oO)
01-mar-2005 21:28
#29
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la válvula EGR solo la tienen los turbodiésel modernos, no? de la carburación no explicas nada? cúrratelo . jejeje muy bueno el post |
Aguililla
01-mar-2005 22:40
#30
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la EGR la tienen los turbodiesel modernos y cada vez más gasolinas. y evidentemente no hablo de carburadores porque el tema es de inyección, jejjeje, y murieron hace tiempo salvo en cada vez menos motos y segadoras saludos y gracias. |