Saltar al contenido

Técnicas para el diagnóstico automotriz Parte 3: La relación aire-combustible

fuel trims

El trabajo de la ECU es mantener La relación aire-combustible en un valor 14.7 a 1, lo que se conoce como relación estequeométrica. Para realizar esta tarea la ECU monitorea constantemente los gases de escape y realiza los ajustes necesarios en el sistema. Observando los datos en tiempo real del escáner podemos ver fácilmente si la ECU esta pudiendo realizar estos ajustes, o está teniendo problemas con ello. Este proceso se llama Fuel trim, o ajustes de combustible.

Entendiendo que son los ajustes de combustible y como usarlos simplificará tu tarea de diagnóstico. Por un lado, la ECU recibe información de varios sensores y determina cual es la mezcla correcta. Luego de la combustión, los sensores de Oxigeno ‘huelen’ los gases de escape, y envían a la ECU una señal para que esta determine si debe realizar ajustes a lo ya establecido.

voltaje de sensor de oxigeno

Puedes encontrar mas datos en este artículo.

Mezcla estequiométrica o estequeométrica. La mejor relación aire-combustible

Los ajustes realizados son conocidos como Short Term Fuel Trim (STFT), o ajustes a corto plazo. El objetivo de la ECU es mantener estos ajustes a corto plazo dentro de un rango bajo, digamos de +/- 10%. Mientras esto se pueda llevar a cabo, los ajustes de combustible a largo plazo o Long Term Fuel Trim (LTFT) permanecerán en 0 durante cierto tiempo.

Trascurrido determinado tiempo en donde la ECU ha ajustado el STFT en digamos, 3%, lo que hará es cargar este dato en el LTFT y usar esta variable para ajustar el combustible, sin esperar el feedback del sensor de oxígeno. Es lo que se conoce como valor aprendido, y en este caso el STFT vuelve a 0 nuevamente.

En otras palabras, se podría decir que el objetivo del LTFT es mantener el STFT en 0. Los STFT cambian rápidamente mientras que los LTFT lo hacen más lentamente. Mira este artículo tienes más detalles sobre el tema.

A la relación 14,7 a 1 se le conoce como mezcla estequiométrica, y es el valor objetivo de los ajustes de combustible.

Siempre que los STFT permanezcan cercanos a 0, la ECU tiene controlado el ajuste aire-combustible. A medida que estos valores se alejan de 0, es más difícil para la ECU mantener esta relación correcta de 14,7 a 1.

fuel trims

Existe un limite para los ajustes de combustible que dependen de cada vehículo, a partir del cual se produce un código de falla. En muchos casos es de un 30%, pero se han encontrado casos en donde este valor ha llegado al 50%. Este dato se puede extraer del Modo 6 del protocolo OBD2.

Como interpretar los datos del escáner

Para determinar cual es al ajuste exacto que la ECU esta realizando en determinado momento, se deben sumar el STFT con el LTFT.

Ajuste de combustible total = STFT+LTFT

Dado que en muchos casos el STFT se mantiene cercano a 0, muchas veces se usa solo el LTFT para determinar cuánto combustible se está inyectando por encima del valor original.

Dado que los Fuel Trim son un buen indicativo de cuan bien esta un motor, estos son usados como herramienta de diagnóstico. Como regla general, se podría decir que valores entre +/- 10% son valores correctos, y fuera de eso es que el auto tiene algún problema mas serio. Sin embargo, tener en cuenta que hay vehículos en donde estos valores son mucho más restrictivos. Siempre es bueno recurrir a datos técnicos del vehículo bajo diagnóstico.

Es un buen hábito como técnico automotriz, que te vayas haciendo de una biblioteca de datos, en donde, por ejemplo, ya podrías incluir estos valores correctos de ajustes de combustible.

Recuerda, el objetivo de la ECU es mantener la relación aire-combustible en un valor cercano a 14.7 a 1.

Los estados posibles de la ECU referentes al ajuste de combustible

Para la que sigue, asumamos que valores en el rango +/- 10% son valores correctos para los ajustes de combustible (STFT+LTFT). En función de los valores observados en los ajustes de combustible se puede establecer el estado de esta función de ajuste. Por un lado, si los valores están dentro del rango +/- 10%, podemos decir que no pasa nada, el sistema está funcionando normal.

Si en cambio, los valores se salen de este rango, ya podríamos decir que hay un problema en el vehículo el cual debemos resolver, es decir, la ECU no puede establecer la relación aire-combustible en su valor ideal.

Problemas con la bomba de combustible. Como afecta la relación aire-combustible

Imaginemos un caso en donde la bomba de combustible está funcionando mal, y que no entrega la presión o el caudal de combustible adecuado. Esto se traduce en menos combustible en la cámara de Combustión, lo que produce una mezcla pobre. Al detectar esto, la ECU incrementará el ancho de pulso de los inyectores, a través del STFT, para contrarrestar este inconveniente. Si los ajustes de combustible se pasan en este caso a un 15% por ejemplo pero se detienen ahí, podríamos decir que el problema está controlado.

