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Esquema de funcionamiento del calculador de inyección y encendido I+E
Para controlar las secuencias de los inyectores electrónicos y la chispa en las bujías, el calculador electrónico de inyección y encendido I + E precisa de diversas informaciones relacionadas con el funcionamiento del motor de gasolina.
A continuación se explica didácticamente como lo hace, representado en la imagen 12.40.
- Con las informaciones de RPM del motor y caudal de aire de admisión se determina el tiempo base de inyección.
- Si alguno de estos dos datos no se recibe o es incorrecto el motor se para o no funciona bien, encendiéndose el testigo de fallo de inyección/encendido.
- El caudal de aire se puede medir por la depresión en el colector de admisión (presión con sobrealimentación) o mediante un caudalímetro de aire.
- La temperatura de motor modifica el tiempo de inyección, con el motor frío aumenta y se va ajustando según se calienta.
- Algo parecido sucede con la temperatura de aire de admisión.
- Con ambos datos se modifica en más o menos el tiempo base de inyección dando el tiempo compensado de inyección.
- Tiempo de aceleración; la posición de la mariposa de gases y sus movimientos alteran el tiempo de inyección para ajustar la aportación de gasolina a las demandas de prestaciones.
- En fase de retención del motor se corta la inyección hasta acercarse el motor a las RPM de ralentí.
- 1ª Sonda lambda; informa al calculador del dosado de la mezcla que corresponde a los gases de escape que entran al catalizador, para corregir si es preciso el tiempo de inyección y mantener el dosado lo más próximo a 15.
- Tras la explotación de esos datos el calculador determina el instante y duración de la inyección, tiempo definitivo de inyección y el momento y duración de la chispa.
- Si hubiese información del captador de detonación se modifica el avance de encendido para evitar que se produzca.
- Si se detecta alguna incidencia de funcionamiento, el calculador de I + E enciende el testigo de fallo, puede que el motor baje de RPM y la respuesta al acelerador sea menor para proteger al catalizador.
Se identifican estos componentes en el motor de la imagen 12.41.
1.- Bomba eléctrica de gasolina
- Mantiene presión constante en la entrada de los inyectores a los que alimenta a través del filtro de gasolina 1f.
2.- Inyectores
- Aportan gasolina pulverizada durante el tiempo controlado por el calculador de inyección y encendido I + E (5).
- En este motor al estar los inyectores en el colector de admisión la inyección es indirecta
3.- Bujías
- Generan la chispa para iniciar la combustión.
- En este motor hay dos por cada cilindro.
4.- Acumulador vapor de gasolina
- Los vapores de gasolina contaminan y se recogen en un acumulador.
- En aceleración el calculador envía los vapores al motor para que se quemen en la combustión.
5.- Calculador electrónico
- Controla los tiempos y secuencias de inyección y encendido I + E.
6e.- Sonda lambda de gestión
- Situada a la entrada del catalizador, informa al calculador para que aporte las pequeñas variaciones de dosado precisas con el objetivo de mantener los gases de escape equivalentes al dosado 15, así se compensan los desgastes de los diferentes componentes que intervienen en la calidad de las explosiones.
6s.- Sonda lambda de control
- Situada a la salida del catalizador detecta si hay contaminación.
- Para evitar que aceleraciones y ciclos de funcionamiento con el motor frío alteren la información el calculador va acumulando los tiempos de exceso de contaminación, para encender el testigo si deduce algún fallo.
7.- Catalizador
- Mediante varias reacciones químicas transforma los gases contaminantes (CO, HC y NOX) en vapor de agua, CO2 y nitrógeno.
8.- Bobinas de encendido estático
- Situadas junto al motor y con cables de alta tensión hasta las bujías.
- Este motor tiene dos bujías por cada cilindro.
- Si las bobinas estuviesen sobre las bujías sería encendido directo.
9.- Filtro de aire
- Limpia el aire de impurezas antes de entrar al motor
10.- Captador de detonación
- Detecta las vibraciones de las explosiones e informa al calculador para que corrija posibles tendencias a la detonación cilindro por cilindro.
