Sistema de Combustible Con Carburador e Introducción a La Inyección Electrónica

Desarrollado por el equipo editorial de: . . ' . ·' . ' . Sistema decombustrble;: con carburador e > ·.. introducción al.a.· ·e; inyección electrónica ,- . \ ' . :~r fl- =~ J . . . -· . • • •• 1.- ·n ·¡ , . ~ PARA BACHILLERATOS YESCUELAS TECNOLÓGICAS , , , '.Y :..-. ·. Una obra de: Dirección Ge neral: José Luis Orozco Cuautle México Digital Comunicación Dirección Editorial : Felipe Orozco Cuautle D irección de Administración y Operaciones: Javier Orozco Cuautle Subdirectora de la Di visión de Capacitación: Juana Vega Parra Subdirectora de Ventas: Ma. de los Angeles Orozco Cuautle Créditos de esta edición Concepto y dirección editorial: Lic. Ma. Eugenia Buendía López Diseño de contenidos: Ing. Roberto Benítez Valencia Desarrollo de co ntenidos: Ing. Roberto Benítez Valencia Ing. Juan Carlos Ochoa Rivera · Corrección de estilo: Eduardo Mondragón Muñoz Concepto y realización gráfica : Norma C. Sandoval Rivero Susana Silva Cortés Revisión técnica: Ing. Antonio Solorio Urbina Ing. Luis Vega Cortés Prof. Francisco Arturo González Hernández Prof. Germán García Cardoso llustraciones: Francisco Rubén García Vera Asesor técnico de la materia: lng. Juan Carlos Ochoa Rivera Agradecemos al Lic. Jorge Tzgui.erdo Herrera, Direcwr General de EDAYO Cuautitlán Izcalli, por todas las fac ilidades prestadas para la realización en la sesión de las fotog rafías utilizadas en este libro. Nuestro agradecim iento en particular a los profesores Francisco Arturo Gon zález Hernández, Germán García Cardoso y Armando Sánchez Zarnla, por su invaluable apoyo al respecto. Todas las marcas y nomb res registrados gue se citan en esta obra, son propiedad de sus respectÍ\'as com pañías . Aquí sólo se citan con fines didác ti cos y si n ningún propósito comercial de los no mbres y marcas como tales. Agradecemos especialmente a las empresas BOSCH, GM, VW, OPEL, R ENAULT, CHRYSLER, MERCEDES BENZ, NISSAN y FORD por las imágenes proporcionadas para es ta obra. El autor y 1.os editores de esta obra, no se responsabilizan por posibles daños en algún equipo, derivados de la aplicación de la información aquí suministrada. El lector es responsable de la manera en que usa esta información. Sur 6 No . 10, Col. Hogares Mexicanos , Ecatepec, E stado de México C.P. 55040 Tel. (Lada 01 55) 2973-1122 Fax. (Lada 01 55) 2973-1 123 www.mecaoica- fac il. con1 [email protected] Indice Capítulo 1. Los combustibles y la combustión l. Qué es un combustible ........................... ... ...... 7 Situada en la cabeza del pistón .. ....... ......... . 23 • Características de un combustible ................... 7 Poder calorífico inferior (PCI) .................. 7 Poder calorífico superior (PCS) ................. 7 Temperatura de combustión ....................... 7 Residuos de combustión .... .......... .. ............. 7 • Proceso de combustión ..... ............... .. .............. . 23 IV. Recursos didácticos .... .. ................. .. ............... 25 • Cómo se obtienen los combustibles ................ 9 Combustibles no renovables ... .. ......... ... .. .... 9 Combustibles renovables .................. ........... 10 Capítulo 2. El sistema de combustible convencional • Combustibles según el tipo de motor ............. 11 Combustibles para motores de encendido por chispa ....... .... .. ................ 11 Combustibles para motores de encendido por compresión .. .. ............... . 12 • Sistema de combustible convencional... .......... 32 l. El sistema de combustible .............................. 29 Componentes del sistema de combustible convencional .... ...... .. ......... 32 • Comportamiento de la gasolina en el automóvil .. .......... ............................... ....... 14 • Viaje del combustible dentro del motor .. ....... 36 Fase de admisión ................................ .... ...... 36 Fase de compresión ...................................... 36 Fase de expansión ................... ..................... 36 Fase de escape ...................... ..... ................... . 37 • Características de la gasolina...... .. ............. ....... 15 11. Sistema de escape .................................. ........... 37 11. Qué es la gasolina ............................... ....... ...... 13 • Propiedades de la gasolina ................ ...... .... .... .. Peso específico ... ............. .. ........................... Potencia o poder calorífico .... ...... ............... Volatilidad .............. ..................... ..... ............. Corrosividad ....... .. .............. :.. ... ... ............... .. ¿Gasolina sin plomo? ............ .. ................ ..... 15 15 15 16 16 16 111. Recursos didácticos ....................................... 40 Capítulo 3. Principios de operación y diagnóstico del carburador • Tipos de gasolina ............... .. ...... ....................... 17 l. El carburador ...................................................... 45 ¿La gasolina reformulada es más tóxica que la gasolina sin plomo? .......................... 18 • Funcionamiento del carburador ........ ....... .. ..... 45 ¿Cuánta gasolina consume un vehículo? .. 19 111. Cámaras de combustión ............................... 20 • Partes de la cámara de combustión ................ 21 • Forma de la cámara de combustión ... ............. 21 •Tipos de cámara de combustión ............. .. ....... 22 Hemisférica ....................................... .. ... ....... 22 De tina ... ..... ........................................ ........... 22 En forma de cuña ............... .. ....................... 22 De explusión ..................... ....... ....... .............. 23 • Tipos de carburadores .............. .. ....................... 45 • Carburadores electrónicos ..................... ....... .... 50 • Circuitos en el carburador ........ ........................ 51 I 11. Procedimiento de servicio al carburador .. . 52 • Desmontaje y servicio ....................................... 52 • Calibración de los circuitos principales .......... 56 111. Afinación de un motor con carburador, pruebas y corrección de fallas .. ..... ............. .. 57 • Pruebas de operación en sistemas carburados ..... .. .. ... .......................... 58 • Fallas en el sistema de combustible carburado ... ..... ...... .... ...... ......... 60 IV. Recursos didácticos ........................................ 61 Capítulo 5. Del carburador a la inyección electrónica l. El salto, de la carburación a la inyección ... 83 • Menor contaminación y mayor ahorro ... ........ 83 • Primeros intentos para inyectar combustible ........... .................. .......... .. 84 Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador l. Sistema de control de emisiones ................... 64 • La electrónica aplicada al sistema de combustible ..................... .............. .... ............. 85 II. Sistema carburado vs. Inyección electrónica ................................ 86 • Qué es un sistema de control de emisiones ... 64 • La mezcla en el sistema carburado y en el sistema de inyección .. ... ................ .. ....... 86 • ¿En qué consisten las emisiones vehículo? .... 64 Emisiones reglamentadas ............................ 64 ¿Cómo se hace la mezcla en ambos sistemas? ........... ............ .... ....... .... 86 Emisiones no reglamentadas ................ ...... 65 • Emisiones del vehículo .... ................................. 65 • Control de emisiones en el sistema convencional (con carburador) ....._. ................... 67 Sus componentes ...... .. ...... ...... ............ ...... .... 68 • Ventajas de la inyección sobre el uso del carburador. ..... ... ...... .... ........ .......................... 90 Consumo reducido ........................... .. ... ...... . 90 Mayor potencia ............ .............. ... ........ ... ..... 90 Gases de escape menos contaminantes .... 90 Sistema de ventilación del cárter ............... 70 Arranque en frío y fase de calentamiento ............ ....... .. ....... .. ........ .... 90 II. Análisis de gases ............................................... 71 Diferencias específicas entre el sistema carburado y de inyección ................... .. .. .... .. 91 • ¿En qué consiste el análisis de los gases del vehículo? ................................................ .. .... . 72 • Productos de combustión presentes en los gases de escape ............................. .... ....... 73 • Analizador de gases o comprobador de emisiones .............. ... ............ ... ................. ..... .. 75 Cómo se utiliza el analizador de gases .. .... 76 Algunas precauciones para el uso del analizador de gases ........... .................... . 78 III. Recursos didácticos ..... .................................. 79 III. Inyección electrónica de combustible ...... 91 •¿Qué es la inyección electrónica de gasolina? .............. .. ................. ... .... ...... ... ...... . 91 • Características del sistema de inyección ....... .. 92 • Principales componentes del sistema de inyección ......... ...................... ..... ...... ... .......... .. 93 • Clasificación de los sistemas de inyección ..... 