Artículo Cientíco / Scientic Paper
Revista Energía Mecánica Innovación y Futuro, X Edición 2021, No. 7 (09)
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ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 10 Vol. 1 / 2021 (9) ISSN 1390 - 7395 (7/9)
Abstract
One of the most eective alternatives to increase
the power and torque performance of an internal
combustion engine is automotive programmable
electronics; this technical material tries to be a useful
guide to enthusiasts and specialized professionals
in the topic; programming step by step the fuel and
ignition maps of a Fueltech FT 600 programable ECU,
installed in a Honda Civic, a Swap engine with a B20Z
block and a B16B type R cylinder head, propelled with
Sunoco Standard high-octane gasoline. Experimental
method is applied through two independent variables
and one dependent variable. The two independent
variables belong to the numerical tampering
-programming- of the injection pulse width and the
ignition advance angle, which have an impact on the
improvement of power and torque of the engine, being
this the dependent variable; corroborated process
with several tests carried out in a MWD RR760
chassis inertial dynamometer governed by SAE J1349
standard regulation. The programming of fuel and
ignition maps allowed to reach a net gain of 39,82 CV
of power and 9,69 kg*m of torque, these results were
achieved in the last dynamometer test completed in
the programming process.
Keywords: Ignition timing advance, programmable
ECU, SAE J1349, Wide Band, injection timing.
EFECTO DE AVANCE AL ENCENDIDO Y TIEMPO DE INYECCIÓN DE UN
SWAP DE MOTOR SERIE B A 2800 MSNM UTILIZANDO ELECTRÓNICA
PROGRAMABLE PARA MEJORAR LA POTENCIA.
EFFECT OF THE IGNITION TIMING ADVANCE AND INJECTION TIMING
OF A SERIE B SWAP ENGINE AT 2800 MAMSL USING PROGRAMMABLE
ELECTRONICS TO IMPROVE THE POWER.
1
David Arturo Del Castillo Freire,
2
Jorge Fernando Suárez Aimacaña
1
Universidad Internacional del Ecuador, Facultad de Ciencias Técnicas, Escuela de Ingeniería Automotriz
e – mail:
1
dadelcastillofr@uide.edu.ec,
2
josuarezai@uide.edu.ec
DEL CASTILLO, SUÁREZ /
EFECTO DE AVANCE AL ENCENDIDO Y TIEMPO DE INYECCIÓN DE UN SWAP DE MOTOR SERIE B A 2800 MSNM
UTILIZANDO ELECTRÓNICA PROGRAMABLE PARA MEJORAR LA POTENCIA.
Resumen
Una de las alternativas más efectivas para incrementar
las prestaciones de potencia y torque de un motor de
combustión interna es la electrónica programable
automotriz; el presente proyecto de investigación
busca ser una guía práctica para acionados y
profesionales especializados en el tema; al programar
paso a paso los submapas de combustible e ignición
de una ECU programable Fueltech FT 600, instalada
en un vehículo Honda Civic, con un Swap de motor
constituido por un bloque de la serie B20Z y un
cabezote de la serie B16B tipo R, propulsado con
gasolina de alto octanaje Sunoco Standard. Se aplica
el método experimental, a través de dos variables
independientes y una dependiente. Las dos variables
independientes corresponden a la manipulación
numérica -programación- del ancho de pulso de
inyección y del ángulo de avance al encendido, las
cuales inciden en la mejora de potencia y torque del
motor, siendo ésta la variable dependiente; proceso
corroborado mediante diversos ensayos desarrollados
en un dinamómetro inercial de chasis MWD RR760
regido por la normativa SAE J1349.La programación
de los submapas de combustible e ignición, permitió
alcanzar una ganancia neta de 44,1 CV en potencia
y de 2,0 kg*m en torque, resultado arrojado por el
último ensayo dinamométrico efectuado en el proceso
de programación.
Palabras Clave: Avance al encendido, ECU
programable, SAE J1349, sensor de banda ancha,
tiempo de inyección.
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1. Introducción
Hace poco, los fabricantes de ECU’s automotrices
solían impregnar en sus unidades chips de memoria
abierta que almacenaban información correspondiente
a la conguración del motor en forma de datos, los
cuales podían ser extraídos, leídos y posteriormente
analizados [1].
