Después del fin de semana, y de la resaca post G.P. hoy toca nuevo artículo en el blog. Sólo una reseña a lo acontecido este fin de semana. Felicitaciones a Sebastian Vettel por proclamarse campeón del mundo por tercera vez consecutiva y romper un nuevo récord, pero mi más sincera enhorabuena para Fernando Alonso por conseguir que este mundial no se haya decidido hasta prácticamente la última vuelta. Otra vez será campeón.
Bien, hoy os voy a hablar pormenorizadamente de la carburación y la inyección de combustible en un motor de gasolina u Otto. A diferencia del Diésel, si recordais, en el motor Otto no trabajamos con presiones tan altas debido a su funcionamiento (recordad la teoría pinchando aquí ).
Comenzaré por la carburación, ya que fué el primer sistema para introducir el combustible en la cámara de combustión y aún hoy es usada. La alimentación, cuando el motor es de carburación se realiza a través del carburador, el dispositivo encargado de suministrar la cantidad necesaria de combustible.
Si os acordais, y sino os lo recuerdo, en los motores Otto la cantidad de gasolina necesaria y suficiente para una buena combustión era de 1 gramo por cada 14,7 gramos de aire. A esta relación se le llamaba mezcla estequiométrica. Pero esta relación no se casi nunca, y normalmente funcionamos por encima o por debajo de esa relación. Si hay más de 14,7 gramos de aire por cada gramo de gasolina se le denomina mezcla pobre. Si estamos por debajo se le denomina mezcla rica. A continuación imágenes y explicaciones sobre el carburador:
Bien, aquí un esquema del carburador simple o básico. Además de la explicación de su funcionamiento, aprenderemos un poco de vocabulario en inglés. Empezaré de izquierda a derecha, y comenzamos por el air cleaner (filtro del aire). Como observais el aire entra, gracias a la succión del pistón cuando baja, por el colector de admisión. La choke valve (válvula del estrangulador) regula el paso de aire para que no entre más aire del que debe. El venturi (difusor o venturi, es lo mismo), estrangula el paso de aire, y disminuye su presión, pero aumenta su velocidad y hace que la gasolina se disperse más. Por último la throttle valve (válvula de mariposa o del acelerador) es la válvula conectada al acelerador y con la que comandamos la entrada de la mezcla carburada al cilindro. Ahora la parte de gasolina. El jet (surtidor, tubo de alimentación o tobera) es el tubito encargado de dispersar la gasolina al contacto con el aire. La float chamber (cuba o depósito) es donde almacenamos la gasolina bombeada desde el depósito del vehículo. Float (flotador o boya). Float arm (brazo del flotador) es la palanca que transmite el movimiento ascendente de la boya a la float valve (válvula del flotador o boya), la cual se encarga de cerrar el paso del combustible a la cuba.
En este corte ya si observamos un carburador más elaborado, un corte más específico. El anterior corte nos sirvió para conocer sus interioridades, en este aprenderemos como funciona realmente.
Para empezar, os hablaré de una pieza bastante importante, el chiclé. Es una especie de estrangulador, pero para la gasolina y se fabrica en relación al diámetro del difusor y la cilindrada del motor. Se hace para evitar que el motor se ahogue como consecuencia de una entrada excesiva de gasolina. Para el funcionamiento al ralentí (es decir, sin pisar el acelerador y en punto muerto, sin conexión a las ruedas) tenemos el circuito de baja, con su tornillo de regulación del ralentí, que conecta con una lumbrera o tubito para alimentación, que observaréis está situado por debajo del difusor, esto es porque para mantener el régimen de ralentí hacemos funcionar al motor con mezcla pobre.
Otro dispositivo de control del carburador es la mariposa de aceleración, que controla el paso de aire al cilindro. Cuando no aceleramos, la mariposa sigue abriendo y cerrando debido al paso de aire, para que el motor no se cale (se pare). Bien, en la ilustración observaréis que tambien hay un tubo de emulsión o compensador. Esto se usa para compensar la presión a la que fluye la gasolina con la presión del aire de entrada, y para conseguir que la gasolina no se quede retenida por culpa de la propia presión del aire que entra. La ventilación de la cuba también persigue un efecto similar. Bien, si aceleraramos a tope, conforme nuestro motor gana revoluciones de giro, la gasolina que hay en la cuba baja, ya que sale más por el circuito. Entonces baja la boya y con ella la válvula de aguja, entrando más gasolina a la cuba para su distribución.
