Las normas sobre emisiones y economía de combustible han obligado a la industria automotriz a repensar por completo cómo suministra gasolina a un motor. El cambio no fue reciente. Sucedió gradualmente, impulsado por una necesidad de ingeniería más que por una elección. El Subaru Justy de 1990 ostenta un título extraño en la historia del automóvil estadounidense. Fue el último coche de gran consumo vendido aquí con carburador. ¿El próximo año modelo? El Justy tiene inyectores de combustible.
Esto hace que la línea de tiempo sea confusa para algunos entusiastas. La inyección de combustible no es nueva. La tecnología se remonta a la década de 1950. Los fabricantes europeos habían estado utilizando ampliamente la inyección electrónica de combustible desde alrededor de 1980. Hoy en día, si compras un automóvil nuevo en los Estados Unidos, tiene inyección de combustible. Período.
Vamos a desglosar exactamente cómo ese combustible ingresa al cilindro. También decodificaremos términos como “inyección de combustible multipuerto” e “inyección de combustible en el cuerpo del acelerador” para que sepa lo que realmente sucede debajo del capó.
La complicada subida y bajada del carburador
Durante casi toda la vida útil del motor de combustión interna, el carburador hizo el trabajo pesado. Mezcló aire y combustible para el motor. Todavía se ven hoy en día en cortadoras de césped y motosierras. Ellos funcionan. Son simples. Pero los autos se volvieron complejos. El carburador tuvo que gestionar más requisitos operativos que nunca.
Para manejar la carga, estos dispositivos mecánicos se volvieron complejos. Una configuración típica requería cinco circuitos distintos:
- Circuito principal : suministra la cantidad precisa de combustible necesaria para velocidades de crucero eficientes.
- Circuito de ralentí – Mantiene el motor funcionando suavemente cuando estás parado en un semáforo.
- Bomba de acelerador : proporciona una rápida ráfaga de combustible cuando pisas el pedal por primera vez. Esto elimina las dudas.
- Circuito de enriquecimiento de energía : agrega combustible adicional al subir una colina o remolcar una carga pesada.
- Choke – Enriquece la mezcla cuando el motor está frío para garantizar un arranque confiable.
No bastaba con mezclar el combustible. El ambiente cambió. Las regulaciones sobre emisiones se endurecieron. El convertidor catalítico pasó a ser obligatorio. Este dispositivo requiere una relación aire-combustible muy específica para funcionar de forma eficaz. Demasiado combustible y falla. Demasiado poco y fracasa.
Los ingenieros tuvieron que controlar los niveles de oxígeno en el escape en tiempo real. Usaron sensores de oxígeno para enviar datos a la unidad de control del motor (ECU). Luego, la ECU ajustó la mezcla instantáneamente. Esto se llama control de circuito cerrado. Los carburadores simplemente no podían alcanzar este nivel de precisión. Son mecánicos. No pueden pensar.
Hubo un período breve y feo en el que los fabricantes intentaron electrificar el carburador. Los carbohidratos controlados eléctricamente eran incluso más complejos que sus homólogos puramente mecánicos. Fallaron. Los inyectores de combustible tomaron el control.
De la precisión de un solo punto a la de múltiples puertos
La transición no se produjo de la noche a la mañana. El primer paso fue la inyección de combustible en el cuerpo del acelerador. También conocida como inyección de combustible central o de punto único. Este sistema coloca válvulas de inyector de combustible controladas eléctricamente directamente en el cuerpo del acelerador.
Fue casi un reemplazo atornillado. Los fabricantes de automóviles no necesitaron rediseñar sus motores. Fue una solución rápida. Pero no fue perfecto.
A medida que evolucionaron los diseños de motores, los fabricantes pasaron a la inyección de combustible multipuerto. Esto también se llama inyección de combustible en puerto, inyección multipunto o inyección de combustible secuencial. La diferencia es significativa. Cada cilindro tiene su propio inyector dedicado. Estas boquillas rocían combustible directamente en la válvula de admisión.
El resultado es una mayor precisión. La medición es más estricta. El motor responde más rápido. Es un sistema más eficiente. Atrás quedaron los días de la boquilla única para todos los cilindros.
Comprender la entrada
Cuando presiona el pedal del acelerador en su automóvil, no está controlando directamente el combustible. Estás controlando la válvula del acelerador. Esta válvula regula la cantidad de aire que ingresa al motor. El sistema de combustible reacciona a ese aire.
Entonces el pedal del acelerador es en realidad el pedal del aire.
Pisa el acelerador. La válvula de mariposa se abre. Entra más aire. La unidad de control del motor, o ECU, capta ese movimiento al instante. No sólo mira. Reacciona. La ECU aumenta el suministro de combustible antes de que el aire extra llegue a la cámara de combustión.
¿Por qué es tan importante el momento?
Porque la vacilación es el enemigo. Si el suministro de combustible va por detrás de la entrada de aire, se obtiene una rica bolsa de aire sin combustible. El motor tartamudea. Lo sientes como un idiota en la base de tus pantalones. La ECU evita esto sincronizando la inyección de combustible con el flujo de aire. Es una danza apretada entre el flujo de aire masivo y el combustible atomizado.
