UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE
INYECCIÓN MULTIPUNTO INDIRECTA EN UNA CAMIONETA
TOYOTA 1000, PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA DEL
MOTOR.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
DIEGO ARMANDO MENA VILLAMARÍN
DIRECTOR: ING. EDDY WLADIMIR VILLALOBOS ESPINOZA
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 0502336308
APELLIDO Y NOMBRES: Mena Villamarin Diego Armando DIRECCIÓN: Gral. Proaño 28-170 EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 032802861
TELÉFONO MOVIL: 0983168732 DATOS DE LA OBRA
TITULO:
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE INYECCIÓN MULTIPUNTO INDIRECTA EN UNA CAMIONETA TOYOTA 1000, PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA DEL MOTOR.
AUTOR O AUTORES: Mena Villamarin Diego Armando FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN:
DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
ING. EDDY WLADIMIR VILLALOBOS ESPINOZA
PROGRAMA PREGRADO X POSGRADO TITULO POR EL QUE OPTA: INGENIERO AUTOMOTRIZ
RESUMEN: Mínimo 250 palabras El presente trabajo trata sobre la implementación de un sistema de inyección electrónica multipunto indirecta en un vehículo Toyota 1000, con sistema de alimentación convencional a carburación, el cual tiene como objetivo dar solución al mejoramiento del índice de combustible, aumento del 15 % de la potencia del motor y siendo un sistema más amigable con el medio ambiente al obtener una reducción de emisión de gases contaminante por la combustión.
combustible para de esta forma cumplir con los valores de estequiometria, es decir con proporciones de 14,7 de aire a 1 de combustible, al hacer cumplir esta condición habremos conseguido un Lambda con un valor de 1, por lo tanto no habrá ni mezcla rica, ni mezcla pobre, al momento de la combustión con esto se garantiza la reducción de los gases contaminantes del escape.
Para llevar a cabo este proyecto se requiere de una unidad de control electrónico programable (ECU), a su vez se necesitan de sensores que serán los encargados de enviar la información a la ECU y finalmente se requiere de algunos actuadores que serán los encargados de recibir la orden de la Unidad de Control.
En conclusión se habla de un sistema menos contaminante con sus gases de escape más económico en consumo de combustible y más potente a la respuesta de aceleración, todo esto en base a pruebas y resultados obtenidos.
PALABRAS CLAVES: Inyección, multipunto.
ABSTRACT: This paper deals with the implementation of a system of multipoint electronic injection indirect in a vehicle carburetor which aims to solve the improvement in reducing fuel consumption, increased power and above all be a less offensive system to the environment due to reduce polluting gases caused by the burning of vehicles powered carburetor systems.
DEDICATORIA
Dedico primeramente mi trabajo a Dios, ya que gracias a él he logrado concluir
con mi carrera, a mis padres Calixto y Emma, porque ellos siempre estuvieron
a mi lado brindándome su apoyo y consejos para hacer de mí una mejor
persona, su afecto y su cariño son los detonantes de mi felicidad, me han
enseñado a no desfallecer y no rendirme ante nada y siempre perseverar a
través de sus sabios consejos, se los agradezco enteramente, muchos de mis
logros se los debo a ustedes entre los que se incluye este, a mis hermanos
Jaqueline, Amparo y Wilmer por brindarme el tiempo necesario para
realizarme profesionalmente, por sus palabras y compañía. A mi novia Evelyn
tu ayuda a sido fundamental, has estado conmigo incluso en los momentos
más colosales, siempre estuviste motivándome y ayudándome hasta donde
tus alcances lo permitían, te lo agradezco muchísimo.
A todo el resto de mi familia que de una u otra manera me ha llenado de
sabiduría para terminar la tesis.
Para ellos es esta dedicatoria de tesis, pues es a ellos a quienes se las debo
por ser fuente de apoyo, motivación e inspiración para poder superarme cada
día más y lograron que este sueño se haga realidad.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ix
ABSTRACT x
1. INTRODUCCIÓN 1
2. MARCO TEÓRICO 3
2.1. EL SISTEMA DE CARBURACIÓN FRENTE A AL SISTEMA
DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE 5
2.1.1. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE INYECCIÓN
ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE. 9
Según las características de funcionamiento. 12
Según el número de inyectores. 12
2.1.2. GENERALIDADES DEL SISTEMA DE INYECCIÓN
MULTIPUNTO 13
2.2 . FUNCIÓN DE LOS MOTORES DE INYECCIÓN 15
2.2.1. ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE 15
2.2.2. BOMBA ELÉCTRICA DE COMBUSTIBLE 15
2.2.3. FILTRO DE COMBUSTIBLE 17
2.2.4. RIEL DE INYECTORES 17
2.2.5. REGULADOR DE PRESIÓN DE COMBUSTIBLE 18
2.2.6. INYECTORES 19
2.3 . CONCEPTUALIZACIÓN 20
2.3.1. UNIDAD DE CONTROL ELÉCTRICA (ECU) DEL
SISTEMA DE INYECCIÓN 21
2.3.1.1. Control de la inyección de combustible. 23
2.3.1.2. Control del tiempo de inyección. 24
2.3.1.3. Control de la distribución de válvulas. 24
ii
2.3.1.5. Auto-Diagnostico. 24
2.3.2. SISTEMA DE INYECCIÓN MULTIPUNTO PROGRAMABLE 24
3. METODOLOGÍA 26
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN 28
4.1. REQUERIMIENTOS Y ESPECIFICACIONES 28
4.1.1. DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR
TOYOTA 1000 28
4.1.2. ANÁLISIS Y PRUEBAS PREVIAS AL DESARROLLO
DEL PROYECTO. 29
4.1.2.1. Análisis de los gases de escape 29
4.1.2.2. Prueba de índice de combustible o consumo
de combustible 32
4.1.2.3. Torque y potencia 33
4.1.2.4. Medición del ángulo DWELL. 34
4.1.2.5. Medición de la compresión. 35
4.1.2.6. Calculo del dosado con el sistema a carburación. 37
4.2. SELECCIÓN DE LA COMPUTADORA PROGRAMABLE
PARA EL SISTEMA DE INYECCIÓN MULTIPUNTO INDIRECTA
PARA UNA CAMIONETA TOYOTA 1000. 37
4.2.1. COMPUTADORA PROGRAMABLE HALTECH ELITE 2500. 38
4.2.2. COMPUTADORA PROGRAMABLE MEGASQUIRT. 38
4.3. DESARROLLO DEL PROYECTO 39
4.3.1. SELECCIÓN DEL MÚLTIPLE DE ADMISIÓN 40
4.3.1.1. Diseño del múltiple de admisión 40
4.3.2. UBICACIÓN DE LOS INYECTORES 45
4.3.3. SELECCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS
COMPONENTES DEL SISTEMA 46
4.3.3.1. Regulador de presión de combustible 47
iii
4.3.3.3. Relé. 47
4.3.3.4. Sensores de control. 48
4.3.3.5. Sistema de encendido. 53
4.3.3.6. Filtros de aire de alto flujo 54
4.4. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA 54
4.4.1. PRUEBAS REALIZADAS AL AUTO CON EL SISTEMA DE
INYECCIÓN ELECTRÓNICO MULTIPUNTO INDIRECTA 62
4.4.2. ANÁLISIS Y PRUEBAS AL SISTEMA IMPLEMENTADO 63
4.4.2.1. Análisis de los gases de escape 63
4.4.2.2. Prueba de índice de combustible
o consumo de combustible 63
4.4.2.3. Torque y Potencia 64
4.4.2.4. Calculo del dosado con el sistema de inyección multipunto. 66
4.5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 67
4.5.1. ANÁLISIS DE LOS GASES DE ESCAPE 67
4.5.2. PRUEBA DE ÍNDICE DE COMBUSTIBLE O CONSUMO DE
COMBUSTIBLE 68
4.5.3. TORQUE Y POTENCIA 69
4.5.4. VALORACIÓN ECONÓMICA 72
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 73
5.1. CONCLUSIONES 73
5.2. RECOMENDACIONES 74
BIBLIOGRAFÍA 76
iv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA Tabla 1. Características técnicas del motor 2K TOYOTA 1000 28
Tabla 2. Resultados del análisis de los gases 31
Tabla 3. Límite máximo de las emisiones permitidas
para fuentes móviles con motor de gasolina (Prueba estática) 31
Tabla 4. Mediciones del torque del motor con el sistema
de alimentación convencional 34
Tabla 5. Mediciones ángulo DWELL. 35
Tabla 6. Mediciones de compresión con el sistema
de alimentación convencional 36
Tabla 7. Características de la rueda fónica 50
Tabla 8. Resultados del análisis de los gases 63
