El objetivo supremo planteado al desarrollo de
motores consiste en mantener lo más bajos posibles los consumos de
combustible y las emisiones de gases de escape.
De ahí resultan las siguientes ventajas:
Los gastos que supone el
vehículo disminuyen a través del menor consumo de combustible y la promoción
fiscal de que son objeto los vehículos con bajas emisiones de escape
Menos cargas ecológicas debido
a una menor cantidad de contaminantes emitidos
Se protegen las reservas de
materias primas no renovables
El sistema de refrigeración
regulado electrónicamente, el reglaje de distribución variable y la
recirculación de gases de escape ya se emplean en numerosos motores.
La desactivación de cilindros
únicamente tiene sentido en motores de cilindros múltiples, para poder
mantener la regulación cíclica de la marcha. En motores de cuatro cilindros
es preciso implantar árboles equilibradores para conseguir una mayor suavidad
de funcionamiento.
Para contar con una compresión
variable y con tiempos de distribución variables se requieren componentes mecánico-electrónicos
de muy altas prestaciones, dotados de los actuadores y la excitación que
corresponden.
Los motores correspondientes al
concepto de funcionamiento con mezcla empobrecida han sido abandonados a
favor de los motores con inyección directa de gasolina.
Volkswagen favorece la
inyección directa de gasolina, siendo está la medida específica que ofrece el
mayor potencial de reducción del consumo, de hasta un 20%.
En este curso se desarrolla los sistemas de
inyección directa de gasolina implantado por los más importantes fabricantes
de vehículos.
TEMARIO
DEL CURSO
SISTEMAS
DE INYECCIÓN DIRECTA DE GASOLINA FSI
INDICE
COMPONENTES
SISTEMAS
El
porqué de la inyección directa de gasolina.
Ventajas
de la inyección directa de gasolina.
Modo
estratificado.
Modo
homogéneo-pobre.
Modo
homogéneo.
Procedimiento
de la combustión.
Estructura
del sistema.
Unidad
de control del motor.
Gestión
del motor basada en el par.
Implementación
modo estratificado.
Implementación
en el modo homogéneo-pobre y homogéneo.
El
sistema de admisión.
Acelerador
electrónico.
Circuito
de la chapaleta en el colector de admisión.
Potenciómetro
de chapaleta en el colector de admisión.
Medidor
de masa de aire.
Sensor
de presión del colector.
Determinación
de los gases de escape a recircular.
Sistema
de combustible.
La bomba
de alta presión.
Sensor
de presión de combustible.
Válvula
reguladora de la presión de combustible.
Los
inyectores de alta presión.
La
válvula dosificadora de combustible.
El
sistema de escape.
Refrigeración
de los gases de escape.
El
catalizador previo de tres vías.
Sensor
de temperatura de los gases de escape.
Catalizador-acumulador
de NOx.
La
unidad de control sensor de NOx.
Regeneración
de óxidos nítricos.
La
regeneración de azufre.
La
recirculación de gases.
Reglaje
de distribución variable.
Esquema
eléctrico.
Sondas
lambda.
Sondas
lambda de dos puntos.
Sonda no
calefactada.
Sonda
calefactada LSH24.
Sonda
lambda planar.
Sonda
lambda planar de banda ancha LSU4.
Sondas
lambda.
Comprobación.
Depuración
catalítica de los gases de escape.
Catalizador
de oxidación.
Catalizador
de tres vías.
Catalizador
acumulador de NOx.
Carga de
azufre
Circuito
de regulación lambda.
Regulación
con dos sondas.
Calentamiento
del catalizador.
Inyección
posterior.
Peugeot
206 1.6 16V.
Gestión
del motor 1.6 Citroën
Saxo 1.6
motores 8 y 16V.
Gestión
del motor Bosch M.7.4.4. (motor 8 válvulas)
Citroën
C4 motor 1.6 16V. Multiplexado
Gestión
motor gasolina 1.6 16V (110CV)
Gestión
motor gasolina Bosch ME.7.4.5.