La anatomía del inyector
Un inyector de combustible es esencialmente una válvula controlada electrónicamente. No lo compliques demasiado. Es un guardián del combustible presurizado de la bomba. Se abre y se cierra muchas veces por segundo. La precisión es clave.
Cuando la ECU envía una señal eléctrica, un electroimán mueve un émbolo. La válvula se abre. El combustible presurizado sale disparado a través de una pequeña boquilla. Esa boquilla está diseñada para atomización. Convierte el líquido en una fina niebla. ¿Por qué? Porque la niebla arde. El líquido no. La combustión completa requiere superficie. Cuanto más fina sea la niebla, mejor será la quemadura.
La ECU controla la duración de esta apertura. A esto lo llamamos ancho de pulso. Un ancho de pulso más largo equivale a más combustible. Más corto es igual a menos. Física sencilla.
Estos inyectores están montados en el colector de admisión. Rocían directamente en las válvulas de admisión. Un riel de combustible distribuye el combustible presurizado a cada inyector. Es un sistema de circuito cerrado. La presión es constante. El control es dinámico.
La red de sensores
La ECU no puede tomar decisiones en el vacío. Necesita datos. Mucho. El motor funciona en condiciones que cambian constantemente. Temperatura, carga, velocidad, flujo de aire. La ECU monitorea todos estos a través de una red de sensores.
Esto es lo que escucha la ECU:
- Sensor de flujo de aire masivo: Esto le indica a la ECU exactamente cuánto aire ingresa al motor. Es el insumo principal para calcular el combustible base.
- Sensor(es) de oxígeno: Ubicado en el escape. Mide el contenido de oxígeno en los gases gastados. Este circuito de retroalimentación le dice a la ECU si la mezcla es demasiado rica (demasiado combustible) o demasiado pobre (demasiado aire). La ECU se ajusta basándose en estos datos en tiempo real.
- Sensor de posición del acelerador: Este controla el ángulo de la placa del acelerador. Le indica a la ECU la intención del conductor. ¿Aceleración repentina? La ECU lo ve inmediatamente y ajusta el suministro de combustible para evitar retrasos.
- Sensor de temperatura del refrigerante: El motor necesita una relación aire-combustible diferente cuando está frío y cuando está caliente. Este sensor le dice a la ECU el estado térmico del motor. Los motores fríos necesitan una mezcla más rica para funcionar sin problemas.
- Sensor de voltaje: El sistema eléctrico importa. Si el voltaje del sistema cae, a menudo significa una carga eléctrica alta (como el compresor del aire acondicionado o el alternador). La ECU puede aumentar la velocidad de ralentí para compensar la carga.
- Sensor de presión absoluta del colector (MAP): Mide el vacío en el colector de admisión. Menos presión significa que se aspira más aire. La ECU utiliza esto para estimar la carga del motor y la potencia de salida. Más aire entra, más combustible sale.
- Sensor de velocidad del motor: Las RPM son un factor crítico en el cálculo del ancho del pulso. Cuanto más rápido gira el motor, más frecuentemente deben dispararse los inyectores para mantener la relación.
Fuego secuencial versus por lotes
Los sistemas de inyección de combustible multipuerto generalmente se dividen en dos categorías. O disparan todos los inyectores a la vez o los disparan secuencialmente.
La cocción por lotes es más sencilla. Todos los inyectores se abren en un solo evento o en eventos agrupados. Funciona. Pero tiene un retraso.
La inyección de combustible secuencial multipuerto es diferente. Cada inyector se abre justo antes de que se abra la válvula de admisión de su cilindro específico. Está sincronizado con el cilindro individual.
¿Cuál es mejor? Victorias secuenciales por capacidad de respuesta.
Considere un cambio repentino de aceleración. En un sistema por lotes, es posible que la ECU tenga que esperar la siguiente revolución completa del motor antes de que ocurra el siguiente evento de inyección. Eso es un retraso. En un sistema secuencial, la ECU solo espera hasta que se abra la siguiente válvula de admisión para ese cilindro específico. Eso puede ser milisegundos antes.
El resultado es una adaptación más rápida. El motor responde a las órdenes del conductor con menos retraso. La relación aire-combustible se mantiene más ajustada en condiciones dinámicas. No se trata sólo de poder. Se trata de suavidad. Se trata de precisión.
La tecnología sigue evolucionando. Pero el principio fundamental sigue siendo el mismo. Mida el aire. Agregue combustible. Quémalo limpiamente. Hazlo rápido.
El software dentro de la unidad de control del motor (ECU) realiza una gran cantidad de trabajo pesado. No es sólo un simple cambio. Los algoritmos deben cumplir estrictas normas de emisiones durante 100 000 millas, cumplir los objetivos de economía de combustible de la EPA y evitar que el motor explote. También hay docenas de otras limitaciones que gestionar.
