INYECCIÓN ELECTRÓNICA EN MOTOCICLETAS
Universidad Auteco 2.013
JUSTIFICACIÓN Con este documento podrás conocer los principios de funcionamiento de los sistemas de inyección electrónica de combustible, al finalizar comprenderás los conceptos tecnológicos básicos, aplicados en los sistemas de inyección electrónica de gasolina para Motos, ser capaz de analizar los desarrollos técnicos y tendencias de desarrollo de los sistemas a estudiar, conocer la técnica de funcionamiento y ser capaz de resolver problemas de averías y puesta a punto de sistemas FI. Explicaremos como la inyección electrónica es diseñada y como trabaja.
Un poco de Historia… Inicios de la Inyección de Combustible Debido a un mayor control de emisión de gases contaminantes, mayor eficiencia en los motores y el desarrollo de la electrónica se han introducido mejoras y asistencias en los sistemas de alimentación de combustible. Cuando el motor de combustión interna se usó para los aeroplanos y automóviles a principios de los años 20, los motores estaban provistos principalmente con un carburador. Sin embargo, los sistemas de carburador con una cámara de flotador tienen problemas para el uso en aeroplanos, ya que la posición de un aeroplano no sólo es horizontal sino que se mueve en tres dimensiones.
La temperatura tan baja de las altitudes congelará el combustible. El sistema de inyección de combustible se desarrolló basado en la tecnología de las bombas de inyección de los motores diésel, durante la segunda guerra mundial. Después de la segunda guerra mundial, se adoptaron muchas tecnologías de los aeroplanos a los motores de los automóviles y debido a esto, la inyección de combustible, también se adoptó. La inyección se usó solamente en vehículos de carreras por su elevado costo comparado con el popular carburador. Los automóviles de carreras requieren un alto desempeño y buena respuesta y utilizaban un sistema de multi-carburadores.
Los automóviles de carreras lograron buenos resultados y buen desempeño con la inyección de combustible, debido a las mejoras del sistema de admisión. Así que muchas compañías automovilísticas empezaron su desarrollo.
La Inyección Mecánica. Compañías en Alemania desarrollaron sistemas de inyección; Benz empezó a vender el carro 300SL con un motor con inyección de combustible mecánica en 1957. Esta tecnología se adoptó de un tipo de bomba de inyección tipo émbolo, basada en motores diésel.
Benz lanzó el modelo 200SE en 1958, y este automóvil utilizó un sistema de inyección mecánico pero con un múltiple y un sistema de inyección de grupo en lugar del sistema de inyección directa de los 300SL.
También tenía un sistema para compensar la temperatura del aire de la admisión y la presión atmosférica. Así que éste, era un sistema de inyección mecánico, pero tenía casi el mismo concepto que los motores modernos con inyección electrónica.
Filtro de combustible
Múltiple de combustible
}
Bomba de Combustible alimentación
El Nacimiento de la Inyección Electrónica de Combustible Con el desarrollo de la electrónica y principalmente de los transistores, solucionando problemas de confiabilidad debido al rompimiento cuando alcanzabas temperaturas de trabajo en base a la refrigeración, se logró el avance en los sistemas de inyección electrónica.
Primer Sistema El primer sistema de inyección electrónica fue lanzado por Bendix de los Estados Unidos en 1957. Este sistema de inyección de combustible se llamó Electrojector. El control de emisiones en los años 60 en USA desarrollo la industria. Bosch lanzó un sistema de inyección de combustible en 1967, llamado “DJetronic”. El sistema D-Jectronic detecta la presión negativa de la admisión y calcula el volumen del aire de la admisión. Después, basado en este volumen de aire, decide el volumen de la inyección y controla la relación de aire / combustible.
L-Jetronic Bosch desarrollo en 1972 un sistema de flujo de masa utilizo un medidor de flujo de aire, para detectar el volumen del aire de la admisión llamándolo L-Jetronic logrando un sistema de “quemado pobre”.
K – Jetronic Los fabricantes de automóviles deportivos Europeos, Porsche y Ferrari, aplicaron el sistema de K-Jetronic en sus automóviles de alto rendimiento. La inyección del tipo K-Jetronic, es una columna de inyección continua.
Bosch finalmente llega al primer sistema Motronic: El cual combina la inyección de gasolina del L-Jetronic con un sistema de encendido electrónico a fin de formar un sistema de regulación del motor completamente integrado.
Historia de la inyección electrónica en las motos Durante la implementación del control de las emisiones contaminantes específicamente le efecto invernadero, a nivel mundial las motocicletas fueron consideradas como una porción muy pequeña del total de las emisiones. Por consiguiente, los controles de emisiones no eran aplicados o sólo se hacía de una manera muy lenta y los sistema de inyección de combustible no se requería para el control de gases contaminantes en la motocicleta, además de que era demasiado costosa su implementación comparada con los sistemas de carburador. El rendimiento de los motores con los sistemas de inyección no era diferenciador debido a los múltiples carburadores que se usaban en las motocicletas. El desarrollo en los sistemas electrónicos de los automóviles impulso fuertemente la implementación en las motocicletas a principios de los 80´s.
Primeros Modelos Comerciales Kawasaki desarrolló la Z750GP, la cual usaba un sistema de velocidad de aceleración. Calculaba el volumen del aire de la admisión del motor por medio de la posición del acelerador (mariposa de gases) sensor TPS y las Rpm del motor Sensor CKP. Este sistema funcionaba muy bien en grandes aperturas del acelerador era realmente eficiente para hacer el cálculo de la mezcla aire gasolina en esta condición, pero en bajas rpm y en condiciones de aceleraciones desde abajo era poco eficiente y no realizaba bien el cálculo de cuanta gasolina necesitaba.
Honda desarrolló la CX500 Turbo, la cual utilizaba un sistema de inyección tipo D-Jetronic, el cual detectaba el volumen del flujo de aire que le ingresaba al motor por medio de la presión negativa de la admisión sensor MAP y las RPM sensor CKP. Este sistema funcionaba muy en de bajas a medias RPM, pero en altas no era capaz de medir el ingreso del aire debido a que a grandes aperturas del acelerador de hace 0 en otras palabras el vacío se iguala con la presión atmosférica. Adicionalmente este motor tenia turbo y comparada con la potencia de motos de mayor cilindrada no era necesario la aplicación de esta tecnología, ya que cuando el turbo entraba en operación la respuesta era brusca y difícil de controlar, por lo tanto esta tecnología no fue bien
recibida por el mercado incluso en algunos países fue prohibida su venta por la cantidad de accidentes que se presentaron.
En 1982, Yamaha desarrolló la XJ750D, la cual usaba un sistema de inyección de combustible tipo flujo de masa, descendiente de la tecnología que se aplicó en algunos carros Toyota de competición.
Conclusiones de la historia En conclusión, el control de las emisiones se fue volviendo cada vez más y más estricto, y como resultado, la participación de las emisiones de las motocicletas aumentó. La EU comenzó con el control de las emisiones, seguido por otros países. Actualmente, las motocicletas necesitan reducir las emisiones. Con los sistemas de inyección electrónica de combustible se obtienen buenas emisiones y esta es la clave tecnológica para reducirlas. Por esta razón, la inyección electrónica de combustible es aplicada a muchas motocicletas, no sólo a las motocicletas de altas cilindradas, sino también, a pequeñas scooter y modelos Street de uso urbano y cotidiano. El principal enfoque para el desarrollo de la inyección electrónica es la producción de gases contaminantes, no tanto la potencia ya que las motos contaban con sistemas eficientes como múltiples carburadores y sistemas que entregaban altas potencias en motores de cilindradas similares a las de los autos. Las Primeras Motos con Inyección Electrónica en Colombia A finales de los ochentas llegaron las primeras motocicletas de inyección electrónica “comerciales” a Colombia las K75 y K100 de BMW que contaban con motores de 3 o 4 cilindros en línea pero con disposición de los cilindros horizontales longitudinales a la moto adicionalmente algunas versiones traían las primeras generaciones de sistemas de frenos ABS.
Al final de los ochenta y principios de los 90 llegaron al país las CX 500 turbo de Honda.
A mediados de los noventa llegaron las BMW R 1100GS que contaron con una versión del sistema Motronic de Bosch que controlaba el ingreso de combustible y su vez el sistema de encendido desde una mismo ECU (Unidad de Control Electrónico). En el año 2000 Suzuki introdujo la V-strom 1000 en el 2001, rompiendo esquemas tradicionales, además seguiría acompañado de algunos modelos de Yamaha como la TDM 900, Kawasaki con la ER 6N, y desde este punto podemos decir que llego toda la invasión de tecnología hasta nuestros días con sistemas ABS, Redes CAN, Inmovilizadores, Controles de Tracción, Suspensiones Regulables electrónicamente, etc.
El enfoque en la Combustión Completa y precisa es la razón de la inclusión de los sistemas de inyección electrónica de combustible. La Combustión Es la reacción química entre el oxígeno y la gasolina. Este proceso es exotérmico (es una reacción con desprendimiento de calor). El calor que desprende dilata el gas situado en el interior del cilindro y éste a su vez provoca el desplazamiento del pistón y así un nuevo giro del motor. La Reacción química de la combustión La cantidad de oxígeno contenida por el aire es “teóricamente constante”. Lo mismo ocurre con la proporción de carbono que contiene la gasolina. Teniendo en cuenta este error podemos decir que si la proporción de aire/gasolina es de 14.7 kilogramos de aire por cada kilogramo de gasolina, la combustión que se realiza es completa. Por lo tanto querrá decir que todo el oxígeno contenido en el aire ha reaccionado con todo el carbono contenido en la gasolina, siendo así, los productos que se desprenden de la combustión son: Anhídrido carbónico (CO2) Nitrógeno (N2) Agua (H2O). El volumen del aire de la admisión es decidido por el motor y las condiciones de la conducción y no por el sistema de suministro de combustible. Esto quiere decir que el propósito del carburador y del sistema de inyección de combustible, es el mismo: “suministrar la adecuada cantidad de combustible, que cumpla con los requerimientos del aire de la admisión y poder hacer una buena combustión”. En un carburador que utiliza la relación entre el volumen del aire de admisión y el vació (presión negativa), el combustible se suministra por chorros de acuerdo al valor del vació. En un sistema de inyección de combustible, La ECU (Unidad de control Electrónico) recibe señales eléctricas acerca de las condiciones de funcionamiento del motor y además condiciones del
ambiente, luego calcula el volumen del aire de la admisión, basado en estas condiciones, el calculador determina la duración de la inyección y suministra la cantidad adecuada de combustible para tener una combustión completa. El combustible es el material que se oxida, más un elemento oxidante llamado comburente, de forma general se denomina al oxigeno como el comburente típico, este se encuentra en el aire en una concentración de 21% en volumen. La gasolina está hecha de la mezcla de muchos hidrocarburos, los cuales combinan carbón e hidrógeno. El índice de octano se estableció bajo un estándar de uso comercial para motores a gasolina, este consiste en asignarle valor de 100 al isooctano (máxima explosividad) y el valor de 0 al heptano (explosividad mínima o cero). Así por ejemplo una gasolina de 90 octanos está constituida por una del 90% de isooctano y 10% de heptano. La combustión es una reacción química, la gasolina contiene hidrocarburos y se expresa siguiendo la fórmula de una reacción química. Fórmula 1-1: CaHb + (Gasolina)
x O2 → a /CO2 + (Aire) (Dióxido de carbón)
b /2 H20 (Agua)
Esta relación de la reacción química, la masa de la gasolina y del aire es llamada "relación de Aire – Combustible” (A/C), tengamos presente que esta relación varia acorde a los diferentes combustibles o aditivos como el alcohol que se agrega la gasolina o las gasolinas oxigenadas etc. El volumen del aire de la admisión y la masa del aire El volumen del aire de la admisión es casi decidido por la carrera de admisión. Pero la relación entre el volumen del aire y la masa del aire no siempre es proporcional. La masa del aire depende de: La temperatura La presión atmosférica La humedad.
Sí, la relación A/C cambia de acuerdo a las condiciones del tiempo o del ambiente. La Presión atmosférica La presión atmosférica es baja en las altas altitudes por ejemplo 2600msnm (Bogotá) y como resultado la densidad del aire también es baja. Por ejemplo, si la relación A/C es de 14.7 a nivel del mar y si la motocicleta se mueve hasta una alta altitud, entonces la relación A/C se hará rica debido a que la densidad del aire es baja. Ejemplo 0 msnm CARTAGENA
14.7kg
2600 msnm BOGOTA
12kg
La Temperatura Si la temperatura es alta 40°C, entonces la densidad del aire bajará (igual que en altas altitudes) y como resultado, la masa del aire decrecerá. La relación A/C será más rica en una ambiente de temperaturas altas (barranquilla) como en tiempo de frio (Pasto).
Debemos de tener presente que en países con estaciones climáticas podemos tener temperaturas frías a nivel del mar, no debemos de asociar la temperatura con la altura como sucede en países como el nuestro que no tienen estaciones por estar cerca del meridiano del ecuador. Ejemplo 10°C 36°C PASTO BARRANQUILLA
14.7kg
12kg
La Humedad Si la humedad relativa del ambiente aumenta, entonces la cantidad de agua aumentará en el aire. Como resultado, la masa del aire disminuirá, nuestro país es especial bajo esta condición debido a los altos porcentajes de humedad que tenemos por ser un país tropical.
Ejemplo
10%
Humedad Vapor de agua
60%
La Relación Estequiométrica Cuando la relación de aire y gasolina es la que proporciona una combustión completa se la denomina relación estequiométrica. Una vez queda establecido el valor de la relación estequiométrica, lo usaremos como unidad base para el control de las dosificaciones, usando la letra griega lambda minúscula () como símbolo, que relaciona el volumen de aire aspirado por el motor con la cantidad teórica de aire necesario para realizar una combustión completa, sin variar la cantidad de gasolina aspirada por el motor.
λ=
A/C Actual A/C Estequiométrica
Aire =14.7kg
Mezcla claGasolina Gasolina
Combustible =1kg
Estequiométrica A/C 14.7 (Factor de exceso de aire λ =1)
El valor de lambda () puede moverse en tres zonas, lambda () igual a la unidad (1), lambda () menor que la unidad y lambda () mayor que la unidad. La primera donde lambda () es igual a la unidad, por ser igual el numerador que el denominador, la denominaremos como MEZCLA ESTEQUIOMÉTRICA.
