Inyección electrónicaLa inyección electrónica es una forma de inyección de combustible, tanto para motores de gasolina, en los cuales lleva ya varias décadas implantada, como para motores diésel, cuya introducción es relativamente más reciente.

Se puede subdividir en varios tipos (monopunto, multipunto, secuencial, simultánea) pero básicamente todas se basan en la ayuda de la electrónica para dosificar la inyección del carburante y reducir la emisión de agentes contaminantes a la atmósfera y a la vez optimizar el consumo.

Este sistema ha reemplazado al carburador en los motores de gasolina. Su introducción se debió a un aumento en las exigencias de los organismos de control del medio ambiente para disminuir las emisiones de los motores.

En los motores diésel ha sustituido a la bomba inyectora, con inyectores mecánicos, por una bomba de alta presión con inyectores electrohidráulicos

Su importancia radica en su mejor capacidad respecto al carburador para dosificar el combustible y dosificar la mezcla aire / combustible, es decir el factor lambda de tal modo que quede muy próxima a la estequiométrica (14,7:1 para la gasolina), es decir factor lambda próximo a 1 lo que garantiza una muy buena combustión con reducción de los porcentajes de gases tóxicos a la atmósfera. La relación estequiométrica es la proporción exacta de aire y combustible que garantiza una combustión completa de todo el combustible. En este caso el factor lambda es igual a 1.

Factor lambdaEl factor lambda comúnmente designado con la letra griega "λ" designa la proporción aire / combustible (en peso) en forma de mezcla que entra al cilindro de un motor de ciclo Otto , comparada con la proporción estequiométrica de la mezcla ideal, de 14,7 partes de aire en peso por 1 parte de combustible en peso (normalmente gasolina).

Ejemplo

Si en un caso dado la mezcla es tal que la proporción es de 15,5 : 1 se obtiene un factor lambda de 15,5/14,7 = 1,05 lo que en este caso se denomina mezcla pobre. Esta situación es la adecuada para lograr consumos mínimos y emisiones mínimas de contaminantes, principalmente hidrocarburos y monóxido de carbono (HC y CO) pero no torque o par motor máximo. Si en otro caso tenemos 13,5 : 1 se obtiene 13,5/14,7 = 0,92 y en este caso se llama mezcla rica; se obtiene torque o par máximo y potencia máxima pero el consumo de combustible y las emisiones de contaminantes son mayores.

Variación de la potencia (azul) y el consumo específico de combustible (verde) con el factor de mezcla

Fundamento

La función de la inyección en los motores de gasolina es:

Medir el aire del medio ambiente que es aspirado por el motor, controlado por el conductor mediante la mariposa,en función de la carga motor necesaria en cada caso, con objeto de adaptar el caudal de combustible a esta medición y conforme al régimen de funcionamiento del motor,

dosificar mediante inyección la cantidad de combustible requerida por esta cantidad de aire, necesaria para que la combustión sea lo más completa posible,es decir guardando en la medida de lo posible la proporción estequiométrica, dentro de los límites del factor lambda.

Completar la función de la combustión junto con el Encendido del motor

En los motores diésel, regular la cantidad de gasoil inyectado en función de la carga motor (pedal acelerador), sincronizándolo con el régimen motor y el orden de encendido de los cilindros. En el caso del motor diésel la alimentación de aire no es controlada por el conductor, sólo la de combustible.

Consta fundamentalmente de sensores, una unidad electrónica de control y actuadores o accionadores.

Funcionamiento en inyección gasolina

El funcionamiento se basa en la medición de ciertos parámetros de funcionamiento del motor, como son: el caudal de aire, régimen del motor (estos dos son los más básicos), y son los que determinan la carga motor, es decir la fuerza necesaria de la combustión para obtener un par motor, es decir una potencia determinada.

Por otra parte hay que suministrar el combustible a unos 2,5 - 3,5 bar a los inyectores, esto se logra con una bomba eléctrica situada a la salida del depósito o dentro del mismo.

Adicionalmente se toman en cuenta otros datos, como la temperatura del aire y del refrigerante, el estado de carga (sensor MAP) en los motores turboalimentados, posición de la mariposa y cantidad de oxígeno en los gases de escape (sensor EGO o Lambda), entre otros. Estas señales son procesadas por la unidad de control, dando como resultado señales que se transmiten a los actuadores (inyectores) que controlan la inyección de combustible y a otras partes del motor para obtener una combustión mejorada, teniendo siempre en cuenta las proporciones aire/combustible, es decir el factor lambda.

El sensor PAM o MAP (Presión Absoluta del Múltiple o Colector) indica la presión absoluta del múltiple de admisión y el sensor EGO (Exhaust Gas Oxigen) o "Sonda lambda" la cantidad de oxígeno presente en los gases de combustión.

Este sistema funciona bien si a régimen de funcionamiento constante se mantiene la relación aire / combustible, es decir el factor lambda cercana a la estequiométrica (factor lambda = 1). Esto se puede comprobar con un análisis de los gases de combustión, pero al igual que los sistemas a carburador, debe proveer un funcionamiento suave y sin interrupciones en los distintos regímenes de marcha.

