sistema de inyección electrónica
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Introducción
El sistema de inyección secuencial de combustible tiene el mismo propósito
que los sistemas carburados; que es el proporcionar una adecuada mezcla de aire
combustible bajo las diferentes condiciones de marcha de un motor de combustión
interna, solo que es muy diferente el funcionamiento de estos sistemas.
La ventaja del sistema de inyección secuencial de combustible es que cada
cilindro recibe la misma cantidad de combustible, eliminando el problema de
condensación y acumulación de combustible dentro del múltiple de admisión.
Mientras que los sistemas carburados mezclan el combustible con el aire antes
que entren al múltiple de admisión.
El sistema fuel inyección, en base a un monitoreo constante de sensores
colocados en diferentes partes del motor, ajusta la mezcla obedeciendo un
programa de su computadora de a bordo, de tal manera que la entrega de
gasolina siempre será la correcta.
Aspectos Generales
El sistema de inyección secuencial suministra el combustible a través de un
inyector. El inyector se encuentra montado en el múltiple de admisión, y este
atomiza el combustible directamente en el puerto de entrada antes de la válvula
de admisión.
El avance de la inyección secuencial de combustible esta mejorada en:
Economía de combustible, funcionamiento del motor, reducir las emisiones de
escape.
La medida es efectuada por un Controlador Electrónico que realiza las
pulsaciones o tiempo de inyección de cada inyector. La cantidad de combustible
distribuida en cada cilindro es determinada por los siguientes factores:
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Presión del múltiple de admisión
Velocidad del motor (r.p.m)
Posición del cuerpo de aceleración
Temperatura del aire de admisión
Temperatura de enfriamiento del motor
Voltaje de la batería
Velocidad del vehículo
El sistema de inyección secuencial de combustible es controlado por un
aparato llamado Unidad de Control Electrónico (ECU). Esta unidad es un modulo
de estado sólido, y es completamente electrónico teniendo la capacidad de
controlar y monitorear las funciones que están directamente relacionadas con la
operación del motor y el contenido de emisiones.
Su principal función es:
Distribuir secuencialmente el combustible
Generar la chispa de encendido
Controlar el sistema EGR (recirculación de gases)
Controlar las r.p.m
Medir el combustible preciso
Controlar el tiempo de encendido
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Purgar la emisión de vapores de gases del tanque de combustible.
La Unidad de Control Electrónico es utilizada para controlar y monitorear
funciones que no están directamente relacionadas con la operación del motor.
Algunas de estas funciones son:
Controlar el sistema de carga
Activar el piloto automático (opcional)
Controlar el embrague del compresor
Realizar el diagnostico del sistema
La Unidad de Control Electrónica monitorea las señales de entrada de varios
componentes, esta información es procesada y usada para operar otros
componentes de salida.
Componentes del Sistema de Combustible
Bomba de Combustible: El sistema de inyección de combustible, comienza
en la bomba de combustible. En los sistemas carburados el sistema es
presurizado por una bomba mecánica accionada por el motor En los sistemas
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de inyección el combustible presurizado se suministra al inyector por medio de
una bomba eléctrica que es capaz de desarrollar una presión de combustible
de 50 p.s.i. Un filtro de retícula fina instalado sobre el tubo de entrada de la
bomba protege a la bomba de los contaminantes que pueda tener el tanque de
combustible.
La corriente de la batería para operar la bomba de gasolina se dirige a
través de un relé que esta controlado por la Unidad de Control Electrónico. Los
contactos del relé están normalmente abiertos y se cierran cuando la Unidad
de Control Electrónico proporciona la tierra a la bobina de relé. Ver figura.
Filtro de Gasolina: Para proteger los inyectores, el combustible es filtrado
nuevamente. Un filtro esta colocado en la línea de suministro después de la
bomba, y esta especialmente diseñado para resistir la presión empleada por el
sistema.
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Líneas de Gasolina: El combustible desde el tanque se dirige hasta el Tubo
Distribuidor (riel de inyectores) a través de tubos metálicos y mangueras de
caucho sintético.
