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El sistema de inyección

el sistema de inyeccion obd2

Aquí se describe brevemente el sistema de inyección de combustible de un vehículo con sistema OBD2.

Descripción general del sistema de inyección de combustible

El sistema de gestión de combustible en los vehículos con sistema OBD2 es el encargado de administrar el combustible necesario y suficiente a la cámara de combustión de manera de lograr una buena eficiencia en el quemado del mismo, y a su vez mantener los niveles de gases de escape en los límites adecuados. Para llevar a cabo esta tarea, el sistema OBD2 mide el aire que ingresa al sistema de admisión (por donde también ingresan los gases provenientes del filtro de carbón activado) a través un sensor ubicado en el múltiple de admisión, o bien es calculado indirectamente por la ECU haciendo uso de otras señales, como la presión del múltiple, la posición del acelerador y la velocidad del motor.

inyeccion electronica multipunto

Para que este sistema de inyección electrónica funcione correctamente, se debe medir con bastante precisión la cantidad de aire entrante, de manera que la ECU luego establezca la cantidad de combustible necesario para establecer la mezcla estequeométrica de 14,7 partes de aire por una parte de combustible, y lograr así una combustión perfecta en la cámara y que los gases luego sean reconvertidos de forma correcta por el convertidor catalítico. Si por alguna razón, existe parte de aire que ingresa al sistema y no está medido (caso típico de una fuga de vacío en la admisión), el sistema no inyectará el combustible necesario para una quema ideal, haciendo que se reduzca la eficiencia de combustible y que los gases de escape sean mas contaminantes.



Por lo general, el sistema de inyección de combustible consta de un inyector por cilindro (inyección multipunto), en donde cada inyector atomiza cada cilindro de manera independiente, en contrapartida a los viejos sistemas monopunto en donde existía un único inyector para todos los cilindros.

monopunto y multipunto

La manera en que la ECU enriquece la mezcla de aire/combustible o la hace mas pobre, es a través de la duración del ancho de pulso de inyección de los inyectores. Cuanto mas largo sea este tiempo de pulso, mayor cantidad de combustible se inyecta en la cámara del pistón. La ECU determina este ancho de pulso en base al aire que esta ingresando a la cámara a través del múltiple de admisión, y también haciendo uso de la señal del sensor de oxigeno pre-catalitico, que esta monitoreando constantemente la cantidad de oxígeno presente en los gases de escape. Si este sensor advierte que existe demasiado oxígeno en los gases de escape lo interpreta como que estaría sobrando oxigeno o lo que es lo mismo, faltando combustible, lo que se establece como mezcla pobre, y le indica a la ECU enriquecer la misma.

Por otro lado, para lograr que el sistema de inyección funcione correctamente los inyectores deben estar impecables, sin suciedad ni roturas, de manera de atomizar correctamente el combustible que la ECU esta indicando en ese preciso momento. Si este no fuera el caso, la relación airea/combustible no será la correcta produciendo fallas en el encendido y bajo rendimiento de combustible.

inyectores sucios

El sistema de alimentación de combustible

Veamos ahora en más detalle cuales son los elementos que intervienen en un sistema de inyección.

El depósito de combustible

Es el lugar en donde se almacena el combustible que luego será atomizado por los inyectores. Está fabricado de una serie de materiales plásticos compuestos o bien de metal. De este tanque sale una línea de salida de combustible hacia los inyectores e ingresa otra línea de retorno de combustible, el no utilizado en la combustión.

tanque de combustible

En la mayoría de los vehículos con sistema OBD2, la bomba de combustible esta dentro de este tanque. Por lo general cuentan también con un tapón en el fondo del mismo, que sirva para vaciar el tanque y limpiarlo.


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Diagnosis-tools

Estos tanques de combustible no suelen tener desperfectos, pero cuando tienen alguna perforación pueden llegar a perder combustible si la misma está en la parte inferior del mismo, o bien perder gases de combustible si los mismos están en la parte superior. Para este ultimo caso, el OBD2 cuenta con un sistema de monitoreo de gases EVAP, que podría detectar este tipo de fugas.

El tapón del tanque de combustible

Aunque parezca algo simple, esta pieza es crucial para que el sistema EVAP del vehículo opere correctamente. Siempre que se rompa esta pieza se debe reemplazar por otra idéntica u otra recomendada por el fabricante, nunca por cualquier tapón universal.

tapon de combustible

A medida que el combustible en el tanque se va vaciando, la presión dentro del mismo cambia, y una de las funciones del tapón de combustible es permitir el paso de aire del exterior de forma tal de equilibrar la presión interna del tanque con la atmosférica.

