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SISTEMAS DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE AUTOMOTRIZ

JULIAN RIVERA QUINTERO

MOTORES A GASOLINA

Prof. Rodrigo A. Londoño Perez

MEDELLIN
I.U.P.B
2013
2
CONTENIDO

INTRODUCCION

3

SISTEMA DE ALIMENTACION DEL MOTOR A GASOLINA__________________________

4

EL CARBURADOR
COMPONENTES D EL CARBURADOR
CARBURADOR ELEMENTAL

5
8
9

SURTIDOR RALENTI

9

COMPENSADOR

10

SURTIDOR DE MEDIA MARCHA

11

BOMBA DE ACELERACION

12

COMPESADOR DE PRESION

13

MARIPOSA ARRANQUE EN FRIO (CHOQUE)

13

INYECCION DE COMBUSTIBLE

14

COMPONENTES DE LA INYECCION

29
15

INYECTOR

16

MARIPOSA DE ACELERACION

17

SISTEMA D EPRESURIZACON

19

SENSORES

20

UNIDAD PROCESASDORA CENTRAL

22

MANTENIMIENTO

23

PREGUNTAS

24

CONCLUSIONES

25
6
26
6

BIBLIOGRAFIA
3

INTRODUCCION

El funcionamiento del motor de gasolina depende de varios sistemas, como el sistema de
alimentación de combustible, que el siguiente trabajo pretende mostrar; debido a los avances que
han tenido esto sistemas mostraremos de forma generalizada los principales sistemas conocidos (el
carburador y el sistema de inyección multipunto). Para esto se consultaron diferentes fuentes
literarias y blogs de mecánica automotriz en internet.
4

SISTEMA DE ALIMENTACION DEL MOTOR A GASOLINA
Para que el motor de gasolina funcione adecuadamente, debe prepararse la mezcla de aire y
combustible de manera adecuada. Esta mezcla comienza a formarse desde el punto donde se unen
gasolina y aire, continua por el conducto de admisión, luego durante la carrera de admisión del
pistón y termina durante la carrera de compresión, en la cual el calentamiento del aire debido al
incremento de la presión (los gases se calientan cuando se comprimen) evapora la gasolina y la
mezcla íntimamente con el aire.

Químicamente hablando, existe una cantidad exacta de aire (que proporciona el oxígeno) para hacer
la combustión de la gasolina sin que sobre ni aire ni combustible, esta cantidad se llama relación
estequeométrica, y para las gasolinas comerciales, está entre 14 y 15 veces la cantidad de aire en
peso, por la cantidad de gasolina, pero en la práctica, en el motor real no puede usarse esa relación
porque parte del combustible saldría por el escape sin quemar, debido al escaso tiempo que tienen
para encontrarse y reaccionar los miles de millones de moléculas de oxígeno, con las otras tantas de
combustible. En el motor de combustión interna, se introduce al cilindro más aire del
estequeométricamente necesario, para garantizar el quemado total del combustible cuando se
quiere obtener gases de escape limpios de combustible sin quemar.
Esta cantidad de exceso de aire no puede ser indiscriminada, ya que si es demasiado grande, parte
de la energía de la gasolina se gasta calentando el aire sobrante, que luego es desechada por el
escape reduciendo la potencia y eficiencia del motor, de manera que hay un óptimo que los
dispositivos de preparación de la mezcla tratan de seguir lo mejor posible.
De acuerdo a los requerimientos a que se destine el motor, este "óptimo" puede ser variable
siguiendo más o menos estas reglas generales:
1. Para obtener la máxima potencia se usa algo menos de aire que el necesario.
2. Para obtener la menor producción de gases tóxicos por el escape se una con más aire del
necesario.
Esta proporción puede variar desde el 95 al 125% de la cantidad de aire estequiométrico.
Es bueno aclarar aquí, que para la marcha en vacío (ralentí) o "en baja", resulta necesario usar una
mezcla rica en gasolina si se quiere un trabajo estable del motor, por tal motivo este es el régimen
más contaminante del motor, y es el clásico problema de contaminación durante congestión de
vehículos en las vías, en las grandes ciudades. Lo mismo sucede cuando el acelerador se pisa a fondo
para obtener potencia elevada; por ejemplo para adelantar otro vehículo, aquí también debe usarse
una mezcla pobre el aire (óptimo para gran potencia).
Un gráfico genérico de cómo debe ser la mezcla para un motor de automóvil real es como sigue:
5

Observe que para la marcha en vacío la mezcla se
enriquece, haciéndose menor la cantidad de aire
(relación aire/combustible disminuye). Luego se
establece para los regímenes de trabajo normales del
motor a niveles muy próximos a la mezcla óptima
(posiciones intermedias del acelerador), para
enriquecerse después cuando el motor marcha a gran
potencia (acelerador cerca del máximo).

Los dispositivos de preparación de la proporción aire-gasolina de la mezcla pueden ser de dos tipos:
1.- El carburador
2.- La inyección de gasolina

1. EL CARBURADOR
Los motores de gasolina reciben en el volumen de trabajo sobre el pistón una mezcla de aire y
combustible previamente preparada por un dispositivo externo, luego esta mezcla se inflama al
saltar la chispa en la bujía y produce un incremento de presión que se convierte en trabajo útil a la
salida del cigüeñal. La mezcla de aire y combustible en los motores actuales se logra por dos vías:
con el uso del carburador y a través de la inyección de gasolina.
Tradicionalmente para producir la mezcla aire-gasolina de los motores se ha utilizado el carburador,
pero en los últimos años este ha caído en desuso para los automóviles. El nombre deriva de la
palabra carburante que es como se denominaba (y aun se usa) para nombrar al combustible
proveedor de la energía del motor.
Este dispositivo nacido con los comienzos del motor de manera muy simple, fue evolucionando
hasta convertirse en verdaderos ingenios neumo-mecánicos que se ajustaban cada vez más
adecuadamente a las necesidades del motor, así como a los requerimientos de control de
contaminación elaborados por los gobiernos. Aunque aun son muchos los automóviles que
funcionan con carburadores, han ido siendo sustituidos por la inyección de gasolina y puede decirse
que la era del carburador está tocando a su fin en el uso automotriz, aunque quedará todavía por
mucho tiempo en otros motores como los pequeños motores estacionarios, las motocicletas y
similares, donde la complejidad de la inyección de gasolina es un gran problema.
Para entender el funcionamiento del carburador es necesario conocer algunos detalles de la
mecánica de los fluidos (se llama así a los gases y líquidos). Veamos:
6

TUBO VENTURI

FIG. 1
Cuando un fluido circula por un conducto ejerce una cierta presión sobre las paredes del conducto
según se muestra en la figura 1.
El esquema de la figura 1 representa un segmento de conducto por el que circula un fluido en la
dirección de las flechas azules y está representada la presión que ejerce sobre las paredes del
conducto con flechas rojas.
En la práctica puede ilustrarse el ejemplo con el clásico "chorrito" que sale de la manguera de jardín
cuando se agujerea, aun cuando la salida final de la manguera esté abierta y el agua fluye con
libertad.
La presión ejercida sobre las paredes de un conducto depende, entre otras cosas, de la velocidad del
fluido dentro del conducto de forma tal que a mayor velocidad menor presión y a menor velocidad
mayor
presión.
Si en el conducto se hace un estrechamiento la velocidad del fluido crece en la zona del
estrechamiento y por tanto disminuye la presión. Si el estrechamiento es suficiente angosto, la
velocidad del fluido puede ser tan alta que en lugar de presión se produzca succión sobre las paredes
del conducto como se ilustra a continuación en la figura 2.

FIG.2 TUBO VENTURI
La presión en las diferentes secciones del conducto se han representado con flechas rojas y verá que
en la zona del estrechamiento lejos de producirse presión sobre las paredes del conducto se produce
vacío. Este dispositivo que produce vacío cuando circula un fluido se conoce como tubo Vénturi, y es
la base de funcionamiento del carburador.
Si al tubo Vénturi le agregamos una mariposa que obstruya más o menos la entrada de fluido y un
tubo surtidor de combustible en el estrechamiento (zona de succión) tendremos
el carburador elemental que se muestra en la figura 3.
7

FIG. 3 carburador elemental

CARBURADOR ELEMENTAL
La aspiración de los pistones del motor fuerza el paso del aire a través del carburador, en la parte
estrecha se produce cierto vacío que induce a la gasolina subir desde un recipiente llamado cuba a
través del tubo surtidor, el nivel en la cuba no cambia porque se regula a través de una válvula de
aguja y un flotador. La gasolina que sale por el surtidor entra en la corriente de aire a elevada
velocidad y resulta por ello atomizada y mezclada profusamente con el aire para entrar al interior
del cilindro. La mariposa se ocupa de cerrar más o menos el paso del aire y así lograr cambiar la
potencia del motor.
El carburador elemental no cumple adecuadamente con los requerimientos del motor en todo su
rango de trabajo, por lo que se agregan a él, otros artificios neumáticos que acercan la composición
de la mezcla en todo el rango de trabajo del motor a la teóricamente óptima y así lograr eficiencia y
economía. El gráfico que sigue en la figura 4 muestra una comparación entre la composición teórica
necesaria de la mezcla para el funcionamiento óptimo del motor (en verde) cuando crecen las
revoluciones por minuto y el comportamiento real que brinda un carburador elemental (en marrón).