λ=
Volumen del aire Necesidad Teórica del aire
La segunda, donde lambda () es menor que la unidad se trabaja con un defecto de aire, o lo que es lo mismo un exceso de gasolina, a esta mezcla la llamaremos MEZCLA RICA. Por último, en la zona donde lambda () es mayor que la unidad, tendremos una mezcla con un exceso de aire, o lo que es lo mismo un defecto de gasolina, por ello la denominamos comúnmente como MEZCLA POBRE.
Mezclas Ricas:
A/C Actual 10.0
λ=0.68
A/C Estequiométrica 14.7
A=10.0kg
La Escases del aire λ <1
Gasolina =1kg
Ejemplo 2 En el caso donde la cantidad de gasolina es 1kg y la cantidad de aire es 17kg
Mezcla Pobre
A/C Actual 17
λ=1.16
A/C Estequiométrica 14.7
Aire
A=17.0kg
Gasolina =1kg En esta condición, la cantidad de aire es demasiada para la cantidad de combustible, esto se llama “Mezcla pobre".
Conclusiones del Factor Lamba El motor requiere una relación A/C apropiada, no demasiada alta (demasiado pobre) y no demasiada baja (demasiado rica). Si ésta no se suministra, entonces el motor no puede realizar una buena combustión. Si A/C es menor de 8, entonces es demasiada rica y el motor empieza a fallar. Si A/C es más de 20, entonces está demasiado pobre y el motor también fallará. Sin tener en cuenta en que esté funcionando el sistema de suministro, el carburador o la inyección de combustible, el motor necesita la adecuada cantidad de combustible que concuerde con la cantidad adecuada de aire, de otra manera, no se podrá tener una buena combustión. Variación en la producción de los gases de escape Actualmente no es tan importante la potencia, como el consumo o la contaminación. Por ello estudiaremos los efectos que produce la variación de la mezcla sobre los gases de escape. Los gases emitidos por un motor de combustión interna de gasolina son, principalmente, de dos tipos: inofensivos y contaminantes. Los primeros están formados, fundamentalmente, por Nitrógeno, Oxígeno, Dióxido de Carbono, vapor de agua e Hidrógeno. Los segundos o contaminantes están formados, fundamentalmente, por el Monóxido de Carbono, Hidrocarburos, Óxidos de Nitrógeno y Plomo. Inofensivos El nitrógeno es un gas inerte que se encuentra presente en el aire que respiramos en una concentración del 79%. Debido a las altas temperaturas existentes en el motor, el Nitrógeno se oxida formando pequeñas cantidades de Óxidos de Nitrógeno, aunque sea gas inerte a temperatura ambiente. El oxígeno es uno de los elementos indispensables para combustión y se encuentra presente en el aire en una concentración de un 21%. Si su mezcla es demasiado rica o demasiado pobre, el Oxígeno no podrá oxidar todos los enlaces de Hidrocarburos y será expulsado con el resto de los gases de escape.
El vapor de agua se produce como consecuencia de la combustión, mediante la oxidación del Hidrógeno, y se libera junto con los gases de escape. El Dióxido de Carbono producido por la combustión completa del Carbono no resulta nocivo para seres vivos y constituye una fuente de alimentación para las plantas verdes, gracias a la fotosíntesis. Se produce como consecuencia lógica de la combustión. Sin embargo, un incremento desmesurado de la concentración de Dióxido de Carbono en la atmósfera puede producir variaciones climáticas a gran escala (el llamado efecto invertebrado). Recordemos que, cuando disponíamos de una mezcla estequiométrica los gases producidos eran: anhídrido carbónico (CO2), nitrógeno (N2) procedente del mismo aire, y agua (H2O). Pero si no disponemos de la mezcla estequiométrica, los gases de escape se convierten en: Monóxido de carbono (CO) Anhídrido carbónico (CO2) Hidrocarburos (HC) Óxidos de nitrógenos (NOx) Producción de CO El monóxido de carbono o óxido de carbono (CO) es un gas incoloro, inoloro, tóxico y muy peligroso, en concentraciones altas y tiempos largos de exposición puede provocar en la sangre la transformación irreversible de la Hemoglobina, molécula encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones a las células del organismo, en Carboxihemoglobina, incapaz de cumplir esa función. Por eso, concentraciones superiores de CO al 0,3% en volumen resultan mortales. La falta de oxígeno en la combustión hace que ésta no se produzca completamente y se forme Monóxido de Carbono en lugar de Dióxido de Carbono. En un vehículo, la aparición de mayores concentraciones en el escape de CO indica la existencia de una mezcla inicial rica de oxígeno. Producción de CO2 El dióxido de carbono o también llamado anhídrido carbónico (CO2), no es tóxico para el hombre. Cualquier combustión incluso la del mismo ser humano cuando respira, produce anhídrido carbónico. Este gas produce el efecto invernadero que hace elevar la temperatura del planeta, provocando cambios climáticos. Su producción más elevada se presenta para una proporción igual a la estequiométrica, por ser el dióxido de carbono uno de los elementos resultantes de la combustión ideal. Para mezclas pobres desciende al no
realizar una correcta combustión. Por otra parte si la mezcla es rica, el porcentaje de dióxido de carbono también desciende, pero esta vez por motivos distintos. En mezclas ricas, existe más combustible del necesario, por ello no habrá suficiente oxígeno para oxidar completamente todo el carbono, de esta manera se observará un descenso del anhídrido carbónico, al mismo tiempo que se apreciará un aumento del monóxido de carbono. Producción de HC Al trasladar la dosificación hacia mezclas más ricas, observamos un aumento casi exponencial de la producción de hidrocarburos. La causa es la falta de oxígeno, no pudiendo reaccionar completamente todas las cadenas de carbono que conforman la gasolina. Pero si la mezcla es demasiado pobre también aumenta la producción de hidrocarburos, a causa de una mala propagación de la llama, evitando que se realice una combustión completa. Dependiendo de su estructura molecular, presentan diferentes efectos nocivos. El Benceno, por ejemplo es venenoso por sí mismo, y la exposición a este gas provoca irritaciones en la piel, ojos y conductos respiratorios; si el nivel es muy alto, provocará depresiones, mareos dolores de cabeza y náuseas. El benceno es uno de los múltiples causantes de cáncer. Su presencia se debe a los componentes incombustibles de la mezcla o a las reacciones intermedias del proceso de combustión, las cuales son también responsables de la producción de Aldehídos y Fenoles. La presencia simultánea de Hidrocarburos, Óxidos de Nitrógeno, rayos ultravioleta y la estratificación atmosférica conduce a la formación del smog fotoquímico, de consecuencias muy graves para la salud de los seres vivos. Producción de NOX Su producción máxima se presenta en una dosificación ligeramente superior a la estequiométrica. Sin embargo, variando la dosificación, ya sea hacia mezclas más pobres o más ricas, observamos un descenso de la producción de óxidos de nitrógeno. La causa, en ambos casos, es el descenso de temperatura dentro de la cámara de combustión y recordemos que la temperatura era una de las causas de la formación de óxidos de nitrógeno NOX; No solo irritan la mucosa sino que en combinación con Hidrocarburos contenidos en el smog y con la humedad del aire producen Ácidos Nitrosos, que posteriormente caen sobre la tierra
en forma de lluvia acida y contaminan grandes áreas, algunas veces situadas a cientos de kilómetros del lugar de origen de la contaminación. Nota: El Plomo es el metal más peligroso contenido en los aditivos del combustible. Inhalado puede provocar la formación de coágulos o trombos en la sangre, de gravísimas consecuencias patológicas. Se encuentran presente en las gasolinas en forma de Tetra-etilo de Plomo y se utiliza en su producción para elevar su índice de octano y, también, en motorizaciones antiguas como lubricantes de los asistentes de válvulas. En las gasolinas sin Plomo se ha sustituido este metal por otros componentes menos contaminantes que también proporcionan un índice de octano alto, para los convertidores catalíticos que se encuentran en los escapes la presencia de este material destruye su funcionamiento.
Conclusión de la Combustión en motores de explosión Combustible= Gasolina formada por Hidrocarburos (HC) Comburente= Oxígeno (O2) El O2 procede del aire atmosférico (en volumen 21% de O2 y 79% de N2) Combustión ideal con mezcla estequiométrica Aire (14.7Kg)
Gasolina =1kg
Compresión/ Encendido/ Quemado
Nitrógeno (N2)
Anhídrido Carbono (CO2)
Agua (H2O)
Combustión real Gasolina Encendido/Que
Aire
Compresión/ Encendido/ Quemado
Nitrógeno (N2)
Anhídrido Carbono (CO2)
Agua (H2O)
Oxigeno (O2)
Monóxidos de Carbono (CO) Hidrocarburos (HC) Óxidos de Nitrógeno (NOX)
Eliminados con Catalizador
Carbonilla Estequiométrica= Anhídrido Sulfuroso (SO2) Sales de Plomo Oxidantes
Eliminados de la Gasolina
Clasificación de los sistemas de Inyección El objetivo fundamental de un equipo de inyección de gasolina es proporcionar al motor una mezcla de aire y gasolina en las condiciones de preparación adecuadas, para que la combustión se realice rápidamente con un completo quemado de todo el combustible aportado. Con ello, se intenta conseguir la liberación de toda la energía calorífica que el citado combustible puede aportar. Este objetivo básico se ve dificultado por la gran variabilidad que se produce en los requerimientos de un motor de motocicleta, y que provoca que un sólo equipo tenga dificultades para hacer frente a todas estas variaciones. La inyección se impone últimamente como el sistema más eficaz de alimentación, siendo actualmente el sustituto de los carburadores. De acuerdo al número de inyectores La inyección multipunto. La inyección Mono punto. En un sistema de inyección Mono punto (UN INYECTOR) ej. Duke 200 o Downtown 300 se dispone de un solo inyector en una posición similar a la que tendría un carburador. La principal diferencia que tiene el sistema con el carburador es que la cantidad de gasolina inyectada no depende directamente de la depresión en el colector. En un sistema de inyección multipunto de gasolina se dispone de un inyector para cada cilindro (múltiples Inyectores) Ej. Ninja 300 que se encuentra dispuesto en el colector de admisión correspondiente. Esto quiere decir que la alimentación de cada cilindro se produce individualmente y no en conjunto como se hace en el sistema con carburador y en la inyección Mono punto.
Mono punto 1 Inyector
1 Inyector
2 Carburadores
2 Inyectores
Por otra parte también se debe destacar que los inyectores deben estar diseñados con la suficiente precisión como para que se produzca una mejor pulverización en cualquier condición de funcionamiento del motor, lo que permite crear una buena mezcla que proporciona la posibilidad de una oxidación muy rápida. Esto facilita la rapidez de la combustión, reduciéndose el tiempo de retraso, lo que resulta muy importante para motores que giran a altas vueltas. La cantidad de combustible inyectada debe estar, por supuesto, en relación con el aire admitido en el colector de admisión. Por ello el sistema debe disponer de un método para medir el aire. Con la ayuda de los sensores, se consigue determinar la cantidad de combustible necesaria y suficiente para conseguir una mezcla capaz de quemarse en su totalidad en cualquier requerimiento del motor. Introducción Funcional Mono punto A pesar de que los sistemas de inyección de gasolina más avanzados implican grandes mejoras en el funcionamiento de la dosificación, existe el problema del elevado coste que implican. La inyección siempre será más cara que un carburador y, por tanto, esto implicará un precio final del vehículo mayor. Con tal de abaratar costes se intenta simplificar los sistemas tanto mecánica como electrónicamente. Este intento dio lugar a un sistema más sencillo de inyección en que la inyección se produce a través de un único inyector situado en el cuerpo de aceleración en una posición similar a la que ocuparía un carburador. El recorrido de la gasolina empieza desde el depósito de donde es aspirada por una bomba eléctrica de gasolina. De ahí la gasolina pasa a un filtro de gasolina. Pasa después a la válvula de inyección (inyector),
que junto con el regulador de presión forman parte del conjunto de regulación de la inyección del combustible.
En lo que respecta al camino seguido por el aire, como se aprecia en el esquema, primero se encuentra con un filtro de aire para la limpieza de impurezas. Seguidamente pasa por el método para medir el caudal de aire que está ingresando, estos sensores envían la información a la ECU. A partir de ahí se introduce la gasolina adecuada a la cantidad de aire. El paso del aire está regulado por una válvula de mariposa que controla la depresión que se forma en el interior del colector de admisión. La mariposa regula el paso del aire pero el método para medir el aire lo cuantifica para dar información a la ECU, que finalmente ordenara el tiempo de abertura del inyector. La ECU recibirá información de la temperatura del motor, posición de la mariposa de aceleración, régimen de giro del motor y volumen de aire en el colector de admisión. También puede añadirse a estas informaciones la de una sonda Lambda para mejorar la emisión de gases contaminantes. Este sistema es realmente básico y lo podremos encontrar en motocicletas que precisen un control de la inyección para un cilindro, en motores de más de un cilindro es ineficiente debido a que no se puede controlar con precisión la cantidad de gasolina para cada cilindro.
INTRODUCCION FUNCIONAL EN LA INYECCIÓN MULTIPUNTO Los equipos de inyección electrónicos multipunto intentan ser los sistemas de alimentación más exactos y actualmente lo son. Para ello basan su concepción en el uso de la electrónica. Para conseguir una dosificación lo más perfecta posible los equipos de inyección electrónica deben evaluar continuamente una serie de parámetros propios del funcionamiento del motor. Para la determinación de estos parámetros se utilizan múltiples sensores, que son dispositivos eléctricos capaces de determinar una proporcional modificación de la tensión eléctrica (voltaje) de acuerdo con la magnitud física que controlan (temperatura, presión etc.) Los sensores transmitirán a la ECU (Unidad de Control Electrónico) la información que luego será procesada para transmitir las órdenes pertinentes al sistema. Los sistemas electrónicos de inyección multipunto son intermitentes por lo que se deberá disponer de una unidad de control eléctrico que controle la posición del cigüeñal en otras palabras que coordiné el orden en el que se debe de activar el inyector para suministrar la cantidad de gasolina precisa en ese cilindro. Se han desarrollado múltiples sistemas de inyección electrónica multipunto que han ido mejorando su rendimiento con el paso del tiempo. Actualmente se dispone de unos sistemas electrónicos de inyección de gasolina de gran eficiencia y rendimiento que han constituido una gran mejora en el terreno de la preparación de la mezcla en todos los requerimientos del motor y que se han popularizado en infinidad de modelos de motocicletas de serie. Estos sistemas han conseguido acercarse al funcionamiento ideal en todas las situaciones que enfrente la motocicleta. La mejora de rendimiento queda reflejada en una comparativa con un motor de carburador, por el menor consumo, la menor emisión de elementos contaminantes y la mayor potencia obtenida en todos los regímenes del motor.