Tubo Distribuidor de Gasolina: (Riel de Inyectores). El tubo distribuidor de
gasolina no es nada más que un múltiple con las adaptaciones necesarias para
conectar las líneas de combustible, los inyectores y el regulador de presión.
Regulador de Presión: La presión del sistema se mantiene por medio del
regulador de presión situado en el tubo de distribución de gasolina. El regulador se
conecta a una manguera de vacío del múltiple de admisión y se calibra para
mantener una diferencia de presión de 39 p.s.i entre el tubo de distribución de
gasolina y el múltiple de admisión.
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Inyector de Combustible: El inyector es una válvula electromecánica que
funciona en cada uno de los cilindros, y que se encarga de agregar la cantidad de
combustible precisa al aire que entra cuando se aproxima la apertura de la válvula
de admisión. Una apropiada regulación de inyección de gasolina y un apropiado
control de la cantidad de combustible inyectada es la mejor proporción de
combustible bajo todas las condiciones de operación.
Regulación de Inyección
La mayoría de los sistemas de inyección de la actualidad es secuencial. El
término secuencial significa que los inyectores tienen un orden específico de
encendido y que la inyección de combustible se regula según el movimiento del
pistón.
Aunque en un sistema de combustible, la inyección secuencial se
comprende más fácilmente si se compara con un sistema de encendido. Haciendo
referencia a un motor de 6 cilindros (4.0 L), las bujías y los inyectores encienden
en el mismo orden 1,5,3,6,2,4.
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El sensor de velocidad, situado en la carcaza de la transmisión, suministra a
ECU la velocidad y el ángulo del cigüeñal. La ECU transforma la velocidad del
cigüeñal en r.p.m del motor y el ángulo del cigüeñal en la posición del pistón. El
volante dentado, que gira mas allá del sensor de velocidad, contiene tres muescas
separadas por 120 grados. Cada muesca esta separada por 20 dientes y se utiliza
para situar la posición de los pistones.
Los pistones 1 y 6 se aproximan al punto muerto superior (PMS) al mismo
tiempo y utilizan la misma muesca del volante.
El pistón 2 se empareja con el pistón 5, mientras que el pistón 3 con el
pistón 4. Desde el sensor de velocidad, la ECU sabe que dos pistones se están
aproximando a PMS, lo que no sabe es que par de pistones son los que se están
aproximando a PMS. El generador de señales proporciona esta información.
Nota: Las muescas se sitúan en el volante para relacionar la posición exacta del
pistón con la ECU. Cuando una de las muescas pasa por el sensor de velocidad
ECU es informada que la posición de un conjunto particular de pistones tales
como 1 y 6, esta a 60º antes del punto muerto superior.
Generador de Señales: (Sensor de posición del árbol de levas), situado en el
distribuidor, se utiliza para ubicar las posiciones de los pistones 1 y 6. El anillo de
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pulsaciones gira a través del generador de señales sincrónicas por 180 grados,
localizando sus bordes de ataque y posterior (los pistones 1 y 6).
Si el borde de ataque del anillo de pulsaciones acaba de pasar hacia el
campo generador de señales, la ECU ha identificado el pistón 1, si el borde
posterior del anillo acaba de salir del campo del generador de señales, la ECU ha
identificado el pistón 6. Ahora puede comenzar el encendido de los inyectores en
la secuencia apropiada y en el momento apropiado.
Motor Control de Mínima Velocidad del Cuerpo de Aceleración
El cuerpo de aceleración es la caja fundida en aluminio que contiene dos
válvulas de control del flujo de aire. Una válvula de aceleración que opera
mecánicamente por medio de un cable conectado al pedal del acelerador. La otra
válvula es regulada por un motor paso a paso controlado por la ECU.
La válvula de aceleración regula la velocidad del motor fuera de mínima
controlando la cantidad de aire que se deja entrar al múltiple de admisión. El motor
control de velocidad mínima controla la velocidad mínima o de ralentí.