DIAGRAMA INYECCION DIRECTA FSI
COMPONENTES INYECCIÓN FSI
1) Medidor de la masa de airepor película caliente con el sensor de
temperatura del aire aspirado para la determinación exacta de las
condiciones de carga
2) Sensor de presión en el colector de admisión para calcular la cantidad
de gases de escape a recircular
3) Circuito de mando chapaletas en el colector de admisión con objeto de conseguir un
flujo específico del aire en el cilindro
4) Electroválvula de recirculación
de gases de escape con una gran sección de paso para
conseguir altas cantidades de gases recirculados
5)Sensor de presión
para servofreno,
destinado a regular la depresión de frenado
6) Unidad de mando de la mariposa
7) Depósito de carbón activo
8) Unidad de control Motronic
CONTROL CHAPALETAS ADMISION
Se
encuentra en los elementos superior e inferior del colector de admisión. Se
utiliza para gestionar el flujo del aire en el cilindro de conformidad con el
modo operativo reinante.
CONTROL
CHAPALETAS CON MOTOR
CONTROL
CHAPALETAS POR VACÍO
DETALLE DE
APERTURA CIERRE DE LA CHAPALETA
MODO
ESTRATIFICADO
·Admisión.
·En el modo
estratificado la chapaleta permanece cerrada lo que aumenta la velocidad en
el flujo de aire.
·La mariposa en el colector de admisión cierra la parte inferior del
conducto de admisión, procediendo en función de una familia devalorescaracterísticos.
MODO
HOMOGÉNEO
·Admisión.
·En modo homogéneo la mariposa en el colector de admisión adopta una
posición intermedia, que está gestionada por familia de características.
·En la cámara de combustión se produce un flujo de aire óptimo para
alcanzar unos bajos niveles de consumo de combustible y emisiones.
MODOS DE COMBUSTION
MODO ESTRATIFICADO
MODO HOMOGÉNEO
La
mezcla de combustible y aire se dispone en la zona de la bujía por medio del
método de combustión por movimiento cilíndrico de la carga de gases guiado
por pared y aire (movimiento tumble). El inyector
está dispuesto de modo que el combustible sea proyectado sobre el rebaje
específico en la cabeza del pistón (guiado por la pared) y desde ahí sea
conducido en dirección hacia la bujía.
Con el
mando de la chapaleta en el colector de admisión y el rebaje de turbulencia
se produce en el cilindro un movimiento cilíndrico del aire (tumble). Con este flujo de aire (conducido a su vez por
aire) se respalda el transporte del combustible hacia la bujía. La
formación de la mezcla se realiza en el trayecto hacia la bujía.
El modo homogéneo es comparable con el de
funcionamiento de un motor con inyección en el colector de admisión.
La diferencia esencial consiste en que el combustible
se inyecta directamente en el cilindro al tratarse de la versión de
inyección directa de gasolina.
El par del motor viene determinado por el momento de
encendido (corto plazo) y por la masa de aire aspirada (largo plazo). Para
esta masa de aire se elige la cantidad necesaria a inyectar (lambda = 1).
El combustible se inyecta aproximadamente a los 300º
APMS de encendido, directamente en el cilindro, durante el ciclo de
admisión.
·Admisión.
·La
mariposa en el colector de admisión cierra la parte inferior del conducto
de admisión, procediendo en función de una familia devalorescaracterísticos.
Admisión.
En modo
homogéneo la mariposa en el colector de admisión adopta una posición
intermedia, que está gestionada por familia de características.
En
la cámara de combustión se produce un flujo de aire óptimo para
alcanzar unos bajos niveles de consumo de combustible y emisiones.
Compresión
En el ciclo de compresión
se produce la inyección de combustible poco antes del momento deencendido.
El
combustible se inyecta a alta presión (40-110 bares) hacia el aire en
movimiento, el cual transporta luego hacia la bujía la mezcla
inflamable.