De acuerdo al lugar donde está el inyector Inyección directa e indirecta. La inyección gasolina puede ser directa si el inyector se encuentra colocado en contacto con la cámara de combustión y lanza el combustible en el interior de ella (Motores GDI), o bien indirecta, si la inyección se produce en una posición anterior a la válvula de admisión, en el colector de admisión.
Sales de Plomo
En los sistemas de inyección de gasolina para motocicletas se utiliza mayoritariamente la inyección indirecta. Los inyectores están situados muy cerca de la válvula de admisión y, además, encarados en una posición favorable para que el cono de aspersión tenga la mayor facilidad de entrada por el orificio de las válvulas. De acuerdo al número de inyecciones Existe la posibilidad de que el combustible se inyecte de forma continua. Esta forma recibe el nombre de inyección continua y se basa en el hecho de que el combustible inyectado se acumula en el colector de admisión mientras la válvula de admisión permanece cerrada. Cuando se abre la válvula se produce la entrada de la mezcla acumulada y de la nueva que se forma. Inyección Continua Los inyectores introducen el combustible de forma continua en los colectores de admisión, previamente dosificada y a presión, la cual puede ser constante o variable. Inyección Intermitente Los inyectores introducen el combustible de forma intermitente, es decir; el inyector abre y cierra según recibe órdenes de la centralita de mando. La inyección intermitente se divide a su vez en tres tipos:
SECUENCIAL: El combustible es inyectado en el cilindro solo cuando la válvula de admisión está abierta, es decir; los inyectores funcionan de uno en uno de forma sincronizada estos se basan principalmente en el mismo orden de encendido. La cantidad de combustible aportado en este sistema, puede resultar muy precisa y estar de acuerdo con la cantidad de aire que haya ingresado al motor. El inyector regula la cantidad de combustible por el tiempo que permanece abierto, y la frecuencia de apertura depende directamente del régimen de giro del motor. SEMISECUENCIAL: El combustible es inyectado en los cilindros de forma que los inyectores solo abren y cierran de dos en dos es decir por parejas o por bancos de trabajo, puede ser incluso cada vez que gira el cigüeñal da 360° se produce una inyección. SIMULTANEA: El combustible es inyectado en los cilindros por todos los inyectores a la vez, es decir; abren y cierran todos los inyectores al mismo tiempo. De acuerdo al método para medir el volumen del aire en la admisión. Existen básicamente dos métodos para medir el aire que está ingresando al motor, estos son el método directo o indirecto. Método directo El sistema de flujo de masa, mide el volumen del aire de la admisión directamente. El método directo se basa en el principio de tener un componente que mide el aire directamente como un caudalimetro, un medidor de hilo caliente entre otros, este método es realmente eficiente para una mezcla exacta pero ocupa mucho espacio en las cajas filtros lo que no es bueno para la evolución de la optimización del espacio hoy en las motos. En el funcionamiento de los motores de motocicleta que manejan el doble de rpm que los de los carros aproximadamente para entregar su potencia el flujo del aire mantendría abierta la paleta por ejemplo del caudalimetro.
La compañía Alemana, Bosch, desarrolló este sistema y lo llamó LJetronic, tomado de la palabra Alemana “Luft” (“Luft” significa Aire). Método Indirecto El método indirecto se basa en hacer un cálculo del volumen del aire de la admisión y se hace utilizando la relación con la presión de admisión del múltiple, el ángulo de abertura del acelerador y la velocidad del motor. Con estos valores la ECU calcula el volumen de aire. El sistema de medición indirecta, que usa la presión de admisión en el múltiple, es llamado “Sistema de densidad de la velocidad”. El sistema de medición indirecta, el cual usa el ángulo de aceleración, es llamado “Sistema de velocidad de la aceleración”. En los siguientes párrafos se explican estos sistemas con más detalle. Método de densidad de la velocidad El método de la densidad de la velocidad determina el volumen de aire de la admisión desde la presión del aire de la admisión (SENSOR MAP) y la velocidad del motor (SENSOR CKP) y calcula el volumen de la inyección del combustible de necesaria (duración de la inyección). Pero el volumen de aire de la admisión simplemente no es proporcional con la presión del aire de la admisión. Por esto, este sistema necesita compensaciones de varios sensores para decidir el volumen exacto de aire. Por otro lado, el sensor de presión del aire de la admisión es más pequeño que el medidor del sistema del flujo de aire.
Este sistema de densidad de la velocidad tiene un diseño libre para ser instalado en la motocicleta y no afecta la respuesta de la aceleración. La compañía Alemana Bosch también desarrolló este sistema de densidad de la velocidad. Este sistema se llamó D-Jetronic, debido a la palabra Alemana "Druck Mengemesser" ("Druck" es la palabra Alemana para la Presión). En los sistemas de inyección actuales se usa este método para medir con precisión cuando la carga del motor es ligera a una velocidad de ralentí o baja, la ECU determina la cantidad de inyección calculándola desde el vacío del acelerador (voltaje de salida del sensor MAP ) Este método se denomina Método D-J (modo de velocidad baja).
ECU Unidad de control
Volumen de inyección q (Señal de inyección)
Inyector
Válvula de aceleración Sensor de presión / Vacio Presión aire admisión P
Velocidad del motor
Ne
q=∝Q/Ne
Método de Velocidad de aceleración El método de velocidad de aceleración determina el volumen de aire de la admisión desde el ángulo de abertura del acelerador (SENSOR TPS) y la velocidad del motor (SENSOR CKP) y calcula el volumen de la inyección de combustible (duración de la inyección). Este sistema detecta directamente el ángulo de aceleración y da una buena respuesta. Por lo tanto, este sistema es utilizado en motores de alto rendimiento. Pero el volumen del aire de la admisión simplemente no es proporcional con el ángulo de aceleración, especialmente a baja velocidad. La relación entre el ángulo de aceleración y el volumen del aire de la admisión es más complicada que en el método de densidad de la velocidad. Por lo tanto, el método de velocidad de la aceleración es usado en combinación con otros métodos, como el método de la densidad de la velocidad. Método α-N: A medida que aumenta la velocidad y que la carga del motor pasa de media a pesada, la ECU determina la cantidad de inyección calculándola desde la abertura del acelerador (voltaje de salida del sensor del acelerador) y desde la velocidad del motor. Este método se denomina Método α-N (modo de velocidad alta).
Método de velocidad de Aceleración ECU Unidad de control electrónica
Volumen de inyección q (Señal de inyección)
Inyector Sensor de posición de aceleración
Velocidad del motor
Ne
Angulo de abertura de aceleración
Válvula de aceleración Múltiple admisión
q=∝f (p,Ne)
f=Función
α
Estructura de Control Electrónico El principio de funcionamiento Calculadores y Actuadores.
se
basa
en
contar
con
Sensores,
Sensores: Transforman las señales físicas como lo son la temperatura del motor, la posición del cigüeñal, la presión atmosférica entre otras en variables eléctricas (variación de voltaje o cambio de frecuencia) enviándoselas al calculador. Calculadores: Es el encargado de recibir las señales eléctricas de los sensores, con esta información calcular la cantidad de gasolina que requiere para esa masa de aire que está ingresando al motor y así lograr las combustiones completas por medio de la activación de los actuadores, a su vez tienes el control de la gestión del motor como puede ser encender el ventilador del radiador. Actuadores: Son los componentes electromagnéticos que finalmente hacen la función mecánica ordenada por el calculador en función de la Gestión del motor, transforman una señal eléctrica en una señal física como el movimiento.
Sistema Kawasaki DFI (Digital Fuel Injection)
1. ECU 2. Batería 12 V 8 Ah 3. Interruptor de punto muerto 4. Sensor de presión del aire de admisión 5. Válvula de conmutación de aire 6. Sensor de temperatura del agua 7. Sensor de velocidad 8. Sensor de caída del vehículo 9. Sensor de oxígeno (modelos equipados)
10. Sensor del cigüeñal 11. Sensor del acelerador principal 12. Inyectores de combustible 13. Actuador de la válvula del subacelerador 14. Sensor del subacelerador 15. Sensor de temperatura del aire de admisión 16. Bomba de combustible
Los sistemas digitales de inyección de combustible (DFI, por sus siglas en inglés) de Kawasaki están diseñados para aumentar el rendimiento, la facilidad de manejo y la eficiencia. Un control preciso de la mezcla de combustible, un mayor kilometraje y menos requisitos de mantenimiento son algunas de las ventajas que tiene el sistema DFI con respecto a un sistema de carburador tradicional. Operación básica del sistema El sistema DFI emplea una microcomputadora que monitorea continuamente los parámetros de operación del motor a través de una serie de sensores. La microcomputadora convierte los datos provenientes de los sensores en “datos digitales”, luego utiliza la información para calcular la sincronización y duración de la inyección para producir la mezcla ideal de combustible. Este sistema de inyección electrónica se basa en la medición de ciertos parámetros, como la cantidad o densidad de aire que ingresa al motor, la temperatura del mismo, la temperatura del motor en el cual está instalado, la cantidad de aceleración que implanta el conductor al y otras más que las seguiremos analizando con el avance del análisis de los sistemas más modernos. Estos parámetros son medidos para “informar” a una computadora, el cual los relaciona y logra enviar señales eléctricas de gran precisión a las válvulas eléctricas (inyectores) ya que logran inyectar combustible con una cierta presión de alimentación. El combustible finalmente pulverizado se mezcla con el aire aspirado por el motor y esta mezcla ideal se combustiona dentro de la cámara. De la perfección de las señales que lleguen al calculador depende la calidad de la mezcla que ingrese al motor, por lo que cada fabricante de motocicletas ha utilizado la mayor cantidad de elementos que supone son los más importantes para tenerlos en cuenta en su sistema, y justamente de estos se derivan las diferencias de los sistemas que los estudiaremos más adelante.
Los tres elemento del sistema de inyección Al entender el proceso que se requiere para inyectar combustible, podemos mencionar ahora que se requieren de tres sistemas básicos en un sistema de inyección: el primero será el sistema de señales o sensores que deberán informar a la computadora de las PARÁMETROS más importantes para una relación ideal de mezcla; un segundo elemento es la alimentación del combustible que debe llegar hasta las válvulas de inyección o inyectores, lo cual alista al sistema para mezclarlo con el aire aspirado y el último elemento es el sistema de control que lo realiza la computadora, es decir, recibe las señales de los sensores, las cuales las transforma en pulsos eléctricos hasta los inyectores, abriéndolos el tiempo requerido para lograr inyectar una cantidad específica de combustible. En el esquema se puede notar los tres elementos que deben trabajar en conjunto para obtener el resultado esperado.
Sistema de Alimentación Una bomba eléctrica de gran potencia aspira el combustible del depósito y lo envía con gran fuerza y caudal hasta una “rampa o flauta de inyectores”. Para ello se filtra primeramente al combustible para evitar que las posibles impurezas dañen a los elementos del sistema de alimentación, inclusive utilizando un filtro amplio y fino antes de la bomba, para que esta última tampoco se dañe o bloquee con las basuras del depósito. Todos y cada uno de los inyectores están conectados a la rampa o flauta, para que el combustible esté listo para ser inyectado cuando se lo requiera. Como la bomba está “sobre dimensionada” en todos los sistemas, tanto en la presión que se requiere como en el caudal de entrega, se necesita de un sistema de control que mantenga en el sistema una presión estable, del cual se encarga el regulador de presión. Este debe mantener la presión para la cual ha sido diseñado el sistema y permite el retorno del excedente al tanque.
Combustible antes de presurizar Combustible Presurizado presurizar Combustible retornado al tanque
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Depósito de Combustible Filtro de Combustible (altas presiones) Regulador de presión de Combustible Tubo de suministro “Rampa de Inyectores” Inyectores de Combustible Mangueras de suministro de Combustible Filtro de Combustible de Malla (baja presión) Bomba de Combustible.
Depósitos de Combustible En las motocicletas de inyección electrónica la principal particularidad del tanque de combustibles se basa en el hecho en el que estos pueden manejar alguna presión a diferencia de los sistemas de carburador que Bomba gasolina requieren de la presión atmosférica para hacer bajar el combustible (usan la gravedad) adicionalmente se han diseñado de manera que la bomba no La compacta bomba gasolina está localizadacomo dentroen delel depósito de gasolina, en pueda succionar aire hasta en de condiciones extremas, caso de parteotra baja.particularidad que posee un depósito de las nuevas nivel muy bajo, generaciones es que se ha usado con más frecuencia los materiales plásticos, evitando la corrosión.
Bomba de Combustible Por la mayor presión de trabajo y por mantener una presión constante y estable en el sistema, en todos los sistemas modernos se ha instalado una bomba eléctrica de gran potencia, la cual debe alimentar a todos los inyectores con caudal y una presión constante. La bomba no es más que un motor eléctrico de imanes permanentes de gran potencia, el cual impulsa a una bomba de rodillos o de paletas.