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La ECU y el motor control de mínimo regulan la velocidad mínima del motor
a través de un conducto de derivación de aire que dirige el aire mas allá de la
válvula de aceleración cerrada. Cuando el motor esta frío, la ECU aumenta la
velocidad del motor retrayendo el vástago del motor control de mínimo dejando así
que entre mas aire en el múltiple de admisión.
Para mantener la mezcla apropiada de aire/combustible, se inyecta también
más combustible en el múltiple de admisión. Esto a su vez eleva la velocidad del
motor en mínimo. Cuando se va calentando el motor la ECU extenderá el vástago
del control de mínimo dentro del conducto de aire para reducir la cantidad de aire
que se deriva de la válvula de aceleración.
Unidad de Control Electrónica ECU
La Unidad de Control Electrónica maneja la operación del sistema de
control del motor. Recibe información de los sensores de entrada que miden las
condiciones del motor. Después de procesar esta información, la ECU controla
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una variedad de salidas que regulan el funcionamiento del motor. El ciclo entrada,
procesamiento y salida asegura que el motor cumplirá con los requerimientos de
emisión, economía de combustible y capacidad de impulsión.
La ECU recibe información desde las siguientes entradas:
Sensor de voltaje de la batería
Sensor de presión absoluta del múltiple de admisión
Sensor de temperatura de agua de enfriamiento
Sensor temperatura de aire del múltiple de admisión
Sensor de velocidad (sensor de posición del cigüeñal)
Señal sincrónica del inyector (posición del árbol de levas
Señal de arranque del motor
Ángulos de posición de la mariposa de aceleración
Señal de selección del aire acondicionado
Sensor de velocidad del vehículo
La información desde estos sensores llega a la ECU en forma de señal de
voltaje. Por estas señales , la ECU es capaz de medir el funcionamiento del motor
en cualquier momento dado y calcula una respuesta.
Cuando la ECU esta funcionando hace operar uno o más circuitos de salida tales
como:
Inyectores de combustibles
Relé de bomba de combustible
Motor de control de velocidad mínima
Relé de parada automática
Modulo de corriente de encendido
Relé de embrague del aire acondicionado.
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Entradas de la Unidad de Control Electrónica
Señal de Voltaje de la Batería: La ECU recibe información de entrada con
respecto a las variaciones en el voltaje de la batería. Utiliza esta información para
variar la anchura de pulsación del inyector para compensar las variaciones de
voltaje.
Sensor de Presión Absoluta del Múltiple (MAP): Este sensor mide la presión
absoluta del múltiple y la presión barométrica del ambiente. Proporciona una señal
de 0 a 5 voltios para la ECU. El sensor MAP recibe una señal de entrada desde
una manguera de vacío conectada al cuerpo de aceleración. Esta señal es la
fuente principal de información de la carga del motor.
Nota: El sensor MAP produce una señal de bajo voltaje (de 0.5 a 1.8 voltios) en
mínima cuando el vacío del múltiple es alto y una señal de voltaje mas alto (de 3.9
a 4.8 voltios) cuando el vacío del múltiple es bajo. El voltaje de entrada del MAP
varia entre 4.8 a 5.1 voltios.
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Los ajustes hechos como resultado de estas entradas afectaran generalmente
a las salidas relacionadas con:
El tiempo de apertura del inyector
La regulación de la chispa (avance)
La velocidad en mínima.
Sensor de Temperatura de Agua de Enfriamiento: Esta señal se utiliza para
calcular el tiempo de apertura del inyector cuando el motor esta frío. La entrada
desde la temperatura de agua de enfriamiento afectara también a la posición del
motor de velocidad mínimo de la velocidad mínima, el avance de la chispa etc.
El sensor de temperatura de agua de enfriamiento es un termistor. En
temperaturas frías su resistencia es alta. Según aumenta la temperatura de agua
de enfriamiento disminuirá su resistencia.