Otra de las funciones del tapón es no permitir que los gases de combustibles presurizados dentro del tanque salgan a la atmosfera, ya que estos gases se deben redirigir hacía un sistema de carbón activado y así evitar la polución atmosférica.

Gracias al sistema de monitoreo de gases  (EVAP) de los sistemas OBD2, cualquier falla en los tapones de combustible que se traduzcan en alguna fuga en los mismos, serán detectadas y advertidas por la luz check engine y el respectivo código de falla.

Bomba de combustible

Es el elemento encargado de succionar el combustible del tanque y llevarlo hacia los inyectores, garantizando un suministro constante del mismo. Por lo general son eléctricas y están montadas dentro del mismo tanque, usando el combustible mismo como liquido refrigerante. Estas bombas deben llevar la presión del sistema a unos 40 o 60 PSI, o más inclusive en algunos vehículos con inyección directa.

bomba de combustible

Esta bomba es comandada por la ECU del vehículo a través de un relay que suministra el voltaje a la misma. En algunos casos, dependiendo del vehículo, la ECU modula el ancho de pulso de este voltaje y de esta forma controla la presión del combustible. Eventualmente, la ECU puede cortar el suministro de voltaje a la bomba en alguna condición peligrosa, como una colisión o bien cuando se detecta baja presión de aceite en el vehículo, haciendo que el auto se apague evitando daños mayores al motor. Junto con la bomba de combustible se encuentra también el sensor que mide el nivel de combustible en el tanque.

Una baja presión de combustible en un vehículo se puede deber a una bomba averiada, fallas en los contactos de la misma, relay de la bomba, o también a filtros obstruidos o problemas con el regulador de combustible. Una alta presión de combustible en cambio, nunca es producida por una bomba defectuosa sino más bien por el circuito de retorno obstruido o al propio regulador de combustible.

Líneas de combustible

Las líneas de combustible son las que conectan todos los elementos del sistema, desde la bomba, pasando por el filtro, regulador, rampa de inyectores, retorno, etc. Dependiendo del tramo del recorrido, esta puede estar fabricada de material rígido o flexible, pero siempre están alejadas de las líneas de escape del vehículo debido a riesgos de explosión. Cualquier problema en las líneas de combustible puede traer problemas de pérdida de gasolina o baja presión en el sistema.

lineas de combustible

Riel de combustible

Es en donde se montan los inyectores de combustible en los sistemas multipunto. Tienen un orificio de entrada de combustible y otro de salida, y algunos incluyen también el regulador de presión y/o un sensor de presión de combustible. La función del riel de combustible es distribuir el combustible entre los inyectores, que atomizaran el mismo en cada cilindro. Por lo general, la única falla que se presenta a nivel del riel de combustible esta en los sellos de los inyectores, comúnmente  llamados o-ring. Por eso se recomienda que siempre que se extraiga un inyector se reemplacen todos los o-rings.

rampa de inyectores

Los inyectores de combustible

Es el elemento encargado de atomizar el combustible dentro de la cámara de cada cilindro. Consta de un solenoide que una vez que recibe tensión abre una válvula que permite el paso del combustible a alta presión a través de unos pequeños orificios en su extremo. Estos orificios están realizados estratégicamente para que la atomización del combustible sea uniforme dentro de la cámara, mejorando así la eficiencia de la combustión.

inyector obd2

La ECU controla el pulso de inyección de los inyectores, en función de las señales provenientes de los otros sensores. Cuanto mayor es la duración del pulso de voltaje, mas combustible se inyecta en la cámara y mas rica es la mezcla.

Los problemas asociados a los inyectores de combustible se dan básicamente en los o-rings, los cuales se endurecen y pierden su estanqueidad permitiendo el paso de aire no medido por el sistema, así como también problemas asociados a boquillas sucias, las cuales no permiten que se realice una buena atomización del combustible en la cámara. Ambos problemas incurren en un bajo rendimiento de combustible, problemas de encendido y gases de escape contaminantes.

Regulador de presión de combustible

La función de este elemento es la de mantener una presión constante en todo el sistema de combustible, a medida que las condiciones de funcionamiento van cambiando. Este regulador se ubica en el propio riel de combustible, a la entrada de este o en su salida., pero en algunos casos también se puede encontrar en el propio tanque de combustible.

regulador de combustible diafragma

En la mayoría de los sistemas OBD2 esta regulación de combustible se logra mediante un regulador con un diafragma que, conectado mediante un tubo de vacío a la admisión, regula la cantidad de combustible que regresa al tanque. Bajo condiciones de carga liviana, la cantidad de combustible que regresa es mayor que cuando la carga es mas pesada. Con esto se logra mantener un diferencial de presión de entre 40 y 80 PSI. En otros sistemas, la regulación se realiza electrónicamente, ajustando el ancho de pulso a un regulador de presión electrónico, en donde se utiliza además un sensor de presión ubicado en el riel de combustible.