Tabla 9.Mediciones del torque del motor con el sistema
de inyección electrónica 65
Tabla 10. Comparación del análisis de los gases. 67
Tabla 11. Índice de consumo sistema de alimentación
convencional e inyección electrónica 69
Tabla 12. Análisis comparativo del torque 69
Tabla 13. Análisis comparativo de la potencia 70
v
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1.Carburador 3
Figura 2. Carburación vs inyección de combustible 7
Figura 3. Desventajas del carburador 7
Figura 4. Ventajas del sistema de inyección electrónica de combustible 8
Figura 5. Inyección semisecuencial 10
Figura 6. Inyección simultánea 10
Figura 7. Inyección secuencial 11
Figura 8. Inyección directa 12
Figura 9 . Procesos a los que están sometidos el aire y la
gasolina antes de efectuarse la mezcla 13
Figura 10. Comparación entre inyección directa e inyección indirecta 14
Figura 11. Bomba eléctrica de combustible 16
Figura 12. Filtro de combustible 17
Figura 13. Riel de inyectores 18
Figura 14.Cuerpo del inyector de gasolina 20
Figura 15. Diagrama de la inyección electrónica 21
Figura 16. Esquema delos componentes que controla la ECU 23
Figura 17. Imagen de ECU programable 25
Figura 18. Analizador de gases marca Stargas 898 Plus 30
Figura 19. Recorrido y distancia de la prueba de consumo
de combustible 32
Figura 20. Grafica de la prueba de torque y potencia (dinamómetro) 33
Figura 21. Determinación de ángulo DWELL 35
Figura 22. Medición de la prueba de compresión 36
Figura 23. Computadora programable Haltech Elite 38
Figura 24. Computadora programable Mega Squirt 39
Figura 25. Múltiple de admisión y sistema de alimentación
convencional desmontado 40
Figura 26. Partes componentes fabricadas del múltiple de admisión 43
vi
Figura 28. Múltiple de admisión terminado y pulido de las uniones
para disminuir las pérdidas por fricción 44
Figura 29. Múltiple de admisión construido 44
Figura 30. Conjunto múltiple de admisión y cuerpo de aceleración 45
Figura 31. Ubicación de los inyectores en el cuerpo de aceleración 45
Figura 32. Inyectores 46
Figura 33. Riel o rampa de inyectores 47
Figura 34. Relé de comando 48
Figura 35. Cuerpo de aceleración y posición de mariposas 48
Figura 36. Maquinado de la rueda fónica, para la adaptación 49
Figura 37. Montaje del sensor CKP y rueda fónica 50
Figura 38.Sensor TPS en el cuerpo de aceleración 51
Figura 39. Sensor de temperatura del refrigerante (CTS) 52
Figura 40. Ubicación del sensor de temperatura del refrigerante 52
Figura 41. Sensor de temperatura del aire. 52
Figura 42. Ubicación del sistema DIS 53
Figura 43. Ubicación de los filtros de alto flujo 54
Figura 44. Montaje del múltiple de admisión, cuerpo de aceleración,
riel de inyectores e inyectores 55
Figura 45. Montaje de la rueda fónica y sensor 55
Figura 46. Montaje del Sensor 56
Figura 47. Ubicación y montaje de los relay de comando 56
Figura 48. Bobinas del sistema de encendido DIS,
bujías y cables de bujías 57
Figura 49. Montaje de la ECU 57
Figura 50. Programación de la ECU 58
Figura 51. Visualización de los indicadores de cada
uno de los sensores 59
Figura 52. Selección de las cilindradas del vehículo 59
Figura 53.Opción del control de inyectores 60
vii
Figura 55. Mapeo de parámetros, cantidad de combustible a inyectar, en dependencia de las revoluciones del motor y la posición o
desplazamiento del pedal de aceleración 61
Figura 56. Selección de la rueda fónica 62
Figura 57.Señal emitida por el sensor inductivo 62
Figura 58. Recorrido y distancia de la prueba de
consumo de combustible 64
Figura 59. Grafica de la prueba de torque y potencia (dinamómetro) 65
Figura 60. Análisis comparativo del CO 67
Figura 61. Comportamiento de las curvas de Torque vs RPM 70
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO 1.
MANUAL DE REPARACION DE MOTOR SERIES K. 78
ANEXO 2.
DIAGRAMA DE INSTALACIÓN MEGASQUIRT 80
ANEXO 3.
ix
RESUMEN
El presente trabajo trata sobre la implementación de un sistema de inyección
electrónica multipunto indirecta en un vehículo Toyota 1000, con sistema de
alimentación convencional a carburación, el cual tiene como objetivo dar
solución al mejoramiento del índice de combustible, aumento de la potencia
del motor y siendo un sistema más amigable con el medio ambiente al obtener
una reducción de emisión de gases contaminantes por la combustión. La
finalidad de este proyecto de tesis es permitir que se realice con una mayor
eficiencia la mezcla aire – combustible para de esta forma cumplir con los
valores de estequiometria, al hacer cumplir esta condición se habrá
conseguido un valor lo más cercano al ideal. Con la implementación de este
sistema se logra incrementar la potencia y el torque a un 15%, así como el
consumo de combustible se redujo en un 50% y a su vez los hidrocarburos se
reducen a un 30% de los emanados con el sistema de carburación. A través
de la implementación de la unidad de control electrónico programable (ECU)
y un cuerpo de aceleración independiente (ITB), se optimizara la cantidad
precisa a inyectarse en distintas posiciones geográficas, consiguiendo la
mejora en el rendimiento del motor. En la elección del dispositivo programable
se tomó en cuenta ciertos factores que influyen en la selección de elementos
del sistema de inyección como son el tipo de inyección, factor económico,
disponibilidad en el mercado y su versatilidad al momento de programar. En
conclusión, se habla de un sistema menos contaminante, más económico en
consumo de combustible y más potente a la respuesta de aceleración, todo
esto en base a pruebas y resultados obtenidos a través de cálculos y pruebas
en el dinamómetro, el sistema de inyección reemplaza en su totalidad al
x
ABSTRACT
This paper deals with the implementation of a system of multipoint electronic
injection indirect in a Toyota 1000 vehicle with conventional system feeding
carburizing, which aims to provide a solution to improving the fuel index,
increased engine power and It is a more friendly system environment to obtain
a reduction of greenhouse gas emissions by combustion. The purpose of this
thesis project is allowed to perform with greater efficiency the air - fuel mixture
to thereby meet the stoichiometry values, to enforce this condition will have
achieved a value as close to ideal. With the implementation of this system is
achieved to increase the power and torque to 15%, and fuel consumption was
reduced by 50% and in turn hydrocarbons are reduced to 30% of the emanated
with carburetion system . Through the implementation of the programmable
electronic control unit (ECU) and a body independent acceleration (ITB), the
precise amount to be injected in different geographical positions, achieving
improved engine performance is optimized. In the choice of programmable
device it took into account factors that influence the selection of elements of
the injection system such as the type of injection, economic factor, market
availability and versatility when programming. In conclusion, there is talk of a
cleaner, cheaper system in fuel consumption and more powerful throttle
response, all based on tests and results obtained through calculations and
tests on the dynamometer, the injection system replaces in full to the
1
1. INTRODUCCIÓN
En el sistema de alimentación por carburación, se obtiene en el múltiple de
admisión una mezcla desigual de aire-combustible para cada cilindro. La
problemática y necesidad que se forme una mezcla de aire combustible
homogénea que sea capaz de alimentar por igual a todos los cilindros incluso
al más lejano o desfavorecido, obliga a investigadores a dosificar una cantidad
de combustible más elevada. Lo que trae consigo un excesivo consumo de
combustible y una carga desigual de mezcla en los cilindros.