Puede observarse como se aparta la curva del carburador elemental de las necesidades teóricas del
motor, en general a regímenes bajos de velocidad de giro la composición de la mezcla es muy pobre
en gasolina; solo a regímenes de velocidades de media a alta las curvas se acercan; y para las altas
potencias la mezcla se enriquece demasiado en gasolina y se desperdicia combustible.
No obstante, para los motores que funcionan a régimen constante, este carburador bien diseñado
8
para que dé el óptimo a ese régimen, es adecuado, por ejemplo para motores estacionarios con
carga fija (sopladores, bombas de agua etc.).
Para acercar lo mejor posible la capacidad del carburador elemental de preparar una buena mezcla
en todo el rango del trabajo del motor se le agregan diferentes dispositivos como veremos a
continuación.

COMPONENTES DEL CARBURADOR
9

Carburador elemental como ya hemos visto

Curvas de comportamiento

La línea roja representa la curva ideal de la riqueza aire-combustible que debe proporcionar un
carburador para el automóvil. La línea azul es la que proporciona el carburador elemental, observe la
notable diferencia entre ellas.
El carburador elemental produce una mezcla muy pobre para poca abertura de la mariposa, y muy
rica para grandes aberturas. El valor 14.7 se considera la relación óptima en peso de aire y
combustible (A/C) para un motor de gasolina.

Se agrega el surtidor de ralentí
10
Curvas de comportamiento

Cuando agregamos el surtidor de ralentí se resuelve el problema de la mezcla demasiado pobre en
las bajas revoluciones. Este surtidor se coloca en la zona donde el borde de la mariposa se acerca al
cuerpo del carburador, lo que produce un segundo estrechamiento cuando la mariposa está casi
cerrada y transfiere el efecto Vénturi a esa zona. Note que aun la mezcla resulta pobre para las
medias marchas, y demasiado rica para las marchas altas.

Se agrega el compensador.
En la figura se ha representado
en rojo el método de surtidor variable.
11
Curvas de comportamiento

En el estudio del carburador elemental se vio que a grandes velocidades y aumento de número de
revoluciones del motor, el enriquecimiento de la mezcla aumentaba innecesariamente, aumentando
por tanto el gasto de combustible.
Si al carburador elemental se agrega además un buen compensador nos acercamos mucho a la curva
ideal.
Hay cuatro formas principales de compensar el exceso de combustible que da el carburador
elemental en las marchas medias y altas, las cuales pueden ser:
1. Surtidor con pozo
2. Doble surtidor
3. Difusor variable
4. Surtidor variable
Note que aun para las marchas medias a bajas la mezcla es pobre.

Se agrega un segundo surtidor o de de media marcha
12
Curvas de comportamiento

Para resolver el problema de la mezcla pobre a medias marchas se agrega un surtidor adicional
próximo al surtidor de ralentí que se conoce como surtidor de media marcha, ahora tenemos ya un
carburador capaz de satisfacer eficientemente las necesidades del motor del automóvil. Observe
que las curvas casi coinciden.
A nuestro carburador, que funciona ya como un buen elaborador de la mezcla aire-combustible, le
faltan tres cosas para estar completo.
1.- Se agrega la bomba de aceleración

El motor del automóvil es una máquina que funciona a regímenes de trabajo muy distintos y en
todos los casos el carburador debe responder con prontitud sin alterar demasiado la composición de
la mezcla. Un caso particular es cuando se pisa con fuerza el acelerador. Cuando se hace esto se abre
de forma rápida la mariposa de aceleración, el aire, que es un gas, reacciona rápido aumentando su
flujo, sin embargo, la gasolina que es líquida y por tanto tienen una mayor viscosidad e inercia
demora mucho más tiempo en reaccionar, El resultado es una mezcla pobre durante el período de
tiempo que transcurre hasta que el flujo de gasolina se establece al nuevo valor más alto. Estos
efectos traen como consecuencia que el motor no reaccione como se le ha pedido, por el contrario,
se comporta con una potencia muy baja durante ese período e incluso se detiene si el movimiento
de la mariposa es brusco y funciona en ralentí.
13
Para resolver este problema se agrega una pequeña bomba inyectora de pistón solidario al eje de la
mariposa. Esta bomba inyecta un chorro de combustible a la corriente de aire que mantiene la
mezcla rica mientras reacciona el surtidor principal.
2.- Se agrega el tubo de compensación de la presión

Como resulta necesario pasar el aire de entrada al motor por un filtro para evitar que las partículas
abrasivas deterioren el motor rápidamente y además desde el exterior el aire pasa por algunos
conductos más o menos largos antes de llegar al carburador, la succión del motor produce cierto
vacío a la entrada del carburador dada la resistencia de estos elementos. Como la gasolina en la cuba
está sometida a la presión atmosférica y esta no baja por la resistencia del filtro o los conductos, se
produce una succión adicional en la salida del surtidor debido a la resistencia de los conductos que
altera la cantidad de gasolina que entrega, ya que se agrega a la succión que ellos producen por
naturaleza, dando lugar a una mezcla más rica de la normal que se empeora a medida que el filtro se
obstruye
con
el
polvo.
Para evitar este efecto la cuba se compensa, es decir, se coloca un conducto desde la entrada del
carburador hasta el espacio sobre la gasolina en la cuba para que la presión dentro de la cuba sea
igual a la del interior del carburador.
3.- Se agrega la mariposa de arranque en frío

Cuando el motor está frío, la gasolina que se mezcla al aire de entrada en el carburador, se deposita
parcialmente como líquido, en las paredes de los conductos de admisión y en las del cilindro durante
la carrera de admisión, por tal motivo la mezcla que se comprime en la carrera de compresión es
14
demasiado pobre y no enciende cuando salta la chispa en la bujía, imposibilitando el arranque del
motor, para resolver este problema, los carburadores están provistos de una mariposa adicional de
arranque en frío, que puede ser accionada manual o automáticamente.
La mariposa adicional está colocada a la entrada del carburador y bloquea parcialmente la entrada
de aire, de este modo la succión del motor actúa de manera acentuada en el surtidor de combustible
por lo que la entrada de gasolina por el surtidor aumenta considerablemente.
Nota: Para simplificar el dibujo solo se ha colocado la nueva mariposa en el carburador elemental.

2. INYECCION DE COMBUSTIBLE
Aunque el carburador nacido con el motor, se desarrolló constantemente hasta llegar a ser un
complejo compendio de cientos de piezas, que lo convirtieron en un refinado y muy duradero
preparador de la mezcla aire-gasolina para el motor del automóvil en todo el rango de trabajo, no
pudo soportar finalmente la presión ejercida por las reglas de limitación de contaminantes emitidas
por las entidades gubernamentales de los países más desarrollados y fue dando paso a la inyección
de gasolina, comenzada desde las décadas 60-70s principalmente en Alemania, pero que no fue
tecnológicamente realizable hasta que no se desarrolló lo suficiente la electrónica miniaturizada.
La diferencia conceptual fundamental entre los dos tipos de preparación de la mezcla, es que en el
carburador se hace básicamente de acuerdo a patrones más o menos fijos, establecidos de fábrica,
que con el uso se van alterando hasta sacarlo de los estrechos índices permitidos de producción de
contaminantes, mientras que la inyección de gasolina tiene sensores en todos los elementos que
influyen en el proceso de alimentación y escape del motor y ajusta automáticamente la mezcla para
mantenerlos siempre dentro de las normas, a menos que se produzca una avería en el sistema.
Es notoria la mayor complejidad de la inyección de gasolina con respecto al carburador, lo que la
encarece.
Para describir como funciona utilizaremos el diagrama de bloques siguiente en la figura 1.