11m.- Mariposa electrónica
- Es controlada por el calculador electrónico según las actuaciones del conductor sobre el acelerador, adapta el caudal del aire de admisión.
11c.- Caudalímetro
- Mide el caudal de aire de admisión.
12.- Sensor de Tº de motor
- Informa al calculador de I + E para adaptar los tiempos de inyección.
13.- Captador de RPM y posición de los pistones
- Junto a la información del caudal de aire de admisión son los parámetros base para la determinación de los tiempos y secuencias de actuación de los inyectores y bujías.
En aceleraciones a fondo el calculador permite que se aporte el dosado de potencia (en el entorno de 12) para disponer de buena respuesta al acelerador.
Cuando funciona así el motor se denomina bucle abierto, pues al funcionar teniendo en cuenta las indicaciones de la sonda lambda de entrada el funcionamiento es en bucle cerrado.
Inmovilizador antiarranque
Imagen detalle 12.42
Con el control electrónico de inyección y encendido se puede incorporar un sistema codificado CAR para permitir el arranque del motor exclusivamente cuando el calculador de I + E recibe el código correcto.
Se puede emitir este código por el mando de apertura de puertas o mediante un transpondedor en la llave sin consumo eléctrico.
De esta forma si el mando no funciona se abrirá con la llave, pero el código del transpondedor será leído por el contactor de arranque y lo enviará al calculador de I + E.
Mantenimiento del motor de gasolina
Imagen 12.42
Los elementos de desgaste que requieren sustitución periódica son; filtro de aire, bujías y filtro de gasolina, según especificaciones técnicas del automóvil.
Funcionamiento y contaminación de los motores de gasolina con inyección directa y mezcla pobre
Imagen 12.44
Para que un motor de gasolina emita la menor cantidad de gases contaminantes ha de funcionar con dosado 15, se denomina lambda 1.
Si funciona el motor con dosados más pobres, por encima de 15, el consumo baja, bueno en teoría pues al ser menor la respuesta se ha de acelerar más o reducir de marcha, además de alterarse la contaminación, ya se ha comentado.
Se ha utilizado esta forma de funcionamiento en motores sin sobrealimentación, pero sin buenos resultados por la sensible merma de respuesta del motor.
Con la incorporación de la sobrealimentación e inyección directa en los motores de gasolina se ha retomado su funcionamiento con mezclas pobres para bajar la emisión de CO2, y estos son los resultados.
- Se coloca el inyector junto a la bujía sobre el pistón.
- También puede estar el inyector a un lado.
- El pistón tiene una forma específica en su parte superior, sobre la que va a rotar el aire de admisión que ya entra con turbulencias generadas en el colector por su forma y geometría.
- Al subir el pistón el aire se divide en dos partes, una central más o menos cilíndrica en turbulencias sobre la forma cóncava del pistón, y otra en forma toroidal alrededor de la anterior.
- Al inyectarse la gasolina incide en la zona cilíndrica central y se aporta la gasolina que corresponde para que con este aire el dosado sea 15.
- A la vez que se inyecta la gasolina comienza la chispa en la bujía de forma que se va quemando la mezcla progresivamente de arriba abajo, como un frente de llama.
- Al ser el dosado 15 se quema bien la mezcla en la parte central, pero en las fronteras con la zona toroidal no se quema del todo la gasolina (combustión parcial) y la temperatura es muy alta, lo que implica dos cosas; las gotas de gasolina que no se han quemado del todo producen micropartículas solidas contaminantes, y se generan bastantes óxidos de nitrógeno (NOX), pues la temperatura es elevada en la zona toroidal reaccionando el oxígeno que no ha intervenido en la explosión con el nitrógeno del aire.
- Al sumar todo el aire que ha entrado al cilindro, el de la zona central y toroidal, y valorar su proporción con la gasolina inyectada el resultado es un dosado de más de 20.
- Lo que se ha hecho es dividir en dos partes el interior del cilindro, en una se produce la explosión y en la otra no, aunque queda afectada.
- Si la inyección es lateral la idea es la misma y para lograrlo la forma del pistón es diferente para separar en dos zonas el aire, inyectando la gasolina sobre una.
