Inyección Electrónica
Teoría de Funcionamiento


Durante mucho tiempo hemos tratado de reunir material sobre la electrónica del automóvil con el objeto de poder compartirla con nuestros lectores. Además, hemos realizado acciones para poder contar con colaboradores sobre este tema que nos indiquen cuáles son los sitios o portales de Internet que pueden ser consultados por "los amantes de la electrónica y los automóviles". Con este artículo comenzamos una sección titulada "La Electrónica en el Automóvil" en la que vamos a compartir conocimientos sobre inyección electrónica, dirección asistida, computadora de a bordo, climatización automática, embrague asistido, etc, etc. También describiremos proyectos sobre audio, video, seguridad, sistemas de navegación y todo aquello que posea algún dispositivo electrónico que pueda encontrarse en un auto. El artículo presentación es obra de Enrique Celis, director de "automecanico.com". Creemos que el sitio del autor es altamente recomendable tanto para quienes quieren "empaparse" en el tema como para los técnicos y mecánicos que desean realizar consultas y obtener experiencias de otros colegas.

Desarrollo


Aunque el futuro nos traiga vehículos eléctricos o impulsados por energía solar o hidrogeno, los autos y camiones del momento todavía tienen motores de gasolina o diesel de combustión interna. Sin embargo, las mismas razones que están promoviendo la búsqueda por fuentes alternas de potencia demandan que el combustible actual sea usado de una forma mas eficiente que nunca antes.
Los motores de combustión interna queman una mezcla de aire comprimido y combustible dentro de la cámara de combustión del cilindro para generar potencia. Mientras que los motores diesel siempre han utilizado inyectores para hacer fluir hacia adentro el combustible, los de gasolina tradicionalmente han confiado en el carburador para mezclar el combustible con el aire.
Con un carburador, el aire entra al motor a través de la garganta de éste, extrayendo la gasolina hacia afuera por unos pequeños orificios, o surtidores, mientras esta fluye por la propia garganta. Aunque el sistema trabaja muy bien, no es lo suficientemente preciso para una economía máxima de combustible, buen manejo, alto rendimiento y escapes libres de emisiones.
Como puede leerse en la revista Mecánica Popular, los sistemas de inyección de combustible substituyen al carburador con una pequeña y muy exacta boquilla atomizadora, llamada inyector. Los inyectores lanzan un chorro o inyectan el combustible dentro de la corriente de aire. Mientras algunos vehículos tienen uno o dos inyectores en la caja del acelerador (estrangulador), que se asemeja a un carburador, ahora la mayoría de los automóviles tienen inyectores múltiples, con un inyector montado en cada abertura de admisión del cilindro, y aunque los motores diesel y algunos motores de gasolina antiguos usan sistemas mecánicos de inyectores, la mayoría de los autos modernos tienen inyectores electrónicos.
Con un inyector en cada abertura de admisión, el combustible puede ser atomizado justamente en la válvula de admisión, minimizando la cantidad de combustible necesitada. Igualmente importante, como el combustible no esta mezclado con el aire de la admisión hasta el ultimo momento, los diseñadores de motores tienen una gran libertad para darle forma y afinar el sistema de admisión para una eficiencia máxima.

Diferencias entre Sistema a Carburador e Inyección Electrónica
Como dijimos, el funcionamiento del motor de un vehículo de combustión interna consume una mezcla de aire/gasolina. Los residuos consecuentes de esta combustión, se consideran contaminantes al medio ambiente. El consenso de los seres civilizados nos ha llevado a buscar formas o mecanismos que minimicen estos residuos. Por esta razón los últimos años hemos sido invadidos por experimentos de diversa índole mostrados en carburadores y sistemas de encendido hasta llegar al uso masivo de un sistema de dosificación de combustible; que solo se conocía en vehículos de alto costo. Este sistema es el llamado, FUEL INJECTION.

