Inyección electrónica de combustible.

¿Cómo funciona la inyección electrónica de combustible?

La Inyección  electrónica de combustible (EFI), comenzó a sustituir los carburadores a mediados de los años 1980 como el método preferido para el suministro de aire y combustible para motores. La diferencia básica es que un carburador utiliza el vacío de la admisión y una caída de presión en el tubo de Venturi (la parte estrecha de la garganta del carburador) para extraer el combustible de la cuba del carburador mientras que la inyección  utiliza la presión para atomizar el combustible directamente en el motor.

En el carburador el aire y el combustible se mezclan entre sí cuando el aire pasa a través del carburador hacia el motor. La mezcla de aire / combustible se desplaza a través del colector de admisión a los cilindros.

Uno de los inconvenientes es que el colector de admisión está húmedo (contiene gotitas de combustible) que se depositan cuando el motor arranca frío. Las vueltas y recovecos también pueden provocar una mezcla de aire y combustible irregular, lo que resulta en mezclas de combustible desiguales entre cilindros. Los cilindros centrales pueden tener mezclas más ricas, lo que hace difícil la economía de combustible, el rendimiento y la reducción de emisiones.

El cuerpo de aceleración.

En los sistemas de inyección, en la válvula de mariposa (TBI), hay uno o dos inyectores de combustible montados en el cuerpo del difusor del acelerador. La presión de combustible es creada por una bomba eléctrica (usualmente ubicada en o cerca del tanque de combustible), y es controlada por un regulador de presión alojado en el cuerpo del acelerador.

El combustible se pulveriza en el motor cuando la computadora del motor activa el inyector, y produce una serie rápida de ráfagas cortas, en vez de un flujo continuo. Esto produce un zumbido en los inyectores cuando el motor está en marcha. Debido a esta configuración, los problemas de igualdad de distribución de combustible que afectan a los carburadores, también afectan a los sistemas de TBI.

Sin embargo, los sistemas de TBI tienen características de arranque en frío mejor que un carburador porque proporcionan una mejor atomización y no tienen un mecanismo de estrangulación problemático. El sistema de TBI también hace más fácil el control electrónico del motor para regular la mezcla de combustible, que un carburador de realimentación electrónica.

Inyección de combustible multipunto.

Con los sistemas de inyección multipunto, existe un inyector de combustible separado para cada cilindro. La ventaja es que el combustible se pulveriza directamente cerca del cilindro. Puesto que sólo fluye aire a través del colector de admisión, permanece seco y no hay problemas con combustible adherido cuando el motor está frío o hay mezclas desiguales de combustible en los cilindros del centro y los lados. Esto permite que la mezcla pueda ser mucho más uniforme en todos los cilindros para una mejor economía, emisiones y rendimiento.

                                              Inyectores electrónicos

Algunos de los primeros sistemas de inyección de combustible multipunto eran puramente mecánicos y se remontan a la década de 1950 (1957 Corvette con inyección de combustible Rochester, por ejemplo, y Bosch D-Jetronic y K-Jetronic sistemas con distribuidores de combustible e inyectores mecánicos). Más tarde, Bosch L-Jetronic y los sistemas de la década de 1970 sustituyen los inyectores mecánicos con inyectores electrónicos. Hoy, todos los sistemas de inyección EFI son totalmente electrónicos con controles de la computadora.

En la mayoría de los sistemas EFI en la década de 1980 y principios de 1990 los inyectores funcionaban, por lo general una vez cada revolución del cigüeñal. Los más sofisticados con inyección secuencial (SFI) inyectan a cada cilindro, por lo general cuando la válvula de admisión se abre. Esto permite un control mucho más preciso de economía de combustible y mejora el rendimiento disminuyendo las emisiones.

Inyección directa.

Luego comenzaron a aparecer nuevos tipos de sistemas de inyección de combustible llamados inyección directa de gasolina (GDI). Con esta configuración, se utiliza un inyector para cada cilindro, pero los inyectores se trasladaron directamente a la cámara de combustión en lugar del múltiple de admisión.

 

Esto es similar a un motor Diesel que rocía el combustible directamente en el cilindro. La ventaja de este cambio es una mejora significativa (tanto como 15 a 25 por ciento) en la economía de combustible. Sin embargo, requiere inyectores de combustible de alta presión y  presiones más altas de operación.

Inyector de combustible de impulsos.

La riqueza relativa o delgadez de la mezcla de combustible en un motor de combustible inyectado, se determina mediante la variación de la duración de los pulsos del inyector (llamado ancho de pulso). Cuanto más largo sea el ancho del pulso, mayor será el volumen de combustible suministrado y la mezcla más rica. La temporización del inyector y la duración es controlada por la computadora del motor.