Para lograr reducir las emisiones de gases contaminantes, es necesario
preparar una mezcla de aire combustible con una proporción determinada.
El automóvil es uno más de los protagonistas en la contaminación ambiental
actual, generando según datos estadísticos Internacionales, el 65% de
contaminación. En análisis y estudio del automóvil como agente generador de
contaminación ambientan representan las emisiones de la siguiente forma:
emisiones del escape con el 60%, emisiones contaminantes por concepto del
cárter el 20% y emisiones contaminantes por concepto del tanque de
combustible con el 20%.
Teniendo en cuenta la problemática que tiene la eficiencia del motor a
combustión interna a carburador y para la disminución de combustible de la
camioneta Toyota 1000, se lleva a la aplicación del sistema de inyección
multipunto por tanto el control de la dosificación está a cargo de un módulo
electrónico, dicho modulo permitirá determinar el tiempo de apertura de los
inyectores en cada ciclo de funcionamiento, lo que quiere decir que la
activación de cada inyector se producirá de forma individual y separada,
logrando que la mezcla de combustible sea más uniforme y homogénea para
mantener la eficiencia en el consumo de combustible y la disminución de los
gases procedentes de la combustión. Por tanto, el modulo electrónico
examina las distintas fases de funcionamiento del motor, y a partir de ahí
establece la dosificación programada en su memoria interna, para adecuarla
2 Con la justificación práctica se demuestra que en los últimos tiempos se ha
visto un incremento de automóviles que vienen con el sistema de inyección
en sustitución del sistema de carburación. Debido a la necesidad de mejorar
la potencia, el consumo de combustible y además mejorar la relación Lambda
entre el aire y combustible para una óptima combustión y consecuentemente
el efecto que causa la misma hacia el planeta.
Con lo expuesto anteriormente, el objetivo general del proyecto consiste en
diseñar la implementación de un sistema de inyección multipunto indirecta en
una camioneta Toyota 1000, para determinar la eficiencia del motor.
Como objetivos específicos se tiene:
Investigar sobre los diferentes sistemas de inyección de combustible que existen actualmente y su contribución en el rendimiento del motor.
Diseñar y seleccionar los elementos adecuados para la modificación del
sistema de alimentación de combustible a carburador del motor por uno de
inyección electrónica multipunto indirecta en el motor.
Instalar los elementos seleccionados del sistema de inyección electrónica multipunto indirecta en el motor.
Ejecutar las pruebas de emisiones de gases contaminantes, consumo de combustible, potencia y torque del motor con carburador y con el sistema
3
2. MARCO TEÓRICO
El automóvil es un vehículo indispensable para la sociedad actual, puesto que
es el medio de transporte más utilizado para los recorridos diarios de las
personas. Actualmente el uso de los automóviles es muy común además
existe una gran variedad de ellos en el mercado; por lo que la industria del
automóvil está a la vanguardia de la tecnología, hoy en día los conductores
buscan un auto que garantice eficiencia, economía, ergonomía y seguridad.
Por tanto los automóviles han experimentado un gran avance tecnológico en
los últimos años. Por ello es necesario partir de los principios de
funcionamiento básicos para poder analizar posteriormente sus diferentes
disposiciones constructivas. Partiendo de este punto se dirá que el carburador
es el dispositivo que se encarga de preparar la mezcla de aire-combustible en
los motores de gasolina. A fin de que el motor funcione más económicamente
y obtenga la mayor potencia de salida, es importante que la gasolina esté
mezclada con el aire en las proporciones óptimas. Estas proporciones,
denominadas factor lambda, son de 14,7 partes de aire en peso, por cada 1
parte de gasolina; es lo que se llama "mezcla estequiométrica"; pero en
ocasiones se necesitan otras dosificaciones, lo que se llama mezcla rica o
bien mezcla pobre, como se muestra en la figura 1.
Figura 1.Carburador
4 Después de la segunda guerra mundial y hasta el año 1949, no se encuentran
indicios de motores de explosión alimentados por inyección. Este sistema de
inyección de tipo indirecto, fue aplicado con buenos resultados a los motores
de gran potencia y tamaño de 4 cilindros del modelo Offenhauser de los
coches para Indianápolis.
En viejo continente, uno de los primeros ejemplos de motor automovilístico de
inyección de tipo indirecto, lo estableció el motor de 4 cilindros Connaught de
la Fórmula 2, de 1953. En el año 1954, fue la industria de la Mercedes la que
recurrió al de sistema de inyección, utilizándolo en un motor de de 8 cilindros
en línea para un coche de la Fórmula 1. Con sistema directo de tipo Bosch.
Este tipo de sistema fue utilizado en los vehículos de competición, en 1956 se
construyó el motor de 6 cilindros en línea del auto Jaguar, alimentado por
inyectores situados delante de la válvula de admisión. Iniciando una nueva
etapa de experimentos e invenciones por diferentes fabricantes. Apareciendo
en el mercado motores de 8 cilindros en V como el Honda, ATS y Ford con el
sistema de inyección indirecta.
El desarrollo de este sistema de inyección, ha desarrollado e impulsado a
grandes empresas especializadas en la construcción de sistemas de
inyección, a que estos sean aplicables a los coches que normalmente
funcionan con carburadores. Ejemplo de ello es la empresa italiana SPICA y
de la británica Tecalemit-Jackson.
La evolución de la inyección de combustible se retardó debido a ciertos
efectos contrarios de esta tendencia, tales como la decisión de algunos
gigantes de la industria automotriz por producir sus propios sistemas y el que
algunas compañías importantes de carburadores se dieron cuenta, de que ya
no tendrían futuro, a menos que ampliaran sus líneas de productos abarcando
una variedad de sistemas para preparar la mezcla de combustibles con o sin
5
2.1. EL SISTEMA DE CARBURACIÓN FRENTE A AL SISTEMA
DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE
La inyección electrónica de combustible posee una gran atracción al
encontrarse con las fallas del carburador, siendo este el punto de partida para
investigarlos principios de la inyección de combustible y sus elementos.