Durante años se han diseñado diferentes tipos de carburadores quizás con la pretensión de llegar al punto de no tener que "envidiar en nada" al sistema fuel injection, sin embargo, los mismos años jugaron a favor de este sistema.
Hoy en día las computadoras poseen un costo bajo comprado con el valor del vehículo y, por otro lado, los ecologistas dispuestos a defender el medio ambiente, libre de contaminantes, dejaron a los fabricantes con la única alternativa de usar lo mejor que tenían a la mano para continuar produciendo sus vehículos.
La ventaja es que, al producir masivamente, los costos son menores y hoy podemos disfrutar las ventajas de tener en nuestros coches un sistema que durante años fue un privilegio para pocos.
Cuando se habla de combustión, se nos viene a la mente el combustible y aquí es donde iniciaremos una comparación entre un carburador y un sistema "Fuel Injection" o de Inyección Electrónica.
Se sabe, que la combustión en un motor es lo que determina el tiempo de vida de éste; así como la vida de todos los que habitamos este planeta, o sea que si la combustión permite la expulsión de gases altamente contaminantes, estaríamos dañando a nuestro planeta en forma muy veloz.
Por esta razón tanto un carburador como el sistema fuel injection; funcionan sobre la base de una mezcla precisa de aire y combustible (14,7 partes de aire por 1 de combustible). El carburador permite el ajuste manual de esta mezcla por lo cual un dispositivo mal regulado podría ser altamente nocivo. Dentro de la tolerancia 12 a 1 (mezcla rica en combustible); o 16 a 1 (mezcla pobre en combustible), es posible obtener diferentes resultados. Si se ajusta a una mezcla muy rica se pueden dañar las válvulas y pistones; y si se ajusta a muy pobre el motor pierde fuerza.
Si la mezcla no es la correcta, tenemos una de las causas de un motor "desafinado" con lo cual el motor estaría sufriendo daños, y/o contaminando el medio ambiente.
El sistema fuel injection, en base a un monitoreo constante de sensores colocados en diferentes partes del motor, ajusta la mezcla, obedeciendo a un programa de su computadora de a bordo de tal manera que la entrega de la mezcla nafta (gasolina) y aire siempre sea la correcta.
Pero el tema no es tan sencillo de interpretar para los que no son mecánicos, es por eso que se deben tener en cuenta las siguientes diferencias porque son las que determinaran el diagnóstico básico y la diferencia de interpretación de fallas en un motor:

Cuando usted acelera en un sistema con carburador se inyecta gasolina (nafta).
Cuando usted acelera en un sistema de inyección electrónica se abre una compuerta de aire.

Una entrada de aire falso directamente al sistema colector de combustible (normalmente conocido como manifold de entrada en muchos países de América Latina) en el sistema a carburador apaga el motor .
Una entrada de aire falso directamente al manifold de entrada en fuel injection aumenta las revoluciones del motor.
Cuando el motor esta frío, el carburador ahoga la garganta para enriquecer la mezcla, y utiliza un termostato para desahogarla cuando esta caliente.

Cuando el motor esta frío, en fuel injection un switch térmico (interruptor), hace funcionar un inyector especialmente colocado para enriquecer la mezcla mientras el motor esta frío. Cuando el motor calienta se desconecta.
Para esta misma función, otros tipos de inyección electrónica utilizan un solenoide (actuador) que por medio de impulsos magnéticos abre y cierra una compuerta o "by pass" para que la computadora ajuste la mezcla de acuerdo a los requerimientos programadas en ella.
Una de las desventajas del sistema de inyección electrónica radica en que si la gasolina o nafta se atomizara en partículas casi imperceptibles su combustión seria mas eficiente; con esta intención los fabricantes han diseñado los motores de tal manera que, aprovechando el calor que hay en el motor, éste es utilizado para tratar de "gasificar" la gasolina. En principio esto parece una gran ventaja pero el inconveniente es que el motor trabaja siempre en el limite de sobrecalentamiento (over Heating) ya que el termostato y el electroventilador están programados para funcionar sobre 180 grados, de ahí que es muy importante conocer bien el sistema de inyección electrónica y su sistema de enfriamiento.

Nota: En Argentina, así como en otros países de la región se llama nafta al combustible que cargamos en el tanque de un automóvil, sin embargo, en la mayoría de los países de habla hispana el nombre que se le dá a este elemento es el de gasolina. En estos artículos emplearemos indistintamente ambos términos debido a que Saber Electrónica se distribuye en toda América.

