Resumen: Alimentación en motores Otto

Esquema del Curso

  1. Gasolina y combustibles alternativos
  2. Combustión y factor lambda
  3. Formación de la mezcla aire gasolina
  4. Clasificación de la inyección
  5. Unidad de control electrónica
  6. Dosificación y funciones de control
  7. Circuito de alimentación de combustible
  8. Medición del caudal de aire
  9. Sensores MAP y mariposa
  10. Sensores de régimen y posición
  11. Sensores de pedales y presión
  12. Sensores de oxígeno y lambda
  13. Actuadores de ralentí e inyección
  14. Inyección monopunto
  15. Sistemas anticontaminación

1. Gasolina y combustibles alternativos

★ Imprescindible

📌 La gasolina de 95 y 98 octanos se distingue por su octanaje; un octanaje mayor dificulta la detonación y permite una relación de compresión mayor.

📌 La gasolina E85 contiene 85% de etanol y 15% de gasolina, y solo es apta para vehículos preparados para utilizarla.

Complementos

  • La gasolina E5 contiene 5% de etanol y la E10 contiene 10% de etanol.
  • Los combustibles gaseosos enumerados son:

    • hidrógeno (H2)
    • gas natural comprimido (GNC)
    • gas licuado del petróleo (GLP)
    • gas natural licuado (GNL)
  • La gasolina tiene un alto grado de volatilidad, lo que mejora la mezcla, y es un potente disolvente orgánico.

  • La gasolina puede contener benceno, descrito como un material cancerígeno.

Truco mnemotécnico

Más octanaje dificulta la detonación; más etanol exige compatibilidad del vehículo.

2. Combustión y factor lambda

★ Imprescindible

  • La mezcla estequiométrica requiere 14,7 g de aire por cada gramo de gasolina y corresponde a λ=1\lambda = 1.

📌 Una mezcla rica contiene más de 1 g de gasolina por 14,7 g de aire y corresponde a λ<1\lambda < 1.

📌 Una mezcla pobre contiene menos de 1 g de gasolina por 14,7 g de aire y corresponde a λ>1\lambda > 1.

📐 Fórmula - El factor lambda es la relación entre la masa de aire real y la masa de aire teórica: λ=masa de aire realmasa de aire teoˊrica\lambda = \frac{\text{masa de aire real}}{\text{masa de aire teórica}}.

Complementos

📐 Fórmula - La combustión perfecta se expresa como HC+O2+chispa→H2O+CO2+N2HC + O_2 + \text{chispa} \rightarrow H_2O + CO_2 + N_2.

  • Las emisiones contaminantes consideradas son:
    • CO (monóxido de carbono)
    • HC (hidrocarburos)
    • NOx (óxidos de nitrógeno)

Truco mnemotécnico

λ menor que 1: mezcla rica; λ mayor que 1: mezcla pobre.

3. Formación de la mezcla aire gasolina

★ Imprescindible

  • El aire está compuesto por 21% de oxígeno, 78% de nitrógeno y 1% de argón y otros gases.

Complementos

  • La densidad indicada para el aire es 1,2928 kg/m³ a 760 mm de Hg y 0 °C.

  • La gasolina es una mezcla de 300 a 400 hidrocarburos procedentes de la destilación del petróleo y puede contener otros compuestos de hidrógeno y azufre.

  • La combustión de la gasolina es más lenta cuando el octanaje es alto.

  • La mezcla aire-gasolina puede prepararse mediante carburadores o mediante sistemas de inyección.

4. Clasificación de la inyección

Puntos esenciales

  • Según el lugar de inyección, los sistemas se clasifican en:
    • indirectos
    • directos
    • duales

📌 Según el número de inyectores, la inyección puede ser monopunto o multipunto.

  • Según el modo de inyección, los sistemas pueden ser:
    • continuos o simultáneos
    • semisecuenciales
    • secuenciales

5. Unidad de control electrónica

Conceptos clave y definiciones

  • Unidad de control electrónica: Determina el volumen ideal de combustible que debe pulverizarse a partir de la información recibida de los sensores del sistema.