FIG. 1
15
Colocado en el conducto de admisión del motor existe una electroválvula conocida
como inyector, que al recibir una señal eléctrica, se abre y deja pasar la gasolina al interior del
conducto. La línea de entrada al inyector tiene una presión fija mantenida desde el depósito, por
una bomba eléctrica asistida por un regulador de presión. El tiempo de duración de la señal eléctrica
y con ello la cantidad de gasolina inyectada, así como el momento en que se produce la inyección,
los determina la unidad procesadora central en consecuencia con la posición de la mariposa de
entrada de aire al motor y las señales emitidas por un grupo de sensores que miden los factores que
influyen en la formación de la mezcla.
La clave de la inyección de gasolina es la unidad procesadora central (UPC) o unidad central
electrónica (UCE), que es un miniordenador cuya señal de salida es un pulso eléctrico de
determinada duración en el momento exacto que hace falta (durante la carrera de admisión) al, o
los inyectores. La señal principal para hacer la decisión del tiempo de apertura del inyector la recibe
de una mariposa colocada en el conducto de admisión en cuyo eje hay montada una resistencia
eléctrica variable, así la posición de la mariposa es interpretada por la UPC como más o menos aire al
cilindro y por lo tanto más o menos necesidad de gasolina, regulada a través del tiempo de apertura
del inyector. El momento exacto de comenzar la apertura del inyector viene de un sensor de
posición montado en el árbol de levas o el distribuidor, que le indica a la UPC cuando están abiertas
las válvulas de admisión y por lo tanto se está aspirando el aire que arrastrará al interior del cilindro
la gasolina inyectada en el conducto de admisión.
Este trabajo lo hace la UPC utilizando un tiempo básico que viene con él por defecto y que hace
funcionar el motor en condiciones normales, pero que no son las óptimas para el trabajo del motor
en otras condiciones.
Para ajustar con exactitud el tiempo de apertura de los inyectores y obtener la máxima eficiencia y la
mínima emisión de gases tóxicos, la UPC tiene en cuenta un grupo de otras entradas que llegan a él,
procedentes de varios sensores, que vigilan el comportamiento de los factores que influyen en el
proceso de combustión, estas entradas son procesadas electrónicamente y sirven para modificar el
tiempo de apertura del inyector a la cantidad exacta.
Las UPC están preparadas para ignorar los sensores cuando hay una avería de algunos de ellos, o
están dando señales fuera del rango normal, y continuar con el programa básico, para permitir el
funcionamiento del motor hasta llegar al taller de reparaciones. Este programa básico no se pierde
aunque la UPC se quede sin alimentación eléctrica al desconectar la batería con el motor apagado.
COMPONENTES DE LA INYECCION ELECTRONICA
De acuerdo al refinamiento el sistema de inyección puede ser más o menos complejo y tener más o
menos sensores, pero en general están compuestos por las partes básicas siguientes.
Los inyectores
1. Mariposa de aceleración
2. El sistema de gasolina presurizada
3. Los sensores
16
4. La unidad procesadora central (UPC)

1. INYECTOR DE GASOLINA
El inyector es el encargado de pulverizar en forma de aerosol la gasolina procedente de la línea de
presión dentro del conducto de admisión, es en esencia una refinada electroválvula capaz de abrirse
y cerrarse muchos millones de veces sin escape de combustible y que reacciona muy rápidamente al
pulso eléctrico que la acciona.
El esquema que sigue ilustra el proceso de inyección de combustible.

fig. 1
El dibujo de la figura 1 representa un motor de pistones durante la carrera de admisión, observe la
válvula de admisión abierta y el pistón en la carrera de descenso. El aire de admisión se representa
por la flecha azul.
Colocado en el camino del aire de entrada se encuentra el inyector de combustible, que no es más
que una pequeña electroválvula que cuando recibe la señal eléctrica a través del cable de
alimentación se abre, dejando pasar de forma atomizada como un aerosol, la gasolina a presión, que
es arrastrada al interior del cilindro por la corriente de aire.
El tiempo de apertura del inyector así como la presión a la que se encuentra la gasolina determinan
la cantidad inyectada. Estos dos factores, presión y tiempo de apertura, así como el momento en
que se realiza, son los que hay que controlar con precisión para obtener una mezcla óptima.
Aunque parezca simple el trabajo del inyector, en realidad puede considerarse una maravilla de la
tecnología teniendo en cuenta que:
1. Cuando un pequeño motor funciona en ralentí el volumen de gasolina inyectada equivale al
de una cabeza de alfiler y lo hace con mucha precisión.
2. El tiempo que tiene para inyectar la gasolina cuando el motor gira a unas 4000 RPM es de
solo 0.00375 segundos es decir algo más de 3 milésimas de segundo, en ese tiempo debe
abrirse y cerrarse con gran exactitud.
El esquema que sigue (figura 2) representa una vista del inyector real. Así luce un inyector de
gasolina real, en él puede verse una bobina eléctrica que cuando se energiza levanta la armadura
17
que sube la aguja y deja abierto el paso del combustible a la tobera por donde sale pulverizado, una
vez que cesa la señal eléctrica, la propia presión del combustible empuja la armadura que funciona
como un pistón y aprieta la aguja contra el asiento cerrando la salida completamente.

Figura 2

2. MARIPOSA DE ACELERACIÓN EN LA INYECCIÓN DE GASOLINA
Al igual que en el carburador la velocidad y potencia del motor se regula con una mariposa
interpuesta en el conducto de admisión, que permite mayor o menor entrada de aire al cilindro del
motor para la combustión. Es evidente que cuanto más esté abierta la mariposa, mayor será el
llenado del cilindro y por tanto será mayor también la cantidad de combustible que debe inyectarse,
por tal motivo acoplado al eje de la mariposa hay una resistencia eléctrica variable que envía al UPC
a través de un cable un valor de resistencia diferente para cada posición de la mariposa, la UPC a su
vez interpreta esto como un grado de apertura de la mariposa, o lo que es lo mismo un llenado del
cilindro determinado, lo que le sirve para decidir el tiempo de apertura del inyector para formar
la mezcla óptima de acuerdo a su programa básico.
Como eso no es estrictamente cierto y el llenado real del cilindro depende también de otros factores
como; la altitud del lugar donde funcione el motor, la mayor o menor resistencia al paso del aire que
tenga el filtro, la velocidad de rotación así como la temperatura y humedad del aire exterior, se
proveen otros sensores que miden estas variables y también envían sus señales a la UPC para
corregir con exactitud el tiempo de apertura y lograr la mezcla óptima real.
Un esquema de esta mariposa puede ser como sigue.
18

Teóricamente para cada apertura de la mariposa se obtiene un llenado determinado del cilindro lo
que es enviado a la UPC como un valor de la resistencia eléctrica acoplada al eje (potenciómetro).
Esta es utilizada como señal primaria para determinar el tiempo de apertura del inyector y por lo
tanto la cantidad de gasolina inyectada.
Los factores adicionales que influyen en el llenado del cilindro lo hacen de la manera siguiente

1. Altitud: A medida que la altura del lugar donde funcione el motor sea mayor, la presión
atmosférica y la densidad del aire se reducen por lo que el llenado del cilindro se hace
menor.
2. Filtro: Si el filtro está parcialmente obstruido por el uso, introduce una resistencia adicional
al paso del aire y por lo tanto el cilindro se llena peor.
3. Velocidad de rotación: Cuando el motor gira rápidamente, la velocidad del aire por los
conductos de admisión crece y con ello crece también la resistencia al paso por lo que a más
velocidad menos llenado.
4. Temperatura del aire: El aire frío es más denso, por lo que hay más aire en peso, con aire frío
que con aire caliente para el mismo volumen. En la práctica significa que con aire frío el
cilindro se llena más.
5. La humedad: La humedad que contiene el aire es vapor de agua y no es aire, por lo que no
participa en la combustión, su importancia no es muy significativa por lo que por lo general
no se tiene en cuenta como entrada a la UPC.
19
3. SISTEMA DE PRESURIZACIÓN DE LA INYECCIÓN DE GASOLINA
No todos los fabricantes de sistemas de inyección de gasolina utilizan el mismo esquema para el
sistema de gasolina presurizada, el que sigue puede servir como ejemplo básico para entender cómo
funcionan los dos más utilizados

En todos los casos hay una bomba eléctrica que empuja la gasolina desde el depósito al riel donde se
alimentan los inyectores, de donde sale un retorno para mantener circulando cierta parte de la
gasolina y evitar que se caliente demasiado el riel con el calor del motor. El tránsito se hace a través
de un filtro que evita la entrada de impurezas al sistema.
La regulación de presión puede hacerse con el uso de un acumulador e interruptor de presión, que
apaga y enciende la bomba manteniendo la presión constante, o bien sin el acumulador pero con un
regulador a la salida del riel que mantiene la presión constante y la bomba funciona
permanentemente.
Esquema del sistema sin acumulador de presión.

Observe que la bomba debe funcionar siempre para que el regulador de presión mantenga la línea
presurizada permanentemente.
20
4. SENSORES DE LA INYECCIÓN DE GASOLINA
Hay diversos diseños de sistemas de inyección de gasolina que utilizan diferentes juegos de sensores
para medir factores que influyen el proceso de inyección y enviar su señal a la UPC, podemos poner
como más comunes los siguientes:
1. Posición de la mariposa
2. Presión absoluta en el múltiple de admisión
3. Temperatura del aire de entrada
4. Temperatura del refrigerante del motor
5. Velocidad de rotación del motor
6. Sensor de la posición del cigüeñal
7. Cantidad de oxígeno en los gases de escape
Las señales de estos sensores modifican el programa básico de la UPC a fin de perfeccionar el
tiempo de apertura del inyector y con ello ajustar exactamente la preparación de la mezcla airegasolina. Esquemáticamente podía representase así (figura 1).