94 IV. Recursos didácticos .. .. ........ ...... ..... ...... ........... 96 Introducción general Sabemos que los automóviles constituyen la fuente más importante de contaminación, y que uno de los propósitos de los sistemas de inyección electrónica fue, justamente, disminuir la emisión de partículas contaminantes. Sin embargo, se calcula que actualmente 35% de los vehículos que circulan en México todavía usan carburador y, por lo tanto, carecen de convertidor catalítico. Es decir, aunque cada año se renueva el parque vehicular y las normas de contaminación son cada vez más estrictas, los vehículos con carburador no han salido de circulación, aunque es cierto que cada vez son menos los automóviles dotados con esta tecnología. Precisamente, para atender a este mercado y, a la vez sentar las bases para el aprendizaje de las nuevas tecnologías de suministro de combustible, el presente volumen está enfocado al estudio del carburador, desde dos puntos de vista: a) Su funcionamiento, su diagnóstico, la afinación del vehículo y el control de emisiones, y b) El paso de esta tecnología a la tecnología de inyección electrónica. Los temas relevantes que estudiaremos en el presente volumen son los siguientes: • • • • • Los tipos y características de los combustibles, y en específico de la gasolina El sistema de combustible convencional Principios de operación y diagnóstico del carburador El sistema de control de emisiones en motores con carburador El paso del carburador a la inyección electrónica Estos temas, a su vez, responden a los programas de estudio vigentes de la DGETI, para la carrera de Técnico en Máquinas de Combustión Interna, en particular del Submódulo 2 del Módulo II (Afinación de motores a gasolina con carburador). Y por ello, se incluyeron prácticas y recursos didácticos que permitan al estudiante ir construyendo su portafolio de evidencias, y al docente ir valorando el desempeño del estudiante. Por supuesto, también se tomaron en cuenta las Normas Técnicas de Competencia Laboral citadas en el programa de estudios, así como las normas básicas de seguridad e higiene. Conviene mencionar que el presente libro pretende ser una especie de guía-resumen que dé pie a los temas en cuestión y abra el escenario de las explicaciones teórico-prácticas; de ahí que las descripciones sean sintéticas, precisas y directas, y que se haga especial énfasis en los procedimientos, en el uso de esquemas, tablas, ilustraciones, fotografías, etc. De manera adicional, este libro se irá complementando con una serie de recursos audiovisuales para soportar el trabajo del maestro y del estudiante (vea el sitio el sitio web '"'"-.mecanica-facil.com). Esperamos cumplir en forma satisfactoria nuestro compromiso con la educación en México y en otros países de habla hispana. Los editores Los combustibles y la combustión Los combustibles son los elementos que motorizan al mundo, fábricas, automóviles, hospitales, hogares, etc.; lo utilizan como principal fuente de energía; además, en alguna etapa de su producción o comercialización, todos los bienes utilizan combustibles como insumo; por ello, su función es básica para el bienestar económico mundial. Sin estos elementos, sería prácticamente imposible obtener calor, generar electricidad o producir movimiento en determinadas máquinas. Por su importancia, se ha puesto énfasis en encontrar nuevas alternativas de combustibles, ya que los más utilizados son Jos hidrocarburos, que no son renovables pero sí son la mayor causa de contaminación en el mundo. Existen combustibles que son más limpios, no dañan al ambiente y pueden renovarse; es el caso de la energía solar o la hidráulica, entre otras. Específicamente en los vehículos, se está comenzando a utilizar etanol e hidrógeno, que prácticamente no contaminan; y aunque su uso no se ha generalizado, sí se está avanzando en su desarrollo para aplicarlos en los medios de transporte . . ~ OBJETIVOS Reconocer: " La importancia , obtención, aplicación y clasificac ión de los combustibles Las característ icas y t ipos de gasolina " Las partes y tipos de cámaras de combust ión " El proceso de combustión l. QUÉ ES UN COMBUSTIBLE Como sabes, un automóvil no sería capaz de funcionar sin que se le suministrara combustible; es uno de los tres elementos que intervienen en la combustión, la cual es un proceso químico que permite el funcionamiento del motor. Más adelante, en este capítulo daremos detalles de este proceso; pero antes, debemos saber qué es un combustible, de qué tipo puede ser y cuáles son sus principales características. Veamos . Un combustible es cualquier