★ Imprescindible

  • En una UCE digital, las señales de los sensores pasan por filtros y conversores analógico-digitales; el microcontrolador procesa la información y, mediante amplificadores, activa los actuadores.

Complementos

  • Las unidades de control pueden ser analógicas o digitales y también se denominan UCE o ECU.

  • Las señales que llegan a la UCE pueden ser:

    • analógicas
    • digitales
    • digitales PWM

6. Dosificación y funciones de control

★ Imprescindible

  • Los sistemas electrónicos de alimentación y encendido buscan aumentar la potencia, reducir el consumo de combustible y disminuir la contaminación.

  • La gestión electrónica coordina:

    • dosificación de combustible
    • ralentí
    • ángulo de encendido
    • sistemas anticontaminación
    • llenado de los cilindros
    • autodiagnóstico

Complementos

  • La gestión electrónica puede controlar distribuciones variables, admisiones variables, EGR y catalizadores.

  • La unidad de control del motor puede recibir señales de:

    • aire acondicionado
    • dirección asistida
    • ABS
    • ESP
    • sistema de confort
  • El autodiagnóstico supervisa los sistemas, genera códigos de fallo y puede activar un modo de emergencia.

7. Circuito de alimentación de combustible

Conceptos clave y definiciones

  • Sistema de alimentación de combustible: Envía el combustible desde el depósito hasta el cilindro.

★ Imprescindible

  • El sistema de combustible está constituido por: depósito, prebomba opcional, bomba, filtro, rampa de inyección, regulador de presión, inyector, retorno al depósito, inyector de arranque en frío en sistemas antiguos

  • La bomba lleva gasolina desde el depósito hasta la rampa de inyectores y mantiene la presión del circuito.

  • El filtro de gasolina retiene las impurezas del combustible y suele ser blindado, con el elemento filtrante integrado en la carcasa.

Complementos

  • La bomba puede estar controlada:
    • por un relé taquimétrico
    • por la UCE mediante un relé
    • por una unidad de control de bomba

📌 En el esquema clásico, la bomba funciona constantemente mientras el motor está en marcha.

  • Para comprobar la bomba deben controlarse la presión y el caudal.

  • El interruptor de inercia desactiva la bomba de combustible en caso de colisión; actualmente no se instala.

8. Medición del caudal de aire

Conceptos clave y definiciones

  • Medidor de aleta sonda: Informa a la UCE de la cantidad y la temperatura del aire de admisión y está en desuso.

★ Imprescindible

📌 La cantidad de aire admitido puede medirse directamente con un caudalímetro MAF o estimarse mediante un sensor MAP junto con las RPM, la temperatura y otras variables.

  • El caudalímetro MAF de hilo o lámina caliente informa a la UCE de la cantidad y la temperatura del aire de admisión.

Complementos

  • El medidor de aleta sonda es analógico, tiene rozamientos y desgaste, ocupa mucho espacio y puede medir con errores ante grandes pulsaciones de aire.

  • Los caudalímetros por vórtices pueden utilizar el efecto Karman con espejos o la detección ultrasónica de vórtices.

  • El protocolo SENT transmite datos en un solo sentido hacia la UCE, a 30 kbit/s, mediante tres cables de alimentación de 5 V, masa y señal.

  • En una señal PFM del MAF de flujo inverso, al aumentar el caudal de aire se acorta el periodo de la señal y al disminuirlo se alarga.

9. Sensores MAP y mariposa

Conceptos clave y definiciones

  • Sensor MAP: Mide la presión del colector de admisión mediante un elemento piezorresistivo y comunica esa información a la UCE.
  • Sensor de posición de mariposa: Informa a la UCE de la posición de la mariposa de admisión.

Puntos esenciales

  • El sensor MAP suele alimentarse con 5 V y entregar una señal de salida entre 0,5 V y 4,5 V.

