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Resumen
Se desarrolla un análisis energético en función del
rendimiento mecánico y verificación de parámetros
característicos de un motor de combustión interna a
gasolina a fin de reducir la emisión de gases
contaminantes emanados por los automóviles que
cuentan con motores de combustión interna, así
como mejorar las prestaciones del mismo, tales
como: torque, potencia, consumo específico de
combustible, etc.; sustituyendo su obsoleto sistema
de encendido y alimentación convencional por un
sistema de control electrónico.
Se desarrolla la adaptación del sistema electrónico
de inyección gasolina en un vehículo convencional a
carburador. Comparando pruebas del sistema de
alimentación con carburador versus el sistema de
alimentación con inyección electrónica, finalmente
demostraremos las mejoras que se obtienen al
realizar dicha sustitución.
I. INTRODUCCIÓN
En los últimos años, la industria automotriz ha ido
avanzando a pasos agigantados en lo que a
tecnología se refiere; esto se debe a la cada vez más
frecuente inclusión de componentes electrónicos
que ayudan a controlar y optimizar las diferentes
funciones y tareas que se deben ejecutar
procurando mantener o desarrollar un sistema de
gestión energética dentro de un automóvil.
La introducción de vehículos equipados con el
sistema de inyección electrónica de combustible en
nuestro país fue a partir de los años 90; y desde
entonces este nuevo sistema de alimentación empezó
a desplazar al tradicional carburador, el cual ha
disminuido su presencia en el parque automotor a tal
punto que hoy es obsoleto.
La necesidad de motores potentes, ligeros, de mayor
fiabilidad y menor consumo fueron los incentivos de
la investigación hacia los sistemas de inyección
electrónica.
Los sistemas de inyección ahorran combustible
porque solo inyectan lo estrictamente necesario para
el correcto funcionamiento del motor en cualquier
régimen de giro.
Los equipos de inyección electrónica secuencial
multipunto son, en nuestro medio, los sistemas de
alimentación más exactos. Para ello se basan en el
uso de la electrónica con tal de conseguir una
dosificación lo más exacta posible. El control de
dosificación puede realizarse porque se controla
una serie de parámetros para definir el tiempo de
inyección.
II. COMPONENTES DEL SISTEMA DE
CONTROL ELECTRÓNICO
En la adaptación del sistema de inyección
electrónica se emplean componentes de tipo
electrónico y mecánico, dependiendo de cada
necesidad.
a. Componentes Electrónicos
• Módulo de control del tren de potencia (PCM)
• Sensor de posición del cigüeñal (CAS)
• Sensor de velocidad del vehículo (VSS)
• Sensor de flujo másico de aire (MAF)
• Sensor de posición del estrangulador (TPS)
• Sensor de temperatura del refrigerante (WTS)
• Sensor de picado del motor (KS)
• Sensor de oxígeno (HEGO)
• Inyectores
• Regulador de marcha de ralentí (IAC)
• Válvula electromagnética de purga (Cánister)
• Relés
• Bomba eléctrica de combustible
• Bobina de encendido
• Lámpara testigo (CHECK ENGINE)
b. Componentes Mecánicos
• Depurador
• Cuerpo de aceleración
• Colector de admisión
• Riel de inyectores
Ing. Germán Erazo
Ing. Franklin Panchi.
Ing. Diego Salazar.
Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica
Quijano y Ordoñez y Marqués de Maénza s/n
Latacunga - Ecuador
Email :wgerazo@espe.edu.ec
GESTIÓN ENERGÉTICA DE RENDIMIENTO Y AMBIENTAL EN LA ADAPTACIÓN
DE UN SISTEMA DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE A UN
MOTOR DE COMBUSTIÓN CONVENCIONAL PARA UNA PRODUCCIÓN MAS
LIMPIA.
ENERGÍA MECÁNICA , INNOVACIÓN Y FUTURO
ISNN : 1390 - 7395
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• Regulador de presión
• Polea dentada
• Bujías de encendido
III. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE
INYECCIÓN ELECTRÓNICA
El recorrido del combustible empieza desde el
depósito, donde es aspirado por una bomba eléctrica
de combustible, que recibe la corriente desde el relé
principal, regida por el interruptor de contacto y el
PCM, dicha bomba impulsa el combustible a través
del filtro, al riel de inyectores, llegando al regulador,
donde se establece la presión de inyección adecuada,
pasando finalmente a los inyectores.
El aire de la atmósfera aspirado por los émbolos,
atraviesa el filtro de aire, pasa por el sensor de flujo
másico de aire (MAF), que envía información al
PCM; continúa su recorrido por el cuerpo de
aceleración, y finalmente por el colector de
admisión. El aire que entra viene regulado por el
estrangulador de aceleración, que a través de su
sensor de posición (TPS) envía una señal al PCM, el
cual controla posteriormente el regulador de marcha
de ralentí (IAC).