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• Sensor de Temperatura de Aire del Múltiple de Admisión (IAT): Proporciona una señal análoga de voltaje para la ECU. La señal se utiliza
para compensar los cambios en la densidad del aire debido a las
temperaturas. Este sensor es un termistor, en temperaturas frías la
resistencia es alta. Cuando aumenta la temperatura de aire disminuye la
resistencia.
• Sensor de Velocidad: (posición del cigüeñal), es un sensor magnético de
velocidad y esta montado sobre la carcaza de la transmisión donde detecta
el paso del volante dentado. La señal generada proporciona información
sobre la velocidad del motor y la posición del pistón para la ECU.
La ECU utiliza esta información para determinar la apropiada inyección y la
apropiada regulación de encendido. La ECU utiliza también la información del
sensor de velocidad para determinar cuando activar los inyectores para suministro
de combustible apropiado a los cilindros.
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Generador de Señal Sincrónica del Inyector: (sensor de posición del
árbol de levas). El generador de señales sincrónicas situado en el
distribuidor funciona como el sensor de velocidad para proporcionar las
señales que necesita la ECU para establecer y mantener el apropiado
orden de encendido del inyector de combustible. El orden apropiado de encendido se mantiene localizando los pistones 1 y 6,
según el anillo de pulsaciones del distribuidor, pasa a través de un campo
magnético (generador de señales). La ECU recibe esta información y es capaz de
determinar el orden apropiado de activación de los inyectores.
Señal de Arranque del Motor: la señal de arranque del motor desde el relé
del arrancador proporciona una señal a la ECU que indica cuando se
acopla el motor de arranque.
Cuando la ECU determina que el motor de arranque esta acoplado,
comienza a mirar las entradas desde el sensor de velocidad y el generador de
señales sincrónicas.
La ECU utiliza estas señales para determinar la regulación de la chispa y si
debe ocurrir la primera inyección de combustible en el cilindro 1 o en el cilindro 6.
Una vez que se ha establecido la sincronización, la ECU activa el apropiado
inyector y proporciona la salida de encendido necesaria para arrancar el motor.
Sensor de Posición de la Mariposa de Aceleración: El sensor de la
posición de la mariposa de aceleración esta montado sobre el cuerpo de la
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aceleración, contiene un potenciómetro operado por la apertura y el cierre de la
mariposa de aceleración, y permite que esta determine la posición precisa del
acelerador bajo las condiciones de operación.
Sensor de Flujo de Aire (MAF): Mide la cantidad de aire que entra al
sistema de admisión. Este sensor esta ubicado a un lado de la garganta,
lleva un conector eléctrico, por medio del cual recibe de la computadora un
voltaje de referencia, cuando aceleramos abrimos el papalote (placa de
aceleración). El aire ingresa del exterior.
Sensor de Oxigeno (OS): Detecta la cantidad de oxigeno en los gases de
escape y envía señales a la computadora, es utilizado en automóviles con
convertidor catalítico. El sensor de oxigeno genera su propia señal de
voltaje, para enviarla a la computadora de acuerdo al contenido de oxigeno
en los gases de escape.
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Sensor de Detonaciones (KS o KR): Este Sensor es usado para detectar
la detonación del motor; opera produciendo una señal cuando ocurre una
detonación; El uso de Este Sensor es frecuente en los vehículos deportivos
o equipados con turbo. La computadora utiliza esta señal para ajustar el
tiempo de encendido, y evitar el desbalánce de la mezcla aire-gasolina.
Señal de Selección del Aire Acondicionado: Después que el conductor
ha seleccionado el aire acondicionado, la señal de aplicación del aire
acondicionado proporciona información a la ECU desde el termostato de
control de aire acondicionado (Interruptor del evaporador).
Esta señal indica que la temperatura del evaporador esta en rango
aceptable para la aplicación del aire acondicionado. Esta información es utilizada
por la ECU para determinar la posición requerida del motor de control de mínima
velocidad de mínimo y para activar o desactivar el embrague del compresor del
A/A. Cuando la ECU recibe la señal de aplicación del A/A responde el motor de
control de velocidad mínima para aumentar la velocidad de mínimo del motor.
