FORMACIÓN INYECCIÓN FSI

Autor: Francisco Barbadillo Divassón

 

                                   

 

¿Por qué la inyección directa de gasolina?

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 aire por 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 de  valores  característicos.

 

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 de  valores  característicos.

 

  • 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 de  encendido.
  • 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 gases  recirculados.

 

 

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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

1  Depósito de combustible

2  Bomba eléctrica de combustible

3  Filtro de combustible

4  Válvula de dosificación de combustible

5  Regulador de presión del combustible

6  Bomba de combustible de alta presión

 

7   Tubo de combustible  de alta presión

8   Tubo distribuidor de combustible

9   Sensor de presión del combustible

10  Válvula reguladora para presión del combustible

11  Inyectores 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:

 

1  Carga del motor, procedente del medidor de la masa de aire    y del sensor de temperatura del aire aspirado

 

2  Régimen del motor, procedente del sensor de régimen del motor

 

 

la información de corrección:

 

3  Sensor de temperatura del líquido refrigerante

4  Unidad de mando de la mariposa

5  Sensor de picado

6  Sensor de posición del acelerador

7  Sonda 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 dirección www.tecnomovil.com o enviar mail a tecnomovil@tecnomovil.com .

 

 

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Autor: Francisco Barbadillo Divassón