Cuando el aire aspirado pasa por los conductos
del cabezote, recibe la cantidad de combustible
necesaria para la combustión por parte de los
inyectores de acuerdo a las condiciones de
funcionamiento del motor; que son determinadas
a base de los siguientes parámetros:
• Caudal y temperatura del aire.
• Temperatura del motor.
• Régimen de giro del motor.
• Carga del motor.
• Velocidad del vehículo
• Tensión del acumulador del vehículo.
• Oxígeno residual de la mezcla.
• Condiciones de funcionamiento: ralentí en
frío, puesta en marcha, etc.
Para la determinación de estos parámetros se utilizan
sensores, los cuales detectan una condición de
operación, la transforman en un valor eléctrico y lo
envían al Módulo de Control del Tren de Potencia
(PCM), que procesa esta información y transmite
órdenes pertinentes a los actuadores del sistema; lo que
ha permitido que los sistemas de inyección electrónica
de combustible adquieran una dosificación lo más
ajustada posible a las condiciones de marcha y estado
del motor.
Los defectos que se generen en el funcionamiento del
sistema, son memorizados en el PCM en el orden en
que van apareciendo. Cuando se reconoce un defecto
por primera vez y el estado de error permanece
durante un tiempo mayor que 0,5 segundos, el
defecto se memoriza como permanente. Si este
defecto desaparece enseguida se memoriza como
intermitente y no presente. Si una avería se clasifica
como permanente, se activa la función de emergencia
o modo de avería, lo que provocará el encendido de
la lámpara testigo (CHECK ENGINE) situada en el
panel de instrumentos; esto permitirá al conductor
conocer la existencia de alguna avería en el sistema
electrónico.
• Regulador de presión
• Polea dentada
• Bujías de encendido
IV. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA
Para la implementación del nuevo sistema de
inyección se deben tener en cuenta las siguientes
consideraciones:
• Espacio en el habitáculo del motor.
• Compatibilidad del sistema de inyección
electrónica a implementarse.
• Existencia de autopartes en el mercado
nacional.
• Existencia de equipos de diagnóstico para
mantenimiento.
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Figura 1. Esquema del sistema de inyección de
gasolina
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• Existencia de equipos de diagnóstico para
mantenimiento.
a. Supresión de partes y piezas convencionales
Para la implementación del nuevo sistema, las
siguientes partes serán suprimidas:
• Depurador
• Carburador
• Bobina de encendido
• Distribuidor de encendido
• Platino
• Condensador
• Cables de bujías
• Bujías convencionales
• Bomba mecánica de combustible
• Colector de admisión para carburador
b. Adaptación
Para la implementación del sistema, es necesario
realizar algunas modificaciones, entre las cuales
tenemos:
• Adaptar la base del sensor de picado al bloque
de cilindros.
• Adaptar la base del sensor de oxígeno en el
tubo de escape.
• Modificar los conductos de admisión en el
cabezote de acuerdo a la forma de los conductos
del nuevo múltiple a implementarse.
• Mecanizar los puntos de fijación para el nuevo
múltiple de admisión.
• Modificar el tanque de combustible para la
introducción de la bomba eléctrica.
c. Montaje
Una vez realizadas las adaptaciones necesarias,
empezaremos con el remplazo y montaje de:
• Tapa delantera de la distribución por una que
cuenta con una base para el sensor de posición
del cigüeñal.
• Polea del cigüeñal por una dentada.
• Montar el bloque de cilindros en el habitáculo
del motor.
• Montar el cabezote y darle el ajuste según
especificaciones del fabricante.
• Montar el árbol de levas y sincronizar la
distribución.
• Remplazar múltiple de admisión, y colocar el
de escape.
• Colocar el riel con sus respectivos inyectores.
• Colocar la carcasa del múltiple de admisión y
el cuerpo de aceleración.
• Montar el sistema de alimentación.
• Montar el sistema de admisión de aire.
• Montar el sistema de encendido.
• Colocar los sensores y actuadores del sistema
de inyección electrónica.
• Instalar el cableado del sistema de inyección
electrónica.
• Colocar el cable del acelerador.
• Instalar el sistema de arranque y de carga.
• Finalmente purgamos el sistema de
alimentación, revisamos los puntos de
sincronización y encendemos el motor.
V. ANÁLISIS ENERGÉTICO DE
RENDIMIENTO Y AMBIENTAL DEL
SISTEMA CONVENCIONAL Vs. SISTEMA DE
INYECCIÓN ELECTRÓNICA MPFI
Para el análisis comparativo del comportamiento
del motor, se empleó el dinamómetro con freno
hidráulico.
Las pruebas de funcionamiento se realizaron bajo las
siguientes condiciones:
• Aceleración: 100%.
• Temperatura ambiente: 25 ºC.
• Temperatura del motor: 75 ºC.
En cuanto al análisis de gases, utilizamos el
Analizador de Gases Infrarrojo Computarizado
RAG Gascheck.