Como podeis leer y observar, un carburador tiene muchas regulaciones distintas para un mecanismo simple, que funciona gracias a un principio de fluidomecánica muy básico. Esto lo hace un dispositivo muy poco eficaz, además de muy difícil de hacer funcionar correctamente. Esta fué la principal razón por la que los carburadores fueron sustituidos por la más modernas inyecciónes de gasolina. Si alguien quiere conocer más sobre carburadores, le remito a los enlaces que pongo en la bibliografía. Por último, otros gráficos sobre carburación:
Vemos que el surtidor y el orificio no se colocan justo en la mitad del venturi o difusor, sino a una distacia, por debajo, equivalente al diámetro del venturi partido por 3. Esto es así porque el aire se acelera al entrar en el venturi, pero no justo al entrar, sino mas adentro, y para conseguir el efecto de difusor de gasolina que necesitamos (pulverización) es necesario que el aire vaya con mucha velocidad.
Como os he dicho antes, las inyecciónes de gasolina han sustituido por completo a este sistema en automóviles, aunque aún se sigue usando la carburación en maquinaria debido a su bajo coste. Veamos porqué se ha impuesto la inyección y las características. Como en los motores Diésel, existen dos grandes tipos de inyeccones:
- Inyección indirecta de combustible: Como su nombre indica, la inyección se realiza en la admisión del cilindro, no dentro de la cámara de combustión. Las primeras inyecciones electrónicas eran de este tipo.
- Inyección directa de combustible: Aquí si inyectamos directamente al cilindro, y es la más moderna y eficaz. La inyección se realiza a mayor presión y se aprovecha mejor el combustible.
No lo he dicho antes, pero la inyección indirecta se inventó a finales de los años 70 del siglo pasado, y la directa a mediados de los años 90, aunque no se ha empezado a popularizar hasta finales de la década del 2000.
Dentro del grupo de la inyección indirecta, encontramos dos maneras de inyectar el combustible, inyección indirecta monopunto e inyección indirecta multipunto. Se refieren al control de la mezcla en forma colectiva o individual, es decir que en la monopunto el inyector se coloca en el colector de admisión junto a la válvula de mariposa, y después ese colector se divide en tantos tramos como cilíndros haya, un esquema:
Aqui podeis observar como se ha sustituido el carburador por todo un paquete formado por el inyector, el sensor de temperatura del aire, regulador de presión, sensor de posición de la mariposa del acelerador y termoactuador del ralentí. Por otro lado al sistema ahora añadimos un sensor de temperatura del motor, una sonda lambda y una ECU o unidad de control electrónico. Los componentes ahora por separado:
1.- ECU o Unidad de Control Electrónico: Viene a ser el "ordenador" que comanda todo el sistema de inyección, y controla que la mezcla sea siempre la correcta, sea cual sea la posición del acelerador.
2.- Cuerpo de la mariposa-inyector: En el sistema de inyección monopunto encontramos que donde antes iba el carburador junto con la válvula de mariposa y un estrangulador, ahora hay un conjunto formado por la mariposa e inyector de combustible, un esquema-despiece del mismo:
3.- Bomba de combustible.
4.- Filtro de combustible.
5.- Sensor temperatura del motor (del refrigerante).
6.- Sonda lambda: Aquí voy a detenerme un poco. Somo sabeis los motores Otto funcionan con mezcla aire-gasolina. La mezcla ideal o estequiométrica ya sabeis que es 14,7 gramos de aire por 1 gramo de gasolina. Bien a esa mezcla también se la denomina factor lambda y este factor es igual a 1 para la mezcla estequiométrica. Esta sonda se coloca en el colector de escape del motor para medir la cantidad de oxígeno que hay en los gases de escape, y mandar la señal a la ECU para que actúe sobre el sistema de inyección según convenga, es decir si la sonda lambda mide mucho oxígeno es que estamos trabajando con mezcla pobre y si mide poco oxígeno es que estamos trabajando con mezcla rica (factores lambda mayor o menor que 1 respectivamente). Estos son los elementos principales de un sistema Bosch Mono-Jetronic, pero hay más como el caudalímetro y el captador para el sistema de encendido (distribuidor o delco).