La ECU utiliza una fórmula combinada con enormes tablas de búsqueda para calcular el ancho de pulso de los inyectores de combustible. Esa es la cantidad de tiempo que el inyector permanece abierto. La ecuación multiplica una serie de factores. La mayoría de esos factores provienen de tablas. Podemos simplificar esto para ver cómo funciona. Un sistema real podría utilizar cien factores. Nuestro ejemplo utiliza tres.
Ancho de pulso = (Ancho de pulso base) x (Factor A) x (Factor B)
Primero, la ECU busca el ancho del pulso base. Esto depende de la velocidad del motor (RPM) y la carga. La carga proviene de la presión absoluta del colector. Digamos que estás a 2000 RPM con una carga de 4. Encuentras esa intersección en la tabla. El ancho del pulso base es de 8 milisegundos.
| RPM \ Carga | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1000 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 2000 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| 3000 | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 |
| 4000 | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 |
Ahora mire los factores A y B. Estos provienen de los sensores. El factor A es la temperatura del refrigerante. El factor B es el nivel de oxígeno. Si el refrigerante está a 100 grados y el nivel de oxígeno es 3, las tablas nos dan multiplicadores específicos.
| Parámetro A (Temperatura) | Factor A |
|---|---|
| 0 | 1.2 |
| 25 | 1.1 |
| 50 | 1.0 |
| 75 | 0,9 |
| 100 | 0,8 |
| 125 | 0,75 |
| Parámetro B (O2) | Factor B |
|---|---|
| 0 | 1.0 |
| 1 | 1.0 |
| 2 | 1.0 |
| 3 | 1,0 |
| 4 | 0,75 |
Entonces las matemáticas son simples. 8 x 0,8 x 1,0 equivalen a 6,4 milisegundos. El sistema se ajusta en función de estas entradas. El factor B se trata del oxígeno en el escape. Si hay demasiado oxígeno, la ECU corta el combustible. Es un circuito de retroalimentación diseñado para mantener la eficiencia.
Los sistemas reales tienen más de 100 parámetros. Algunas tablas cambian con el tiempo para tener en cuenta el desgaste de piezas como el convertidor catalítico. La ECU podría ejecutar estos cálculos cien veces por segundo.
Qué hacen realmente los chips de rendimiento
Esto nos lleva a los chips de rendimiento. Si comprende la lógica de la ECU, comprenderá por qué existen estos chips del mercado de accesorios. Aumentan los caballos de fuerza.
Hay un chip en la ECU original que contiene las tablas de búsqueda. Los fabricantes de chips de alto rendimiento reemplazan ese chip. Las nuevas tablas contienen valores que impulsan más combustible en determinadas condiciones. Tal vez agreguen más combustible a toda velocidad en todo el rango de RPM. También podrían cambiar el tiempo de chispa. Esas configuraciones tienen sus propias tablas.
La diferencia clave son las prioridades. Los fabricantes de automóviles se preocupan por la confiabilidad, el kilometraje y las emisiones. A los fabricantes de chips no les importan mucho esas cosas. Usan configuraciones agresivas en los mapas de combustible. Quieren poder. Período.
El futuro de la inyección directa
La inyección directa cambió el juego. El combustible va directamente a la cámara de combustión en lugar del colector de admisión. Esta entrega precisa mejora la atomización. Obtienes una mejor eficiencia de combustión. Más poder. Menores emisiones.
Los vehículos eléctricos están ganando cuota de mercado. La demanda de motores de combustión interna caerá. También lo hará la demanda de inyectores de combustible. Pero no sucederá de la noche a la mañana. Los motores de combustión interna seguirán existiendo durante años. Los híbridos los necesitan. Las aplicaciones de nicho las necesitan.
La tecnología todavía está evolucionando. Estamos viendo sistemas de inyección de mayor presión. Los algoritmos de control son cada vez más inteligentes. Se acerca la integración con la propulsión eléctrica. Estas medidas prometen aún más eficiencia y menos contaminación. El panorama está cambiando.
Para obtener más información sobre los sistemas de inyección de combustible, consulte los enlaces en la página siguiente.
Preguntas frecuentes sobre sistemas de inyección de combustible
¿Se puede convertir un carburador a inyección de combustible?
Sí. Los kits de conversión del mercado de accesorios pueden reemplazar un carburador con inyectores.
¿Cuánto cuesta un sistema de conversión de inyección de combustible?
Algunos sistemas cuestan menos de $1000. La mayoría cuesta mucho más.
¿La inyección de combustible aumenta la potencia?
Depende del motor. Puede esperar una adición de 10 a 20 caballos de fuerza.
¿Los autos viejos tienen inyectores de combustible?
La mayoría de los automóviles estadounidenses anteriores a 1990 utilizaban carburadores. La inyección de combustible existe desde los años 50. Los automóviles europeos lo utilizaron ampliamente a partir de 1980.
¿Cuáles son los diferentes tipos de sistemas de inyección de combustible?
Los sistemas modernos se dividen en cuatro categorías: inyección monopunto, multipuerto, secuencial y directa.
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