Están representados los sensores más generales que aparecen en los sistemas de inyección de
gasolina.
Los sensores primarios son; el de la posición de la mariposa y el de la posición del distribuidor, estos
son los que van a indicarle a la UPC el tiempo de apertura por defecto del inyector y el momento en
que esta apertura debe hacerse.
Los otros corrigen el programa básico para ajustar con exactitud la mezcla.
21
Sensor Posición de la mariposa
Ver mariposa de aceleración en la inyección de gasolina.
Sensor de presión absoluta de admisión del automóvil
El aire entra al cilindro del motor durante la carrera de admisión debido a la presión absoluta que
tiene el aire del exterior que es empujado a ocupar el espacio vacío dejado por el pistón al
descender, si no hubiera ningún impedimento físico la presión absoluta del aire a la entrada de la
válvula de admisión sería la presión atmosférica, pero esto no es así. Desde el exterior hasta la
válvula hay un conducto más o menos largo y un filtro, que introducen resistencia al paso del aire,
haciendo la presión efectiva en la entrada de válvula siempre menor que la del exterior, además esta
presión real se modifica con el tiempo por la paulatina obstrucción del filtro, si sumamos a esto, que
la presión atmosférica disminuye con la altura del lugar y un automóvil debe trabajar también en las
montañas, debemos medir constantemente la presión absoluta en el conducto de admisión y enviar
una señal a la UPC para que corrija la cantidad de gasolina inyectada, pues el cilindro se llenará más
o menos dependiendo de este valor.
Sensores de temperatura del automóvil
En la inyección de gasolina se usan dos sensores para medir temperatura.
1. Sensor de la temperatura del aire de admisión
2. Sensor de la temperatura de motor
Los dos factores influyen en la cantidad de gasolina que debe inyectarse por eso la UPC recibe sus
señales y así rectifica con exactitud el tiempo de apertura de los inyectores.
Influencia de la temperatura del motor
Cuando el motor está frío, parte de la gasolina que entra al cilindro se deposita como líquido en las
paredes de este y no participa en la evaporación que debe producirse dado el calentamiento del aire
en la carrera de compresión, por lo que la mezcla final de aire y vapores de gasolina es demasiado
pobre y no se inflama, o lo hace con dificultad. Por tal motivo durante el tiempo en que el motor se
calienta debe inyectarse algo más de gasolina para compensar este problema.
Influencia de la temperatura del aire de admisión
Hay una relación entre la temperatura del aire y su densidad, de manera que mientras más frío está
el aire, mas cantidad en peso de este hay por unidad de volumen, lo que traducido al llenado del
cilindro significa, que si este se llena con aire frío, tendrá más aire que cuando lo hace con aire
caliente. Como el automóvil se construye para funcionar desde las gélidas montañas hasta los
calurosos desiertos, este factor debe medirse y compensarse la cantidad de gasolina inyectada cosa
de la cual se encarga la UPC.
Sensor de velocidad del motor RPM
Para que la UPC pueda dosificar con exactitud la cantidad de gasolina que debe inyectar, debe
conocer a que velocidad gira el motor debido a que este factor influye en el llenado del cilindro con
22
aire. A medida que aumenta la velocidad de giro el pistón, este aspira el aire más rápidamente, por
lo que la velocidad del flujo aumenta y con ella aumenta también la resistencia al paso del aire que
ofrecen los conductos, el filtro y la propia abertura de las válvulas en la carrera de admisión, razón
por la cual entra menos aire. Es evidente entonces que debe inyectarse menos gasolina para
mantener la mezcla en las proporciones adecuadas. Hay además dos factores adicionales muy
importantes que hacen necesario el conocimiento de la velocidad de rotación que son:
1. Cuando se suelta el acelerador y el automóvil se detiene, el motor debe funcionar a un
número de revoluciones por minuto bajas (ralentí) pero nunca detenerse, aunque la carga
suba o baje (por ejemplo cuando apaga o enciende el compresor del aire acondicionado).
2. Cuando el automóvil funciona cuesta abajo y el acelerador está suelto, el motor es
arrastrado por el vehículo, en ese momento no es necesario ni conveniente inyectar gasolina
alguna
En estas dos últimas situaciones la UPC, teniendo en cuenta las señales procedentes del sensor de la
mariposa de aceleración y del de la velocidad del motor, puede hacer estas funciones, que además
de representar estabilidad de trabajo en la primera, representan economía de combustible y
reducción de la contaminación producida por el motor en la segunda.
Sensor de posición del cigüeñal en la inyección de gasolina
El momento en que la UPC debe enviar el pulso eléctrico al inyector para abrirlo, debe corresponder
con el tiempo en que está abierta la válvula de admisión y se produce la aspiración de aire del
exterior, se indica con un sensor normalmente colocado en el distribuidor del encendido, que
funciona en perfecto sincronismo con el motor. Este sensor manda un pulso a la UPC indicándole el
momento en que debe abrir el inyector y a cual cilindro del motor le corresponde.
Sensor de oxígeno del automóvil
Este sensor está colocado en el tubo de escape cerca del motor, y su función es detectar la presencia
de oxígeno sobrante en los gases de escape. La señal que envía a la UPC corrige la cantidad
de gasolina inyectada de manera que siempre exista una cantidad de oxígeno sobrante en los gases
de escape y así garantizar el funcionamiento del convertidor catalítico, de uso obligado en algunos
países. Por las difíciles condiciones de trabajo de este sensor (altas temperaturas y ambiente
agresivo) es uno de los menos duraderos. Un buen sensor de oxígeno mantiene la emisión de
monóxido de carbono en cero o muy próximo a cero en conjunto con el trabajo del convertidor
catalítico.
5. UNIDAD PROCESADORA CENTRAL (UPC)
Este es el "cerebro" del sistema de inyección de gasolina y se conoce también como "Unidad de
Control Electrónica" o ECU del acrónimo en inglés "Electronic Control Unit".
Estas computadoras tienen innumerables componentes electrónicos en su interior entre los que
podemos mencionar a los microprocesadores, en gran número, montados en una placa impresa con
cobre, que le permiten realizar cálculos de los más variados tendientes a mejorar la eficiencia del
automóvil.
23
Todas las funciones que poseen las computadoras son controladas por un programa (software) que
está escrito por especialistas en sus respectivas áreas, siendo éste guardado dentro la misma en
circuitos integrados llamados memorias.
Como es de imaginarse, las computadoras de los vehículos deben estar protegidas contra polvo,
agua, aceite, vibraciones, temperatura (pueden funcionar entre -40ºC y + 140ºC), una gran variedad
de otros contaminantes y fundamentalmente no deben fallar.
Para el control del sistema de inyección la computadora debe conocer cuánto aire entra al motor en
un determinado instante. Esto se hace mediante un sensor de flujo cuyos datos son procesados por
la computadora con otras informaciones tales como la temperatura del aire, la presión y la velocidad
del motor. Todas estas últimas informaciones o datos son proporcionados por sensores colocados
adecuadamente en diferentes partes del motor y conectados a la computadora y con estos datos, la
ECU realiza millones de cálculos por segundo para efectuar las correcciones necesarias a los
inyectores. Esta calcula y procesa las señales de los sensores y envía la información al sistema de
inyección que es el encargado de permitir el paso del combustible al motor.

El interior de una UPC tiene una tarjeta
impresa y los componentes electrónicos
apropiados para su trabajo.

Exteriormente es una pequeña caja metálica
cerrada y hermética para evitar la entrada de
humedad
con
las
entradas
y
salidas
correspondientes.

MANTENIMIENTO
Para un buen mantenimiento del sistema de alimentación del vehículo debe:
Mantener limpios los filtros de aire y gasolina para que el carburador o los inyectores no se
obstruyan. Si el filtro está sucio, el motor consumirá una cantidad mayor de combustible.
Verificar el estado de los conductos, la bomba de alimentación y el tubo de escape. Es importante
hacer una comprobación periódica de los gases de escape.
Revisar el estado del carburador o de los inyectores. Realizando afinación al sistema en intervalos
recomendados por el fabricante.
24
Comprobar con el vehículo en marcha, que el sistema de encendido responde a los estados de
potencia exigidos por el motor.
Utilizar el combustible adecuado para el vehículo, si es un motor de alta relación de compresión,
(mayor a 9.8 a 1) es necesario usar gasolina de alto octanaje para evitar el pre encendido.

PREGUNTAS
¿Cuáles son los tipos de alimentación de combustible de un motor 4 tiempos?
¿Qué sistemas de inyección de combustible es más eficiente?
¿Existen mejoras a los sistemas de inyección que se utilicen actualmente?
25
CONCLUSIONES

El sistema de alimentación es el encargado de llevar la mezcla de aire combustible a la cámara de
combustión.
Desde que se invento el motor de gasolina, se inicio con el carburador que una obra de precisión
para lograr este objetivo, actualmente con la ayuda de las computadoras y elementos electrónicos la
alimentación se hace de forma mas eficiente y confiable.
El objetivo de las investigaciones en este campo es lograr que con estos sistemas los motores
reduzcan la contaminación que producen.
26
BIBLIOGRAFIA

ARIAZ PAZ Manuel. Manual de automóviles. Editorial DOSSAT.Madrid. 2004. Edición 55.Pagian 171 a
206

SABELOTODO.ORG. Blog de auto mecánico. Sistemas de preparación de mezcla
http://www.sabelotodo.org/automovil/prepmezcla.html 2012.