Teniendo en cuenta que el carburador deja o no pasar el aire a las cámaras,
es el primer eslabón para controlar la respiración del motor. En teoría, durante
la etapa de admisión, el pistón debe succionar al interior del cilindro, la mezcla
de aire combustible a una presión de 1 atm, siendo este volumen igual al
volumen de recorrido del pistón en el cilindro. En la práctica, la cantidad de
mezcla que entra es siempre menor a la cantidad teórica.
A esta proporción de aire/combustible teórica se denomina eficiencia
volumétrica, cual está cercano al 85%
Por parte de investigadores se plantea como criterio que la eficiencia
volumétrica es del 85 % por las siguientes razones que se enumeran a
continuación.
1. Mecanismos en el carburador y pérdidas por rozamiento en los
dobleces o curvaturas en el múltiple de admisión, que limita el flujo del
caudal de la mezcla.
2. Cercanía del múltiple de admisión al múltiple de escape, calentando la
mezcla, y por ende la expande la expande antes de entrar a los
cilindros.
3. Los gases calientes de la combustión, que no son barridos en su
totalidad y que quedan atrapados en el interior del cilindro en la carrera
de escape, contaminan la nueva mescla.
El carburador mezcla la carga de combustible y aire, la cual se distribuye a los
cilindros por medio del múltiple de admisión. La mezcla debe ser lo
suficientemente rica en combustible para asegurar que este llegue a los
cilindros con la calidad deseada, siendo los cilindros más cercanos, los más
6 economía de combustible como para el control de emisiones (Arias & Paz,
2000).
Los carburadores poseen una válvula de mariposa o acelerador, la cual
controla el flujo de aire que entra. El caudal de aire que entra en el carburador
regula la velocidad del motor (Arias & Paz, 2000).
La gasolina es llevada por goteo por el flujo del aire en los conductos, esto se
logra por la diferencia de presión entre la taza del flotador y el múltiple de
admisión. Está comprobado que el suministro de combustible en un sistema
de carburación convencional tiende a retrasarse con relación al movimiento
de la mariposa del carburador, debido a la tensión superficial y la inercia en
el combustible (Sánchez & Delgado, 2012).
Un carburador convencional, trabaja la mariposa está completamente en
posición cerrada o abierta, es por lo que se agrega al conjunto un circuito de
marcha en vacío o ralentí para mantener el motor operando, sin necesidad
requiera de potencia (Arias & Paz, 2000).
En el sistema de carburación convencional se puede obtener una proporción
estequiométrica de 14,7g de aire por 1g de combustible lo que es lo mismo
una relación de 14.7:1.
La mezcla de aire y la gasolina no se obtiene con calidad en tiempo frío o
invierno. Las fracciones ligeras de gasolina ayudan a la formación de una
mezcla de combustible adecuada, es por ello que la mezcla de aire –
combustible debe ser más rica cuando el motor esta frío y la temperatura
ambiente sean bajas.
Todos los autos con transmisión automática tienen un amortiguador que evita
que el motor se pare cuando se suelta súbitamente el acelerador. Resultaría
muy costoso incluir una compensación automática debido a la altitud en un
carburador. Teniendo en cuenta el enrarecimiento de aire que hay en grandes
altitudes como Quito, con un ajuste normal se lograría una mezcla muy rica.
Estadísticamente pocos autos van y vienen entre dos ambientes de alta y baja
altitud, por lo que la industria realiza las entregas de autos con diferentes
ajustes de carburador, de acuerdo con su destino final (Amán & Castelo,
7 El carburador, a pesar de sus desventajas sigue siendo un compromiso. Los
costos adicionales para mejorar los diseños de carburadores están ocasionó
que la industria adopte la inyección de combustible.
En la figura 2 se muestra una imagen del sistema de alimentación por
carburación y el sistema de inyección de combustible.
Figura 2. Carburación vs inyección de combustible
(BOSCH, 2005)
El sistema de inyección electrónica fue reemplazando al sistema de
carburación, debido a las desventajas que este proporcionaba como se
muestra en la figura 3.
Figura 3. Desventajas del carburador
En los sistemas de inyección de combustible, cada cilindro tiene asignada una
8 computadora, con lo que se asegura que cada cilindro reciba el suministro de
combustible en el momento preciso , a los cilindros llega la misma cantidad de
combustible exactamente dosificada, de acuerdo a las órdenes de la unidad
de control en los sistemas de inyección, ya sea su clasificación agrupada,
alternada, secuencial, simultánea y directa (Sánchez & Delgado, 2012).
En la figura 4 se muestran claramente las ventajas ofresidas por el sistema de
inyeccion electronica de combsutible.
A continuación se explica en síntesis cada una de las ventajas que
proporciona el sistema de inyección electrónica.
1. Aceleración sin retardo: En los sistemas de inyección electrónica de
combustible el motor de adapta a las condiciones variables de carga y
al flujo de aire que ingresa al múltiple de admisión, esta aceleración es
simultánea y sin demora, debido a que las válvulas de inyección
inyectan la cantidad necesaria de combustible.
2. Mayor potencia: Al ser utilizado el sistema de inyección, permite
optimizar la forma de conductores de admisión y el aumento del par del
motor, al obtenerse mejor llenado de los cilindros. Esto se traduce en
una mayor potencia específica (entre 10 a 15%) y una evolución
próspera del par motor.
9
3. Disminución de niveles de contaminación: Los elementos
contaminantes emanados en los gases de escape depende
directamente de la relación de aire-gasolina de la mezcla formada.
2.1.1. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE.
El sistema de inyección electrónica de combustible está clasificado de
acuerdo a los modelos de vehículos, marcas y el diseño de fábrica como se
relacionan a continuación:
Inyección alternada
Inyección agrupada o semisecuencial
Inyección simultánea
Inyección secuencial
Inyección directa
La Inyección alternada se utiliza en muchos vehículos americanos, como por
ejemplo en las líneas Ford, General Motor (GMC), Dodge, Chrysler y otros.
Este sistema cuenta con dos inyectores en el cuerpo de aceleración, cuando
un inyector pulsa, el otro permanece cerrado en milisegundos. Algunos
vehículos americanos de mayor potencia pueden llegar a tener cuatro
inyectores en el cuerpo de la mariposa (Sánchez & Delgado, 2012).
El diseño de la inyección agrupada o semisecuencial como se muestra en la
figura 5, se encarga de inyectar por pares o se divide la cantidad de cilindros
por dos. En el caso de un motor de cuatro cilindros, inyectará de a dos por
vez, si fuera de seis cilindros inyectará tres inyectores por vez, operación que
producirá en cada vuelta del motor (720º). La unidad de control envía órdenes
de trabajo a través de dos circuitos, esto quiere decir que uno de los circuitos
está conectado al primero y al cuarto cilindro, el siguiente está conectado al
segundo y tercer cilindro. El inyector número uno es utilizado en la fase de
admisión y el inyector número cuatro espera hasta que llegue en su ciclo o
fase de admisión para propagar la mezcla de aire combustible, de tal forma
10
Figura 5. Inyección semisecuencial
(Martí, 1996)
La inyección simultánea como se muestra en la figura 6 está gobernada
hidromecánicamente. Un ejemplo de este tipo es el K-Jetronic, que inyecta en
todos los cilindros a la vez por cada revolución del motor y de acuerdo a la
dosificación del aire por el caudalímetro. En éste tipo de inyección la unidad
de control suministra la inyección a través de un solo circuito, en forma de
pulsos, estando los inyectores alimentados con 12V. En la inyección mecánica
K-Jetronic el combustible esta suministrado a través del dosificador y el plato
sonda, el cual se denomina inyección continua (CIS) (Sánchez & Delgado,
2012).