Una falla típica de los reguladores de presión de combustible se da en los casos de reguladores con diafragma, donde aparecen fugas y por lo tanto no se regula correctamente la presión. Esto provoca que la mezcla aire/combustible no sea la adecuada, provocando los síntomas ya mencionados de bajo rendimiento de combustible y gases de escape contaminantes.

Y con esto tenemos cubierta la primera parte del sistema de inyección. Veamos ahora como se gestiona el aire que ingresa por la admisión.

El sistema de gestión del aire del sistema de inyección

Veamos ahora como se mide y se gestiona el aire que ingresa al motor. Sin dudas que es de vital importancia, al igual que el sistema anterior, que la ECU determine con precisión cuanto aire esta ingresando al sistema de inyección, para ajustar correctamente la mezcla aire/combustible.

Sensor de flujo de masa de aire MAF

Este sensor esta ubicado en la entrada de aire, antes de la mariposa de aceleración, y le indica a la ECU del vehículo la cantidad de aire que está ingresando al motor. Con la información de este sensor y la del sensor de oxígeno a la salida del múltiple de escape, la ECU determina en todo momento la cantidad de combustible que debe inyectar en cualquier condición de manejo.

sensor maf

Este sensor MAF, produce una señal eléctrica en su salida proporcional a la cantidad de flujo de aire que lo atraviesa. Si por alguna razón existe algún ingreso de aire luego de este sensor, el mismo no será medido y provocará una mezcla aire/combustible incorrecta y un bajo rendimiento de combustible y gases de escape contaminantes. Por lo general estos sensores MAF están construidos de una resistencia de hilo caliente, que varía sus resistencia al pasar a través de ella el flujo de aire del exterior. Siempre que la ECU sospeche que algo no funciona bien con este sensor, establecerá un código de falla asociado a este elemento y encenderá la luz check engine.

Sensor de presión absoluta del colector MAP

Dependiendo del vehículo, algunos sistemas cuentan con un sensor MAP que mide la presión absoluta en el colector de admisión. Este sensor produce una señal eléctrica proporcional a la presión presente en el múltiple, y la misma es enviada a la ECU, que junto con la velocidad del motor y la temperatura del aire se utiliza para calcular el flujo de aire, para luego determinar la inyección de combustible necesaria para una prefecta combustión.

sensor map

Un vehículo con sistema de inyección OBD2 o bien tiene un sensor MAP o bien uno MAF, pero no ambos. En algunos vehículos estos sensores MAP se utilizan para probar el funcionamiento de la válvula EGR. Cualquier problema con este sensor será advertido por la ECU a través de su respectivo código de falla y la luz check engine.

Sensor de oxígeno pre-catalítico

Los vehículos con sistema OBD2 siempre cuentan con un sensor de oxigeno ubicado en el múltiple de escape, que constantemente monitorea la presencia de oxígeno de los gases de escape. Este sensor informa a la ECU del vehículo si la mezcla es demasiado rica (falta de oxígeno en los gases de escape) o demasiado pobre (demasiado oxígeno en los gases de escape). En función de esta señal  la ECU determina el ancho de pulso de los inyectores. Esto se conoce como ajustes de combustible a corto y largo plazo (Short/Long Term Fuel Trim).

sensor oxigeno multiple

Muchas veces hay más de un sensor de oxígeno en el múltiple de escape, separados en banco 1 y banco 2. El sensor de oxigeno del banco 1 monitorea los gases provenientes de los cilindros 1 y 3 y el sensor del banco 2 los de los cilindros 2 y 4, en el caso de un motor de 4 cilindros en línea. La configuración puede cambiar dependiendo del tipo de motor.

Estos sensores para trabajar correctamente deben llegar a determinada temperatura de funcionamiento, por lo general unos 600 °F. Con el sistema en régimen, esto se logra a través de la temperatura de los gases de escape, pero cuando el sistema esta frío se logra este valor haciendo uso de una resistencia calentadora presente en los sensores de oxígeno. Estos sensores se conocen como sensores precalentados, y por lo general  tienen 4 cables en lugar de 2. No le lleva más de 60 segundos a un sensor precalentado llegar a la temperatura de trabajo, y de esa forma evitar trabajar en lazo abierto, es decir, sin la información de este sensor.