El primer sistema, es decir la bomba de rodillos es el más utilizado, especialmente en bombas en donde se requiere alimentar con una gran presión. Como la bomba adquiere una temperatura bastante alta durante su funcionamiento, se la ha diseñado para que esté inmersa en el mismo depósito, con lo cual el mismo combustible se encarga de enfriarla. También se ha utilizado este procedimiento, ya que la bomba, al no tener mucha fuerza para succionar el combustible, necesita estar alojada lo más cercana al depósito y en el nivel inferior de este, que es el lugar idóneo para su instalación. Otra particularidad que tiene esta bomba de combustible es la de poseer dos válvulas. La primera es una válvula de seguridad de sobre presión o presión máxima de trabajo y la segunda es una válvula de una sola vía (válvula check), la cual se encarga de evitar el retorno del combustible del sistema hacia el depósito a través de la misma bomba. La válvula de presión máxima está diseñada para que se abra en caso de obstrucción del filtro o del conducto de presión, así como de defectos en el regulador de presión o del mismo sistema, abriendo un conducto de presión hacia el tanque, manteniéndose el combustible circulando entre la bomba y el tanque evitando entregar una presión mayor a la establecida como límite de seguridad. Como lo dijimos anteriormente la bomba de combustible de un sistema de inyección está sobre-dimensionada, ya que la cantidad y la presión que necesitan los inyectores será siempre menor al que puede entregar la bomba. Se la ha diseñado de esta forma, ya que se trata de mantener una presión estable en el sistema, así como un caudal suficiente de entrega, para que los inyectores puedan enviar a los cilindros la cantidad necesaria sin restricciones, aún en casos extremos de aceleración bruscas, de taponamiento de los filtros, y hasta una mala alimentación de tensión eléctrica a la bomba. Generalmente se han diseñado bombas de combustible para que tengan una vida útil igual que la de un vehículo, razón por la cual generalmente está sellada, sin oportunidad de reparación.
Cuando el rotor es movido por el motor se produce entre la parte delantera y la posterior de la ranura del álabe una presión diferencial, como si estuviera visto en dirección angular, debido a la fricción del fluido. Este proceso tiene lugar continuamente, causando que la presión del combustible suba. El combustible presurizado se deja salir, entonces, de la cámara de la bomba y se descarga a través del contorno del motor y la válvula antirretorno.
FILTRO DE COMBUSTIBLE Es el elemento del sistema que ha sido diseñado para proteger de suciedades a los inyectores y al regulador de combustible, así como al resto de elementos del sistema de alimentación. Es prácticamente el único elemento del sistema de inyección que está expuesto a un mantenimiento y recambio periódico (en las unidades que es remplazable), ya el resto de elementos han sido diseñados para funcionar un largo período, sin necesidad de mantenimiento. Es por estas razones que se requiere de un control importante en el cambio periódico del mismo, cambio que se intensificará si las condiciones del combustible, por suciedad o mala calidad así lo requieren. El filtro está diseñado de un papel micro poroso de alta calidad. El cual puede retener impurezas hasta de 2 a 3 micrones. Este papel es enrollado dentro de un cuerpo plástico. Dependiendo de la calidad del sistema y de la duración de su poder de filtrado, los fabricantes lo construyen de diferente tamaño, el cual le puede brindar un tiempo más prolongado de cambio. Es muy importante entender que, el constructor ha diseñado su Filtro de combustible para que dure, en condiciones normales, el tiempo que recomienda su cambio está incluida en los manuales de servicio, es sabido que dentro de las condiciones ideales mencionadas no está contando la mala calidad de nuestro combustible, ni la presencia del agua en él y tampoco la mayor cantidad de impurezas que están presentes, Por estas razones, es recomendable indicar que la experiencia propia es un factor de gran ayuda para determinar el período de remplazo de los filtros, evitando
de esta forma contaminar los elementos que requieren absoluta limpieza y ausencia total de agua. Otro factor importante que mencionamos es que, la calidad y la cantidad del papel filtrante de un filtro original no tiene competidor con filtro “parecidos”, ya que la duración recomendada se verá notablemente reducida al utilizar falsificaciones o filtros de mala calidad. Filtros de alta presión
Filtro de Baja Presión SUCIO
LIMPIO
EL Regulador de Presión Como ya se ha dicho, se requiere de un elemento capaz de mantener una presión estable en la rampa de inyectores, presión con la cual deberá trabajar el sistema y el cual podrá inyectar un caudal exacto de combustible. Si la presión fuera variable o inestable, para una señal en tiempo de inyección generada por la computadora, el caudal inyectado sería también inestable, lo que ocasionaría una incorrecta mezcla aire combustible que admita el motor. Si existe una mezcla mal lograda, automáticamente la combustión y la potencia del motor disminuirán notablemente, generando además una contaminación mayor en los gases quemados que se dirigen a la Atmósfera. Es por ello que se necesita de una gran exactitud de la presión existente en los inyectores y este trabajo lo realiza el regulador de presión. El regulador está conformado de dos cámaras, separadas ellas por un muelle calibrado. En la primera cámara existe un conducto de entrada del combustible y un conducto de salida o retorno, el cual está taponado por una válvula de asiento plano, la misma que es presionada por el muelle que empuja al diafragma.
Cuando la presión de alimentación de la bomba ha llenado a esta cámara, la presión empieza a aumentar, hasta lograr vencer la tensión del muelle calibrado, empujando al diafragma y abriéndose la válvula de salida, con lo cual el combustible retorna al depósito. En la segunda cámara, se encuentra alojado el muelle calibrado que controla la presión a lo establecido por el sistema en relación al número de inyectores, la cilindrada entre otras consideraciones que requieran tener más o menos presión. En la mayoría de sistemas se ha optado por utilizar un valor referencial que es de aproximadamente 2.5 bar (35.5 lb/pulg ²) para algunos sistemas hasta 3.5 bar (49.7 lb/pulg ²) aunque existen variaciones en este valor, dependiendo del diseño del constructor, normalmente siempre se van a mover por estos rangos pero para pruebas de diagnóstico es necesario contar con el dato del manual de servicio como referencia.
Salida
Asiento
Cámara del Resorte
Válvula
Diafragma Resorte
Otro Diseños de regulador de presión
Retorno combustible
Rampa de Inyectores Para mantener una presión igual en todos y cada uno de los inyectores del sistema, se ha diseñado un elemento que esté conectado con ellos y al cual se le pueda alimentar del combustible proveniente de la bomba. Este elemento es una rampa o “flauta”, llamada así por su forma. La rampa no es más que un cuerpo hueco, generalmente plástico en donde están conectadas las tomas de alimentación de los inyectores. Bomba de Combustible completa integrada con filtro de baja, filtro de alta, regulador de presión e indicador de reserva de combustible.
TIEMPO DE INYECCIÓN (VOLUMEN BASICO DE INYECCIÓN) El sistema de inyección electrónica requiere de varios sensores que detecten los valores importantes que deben ser medidos, para que con esta información pueda determinar el calculador el tiempo de actuación de los inyectores y con ello inyectar la cantidad exacta de combustible. Existen parámetros muy importantes, como son por ejemplo la temperatura del refrigerante del motor, la temperatura del aire aspirado, a cantidad de aire aspirado por el motor, el número de revoluciones, la cantidad de aceleración y muchos otros, todos ellos que sirven de señales eléctricas para la computadora, la misma que los traduce en valores y determina la cantidad de combustible a inyectarse. Para las compensaciones al tiempo básico se determinan según las señales procedentes de varios sensores que detectan las condiciones del motor y de la conducción.
Sensores Sensor TPS Sensores de Posición de la Mariposa (Throttle Position Sensor) Instalado en el cuerpo del colector de admisión (cuerpo de aceleración) está conectado a la mariposa que regula el paso de aire. Por medio de un potenciómetro varia el voltaje de la señal suministrada al ECU. Este sensor suministra la información de la posición exacta de la mariposa que le sirve al calculador para saber cuáles son los requerimientos del conductor para la moto aceleración, ralentí en otras palabras logra incrementar la potencia cuando se lo requiere. El Potenciómetro localizado en el eje de la Mariposa no es más que una resistencia que varía con el movimiento angular del eje. Se alimenta con una tensión definida (5 voltios) en dos de sus tres pines (alimentación – masa – señal) y por el tercer pin sale una señal variable de voltaje, señal que se dirige al calculador. La Computadora, al recibir la primera señal, Voltaje Bajo (mariposa cerrada) identifica como “ralentí” esta información es importante para controlar los actuadores de ralentí (Ejemplo Válvula ISC), cuando el motor lleva un margen de revoluciones superior por ejemplo cuando pasamos de abrir el acelerador y lo soltamos en un semáforo que se encuentra en rojo el calculador interpreta esta señal como "desaceleración" y no envía señal a los inyectores, dejando de inyectar en ese momento para evitar "desperdicio de combustible" en esta etapa, hasta que el motor baje hasta aproximadamente a las 1.800 RPM o cerca al ralentí de cada motor en específico, momento en el cual, los inyectores vuelven a inyectar. Esta característica se presenta solamente en los sistemas de Inyección, debido a que, a diferencia de los sistemas de alimentación con carburador, en los cuales se desperdicia combustible en estas etapas de trabajo del motor, esta función es diseñada para que la ECU trabaje en forma económica, reduciendo considerablemente el consumo de combustible del motor. En el caso cuando el voltaje de señal de este sensor supera su rango de mariposa cerrada entra en la lectura de aceleración que significa primeramente un incremento en el combustible inyectado junto con un adelantó en el punto de encendido para que el motor reaccione y responda con agilidad.
La ventaja de este tipo de TPS con potenciómetro radica fundamentalmente en que el calculador puede saber con exactitud la posición del acelerador y el ángulo de apertura de la mariposa, con lo cual puede calcular con mayor exactitud el caudal de combustible que debe de inyectar. Adicionalmente con este sensor el fabricante puede administrar mejor el torque que se puede obtener del motor, adelantando o retardando el punto de encendido, de acuerdo a las necesidades.
A) Sensor TPS B) Conector Sensor TPS
Sensor TPS
Diagrama Eléctrico KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
Diagrama Eléctrico TPS KAWASAKI Ninja 300 (Sistema Keihin)
1. 2. 3. 4.
ECU Sensor TPS Junta Impermeable (Voltaje de Referencia +) Junta Impermeable (Masa de los Sensores -)
Grafica con Osciloscopio Lo que debemos observar: El osciloscopio debería comenzar su trazo en el momento que comenzamos a mover el eje de la mariposa. La señal de voltaje deberá subir suavemente, luego bajar suavemente (dependiendo de la velocidad de la apertura y cierre) Los picos, las interrupciones o las caídas intermitentes de voltaje en la forma de onda indican un problema en el sensor. Comprobación: Con la referencia del manual de servicio para la motocicleta del modelo y año en específico se puede medir la salida de voltaje en el cable de señal, el manual nos entrega el valor de voltaje que debe de entregar este sensor con la mariposa cerrada, junto con el valor totalmente abierto, los dos datos de referencia son importantes, pero el dato de mayor relevancia es el de mariposa cerrada ya que este afecta seriamente la posible pérdida de ralentí y un poco el aumento del consumo de combustible. Por ser una señal tan precisa actualmente Kawasaki brinda el valor de voltaje en precisión de milésima de voltio Voltaje de salida Estándar: 1,020 a 1,050 V CC al ralentí. 4,212 a 4,322 V CC a pleno gas (referencia). La precisión en el voltaje es tan importante para este sensor en las motocicletas Kawasaki que debemos de tener en cuenta la siguiente nota. NOTA Abra el acelerador y verifique que el voltaje de salida aumenta. El voltaje estándar se refiere al valor cuando los datos del voltaje durante la inspección del voltaje de entrada son exactamente 5 V. Cuando el voltaje de entrada es diferente a 5 V, derive un rango de voltaje del modo siguiente. Ejemplo: En el caso de un voltaje de entrada de 4,75 V. 1,020 × 4,75 ÷ 5,00 = 0,969 V 1,050 × 4,75 ÷ 5,00 = 0,998 V Por tanto el rango válido es 0,969 a 0,998 V
Sensor MAP Sensor de Presión de la Admision (Atmosferica y/o Admision “Vacio”) (Manifold Absolute Pressure) Inicialmente se lo utilizaba en los sistemas de Encendido Electrónico, como medidor de depresión del motor, enviando al Módulo electrónico la señal, calculando el Módulo esta aspiración y relacionándola para adelantar o retardar el punto de encendido del Motor. Como su regularidad es notable, se inició aplicando al Sensor como un parámetro para relacionarlo con la cantidad de aire que requiere el motor en sus etapas de aceleración. Al medir la depresión del motor ocasionada en el colector de admisión con este sensor, no solamente se puede medir este valor importante, sino que se puede relacionar con la presión atmosférica existente, de tal manera que la Computadora puede calcular la altura sobre el nivel del mar en el cual está trabajando la motocicleta, regulando con ello la cantidad apropiada de combustible inyectado. Esta función es igual a la de un Sensor barométrico o Altimétrico, de tal manera que cumple con dos funciones importantes de forma simultánea, aunque que existen motocicletas con dos y tres sensores de este tipo por ejemplo: La KTM 990 adventure que tiene un sensor MAP para cada cilindro, ósea dos por su motor en V y otro sensor para medir la presión atmosférica, así controla más y mejor las condiciones de operación de cada cilindro y la presión atmosférica; en otras palabras la ECU puede determinar ordenes de encendido diferentes para el cilindro delantero o trasero dependiendo del desgaste y demás variables de trabajo.
Como la mayoría de sistemas de Inyección modernos instalados en las motocicletas están trabajando en conjunto con el Sistema de Encendido, la información de la depresión y la altura sobre el nivel del mar permiten al Calculador saber exactamente cuál es el momento más oportuno para que la chispa eléctrica salte dentro de la cámara de combustión, con lo cual se logra una combustión más eficiente y con ello una menor contaminación a la atmósfera de los gases de escape. La combinación de este sensor con el sensor de Oxígeno ha llegado a generar una combustión altamente eficiente y con ello la eficiencia y mayor potencia del motor. El Sensor MAP está constituido por un elemento "piezoeléctrico" muy sensible, el cual relaciona la Presión atmosférica con la Depresión en el colector de admisión. Esta relación calculada logra entregar una señal en forma de variación de Voltaje al Calculador, la que se encarga de inyectar la cantidad exacta de combustible, por medio de los Inyectores. Adicionalmente adelantará o retardará el punto de encendido, de acuerdo a las necesidades y al programa de avance necesario en cada motor. Para lograr su medición, el sensor dispone de un tubo que está conectado con el colector de admisión o sencillamente está localizado directamente en él. En algunas versiones modernas, el sensor MAP dispone de un sensor de Temperatura en su mismo cuerpo ejemplo la DUKE 200, de tal forma que puede informar a la Centralita estos dos parámetros de forma simultánea, este Sensor, debido a sus características y sencillez, ha sido adoptado como uno de los sensores más exactos en los modernos Sistemas de Inyección.