Estos sistemas desde hace algún tiempo tienen incorporado un sistema de autocontrol o autodiagnóstico que avisa cuando algo anda mal, además existe la posibilidad de realizar un diagnóstico externo por medio de aparatos de diagnóstico electrónicos que se conectan a la unidad de control de inyección y revisan todos los parámetros, indicando aquellos valores que estén fuera de rango.

La detección de fallas, llamados "DTC" (Diagnostic Trouble Codes) debe realizarla personal especializado en estos sistemas y deben contar con herramientas electrónicas de diagnóstico también especiales para cada tipo de sistema de inyección.

La reparación de estos sistemas se limita al reemplazo de los componentes que han fallado, generalmente los que el diagnóstico electrónico da como defectuosos.

Los sistemas de inyección electrónicos no difieren de los demás, respecto a las normas de seguridad ya que manipula combustible o mezclas explosivas. Lo mismo para el cuidado del medio ambiente, se debe manipular con la precaución de no producir derrames de combustible.

SISTEMAS DE PREPARACIÓN DE MEZCA PARA MOTORES OTTO (INY. GASOLINA)

Vamos a describir de forma breve los sistemas de carburación e inyección de un motor de automoción , con idea de que el lector conozca distinga y comprenda cada uno de ellos , de que se componen y como funcionan.

De esta forma no será capaz de arreglarlos, pero gana en conocimiento para entender su modo de trabajo y por extensión su posible fallo.

Un motor Otto en general necesita de una mezcla aire y gasolina ajustada a 14.7 partes de aire por una de gasolina, mezclas mas ricas se queman pero generan muchos hidrocarburos sin quemar y CO , como materias contaminantes.

Proporciones mas altas de aire suelen generar fallos en la combustión por la no progresión del frente de llama dentro de la cámara.

¿DÓNDE Y COMO SE REALIZA LA MEZCLA PARA LA COMBUSTIÓN?

Esta mezcla se realiza normalmente en el colector de admisión , realizándose de forma básica mediante el carburador , el cual básicamente es un tubo abierto en el colector comunicado con una cuba de nivel estable de combustible , el aire que atraviesa el colector aspirado por el cilindro succiona el combustible liquido ,vaporizándolo .Ya en los colectores el calor de estos termina de generar la vaporización total , por lo que la mezcla del mismo entra a la cámara dispuesta a ser encendida por la chispa de la bujía después del ciclo de compresión.

Esta simplificación debe contemplar varias particularidades que hacen su funcionamiento irregular en diversas circunstancias, esto se solventa con varios sistemas de funcionamiento dentro de lo que es un carburador.

a. El poco caudal de gases que entra a regímenes de ralentí es insuficiente para succionar suficiente gasolina y mezclarla convenientemente , de ahí que se precise un surtidor de ralentí después de la mariposa , ajustable en la riqueza de combustible mediante un tornillo

b. Cuando el flujo de gases pasa de ralentí a carga (o sea cuando se acelera) la respuesta del flujo de gases es inmediata , mientras que el combustible debe ser succionado por lo que genera un retraso que se manifiesta como una bajada inicial de la proporción de gasolina . Para evitarlo se añade una bomba pequeña en el mismo carburador , llamada de aceleración , que se acciona directamente por el acelerador ,la cual añade en el momento de acelerar la gasolina necesaria para el cambio de modo de funcionamiento.Esta ,vierte un chorro de gasolina por encima del la mariposa en el colector . Este sistema, un poco burdo será responsable por un lado de la rápida respuesta de los carburadores , y por otro del famoso ahogo de los coches cuando insistimos en acelerar continuamente en los arranques del motor , lo que da entrada a demasiada gasolina y una vez vaporizada no deja sitio para aire suficiente

c. Cuando el régimen aumenta la mayor densidad de la gasolina generaría un exceso de la misma por el tamaño del surtidor , para evitar este exceso ,se emplean emulsionadores, lo que hace ,es mezclar la gasolina que va a salir por el surtidor o difusor con aire para que su densidad sea menor.

d. Cuando hablamos de motores de muchos cilindros o mucha cilindrada , un solo surtidor no puede mezclar convenientemente la gasolina que se requiere a alto régimen , por lo que se emplean varios surtidores. Estos entran en funcionamiento según sea la demanda del acelerador .De esta forma hablaríamos de carburador de dos o mas cuerpos , los cuales tienen apertura diferenciadas, o sea a baja carga solo abre la mariposa de un cuerpo y es a partir de alta carga cuando abren los dos.

e. Como durante el funcionamiento en frío la gasolina se vaporiza muy mal, para conseguir que esta llegue a vaporizarse en cantidad suficiente que se pueda completar la combustión, se enriquece la mezcla .Para ello se les dota a los carburadores de starter , el cual es una válvula de mariposa encima de la controlada por el acelerador , que genera un depresión mayor en el colector sacando mas gasolina del surtidor , su uso inadecuado cuando es manual y el motor se calienta , genera un exceso de gasolina que puede llegar a ahogar el motor

Esto es a grandes rasgos como funciona un carburador de difusor ( el citado surtidor) fijo , lo cual ha sido lo mas corriente , las realizaciones practicas son muchas , pero todos deben disponer de estos mecanismos.