AUTOMOVILISTA EFICIENTE. Leonardo Adan. Direccion de transporte CONAE. El sistema de
combustible del motor de combustión interna. Revista automotriz. 2009.

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  • 1. 1 SISTEMAS DE ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE AUTOMOTRIZ JULIAN RIVERA QUINTERO MOTORES A GASOLINA Prof. Rodrigo A. Londoño Perez MEDELLIN I.U.P.B 2013
  • 2. 2 CONTENIDO INTRODUCCION 3 SISTEMA DE ALIMENTACION DEL MOTOR A GASOLINA__________________________ 4 EL CARBURADOR COMPONENTES D EL CARBURADOR CARBURADOR ELEMENTAL 5 8 9 SURTIDOR RALENTI 9 COMPENSADOR 10 SURTIDOR DE MEDIA MARCHA 11 BOMBA DE ACELERACION 12 COMPESADOR DE PRESION 13 MARIPOSA ARRANQUE EN FRIO (CHOQUE) 13 INYECCION DE COMBUSTIBLE 14 COMPONENTES DE LA INYECCION 29 15 INYECTOR 16 MARIPOSA DE ACELERACION 17 SISTEMA D EPRESURIZACON 19 SENSORES 20 UNIDAD PROCESASDORA CENTRAL 22 MANTENIMIENTO 23 PREGUNTAS 24 CONCLUSIONES 25 6 26 6 BIBLIOGRAFIA
  • 3. 3 INTRODUCCION El funcionamiento del motor de gasolina depende de varios sistemas, como el sistema de alimentación de combustible, que el siguiente trabajo pretende mostrar; debido a los avances que han tenido esto sistemas mostraremos de forma generalizada los principales sistemas conocidos (el carburador y el sistema de inyección multipunto). Para esto se consultaron diferentes fuentes literarias y blogs de mecánica automotriz en internet.
  • 4. 4 SISTEMA DE ALIMENTACION DEL MOTOR A GASOLINA Para que el motor de gasolina funcione adecuadamente, debe prepararse la mezcla de aire y combustible de manera adecuada. Esta mezcla comienza a formarse desde el punto donde se unen gasolina y aire, continua por el conducto de admisión, luego durante la carrera de admisión del pistón y termina durante la carrera de compresión, en la cual el calentamiento del aire debido al incremento de la presión (los gases se calientan cuando se comprimen) evapora la gasolina y la mezcla íntimamente con el aire. Químicamente hablando, existe una cantidad exacta de aire (que proporciona el oxígeno) para hacer la combustión de la gasolina sin que sobre ni aire ni combustible, esta cantidad se llama relación estequeométrica, y para las gasolinas comerciales, está entre 14 y 15 veces la cantidad de aire en peso, por la cantidad de gasolina, pero en la práctica, en el motor real no puede usarse esa relación porque parte del combustible saldría por el escape sin quemar, debido al escaso tiempo que tienen para encontrarse y reaccionar los miles de millones de moléculas de oxígeno, con las otras tantas de combustible. En el motor de combustión interna, se introduce al cilindro más aire del estequeométricamente necesario, para garantizar el quemado total del combustible cuando se quiere obtener gases de escape limpios de combustible sin quemar. Esta cantidad de exceso de aire no puede ser indiscriminada, ya que si es demasiado grande, parte de la energía de la gasolina se gasta calentando el aire sobrante, que luego es desechada por el escape reduciendo la potencia y eficiencia del motor, de manera que hay un óptimo que los dispositivos de preparación de la mezcla tratan de seguir lo mejor posible. De acuerdo a los requerimientos a que se destine el motor, este "óptimo" puede ser variable siguiendo más o menos estas reglas generales: 1. Para obtener la máxima potencia se usa algo menos de aire que el necesario. 2. Para obtener la menor producción de gases tóxicos por el escape se una con más aire del necesario. Esta proporción puede variar desde el 95 al 125% de la cantidad de aire estequiométrico. Es bueno aclarar aquí, que para la marcha en vacío (ralentí) o "en baja", resulta necesario usar una mezcla rica en gasolina si se quiere un trabajo estable del motor, por tal motivo este es el régimen más contaminante del motor, y es el clásico problema de contaminación durante congestión de vehículos en las vías, en las grandes ciudades. Lo mismo sucede cuando el acelerador se pisa a fondo para obtener potencia elevada; por ejemplo para adelantar otro vehículo, aquí también debe usarse una mezcla pobre el aire (óptimo para gran potencia). Un gráfico genérico de cómo debe ser la mezcla para un motor de automóvil real es como sigue:
  • 5. 5 Observe que para la marcha en vacío la mezcla se enriquece, haciéndose menor la cantidad de aire (relación aire/combustible disminuye). Luego se establece para los regímenes de trabajo normales del motor a niveles muy próximos a la mezcla óptima (posiciones intermedias del acelerador), para enriquecerse después cuando el motor marcha a gran potencia (acelerador cerca del máximo). Los dispositivos de preparación de la proporción aire-gasolina de la mezcla pueden ser de dos tipos: 1.- El carburador 2.- La inyección de gasolina 1. EL CARBURADOR Los motores de gasolina reciben en el volumen de trabajo sobre el pistón una mezcla de aire y combustible previamente preparada por un dispositivo externo, luego esta mezcla se inflama al saltar la chispa en la bujía y produce un incremento de presión que se convierte en trabajo útil a la salida del cigüeñal. La mezcla de aire y combustible en los motores actuales se logra por dos vías: con el uso del carburador y a través de la inyección de gasolina. Tradicionalmente para producir la mezcla aire-gasolina de los motores se ha utilizado el carburador, pero en los últimos años este ha caído en desuso para los automóviles. El nombre deriva de la palabra carburante que es como se denominaba (y aun se usa) para nombrar al combustible proveedor de la energía del motor. Este dispositivo nacido con los comienzos del motor de manera muy simple, fue evolucionando hasta convertirse en verdaderos ingenios neumo-mecánicos que se ajustaban cada vez más adecuadamente a las necesidades del motor, así como a los requerimientos de control de contaminación elaborados por los gobiernos. Aunque aun son muchos los automóviles que funcionan con carburadores, han ido siendo sustituidos por la inyección de gasolina y puede decirse que la era del carburador está tocando a su fin en el uso automotriz, aunque quedará todavía por mucho tiempo en otros motores como los pequeños motores estacionarios, las motocicletas y similares, donde la complejidad de la inyección de gasolina es un gran problema. Para entender el funcionamiento del carburador es necesario conocer algunos detalles de la mecánica de los fluidos (se llama así a los gases y líquidos). Veamos:
  • 6. 6 TUBO VENTURI FIG. 1 Cuando un fluido circula por un conducto ejerce una cierta presión sobre las paredes del conducto según se muestra en la figura 1. El esquema de la figura 1 representa un segmento de conducto por el que circula un fluido en la dirección de las flechas azules y está representada la presión que ejerce sobre las paredes del conducto con flechas rojas. En la práctica puede ilustrarse el ejemplo con el clásico "chorrito" que sale de la manguera de jardín cuando se agujerea, aun cuando la salida final de la manguera esté abierta y el agua fluye con libertad. La presión ejercida sobre las paredes de un conducto depende, entre otras cosas, de la velocidad del fluido dentro del conducto de forma tal que a mayor velocidad menor presión y a menor velocidad mayor presión. Si en el conducto se hace un estrechamiento la velocidad del fluido crece en la zona del estrechamiento y por tanto disminuye la presión. Si el estrechamiento es suficiente angosto, la velocidad del fluido puede ser tan alta que en lugar de presión se produzca succión sobre las paredes del conducto como se ilustra a continuación en la figura 2. FIG.2 TUBO VENTURI La presión en las diferentes secciones del conducto se han representado con flechas rojas y verá que en la zona del estrechamiento lejos de producirse presión sobre las paredes del conducto se produce vacío. Este dispositivo que produce vacío cuando circula un fluido se conoce como tubo Vénturi, y es la base de funcionamiento del carburador. Si al tubo Vénturi le agregamos una mariposa que obstruya más o menos la entrada de fluido y un tubo surtidor de combustible en el estrechamiento (zona de succión) tendremos el carburador elemental que se muestra en la figura 3.
  • 7. 7 FIG. 3 carburador elemental CARBURADOR ELEMENTAL La aspiración de los pistones del motor fuerza el paso del aire a través del carburador, en la parte estrecha se produce cierto vacío que induce a la gasolina subir desde un recipiente llamado cuba a través del tubo surtidor, el nivel en la cuba no cambia porque se regula a través de una válvula de aguja y un flotador. La gasolina que sale por el surtidor entra en la corriente de aire a elevada velocidad y resulta por ello atomizada y mezclada profusamente con el aire para entrar al interior del cilindro. La mariposa se ocupa de cerrar más o menos el paso del aire y así lograr cambiar la potencia del motor. El carburador elemental no cumple adecuadamente con los requerimientos del motor en todo su rango de trabajo, por lo que se agregan a él, otros artificios neumáticos que acercan la composición de la mezcla en todo el rango de trabajo del motor a la teóricamente óptima y así lograr eficiencia y economía. El gráfico que sigue en la figura 4 muestra una comparación entre la composición teórica necesaria de la mezcla para el funcionamiento óptimo del motor (en verde) cuando crecen las revoluciones por minuto y el comportamiento real que brinda un carburador elemental (en marrón). Puede observarse como se aparta la curva del carburador elemental de las necesidades teóricas del motor, en general a regímenes bajos de velocidad de giro la composición de la mezcla es muy pobre en gasolina; solo a regímenes de velocidades de media a alta las curvas se acercan; y para las altas potencias la mezcla se enriquece demasiado en gasolina y se desperdicia combustible. No obstante, para los motores que funcionan a régimen constante, este carburador bien diseñado