material capaz de liberar energía en forma de calor cuando se cambia o transforma su estructura química al ser quemado por combinarse con oxígeno y exponerse a una alta temperatura o a una flama como la gasolina o el diesel. Pero también existen combustibles que logran su objetivo sin que exista una combustión en el proceso como el uranio, que se utiliza en plantas de generación eléctrica; puede liberar energía mediante una reacción nuclear conocida como proceso de fusión nuclear. Características de un combustible Las características de cada combu~tible determinan la posibilidad de utilizarlo en un determinado momento. La propiedad que más nos interesa de un combustible es su poder calorífico; está relacionado con la naturaleza del propio combustible, y se refiere a la cantidad de calor que se genera al quemar u_n a unidad de masa del mismo. Existen dos clases de poderes caloríficos: Poder calor(fico inferior (PCI) Es el poder calorífico neto. Se refiere al calor desprendido en la combustión de un kilogramo de combustible, cuando no condensa el vapor de agua originado en la combustión. Poder calor(fico superior (PCS) Es el poder calorífico total. Se refiere a la cantidad de calor desprendida en la combustión de un kilogramo de combustible, incluyendo el calor de condensación del agua que se desprende durante el proceso. Existen otras propiedades de los combustibles como: Temperatura de combustión Aumenta. con el poder calorífico y con la cantidad de residuos y productos que se generan en la combustión. Residuos de combustión Son los materiales que no arden en un combustible; pueden ser de dos clases, según la fase en la que se encuentran: los gases que se encuentran en el propio humo, y los gases que se desprenden de los combustibles o sólidos (como las cenizas o escorias derivadas de la parte orgánica del combustible, y que son perjudiciales por su naturaleza y por su cantidad). www.mecanica-facil.com Capitulo 1. Los combustibles y la combustión 7 • Clasificación de los combustibles Por su grado de preparación Los combustibles pueden clasificarse por su origen, grado de preparación o estado de agregación. Veamos. Naturales Estos combustibles se utilizan tal y como se obtienen de la naturaleza; y en tal estado, se emplean directamente para obtener energía. Por su origen Elaborados Para utilizar estos combustibles, hay que transformarlos o refinarlos; uno de ellos es la gasoli na, elaborada y dotada de características físico-químicas apropiadas mediante múltiples procesos. Fósiles Son producto de la materia orgánica acumulada y enterrada durante años bajo tierra (plantas y anima les) . Como sus componentes principales son el carbono y el hidrógeno, también se les llama hidrocarburos. Aunque son la principal fuente de energía del mundo, son recursos no renovables. El petróleo, el gas natural o el carbón mineral son ejemplos de este tipo de combustibles. No fósiles Son por ejemp lo el etano l y el metanol, que derivan de la familia de los alcoholes; o el hidrógeno, que es el elemento más abundante en la naturaleza y es ecológico; cuando se utiliza en la combustión, el único residuo que deja es vapor de agua . La gran ventaja de este tipo de combustibles, es que son recursos renovables. TOMA NOTA El 97% de \os vehículos funciona con combustibles derivados del petróleo. Por su estado de agregación Sólidos Estos combustibles se encuentran en estado sólido en la naturaleza, o se usan ya que han sido transformados. Al quemarse, producen cenizas; entre ellos se cuentan la madera y el carbón . Líquidos Pueden uti lizarse como combustibles; ejemplo de estos combustibles, son la 8 gasolina, el biodiesel, el etanol, el metanol, etc . Gaseosos Son más fáciles de transportar y almacenar que los combustibles sólidos y líquidos; además ofrecen mayor poder calorífico, debido a su mayor facilidad de mezcla con el comburente; entre ellos se cuentan el propano, el gas LP y el gas GNC. Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www mecanica-tacil.com • Tabla 1.1 Clasificación de combustibles Combustible Biodiesel Carbón j Combustóleo Coque 1 Diesel o gasóleo Etanol Gas Butano Gas LP Gas natural comprimido (GNC) Gasolin a o nafta Hidrógeno Leña o madera Metanol Petróleo Propano Queroseno 1Turbosina •• • • • •• • •• • • •• • •• • • o o o o o o • o o o o o o o o o •• • • Cómo se obtienen los combustibles Combustibles no renovables Básicamente, se obtienen a partir del procesamiento de materias primas como el petróleo; de este elemento se obtienen los hidrocarburos, constituidos por carbono e hidrógeno. Como el petróleo se extrae directamente del subsuelo, no tiene aplicación práctica alguna; tiene que someterse a varios procesos de destilación, en cada uno de los cuales se separan sus propiedades para elaborar la serie de productos que se derivan de él. Estos procesos se realizan en una refinería, en donde primero se obtienen gases ligeros como el propano y el butano; y después, compuestos aromáticos como la gasolina y compuestos para la industria farmacéutica; incluso se obtienen aceites, comenzando por el aceite diesel (gasoil) y luego lubricantes; enseguida se obtienen las parafinas, los polímeros, los elastómeros y productos pesados tales como los asfaltenos y el combustóleo, por mencionar sólo algunos ejemplos. w ww.mecan1ca -fac 1l.com • Extracción del petróleo Tor re de Estanques de alm acenamient o balancín que extrae el petróleo Se bombea una mezcla que facilita la perforación Para extraer petróleo hay que excavar entre 900 y 7 .000 m o incluso más Capitulo 1. Los combustibles y la combustión 9 Combustibles renovables • Producción y aplicación del petróleo Se obtienen de manera similar, es decir, mediante procesamientos específicos de la materia prima que se encuentra directamente en la naturaleza; por ejemplo, el etanol que se obtiene de la destilación y fermentación del bagazo de la caña de azúcar; o el biodiesel, que es un biocombustible que se fabrica a partir de grasa animal o aceites vegetales (girasol, canola, soja), y que puede utilizarse puro o mezclado con gasoil en motores diesel. Otros combustibles como la madera o el carbón, se extraen directamente de los bosques y yacimientos. • De energ ía solar a e nergía eJéctrica Inversores Sistema de interruptores Subestación e~ca directa ~ Ti .~ r;:?r Red eléctrica nacional Agua '- El:c_t_ro-li_s_ is_ __ ~- Sistema de respaldo Red eléctrica local (para viviendas) r;;;.;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;!:!;;;;;;-, Ala atmósfera Emisiones de agua combustible 10 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com Combustibles según el tipo de motor Cada tipo de combustible tiene ciertas propiedades; y cada tipo de motor, según sus características, requiere ciertos combustibles para poder funcionar. Veamos. Combustibles para motores de encendido por chispa Estos motores funcionan por medio del ciclo Otto; sus relaciones de compresión son bajas, y la ignición de la mezcla aire-combustible se realiza mediante la detonación producida por una chispa. Requieren combustibles con alto valor de inflamabilidad, para que la mezcla admitida dentro del cilindro se queme adecuadamente según la construcción del motor y los métodos de encendido que se utilizan; así, pueden funcionar con gasolina (con diferente número de octanos), gas LP, gas GNC, propano o metano! (en automovilismo deportivo). Lo que varía en cada motor para que funcione con uno u otro combustible, son los elementos de filtración del sistema cuando se trata de combustibles líquidos; o la forma de suministrarlos, almacenarlos y dosificarlos, principalmente cuando se trata de combustibles gaseosos . • Motor de encendido por chispa TOMA NOTA En incremento se encuentran \os sistemas híbridos de combustible que se u~.\~zan en motores de encen ' o or chispa Y en motores por ~ompresión. Estos sistemas se aplican con éxito en países industrializados; y en nuestro país, ya s~ d encuentran algunas unida es disponibles . Metano! www.mecanica-facil.corn Gasolina Capítulo 1. Los combustibles y la combustión 11 Combustibles para motores de encendido por compresión Los motores de encendido por compresión requieren un combustible más viscoso que la gasolina; funcionan con Diesel, que es un aceite de muy baja viscosidad y que posee un bajo índice de inflamabilidad; por eso es ideal para suministrarse dentro de las cámaras de combustión de estos motores, que requieren que el combustible no se inflame antes del tiempo requerido por el motor; sólo así, se previenen contrapresiones dentro de la máquina que pueden llegar a bloquearla. Pero además del diesel, estos motores pueden funcionar con otros combustibles como el biodiesel, el gas LP, el gas GNC, el etanol y el hidrógeno. Lo que varía en la arquitectura de este motor para que funcione con uno u otro combustible, son los elementos de filtración y los separadores de humedad que utiliza cuando se trata de combustibles líquidos. Pero si el motor utiliza combustibles gaseosos, los cambios son mayores: por una parte, en sus elementos de almacenamiento se incorporan válvulas dosificadoras y de control de presión; y, por otra, sus elementos de dosificación e inyección deben adecuarse