El contenido de los datos era simplemente una
secuencia de números que de manera supercial
no tenía sentido, hasta que algunas compañías
especializadas en el tuneo de datos, actualmente
conocidas como fabricantes de ECU’s programables
empezaron a manipular y alterar sus funciones para
evidenciar el efecto en el rendimiento del motor. Al
comienzo no se demostró un resultado satisfactorio,
sin embargo, en ocasiones los vehículos alcanzaban
velocidades mayores, corroborándose un incremento
en su potencia [1].
El mapeo de computadoras automotrices es una
especialidad cuyo n busca mejorar las prestaciones
de torque y potencia de un motor de combustión
interna a través de la adaptación y manipulación de
una ECU programable en función de dos variables
que desempeñan un rol fundamental en el sistema de
gestión electrónica: el efecto de avance al encendido
y el tiempo de inyección, las cuales operan con base
en el comportamiento de ciertos parámetros como:
revoluciones del motor, posición de la mariposa
de aceleración, presión absoluta del múltiple de
admisión, corrección de la mezcla aire-combustible,
y temperatura del líquido refrigerante [2].
El proceso de programación de una ECU programable
empieza con el seteo de los sensores y actuadores
del motor, de acuerdo con sus especicaciones
y características de operación, obteniendo como
resultado un mapa denominado base, por parte de la
computadora de manera automática, tanto de avance
al encendido medido en grados, así como de tiempo
de inyección medido en milisegundos.
Generalmente todo mapa base es ajustado y
modicado con el objeto de obtener mayores
prestaciones de potencia, generándose otro u otros
mapas denominados programaciones.
Un motor destinado a competición puede tener
diversos mapas conforme a condiciones especícas,
tales como: la geometría de la pista; habilidad,
desempeño, y forma de conducción del piloto.
El ajuste y calibración del motor se lo realiza
modicando en la ECU programable los parámetros
operativos de cada zona del mapa base, mediante el
uso de un dinamómetro de chasis, a través del cual
es posible determinar si el rendimiento obtenido del
motor se ajusta a las especicaciones deseadas en
cada una de sus zonas de operación [3].
2. Materiales y métodos
2.1 Materiales
Para el desarrollo del presente artículo se empleó
una ECU programable Fueltech FT600.
Tabla 1. Especicaciones generales y técnicas de la ECU
programable Fueltech FT600.
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Gasolina de alto octanaje Sunoco Standard de 110
octanos.
Tabla 4. Especicaciones técnicas de gasolina Sunoco Standard.
Es menester puntualizar que, para el Swap del
motor, se decidió apostar por un sistema de inyección
electrónica de tipo secuencial; se optó por instalar
un módulo EPM de AEM en el conjunto del árbol de
levas, el que incorpora internamente la sincronización
de los sensores CKP y CMP, imprescindible para el
encendido e inyección secuencial.
Tabla 5. Especicaciones del módulo de posición del motor EPM de
AEM.
EPM AEM
Sensor
(Efecto
Hall)
Pulsos
Grados
por Ciclo
Voltaje de
operación
CKP 24 720º
(0-12) V
CMP 1 360º
(0-12) V
2.2 Métodos
Este artículo fue elaborado a través de un método
experimental, con dos variables independientes
Un Swap -cambio de ciertas partes mecánicas de
un motor- de Honda, constituido por un bloque de
la serie B20Z y un cabezote de la serie B16B tipo
R; además de contar con algunas modicaciones
adicionales como camisas y bielas forjadas, pistones
de alta compresión, entre otras; incorporado en un
vehículo tipo Hatchback modelo Civic del 2001.
Tabla 2. Especicaciones técnicas del Swap del motor B20Z y B16B
Tipo R.
Un dinamómetro de rodillo inercial de chasis
MWD RR760.rtidumbre de medida y su campo de
aplicación. [7]
Tabla 3. Especicaciones del Dinamómetro de Rodillo Inercial de
Chasis MWD RR760.
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y una dependiente, interpretadas como causa y
efecto respectivamente [9]. La primera variable
independiente es el tiempo de inyección, la segunda
el avance al encendido; dando como resultado la
variable dependiente, que corresponde a la mejora de
las prestaciones de potencia y torque del motor.