Este sensor tiene hoy más aplicaciones a las mencionada anteriormente en el modelo Ninja 300, ER-6N, Versys 650 entre otras unidades no está equipado ni con el sensor de presión atmosférica ni con el sensor de posición del árbol de levas por separado, como sustitución de estos sensores, el Calculador reconoce la presión atmosférica y la carrera de admisión del Nº 1 a partir de la señal del sensor de presión de aire de entrada (MAP). La ECU detecta la presión atmosférica cuando el interruptor principal está en ON (encendido). Cuando el motor está en marcha, la ECU también reconoce la presión atmosférica cuando se abre completamente el acelerador el “Vacio” se hace cero lo que le sirve al sistema para compensar la altura adicionalmente reconoce la carrera de admisión mediante la forma de onda de la presión de empuje y, por lo tanto, el sistema puede reconocer las diferencias entre cada carrera para determinar el orden de encendido y de inyección.
El sensor de presión recibe una señal de 5V voltios desde la ECU y el cambio de presión del múltiple de admisión tiene relación con el voltaje de salida.
MAP DOWNTOWN 300 SISTEMA KEIHIN
Punto Muerto Superior de la carrera de Escape
Presión de la admisión a altas revoluciones (Carga alta)
140
Punto Muerto Superior dedelaadmisión se La presión iguala la presión atmosférica carrera de Compresión a este ángulo del cigüeñal
120
Presión atmosférica a nivel del mar
100
80
Presión (Kpa)
60
Presión de la admisión a bajas revoluciones (Carga baja)
40
20
Angulo Cigüeñal 0
270
360
0
Angulo de trabajo de la válvula de escape
90
180
270
360
Angulo de trabajo de la válvula de admisión
0
-90
En esta grafica podemos analizar el comportamiento de la presion en los pasos de trabajo del motor. El sensor de presión detecta los cambios de la presión varias veces durante un ciclo completo. El sensor de presión de la admisión detecta la presión atmosférica cuando la válvula de admisión está cerrada en la fase de compresión, explosión y hasta el final de escape. Por lo tanto no necesario tener un sensor de presión atmosférica en este sistema. El calculador detecta detalladamente cambios en la presión del aire de la admisión en una carrera completa del motor. Utilizando estas señales del sensor de presión del aire de admisión, la ECU puede determinar en qué carrera está el motor realmente. Por lo tanto, el sensor de identificación del cilindro tampoco es necesario con este sistema. También con esta información, la ECU detecta los cambios en la presión de la admisión cada ciclo (cada revolución) en un punto fijo. La ECU puede interpretar si la motocicleta está acelerando. Está información es utilizada para la compensación de la aceleración. De este modo, las señales del sensor de presión de la admisión, no solamente son utilizadas para decidir la duración de la inyección básica, sino que también se utilizan para la identificación del cilindro y para la compensación de la aceleración. Al forzar el motor se requiere mayor potencia. En éste momento el vacío en el múltiple es muy poco y el MAP manda la señal a la ECU para que mande mayor cantidad de combustible y retrase el tiempo de encendido para que no cascabelee ya que la mezcla rica arde rápidamente. Al aumentar el vacío en el múltiple de admisión, el MAP manda la señal para que la ECU mande menor cantidad de combustible y como la mezcla pobre arde más lentamente ECM adelanta el tiempo comportándose como un avance de vacío. En una desaceleración, el vacío en el múltiple de admisión aumenta considerablemente y en éste momento la ECU recibe la señal para cortar el suministro de combustible y evitar emisión de gases contaminantes.
Diagrama Eléctrico MAP KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
Diagrama Eléctrico MAP KAWASAKI Ninja 300 (Sistema Keihin)
1. 2. 3. 4.
ECU Junta Impermeable (Voltaje de Referencia +) Sensor de Presión del aire de admisión Junta Impermeable (Masa de los Sensores -)
Gráfico con el Osciloscopio Lo que debemos observar La forma de onda debe mostrar una elevación al incrementarse la señal de voltaje. La forma de la onda deberá mostrar una caída suave a medida que disminuye el nivel de voltaje. Los picos, las interrupciones o las caídas intermitentes de voltaje en la forma de onda indican un problema en el sensor. Comprobación: Con la referencia del manual de servicio para la motocicleta del modelo y año en específico se puede medir la salida de voltaje en el cable de señal, el manual nos entrega el valor de voltaje que debe de entregar este sensor con relación a la presión atmosférica, cuando demos arranque o encendamos el motor debemos ver una variación en la señal de voltaje debido al cambio en la presión en el múltiple de admisión. Voltaje de salida Rango útil: 3,80 a 4,20 V CC a la presión atmosférica estándar (101,32 kPa, 76 cmHg) Nota: recuerde que el voltaje de salida cambia de acuerdo con la presión atmosférica donde este la motocicleta. Sensor de Temperatura del Refrigerante (Motor) ECT (Engine Coolant Temperature) Esta señal informa al calculador la temperatura del refrigerante del motor, para que la misma enriquezca automáticamente la mezcla de airecombustible cuando el motor está frío y la vaya empobreciendo paulatinamente con el incremento de la temperatura, hasta llegar a la temperatura ideal de trabajo, en cuyo momento se inyectará la mezcla ideal. Para ello se utiliza en el sensor una resistencia NTC (NEGATIVE TEMPERATURE COEFFICIENT), que como su nombre lo indica, es una resistencia que tiene un coeficiente negativo de temperatura. Esto quiere decir que la resistencia del sensor irá disminuyendo con el incremento de la temperatura medida, o lo que significa también que su conductibilidad irá aumentando con el incremento de temperatura, ya que cuando está frío el sensor, su conductibilidad es mala y aumenta con el incremento de temperatura.
El Sensor está encapsulado en un cuerpo de bronce, para que pueda resistir los agentes químicos del Refrigerante y tenga además una buena conductibilidad térmica. Está localizado generalmente cercano al termostato del Motor, lugar que adquiere el valor máximo de temperatura de trabajo y entrega rápidamente los cambios que se producen en el refrigerante.
A n
A. Sensor ECT En su parte interior tiene un conector con dos pines o conectores eléctricos, aislados ellos del cuerpo metálico.
El Sensor recibe en uno de sus pines una alimentación de 5 Voltios como valor de referencia, tensión eléctrica que la envía el Calculador. Cuando existe una variación en la conductibilidad del Sensor, este envía al calculador una caída de Tensión o voltaje referente a la temperatura del motor.
Durante un arranque en frío y en la fase de calentamiento, el tiempo de inyección debe ser mayor y el ralentí debe subir (necesario para enriquecer la mezcla en la fase de arranque y calentamiento) Diagrama Eléctrico KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
Diagrama Eléctrico ECT KAWASAKI Ninja 300 (Sistema Keihin)
1. ECU 2. Junta Impermeable (Masa de los Sensores -) 3. Sensor ECT Gráfico con Osciloscopio Lo que debemos observar Debemos observar un comportamiento lineal del sensor con variaciones de voltaje lentas proveniente de los cambios en temperatura del motor. Este tipo de sensores se pueden hacer buenos diagnósticos con la utilización del tester en la función de voltímetro ya que los cambios en la señal no son rápidos. Comprobación: Con la referencia del manual de servicio para la motocicleta del modelo y año en específico se puede medir la caída de voltaje en el cable de alimentación al sensor, el manual nos entrega el valor de voltaje que debe de entregar este sensor con relación a la temperatura del refrigerante, cuando se abra completamente el termostato, o cuando se encienda el ventilador podemos observar un cambio en el voltaje del sensor. Voltaje de salida Estándar: Aprox. 2,25 a 2,50 V CC a 20 °C
NOTA: Recuerde que el voltaje de salida cambia de acuerdo con la temperatura del refrigerante del motor. Adicionalmente a esta explicación podemos decir que, como el sensor se basa para su trabajo efectivo en la característica de su material, todos los sensores utilizados en sistemas de Inyección tendrán características similares, con la mayor diferencia entre ellos debido a su tamaño, su forma exterior, el diámetro de la rosca de ajuste y tal vez el conector, pero podemos comprobar que siempre mantendrá características de medición similares.
Sensor de Temperatura del Aire IAT (Intake Air Temperature) Al igual que el sensor de temperatura del refrigerante del Motor, el Sensor de temperatura del aire que aspira el Motor, es un parámetro de información muy importante que debe recibir el calculador en forma conjunta con el Caudal o Cantidad del aire aspirado (MAP – TPS). Estas tres informaciones le dan a la Computadora la idea exacta de la MASA o DENSIDAD del aire que está ingresando a los cilindros del Motor.
Dependiendo de la Masa de aire medida, el calculador decidirá el valor exacto de combustible que debe ser inyectado, para que la mezcla sea ideal en todas las condiciones de aceleración. Cuando el calculador recibe solamente la información de la cantidad de aire, las moléculas estarán muy condensadas o comprimidas por efecto del aire frio lo que significa que el número de moléculas en este volumen de aire será mayor. En cambio, cuando el aire se calienta, las moléculas se ponen en movimiento, y la cantidad de ellas en el volumen aspirado será menor. Es por ello que este valor de la temperatura brinda a la computadora la idea exacta de la necesidad de combustible, para que la mezcla sea siempre perfecta.
Este sensor está localizado convenientemente, de tal manera que el flujo de aire que ingresa al cuerpo de aceleración del motor, sea detectado rápidamente, al chocar contra su superficie de contacto, pudiendo de esta forma detectar cualquier variación de la temperatura. Generalmente está localizado en la caja filtro de aire o en la entrada de la mariposa de aceleración. Su estructura es similar al sensor de temperatura del refrigerante, pero su encapsulado es más fino, pudiendo ser de Plástico o sencillamente el termistor NTC solamente está protegido por un sencillo “enrejado”, el cual permite al aire chocar directamente sobre la superficie.
Diagrama Eléctrico IAT KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
Diagrama Eléctrico IAT KAWASAKI Ninja 300 (Sistema Keihin)
1. ECU 2. Junta Impermeable (Masa de los Sensores -) 3. Sensor IAT Gráfico con Osciloscopio Lo que debemos observar Debemos observar un comportamiento lineal del sensor con variaciones de voltaje lentas proveniente de los cambios en temperatura del aire. Este tipo de sensores se pueden hacer buenos diagnósticos con la utilización del tester en la función de voltímetro ya que los cambios en la señal no son rápidos. Comprobación: Con la referencia del manual de servicio para la motocicleta del modelo y año en específico se puede medir la caída de voltaje en el cable de alimentación al sensor, el manual nos entrega el valor de voltaje que debe de entregar este sensor con relación a la temperatura del aire, con una pistola de aire frio o caliente apuntando al sensor podemos observar su variación. Voltaje de salida Estándar: Aproximadamente 2,25 a 2,50 V CC a una Temperatura del aire de admisión de 20 °C
Nota: Recordemos que con una temperatura de admisión baja, el tiempo de inyección se alarga, mientras que con temperaturas altas, se acorta. Sensor de posición del Cigüeñal CKP (Crankshaft Position Sensor) Uno de los datos más importantes que se requiere enviar al calculador en el sistema de Inyección, es justamente la señal del número de revoluciones (RPM) en las cuales está girando el motor. Esta señal es tan importante debido a que la cantidad de combustible que debe inyectarse está directamente relacionado con el número de combustiones que cada uno y el total de los cilindros del motor debe realizar. Se entenderá que por cada combustión existen tres elementos relacionados para lograrla, que son: una cantidad de aire aspirado, una cantidad de combustible inyectado relacionado con el aire aspirado para proveer una relación ideal y el último elemento que "enciende" la mezcla, la "chispa" eléctrica. Con la correcta información del Número de revoluciones, la Computadora sabe el número de veces que deben actuar los Inyectores para inyectar combustible y en qué cantidad o relación con el aire aspirado. Además podemos decir que en cada etapa de revoluciones del motor se irán cambiando estas relaciones, para lograr un mejor torque en algunos casos y en otros mayor economía de combustible y menor cantidad de emisiones contaminantes.
Para obtener una señal perfectamente definida, sin interferencias posibles se instala un Sensor inductivo cercano a la volante o en lado opuesto del cigüeñal (piñón primario), Las protuberancias de la rueda pasan muy cerca del sensor inductivo y por cada diente se genera un pulso de corriente alterna, es decir que si la periferia de la volante tuviera 20 dientes, por ejemplo, en cada vuelta completa del eje cigüeñal se inducirían o generarían 20 pulsos en el Sensor. Estos pulsos generados se envían al calculadora, la misma que traduce estos pulsos como número de vueltas del motor.
El sensor de posición del cigüeñal tiene en conclusión una bobina de pulso y un rotor de pulso. El sensor inductivo está constituido por una bobina de alambre, un imán permanente y un núcleo de hierro, todos ellos alojados en un cuerpo metálico o plástico. El rotor de pulso gira con el cigüeñal y genera una corriente alterna (AC) cuando los dientes del rotor pasan por la bobina de pulso. Con esta señal, la ECU puede determinar el ángulo del cigüeñal y las revoluciones del motor. La ECU determina el tiempo de inyección y el tiempo de ignición basada en la señal del ángulo del cigüeñal. La señal de las revoluciones del motor también es utilizada como información para la duración de la inyección básica, junto con las señales del TPS y del sensor de presión de la admisión. Normalmente los inyectores empiezan a descargar a 60° antes del punto muerto superior y descargar cada 360 grados cuando es semisecuencial,
una vez recibida la señal del sensor CKP la ECU calcula el tiempo que se tarda en llegar de nuevo a los 60° antes del punto muerto superior. Cuando la descarga es cada 720° Secuencial se hace al final del tiempo de escape y al principio del tiempo de admisión. Aunque se usa la misma señal, la sincronización de la inyección no influye en la sincronización del encendido. Para la Duke 200 La pieza que se encarga de contar los pulsos es una rueda dentada de 34 dientes espaciados, y la distancia entre dos de los dientes es mayor. La rueda dentada es parte del rotor (generador) y el rotor va montado en el cigueñal. La distancia entre el pick up y la rueda dentada tiene que ser de 0,7mm +/-0,2mm.