  • 8. 8 para que dé el óptimo a ese régimen, es adecuado, por ejemplo para motores estacionarios con carga fija (sopladores, bombas de agua etc.). Para acercar lo mejor posible la capacidad del carburador elemental de preparar una buena mezcla en todo el rango del trabajo del motor se le agregan diferentes dispositivos como veremos a continuación. COMPONENTES DEL CARBURADOR
  • 9. 9 Carburador elemental como ya hemos visto Curvas de comportamiento La línea roja representa la curva ideal de la riqueza aire-combustible que debe proporcionar un carburador para el automóvil. La línea azul es la que proporciona el carburador elemental, observe la notable diferencia entre ellas. El carburador elemental produce una mezcla muy pobre para poca abertura de la mariposa, y muy rica para grandes aberturas. El valor 14.7 se considera la relación óptima en peso de aire y combustible (A/C) para un motor de gasolina. Se agrega el surtidor de ralentí
  • 10. 10 Curvas de comportamiento Cuando agregamos el surtidor de ralentí se resuelve el problema de la mezcla demasiado pobre en las bajas revoluciones. Este surtidor se coloca en la zona donde el borde de la mariposa se acerca al cuerpo del carburador, lo que produce un segundo estrechamiento cuando la mariposa está casi cerrada y transfiere el efecto Vénturi a esa zona. Note que aun la mezcla resulta pobre para las medias marchas, y demasiado rica para las marchas altas. Se agrega el compensador. En la figura se ha representado en rojo el método de surtidor variable.
  • 11. 11 Curvas de comportamiento En el estudio del carburador elemental se vio que a grandes velocidades y aumento de número de revoluciones del motor, el enriquecimiento de la mezcla aumentaba innecesariamente, aumentando por tanto el gasto de combustible. Si al carburador elemental se agrega además un buen compensador nos acercamos mucho a la curva ideal. Hay cuatro formas principales de compensar el exceso de combustible que da el carburador elemental en las marchas medias y altas, las cuales pueden ser: 1. Surtidor con pozo 2. Doble surtidor 3. Difusor variable 4. Surtidor variable Note que aun para las marchas medias a bajas la mezcla es pobre. Se agrega un segundo surtidor o de de media marcha
  • 12. 12 Curvas de comportamiento Para resolver el problema de la mezcla pobre a medias marchas se agrega un surtidor adicional próximo al surtidor de ralentí que se conoce como surtidor de media marcha, ahora tenemos ya un carburador capaz de satisfacer eficientemente las necesidades del motor del automóvil. Observe que las curvas casi coinciden. A nuestro carburador, que funciona ya como un buen elaborador de la mezcla aire-combustible, le faltan tres cosas para estar completo. 1.- Se agrega la bomba de aceleración El motor del automóvil es una máquina que funciona a regímenes de trabajo muy distintos y en todos los casos el carburador debe responder con prontitud sin alterar demasiado la composición de la mezcla. Un caso particular es cuando se pisa con fuerza el acelerador. Cuando se hace esto se abre de forma rápida la mariposa de aceleración, el aire, que es un gas, reacciona rápido aumentando su flujo, sin embargo, la gasolina que es líquida y por tanto tienen una mayor viscosidad e inercia demora mucho más tiempo en reaccionar, El resultado es una mezcla pobre durante el período de tiempo que transcurre hasta que el flujo de gasolina se establece al nuevo valor más alto. Estos efectos traen como consecuencia que el motor no reaccione como se le ha pedido, por el contrario, se comporta con una potencia muy baja durante ese período e incluso se detiene si el movimiento de la mariposa es brusco y funciona en ralentí.
  • 13. 13 Para resolver este problema se agrega una pequeña bomba inyectora de pistón solidario al eje de la mariposa. Esta bomba inyecta un chorro de combustible a la corriente de aire que mantiene la mezcla rica mientras reacciona el surtidor principal. 2.- Se agrega el tubo de compensación de la presión Como resulta necesario pasar el aire de entrada al motor por un filtro para evitar que las partículas abrasivas deterioren el motor rápidamente y además desde el exterior el aire pasa por algunos conductos más o menos largos antes de llegar al carburador, la succión del motor produce cierto vacío a la entrada del carburador dada la resistencia de estos elementos. Como la gasolina en la cuba está sometida a la presión atmosférica y esta no baja por la resistencia del filtro o los conductos, se produce una succión adicional en la salida del surtidor debido a la resistencia de los conductos que altera la cantidad de gasolina que entrega, ya que se agrega a la succión que ellos producen por naturaleza, dando lugar a una mezcla más rica de la normal que se empeora a medida que el filtro se obstruye con el polvo. Para evitar este efecto la cuba se compensa, es decir, se coloca un conducto desde la entrada del carburador hasta el espacio sobre la gasolina en la cuba para que la presión dentro de la cuba sea igual a la del interior del carburador. 3.- Se agrega la mariposa de arranque en frío Cuando el motor está frío, la gasolina que se mezcla al aire de entrada en el carburador, se deposita parcialmente como líquido, en las paredes de los conductos de admisión y en las del cilindro durante la carrera de admisión, por tal motivo la mezcla que se comprime en la carrera de compresión es
  • 14. 14 demasiado pobre y no enciende cuando salta la chispa en la bujía, imposibilitando el arranque del motor, para resolver este problema, los carburadores están provistos de una mariposa adicional de arranque en frío, que puede ser accionada manual o automáticamente. La mariposa adicional está colocada a la entrada del carburador y bloquea parcialmente la entrada de aire, de este modo la succión del motor actúa de manera acentuada en el surtidor de combustible por lo que la entrada de gasolina por el surtidor aumenta considerablemente. Nota: Para simplificar el dibujo solo se ha colocado la nueva mariposa en el carburador elemental. 2. INYECCION DE COMBUSTIBLE Aunque el carburador nacido con el motor, se desarrolló constantemente hasta llegar a ser un complejo compendio de cientos de piezas, que lo convirtieron en un refinado y muy duradero preparador de la mezcla aire-gasolina para el motor del automóvil en todo el rango de trabajo, no pudo soportar finalmente la presión ejercida por las reglas de limitación de contaminantes emitidas por las entidades gubernamentales de los países más desarrollados y fue dando paso a la inyección de gasolina, comenzada desde las décadas 60-70s principalmente en Alemania, pero que no fue tecnológicamente realizable hasta que no se desarrolló lo suficiente la electrónica miniaturizada. La diferencia conceptual fundamental entre los dos tipos de preparación de la mezcla, es que en el carburador se hace básicamente de acuerdo a patrones más o menos fijos, establecidos de fábrica, que con el uso se van alterando hasta sacarlo de los estrechos índices permitidos de producción de contaminantes, mientras que la inyección de gasolina tiene sensores en todos los elementos que influyen en el proceso de alimentación y escape del motor y ajusta automáticamente la mezcla para mantenerlos siempre dentro de las normas, a menos que se produzca una avería en el sistema. Es notoria la mayor complejidad de la inyección de gasolina con respecto al carburador, lo que la encarece. Para describir como funciona utilizaremos el diagrama de bloques siguiente en la figura 1. FIG. 1