T B I: Throttle Body Injection ó CFI: Central Fuel Injection
Se conoce como T B I al Sistema de inyección (figura 1) que utiliza 1 o 2 inyectores eléctricos (figura 2), colocados en la parte superior del sistema colector de combustible (de ahora en más lo llamaremos manifold de admisión o simplemente manifold).
Este sistema se asemeja en figura a un carburador común y corriente tal como puede observarse en las figuras 1 y 3.
Este sistema funciona valiéndose de una computadora instalada dentro del vehiculo. En cuanto se abre el switch (en cuanto se activa la llave de encendido) los inyectores reciben 12V en el borne positivo mientras que el borne negativo del inyector es controlado por la computadora, la cual se vale de un monitoreo constante de sus sensores instalados en diferentes partes del motor para evaluar su compartimiento, para ajustar la entrega de combustible, tratando siempre de mantener una mezcla perfecta de aire y gasolina (14,7 partes de aire por 1 de nafta).
Es te sistema es utilizado por diferentes fabricantes de automóviles, especialmente los americanos. Sin embargo, cada fabricante emplea un sistema diferente de sensores y programas que corren en una computadora para definir el paso del combustible lo cual hace algo difícil uniformar los síntomas para diagnosticar las fallas que pueden producirse en un sistema de inyección electrónica. Sin embargo, a lo largo de diferentes artículos trataremos de hacer ajustes a nuestro criterio de diagnóstico para que usted se ubique en los síntomas particulares de su vehiculo.
General Motors denomina TBI al uso de 1 o 2 inyectores colocados en la posición que se muestra en la fotografía de la figura 3. En la misma posición "Ford" denomina al sistema "Central Fuel Injection". Comprenderán que resulta ocioso estar denominando los sistemas de acuerdo con el criterio del fabricante.
A nosotros nos resulta mas práctico uniformar criterios y diagnosticar siguiendo principios de mecánica, por esta razón y con la única finalidad de no confundirlos nos ocuparemos del sistema que usa 1 o 2 inyectores en la forma similar a como se ve en la fotografía nombrándolos TBI.
Vamos a explicar este sistema comenzando por la presentación de "algunas fallas y sus posibles soluciones", esto hará que se sienta más cómodo con la lectura de este artículo ya que en lugar de tener "tanta teoría" encontrará algunos tips que le podrán ser de utilidad.

1) Generalmente los motores, sin importar que sean de 4, 6 u 8 cilindros, deben mantener un "vacío" cuya lectura debe estar entre 17 y 22 libras de presión; este detalle es monitoreado por la computadora a través de sus sensores y le sirve de base para hacer el ajuste de la mezcla de combustible.
Si usted siente que su motor esta más acelerado de lo normal es posible que la junta (empaque o gasket) que se encuentra en la parte baja del cuerpo donde están instalados los inyectores esté soplada o quemada, sin embargo también es probable que haya una manguera de vacío rota o desconectada.
Finalmente póngale atención, al actuador de revoluciones en "ralenti" o descanso (idle speed control selenoide). Este solenoide está instalado en el cuerpo donde están los inyectores (figura 4) y su función es equilibrar las revoluciones del motor.
En la figura 5 podemos ver el dibujo del manifold de un sistema de inyección electrónica TBI en el que se puede apreciar por dónde ingresa el aire y la gasolina, la ubicación del solenoide del inyector de gasolina y cómo se "dosifica" el ingreso del aire por medio de un barrilete o papalote que se mueve cuando aceleramos.

No podemos hablar de fuel injection, ni asumir que tenemos problemas con el sistema de inyección, sin antes habernos asegurado, que no tenemos problemas mecánicos.