·Compresión
·Con la
inyección de combustible en el ciclo de admisión, la combinación de
combustible y aire tiene más tiempo disponible para mezclarse de forma
óptima hasta alcanzar el proceso de la ignición.
·Combustión.
·En virtud
de que el ángulo de la inyección es bastante plano, la nube de combustible
creada prácticamente no entra en contacto con la cabeza del pistón.
·Combustión.
·La
combustión tiene lugar en toda la cámara, sin masas de aire ni masas de
gasesrecirculados.
SISTEMA DE GESTION DE MOTOR BASADO EN EL PAR
Bosch ha desarrollado diferentes sistemas de gestión electrónica de la
inyección basado en el par motor, como son el
sistema Motronic ME 7.5.10 así como el sistema
Bosch Motronic MED 7.5.10/11. Esto significa, que
se colectan, analizan y coordinan todas las solicitudes de entrega de par.
SOLICITUD
ENTREGA DE PAR
ORDEN INTERNA
ORDEN EXTERNA
- arranque del motor.
- calefacción del catalizador.
- regulación del ralentí.
- limitación de potencia.
- limitación del régimen.
- regulación lambda.
- deseos
del conductor.
- cambio
automático (punto de cambio).
-
sistema de frenos (regulación antideslizamiento de la tracción, regulación
del par de inercia del motor).
-
climatizador (compresor para climatizador).
-
programador de velocidad.
Previo
cálculo del par teórico del motor se lleva a la práctica la solicitud por dos
vías:
En la primera vía se influye sobre el llenado de los cilindros. Sirve para las solicitudes
de entrega de par de mayor plazo.
En el modo
estratificado le corresponde poca importancia, porque la válvula de mariposa
abre a una gran magnitud, para reducir las pérdidas por estrangulamiento.
En la segunda vía se influye por corto plazo sobre el par de giro, independientemente del
llenado de los cilindros. En el modo estratificado sólo se determina el par a
través de la cantidad de combustible, mientras que en los modos
homogéneo-pobre y homogéneo sólo se determina a través del momento de
encendido.
SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE GASES
Con ayuda del medidor de la
masa de aire, la unidad de control del motor mide la masa del aire fresco
aspirado y calcula de ahí la correspondiente presión en el colector de
admisión. Si se alimentan gases de escape a través del sistema de
recirculación aumenta la masa del aire fresco en una cantidad
correspondiente a la de los gases recirculados y la presión en el colector
de admisión aumenta.
El sensor de presión en el
colector de admisión mide esta presión y transmite una señal de tensión correspondiente
a la unidad de control del motor.
Previo análisis de esta
señal se determina la cantidad total (aire fresco + gases de escape).
El sistema resta la masa
de aire fresco de esta cantidad total y obtiene así la cantidad de gases de
escape.
La ventaja reside en que
se puede aumentar la cantidad de gases de escape a recircular y se la puede
acercar aún más al límite operativo.
CONTROL DE RECIRCULACIÓN DE
GASES
Efectos en caso de
ausentarse la señal:
Si se avería el sensor de
presión en el colector de admisión, la unidad de control del motor calcula
la cantidad de gases de escape y reduce la cantidad a recircular en
comparación con lo previsto en la familia de curvas características.
SISTEMA DE COMBUSTIBLE DE ALTA PRESION
La bomba de alta presión impele el combustible hacia
el tubo distribuidor. La presión del combustible es medida allí por el
sensor correspondiente y la válvula reguladora se encarga de regularla a 50
hasta 100 bares.
La
inyección corre a cargo de los inyectores de alta presión.
ELEMENTOS CIRCUITO ALTA PRESIÓN
1Depósito de
combustible
2Bomba eléctrica de combustible
3 Filtro de combustible
4Válvula de dosificación de combustible
5Regulador de presión del combustible
6Bomba de combustible de alta presión
7Tubo de combustiblede alta presión
8Tubo distribuidor de combustible
9Sensor de presión del combustible
10Válvula reguladora para presión del
combustible
11Inyectores de alta presión
SISTEMA
DE ENCENDIDO
Asume la función de inflamar
la mezcla de combustible y aire en el momento adecuado. Para conseguir este
objetivo es preciso que la unidad de control del motor determine el momento
de encendido, la energía de ignición y la duración que ha de tener la
chispa del encendido en todos los puntos operativos. Con el momento de
encendido se influye sobre el par del motor, el comportamiento de los gases
de escape y el consumo de combustible del motor.