El ordenador utiliza la entrada de  diversos sensores del motor para regular la dosificación del combustible y para cambiar la relación aire / combustible en respuesta a condiciones de funcionamiento cambiantes. Está calibrado con un programa que dirige el tiempo para hacer que el inyector cambie los pulsos con la velocidad del motor y el cambio de carga. Durante el arranque, calentamiento, aceleración y aumento de la carga del motor, por lo general requiere una mezcla más rica. Cuando el motor está con una carga ligera, permite una mezcla de combustible más pobre para mejorar la economía. Y cuando el vehículo se desacelera y no hay  carga en el motor, el ordenador puede desactivar momentáneamente los inyectores por completo.

Ordenador.

La programación que controla el sistema EFI se encuentra en un chip dentro de la computadora del motor. El cambio del chip puede cambiar la calibración del sistema. Esto es a veces necesario para actualizar la programación de fábrica o para corregir la capacidad de conducción o un problema de las emisiones. El chip en algunos vehículos también puede ser reemplazado por chips de mayor rendimiento para mejorar las prestaciones del motor.

Sensores.

La inyección electrónica de combustible requiere de varios sensores para que el ordenador pueda determinar la velocidad del motor, la carga y las condiciones de funcionamiento. Esto permite al ordenador ajustar la mezcla de combustible, según sea necesario para un funcionamiento óptimo. Hay dos tipos básicos de sistemas EFI: por densidad de velocidad de aire y por comunicación de flujo de aire.

Los sistemas de velocidad de densidad en realidad no miden el flujo de aire en el motor, miden el flujo de aire basados en los aportes del sensor de posición del acelerador (TPS), presión absoluta de admisión (MAP), y el sensor de RPM del motor. La ventaja de este sistema es que el motor no requiere un sensor de flujo de aire caro, y la mezcla aire / combustible se ve menos afectada por las fugas de aire pequeñas en la tubería del colector de admisión, o el cuerpo del acelerador. Con los sistemas de comunicación de flujo de aire, el sensor de flujo de aire mide directamente el flujo de aire en el motor. Puede ser mecánico, de hilo caliente o de vórtice de flujo. ***

*** La vorticidad es un concepto matemático usado en dinámica de fluidos que se puede relacionar con la cantidad de circulación o rotación de un fluido. La vorticidad se define como la circulación por unidad de área en un punto del flujo.

Sensores

El equipo también utiliza entradas de todos sus otros sensores, pero se basa principalmente en el sensor de flujo de aire para controlar los inyectores de combustible. En ambos tipos de sistemas (velocidad-densidad y masa de aire), la entrada del sensor de oxígeno calentado (HO2) también es clave para mantener la relación aire / combustible. El sensor de oxígeno (Sonda Lambda) está montado en el colector de escape y controla los niveles  de oxígeno no quemados en el escape como un indicador de la riqueza relativa o delgadez de la mezcla de combustible.

En los motores V6 y V8, habrá un sensor de oxígeno por separado para cada lado de cilindros, y en algunos motores de seis cilindros en línea puede haber sensores de oxígeno separados para los tres primeros y los tres últimos cilindros. La señal de realimentación del sensor de oxígeno y combustible es utilizado por la computadora del motor para una sintonía fina de la riqueza de la mezcla de combustible la economía y las emisiones.

Cuando el sensor de oxígeno indica al equipo que el motor está funcionando mal (mayores niveles de oxígeno sin quemar en los gases de escape), el ordenador compensa aumentando la anchura de impulso de los inyectores. Si el motor está funcionando con mezcla rica (menos oxígeno en los gases de escape), el ordenador acorta la duración del impulso de los inyectores para empobrecer la mezcla de combustible.

Sensor map

La posición del acelerador es proporcionada por el sensor de posición del acelerador (TPS). Se encuentra en el lado del cuerpo del acelerador y utiliza una resistencia variable que cambia cuando la mariposa se abre y se cierra. La carga del motor se mide por la presión absoluta del múltiple (MAP). Puede estar ubicado en el colector de admisión o unido al colector de admisión con una manguera de vacío.

La temperatura del aire que entra al motor también debe ser controlada para compensar los cambios que se producen en la densidad del aire  (aire más frío es más denso que el aire caliente). Este control se ejerce por la temperatura de entrada o el sensor de la temperatura del aire del colector, que puede ser integrado en el sensor de flujo de aire o montados por separado en el colector de admisión. La temperatura del refrigerante es supervisada por el sensor de temperatura del refrigerante (CTS).

Válvula EGR

Esto le indica a la computadora cuando el motor está frío y cuando está a temperatura normal de funcionamiento. El equipo necesita saber la temperatura debido a que el motor en frío requiere una mezcla de combustible rica. Cuando el líquido refrigerante alcanza una determinada temperatura, el motor comienza a utilizar las entradas de los sensores de oxígeno para afinar la mezcla de combustible. Cuando se está operando en frío o cuando no hay señal del sensor de refrigerante, la mezcla de combustible es fija y no cambia. Las señales defectuosas de cualquiera de los sensores del motor pueden causar altas emisiones o problemas de rendimiento. Muchos de los problemas del sensor se establecerán con un código de diagnóstico (DTC) y la luz encendida del Check Engine. La lectura del código/s con una herramienta de análisis le ayudará a diagnosticar el problema.