Figura 6. Inyección simultánea
11 En la inyección secuencial como se observa en la figura 7, la computadora del
vehículo está programada para este tipo de rango de trabajo. Este sistema,
es mejorado por los fabricantes y se obtienen rangos de mayor rendimiento
del motor, mayor economía, menor emisión de gases contaminantes. La
función que cumple este sistema es que opera de acuerdo al programa de la
computadora, por ejemplo en un vehículo de cuatro cilindros, la computadora
envía los pulsos correspondientes hacia los inyectores según el orden de
encendido 1-3-4-2. La unidad de control está programada para esta orden, y
con circuitos independientes hacia los inyectores. De esta forma se identifica
el sistema de inyección secuencial o también identificando el sensor de árbol
de levas (Recinos, 2008).
Figura 7. Inyección secuencial
(Martí, 1996)
Inyección directa, se utiliza para optimizar el rendimiento, reducir la emisión
de gases contaminantes y mejorar el consumo. Este sistema tiene la
propiedad de inyectar el combustible directamente en la cámara de
combustión. La unidad de control se encarga de suministrar a los electro
12
Figura 8. Inyección directa
(Martí, 1996)
Otra forma de clasificar los sistemas de inyección electrónica de combustible
está dada por las características de funcionamiento y el número de inyectores
como se muestra a continuación.
Según las características de funcionamiento.
Inyección mecánica (K-Jetronic) tanto el control como el accionamiento
de los inyectores son mecánicos, donde los sistemas accionados por
el motor constan de la bomba de inyección eléctrica con su regulador.
Inyección electromecánica (KE-Jetronic)en un sistema mecánico con un control es electrónico.
Según el número de inyectores.
Inyección monopunto, donde se utiliza solamente un inyector, en el múltiple de admisión.
Inyección multipunto, donde se utiliza un inyector en cada cilindro pudiendo ser del tipo directa o indirecta.
13
2.1.2. GENERALIDADES DEL SISTEMA DE INYECCIÓN MULTIPUNTO
La inyección electrónica multipunto intenta ser un sistema de alimentación
más precisa, es la razón por la cual se utiliza la electrónica para conseguir una
dosificación de la mezcla más exacta y eficaz. El control de la dosificación se
puede realizar, al controlarlos parámetros para determinar el tiempo elemental
de inyección, como, la densidad de aire, temperatura del líquido refrigerante
del motor, régimen de giro y carga del motor, voltaje de la red del vehículo
y oxígeno residual de los gases de combustión.
Para la determinación de estos parámetros en el sistema son utilizados
sensores capaces de determinar la tensión eléctrica, de acuerdo con la
magnitud que se controlen. Estos sensores transmiten información a la unidad
de control electrónica (ECU), la es procesada, transmitiendo las órdenes al
sistema o actuadores. En el esquema siguiente se puede ver en la figura 9,
los diferentes procesos a los cuales se ven sometidos tanto el aire como la
gasolina antes de ser mezclados.
(Pardiñas, 2007)
14 El aire aspirado pasa inicialmente por el filtro o filtros de aire, luego pasa al
medidor de flujo de aire, en el cuerpo de aceleración, el cual envía la
información a la ECU. La cantidad de aire que entra al múltiple de admisiones
regulado por la válvula mariposa, que envía una señal de su estado a la ECU,
el recorrido de la gasolina empieza desde el depósito de almacenamiento de
combustible, donde es aspirada por la bomba de combustible eléctrica, que
es comandada por el interruptor de contacto y la ECU. El combustible es
impulsado a través del filtro y conductos de distribución, hasta el regulador de
presión donde se establece la presión adecuada, hasta llegar al riel de
inyectores, el aire recibe la aportación de combustible de los inyectores para
que se produzca la combustión (Armas, 2013)
Los sistemas de inyección electrónica de gasolina en la actualidad dosifican
exactamente la cantidad de combustible que requiere en cada régimen de
giro, trabajo y carga del motor. En los sistemas de inyección indirecta como
se observa en la figura 10, el combustible es inyectado en el múltiple de
admisión, antes o delante de las válvulas de admisión. Este sistema de
inyección, gobernado electrónicamente, consigue un mayor control de la
mezcla aire-combustible en cualquiera de las condiciones de marcha que se
encuentre el motor, obteniendo niveles reducidos de emisión de gases
contaminantes y mejor rendimiento y eficiencia del motor (Amán & Castelo,
2012).
Figura 10. Comparación entre inyección directa e inyección indirecta
15
2.2 . FUNCIÓN DE LOS MOTORES DE INYECCIÓN
Teniendo en cuenta las prestaciones y ventajas de este sistema, se tienen
como, función fundamental los motores de gasolina las siguientes:
Regular el aire aspirado por el motor, a través del sistema de
aceleración y controlado por la válvula mariposa,, en correspondencia
de la carga motor en cada caso,
Dosificar la cantidad de combustible a inyectar en correspondencia a
la cantidad de aire, necesaria para que la combustión se realice lo más
completa posible.
En los motores de gasolina la disposición o recorrido del pedal de acelerador,
a través del sensor emite la señal a la ECU, para que este de la orden de
inyección del combustible en función de la carga del motor y la sincronización
con el régimen motor y el de encendido de los cilindros.
2.2.1. ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE
En el sistema de inyección de combustible intervienen diferentes elementos
necesarios para que esta se realice de manera correcta y precisa. La misma
está compuesta de:
1. Bomba eléctrica de combustible
2. Filtro de combustible
3. Riel de inyectores
4. Regulador de presión de combustible
5. Inyectores
2.2.2. BOMBA ELÉCTRICA DE COMBUSTIBLE
La bomba eléctrica de combustible es la que en el sistema se encarga de
absorber la gasolina desde el depósito de combustible y enviarla a presión
hacia el riel de inyectores. Gobernada mediante un relé principal, y este a su
16 ubicada dentro del tanque o depósito de combustible, esta es activada por un
motor eléctrico (Silva, 2007).
La bomba de combustible bombea presiones y volúmenes más altos de los
requeridos, impulsando el combustible a presiones estables y constante. El
sistema está equipado con un válvula roll over o interruptor inercial, que sirve
de protección en caso de accidentes.
En la actualidad se usan los sistemas de alimentación de tipo returnless, es
decir, que poseen un solo conducto de conexión entre el tanque y el motor, lo
que permite:
Reducir al mínimo el flujo de combustible en caso de accidente y la posibilidad de incendio.
Reducir las emisiones de los vapores del combustible a la atmósfera Los tanques de combustibles son fabricados de material plástico y de alta
resistencia mecánica. La electrobomba se encuentra dentro del depósito de
combustible, incluyendo el regulador de presión de combustible, el medidor
de nivel de combustible y el filtro de combustible.