Diagrama Eléctrico CKP KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
Diagrama Eléctrico CKP KAWASAKI Ninja 300 (Sistema Keihin)
1. ECU 2. Sensor del Cigüeñal
Para el caso de la ninja 300 por ejemplo la ECU puede ver el diente fuera de línea del rotor de pulso, dos veces por ciclo (dos veces cada 720 grados), y la detección de identificación del cilindro de la señal de presión del aire de la admisión, solamente una vez por ciclo. La ECU determina la posición precisa del cigüeñal utilizando estas dos señales. Gráfico con Osciloscopio Lo que debemos de observar Sin importar el número de cilindros, todos los picos de la señal de deberán estar limpios y parejos. El voltaje durante el arranque deberá elevarse al menos a 300 milivoltios. De lo contrario, posiblemente el imán del sensor de cigüeñal se encuentra débil o existirá una separación muy amplia entre el captador y el reductor. Con el motor funcionando, el voltaje podría exceder 100VAC. Comprobación: Con la referencia del manual de servicio para la motocicleta del modelo y año en específico se puede medir la producción de voltaje del sensor, el manual nos entrega el valor de voltaje que debe de entregar este sensor con relación a las RPM Arranque Aceleración. La mejor forma de diagnosticarlo es analizando el comportamiento de su grafica con el osciloscopio. Con los scanner podemos observar el valor de RPM como un valor parámetro, en el proceso de arranque. Sensor de Vuelco / Sensor de Inclinación (Roll Over Sensor) Este sensor hace parte como uno de los elementos de seguridad del sistema de inyección, debido a que el motor de la motocicleta no se apaga cuando el motor se cae como el sistema de carburador. El sensor de Vuelco está afectado por el ángulo de inclinación de la motocicleta este envía una señal a la ECU para suspender el sistema de inyección cuando la motocicleta se cae por varios segundos continuos. La ECU suministra un voltaje de 5 V al sensor y el sensor envía un voltaje de salida determinado en dos rangos 0.65 a 1.35 V cuando el sensor se encuentra con 60° a 70° o más hacia la derecha o la izquierda, con la flecha del sensor hacia arriba 3.55 a 4.45 V de regreso a la ECU, cuando la motocicleta está en posición vertical.
El ángulo de inclinación de algunas motocicletas es más de 45 grados durante las curvas, pero la fuerza centrífuga mantiene el péndulo en el mismo ángulo de la motocicleta. Así, el movimiento del péndulo, del sensor, es muy pequeño, incluso si la motocicleta tiene un alto ángulo de inclinación en las curvas. De este modo, el sensor vuelco envía una señal estable dentro de los rangos de voltaje a la ECU. La ECU determina que la motocicleta esta caída dependiendo de la señal de voltaje y desactiva el relé principal de la bomba del sistema de inyección de combustible.
Dentro del sensor de inclinación hay un péndulo y un imán. El péndulo está guiado a través de un elemento Hall. Por lo tanto, el sensor de inclinación está basado en el efecto Hall. 1. Péndulo con Imán 2. Placa con circuito con sensor por efecto hall 3. Caja 4. Posición normal © 60°+/- 7° 5. Posición normal © 60°+/- 7°
Diagrama Eléctrico Sensor de Vuelco KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
Diagrama Eléctrico (Sistema Keihin)
1. 2. 3. 4.
Sensor
de
Vuelco
KAWASAKI
ECU Junta Impermeable (Voltaje de Referencia +) Sensor de caída del vehículo Junta Impermeable (Masa de los Sensores -)
Ninja
300
Comprobación: Con la referencia del manual de servicio para la motocicleta del modelo y año en específico se puede medir la salida de voltaje del sensor, el manual nos entrega el valor de voltaje que debe de entregar este sensor con la posición vertical e inclinándolo a derecha e izquierda por encima de los 70°. Voltaje de salida Estándar: con el sensor inclinado 60 a 70° o más hacia la derecha o hacia la izquierda 0,65 a 1,35 V. Con la flecha del sensor hacia arriba: 3,55 a 4,45 V VSS Sensor de Velocidad del Vehiculo (Vehicle Speed Sensor)
A -Sensor de Velocidad El sensor de velocidad normalmente es un sensor de efecto Hall. La ECU envía una señal de 5 V o 12 Voltios al sensor de velocidad. El sensor de velocidad envía una señal de retorno a la ECU, basado en el cambio del flujo magnético, generado por la tuerca del piñón de salida en la ninja 300 o por los tornillos que sujetan el disco de freno en la Duke 200.
El sensor de velocidad es el responsable de informar a la ECU sobre la velocidad de la motocicleta. Esta información sirve para poder mostrar la velocidad en el display del velocímetro. Diagrama Eléctrico Sensor de Velocidad KAWASAKI Ninja 300 (Sistema Keihin)
1. 2. 3. 4.
ECU Sensor de Velocidad Junta Impermeable (Voltaje de Referencia +) Junta Impermeable (Masa de los Sensores -)
Grafica Con Oscilocopio Lo que debemos observar: La resolución de esta señal es muy buena y puede ser rápida en relación a la velocidad a la que este la motocicleta. La señal es de onda cuadrada que varía únicamente su frecuencia. La altura del pulson debería ser casi igual en cada uno de los otros pulsos Las transiciones deberán ser limpias (sin picos) y cuadradas. Comprobación: Con la referencia del manual de servicio para la motocicleta del modelo y año en específico se puede medir la salida de voltaje del sensor, el manual nos entrega el valor de voltaje que debe de
entregar este sensor girando la rueda delantera en el caso de la Duke 200 o la rueda trasera en la Ninja 300. Este sensor cuenta con tres cables como la mayoría de los sensores por efecto hall Alimentación 5 o 12 VDC Señal 0.05 a 4 VDC para el caso de ninja 300 o 1.0 a 4.5 VDC para la Duke 200 Por estar afectado por un componente externo para activar la capa Hall es importante tener en cuenta la holgura entre el sensor y los tronillos del disco de freno delantero por ejemplo, para este caso es de 0.35 a 2.45mm
Sensor de Oxigeno – Sonda Lambda En los primeros sistemas de Inyección, tanto Mecánicos como electrónicos, se calculaban que sus diseños eran bastante exactos y confiables, pero algunos factores no calculados pueden variar este exacto diseño inicial, el mal funcionamiento resta potencia al motor y aumenta la cantidad de las emisiones al medio ambiente. Basados en estas malas experiencias, los sistemas requerían de algún elemento que juzgue el buen funcionamiento del sistema y que a pesar de que exista una mala combustión debida a mal funcionamiento del mismo
sistema o a su vez de partes mecánicas del motor, se pueda corregir de forma inmediata. Este "Juez" del sistema no es nada más que el Sensor de Oxígeno, el cual debe estar entregando una información permanente al calculador acerca de su funcionamiento. Este Sensor de Oxígeno, llamado Sonda Lambda, tiene la particularidad de determinar la presencia del oxígeno en los gases de escape del Motor de combustión interna. Dependiendo de la cantidad del Oxígeno encontrado, el calculador, que recibe permanentemente esta información, determina con exactitud el tiempo de apertura de los Inyectores, logrando con ello entregar la cantidad exacta de combustible. Con una cantidad exacta, el combustible se mezcla con el Aire aspirado por el Motor y se forma la mezcla ideal, la cual se combustiona completamente, sin generar emisiones tóxicas al medio ambiente. Este sensor está localizado convenientemente en la salida del escape del motor, lugar en el cual puede “sentir” cualquier variación de la cantidad de oxígeno en los gases de escape.
El sensor lambda consiste en un cuerpo hueco cerámico que está cubierto en los dos lados por un delgado estrato de platino. El estrato de platino tiene la función de electrodo. El estrato de platino exterior está en contacto con los gases de escape, y el interno está en contacto con el aire ambiental. A la temperatura de aproximadamente 350°C, el cuerpo cerámico se convierte en conductivo. El cuerpo cerámico es permeable a los Iones de O2 a partir de aproximadamente 350° C, con temperaturas de trabajo de 600° C , esta es la razón por la cual las sondas lambda están siendo provistas de sistemas calentadores (resistencias eléctricas) para que la sonda entre en funcionamiento (envíe señal a la E.C.U) cuando el motor aun, no ha alcanzado su temperatura normal de funcionamiento, a estos sensores se les conoce como HEGO (Heated Exhaust Gas Oxygen Sensor) de sus siglas en ingles. Cuando el oxígeno de los gases de escape y del medio ambiente difiere, se crea un voltaje eléctrico. Cuanto más grande sea la diferencia, más alto será el voltaje. En condiciones operativas, el voltaje de la sonda lambda puede variar entre 0 y 1 Voltios. Entre los dos contactos del Sensor se genera una Tensión o voltaje de aproximadamente 1 Voltio significa que en los gases de escape existe poca presencia de Oxígeno y la mezcla aire-combustible está RICA. Cuando la tensión eléctrica generada es baja, significa que en los gases de escape existe alta presencia de Oxígeno, indicando con ello que la mezcla aire combustible está POBRE.
0
3
9
0
2 3
0
1 2
A
A
A
1. Cuerpo Cerámico capa de platino 2. Colector de escape 3. Aire ambiente 4. Gases de escape con restos de oxigeno de la combustión 5. Electrodos.
Durante el trabajo del motor, el Sensor irá detectando el oxígeno y generando una señal de voltaje entre décimas de voltio hasta aproximadamente 1 Voltio, valores que identifica el calculador como Calidad de la Combustión, pudiendo corregir inmediatamente la cantidad de combustible que inyecta. Todos los sensores O2 están abiertos a la atmósfera, que tiene oxígeno (O2) en una proporción aproximada del 21 por ciento. Los gases de escape de un motor de gasolina contienen más de un 2 % de oxígeno. El voltaje de salida del sensor depende del oxígeno contenido en los gases de escape. Cuando los gases de escape contienen un dos % de oxígeno, es pobre. Esto genera un voltaje bajo en el sensor, por debajo de 0.3 voltios (300 millivoltios). Cuando los gases de escape tienen alrededor de 0 % de oxígeno, es rica. Esto genera un alto voltaje encima de 0.6 voltios (600 millivoltios). Para el caso de mezclas estequiométricas el sensor genera un valor cercano a las 450 milivoltios. Curva característica: Como podemos ver en el gráfico, el voltaje de salida del sensor lambda puede ser asignado a un contenido de oxigeno sin quemar. λ 0,9 à mezcla rica / bajo porcentaje de oxígeno sin quemar. λ 1,1 à mezcla pobre / alto porcentaje de oxígeno sin quemar.
El voltaje del sensor lambda es mandado a la ECU y está responde ajustando la mezcla de aire/gasolina. Esto se conoce como un sistema de O2 controlado, y cuando el sistema está funcionando, se dice que está funcionando en un ciclo cerrado. Cuando no está trabajando, por ejemplo cuando la ECU no está leyendo datos y por lo tanto no está respondiendo con el sensor de O2, decimos que está en ciclo abierto. Debido a esta importante información se puede permitir que el motor obtenga la mejor Potencia, con la menor contaminación del medio ambiente, dos factores que son los más importantes en la actualidad. Diagrama Eléctrico Sensor de Oxigeno KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
Grafica Con Osciloscopio Lo que debemos de observar En general ya sabemos que el sensor de oxigeno indica la condición de la mezcla, lo que no se nos puede olvidar es esta señal nos puede mostrar la condición general del motor. La forma de onda del sensor de oxigeno deberá conmutar continuamente por encima y por debajo de 450 milivoltios, conmutando entre una vez cada dos segundos hasta 5 veces por segundo. Además nunca deberá caer por debajo de cero voltios. Es precisamente esa conmutación de rico a pobre y viceversa lo que establece las condiciones en el escape para que un convertidor catalítico de tres vías reduzca las emisiones de HC, CO y NOx eficientemente. Comprobación Si el sensor de Oxigeno está en buen estado y el motor está funcionando adecuadamente, el voltaje mínimo deberá estar por debajo de .175 Voltios (175 milivoltios). El voltaje máximo deberá ser por lo menos .800 voltios (800 milivoltios) y el promedio deberá de ser correcto alrededor de .450 voltios. Podemos utilizar la siguiente tabla para que nos ayude a diagnosticar un sensor de oxigeno que no cumpla dichos requerimientos. Nota: Pero debemos recordar, si los voltajes están equivocados, eso no significa que el sensor de oxigeno este agotado. Si el motor está funcionando con mezcla pobre, el voltaje puede que no sea lo suficientemente alto. Si está funcionando con mezclas demasiado rica, el voltaje podría estar en general, demasiado alto. Debemos asegurarnos de que el resto del este funcionando correctamente antes de decir que el sensor esta malo y que lo debemos de reemplazar.
Esta tabla nos provee de algunas guías simples para diagnosticar la mayoría de los problemas de sensor de oxígeno. Además de medir los niveles de voltaje que el genera, debemos prestar mucha atención a la rapidez con la que el sensor reacciona a los cambios de la mezcla. Al forzar la mezcla de rica a pobre o viceversa el voltaje del sensor deberá cambiar instantáneamente. Sensor de posición de engranajes Normalmente están montados en el lado izquierdo del motor, cerca del piñón de salida, este sensor le indica al Calculador del FI la marcha que está en uso para en algunos casos sofisticados ajustar la curva de encendido y la cantidad de gasolina a inyectar, junto con algunos aditamentos especiales como control de largada. En otros sistemas más básicos sirve para indicarle al usuario por medio del tablero de instrumentos la posición de la caja incluyendo el punto neutro. El interruptor de posición de marcha reconoce las 6 marchas. El reconocimiento del punto muerto es importante para la lámpara "neutral gear" y para la "EFI diagnostic lamp“. Los códigos de error EFI solo parpadean cuando la caja se encuentra en punto muerto.