Conforme a la planicación establecida en función
de la utilidad del vehículo, se elaboró un mapa,
exclusivo para competir en la icónica carrera, Las
Seis horas de Yahuarcocha, impulsado con gasolina
Sunoco Standard de 110 octanos.
La programación se desarrolló en la ciudad de
Otavalo, localizada a una altitud de 2536 msnm, a una
presión atmosférica de 75,30 KPa y a una temperatura
local de 26 ºC.
2.2.1 Procedimiento
La programación de una ECU programable inicia
con su respectivo seteo, en el que se conguran
parámetros especícos relacionados con la operación
del motor, tales como: tipo de inyección, sistema y
orden de encendido, compresión, sensor principal
(TPS o MAP) para las tablas de inyección e ignición,
entre otros.
Una vez concluido el seteo, se obtiene un mapa
inicial, también conocido como mapa base, cuyo
objetivo es mantener la operación del motor estable
en todas las condiciones, especialmente en ralentí.
Se puede denir al mapa base como el origen de
las programaciones, que dan como resultado un
mapa nal, en el cual se ha alcanzado la máxima
potencia y torque del motor, a través de una seria
de manipulaciones numéricas en los submapas de
combustible e ignición.
Es importante mencionar que, para conocer y
corroborar las mejoras obtenidas en el mapa nal a
través de las programaciones, se debe emplear un
dinamómetro de rodillo inercial de chasis, el cual
se rige por la normativa SAE J1349 [10], cuyas
condiciones ambientales utilizadas como parámetro
son las siguientes:
Tabla 6. Condiciones ambientales para ensayo en el dinamómetro
estipuladas en la normativa SAE J1349.
Variable
Atmosférica
Condición Estándar
Temperatura del
Aire
25 ºC ± 10 ºC
Presión
Barométrica
90-105 kPa
Humedad
Relativa
50% ± 20%
Velocidad del
Viento
Menor a 7 m/s
Superficie de
Prueba*
Superficie pavimentada
dura, nivelada y seca
*Incluida en e l cuadro como Variable Atmosférica, a
pesar de no serlo, por su relevancia en el ensayo.
Antes de profundizar en la programación de los
submapas de combustible, así como de ignición; hay
que tomar en cuenta que ambos son gestionados por
dos variables. La primera variable corresponde a las
revoluciones del motor monitoreadas por el sensor
CKP; la segunda y más importante, al vacío del
múltiple de admisión, el cual puede ser controlado por
el sensor TPS o MAP.
La elección de la segunda variable depende
principalmente de: la experiencia del programador,
modo de conducción del piloto, sistema de admisión
del motor, tipo de competición, perl de levas del
árbol, entre otras; sin embargo, se opta por el sensor
TPS, acogiendo la recomendación estipulada por el
fabricante de la ECU para motores con distribución
variable, en este caso, la de VTEC.
2.2.1.1 Tabla (Submapa) de Combustible
La tabla de combustible maneja el ancho de pulso
de inyección medido en milisegundos, ejecutado por la
ECU a través de los inyectores; en función de una tabla
previamente diseñada denominada Sonda Objetivo,
cuyos valores -factores lambda- son tomados como
referencia por el programador para ajustar el ancho
de pulso óptimo en cada zona operativa del motor:
ralentí, crucero, y máxima potencia.
Con el n de entender detalladamente este
procedimiento, es indispensable hacer hincapié en las
cuatro sondas implicadas al momento de programar el
submapa de combustible:
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2.2.1.1.1 Sonda Objetivo (λ objetivo)
Sus valores dictaminan el factor lambda al que se
desea llegar en cada zona operativa del motor.
2.2.1.1.2 Sonda Circuito Cerrado (λ real)
Sus valores indican el factor lambda real en cada
zona operativa del motor, ya que, a pesar de haber
establecido valores objetivos, en la operación del
motor éstos dieren irrisoriamente.
2.2.1.1.3 Corrección Sonda (corrección
porcentual, dispuesta en %)
Sus valores indican la corrección porcentual
aplicada al factor lambda real en cada zona operativa
del motor.