Es frecuente escuchar decir a los usuarios "llevé mi automóvil a la máquina (computadora), le cambié los sensores que decían estar malos y mi coche sigue fallando".
Esto se debe al hecho de que las computadoras o (también conocidas como scanner), monitorean códigos de fallas pre establecidos por los fabricantes, respondiendo a los requerimientos de emisión.
Por lo tanto, si el motor tiene fallas mecánicas el sistema de diagnóstico de inyección acusara fallas en todos los sensores involucrados. Esto no quiere decir que cambiando los sensores solucionará su problema.
Por ejemplo si un cable de la bujía esta quemado o cortado el cilindro asociado no hará explosión, por lo tanto la gasolina inyectada a ese cilindro será expulsada "cruda" al sistema de escape (exhaust).
Los sensores involucrados en este caso son: sensor de oxígeno, control de revoluciones en estado de reposo (Idle speed control), etc.
Esto no quiere decir que los sensores estén malos, la interpretación correcta es: "Problemas Mecánicos"
Por esta razón si usted quiere saber qué es lo que realmente tiene su automóvil, llévelo a un taller de mecánica que cuente con monitores de barra al sistema mecánico del motor, el mismo le hará una lectura de compresión, vacío, y encendido.
Como puede comprender, si bien aún no hemos explicado como funciona el sistema TBI, ya tienen una idea de algunos sensores involucrados y, lo mejor: "con poca teoría y varios ejemplos".
El sistema de inyección (TBI) se vale de una bomba de combustible eléctrica instalada por lo general dentro del tanque de gasolina (nafta).
Esta bomba envía la gasolina a presión hacia el cuerpo de inyectores que son los encargados de inyectar el combustible dentro del manifold de entrada.
La gasolina excedente regresa hacia el tanque de gasolina pero antes de iniciar su recorrido hacia el tanque tiene que pasar por el regulador de presión que se encuentra en el mismo cuerpo de inyectores y su función es mantener una presión de combustible requerida promedio de 10 psi .
Recuerde que si la presión no esta dentro de lo especificado, el motor tendrá fallas de poder por falta de combustible (perderá potencia).
En algunos modelos equipados con medidor de flujo de aire (air flow meter) la computadora que "vigila" la inyección electrónica no permitirá una conexión floja que deje entrar aire fuera del control del medidor del flujo de aire porque esto provocará como consecuencia falta de fuerza al motor y usted sentirá como que no le llega gasolina al motor. Esto se debe a que la computadora regula la entrega de gasolina de acuerdo a la cantidad de aire que atraviesa el medidor del flujo de aire.
El aire que ingresa sin control se conoce como "aire falso" y generalmente la computadora no lo detecta por lo cual no lo toma en cuenta y de esta manera se origina una mezcla pobre que no le permite al motor desarrollar toda su potencia.
Importante: se debe cambiar con regularidad el filtro de aire ya que un filtro de aire sucio obstaculiza la entrada de aire al manifold de admisión lo que, como hemos explicado, provocará falta de fuerza al motor.
En la figura 6 se puede observar la foto de un inyector típico para este sistema.
Si tenemos en cuenta que la entrada de aire aumenta las revoluciones, este hecho es utilizado por la computadora para poder controlar las RPM.
El "Idle Air control valve" (IAC) se encuentra posicionado en el mismo cuerpo de inyectores y su función es abrir o cerrar un pasaje de aire de acuerdo con los requerimientos de la computadora para equilibrar las revoluciones de motor.
La función de la computadora es la siguiente:
Los sensores colocados en diferentes partes del motor reciben un voltaje o tensión de referencia de modo que las variaciones de este voltaje son interpretadas por la computadora como "códigos" que manejarán a los actuadotes de acuerdo con su programa o patrón de funcionamiento correcto y es en base a esta lectura que ajusta la función de los inyectores.
La idea es que la gasolina inyectada sea exactamente la que necesita el motor para su correcto funcionamiento.
Recuerde y téngalo muy presente la computadora trabaja con tensiones muy pequeñas, por esta razón "no se le ocurra hacer conexiones en los sensores con la tensión de la batería" ya que ésta tiene 12 volt, si hiciera esto seguramente arruinará la computadora.
Estamos hablando de los sensores y no de los inyectores porque éstos "sí" trabajan con 12 volt. Cuando se refiere a los inyectores la computadora activa y desactiva los inyectores administrando solo el lado de la corriente negativa del inyector. El lado positivo (+) lo controla la llave de encendido.
Uno de los sensores mas comunes y el mas expuesto a recibir maltrato por sobre uso es el sensor de Oxigeno.
Este sensor está posicionado en el múltiple de escape muy cerca del catalítico; su función es "olfatear" (analizar) los gases residuales de la combustión.
Este sensor está compuesto de un material bastante especial en base a circonio y sólo trabaja estando caliente. La propiedad especial de este sensor es que genera diferentes voltajes según si los gases residuales que son enviados hacia el escape son consecuencia de una mezcla rica o pobre. La tensión generada por el sensor de oxígeno es enviada hacia la computadora y ésta, de acuerdo con su programa, hace ajustes a la mezcla tratando siempre de mantener una composición perfecta (14,7 partes de aire por 1 de gasolina).
Comúnmente este sensor lleva un solo cable en el conector pero también los hay de los que llevan 3 cables en el conector. Cuando el sensor es de 3 cables uno hace la misma función que las de un solo conector, y los otros dos sirven para alimentar una resistencia que lleva incorporado y que le ayuda a calentarse en forma rápida.
La falla de este sensor se manifiesta, con una constante alza y baja de revoluciones confundiéndose con las fallas del IAC (sensor de aire).
Antes de comenzar a explicar realmente en qué consiste la inyección electrónica, en las figuras 7 y 8 podrá ver las partes que constituyen este sistema en automóviles General Motors.