Ahora, si la merma de combustible es tal que no alcanza con aumentar un 15% el ancho de pulso para llegar a la relación aire-combustible correcta y se debe subir más aun este valor, podríamos llegar al umbral de generación de un código de falla. Vale decir, la ECU no puede gestionar el problema por si sola. Dependiendo del vehículo se encenderá la luz MIL o no.

luz mil de falla

Existen un gran número de cosas que provocan que los ajustes de combustible se salgan de rango. Entendiendo que esta haciendo la ECU y bajo qué condiciones los Fuel Trims se van de rango, podemos establecer en que componente podría estar el problema.

La importancia de los ajustes de combustible en tu diagnóstico

Supón que te llega un auto con un código asociado al sistema EVAP. Realizando una inspección visual determinas que el problema estaba en el tapón de combustible, y lo reparas. Borras los códigos de falla, y sales a dar una prueba de manejo. Observas los ajustes de combustible y ves que el LTFT es 15 % y el STFT 3 %, dando un total de 18 %. ¿Como puede ser si ya reparaste la falla? Aquí esta el gran valor de los ajustes de combustible como herramienta de diagnóstico. La falla del sistema EVAP si fue reparada, pero lo que te esta informando el ajuste de combustible que es que existe otro problema en el vehículo, el cual provoca que la relación aire-combustible no se pueda establecer en su valor optimo de 14,7 a 1. Debes investigar este problema.

tapon de combustible

Ten en cuenta este dato importante:

Todo lo que entra en juego para hacer funcionar el motor afecta a los ajustes de combustible.

Las tablas de los Fuel Trims

Para poder diagnosticar problemas de performance del motor a través de los ajustes de combustible, debes entender bien sus valores. La programación de los Fuel Trims viene de fábrica, y está grabada en la memoria KAM del auto. Por lo general la programación de los Fuel Trim se traduce en una tabla como la de la figura siguiente, en donde para una condición dada de carga y RPM, la ECU determina cuanto combustible inyectar.

Si bien esta tabla es solo un ejemplo para un determinado vehículo, es bastante demostrativa de cómo funcionan los ajustes. Imagina que cada celda de la tabla indica la cantidad de combustible que se debe inyectar, regulando el ancho de pulso de los inyectores. Cada una de estas celdas representa el resultado de un cálculo, y el programa que está corriendo en la ECU simplemente toma el dato desde ahí, entrando por Carga y RPM. La cantidad de celdas en la tabla es determinada por el fabricante.

tabla de ajustes de combustible

La esquina inferior izquierda de la tabla representa el estado de ralentí con una pequeña carga. En este caso, el pulso del inyector será el mínimo para mantener la relación aire-combustible en 14,7 a 1. A los efectos de comprender mejor lo que sigue, digamos que este valor es de 3 ms. Luego del proceso de la combustión, la ECU recibe la señal del sensor de oxígeno y determina si es necesario realizar más ajustes o no.

En todo momento, la ECU realizará pequeños ajustes a estos valores de forma de hacer fluctuar sensiblemente la mezcla de rica a pobre. Si estas observando los ajustes de combustible en el escáner y ves 0 %, esto significa que no está siendo necesario agregar o sacar combustible para mantener la relación estequeométrica. En los que refiere al pulso del inyector, también podrías ver en el escáner su variación, digamos de 2,9 a 3,1 ms.

Casos en donde la ECU no opera con la relación aire-combustible de 14,7 a 1

Existen algunas situaciones particulares en donde la ECU está programada para operar en modo rico o modo pobre. Veamos algunos casos.

Suponte que vas por la carretera a 100 KM/H y de repente sueltas el pedal del acelerador. En ese momento el motor del auto es impulsado por la inercia del vehículo durante algunos kilómetros. Un caso similar seria cuando desaceleras en una bajada dejando el cambio puesto. La ECU determina al instante gracias a sus sensores, en este caso el TPS, que el pedal fue soltado, y sin embargo el auto sigue con una velocidad considerable. En este caso, lo que hacen la mayoría de los vehículos para ahorrar combustible, es o bien inhibir la inyección de combustible o reducir a valores muy bajos el ancho de pulso. Al hacer esto, están haciendo que la mezcla sea pobre, lo que es indicado por la señal de los sensores de oxígeno. En esta situación se ignora dicha señal y el vehículo opera en una condición pobre.

No vamos a entrar en detalle en estas situaciones particulares, pero ten presente que la ECU en determinadas circunstancias pude operar fuera del parámetros 14,7 a 1, siempre y cuando no se alteren drásticamente las emisiones por el escape, que es su función principal.