2.2.1.1.4 Sonda General (λ corregido)
Sus valores indican el factor lambda real, incluido
el porcentaje de corrección; es importante mencionar
que es ésta con la que se programa el ancho de pulso,
y la que más se aproxima al factor lambda objetivo.
Los valores recomendados para la tabla Sonda
Objetivo antes mencionada son los siguientes:
Tabla 7. Valores recomendados para la tabla Sonda Objetivo.
Zona
Operativa
del Motor
Recomendado
(Sonda
Objetivo)
Rango
rpm’s
Rango
TPS
(%)
Ralentí
1
0
a
2000
0
a
20
Crucero
0,975 a 0,930
2000
a
5000
20
a
50
Máxima
Potencia
0,920 a 0,880
5000
a
9000
50
a
100
La programación del submapa de combustible
consiste en ajustar -aumentar o disminuir- el ancho
de pulso de inyección en las tres zonas operativas
del motor con el uso de la Wide Band; considerando
que los valores de Sonda General limiten con los
de Sonda Objetivo, manteniendo un buen ritmo de
operación del motor, en especial a altas cargas, lo cual
es posible siempre y cuando se haya anado de manera
impecable las correcciones porcentuales Corrección
Sonda, aplicadas sobre Sonda Circuito Cerrado.
Para las correcciones porcentuales Corrección
Sonda, aplicadas sobre Sonda Circuito Cerrado, se
recomiendan los siguientes valores:
Tabla 8. Valores porcentuales de corrección recomendados a aplicarse
en Sonda Circuito Cerrado.
Zona
Operativa
del Motor
% de
Corrección
Recomendado
Rango
rpm’s
Rango
TPS
(%)
Ralentí
(40-50) %
0
a
2000
0
a
20
Crucero
20%
2000
a
5000
20
a
50
Máxima
Potencia
10%
5000
a
9000
50
a
100
Conforme consta en la tabla anterior, a menor
vacío se recomienda un menor rango de corrección
porcentual, debido a que, al haber alta demanda de
potencia, no es factible correr el riesgo de efectuar
correcciones tan bruscas que puedan perjudicar la
estabilidad del motor en esta condición.
Cabe mencionar que únicamente las modicaciones
realizadas de izquierda a derecha inuyen en la
programación, ya que el motor se encuentra en plena
aceleración y demanda de potencia, las modicaciones
realizadas en dirección inversa a la mencionada,
no. Además, hay que destacar que el ajuste de la
zona de crucero es el más importante y complejo de
programar, ya que marca la transición entre ralentí y
máxima potencia.
Para las modicaciones realizadas en
desaceleración, es aconsejable colocar valores con
mezclas menos ricas que las de aceleración, con el n
de optimizar el consumo de combustible manteniendo
altas prestaciones.
A continuación, se reeja la tabla Sonda Objetivo
utilizada como modelo de programación para el
submapa de combustible con su respectivo gráco.
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manera, a nivel que aumenta la carga del motor, se
debe disminuir los grados de adelanto, es decir,
retardarlos; debido a que, al existir mezclas más
ricas para compensar el esfuerzo, aumentan las
probabilidades de pre encendido [11].
3. Resultados y Discusión
Una vez realizadas las programaciones de los
submapas de combustible e ignición, en función del
procedimiento detallado previamente, es fundamental
analizar las diferencias más importantes entre los
submapas base vs nales; previo a evidenciar su efecto
sobre las prestaciones originales del motor.
3.1 Análisis de submapas de combustible
3.1.1 Base
Figura 2. Submapa Base de Combustible.
3.1.2 Final
Figura 3. Submapa nal -programación- de Combustible.
Como se puede observar en las tablas, el ancho
de pulso en cada una de las zonas operativas, es más
elevado en el submapa base que en el nal; esto se
debe a que el primero es el que se utiliza para encender
por primera vez el motor, posterior a la conexión del
cableado de la ECU y previo a las programaciones
efectuadas. Este suceso generalmente provoca que no
exista un ralentí estable, razón por la cual se inicia a
manipular el ancho de pulso, e ir extrayendo poco a
poco gasolina hasta hallar la sincronía perfecta entre
rendimiento y eciencia. De este modo, es menester
aclarar que un excesivo gasto de combustible no
Figura 1. Tabla Sonda Objetivo.