para suministrar el gas a alta presión. Y si el motor utiliza hidrógeno, lo que se debe añadir al sistema de combustible es una celda separadora de hidrógeno, así como elementos de almacenamiento más sofisticados, robustos y pesados; además, sus elementos de bombeo son diferentes y se adaptan a la forma de almacenamiento. • Motor de encendido por compresión Biodiesel Hidrógeno 12 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facíl.com 11. ¿QUÉ ES LA GASOLINA? Es el combustible más utilizado en el mundo, porque es el más efectivo que se conoce hasta el momento para vehículos con motores a gasolina; también es el más demandado entre los productos derivados de la refinación del petróleo. Está constituido por la mezcla de hidrocarburos ligeros, y es volátil, inflamable y tiene un olor característico. La gasolina se obtiene del petróleo en una refinería, generalmente a partir de la nafta de destilación directa (que es la fracción líquida más ligera del petróleo); o bien, por hidrogenación de carbón o dióxido de carbono, por rotura de compuestos hidrocarbonados de cadena larga y por polimerización e hidrogenación de hidrocarburos de cadena corta. La refinación del petróleo permite obtener distintos productos TOMA NOTA A temperatura . normal, la gasolina emite vapores que forman mezclas . explosivas con el aire. llOºC Gasolina Turbosina Diesel Aceites lubricantes Combustóleo Asfalto Petróleo crudo Torre de destilación En el territorio nacional circulan más de 20 millones de automóviles aproximadamente (contando los camiones de carga, pasajeros, regularizados e ilegales), y cada mes se suman miles más (sólo en enero del 2008 se vendieron más de 90 mil unidades). Así que el parque vehicular, que ya de por sí es "un monstruo", seguirá en aumento; y con ello, aumentará también el consumo de gasolina, el combustible que mueve al mundo automotriz. www.mecanica-facil.com Capítulo 1. Los combustibles y la combustión 13 Comportamiento de la gasolina en el automóvil La gasolina se usa principalmente para hacer funcionar a los motores de combustión interna con encendido por chispa. Una de las características que debe tener, es la de no evaporarse en los conductos o tuberías de alimentación; y así, no se desceba la bomba (o por lo menos, su caudal no se reduce por debajo del que necesita el motor) . Si el vehículo utiliza carburador, la gasolina experimenta un primer cambio de estado: la depresión que existe en el tubo vénturi, provoca un paso parcial del estado líquido al de vapor. Este proceso de vaporización continuará en el interior del cilindro, debido al aumento de temperatura que se produce al pasar por el colector de admisión y durante la fase de compresión. Como la combustión es más completa y regular cuanto más homogénea es la mezcla de aire y gasolina en todos los puntos de ia cámara de combustión y la homogeneidad de la mezcla se favorece al vaporizar totalmente la gasolina, puede deducirse otra importante característica: que la curva de destilación debe ser oportunamente dosificada, para reducir al mínimo la fracción de productos que, en gotas líquidas, pueden llegar a la cámara de explosión y ocasionar combustiones incompletas o irregulares. • Inyección 14 • Ignición Sistema de combustible con carburador e introducción a Ja inyección electrónica • Combustión y encendido del motor www.mecanica-facil.com Características de la gasolina La gasolina debe cumplir ciertas especificaciones ambientales y de funcionamiento del motor, que por ley se aplican en la mayoría de los países. El índice de octano MON, por sus siglas en inglés Motor Octane N umber, RON R esearch Octane Number, es la especificación más característica e indica la resistencia que presenta el combustible a detonar; es decir, señala a qué presión y temperatura puede someterse un combustible carburado (mezclado con aire), antes de autodetonarse al alcanzar su temperatura de autoignición. Existen distintos tipos de gasolinas comerciales que se clasifican en función de su número de octano; por ejemplo, la gasolina más vendida en Europa (2004) tiene un MON mínimo de 85 y un RON mínimo de 90. Como la gasolina es una mezcla de diversos productos, no tiene un punto fijo de ebullición; más bien, una curva de destilación que comienza a 30ºC y termina antes de los 200ºC; su peso específico varía entre 0.700 y 0.790 kg/ dm; tiene una densidad de 720 g/ L; un litro de gasolina tiene una energía de 34,78 megajoules; y en términos de masa, tiene una energía de 48.31 MJ/ Kg. La gasoli na Premium comercializada en México desde 1997 contien e 92 oct anos y se encuen tra li