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Salidas de la Unidad de Control Electrónica: En base a la información recibida desde los diferentes sensores de entrada, la
ECU controla diferentes componentes:
Inyectores de combustible
Relé de la bomba de combustible
Motor de control de velocidad de mínimo
Relé de apagado automático
Modulo de encendido
Relé de embrague del aire acondicionado
Ventilador eléctrico de enfriamiento
Inyectores de Combustible: Están montados sobre el múltiple de admisión. Son
controlados electrónicamente y exclusivamente por la ECU. Como cada inyector
esta conectado a 12 voltios, estos son energizados cuando son conectados a
tierra a través de la ECU.
Esta también controla la cantidad de tiempo que permanezca energizado
cada inyector. Esto se llama “tiempo de abertura”. El tiempo de abertura esta
basado en varias señales de entrada y es calculado por la ECU.
Los inyectores son activados en una secuencia específica, u orden de encendido
por la ECU.
Relé de la Bomba de Combustible: Esta instalado en el centro de distribución de
potencia. El lado de alimentación de la bobina de relé es activado por el interruptor
de encendido. El relé es activado por la ECU conectando a tierra el otro lado de la
bobina. Cuando se activa el relé, se suministra la corriente a la bomba de
combustible.
Motor de Control de Velocidad Mínima: Esta montado sobre el cuerpo de
aceleración y es utilizado por la ECU para controlar la velocidad del motor en
mínimo. La ECU determina también el tiempo apropiado de pulsación del inyector
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para mantener la mezcla deseada de aire/combustible y, por lo tanto la velocidad
mínima del motor.
Relé de Apagado Automático: Es utilizado por la ECU para suministrar voltaje al
campo del alternador, inyectores de combustible y bobina de encendido. La bobina
del relé recibe voltaje cuando el interruptor de encendido esta en (ON). El circuito
tierra, el cual energiza la bobina cierra los contactos del relé, este es controlado
por la ECU.
La ECU solo conectara a tierra al relé cuando la llave de encendido esta en
posición de arranque y detecta actividad a través del sensor de posición del
cigüeñal y el sensor de sincronización del distribuidor. Si la ECU detecta que la
señal de las r.p.m. se detuvo esta desactivara la tierra de la bobina del relé, lo que
ocasionará que los contactos se abran y eliminé el voltaje en el circuito.
Modulo de Corriente de Encendido: La ECU recibe señales de entrada desde
los sensores apropiados. En base a esta información, determina la apropiada
regulación de encendido y proporciona al modulo de encendido la señal para
excitar la bobina.
La ECU calcula y controla toda la operación de encendido. Si se detecta un
pistoneo de chispa, la ECU modificará la regulación de la chispa en un solo
cilindro o la combinación de los cilindros. Una vez que se ha eliminado el pistoneo
esta retornara progresivamente a la regulación programada.
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Relé del Embrague del Aire Acondicionado: La ECU controla el embrague del
aire acondicionado a través de un relé. Esto permite que la ECU reciba una señal
de selección del A/A, cuando se pone en modo de funcionamiento el A/A.
La ECU recibe también una señal de demanda desde el termostato de
control de temperatura de aire acondicionado.
La ECU luego ajusta la velocidad mínima utilizando el motor de control de
velocidad mínima. Solamente después puede la ECU activar el embrague del A/A
a través de relé de embrague.
Ventilador Eléctrico de Enfriamiento: La operación normal del ventilador es
controlada por la temperatura del líquido refrigerante a través de la válvula de
temperatura.
También operara siempre que se activa el embrague del A/A sin tener en
cuenta la temperatura del líquido de enfriamiento.
Cuando el agua de enfriamiento del motor esta por debajo de (95ºC), la
ECU abre el circuito del relé que suministra la corriente al ventilador y este no
opera. Cuando la temperatura llega a (105ºC), la ECU recibe la señal y cierra el
circuito del relé para suministrar corriente al ventilador.