📌 El interruptor de acelerador informa solo cuando la mariposa está en ralentí o a plena carga; el interruptor de ralentí permite controlar el ralentí y cortar la inyección, y el de plena carga permite enriquecer la mezcla en aceleraciones rápidas.

  • Un potenciómetro de acelerador informa de la posición angular de la mariposa y de su velocidad angular, y puede incorporar hasta tres potenciómetros para informar también a la caja de cambios automática.

10. Sensores de régimen y posición

Conceptos clave y definiciones

  • Sensor de régimen del motor: Informa a la UCE de las revoluciones del motor y de la fase en que se encuentra.

Puntos esenciales

  • Los sensores de régimen pueden ser:

    • inductivos
    • Hall
    • de circuito integrado
  • La rueda fónica de un sensor inductivo puede tener entre 50 y 70 dientes.

📌 Los sensores Hall necesitan alimentación y envían señales de 5 V o 0 V, mientras que los sensores inductivos generan una señal y dependen de la distancia entre hierros.

  • Los sensores IC de los sistemas stop-start informan de las RPM, el ángulo y el sentido de giro para identificar la posición en la que se detiene el motor.

  • El sensor de fase está en la culata y detecta dientes situados en el árbol de levas o en su polea.

11. Sensores de pedales y presión

Conceptos clave y definiciones

  • Sensor de acelerador: Informa a la UCE de la posición del pedal y de la velocidad con que se acciona.

Puntos esenciales

  • Los sensores del pedal del acelerador pueden ser:

    • potenciométricos
    • Hall
    • generadores de impulsos magnetorresistivos
    • capacitativos
    • inductivos
  • El sensor del pedal de freno informa a la UCE cuando se pisa el freno para cortar la inyección y desconectar el regulador de velocidad.

  • El sensor del pedal de embrague informa a la UCE cuando se pisa el embrague para adaptar la mariposa y desconectar el regulador de velocidad.

  • El sensor de presión del turbo puede alimentarse con 5 V y entregar una señal entre 0,5 V y 4,5 V.

12. Sensores de oxígeno y lambda

Conceptos clave y definiciones

  • Sensor de temperatura del motor: Informa a la UCE de la temperatura del motor y suele estar próximo al termostato, en contacto con el refrigerante.
  • Sonda lambda: La sonda lambda informa a la ECU de cómo se realiza la combustión; cuando hay dos sondas, la segunda también informa del funcionamiento del catalizador.

★ Imprescindible

📌 Una sonda de zirconio produce entre 450 mV y 900 mV con mezcla rica, entre 100 mV y 450 mV con mezcla pobre y 450 mV con mezcla estequiométrica.

Complementos

  • Los sensores de temperatura descritos pueden ser NTC o PTC y su señal puede fluctuar entre 4,5 V y 0,5 V.

  • Las sondas lambda de zirconio comienzan a funcionar a 300 °C, trabajan óptimamente a 600 °C y admiten 900 °C como temperatura máxima puntual.

  • Las sondas lambda de titanio empiezan a funcionar a 200 °C, tienen una temperatura óptima de 700 °C y se destruyen a 850 °C.

📌 En la sonda de titanio, la resistencia aumenta con una mezcla pobre y disminuye con una mezcla rica; la sonda necesita alimentación de 1 a 5 V y no requiere aire de referencia.

  • Los sensores AFR y las sondas lambda de banda ancha pueden medir relaciones aire-combustible entre 10:1 y 18:1.

  • En el sensor AFR, una tensión inferior a 3,3 V indica mezcla rica, alrededor de 3,3 V indica mezcla estequiométrica y una tensión superior a 3,3 V indica mezcla pobre.

  • La sonda lambda de banda ancha trabaja entre 600 °C y 800 °C y suele estar calefactada.

📌 En una sonda de banda ancha, una corriente de bombeo positiva indica mezcla pobre, una corriente nula indica mezcla estequiométrica y una corriente negativa indica mezcla rica.