Fuel Injection, Principios de Funcionamiento

Los sistemas de inyección funcionan asociados a un sistema de Emisión (humo), lo que quiere decir que al momento de diagnosticar fallas en un sistema de inyección debemos descartar y solucionar problemas en el sistema de emisión.
Se conoce como sistema de Emisión a todos los componentes encargados de ventilar y requemar los residuos contaminantes.
El sistema fuel inyección que utiliza inyectores (1 por cilindro o pistón) controlados electrónicamente se componen básicamente de lo siguiente: sensores y actuadores.

Sensores:
Se conoce como sensores a todos los componentes colocados en diferentes partes de un motor y que están conectados a la computadora del vehiculo. Los sensores entregan un voltaje que es comparado con un voltaje de referencia en la computadora.
Cuando el funcionamiento del vehículo altera este voltaje la computadora lo interpreta de acuerdo con su programa y activa los actuadores para corregir la mezcla y/o el tiempo de encendido.
Los sensores más comunes son: sensor de temperatura, sensor de flujo de aire, sensor de posición del cigueñal, etc.

Actuadores:
Se conoce como actuadotes a los componentes colocados en diferentes partes del motor que sirven para ejecutar las alteraciones que la computadora requiere hacer al funcionamiento del motor de acuerdo con su programa preestablecido.
En otras palabras los actuadotes son solenoides que se activan o desactivan siguiendo órdenes de la computadora.
Como ejemplos de actuadores tenemos el control de revoluciones en marcha mínima (idle speed control), inyectores, etc.
Ahora recordemos esto: Cuando damos arranque o encendemos el motor se activa la bomba de gasolina ésta envía la gasolina desde el tanque hacia el riel de inyectores, hace su recorrido y la gasolina sobrante regresa al tanque usando la manguera de retorno.
La bomba de gasolina (figura 9) frecuentemente es instalada dentro del tanque de gasolina en unos casos y muy cerca de él en otros y es la encargada de alimentar de combustible al sistema, con una presión sostenida promedio de 40 libras .
La bomba de nafta suele colocarse dentro del tanque, en un compartimiento especial a los efectos de que se encuentre lo más cerca del suministro. Es importante destacar que si la bomba se queda sin combustible realizará un trabajo forzado y se puede dañar por lo cual es importante evitar quedarse sin nafta ya que esto podría dañar la bomba o restarle vida útil.
Cuando accionamos la llave de encendido se envían 12V a la bomba y la gasolina es impulsada desde el tanque hacia la bomba de gasolina, pasa por un acumulador de gasolina (Dumper) y luego por un filtro hasta llegar al riel de inyectores; da la vuelta y regresa hacia el tanque de gasolina pero antes tiene que someterse al regulador de presión, quien mantiene la presión en el sistema haciendo que el excedente de nafta continúe su recorrido hacia el tanque.
El riel de inyectores es la parte donde están instalados todos los inyectores. La gasolina ingresa por un extremo y por el otro, el riel tiene instalado un regulador de presión que impide que la gasolina se regrese al tanque hasta que la presión dentro del riel alcance el valor requerido para su funcionamiento.
Después de lograrlo la gasolina sigue su recorrido de regreso al tanque (figura 10).
Se conoce como regulador de presión de nafta o gasolina a la parte que se encuentra instalada en el riel de inyectores de modo que su diafragma interior se activa con el "vacío" del manifold de admisión y tiene la función de sostener la presión de gasolina dentro del riel de inyectores siguiendo las especificaciones del fabricante.