La bomba de combustible eléctrica como se muestra en la figura 11, alimenta
todos los conductos o red de alimentación, proporcionando una presión y
flujos de combustible mayor que los de máximo consumo de instalación,
siendo esta presión de 5 bares y un caudal 2 litros por minuto,
aproximadamente (BOSCH, 2007)
Figura 11. Bomba eléctrica de combustible
17
2.2.3. FILTRO DE COMBUSTIBLE
El filtro de combustible que se observa en la figura 12, se lo usa para retener
pequeñas partículas que contiene la gasolina, para que estas no obstruyan
los pequeños orificios de descarga de los inyectores. El filtro es de alta presión
y debe ser remplazado de acuerdo con las especificaciones del fabricante.
Figura 12. Filtro de combustible
(Amán & Castelo, 2012)
2.2.4. RIEL DE INYECTORES
El riel de inyectores que se muestra en la figura 13, es un acumulador de
presión, situado después de la bomba combustible de alta presión, este actúa
como una reserva de combustible a alta presión para suministro de los
inyectores.
El conjunto del riel está constituido por: • El cuerpo o el riel mismo.
18 • Adaptadores o acoples de entrada y salida.
• La válvula controladora de Presión.
Figura 13. Riel de inyectores
(BOSCH, 2005)
2.2.5. REGULADOR DE PRESIÓN DE COMBUSTIBLE
La función fundamental del regulador de presión es enviar el combustible al
depósito por la línea de retorno cuando se supere la presión máxima admisible
en el riel de inyectores. Este posee una conexión de vacío al múltiple de
admisión regulando la depresión que existe en el múltiple, esto se lo realiza
para que existan variaciones en la cantidad de combustible inyectado según
varía el vacío en el múltiple de admisión (Amán & Castelo, 2012).
Al aumentar la depresión en el colector, la cantidad de combustible inyectado
en los cilindros será mayor, por lo el regulador disminuye la presión de
inyección, siendo compensada la cantidad de combustible que ingresa en los
cilindros. Caso contrario, cuando la depresión en el colector disminuye, el
regulador aumenta la presión de inyección, compensándolo con menor
19 Cuando el motor está funcionando a plena carga, la válvula mariposa se
encuentra abierta, por lo que la presión en el múltiple de admisión es igual a
la presión atmosférica. Si la mariposa se encuentra cerrada, la depresión
existente en el múltiple de admisión es alta, afectando directamente abertura
de la membrana. La depresión acciona la membrana hacia abajo por lo que la
presión del regulador de presión baja. Obteniendo una menor presión en el
riel de inyectores por lo que al abrir el inyector la cantidad de combustible que
se inyecta es menor.
2.2.6. INYECTORES
Los inyectores son actuadores del sistema de inyección electrónica de un
vehículo que recibe señales o pulsos de voltaje para introducir el combustible
a elevadas presiones en los cilindros del motor de combustión interna en el
momento preciso.
En la actualidad se usan inyectores gobernados eléctricamente, es decir son
solenoides de regulación eléctrica, que pueden estar abiertos permitiendo el
paso del combustible o cerrados bloqueando el flujo.
La ECU es la encargada de gobernar y emitir impulsos eléctricos que rigen
la apertura de los inyectores. El lapso de duración de los impulsos determina
el lapso de apertura del inyector, por lo que se plantea que la cantidad de
combustible inyectado es proporcional al lapso de tiempo de duración del
impulso eléctrico
El inyector de combustible por la función que realiza es el elemento más
importante en el sistema de inyección. Este es el encargado de pulverizar el
combustible para que la combustión se realice de forma efectiva.
En la actualidad y con el desarrollo de este sistema se han adoptados
sistemas electrónicos para abrir mayor tiempo o menor tiempo y con más
presión o menor presión el inyector y regulando la cantidad de combustible
que ingresa en el cilindro.
En la figura 14 se muestra el cuerpo del inyector de gasolina y sus partes
20
Figura 14.Cuerpo del inyector de gasolina
(BOSCH, 2005)
2.3 . CONCEPTUALIZACIÓN
Al considerar las aplicaciones de la inyección en los motores de gasolina, es
necesario destacar que en éstos el encendido es producido por una chispa,
que al momento de saltar, la mezcla aire combustible debe estar
completamente formada.
Al aplicarse es sistema de inyección electrónica de combustible en los motores
de explosión, se obtienen dos variantes, la primera es cuando el combustible
es inyectado en el múltiple de admisión, formando la mezcla se antes de la
válvula de admisión, la segunda variante el combustible es inyectado e
introducido directamente en la cámara de explosión, mezclándose con el aire
caliente que se encuentra en éste. En la primer variante se habla de la
inyección indirecta y en el segundo de la inyección directa (Pérez, 2012).
Como ventajas importantes del sistema se encuentra, la mayor compacidad y
21 barrido en la cámara de combustión, ahorro de combustible, mayor
rendimiento volumétrico y disminución de temperaturas en el sistema.
El inconveniente de la condensación de combustible sobre las superficies del
cilindro puede ser superado colocando y proyectando adecuadamente los
surtidores del inyector (y preparando la forma de la cámara de combustión,
modelando adecuadamente la superficie superior del pistón y también la de la
culata). En la figura 15 se muestra un diagrama a rasgo general la inyección
electrónica.
Figura 15. Diagrama de la inyección electrónica
(MOTORGIGA, 2014)
La inyección, directa e indirecta, ofrece las ventaja de alimentar
uniformemente cada uno de los cilindros, tanto régimen diferentes como a
diferentes fases de aceleración.
2.3.1. UNIDAD DE CONTROL ELÉCTRICA (ECU) DEL SISTEMA DE INYECCIÓN
Con el desarrollo de la tecnología digital moderna, la industria del automóvil
ha desarrollado sus posibilidades para mejorar cada día en cuanto los
22 aspectos que pueden ser medidos en un auto que influyen de manera
simultánea para su buen funcionamiento. El desarrollo de las unidades de
control permite analizar y controlar todos estos factores, recibiendo señales
de los distintos sensores, evaluando y calculando las diferentes señales para
activar los elementos o mecanismos actuadores.
El programa de control está almacenado en una memoria, de la ejecución del
programa se encarga el microcontrolador a los cuales se les conoce como:
ECC, ECM, ECU, ECCS, CPU, entre otros. La ECU utiliza microprocesadores
para reunir y procesar información y enviar señales para que activen los
diferentes circuitos actuadores. Los procesadores principales son la memoria
temporal (RAM), el programa básico de la computadora (ROM) y el programa
de sintonía final (PROM), estos tres microprocesadores son el corazón de la
ECU. La ROM, es la sección del ECM que contiene el conjunto instrucciones
principal que sigue la computadora, como característica se tiene que el
programa diseñado en él no se puede borrar al desconectar la energía.
La memoria de acceso aleatorio o RAM, es la sección que tiene tres funciones
principales en el ECM.
1. La primera función actúa como la libreta de apuntes del ECU; siempre
que se necesite hacer un cálculo matemático, el ECU utiliza la RAM.
2. La segunda función es almacenar información en el sistema
multiplicador de aprendizaje a bloques (BLM) cuando el motor está
apagado o funciona en lazo abierto.
3. La tercera función es almacenar los códigos de diagnóstico cuando se
ha detectado una falla del sistema. Estos códigos se almacenan por
cincuenta re-arranques del motor o hasta que la potencia de la batería
se retira del ECU. A diferencia del ROM y PROM, los chips del RAM
son memorias volátiles.
La memoria programable solo para leer o PROM, es la sección de calibración
del chip en el ECU. El PROM funciona junto con la ROM para las funciones
del ajuste fino del control de combustible y del tiempo de encendido para la
aplicación específica. Contiene la información acerca del tamaño del motor,
23 coeficiente de arrastre y relación final de tracción. En la figura 16 se muestra
el esquema de los componentes que controla la ECU.