En los carburadores existe un tornillo de ralentí y otro llamado de riqueza de mezcla estos gobiernan el caudal de aire que bypasea la mariposa para régimen de ralentí y la gasolina que saldrá por el surtidor de ralentí

Aunque los carburadores ,están todos en desuso , la existencia de muchos modelos en la calle hace interesante el conocerlos , ya que los sistemas actuales son una evolución de los mismos.

SISTEMAS DE INYECCION DEL MERCADO

Sabiendo esto vamos a abordar los sistemas de inyección del mercado.

Es de notar que los sistemas de inyección son mas caros de fabricar que los carburadores, aunque estos últimos son mas difíciles de ajustar ,siendo el mantenimiento mas fácil de realizar en los sistemas de inyección que en los carburadores al menos por concepto.

Esta dificultad de ajuste de los carburadores se justifica por la cantidad de sistemas o mecanismos , que hemos visto llevan los carburadores, y su buen acoplamiento entre ellos para que funcionen correctamente en todo el rango de trabajo. Esta complejidad de ajuste queda muy mermada en cuanto a inyección se refiere, aquí salvo un sistema de arranque en frío que incluso en algunos sistemas tampoco es preciso, se deja todo el trabajo a los inyectores , ajustándose la apertura de los mismos para todo el rango de revoluciones y régimen de carga, incluso en el cambio de carga.

El suministro de combustible mediante una bomba a presión , no por succión como en el caso de los carburadores, evita ese retardo en el aporte de combustible frente a demanda , lo que no hace necesaria la bomba de aceleración ,de manera que este sistema de alimentar el motor se va a perder ganándose en un menor consumo, y una menor contaminación por no existir gran cantidad de hidrocarburos sin quemar y de CO frente a CO2 , esto traerá consigo una desventaja . Todo el que ha cambiado de carburador a inyección sabe a lo que me refiero, esa mayor respuesta a la solicitación que se notaba en modelos de carburadores va a verse difuminada en los sistemas de inyección , pero la mejor dosificación en todo el rango de carga hace mucho mas aprovechable el combustible notándose la mejora en un mayor régimen de funcionamiento con dosificación correcta, por lo que obtiene una mayor potencia que nos hace perdonar cualquier otra desventaja.

El sistema de inyección aporta otras ventajas.

1. Aprovechar la mayor temperatura de los colectores a la altura de la culata , para vaporizar toda la gasolina

2. Un mejor reparto a aquellos cilindros mas alejados3. Mejor control sobre la cantidad inyectada no dependiendo de la depresión generada

en el colector  4. Reducciones de consumo por el corte de suministro en deceleración 5. Mejor generación de la mezcla en todo el régimen estirando el mismo mas arriba

con la consiguiente ganancia de potencia

Todos los sistemas de inyección usados actualmente han sido de inyección en colectores, salvo contadas excepciones , algunas del pasado y mas recientemente motores como los IDE de Renault , los Mitsubishi GDI o los HPI de Peugeot , vamos a analizar principalmente los sistemas de inyección a colector , que es lo que siempre se habla cuando se refiere a inyección en gasolina .

En general un sistema de inyección de gasolina consta de:

MEDIDOR DE VOLUMEN ,se hace necesario ya que no va a ser el volumen de aire el que succione la gasolina sino que se medirá y en función de ese valor se inyectara la gasolina adecuada

INYECTORES, normalmente 1 por cilindro existiendo la posibilidad de montar uno extra para la inyección en frío

CONTACTOR EN MARIPOSA indica la plena carga o el régimen de carga cero BOMBA DE GASOLINA ,eléctrica situada normalmente junto al tanque FILTRO DE GASOLINA, elimina suciedad que obstruiría los inyectores ACUMULADOR DE PRESIÓN, puede montarse en aquellos sistemas que

requieran un suministro muy preciso de la presión de alimentación SENSORES DE TEMPERATURA del motor REGULADOR DE PRESIÓN para o bien ajustar la presión de suministro o

mantenerla dentro de un rango VÁLVULA ADICIONAL de aire que permite mantener el régimen de revoluciones

ante cargas añadidas como aire acondicionado, alternador. También permite mantener un ralentí superior en frío cuando la marcha suele ser más irregular

Esto básicamente es lo que constituye un sistema de inyección aunque como vamos a ver la forma o tipo de cada uno de ellos hace que estos componentes sean muy diferentes entre si, pero su función será similar y su defecto generara los mismos síntomas.

Sistemas de inyección relacionados con el encendido, disponen de captador de revoluciones, así como de posición del cilindro, aunque esto básicamente es para el encendido, también puede usarse para saber si un motor está reteniendo (altas revoluciones y bajos caudales)y cortar el suministro de combustible.

Los sistemas actuales pueden disponer de temperatura y presión del aire de suministro así como sondas lambda que analizan la cantidad de oxigeno en el escape, estos aparecerán mas adelante y explicaremos que hacen.