Los inyectores son los encargados de "rociar" la gasolina hacia los cilindros en una proporción que es regulada por la computadora. Cuando accionamos la llave de encendido, les tensión al borne positivo de los inyectores (12 volt) mientras que el terminal negativo o tierra (ground) es controlado por la computadora quien envía "pulsos" que permiten que se rocié nafta a los pistones y tiene relación con el módulo de encendido (la velocidad de interrupción de la señal, determina la cantidad de gasolina entregada).
La figura 11 muestra uno de los tantos modelos comerciales de inyectores.
En resumen, al poner en marcha un vehículo a inyección se realizan las siguientes actividades: giramos la llave de encendido, las luces del tablero se activan, la bomba de gasolina se activa, los inyectores reciben corriente positiva, pero no se activan debido a que les falta la corriente negativa que es "comandada por la computadora. El sistema de encendido recibe corriente positiva pero no se activa (debido a que falta la corriente negativa). Activamos el motor de arranque, el motor da vueltas como consecuencia de ésto, el distribuidor o sensor de posición de cigüeñal (según sea el caso) envía la señal (alternada, o pulsada) de su función a la computadora y a partir de ese momento llega la corriente al sistema de encendido e inyectores, controlando con la señal pulsada, su polo negativo; cerrándose el circuito de funcionamiento básico del motor.

Conclusión
Los sistemas de inyección de combustible funcionan bajo presión. Típicamente, la gasolina es mantenida entre 2 a 3,5 kg/cm2 (35 a 50 libras/pulgada2) en un tanque montado en la bomba de combustible. En alguna parte en el conducto entre la bomba y los inyectores hay un filtro de combustible grande. Para garantizar que siempre haya suficiente combustible para todas las condiciones, los inyectores múltiples están conectados a un múltiple de combustible, llamado raíl. Un conducto de retorno envía el exceso de combustible de regreso al tanque.
Cada inyector de combustible (vea la figura 12) tiene en un extremo una válvula controlada por un solenoide. Un resorte mantiene la válvula asentada fuertemente contra el combustible contenido a presión dentro del inyector. La computadora del motor envía una señal eléctrica al inyector, haciendo que el solenoide hale la válvula fuera de su asiento. A medida que la válvula, se abre, deja expuestos unos pequeños agujeros hechos de forma precisa en el extremo del inyector, llamado, orificios atomizadores, que permiten que el combustible sea atomizado. A una orden de la computadora del motor, el solenoide libera la válvula, la que se cierra con la ayuda del resorte.
La cantidad de combustible atomizado es regulado por la cantidad de tiempo que la válvula permanece abierta. El solenoide la abre y cierra tan rápidamente, que el instante que esta abierta se llama pulsación. El patrón del combustible atomizado es determinado por la forma y tamaño de los orificios y es exacto a la forma y tamaño de las aberturas de admisión. Los motores con dos válvulas de admisión por cilindro, tienen un inyector con un atomizador dividido, para inyectar la misma cantidad de combustible a ambas válvulas.

De la Redacción de la Revista Saber Electrónica
 
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
 
FIGURA 3
 
FIGURA 4
 
 
FIGURA 5
 
 
FIGURA 6
 
FIGURA 7
 
 
FIGURA 8
 
 
FIGURA 9
 
 
FIGURA 10
 
 
FIGURA 11
 
 
FIGURA 12
 
 
 
 


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