2.2.1.2 Tabla (Submapa) de Ignición
La tabla de ignición gestiona el avance al encendido
medido en grados en cada zona operativa del motor,
ejecutado por la ECU a través de una señal enviada
hacia cada una de las bobinas que conforman el
sistema de encendido COP.
La programación del submapa de ignición se basa en
la cantidad de grados adelantados en cada zona. Dicha
cantidad es manipulada y anada por el programador
en función de un rango de valores recomendado y
utilizado como patrón; tomando en cuenta que a nivel
que aumentan las rpm’s y desciende el vacío se debe
establecer mayor adelanto, procurando no producir
efectos de pre encendido o picado.
Los grados de adelanto recomendados son los
siguientes:
Tabla 9. Grados de adelanto APMS recomendados en la programación
del submapa de ignición.
Zona
Operativa
del Motor
Grados de
Adelanto
Recomendados
Rango
rpm’s
Rango
TPS
(%)
Ralentí
(10-15) º
APMS
0
a
2000
0
a
20
Crucero
(25-30) º
APMS
2000
a
5000
20
a
50
Máxima
Potencia
(30-40) º
APMS
5000
a
9000
50
a
100
Es importante hacer hincapié en que, no siempre
el último grado de adelanto antes de evidenciar pre
encendido será el más efectivo. Dicho de otra manera,
un motor puede alcanzar su máxima potencia con
un avance de 32º, sin embargo, probablemente no
experimente pre encendido hasta los 40º. De igual
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necesariamente asegura una mejora. La estrategia en
la programación del submapa de combustible, consiste
esencialmente en encontrar las máximas prestaciones
de potencia y torque optimizando la mayor cantidad de
gasolina, alcanzando un motor anado en cada zona
operativa.
3.2 Análisis de submapas de combustible
3.2.1 Base
Figura 4. Submapa Base de Ignición.
3.2.2 Final
Figura 5. Submapa nal -programación- de Ignición.
Como se puede apreciar en las tablas, el avance al
encendido APMS en cada una de las zonas operativas
es menor en el submapa base que en la programación;
debido a que la ECU únicamente establece un
adelanto ligero, lo suciente para mantener el motor
estable y, sobre todo, generar una armonía con el
submapa base de combustible, cuyo ancho de pulso es
de por sí elevado. En este punto entra la experticia del
programador para hallar el avance idóneo buscando la
mejora de las prestaciones. Cabe indicar que a las 400
rpm`s, régimen establecido como partida y encendido
del motor, existe un avance mayor que en el rango
de (600 a 800) rpm`s, con el n de lograr arrancar el
motor de manera inmediata y sin complicaciones.
3.3 Resultados
Después de analizar los aspectos importantes
de los submapas de combustible e ignición base vs
nales, es trascendental examinar la incidencia de
las programaciones sobre las prestaciones del motor;
a través de la primera gráca obtenida con el mapa
base, así como la última con la programación, en la
que es posible evidenciar la máxima potencia y torque
alcanzados.
Figura 6. Gráca de potencia y torque: mapa base vs programación.
De igual manera, una tabla comparativa entre las
prestaciones iniciales del motor, y las logradas con la
programación de la ECU.
Tabla 10. Tabla comparativa de prestaciones de potencia y torque,
iniciales vs nales.
Potencia
Torque
Mapa Base
196,0 CV
@
6551 rpm
21,6 Kg*m
@
6361 rpm
Programación
240,1 CV
@
7790 rpm
23,6 Kg*m
@
6565 rpm
Ganancia
Neta
44,1 CV 2,0 Kg*m
Porcentaje de
Ganancia
18,37% 8,47%
Como lo demuestra la tabla anterior, el porcentaje
de ganancia en cuanto a potencia y torque es
denitivamente considerable, lo cual permite armar
que una buena programación en la gestión electrónica
del motor, puede generar excelentes cambios en sus
prestaciones.