13. Actuadores de ralentí e inyección

★ Imprescindible

  • El estabilizador de ralentí puede actuar mediante:
    • corrección instantánea del avance
    • regulación del aire aspirado por bypass
    • regulación de la posición de la mariposa

Complementos

  • El estabilizador lineal de ralentí regula el paso de aire por un bypass próximo al cuerpo de mariposa.

  • El estabilizador rotativo de dos vías abre el paso de aire al alimentar el bobinado y lo cierra al interrumpir la alimentación.

  • Al dar contacto, la UCE lleva el motor paso a paso hasta un extremo para reiniciar su posición; el desplazamiento indicado entre topes es de 8 mm en 200 pasos.

  • En desaceleración, el bypass del motor paso a paso se cierra completamente para mejorar las emisiones contaminantes.

14. Inyección monopunto

★ Imprescindible

  • En la inyección monopunto, el combustible y el aire circulan juntos por el colector de admisión y el sistema de combustible se diferencia principalmente por el inyector y el regulador de presión.

Complementos

  • La inyección monopunto dejó de montarse en vehículos actuales y se utilizó en las primeras generaciones de sistemas de gasolina con catalizador.

  • La presión de trabajo del sistema monopunto es aproximadamente 1 bar y el regulador controla la presión mediante el caudal de retorno.

  • El regulador monopunto mantiene la presión de gasolina después de parar el vehículo para evitar la formación de burbujas y no se conecta al vacío del colector.

📌 El inyector monopunto puede trabajar de forma sincrónica con la válvula de admisión o de forma asincrónica, con tiempos cortos en ralentí y arranque y pulsaciones a altas RPM.

  • En algunos sistemas monopunto, el caudal de aire se calcula mediante MAP y sensor de mariposa, mientras que otros emplean RPM y ángulo de mariposa (sistema alfa-N).

  • El microinterruptor de ralentí informa cuando la mariposa está cerrada y permite a la UCE accionar el regulador de ralentí y cortar la inyección en retención hasta 1500 RPM.

15. Sistemas anticontaminación

Conceptos clave y definiciones

  • EGR: Recircula gases de escape hacia la admisión para empobrecer la mezcla sin alterar la mezcla estequiométrica.

★ Imprescindible

  • Los sistemas anticontaminación de gasolina incluyen:
    • inyección de aire secundario
    • recirculación de gases de escape (EGR)
    • canister
    • catalizador

Complementos

  • La inyección de aire secundario funciona durante 1 a 2 minutos o hasta que el motor alcanza 40 °C, facilita el calentamiento del catalizador y reduce HC y CO del arranque.

  • La recirculación EGR representa entre 5% y 15% y puede reducir los NOx hasta 30%.

  • La EGR reduce la presión y la temperatura y no aumenta significativamente el CO ni los HC.

  • La cantidad recirculada depende de:

    • régimen del motor
    • caudal de combustible inyectado
    • caudal de aire aspirado
    • temperatura del motor
    • presión atmosférica
  • La válvula del canister se abre con una señal PWM cuando la temperatura del motor supera 40 °C y la temperatura ambiente supera −10 °C; a altas RPM permanece abierta al 100%.

  • Al detener el motor, el canister se cierra para evitar autoencendidos y su funcionamiento se supervisa mediante la sonda lambda.

  • El sistema del depósito incorpora una válvula de desaireación para evitar problemas cuando el canister está saturado o falla la ventilación, y una válvula antivuelco para evitar derrames.

Truco mnemotécnico

La EGR recircula gases de escape y reduce la temperatura de combustión y los NOx.

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1. ¿Qué efecto tiene un mayor octanaje en la gasolina y en la compresión del motor?

2. Un conductor quiere usar gasolina E85 en su automóvil; ¿qué condición debe cumplir el vehículo?

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¿Qué diferencia a las gasolinas de 95 y 98 octanos?

Su octanaje.

¿Qué vehículos pueden utilizar gasolina E85?

Los preparados para utilizarla.

¿Qué proporción de gasolina contiene la mezcla E85?

15 %.

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