Cuando se daña un sensor de oxígeno, o bien quedan abiertos o cortocircuitados algunos de sus cables, se establece un código de error asociado a este sensor y se enciende la luz check engine. Sin embargo, sucede que muchas veces tanto el sensor como los cables están en buenas condiciones, pero el sensor está muy desgastado y no produce la señal correcta provocando bajo rendimiento de combustible y altas emisiones, por lo que se recomienda reemplazar estos sensores cada cierto tiempo, de acuerdo a lo especificado por el fabricante. A medida que pasa el tiempo, partículas de los gases de escape como plomo, silicona, azufre, o incluso aditivos de aceites y combustibles, tienden a deteriorar  los sensores de oxígeno, y hace que su señal de salida no cambie con la velocidad adecuada, ocasionando pérdidas de efectividad en el sistema.

Sensor de oxígeno post-catalítico

Este sensor funciona de la misma forma que el pre-catalítico, midiendo la cantidad de oxigeno presente en los gases e indicando si la mezcla es rica o pobre. Sin embargo, la función de este sensor es en realidad la de determinar la eficiencia con la que el convertidor catalítico reconvierte los gases nocivos, pero como lo hace ?.

sensor de oxigeno catalizador

La ECU del vehículo compara las señales de ambos sensores de oxígeno. Si la del sensor post-catalítico es muy parecida a la del pre-catalítico (ubicado en múltiple de escape) significa que el convertidor catalítico no está realizando mucho trabajo y deberá reemplazarse a la brevedad. Un convertidor catalítico en buenas condiciones, provocaría que la señal del sensor en su salida presente muy poca actividad. Cuando la ECU  advierte que el convertidor no está en buenas condiciones analizando la señal del sensor de oxigeno post-catalítico se presenta un código de falla de baja eficiencia del convertidor catalítico, el cual puede ser extraído con un escáner automotriz.

Cuerpo del acelerador

Es el dispositivo que controla la cantidad de aire que ingresa por la admisión. Esta ubicado aguas abajo del sensor de flujo de aire (MAF) y aloja al sensor de posición del pedal del acelerador (TPS). Cuando el conductor presiona el acelerador, el cuerpo del acelerador permite más entrada de aire por la admisión. En este elemento también se controla la velocidad de ralentí del vehículo.

cuerpo de mariposa

Al detectar la ECU que está ingresando más aire por la admisión (con la señal del MAF), aumenta el ancho de pulso de los inyectores para equilibrar la mezcla aire/combustible y lograr un quemado ideal, para lo cual se tiene en cuenta también la señal de posición del acelerado o TPS y la señal del sensor de oxígeno.

Estos cuerpos de aceleración por lo general tienen unas válvulas que controlan la velocidad de ralentí, obturando en mayor o menor medida la entrada de aire adicional (válvula IAC), y regulando así las RPM del vehículo. En muchas ocasiones sucede que tanto el cuerpo del acelerador como la propia válvula de ralentí se ensucian produciendo ralentí inestable en el vehículo.

Sensor de posición del acelerador o TPS

Este sensor está ubicado como decíamos en el cuerpo del acelerador, y está ligado a la mariposa de aceleración. Cuando esta se abre al pisar el acelerador, este TPS mide el ángulo de la mariposa y varía la señal eléctrica a ser entregada a la ECU.

sensor tps

La ECU utiliza esta señal, conjuntamente con la del MAF y la del sensor de oxígeno, para ajustar el ancho de pulso del inyector. Este sensor tiene asociado un código de falla que la ECU establecería si sospecha de algún mal funcionamiento en el mismo.

Módulo de control del sistema de inyección (ECU)

Es el cerebro del sistema. Recibe señales de todos los sensores del tren motriz, como sensor de oxígeno, TPS, MAF, MAP, etc., y ajusta los parámetros de funcionamiento del sistema, tanto de la ignición, sistema de inyección de combustible y control de emisiones. Controla además la gran mayoría de actuadores del vehículo ya sea directa o indirectamente a través de relays, como la bomba de combustible, válvula IAC, etc.

ecu obd2

En los vehículos con sistema OBD2, esta ECU tiene programados los monitores del motor, encargados de controlar todo el tiempo el buen funcionamiento del sistema. Uno de los controles básicos que tienen programados todas estas ECU es el de control de emisiones, ya que el punto de partida del diseño del estema OBD2 fue justamente el control  de las emisiones de los gases de escape.

Estas ECU además, a través de sus monitores de componentes, indican al conductor a través de la check engine light cuando algún sensor está fallando, produciendo el código de falla correspondiente. Sin embargo, muchos códigos de falla no encienden la luz MIL y solo mediante un escáner es posible determinar cuando existe algún problema de mal funcionamiento en el vehículo.

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