bre de plomo . Propiedades de la gasolina Peso específico Conocer esta propiedad de la gasolina, es muy importante para el diseño del motor; las bombas de inyección y los carburadores dosifican sustancialmente el volumen de la gasolina, mientras que la combustión se produce de forma más o menos correcta con relación a los pesos y no a los volúmenes de aire y gasolina introducida. Así, una gasolina muy pesada da lugar a una mezcla demasiado rica; y si es muy ligera, ocasiona una mezcla pobre. El peso específico relativo de las gasolinas comerciales es de 0.730-0.760 kg/ dm para la calidad súper, y de 0.710 -0.740 kg/ dm para la normal. Potencia o poder calorífico Es la cantidad de calor que se desprende de la combustión completa de 1 kg de gasolina; es menor, en la medida que más aumenta su peso específico. Como la gaso lina se compra por volumen y no por peso, hay que considerar la potencia calorífica referida al litro y no al kilogramo. Veamos la siguiente tabla: • Tabla 1.2 Rendimientos energéticos Gasolina súper Peso específico relativo (kg/dm) 0.730-0.760 Poder calorífico por litro (kcal/I) 7 .674-7.962 Poder calorífico por kg (kcal/kg) www.mecanica-facll.com 10.512-10.450 Si compramos un litro de la gasolina más ligera, adquirimos un 4 % menos de peso y un 3 . 75 % aproximadamente menos de calorías; y así, se obtiene una potencia inferior; o sea que cuanto menores sean los pesos específicos del combustible (gasolina), menor rendimiento energético se obtendrá. Capítulo 1. Los combustibles y la combustión 15 • Tabla 1.3 Límites de volatilidad Porcentaje de desti lación Temperatura mínima de volatilidad 10% SOºC mínimo 30% 70ºC máximo 50% 95ºC máximo 95% 175ºC máximo TOMA NOTA Cuanto más refinada esté la gasolina (o s~a, cuanto mayor porcenta)e de destilamiento tenga), men?r cantidad de ella se perdera por volatilidad porque la temperatura de vaporización se incrementa. Volatilidad Este parámetro se forma con la curva de destilación de la gasolina y la saturación del vapor. La curva de destilación indica a qué temperatura comienza a evaporarse la gasolina, es decir, a hervir (punto inicial), a qué temperatura se evapora por completo (punto final) y qué porcentaje de ella se evapora a temperaturas intermedias. Esta curva influye sensiblemente en el comportamiento del motor; si se utiliza una gasolina pobre en fracciones que se evaporan a baja temperatura, habrá dificultades para arrancar en ambientes fríos; además, se necesitará más tiempo para llevar el motor a la temperatura de régimen; debido a esto, ocurrirán fallas en la carburación y habrá menos potencia. Y en el caso de las gasolinas demasiado ricas en esas fracciones ligeras, ocurren tres hechos: el fenómeno del vapor lock, la excesiva evaporación en el carburador (si lo tiene) en la época de mucho calor, y la formación de hielo en temperaturas frías. Pero si la gasolina tiene exceso de fracciones poco volátiles, puede diluirse el aceite del cárter; esto se debe a que los hidrocarburos menos volátiles no se queman bien, a que se cuelan a lo largo de los . pistones, y a que se forman depósitos en la cámara de combustión. En la tabla 1.3 se indican los límites de volatilidad normales de gasolinas de buena calidad. Corrosividad La gasolina contiene azufre libre que a veces ataca superficies metálicas con las que está en contacto; sobre todo, si son de cobre o de alguna de sus aleaciones. La gasolina será corrosiva y tendrá mal olor, si el azufre contenido en ella tiene forma de mercaptanos; y para eliminar éstos, deben realizarse procesos de purificación y suavización. ¿Gasolina sin plomo? A partir de los años veinte del siglo pasado, y corno consecuencia de los mayores requerimientos de los motores de explosión (derivados del aumento de compresión para mejorar su rendimiento), comenzaron a utilizarse compuestos en las gasolinas para aumentar su octanaje (antidetonantes); dichos compuestos son de plomo (Pb) y manganeso (Mn). Y en los años setenta, surgió una razón más para utilizar los compuestos de plomo: proteger a los motores contra el fe nómeno denominado Recesión del Asiento de las Válvulas de Escape (Exhaust Va/ve Seat Recession, EVSR); además, el plomo sitve de lubricante para la parte alta del cilindro (pistón, camisa, segmentos y asientos de válvula) . 