- Los resultados son reducir el consumo y emisión de CO2 a costa de generar micropartículas y exceso de NOX que hay que eliminar antes de salir al exterior.
- Los hidrocarburos no quemados HC y monóxido de carbono CO se eliminan en el catalizador de tres vías o funciones, también puede neutralizar parte de NOX, pero hay demasiados.
- Para las micropartículas MPC se añade un filtro antipartículas FAP, las va acumulando y cuando se satura unos sensores de presión y temperatura a la entrada y salida lo detectan, informando al calculador que modifica temporalmente el dosado para aumentar la temperatura dentro del FAP y quemar las MPC.
- Para los NOX hay dos soluciones complementarias; recircular parte de los gases de escape hacia admisión que reducen la cantidad de oxígeno sobrante y en consecuencia disminuyen los NOX que se generan en la explosión, se hace mediante la EGR.
- La otra solución es incorporar un catalizador de reducción selectiva SCR, en su interior se almacenan los NOX emitidos en exceso, un sensor detecta cuando está saturado e informa al calculador que hace que se inyecte en el interior del catalizador SCR un aditivo (AdBlue) que elimina los NOX, este aditivo se ha de repostar cuando se vacía su depósito.
Para buscar el mejor equilibrio entre consumo, contaminación y prestaciones se utiliza en algunos motores de gasolina la inyección directa e indirecta, según las diferentes circunstancias de marcha.
El motor Wankel
Es un motor rotativo cuya denominación es el apellido de su inventor, Félix Wankel.
Su estructura y funcionamiento se explica con la imagen 12.45.
El equivalente al cilindro es una cámara de forma epicicloidal CE en cuyo interior gira una pieza con forma de triángulo equilátero con los lados curvados, es el rotor RT.
De este giro se obtiene el movimiento circular del motor Wankel.
Las entradas de admisión y escape se hacen por conductos que desembocan en la periferia de la cámara epicicloidal CE.
En el colector de admisión se representa un carburador y el filtro de aire (también se ha utilizado inyección).
Se ve la bujía BJ (pueden ser dos) a un lado de la cámara epicicloidal CE.
En el ciclo de admisión el volumen aumenta en la zona de entrada exterior, lo que produce el efecto de aspiración de la mezcla aire – gasolina.
Cuando el vértice del rotor cierra la entrada de admisión el volumen se va reduciendo, es la compresión.
Con la mezcla comprimida se produce la chispa en la bujía BJ.
Al explotar la mezcla se genera la energía que hace girar el rotor RT.
Al seguir el giro el rotor RE, el volumen de la cámara de escape va aumentando hasta que el vértice del rotor abre el conducto de salida, como a partir de ahora el volumen comienza a disminuir los gases quemados son empujados al colector de escape.
Al seguir girando el rotor se repite el ciclo.
Se observa que en cada giro del rotor hay tres explosiones, lo que explica la mayor potencia de este motor comparado con otro tradicional de pistones, el par no es tan elevado.
Porque no se utiliza el motor Wankel
- La homogeneización de la mezcla no es del todo perfecta, incluso con inyección, lo que implica más contaminación que se ha de resolver en el escape.
- La falta de hermeticidad de los segmentos induce elevado consumo de aceite, potenciado por la ubicación de las toberas de admisión AD y escape ES en la periferia de la cámara, imagen 12.46.
- Una solución para reducir el consumo de aceite es situar las entradas y salidas, admisión AD y escape ES, en vez de en la periferia de la cámara epicicloidal en los laterales, imagen 12.47.
- De todas formas, la utilización del motor Wankel, con límites cada vez más estrictos de contaminación, parece no compensar a los fabricantes de automóviles para seguir con la I + D + i.
- Después de unos años de ensayos y algunos modelos producidos, NSU con el Ro80 coche del año en 1964 quebró a causa de su apuesta por este motor, actualmente prácticamente solo Mazda mantiene cierto interés.
- Parece que hay investigaciones para valorar su utilidad como fuente de energía para mover un generador eléctrico en automóviles híbrido serie, esta tecnología se explica en el capítulo 29.