Diagnóstico con los Fuel Trims

Veamos ahora con un ejemplo, el uso de los datos de Fuel Trim del escáner para diagnosticar una falla del vehículo. Algo importante a mencionar en este punto es que los vehículos con más de un banco de cilindros, tienen un fuel Trim por cada banco, STFT1, LTFT1, STFT2 y LTFT2 por ejemplo para un motor con dos bancos. Debemos mirar entonces en el escáner ambos bancos.

fuel trims en 2 bancos

Vehículo sin problemas

Supongamos que tienes estos datos en el escáner,

STFT1LTFT1STFT2LTFT2
-2%4%3%-2%

Que podemos decir del funcionamiento de auto?

El ajuste total del banco 1 es 2% (-2+4) y del banco 2 es 1% (3-2). Si bien el vehículo está funcionando con mezcla pobre, dado que el ECU viene agregando combustible en ambos bancos, el vehículo está bajo control y no hay mucho más por hacer, ya que habíamos dicho que valores de +/- 10% son aceptables.

Fugas de vacío

Veamos ahora el siguiente caso:

RMPSTFT1LTFT1STFT2LTFT2
700 (Idle)7%18%10%17%
25003%2%4%3%

En ralentí, sumando los ajustes, vemos que se está agregando 25% más de combustible en el banco 1 y 27% más en el banco 2, lo que son valores fuera de lo normal. Hay una clara condición de mezcla pobre, que la ECU está intentando resolver. Observar además, que esta condición se da en ambos bancos. Este es un dato importante a la hora de diagnosticar, ya que la falla está afectando a todo el motor. Dependiendo del vehículo, se podría activar la luz MIL o no.

La siguiente lectura que se tomó con el escáner  fue a 2500 RPM, y como ves, los valores ya son más aceptables (5% en banco 1 y 7% en banco 2). A qué se debe esto? Qué tal si hay una fuga de vacío o aire que está entrando y no está siendo medido?

En ralentí, la ECU está ampliando el ancho de pulso a 3,75 ms en el banco 1 ( 3ms x 1.25) y 3,81 ms en el banco 2 (3 ms x 1.27). Si hay una pequeña cantidad de aire que está entrando por la admisión y no está siendo medido, esta afecta drásticamente la mezcla aire-combustible. Es decir, el MAF está informando que la cantidad de aire que ingresa es X, cuando en realidad está ingresando Y, donde Y > X.

Ahora, a 2500 RPM, el ancho de pulso es mucho mayor, pero la entrada de aire (por la fuga) sigue siendo la misma, por lo que la relación aire-combustible mejora sustancialmente.  Si bien la ECU debe ajustar en positivo, ya no es necesario un 25 %.

fuga de vacio

Esta es una forma muy práctica y efectiva de diagnosticar una fuga de vacío en el motor.

Problema en un solo banco

Veamos ahora este otro caso, que si bien no lo vamos a diagnosticar, es útil para marcar algunas pautas en el proceso de diagnóstico.

STFT1LTFT1STFT2LTFT2
-13%-30%-6%-9%

Sin dudas existe un problema de mezcla rica en ambos bancos, ya que la ECU está sacando y sacando combustible. Sin embargo, es más notorio en el banco 1 que en el 2, y deberíamos concentrarnos en este banco. Acá podríamos tener un inyector atascado abierto, un problema mecánico o un problema en el  sensor de oxígeno. Lo que quiero marcar en este ejemplo es que debemos enfocarnos en el banco 1, que es en donde se da el problema mayor.

Uso de un Datalogger OBD2

Siempre cuando analicemos datos de Fuel Trims es altamente recomendable que observemos los valores a diferentes regímenes de RPM y Carga y vayamos descartando posibles causas. Debemos tratar de deducir que está intentando resolver la ECU.

Como regla general, los fuel Trims deberían ser chequeados a ralentí (Idle), 1500 RPM y 3000 RPM mientras se conduce el vehículo. Para realizar esta tarea de manera fácil es muy recomendable contar con un Datalogger OBD2. Te recomiendo que leas este articulo y te informes más sobre el tema.

datalogger obd2

Puedes también visitar este sitio y comparar las diferentes ofertas de dataloggers OBD2.

El valor lambda. Otra forma de ver la relación aire-combustible

En este punto es adecuado mencionar que los escáner también proveen del valor de Lambda, que no es otra cosa la que relación aire-combustible que venimos hablando. Un valor de Lambda=1 significa que la relación aire-combustible que está entrando en la cámara de Combustión es 14,7 a 1.

valor de lambda

Un valor de lambda menor a 1 (0.85 por ej), significa que la mezcla es rica, y un valor mayor a 1 significa que la mezcla es pobre. El motor de un vehículo produce mayor potencia con un valor de lambda menor a 1 y mejor ahorro de combustible con una lambda mayor a 1. El conversor catalítico sin embargo, trabaja mejor y dura mucho mas su el valor de lambda se mantiene en 1.

Espero que te haya gustado este articulo.

Nos vemos pronto.