  • 15. 15 Colocado en el conducto de admisión del motor existe una electroválvula conocida como inyector, que al recibir una señal eléctrica, se abre y deja pasar la gasolina al interior del conducto. La línea de entrada al inyector tiene una presión fija mantenida desde el depósito, por una bomba eléctrica asistida por un regulador de presión. El tiempo de duración de la señal eléctrica y con ello la cantidad de gasolina inyectada, así como el momento en que se produce la inyección, los determina la unidad procesadora central en consecuencia con la posición de la mariposa de entrada de aire al motor y las señales emitidas por un grupo de sensores que miden los factores que influyen en la formación de la mezcla. La clave de la inyección de gasolina es la unidad procesadora central (UPC) o unidad central electrónica (UCE), que es un miniordenador cuya señal de salida es un pulso eléctrico de determinada duración en el momento exacto que hace falta (durante la carrera de admisión) al, o los inyectores. La señal principal para hacer la decisión del tiempo de apertura del inyector la recibe de una mariposa colocada en el conducto de admisión en cuyo eje hay montada una resistencia eléctrica variable, así la posición de la mariposa es interpretada por la UPC como más o menos aire al cilindro y por lo tanto más o menos necesidad de gasolina, regulada a través del tiempo de apertura del inyector. El momento exacto de comenzar la apertura del inyector viene de un sensor de posición montado en el árbol de levas o el distribuidor, que le indica a la UPC cuando están abiertas las válvulas de admisión y por lo tanto se está aspirando el aire que arrastrará al interior del cilindro la gasolina inyectada en el conducto de admisión. Este trabajo lo hace la UPC utilizando un tiempo básico que viene con él por defecto y que hace funcionar el motor en condiciones normales, pero que no son las óptimas para el trabajo del motor en otras condiciones. Para ajustar con exactitud el tiempo de apertura de los inyectores y obtener la máxima eficiencia y la mínima emisión de gases tóxicos, la UPC tiene en cuenta un grupo de otras entradas que llegan a él, procedentes de varios sensores, que vigilan el comportamiento de los factores que influyen en el proceso de combustión, estas entradas son procesadas electrónicamente y sirven para modificar el tiempo de apertura del inyector a la cantidad exacta. Las UPC están preparadas para ignorar los sensores cuando hay una avería de algunos de ellos, o están dando señales fuera del rango normal, y continuar con el programa básico, para permitir el funcionamiento del motor hasta llegar al taller de reparaciones. Este programa básico no se pierde aunque la UPC se quede sin alimentación eléctrica al desconectar la batería con el motor apagado. COMPONENTES DE LA INYECCION ELECTRONICA De acuerdo al refinamiento el sistema de inyección puede ser más o menos complejo y tener más o menos sensores, pero en general están compuestos por las partes básicas siguientes. Los inyectores 1. Mariposa de aceleración 2. El sistema de gasolina presurizada 3. Los sensores
  • 16. 16 4. La unidad procesadora central (UPC) 1. INYECTOR DE GASOLINA El inyector es el encargado de pulverizar en forma de aerosol la gasolina procedente de la línea de presión dentro del conducto de admisión, es en esencia una refinada electroválvula capaz de abrirse y cerrarse muchos millones de veces sin escape de combustible y que reacciona muy rápidamente al pulso eléctrico que la acciona. El esquema que sigue ilustra el proceso de inyección de combustible. fig. 1 El dibujo de la figura 1 representa un motor de pistones durante la carrera de admisión, observe la válvula de admisión abierta y el pistón en la carrera de descenso. El aire de admisión se representa por la flecha azul. Colocado en el camino del aire de entrada se encuentra el inyector de combustible, que no es más que una pequeña electroválvula que cuando recibe la señal eléctrica a través del cable de alimentación se abre, dejando pasar de forma atomizada como un aerosol, la gasolina a presión, que es arrastrada al interior del cilindro por la corriente de aire. El tiempo de apertura del inyector así como la presión a la que se encuentra la gasolina determinan la cantidad inyectada. Estos dos factores, presión y tiempo de apertura, así como el momento en que se realiza, son los que hay que controlar con precisión para obtener una mezcla óptima. Aunque parezca simple el trabajo del inyector, en realidad puede considerarse una maravilla de la tecnología teniendo en cuenta que: 1. Cuando un pequeño motor funciona en ralentí el volumen de gasolina inyectada equivale al de una cabeza de alfiler y lo hace con mucha precisión. 2. El tiempo que tiene para inyectar la gasolina cuando el motor gira a unas 4000 RPM es de solo 0.00375 segundos es decir algo más de 3 milésimas de segundo, en ese tiempo debe abrirse y cerrarse con gran exactitud. El esquema que sigue (figura 2) representa una vista del inyector real. Así luce un inyector de gasolina real, en él puede verse una bobina eléctrica que cuando se energiza levanta la armadura
  • 17. 17 que sube la aguja y deja abierto el paso del combustible a la tobera por donde sale pulverizado, una vez que cesa la señal eléctrica, la propia presión del combustible empuja la armadura que funciona como un pistón y aprieta la aguja contra el asiento cerrando la salida completamente. Figura 2 2. MARIPOSA DE ACELERACIÓN EN LA INYECCIÓN DE GASOLINA Al igual que en el carburador la velocidad y potencia del motor se regula con una mariposa interpuesta en el conducto de admisión, que permite mayor o menor entrada de aire al cilindro del motor para la combustión. Es evidente que cuanto más esté abierta la mariposa, mayor será el llenado del cilindro y por tanto será mayor también la cantidad de combustible que debe inyectarse, por tal motivo acoplado al eje de la mariposa hay una resistencia eléctrica variable que envía al UPC a través de un cable un valor de resistencia diferente para cada posición de la mariposa, la UPC a su vez interpreta esto como un grado de apertura de la mariposa, o lo que es lo mismo un llenado del cilindro determinado, lo que le sirve para decidir el tiempo de apertura del inyector para formar la mezcla óptima de acuerdo a su programa básico. Como eso no es estrictamente cierto y el llenado real del cilindro depende también de otros factores como; la altitud del lugar donde funcione el motor, la mayor o menor resistencia al paso del aire que tenga el filtro, la velocidad de rotación así como la temperatura y humedad del aire exterior, se proveen otros sensores que miden estas variables y también envían sus señales a la UPC para corregir con exactitud el tiempo de apertura y lograr la mezcla óptima real. Un esquema de esta mariposa puede ser como sigue.
  • 18. 18 Teóricamente para cada apertura de la mariposa se obtiene un llenado determinado del cilindro lo que es enviado a la UPC como un valor de la resistencia eléctrica acoplada al eje (potenciómetro). Esta es utilizada como señal primaria para determinar el tiempo de apertura del inyector y por lo tanto la cantidad de gasolina inyectada. Los factores adicionales que influyen en el llenado del cilindro lo hacen de la manera siguiente 1. Altitud: A medida que la altura del lugar donde funcione el motor sea mayor, la presión atmosférica y la densidad del aire se reducen por lo que el llenado del cilindro se hace menor. 2. Filtro: Si el filtro está parcialmente obstruido por el uso, introduce una resistencia adicional al paso del aire y por lo tanto el cilindro se llena peor. 3. Velocidad de rotación: Cuando el motor gira rápidamente, la velocidad del aire por los conductos de admisión crece y con ello crece también la resistencia al paso por lo que a más velocidad menos llenado. 4. Temperatura del aire: El aire frío es más denso, por lo que hay más aire en peso, con aire frío que con aire caliente para el mismo volumen. En la práctica significa que con aire frío el cilindro se llena más. 5. La humedad: La humedad que contiene el aire es vapor de agua y no es aire, por lo que no participa en la combustión, su importancia no es muy significativa por lo que por lo general no se tiene en cuenta como entrada a la UPC.
  • 19. 19 3. SISTEMA DE PRESURIZACIÓN DE LA INYECCIÓN DE GASOLINA No todos los fabricantes de sistemas de inyección de gasolina utilizan el mismo esquema para el sistema de gasolina presurizada, el que sigue puede servir como ejemplo básico para entender cómo funcionan los dos más utilizados En todos los casos hay una bomba eléctrica que empuja la gasolina desde el depósito al riel donde se alimentan los inyectores, de donde sale un retorno para mantener circulando cierta parte de la gasolina y evitar que se caliente demasiado el riel con el calor del motor. El tránsito se hace a través de un filtro que evita la entrada de impurezas al sistema. La regulación de presión puede hacerse con el uso de un acumulador e interruptor de presión, que apaga y enciende la bomba manteniendo la presión constante, o bien sin el acumulador pero con un regulador a la salida del riel que mantiene la presión constante y la bomba funciona permanentemente. Esquema del sistema sin acumulador de presión. Observe que la bomba debe funcionar siempre para que el regulador de presión mantenga la línea presurizada permanentemente.
  • 20. 20 4. SENSORES DE LA INYECCIÓN DE GASOLINA Hay diversos diseños de sistemas de inyección de gasolina que utilizan diferentes juegos de sensores para medir factores que influyen el proceso de inyección y enviar su señal a la UPC, podemos poner como más comunes los siguientes: 1. Posición de la mariposa 2. Presión absoluta en el múltiple de admisión 3. Temperatura del aire de entrada 4. Temperatura del refrigerante del motor 5. Velocidad de rotación del motor 6. Sensor de la posición del cigüeñal 7. Cantidad de oxígeno en los gases de escape Las señales de estos sensores modifican el programa básico de la UPC a fin de perfeccionar el tiempo de apertura del inyector y con ello ajustar exactamente la preparación de la mezcla airegasolina. Esquemáticamente podía representase así (figura 1). Están representados los sensores más generales que aparecen en los sistemas de inyección de gasolina. Los sensores primarios son; el de la posición de la mariposa y el de la posición del distribuidor, estos son los que van a indicarle a la UPC el tiempo de apertura por defecto del inyector y el momento en que esta apertura debe hacerse. Los otros corrigen el programa básico para ajustar con exactitud la mezcla.