El otro sistema de inyección monopunto, más evolucionado, es el Bosch Mono-Motronic, que se diferencia del anterior en que la ECU y el sistema de encendido estan integrados en el mismo componente. A continuación un esquema:
Observamos que el sistema es prácticamente el mismo, salvo por que el sistema de encendido (el que se encarga de la chispa de la bujía) está ahora comandado por la ECU, y porque encontramos un elemento que no estaba en el anterior sistema, me estoy refiriendo al cánister o cartucho de carbón activo. ¿Qué es y para que sirve? Bien, los gases que la gasolina desprende (recordad que es muy volátil) se queman en la cámara de combustión mientras el motor está funcionando, pero cuando lo paramos esos gases se acumulan y luego escapan sin quemar, contaminando mucho. La función del cánister es recoger esos gases, y gracias al carbón activo retenerlos hasta que el motor se ponga en marcha de nuevo, una foto:
Ahora paso a exponeros las inyecciones indirectas multipunto. Empezaremos por la más primitiva, la Bosch K-Jetronic. Aquí un esquema:
En este sistema encontramos dos circuitos de combustible, uno el de arranque en frío y el otro el principal que alimenta a los inyectores de cada cilindro. Funciona igual que la inyección monopunto, sólo que no hay control eléctronico de la mezcla. Este control es ejercido por medio de los tornillos de regulación del ralentí y por los reguladores mecánicos (sistemas de válvulas de presión mediante muelle). Eso si, seguimos teniendo un termocontacto que se encarga de hacer funcionar el inyector de arranque en frío. El inyector principal, como podeis observar, se coloca justo a la entrada del cilindro, en el colector de admisión. El volumen de aire que entra al motor se mide por medio de un caudalímetro especial (números del 10 al 13). Alimentación mediante una bomba eléctrica de gasolina (expliqué el funcionamiento de estas bombas anteriormente, pincha aquí ), y dosificada la cantidad mediante el dosificador-distribuidor (números 7 y 14, y letras A y B).
El siguiente sistema es el Bosch KE-Jetronic, prácticamente igual que el anterior, sólo que la presión de llegada desde la bomba de gasolina hace que una membrana colocada en el regulador-dosificador, envíe el combustible de vuelta al depósito cuando se supera cierta presión. Esto hace que la presión del circuito baje, cuando baja mucho, la membrana vuelve a su sitio y el combustible aumenta la presión y el caudal. Es un sistema más rápido en su regulación, pero sigue teniendo los mismos impedimentos que el anterior en cuanto a la regulación del combustible.
El primer sistema de inyección electrónica multipunto puesto en funcionamiento es el Bosch L-Jetronic. Su esquema es el siguiente:
- Medidor del caudal de aire con control electrónico.
- ECU o unidad de control electrónico.
- Bomba eléctrica de gasolina.
- Filtro de combustible.
- Válvula de aire adicional: Esta válvula se coloca para eludir la entrada de aire por medio de la mariposa, para que entre más aire cuando el motor está frío y encesita algo más de combustible. Como la ECU está informada en todo momento del caudal de aire que entra y del combustible que se inyecta, está regula el arranque en frío junto con la válvula de aire adicional. Cuando el motor alcanza su temperatura de servicio (alrededor de los 88º-92º centígrados), la válvula se cierra.
- Sonda lambda.
- Sensor de temperatura refrigerante.
- Inyectores electromagnéticos: Cuando vimos la inyección Diésel, expliqué que hay inyectores mecánicos e inyectores electrónicos, que funcionan gracias a que una corriente eléctrica genera un campo magnético que acuta sobre la válvula que dosifica el combustible. En este caso es igual, sólo que funcionan a menor presión de combustible.
- Sensor de posición de la mariposa.
- Regulador de presión del combustible.
Y llegamos al tipo de inyección electrónica multipunto más utilizado actualmente, el Bosch Motronic. Este sistema de inyección indirecta multipunto es el que está más en uso en la actualidad (aunque desde hace unos años está siendo desplazado por las inyecciones directas). Su esquema es el siguiente:
- Medidor del caudal de aire con control electrónico.
- Actuador rotativo del ralentí: Esta pieza sustituye a la válvula de aire adicional, y actua controlado electrónicamente. La ECU envía una señal al actuador en función del régimen de giro y la temperatura del motor. Entonces el actuador modifica la apertura del conducto by-pass suministrando más caudal o menos en función de la variación del ralentí incial.
- ECU o unidad de control eléctronico: Obsérvese que contiene más elementos, y es más grande que las anteriores.
- Bomba eléctrica de combustible.
- Distribuidor del sistema de encendido.
- Detector de posición de la mariposa.
- Bobina de encendido.
- Sonda lambda.
- Sensor de las revoluciones de motor (régimen de giro o r.p.m.)
- Sensor de temperatura del refrigerante.
- Inyectores electromagnéticos.
- Filtro de combustible.
- Regulador de presión de combustible.
Hasta pronto, os dejo la bibliografía, la cual podéis consultar para ampliar conocimientos:
- http://www.aficionadosalamecanica.com/inyeccion_gasolina1.htm
- http://www.aficionadosalamecanica.com/inyeccion-k-jetronic.htm
- http://eltallerdecyper.blogspot.com.es/2010/01/el-canister.html
- http://www.aficionadosalamecanica.com/inyeccion_monopunto.htm
- http://electroaut.blogspot.com.es/2012/04/introduccion-la-inyeccion-electronica-o.html
- http://html.rincondelvago.com/alimentacion-y-combustion-en-motores-alternativos.html
- http://www.ec2atm.com/motorniva.htm
- http://tuning-mix.com/carburadores.htm
- http://es.wikipedia.org/wiki/Carburador
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