Figura 16. Esquema delos componentes que controla la ECU
(mecanicavirtual.com.ar, 2016)
La ECU es capaz de controlar diversas funciones. Además es capaz de
proporcionar un control más preciso y sofisticado. Las funciones que pueden
ser controladas por la ECU son las siguientes:
2.3.1.1. Control de la inyección de combustible.
La ECU determina la cantidad de combustible a inyectar en correspondencia
de los parámetros obtenidos en la lectura de los sensores. Si el acelerador
presionado a al 100% de su recorrido, la ECU dará la orden de inyectar más
combustible según la cantidad de caudal de aire, al igual que si no se alcanza
la temperatura suficiente en el motor, la cantidad de combustible a inyectar
24
2.3.1.2. Control del tiempo de inyección.
Un motor de ignición necesita para la etapa de combustión una chispa en la
cámara de combustión. La ECU ajusta el tiempo exacto de la chispa de
combustión, logrando mejorar la potencia del motor y un menor gasto de
combustible.
2.3.1.3. Control de la distribución de válvulas.
En algunos motores se encuentra el sistema de distribución por válvulas. En
estos tipos de motores la ECU controla el tiempo del ciclo del motor en el que
las válvulas se deben abrir.
2.3.1.4. Control bomba de combustible.
La ECU controla, el voltaje que llega a la bomba de combustible, esta reduce
el voltaje que se aplica a la bomba de combustible, de esta forma se reduce
el ruido de la bomba de combustible y el consumo de energía eléctrica en
ralentí o funcionamiento en vacío.
2.3.1.5. Auto-Diagnostico.
En este estado se verifica si los sistemas de señales de entrada y de salida
hacia y desde la unidad de control son normales. Ejemplo de ellos es el
control de régimen de marcha en vacío: que recibe señales de diversos
sensores y regula el motor a régimen de marcha en vacío óptimo de acuerdo
a la carga del motor, el control de Ralentí, que aumenta el régimen de marcha
en vacío cuando el voltaje de la batería es bajo, o cuando hay muchos
interruptores de carga accionados, el control del regulador de presión, que
aumenta temporalmente la presión de combustible cuando se pone en marcha
el motor con elevada temperatura de refrigerante (BOSCH, 2005).
2.3.2. SISTEMA DE INYECCIÓN MULTIPUNTO PROGRAMABLE
El desarrollo y evolución de los elementos de preparación de motores
(cuerpos individuales de mariposa y sistemas turbo) y la accesible disposición
de los mismos por parte de usuarios no profesionales, se representó
rápidamente en las excedidas capacidades de las ECUs originales. La opción
25 17, la cual no solo permite un ajuste más fino de los parámetros tradicionales
del motor, sino también que muchas de ellas ofrecen opciones extras, como
el control de tracción.
Figura 17. Imagen de ECU programable
(Paspuezán & Sánchez, 2013)
Dentro de las ventajas que ofrece este sistema están que las ECU permiten
su programación de forma fácil a través de la conexión en una PC u ordenador
portátil con un cable USB, siempre y cuando el motor este en marcha. El
sistema controla la cantidad de combustible a inyectar en cada cilindro
dependiendo de las revoluciones del motor y la posición del pedal de
aceleración. La programación se puede efectuar y ponderar a través de una
hoja de cálculo Excel interceptando valores de las revoluciones del motor y de
las distintas posiciones del pedal de aceleración.
Con la ponderación en la hoja de cálculo se determina la cantidad de
combustible necesaria inyectar a cada cilindro, modificándola en
correspondencia al monitoreo de la cantidad de oxigeno de los gases de
escape, obteniendo una óptima combustión y relación de la mezcla en cada
combinación de revoluciones del motor y posición del pedal de acelerador.
Otros parámetros que son usualmente mapeados son, ignición, límite de
revoluciones, temperatura del agua, alimentación de combustible temporal,
26
3. METODOLOGÍA
En el presente proyecto de tesis se empleó dos distintos métodos. Dentro del
método empírico se observó, se experimentó y se midió. En el presente caso
se calculó la potencia obtenida y consumo de combustible, entre otros.
La observación como método de investigación, consistió en obtener de forma
consciente y dirigida, datos del sistema de inyección electrónica que
proporcionan elementos para nuestra investigación. Siendo este método el
primer paso del método científico, que permitió, elaborar una hipótesis de la
investigación del sistema a implementar, para verificar mediante las pruebas
de dinamómetro como se muestra la figura 20 y figura 59, en los datos
arrojados por al analizador de gases que se encuentran en la tabla 2 y tabla
8, si dicha hipótesis se cumple en correspondencia a los objetivos trazados.
El método teórico se utilizó al momento de seleccionar el sistema de inyección
de combustible multipunto en función de las características del motor 2k como
se muestra en la tabla 1, al que se adaptó. La síntesis se presentó en el trabajo
de investigación al establecer las relaciones esenciales y características
generales del motor y del sistema de inyección multipunto analizado
previamente.
La Inducción y deducción, se puede indicar que para este caso específico al
implementar el sistema de inyección multipunto en un motor Toyota 1000 es
un sistema amigable con el medio ambiente se generará un beneficio
económico para los usuarios finales respecto al consumo como se puede
observar en la tabla 11, por lo tanto, en la deducción se dice que todos los
autos con sistema de inyección a diferencia de los de carburación generan
beneficios económicos para los usuarios.
En la investigación el enfoque cuantitativo y cualitativo, se puso de manifiesto,
en lo secuencial y probatorio, siguiendo procesos en un orden riguroso, se
tomó decisiones críticas antes de recolectar los datos, como son los datos que
nos proporciona el manual de reparación, así se observa en la tabla 1 parte
de ellos, Adicionalmente se analizó datos respecto a la altura y el efecto que
27 fórmula 3 y formula 10 se logró establecer el dosado en cada uno de los
sistemas, además para el cálculo de los conductos de admisión se estableció
la fórmula 8 y formula 9. Se seleccionó los elementos para conformar un
conjunto en general, según sus características, teniendo en cuenta los
objetivos a cumplir y los basados en criterios de los fabricantes.
Se implementó el sistema de inyección de acuerdo a los elementos más
adecuados y accesibles en el mercado ecuatoriano, así como se seleccionó
la computadora programable que más se ajuste a las necesidades teniendo
en cuenta su versatilidad y disponibilidad.
En el estudio se determinaron las causas y los efectos, es decir, utilizar medios
de transporte con motores de inyección, es una gran opción para combatir el
problema de la contaminación, además de que el estado promueve el avance
de la tecnología y de la capacidad de innovación de los ecuatorianos.
Para el proceso de la investigación se desarrolló de manera ordenada las
etapas o fases de un proceso de investigación.
En el proyecto a desarrollarse se utilizó fuentes primarias de Información,
como bibliografía de la rama automotriz, electromecánica, revistas científicas
e informes técnicos relacionados con el tema de investigación.
Se realizó la comparación del motor de carburación con el motor de inyección,
en lo que respecta al nivel de contaminación por la los gases emanados por
la combustión, y el costo del combustible como se estableció en la fórmula 11
con la disminución de un sistema a otro.