  • 21. 21 Sensor Posición de la mariposa Ver mariposa de aceleración en la inyección de gasolina. Sensor de presión absoluta de admisión del automóvil El aire entra al cilindro del motor durante la carrera de admisión debido a la presión absoluta que tiene el aire del exterior que es empujado a ocupar el espacio vacío dejado por el pistón al descender, si no hubiera ningún impedimento físico la presión absoluta del aire a la entrada de la válvula de admisión sería la presión atmosférica, pero esto no es así. Desde el exterior hasta la válvula hay un conducto más o menos largo y un filtro, que introducen resistencia al paso del aire, haciendo la presión efectiva en la entrada de válvula siempre menor que la del exterior, además esta presión real se modifica con el tiempo por la paulatina obstrucción del filtro, si sumamos a esto, que la presión atmosférica disminuye con la altura del lugar y un automóvil debe trabajar también en las montañas, debemos medir constantemente la presión absoluta en el conducto de admisión y enviar una señal a la UPC para que corrija la cantidad de gasolina inyectada, pues el cilindro se llenará más o menos dependiendo de este valor. Sensores de temperatura del automóvil En la inyección de gasolina se usan dos sensores para medir temperatura. 1. Sensor de la temperatura del aire de admisión 2. Sensor de la temperatura de motor Los dos factores influyen en la cantidad de gasolina que debe inyectarse por eso la UPC recibe sus señales y así rectifica con exactitud el tiempo de apertura de los inyectores. Influencia de la temperatura del motor Cuando el motor está frío, parte de la gasolina que entra al cilindro se deposita como líquido en las paredes de este y no participa en la evaporación que debe producirse dado el calentamiento del aire en la carrera de compresión, por lo que la mezcla final de aire y vapores de gasolina es demasiado pobre y no se inflama, o lo hace con dificultad. Por tal motivo durante el tiempo en que el motor se calienta debe inyectarse algo más de gasolina para compensar este problema. Influencia de la temperatura del aire de admisión Hay una relación entre la temperatura del aire y su densidad, de manera que mientras más frío está el aire, mas cantidad en peso de este hay por unidad de volumen, lo que traducido al llenado del cilindro significa, que si este se llena con aire frío, tendrá más aire que cuando lo hace con aire caliente. Como el automóvil se construye para funcionar desde las gélidas montañas hasta los calurosos desiertos, este factor debe medirse y compensarse la cantidad de gasolina inyectada cosa de la cual se encarga la UPC. Sensor de velocidad del motor RPM Para que la UPC pueda dosificar con exactitud la cantidad de gasolina que debe inyectar, debe conocer a que velocidad gira el motor debido a que este factor influye en el llenado del cilindro con
  • 22. 22 aire. A medida que aumenta la velocidad de giro el pistón, este aspira el aire más rápidamente, por lo que la velocidad del flujo aumenta y con ella aumenta también la resistencia al paso del aire que ofrecen los conductos, el filtro y la propia abertura de las válvulas en la carrera de admisión, razón por la cual entra menos aire. Es evidente entonces que debe inyectarse menos gasolina para mantener la mezcla en las proporciones adecuadas. Hay además dos factores adicionales muy importantes que hacen necesario el conocimiento de la velocidad de rotación que son: 1. Cuando se suelta el acelerador y el automóvil se detiene, el motor debe funcionar a un número de revoluciones por minuto bajas (ralentí) pero nunca detenerse, aunque la carga suba o baje (por ejemplo cuando apaga o enciende el compresor del aire acondicionado). 2. Cuando el automóvil funciona cuesta abajo y el acelerador está suelto, el motor es arrastrado por el vehículo, en ese momento no es necesario ni conveniente inyectar gasolina alguna En estas dos últimas situaciones la UPC, teniendo en cuenta las señales procedentes del sensor de la mariposa de aceleración y del de la velocidad del motor, puede hacer estas funciones, que además de representar estabilidad de trabajo en la primera, representan economía de combustible y reducción de la contaminación producida por el motor en la segunda. Sensor de posición del cigüeñal en la inyección de gasolina El momento en que la UPC debe enviar el pulso eléctrico al inyector para abrirlo, debe corresponder con el tiempo en que está abierta la válvula de admisión y se produce la aspiración de aire del exterior, se indica con un sensor normalmente colocado en el distribuidor del encendido, que funciona en perfecto sincronismo con el motor. Este sensor manda un pulso a la UPC indicándole el momento en que debe abrir el inyector y a cual cilindro del motor le corresponde. Sensor de oxígeno del automóvil Este sensor está colocado en el tubo de escape cerca del motor, y su función es detectar la presencia de oxígeno sobrante en los gases de escape. La señal que envía a la UPC corrige la cantidad de gasolina inyectada de manera que siempre exista una cantidad de oxígeno sobrante en los gases de escape y así garantizar el funcionamiento del convertidor catalítico, de uso obligado en algunos países. Por las difíciles condiciones de trabajo de este sensor (altas temperaturas y ambiente agresivo) es uno de los menos duraderos. Un buen sensor de oxígeno mantiene la emisión de monóxido de carbono en cero o muy próximo a cero en conjunto con el trabajo del convertidor catalítico. 5. UNIDAD PROCESADORA CENTRAL (UPC) Este es el "cerebro" del sistema de inyección de gasolina y se conoce también como "Unidad de Control Electrónica" o ECU del acrónimo en inglés "Electronic Control Unit". Estas computadoras tienen innumerables componentes electrónicos en su interior entre los que podemos mencionar a los microprocesadores, en gran número, montados en una placa impresa con cobre, que le permiten realizar cálculos de los más variados tendientes a mejorar la eficiencia del automóvil.
  • 23. 23 Todas las funciones que poseen las computadoras son controladas por un programa (software) que está escrito por especialistas en sus respectivas áreas, siendo éste guardado dentro la misma en circuitos integrados llamados memorias. Como es de imaginarse, las computadoras de los vehículos deben estar protegidas contra polvo, agua, aceite, vibraciones, temperatura (pueden funcionar entre -40ºC y + 140ºC), una gran variedad de otros contaminantes y fundamentalmente no deben fallar. Para el control del sistema de inyección la computadora debe conocer cuánto aire entra al motor en un determinado instante. Esto se hace mediante un sensor de flujo cuyos datos son procesados por la computadora con otras informaciones tales como la temperatura del aire, la presión y la velocidad del motor. Todas estas últimas informaciones o datos son proporcionados por sensores colocados adecuadamente en diferentes partes del motor y conectados a la computadora y con estos datos, la ECU realiza millones de cálculos por segundo para efectuar las correcciones necesarias a los inyectores. Esta calcula y procesa las señales de los sensores y envía la información al sistema de inyección que es el encargado de permitir el paso del combustible al motor. El interior de una UPC tiene una tarjeta impresa y los componentes electrónicos apropiados para su trabajo. Exteriormente es una pequeña caja metálica cerrada y hermética para evitar la entrada de humedad con las entradas y salidas correspondientes. MANTENIMIENTO Para un buen mantenimiento del sistema de alimentación del vehículo debe: Mantener limpios los filtros de aire y gasolina para que el carburador o los inyectores no se obstruyan. Si el filtro está sucio, el motor consumirá una cantidad mayor de combustible. Verificar el estado de los conductos, la bomba de alimentación y el tubo de escape. Es importante hacer una comprobación periódica de los gases de escape. Revisar el estado del carburador o de los inyectores. Realizando afinación al sistema en intervalos recomendados por el fabricante.
  • 24. 24 Comprobar con el vehículo en marcha, que el sistema de encendido responde a los estados de potencia exigidos por el motor. Utilizar el combustible adecuado para el vehículo, si es un motor de alta relación de compresión, (mayor a 9.8 a 1) es necesario usar gasolina de alto octanaje para evitar el pre encendido. PREGUNTAS ¿Cuáles son los tipos de alimentación de combustible de un motor 4 tiempos? ¿Qué sistemas de inyección de combustible es más eficiente? ¿Existen mejoras a los sistemas de inyección que se utilicen actualmente?
  • 25. 25 CONCLUSIONES El sistema de alimentación es el encargado de llevar la mezcla de aire combustible a la cámara de combustión. Desde que se invento el motor de gasolina, se inicio con el carburador que una obra de precisión para lograr este objetivo, actualmente con la ayuda de las computadoras y elementos electrónicos la alimentación se hace de forma mas eficiente y confiable. El objetivo de las investigaciones en este campo es lograr que con estos sistemas los motores reduzcan la contaminación que producen.
  • 26. 26 BIBLIOGRAFIA ARIAZ PAZ Manuel. Manual de automóviles. Editorial DOSSAT.Madrid. 2004. Edición 55.Pagian 171 a 206 SABELOTODO.ORG. Blog de auto mecánico. Sistemas de preparación de mezcla http://www.sabelotodo.org/automovil/prepmezcla.html 2012. AUTOMOVILISTA EFICIENTE. Leonardo Adan. Direccion de transporte CONAE. El sistema de combustible del motor de combustión interna. Revista automotriz. 2009.