Diagrama Eléctrico Sensor de posición de engranajes KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
ECU (Unidad de Control Electrónico) El Calculador de los sistemas computarizados del motor es el Módulo de Control del Tren de Potencia (PCM - Powertrain Module Control), también llamado Módulo de Control Electrónico (ECM - Electronic Module Control), Unidad de Control Electrónico (ECU - Electronic Control Unit), Sin hacer caso del nombre, la unidad no es más que una calculadora sofisticada. No hay nada de magia en sus capacidades, aunque de todas formas algunas realizan tareas verdaderamente increíbles. Aun así, su función básica es analizar números. Una ECU toma los datos en bruto de los sensores, traduce estos datos en números y luego procesa los números para determinar que se necesita hacer como siguiente paso.
El análisis de los números está controlado por un programa. Un programa es tan sólo una serie de instrucciones paso-a-paso que le dice a la computadora como manipular los datos que tiene dentro de sí. Es como un mapa de carretera con varias rutas y recorridos posibles (todo basado en un sistema lógico). "Si pasa esto, debe ocurrir aquello", resume el proceso que usa para determinar la secuencia de eventos que toman lugar como los números que analiza. El producto final de todo el análisis de números es una salida de control, que es usualmente quien enciende o apaga un circuito electrónico. La computadora hace esto aterrizando el circuito electrónicamente. Esto completa el circuito permitiéndole a la corriente fluir a través de un solenoide o relé (a veces referido como un dispositivo "actuador").
OTRAS FUNCIONES DE LA ECU Cuando la señal que entra del sensor de refrigerante dice a la computadora que el motor se está calentando, el comando de salida que sigue es para encender el ventilador. La computadora hace esto aterrizando el circuito del relé que controla el ventilador eléctrico. Cuando el relé se enciende, el ventilador eléctrico empieza a girar y refresca el radiador.
Para ayudar al convertidor catalítico a quemar las poluciones en el escape, la computadora controla la ruta del aire de la válvula de corte de aire. Cuando el sensor del refrigerante le dice a la computadora que el motor esta frío, el aire es enrutado a los múltiples de escape para ayudar a reducir el monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos no quemados (HC) en el escape. Pero en los calentamientos del motor, las motocicletas con convertidores "tres vías + oxígeno" necesitan del aire incluido al escape por medio de la válvula de corte de aire y posteriormente por la válvula de lengüetas ubicada en las cultas que conecta la salida de la válvula de escape para ayudar al convertidor y así poder reducir el oxígeno de nitrógeno (NOx). Algunas otras funciones controladas por la computadora del motor incluyen la abertura de la válvula de purga en el canister de carbón en las motocicletas que cuentan con este sistema (normalmente versiones de california), por lo tanto los vapores de combustible acumulados pueden ser vaciados dentro del motor y quemados, encendiendo y apagando la bomba de combustible eléctrica entre otras.
Regular La mezcla de combustible Una de las funciones de control más importantes de la unidad de control es regular la mezcla de combustible. Lo hace usando lo que se denomina "Circuito Cerrado". La señal de entrada del sensor de oxígeno O2, (La señal de voltaje del sensor O2) cambia en respuesta a la concentración de oxígeno en el escape. Una alta concentración de oxígeno es interpretada
como una mezcla de combustible pobre, mientras que una baja concentración significa una mezcla rica. La computadora monitorea la entrada de fluctuación constante del sensor O2, y ordena a la mezcla de combustible hacer exactamente lo contrario de lo que el sensor O2 lee para compensar. En otras palabras, una lectura del sensor O2 pobre hace que la mezcla de combustible se vuelva rica y que una lectura del sensor O2 rica hace que la mezcla de combustible sea pobre. El constante reajuste de la mezcla de combustible le permite a la computadora mantener una mezcla relativamente balanceada la cual es mantenida para una economía máxima de combustible y bajas emisiones. Pero todo esto no pasa cuando se arranca el motor. Toma unos pocos minutos para la mayoría de sensores de oxígeno calentarse e iniciar a producir una señal. Por lo tanto, hasta que haya una señal del sensor O2, la computadora se encuentra en el modo llamado "Circuito Abierto" de operación. En este modo, la mezcla de combustible es ligeramente rica y no cambia. Esto es necesario para mantener una buena mínima mientras el motor se calienta. Una vez que la computadora empieza a recibir la señal del sensor O2 y/o sensor del refrigerante “dice” que el motor se ha calentado lo suficiente para iniciar el empobrecimiento de la mezcla de combustible, la computadora cambia a modo "Circuito Cerrado". En éste modo, la computadora usa la señal del sensor O2 para mantener constantemente afinada la mezcla de combustible. En motores de inyección, la computadora interrumpe los inyectores en pequeños pulsos (uno cada revolución del cigüeñal o justo antes que la válvula de admisión se abra dependiendo del tipo de sistema). Según el tiempo que el inyector se mantenga abierto, más combustible se inyecta dentro del motor. Así la computadora puede hacer la mezcla de combustible más pobre o más rica incrementando o disminuyendo la duración de los pulsos del inyector. En muchos motores, la unidad de control también regula la velocidad mínima. En motores de inyección, la velocidad mínima es regulada abriendo o cerrando un pequeño pasaje que le permite al aire desviarse a la mariposa o accionando directamente la mariposa de gases.
CONTROLANDO EL AJUSTE DE IGNICIÓN Otra función de control vital de la unidad de control es el ajuste de ignición. Para alterar la cantidad de avance de chispa, la computadora monitorea la entrada de dos importantes sensores: el sensor de posición de la mariposa (TPS - Throttle Position Sensor) y el sensor de presión absoluta del múltiple (MAP - Manifold Absolute Pressure). El TPS le dice a la computadora que tanto debe abrir la mariposa y que tan rápido debe empezar a ser abierta. El sensor MAP lee el vacío de admisión, el cual la computadora usa para determinar la carga del motor (un vacío reducido significa una carga incrementada). Para que la unidad de control (ECU), pueda llevar a cabo una o varias de sus funciones, necesita información. Esta información se define en términos de computación como ENTRADA (INPUT). Los sensores de entrada brindan a la unidad de control la información necesaria para realizar un determinado trabajo. La unidad de control capta los rangos de operación de los sensores de información de ENTRADA (INPUT), para determinar la operación del sistema. Una vez que la unidad de control calcula la estrategia a seguir, activa y controla la función de varios sistemas, como los son; inyectores, sistema de ignición, etc. A las señales que activan estos sistemas se les conoce como SALIDAS (OUTPUTS), mientras que al componente activado se le conoce como ACTUADOR. En éste caso un actuador será un aparato electro-mecánico que ocupa un voltaje eléctrico para producir una acción mecánica.
TIPOS DE SEÑAL Se conocen dos tipos de señales de voltaje: - Señales Digitales Binarias: Un interruptor de 2 pasos on/off es un ejemplo de señal digital-binaria. La unidad de control recibirá un voltaje determinado o cero voltios, la señal digital-binaria sólo puede tener dos posibles estados on/off o alto/bajo. - Señales Análogas: Una señal análoga es continuamente variable. Un sensor de temperatura de motor es una señal análoga, puesto que su resistencia varía con la temperatura y por consecuencia el voltaje que deja pasar será variable. La unidad de control necesita de un programa para poder realizar los cálculos, estos programas son almacenados en unos compartimientos que se llaman MEMORIAS, y en aplicaciones automotrices, son las que darán a la unidad de control las características del sistema en el cual estará funcionando. Estas memorias son almacenadas en un elemento electrónico llamado circuito integrado o chip. En las computadoras de las motocicletas se usan tres tipos de memorias: MEMORIA ROM ROM significa "Read Only Memory - Memoria de Lectura Única". Esta memoria contiene el programa básico de la ECU y es de almacenamiento permanente, lo que significa que la unidad de control (ECU) podrá leerla
pero no podrá almacenar ni alterar su contenido. Es la parte que dice, "cuando veo que esto sucede, tengo que hacerlo que suceda". La ROM presenta una memoria no volátil, esto significa que aun cuando la potencia se vaya, ella retendrá su programa indefinidamente. MEMORIA RAM RAM significa "Random Access Memory - Memoria de Acceso Aleatorio", y es utilizada por la unidad de control para el almacenamiento temporal de la información o para llevar a cabo cálculos matemáticos. Además la ECU almacena información acerca de la historia de la proporción de aire/combustible del motor y de las fallas que han sido detectadas en los circuitos sensores y actuadores del sistema de inyección de combustible. Existen dos tipos de memoria RAM: - RAM Volátil: En este tipo de memoria la interrupción de corriente de la batería de la motocicleta borrará la información almacenada. Por ejemplo los códigos de falla. - RAM No Volátil: La información no será borrada con la interrupción de corriente. Un ejemplo de esto sería la información del kilometraje recorrido por la motocicleta. MEMORIA PROM PROM, "Programmable Read Only Memory - Memoria Programable de Lectura Única", es el chip de calibración o sintonía fina. Al igual que la ROM, la PROM es también no volátil. Este chip contiene información acerca de la especificación de la motocicleta en el cual se instala la ECU. El tipo de información incluye: -
Tipo de Motocicleta Cilindrada del Motor Dispositivos utilizados para el control de emisiones VIN (Numero de Identificación del Vehículo) Tipo y tamaño del cuerpo de aceleración.
Este sistema permite que el fabricante ahorre dinero al usar un sólo controlador de computadora en una gran variedad de vehículos y luego destinarlo específicamente a cierto modelos y vehículos, mediante la inserción de una PROM relativamente económica.
Puesto que la PROM se enchufa simplemente en el control de la computadora, la reprogramación de la información variable tanto en campo como en los talleres del concesionario es una cuestión sencilla. MEMORIA EPROM y EEPROM Se ha de tener mucho cuidado, sin embargo, con los frágiles chips PROM, en los modelos más recientes se usa un PROM borrable (denominado EPROM). En el EPROM, el área de memoria de la computadora se borra exponiéndolo a la luz ultravioleta y luego se reprograma. Incluso los modelos más recientes utilizan un PROM borrable eléctricamente (denominado EEPROM) que permite a los concesionarios actualizar o cambiar fácilmente la memoria a la especificación más avanzada. Actualización de Versiones. MEMORIA ADAPTIVA Las computadoras más recientes tienen una característica de memoria adaptiva que se ajusta para variables tales como el desgaste de los componentes, la calidad del combustible y las inconsistencias de producción. Este tipo de memoria adaptiva permite que la computadora haga ajustes operativos menores para compensar y mantener la facilidad de conducción cuando ciertos valores operativos están fuera de los parámetros del programa. Los cambios de memoria adaptiva se almacenan en la RAM de la computadora, y se pierden cuando se desconecta la batería. Si sucede esto, todo lo que el piloto tiene que hacer es tener la moto en ralentí por 10 minutos en ralentí sin tocar el acelerador y conducir normalmente durante unos 30 Km aproximadamente hasta que la computadora "aprenda" los cambios de programa de la memoria adaptiva. MEMORIA KAM KAM es el acrónimo de Keep Alive Memory, que significa Memoria Permanente. Una serie de localizaciones energizadas por la batería del vehículo en la computadora que le permite almacenar fallas de entrada identificadas durante la operación normal para utilizar en rutinas de diagnóstico posteriores. La KAM también adopta algunos parámetros de calibración para compensar cambios en el sistema del vehículo.
Nombre de las piezas 1. ECU 2. Conector del sistema de diagnóstico de Kawasaki 3. Junta impermeable 1 4. Bomba de combustible 5. Junta impermeable 2 6. Masa del chasis 7. Masa del motor 8. Batería 12 V 8 Ah 9. Fusible principal 30 A 10. Relé del motor de arranque 11. Caja de fusibles 1 12. Fusible FI 15 A 13. Fusible de los instrumentos 10 A 14. Fusible del ventilador 10 A 15. Fusible de encendido 10 A 16. Caja de relés 17. Relé del circuito de arranque 18. Relé de la bomba de combustible 19. Relé principal de la ECU 20. Relé del ventilador del radiador 21. Unidad de GPS (modelos equipados) 22. Junta impermeable 7 23. Junta impermeable 8 24. Luz de aviso (LED) amarilla del motor 25. Tacómetro 26. Unidad del panel de instrumentos 27. Interruptor de encendido 28. Interruptor de paro del motor 29. Botón del motor de arranque 30. Motor del ventilador 31. Bujías 32. Junta impermeable 5 33. Válvula de purga (modelo CAL) 34. Válvula de conmutación de aire 35. Sensor de velocidad 36. Actuador de la válvula del subacelerador 37. Junta impermeable 4 38. Sensor del subacelerador 39. Sensor del acelerador principal 40. Junta impermeable 3 41. Sensor de presión del aire de admisión
42. 43. 44. 45. 46. 47. 48.
Sensor de caída del vehículo Inyectores de combustible Sensor de temperatura del agua Sensor de temperatura del aire de admisión Interruptor de punto muerto Sensor del cigüeñal Sensor de oxígeno (modelos equipados)
Precauciones con las ECU
Las computadoras son muy costosas, por lo tanto hay que tratarlas con sumo cuidado. Las computadoras contienen una delicada red de circuitos internos electrónicos delicados y frágiles que pueden dañarse fácilmente si se exponen a voltajes excesivos, electricidad estática o magnetismo. Cuando diagnostique cualquier problema eléctrico en un circuito conectado a la computadora, recuerde que la mayoría de computadoras operan a un voltaje relativamente bajo (+/- 5 voltios). Observe las precauciones siguientes cuanto trabaje en o alrededor de la computadora y/o circuitos del sistema de control del motor:
1. No maltrate el cableado ni ningún conector eléctrico, de tal manera que ocurra un contacto a tierra (chasis) o a otra fuente de voltaje. 2. No use ningún equipo de pruebas eléctricas (Ej.: Ohmnímetro) que esté accionado por una pila de 6 voltios o más. El voltaje excesivo podría ser la causa de que un componente eléctrico de la computadora se quemara o que hubiera un corto circuito. Use solamente un multímetro automotriz de 10 mega ohmnios de impedancia cuando trabaje en circuitos del calculador. 3. No remueva la computadora, ni localice fallas en la misma sin disponer de las herramientas y la información adecuada, pues cualquier equivocación puede anular su garantía y/o dañar los componentes. 4. Todos los cables de las bujías deben estar por lo menos a 30cms de distancia de cualquier circuito de sensor o cables de control. Un problema inesperado en los circuitos consiste en los campos magnéticos, los cuales envían señales falsas a la computadora y con frecuencia dan lugar a problemas de rendimiento difíciles de localizar. Aunque han habido casos en que los transformadores o las líneas eléctricas de alta tensión han interferido en la computadora, la causa más común de éste problema en los circuitos de los sensores es la posición de los cables de las bujías (demasiado cerca de los cables de la computadora). 5. Ponga especial cuidado cuando manipule la computadora o trabaje cerca de la misma. Recuerde que la electricidad estática produce descargas de alto voltaje que pueden dañar la computadora. LA ELECTRICIDAD ESTÁTICA Y LOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS La electricidad estática puede ocasionar dos tipos de daños: El primero y muy obvio es la falla completa del dispositivo. El otro tipo de daño es mucho más sutil y también mucho más difícil de detectar como falla de un componente eléctrico. En esta situación, el circuito integrado se degrada y puede debilitarse con el transcurso del tiempo. Puede operar erradamente o aparecer como una falla intermitente en otro componente. La mejor manera de impedir el daño de la electricidad estática es drenar la carga eléctrica de su cuerpo, ya sea tocando un punto de tierra (en el chasis o carrocería) y luego trabajando estrictamente en un área libre de electricidad estática.