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Fig. 2 Componentes del sistema de inyección
electrónica
Fig. 3 Montaje del sistema de inyección
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VI. RESULTADOS
Las curvas de desempeño que se obtuvieron para
cada uno de los sistemas son las siguientes:
Se puede apreciar claramente la diferencia de potencia
que representa la sustitución del sistema convencional
por un sistema de inyección electrónica MPFI;
especialmente en el intervalo medias a altas
revoluciones. Observamos que con el sistema
convencional la potencia decae vertiginosamente en
altas revoluciones, mientras que con el sistema
de inyección electrónica ésta sigue incrementán-
dose.
De la misma manera, con la implementación del
sistema de inyección electrónica, observamos que el
torque tiende a mantenerse constante en casi
cualquier número de revoluciones; mientras que
con el sistema convencional el torque disminuye
bruscamente en altas revoluciones.
En la figura 7, a bajas revoluciones la diferencia de
consumo no es demasiado significativo; y en
medias revoluciones la diferencia es casi nula; sin
embargo luego de este punto, la diferencia empieza
a incrementarse; ya que con el sistema MPFI el
consumo específico de combustible casi permanece
constante en todo el rango de revoluciones; mientras
que el sistema convencional requiere de una mayor
cantidad de combustible a altas revoluciones pero no
mantiene su potencia.
Incluiremos a continuación los resultados de la
prueba de carretera, que nos permitirá determinar el
consumo efectivo de combustible.
Tabla I. Consumo de Combustible en carretera
Se determina que con el sistema convencional
podemos recorrer 9 kilómetros menos con un galón
de combustible, lo que significa que el ahorro al
implementar el sistema de inyección electrónica es
significativo.
En la Figura 8 se aprecia que inicialmente ambos
sistemas permiten el mismo nivel de llenado a los
cilindros; sin embargo con el aumento de las r.p.m.
observamos una cada vez más marcada diferencia
entre el rendimiento volumétrico que ofrecen estos
dos sistemas.
Los datos que se obtuvieron con el analizador de
gases para el sistema convencional y el de inyección
electrónica, respectivamente son:
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Fig. 4 Analizador de Gases GASCHECK
Figura. 5 Curvas de Potencia al freno
Figura 6 Curvas de Torque
Figura 8 Curvas del Rendimiento Volumétrico
Figura 7 Curvas de Consumo Específico
de Combustible
CONVENCIONAL
(Km/gl)
MPFI
(Km/gl)
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VII. CONCLUSIONES
• En lo que se refiere al mantenimiento, el
sistema implementado puede ser diagnosticado
por escáners de tipo universal que cuenten con
software para vehículos europeos.
• Con la implementación del sistema de
inyección electrónica MPFI, el Monóxido de
Carbono (CO) se redujo, según los datos en
porcentaje obtenidos de 0,628 a 0,201, lo que
resulta el 68%.
• La presencia de Hidrocarburos (HC) en los
gases de escape, disminuyó considerablemente,
de 776 ppm a 118 ppm; lo que significa una
reducción cercana al 85%.
• Los Óxidos de Nitrógeno (NOx) fueron
reducidos de 8 ppm a 3 ppm, que representa casi
el 63%.
• Con la realización de la prueba de carretera
de 90 km, se comprobó que el consumo de
combustible se redujo de 2,5 a 2 galones; lo que
nos brinda un ahorro del 20%.
• La potencia máxima fue incrementada de
18,850 kW @ 3000 r.p.m. a una superior a los
25,133 kW @ 4000 r.p.m. que fue la lectura
máxima que nos permitió el banco; lo que
constituye un incremento aproximado al 25%.
• El torque máximo se aumentó de 63 Nm @
2400 r.p.m. a 68 Nm @ 2400 r.p.m, que se
traduce en un 7% más.
• El máximo rendimiento volumétrico fue
acrecentado de 80,75% @ 1600 r.p.m. a
84,90% @ 4000 r.p.m. que al comparar estos
valores representa el 5%. Esto significa que el
ingreso de aire al cilindro fue optimizado con
la implementación del nuevo colector de
admisión, el cual posee un mejor diseño desde
el punto de vista aerodinámico.
• Con la implementación del sistema de inyec-
ción electrónica MPFI, se logró un eficiente
arranque en frío, además de mantener un ralentí
estable y conseguir una aceleración uniforme.
BIBLIOGRAFÍA.
• Castro, Miguel. Inyección de gasolina CEAC
• Gualtieri, P. Inyección electrónica en motores
nafteros y diesel"
• Ribbens, W. "Understanding Automotive
Electronics"
• Autodata V. 3.18 Software de Especifica-
ciones.
• Mitchell On Deman Version 7.0 Software de
Especificaciones.
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Figura 9 Análisis de gases (convencional)
Figura 10 Análisis de gases (MPFI)
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