En el modo estratificado
Es preciso que el momento de encendido se encuentre
dentro de una estrecha ventana angular del cigüeñal, debido a las
particularidades que caracterizan a la formación de la mezcla. Sólo así
se inflama fiablemente esta mezcla.
En los modos homogéneo-pobre y homogéneo
No existen diferencias con respecto a un motor en
el que se inyecta la gasolina hacia el colector de admisión.
Debido al reparto homogéneo de la mezcla se emplean
en ambos sistemas de inyección unos momentos de encendido comparables
entre sí.
El cálculo del momento de encendido óptimo se realiza
mediante
la información principal:
1Carga del motor, procedente del medidor de la masa de airey del sensor de temperatura del aire aspirado
2Régimen del motor, procedente del sensor de régimen del motor
la información de corrección:
3Sensor de
temperatura del líquido refrigerante
4Unidad de
mando de la mariposa
5Sensor de
picado
6Sensor de
posición del acelerador
7Sonda
lambda
SISTEMA
DE ESCAPE
El sistema de escape Ha sido adaptado a las exigencias de un motor con
inyección directa de gasolina.
Hasta
ahora era un gran problema el tratamiento de los gases de escape en motores
con inyección directa de gasolina. Esto se debe a que con un catalizador
convencional de tres vías no se pueden alcanzar los límites legales de
emisiones de óxidos nítricos en los modos estratificados pobre y
homogéneo-pobre.
Por ello se incorpora para estos motores un
catalizador-acumulador de NOx, que almacena los óxidos nítricos (NOx) en
estos modos operativos. Al estar lleno el acumulador se pone en vigor un
modo de regeneración, con el cual se desprenden los óxidos nítricos del
catalizador-acumulador y se transforman en nitrógeno.
ELEMENTOS DEL SISTEMA
1.Sonda lambda banda ancha
2.Catalizador de tres vías
3.Sonda lambda de saltos
4.Sensor de temperatura
5.Catalizador acumulador de NOx
6.Sensor de Nox
GESTIÓN
ELECTRÓNICA DE GASES
·Al
trabajar con una mezcla pobre, se produce un elevado nivel de Nox que no
puede ser eliminado por los catalizadores convencionales de 3 vías.
·Para
reducir el mayor contenido de Nox en el modo de mezcla pobre
(estratificada) se implanta el catalizador-acumulador.
·El
catalizador-acumulador de NOX equivale al catalizador de 3 vías en lo que
respecta a su arquitectura con una capa intermedia dotada adicionalmente de
óxido de bario.
·Esto
permite acumular óxidos nítricos a temperaturas entre los 250º y 500º a
base de producir nitrato.
·La
capacidad de acumulación está limitada. La gestión de motor controla el
nivel acumulado de Nox y toma las medidas correctoras para la regeneración
del acumulador de Nox.
CONJUNTO DEL SISTEMA DE INYECCIÓN FSI
COMPONENTES SISTEMA DE GESTIÓN
ELECTRÓNICA
ESQUEMA ELECTRICO DE CIRCUITOS
Bibliografía
En la confección de este documento se han
utilizado imágenes diversas de publicaciones técnicas de fabricantes de
automóviles. Estas publicaciones están extraídas de los manuales o
documentación de los fabricantes que suelen entregar en sus cursos de
formación técnica. (Volkswagen, Audi……).
Esto es un resumen de las materias que se
imparten en el curso de formación de Inyección FSI. Para consultas sobre este
curso pueden dirigirse a la siguiente direcciónwww.tecnomovil.com o enviar mail atecnomovil@tecnomovil.com .
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