Teniendo en cuenta los datos de los resultados a obtener se compararon con
la ayuda de las tablas, entre el sistema alimentación de carburación
convencional de la Toyota 1000 y sistema de inyección multipunto
programable, implementado en el vehículo. Se realizó las diferentes pruebas
y se obtuvo datos de potencia, torque, consumo específico de combustible,
emisión de gases, entre otros, los cuales fueron tabulados y graficados para
obtener una mayor visión e interpretación comparativa de las ventajas y
desventajas de los sistemas y del cumplimiento del objetivo general y
28
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En el presente capítulo se revisará en detalle las características del proyecto,
el proceso de selección del sistema de inyección multipunto, diseño del
sistema, montaje de los elementos y sus características, así como se
revisarán las técnicas de control utilizadas y el proceso de puesta en marcha.
4.1. REQUERIMIENTOS Y ESPECIFICACIONES
Para determinar los requerimientos y especificaciones que el nuevo sistema
requiere, es necesario conocer los datos técnicos del motor Toyota 1000.
4.1.1. DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR TOYOTA 1000
El motor seleccionado para la adaptación del sistema de carburación a
sistema de inyección multipunto indirecta, es el motor Toyota 1000. En la
tabla 1 se muestran las principales características técnicas del mismo.
Tabla 1. Características técnicas del motor 2K TOYOTA 1000
Característica Técnicas del Motor
1 Fabricante Toyota 2 Modelo 1000 Kp36 3 Año de fabricación 1973 4 Categoría Pick Up 5 Ubicación del motor Delantera
6 Motor 993 cc (60.59 pulgadas cúbicas) 7 Tipo de motor 4 cilindros en línea
29
Tabla 1. Características técnicas del motor 2K TOYOTA 1000 (Continuación).
9 Par motor máximo 65.00 Nm (6,6 kgf-m) a 3800 rpm 10 Diámetro pistón x longitud
movimiento
72.46 x 43.55 mm (4.89 pulgadas cuadradas)
11 Compresión 9.0:1
12 Presión de compresión 156 psi a 2000 rpm y 128 psi 250 rpm 13 Variación de compresión entre
cilindros
14 psi
14 Transmisión Manual, 4-velocidades 15 Relación potencia/peso 0.0645 PS/kg
16 Tracción Trasera
17 Alimentación Aire por medio del carburador (119.6 Psi) 18 Válvulas 2 válvulas por cilindro.
19 Angulo DWELL 52o +/- 6 o 20 Relación diámetro / carrera 0.98 (72.46 / 43.55 ) 21 Capacidad máxima del tanque de
combustible
36.0 litros (9.46 galones)
(TOYOTA, 2015)
4.1.2. ANÁLISIS Y PRUEBAS PREVIAS AL DESARROLLO DEL PROYECTO.
Para dar cumplimiento a los objetivos del proyecto, y realizar un análisis
comparativo al concluir el proyecto entre los dos tipos de sistema de
alimentación de combustible, se realizaron mediciones y pruebas previas al
desarrollo del mismo, logrando de esta forma obtener datos, para poder hacer
el estudio de los resultados correspondientes.
4.1.2.1. Análisis de los gases de escape
Para el análisis de los gases de escape del automóvil con el sistema de
alimentación por carburación, se utilizó un analizador de gases marca Stargas
30 dos regímenes de marcha del motor; en marcha mínima o ralentí y a 2500
rpm.
Figura 18. Analizador de gases marca Stargas 898 Plus
Como referencia de normativa para el procedimiento, se utilizó la INEN 2
203:2000, siendo la misma la que rige en Ecuador y se refiere a: “Gestión
Ambiental. Aire. Vehículos Automotores. Determinación de la concentración
de emisiones de escape en condiciones de marcha mínima o ralentí. Prueba estática”. La cual describe el procedimiento en detalle de este tipo de análisis.
Se realiza el análisis de los gases de escape, siguiendo el procedimiento que
se describe a continuación:
Se enciende el equipo analizador de gases, sometiéndolo a un periodo de calentamiento y estabilización.
Se realiza una limpieza de la sonda de prueba, retirando cualquier tipo de impureza o partícula que pueda alterar la medición.
Revisión de la transmisión del vehículo, la misma debe de encontrarse en posición neutro.
Revisar que el control manual del ahogador no se encuentre en operación y que los accesorios del vehículo se encuentren apagados.
Revisión el sistema de escape del vehículo con la finalidad de que no existan fugas o problemas que generen una alteración en la medición.
Revisar que el nivel de aceite del vehículo se encuentre correctamente.
31
Verificar que los instrumentos de medición del vehículo, se encuentre en perfecto estado y comprobar la marcha mínima o ralentí.
Con el motor encendido a temperatura normal de trabajo y en ralentí, se introduces la sonda en el escape del vehículo. Tomando las lecturas
emitidas por el analizador de gases.
Realizado el análisis de los gases se procede a medir la concentración de los
diferentes tipos componentes de los gases de escape (Óxido de carbono
(CO), Dióxido de carbono (CO2), Hidrocarburos no combustionados (HC), y
Oxígeno (O2)). Obteniendo los siguientes resultados que se muestra en la
tabla 2.
Tabla 2. Resultados del análisis de los gases
RPM HC(ppm) %CO %CO2 %O2 850 540 1.1819 13.90 0.71 2500 308 1.1945 12.01 1.084
Es importante mencionar que se ha tomado como referencia la norma NTE
INEN 2 204:2002, para poder realizar el análisis comparativo; la misma que
habla sobre los límites permitidos de emisiones producidas por fuentes
móviles terrestres de gasolina, la cual se detalla en la tabla 3.
Tabla 3. Límite máximo de las emisiones permitidas para fuentes móviles con motor de gasolina (Prueba estática)
Año Modelo
% CO* ppm HC*
0-1500** 1500-3000** 0-1500** 1500-3000** 1989 y
anteriores 5,5 6,5 1000 1200 * volumen
**Altitud = metros sobre el nivel del mar (msnm)
Se puede constatar al realizar la comparación de los resultados obtenidos,
32 dentro de los rangos de emisión permitido por la norma, siendo uno de los
objetivos del proyecto reducir las emisiones contaminantes de la atmosfera
con la implementación del sistema de inyección electrónica multipunto
indirecta en el motor TOYOTA 1000.
4.1.2.2. Prueba de índice de combustible o consumo de combustible
Para la realización de la prueba de índice de combustible o consumo de
combustible de un equipo automotor, se utilizan varios métodos, en que se
encontró el de tanque lleno o un depósito medido con una probeta. En la
investigación se utiliza el método de tanque lleno.
Para la cual se toma una ruta, para realizar el recorrido con el vehículo con
sistema de alimentación convencional y luego con el sistema de inyección
eléctrica de combustible, realizando de esta forma la comparación de
consumo combustible y eficiencia del sistema.
La ruta seleccionada para el recorrido se muestra en la figura 19.
33 Al iniciar el recorrido se rellenó el depósito de combustible con 36 lts. Al
finalizar el recorrido en la ruta seleccionada se pudo constatar que el consumo
de combustible en los 23 km fue de 1,5lts al rellenar el tanque de combustible,
para un índice de consumo de 15 km/lts ó 0.065lts por cada kilómetro
recorrido.
4.1.2.3. Torque y potencia
Para obtener el torque y potencia del motor, se realiza a través del equipo de
medición (dinamómetro), el cual ofrece una lectura directa del torque y
potencia, tomando las lecturas de las variables a las diferentes revoluciones,
como se muestra en la figura 20.