Una vez realizadas las programaciones de los
submapas de combustible e ignición, en función del
procedimiento detallado previamente, es fundamental
analizar las diferencias más importantes entre los
submapas base vs nales; previo a evidenciar su
efecto sobre las prestaciones originales del motor.
4. Conclusiones
La situación actual del Swag del motor B20Z y
B16B tipo R con respecto a su desempeño, se remite
al primer ensayo con el mapa base realizado en el
dinamómetro, el cual generó una potencia corregida
-normalizada- de 196,0 CV @ 6551 rpm’s y un torque
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de 21,6 kg*m @ 6361 rpm’s.
Los conceptos básicos de la electrónica programable
automotriz, se limitan esencialmente al avance al
encendido medido en grados y al tiempo de inyección
medido en milisegundos; cuya manipulación
-programación- iniciada desde sus submapas base,
permiten mejorar las prestaciones de potencia y
torque del motor.
El modelo de implementación de un mapa es
ejecutado a través de una programación adecuada,
tomando en consideración ciertas condiciones: tipo de
competencia, geometría de la pista, cargas sometidas
al motor y tipo de conducción del piloto. Una vez
analizadas dichas condiciones, la programación
empieza con un submapa base, tanto de combustible
como de ignición. En el primero se manipula en ancho
de pulso de inyección en función de Sonda General
mediante el uso de la WideBand. En el segundo
se manipulan los grados de avance al encendido
inspeccionando que no exista pre encendido. El
orden de programación siempre inicia por el submapa
de combustible y termina con el de ignición. Cabe
mencionar que una mayor cantidad de gasolina y el
máximo adelanto al encendido antes de evidenciar
pre encendido, no necesariamente asegura mayor
potencia y torque.
La programación de los submapas de combustible
e ignición generó una ganancia neta de 44,1 CV de
potencia y de 2,0 kg*m de torque, lo que corrobora
que la mejor forma de mejorar las prestaciones de
un motor de combustión interna es a través de la
programación de su ECU.
5. Referencias
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Management System for Spark Plug Engines,"
SAE Technical Paper Series , pp. 1-10, doi:
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en un automóvil Mazda 323 (Tesis de grado de
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Chimborazo, Riobamba-Ecuador, 2011, pp. 281-
283.
C. Hardie, H. Tait, S. Craig, J. Chase, B. Smith
and G. Harris, "Automated tuning of an
engine management unit for an automotive
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Mechanical Engineers, Part D: Journal of
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10.1177/095440700221600107, 2002.
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Sunoco LP, "Sunoco Race Fuels (Standard Gasoline),"
19 Octubre 2016. [Online]. Available: https://
www.sunocoracefuels.com/fuel/standard.
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vol. 6ta Edición, México, D.F.: McGraw-Hill
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Test Code—Spark Ignition and Compression
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M. Díaz, L. Sopa, G. Erazo y F. Salazar,
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característicos del motor de combustión interna,»
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6. Biografía
1
David Arturo Del Castillo Freire
– Ingeniero en Mecánica
Automotriz (Universidad
Internacional del Ecuador).
2
Jorge Fernando Suárez Aimacaña
– Doctorando en Humanidades y
Artes mención Ciencias de la
Educación (Universidad Nacional
de Rosario - Argentina), Magíster
en Seguridad y Salud Ocupacional
(Universidad Internacional SEK),
MBA con mención en Gerencia de la Calidad y
Productividad (Ponticia Universidad Católica del
Ecuador), Ingeniero Mecánico (Escuela Politécnica
del Ejército), Docente (Escuela de Ingeniería
Automotriz – Universidad Internacional del Ecuador),
Ingeniero de Procesos de Ensamblaje General
(AYMESA S.A.), Vicecampeón Nacional de Rally
Categoría 0-1500 cc. (Aneta 2009).
REGISTRO DE LA PUBLICACIÓN
Fecha recepción 15 octubre 2021
Fecha aceptación 25 noviembre 2021
DEL CASTILLO, SUÁREZ /
EFECTO DE AVANCE AL ENCENDIDO Y TIEMPO DE INYECCIÓN DE UN SWAP DE MOTOR SERIE B A 2800 MSNM
UTILIZANDO ELECTRÓNICA PROGRAMABLE PARA MEJORAR LA POTENCIA.