Un brazalete de control estático correctamente llevado y conectado al chasís o carrocería del vehículo drenará las cargas estáticas de su cuerpo, con lo que impedirá su descarga a los componentes electrónicos. Resulta indispensable consultar el fabricante y obtener la lista de los juegos de protección estática disponibles. REEMPLAZO DE UNA COMPUTADORA La computadora de reemplazo tomará un momento para ajustarse a la nueva situación. El tiempo que ésta se demora varía de una motocicleta a otra, pero esta toma cerca de 6 o 10 kilómetros de conducción. Acelerar la moto de 60 a 90 kilómetros por hora usando progresivamente el tiempo de la mariposa, puede acelerar la velocidad del proceso de adaptación de la nueva ECU. Identificación de la ECU Debido a los reglamentos vigentes en la mayoría de los países, las características de las ECU son diferentes. Por lo tanto, tenga presente identificar su ECU y utilizar únicamente el que sea apropiado para su modelo. De lo contrario, la motocicleta no podrá cumplir con las disposiciones de los reglamentos. Ejemplo Ninja 300
ACTUADORES INYECTORES Es el primer elemento para el cual ha sido diseñado todo el Sistema de Inyección Electrónica a Gasolina, ya que la principal función que cumple la ECU es justamente entregar pulsos eléctricos a todos y cada uno de los Inyectores. Los inyectores son válvulas eléctricas que permiten el paso de combustible cuando son abiertas, los pulsos que reciben entregarán la cantidad de combustible que se necesita en el colector de Admisión, lugar en donde se mezcla con el aire aspirado. Esta mezcla ingresa al cilindro, donde deberá ser combustionado por una chispa eléctrica.
Esta válvula electromagnética está expuesta a grandes esfuerzos eléctricos, mecánicos y térmicos, razones por las cuales a los Inyectores se los ha dado un diseño muy estudiado, utilizando materiales de gran calidad y con tolerancias muy exactas, por lo que se hace primordial mantenerlos con extrema limpieza, evitando daños y mal funcionamiento. El tiempo promedio de control de la Computadora sobre los Inyectores es entre los 1.5 milisegundos hasta aproximadamente los 10 milisegundos, entre Ralentí y máximas revoluciones y máximo caudal, respectivamente. Este tiempo de inyección permite seleccionar un caudal de inyección para que el motor reciba la cantidad de combustible en todas las etapas de aceleración.
Por supuesto existen parámetros o diseños que salen de este promedio, como por ejemplo en aceleraciones bruscas, con el motor frío o con compensaciones necesarias, ya que requiere un mayor caudal. Por ejemplo, con temperaturas muy bajas requerirá prolongar el tiempo de inyección para enriquecer la mezcla. Cuando el número de revoluciones está subiendo, la Computadora irá incrementando el tiempo de apertura, compensando con ello la necesidad de un mayor caudal de combustible.
El Inyector está constituido por una Bobina, a la cual el calculador alimenta de corriente eléctrica (de alta frecuencia), y con ello se crea un campo magnético fuerte. Este campo magnético logra atraer un núcleo de hierro móvil, que permite levantarse a una aguja de su asiento. Como existe una presión constante dentro del inyector, cuando la aguja se abre, el combustible puede salir con gran presión, pulverizándose en partículas muy finas y con un ángulo determinado.
Si la presión de combustible aumenta, el volumen de la inyección aumenta también, incluso si la duración de la inyección es la misma. Si la presión del combustible disminuye, el volumen de la inyección también disminuye, incluso si la duración de la inyección todavía es la misma.
El Inyector está colocado generalmente en el cuerpo de aceleración, cercano a la válvula de admisión, buscando una mejor atomización al mezclarse con el aire admitido hasta el cilindro, en el momento de apertura de la válvula. El Inyector tiene en el conector de ingreso un filtro muy fino, el cual logra detener las últimas impurezas que han podido pasar por los filtros de gasolina, protegiendo de esta forma a la Válvula de un posible atascamiento. Adicionalmente, el inyector está asentado en el cuerpo de aceleración en un aislador térmico en el cuerpo de la Aguja, con lo cual se evita la formación de vapores, los cuales pueden salir aunque el inyector esté cerrado.
Características especiales de los Inyectores Instalados en las motocicletas La cilindrada de los motores de los automóviles es como mínimo 1000cc mientras que en las motocicletas podemos encontrar casos como el de la KTM Duke de 200cc que requiere de una cantidad de combustible más fino y más exacta, ya que por menos cilindrada menos flujo de aire y por consiguiente menos combustible en cierto rango de RPM por ejemplo en el Ralentí. Además, las revoluciones del motor son diferentes. Las revoluciones del motor de un automóvil están entre 800 y 6.000 rpm aproximadamente en vehículos comerciales y en el caso de una motocicleta las revoluciones están entre 1.200 y 13.000 rpm. Así, las revoluciones máximas del motor de una motocicleta pueden ser el doble que las revoluciones en un automóvil, como puede ser el caso de la KX 250 2012 que cuenta con 2 inyectores para poder cumplir con las exigencias de aceleración en este motor. Si el volumen del aire de la admisión es proporcional a la velocidad del aire de la admisión, entonces, el inyector de una motocicleta debe suministrar el doble de combustible comparado con el inyector de un automóvil. Esto significa que la función del inyector de la motocicleta es diferente comparado al inyector de un automóvil. El inyector de una motocicleta
debe inyectar una muy pequeña y precisa cantidad de combustible durante el ralentí y una gran cantidad de combustible durante las revoluciones altas del motor.
Diagrama Eléctrico Inyector KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
Diagrama Keihin)
Eléctrico
Inyector
KAWASAKI
1. ECU 2. Junta impermeable 2 3. Masa del chasis 4. Masa del motor 5. Batería 12 V 8 Ah 6. Fusible principal 30 A 7. Relé del motor de arranque 8. Caja de fusibles 1 9. Fusible FI 15 A 10. Caja de relés 11. Relé de la bomba de combustible 12. Junta impermeable 5 13. Inyectores de combustible
Ninja
300
(Sistema
Grafico Osciloscopio Lo que debemos Observar: la característica fundamental en la gráfica de los inyectores es entender que la frecuencia de activación depende de las RPM del motor y que la anchura de pulso varía en relación a la carga del motor. La mayoría de los inyectores están controlados por medio de una señal de tierra, por lo que el tiempo que esta energizado el inyector (On time) es el pulso descendente de la forma de onda. Cuando la ECU desactive el inyector, el campo magnético en la bobina del inyector colapsa, generando un pico inductivo ascendente. Debemos observar la línea horizontal superior deberá estar cercana al voltaje del sistema. Que la línea horizontal inferior debería alcanzar aprox. 600 milivoltios con respecto a tierra. Cuando la ECU energiza al inyector (cierra el circuito a masa) la transición deberá ser limpia y vertical. El pico de voltaje producido por el colapso del campo magnético debe de subir por encima de los 50 VDC
CONTROL DE RALENTI Válvula ISC (Idle Speed Control) Desde que se inició la utilización de los sistemas de Inyección tanto mecánicos como eléctricos, se requería de un sistema que mantenga estables las revoluciones del motor en Ralentí, desde su trabajo en frío hasta llegar a su temperatura de trabajo.
Cuando el motor está frío, se requiere acelerarlo levemente para que compense el esfuerzo de sus partes móviles, la densidad del aceite y el trabajo inestable producido por una no muy eficiente combustión. Cuando el motor se calienta, las revoluciones deben ser controladas para que el motor se desacelere y se mantenga en revoluciones estables en Ralentí, contribuyendo en la disminución de gases contaminantes y en la economía de combustible. Por estas razones, se ha diseñado un sistema completamente automático, el cual es controlado directamente por la ECU del sistema de Inyección, la cual se basa en algunos parámetros o señales y con ellos controla a la Válvula, manteniendo de esta forma las revoluciones en todas las etapas de aceleración.
Para ello, el calculador se basa en las cuatro señales básicas que recibe del sistema de Inyección, es decir del Número de Revoluciones del Motor, la temperatura del refrigerante, la cantidad de aceleración del potenciómetro de la mariposa y el valor de Tensión de la Batería. Para mantener las revoluciones estables del motor se utiliza en la actualidad un Motor Paso a Paso
El Motor paso a paso está diseñado de la siguiente forma: Un Rotor magnético es obligado a girar un cierto ángulo por la atracción o rechazo ocasionado por el campo magnético creado en una bobina o en varias, a las cuales se las ha alimentado de corriente eléctrica. Cuando se alimenta de corriente a una bobina, se logra un cierto giro, para luego alimentar a otra bobina, la cual obliga al rotor a girar otro ángulo adicional y así sucesivamente. Este campo magnético le está permitiendo girar al Rotor en "pasos o partes" y no como gira un motor eléctrico convencional. Si el número de pulso que entrega la ECU a las bobinas es más seguido, el rotor girará rápidamente en uno u otro sentido, dependiendo del sentido de control, es decir en sentido derecho o izquierdo 2 1 1 4 3 5
1. 2. 3. 4. 5.
Bobina Motor paso a paso Rosca Sin fin Rotor Magnético Pasaje Cuerpo de aceleración
El rotor posee un tornillo sinfín, el cual se enrosca durante su giro en una válvula roscada, la misma que se encarga de abrir o cerrar el paso del aire entre los dos conductos en el cuerpo de aceleración, permitiendo con ello acelerar o desacelerar al motor. El calculador se basa en la información recibida de los sensores para determinar el número de pasos a uno u otro lado, controlando con ello la aceleración del motor en ralentí.
Diagrama Eléctrico ISC KTM DUKE 200 (Sistema Bosch)
Gráfico con Osciloscopio Comprobación La señal que envía la ECU a este actuador es realmente rápida, con lo que se debe de contar con un osciloscopio para observar la señal de activación. Un total de 238 “pasos” están disponibles en este motor, dando a la válvula un recorrido de 10mm. Para el caso de la DUKE 200 Con el XC_1, podemos ver el número de pasos. Se muestra como “Idle speed control stepper motor actual (ISCSTEP). Para este actuador en específico es importante contar con datos comparativos del trabajo en una zona en puntual, por ejemplo a 1600msnm la altura de Medellín el actuador debe de tener X Numero de pasos aproximados para el arranque en frio y X números de pasos en caliente, que pueden ser diferente para una motocicleta que se encuentre en 2600mnsm. Nota: Recordemos que la ECU es quien controla directamente a este actuador dependiendo de la información de alguno sensores así que
primero se debe de diagnosticar la señal de los sensores, la ECU y por último el motor paso a paso. Rango Duke 200 Número de pasos 0 – 238 Servomotor del Sub acelerador Con el desarrollo de las motocicleta, haciendo las motos con motores más potentes, con la evolución de los materiales más livianos y más fuertes y con las relaciones de peso potencia que hoy se manejan los fabricantes comenzaron a tener dificultades en el “dominio” de estas máquinas, específicamente los clientes empezaron a tener brusquedad en la conducción debido a que la sensación es como la de una catapulta que te golpea cada vez que abres el acelerador y una expulsión cada vez que cierras la mariposa (freno de motor).
La marca Keihin específicamente desarrollo un sistema para ayudar en el control de la potencia en la aceleración buscando que los clientes puedan tener un disfrute mejor en la conducción de sus motocicletas pudiendo abrir el acelerador al salir de una curva y tener una entrega de potencia lineal y progresiva hasta la línea roja. Para lograr esto dotaron el motor de una segunda mariposa de gases ubicada en el cuerpo de aceleración seguida de la mariposa controlada por el acelerador, le agregaron un servomotor que acciona este
componente y un segundo TPS para que el calculador pueda saber su ubicación
Adicionalmente por medio de una leva este mismo mecanismo controla la aceleración en frio (Fast Idle) Aceleración rápida, así que este componente tiene dos funciones fundamentales uno permitir la facilidad en el arranque por medio del aumento de las rpm cuando el sensor de temperatura le indica a la ECU que el motor esta frio y la segunda suavizar la aceleración al abrir lentamente aunque el conductor abra completamente el acelerador mientras el motor incrementa sus RPM, cuando cerramos el acelerador la segunda mariposa se cierra lentamente para evitar la caída brusca de las RPM.
Podemos decir que esta segunda mariposa proporciona una respuesta natural y lineal del acelerador, las válvulas de mariposa doble también contribuyen a mejorar el rendimiento y la eficiencia de la combustión y el ahorro de combustible. En la actualidad estas mismas mariposas se usan en algunas motocicletas con control de tracción para “ahogar” un poco el motor cuando se está perdiendo la tracción en la rueda trasera lo que se traduce en que es más suave su operación en comparación con los sistemas que apagan cilindros y lo mejor es que permite tener derrapes controlados, con una suavidad que ni el piloto sabe que la moto tiene activado su control de tracción.
Grafica con Osciloscopio Comprobación Diagrama Eléctrico Servomotor del Subacelerador KAWASAKI Ninja 300 (Sistema Keihin)
1. ECU 2. Servomotor de la Válvula del Subacelerador