Control de velocidad de ralentí.

La velocidad de ralentí en los motores de inyección de combustible es controlada por la computadora a través de un circuito de aire de derivación inactiva en el cuerpo del acelerador. Un pequeño motor eléctrico (paso a paso) o solenoide se utiliza para abrir y cerrar el orificio de derivación. Cuanto mayor sea la abertura, mayor será el volumen de aire que puede pasar y más rápida la velocidad de ralentí. En vehículos más nuevos con control electrónico de aceleración, el ordenador también controla la apertura de la mariposa del acelerador cuando se presiona el pedal del acelerador.

Los sensores de posición en el pedal del acelerador reciben la señal de la computadora y esta limita hasta qué punto  abre la mariposa. Los problemas de ralentí en los sistemas EFI pueden ser causados por suciedad en el circuito del cuerpo de mariposa. La limpieza del cuerpo de aceleración con un limpiador adecuado puede resolver estos inconvenientes. Los problemas también puede ser causados por fugas de aire entre el sensor de flujo de aire y el acelerador, el cuerpo del acelerador y el colector de admisión,  el colector de admisión y la culata, la válvula  PCV , o el sistema EGR  o  las mangueras de vacío.

Válvula IAC (control de ralentí)

Inyectores de combustible.

Un inyector de combustible funciona como una válvula de solenoide. Cuando es energizado por el ordenador, el solenoide abre la tobera. Cuando se corta el circuito que alimenta el inyector, la válvula en el interior del inyector se cierra de golpe y se detiene el suministro de combustible. La cantidad total de combustible entregado es controlado por el ciclo eléctrico en el  inyector, encendido y apagado muy rápidamente. Cuanto más largo sea el pulso, mayor será el volumen de combustible entregado y más rica  la mezcla de combustible.

Los inyectores de combustible sucios son un problema común .La acumulación de depósitos de barniz de combustible dentro de la punta de la boquilla del inyector puede restringir el suministro de combustible e interferir en la creación de un patrón de pulverización adecuado. Esto puede causar una condición de falta de  combustible y fallos de encendido. La limpieza de los inyectores con un limpiador de inyección de combustible, o una máquina de limpieza de inyectores  por lo general  puede restablecer el funcionamiento normal.

Control de presión del combustible.

Otro factor importante que contribuye a determinar la cantidad de combustible que suministra  un inyector cuando  pulsa,  es la presión del combustible. Cuanto mayor sea la presión detrás del inyector, mayor será el volumen de combustible que se pulverice cuando  se abre. La presión de combustible es generada por una bomba eléctrica de alta presión, normalmente montada en el interior o cerca del tanque de combustible.

Bomba de combustible de alta presión

La presión de salida de la bomba  puede variar entre 8 a 80 libras, dependiendo de la aplicación. Tiene generalmente una válvula de presión para aliviar el exceso y una válvula de retención para mantener la presión del sistema cuando el encendido está apagado. En un sistema  EFI, la diferencia de presión de los inyectores y el vacío o la presión en el colector de admisión es una variable que cambia constantemente. Bajo carga ligera o en ralentí, existe un vacío relativamente alto  en el colector de admisión. Esto significa menor presión de combustible necesaria para un volumen dado de combustible a través del inyector. Bajo carga pesada, el vacío del motor se reduce a casi cero.

En estas circunstancias, se necesita más presión para entregar la misma cantidad de combustible a través del inyector. En los motores turboalimentados, el vacío del colector puede ser de 8 a 14 libras. y la presión positiva del turbo entra en juego. Se requiere más presión de combustible  para forzar la misma cantidad  a través del inyector.

Para regular la presión del combustible de acuerdo con el vacío del colector de admisión existe el regulador de presión de combustible. El regulador está montado en el carril   que suministra combustible a los inyectores; es parte del conjunto de la bomba  dentro del tanque. El regulador  tiene un resorte controlado por un diafragma con una conexión al vacío del colector de admisión. El regulador reduce la presión de combustible con una carga ligera y aumenta bajo carga pesada o las condiciones de impulso.

Regulador de presión de combustible.

El exceso de presión de combustible se desvía a través de una derivación de vuelta al depósito  para mantener la diferencia de presión deseada. La mayoría de los sistemas están calibrados para mantener una diferencia de presión  entre 40 y 55 psi. En los sistemas más antiguos TBI, el regulador está montado encima de la mariposa del acelerador.

Dado que el vacío del motor  no tiene ningún efecto sobre el suministro de combustible fuera del inyector, el regulador sólo tiene que mantener una presión uniforme. En el sistema TBI, el regulador de presión está calibrado para mantener una presión de alrededor de 10 psi.  La baja presión de combustible se traducirá en un rendimiento pobre, y puede impedir el arranque del motor. Puede ser causada por la bomba de combustible  desgastada,  restricciones en la línea de combustible, filtro de combustible sucio, o el regulador de presión de combustible agujereado. Esto, puede ser probado con un medidor de presión conectado a la válvula de servicio en la línea o el riel de combustible.

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