16 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecan1ca-facil .com En 1991 se introdujeron los convertidores catalíticos, que son parte importante para la reducción de daños al medio ambiente ocasionados por las emisiones de los vehículos; y en vista de que el plomo es como un "veneno" para convertidor catalítico (puede dañarlo), se hizo indispensable el uso de gasolinas libres de plomo. Con ello, la gasolina Nova fue sustituida por una nueva generación de gasolinas: Magna y Premium. Tipos de gasolina En México, han evolucionado las gasolinas; han variado en número de octanaje y compuestos añadidos, básicamente para mejorar su rendimiento y hacer que contaminen menos. Veamos. Mexolina: es la primera gasolina de fabricación mexicana, una vez realizada la expropiación petrolera; su número de octanaje era 70. Premium Supermexolina: era producida por PEMEX, y tenía 80 octanos para responder a los requerimientos técnicos de los motores vehiculares de esa época . ! Magna 1 Contenía 81 octanos . Fue utilizada desde 1973 y hasta 1986, cuando se descontinuó porque, luego de la combustión, liberaba plomo debido a el tetraetilo de plomo adicionado como antidetonante. Se produce la gasolina gasolmex, con un octanaje de 90 . -·---------- Se comercializa la gasolina Pemex 100, con un octanaje de 100. • gasolinas se produjeron y comercializaron en México hasta 1973. Todas contenían tetraetilo de plomo . • Su número de octanaje era 94, contenía plomo y fue comercializada desde 1973 hasta 1985. - _., Es una versión mejorada de la gasolina Extra, con una reducción en la cantidad de plomo . Se comercializó entre 1986 y 1991. Estuvo en distribución desde 1986 y hasta 1991. Es una versión mejorada de la Nova, pero menos dañina que ésta; reducía el contenido de tetraetilo de plomo hasta un nivel máximo de 3 .5 mi/gal. www.mecan1ca· tac .com Capítulo 1. Los combustibles y la combustión 17 • Nueva generación de gasolinas Su distribución en México comenzó en 1991, y aún se utiliza . Eliminó casi en su total idad el tetraetilo de plomo, y tiene 87 octanos casi libres de plomo; sus emisiones contaminan menos la atmósfera, y ofrece mayor eficiencia térmica que las gasol inas Nova y Nova Plus. No contiene tetraetilo de plomo, posee 92 octanos y es baja en azufre . Se comercializa en México desde 1997. Su composición química fue mejorada, para responder a los requerimientos técnicos de los motores actuales; esto fue posible, gracias a la incorporación de sistemas de control de emisiones mejorados y de una nueva generación de catalizadores. Se introdujo en octubre del 2006 con característica de UBA, es decir, "ultra baja en azufre", y cumple con las disposiciones ambientales establecidas mundialmente para la producción de com bustibles más limpios. ¿La gasolina reformulada es más tóxica que la gasolina sin plomo? TOMA NOTA Para mejorar su capacidad antidet onante y hacer ~~nl~s corro siva a la .gasolina, o el pi orn o o agregaron ad1t1vos corn . do el benceno ; pero po~_ ser dernas1a contaminantes y danin~s ,<son sust anci as t óxic_as carc1nogenas) est os dejaron de ad ic1 ona r~e y, actualment e se evaluan cornpu oxi genados que se agregan a la gasolina y qu e redu,ce~ 'ªJe emanaciones de rnonox1 o carbono. 18 Se ha comprobado que las gasolinas reformuladas son men os tóxicas que las gasolinas sin plomo; y que las emanaciones de los gases de hidrocarburos disminuyen sensiblemente en los vehículos sin catalizador, y disminuyen ligeramente en los automóviles que cuentan con catalizador y con sistema de m ando automatizado del motor (el cual detecta automáticamente el esfuerzo del m otor y las emanaciones tóx icas). Cuando se agrega metil-terbutil-éter (MTBE) a la gasolina reformulada, las emanaciones de carbonilos tóxicos como los de formaldehído, acetaldehído y acroleína, aumentan ligeramente en todos los vehículos; en los que cuentan con catalizador, la emisión de MTBE aumenta aproximadamente cuatro veces; y en los automóviles que carecen del mismo, esta emisión aumenta unas diez veces. Sistema de combustible co n carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com ¿Cuánta gasolina consume un vehículo? El consumo de gasolina está directamente relacionado con el rendimiento del combustible por kilómetro recorrido, e impacta de manera importante en la economía. Por eso es importante saber cuánto tiene que invertirse en "alimentar" a un vehículo. E n la siguiente tabla se muestra la relación de rendimiento (km /lt) de gasolina en algunos modelos de automóviles . Veamos. • Tabla 1.4 Consumo de gasolina Chevy 3 ptas. 14.95 19.41 Chevy 5 ptas. 13.75 19 .73 Corsa sedán 11.51 17.48 Corsa 5 ptas. 11.33 16.72 Astra 4 ptas. 11.20 15.76 Tsuru GS I 14.70 22.00 Tsuru GS II 13.80 20.69 Sentra 12.98 20 .8 5 Tsubame 13.73 19.89 Platina 13 .90 19 .40 Focus LX y ZX3 12.2 17.9 Fiesta First 13.3 17.9 KA 12.9 17 Sedan 1.6 10.80 13.80 Jetta 1.8 8.50 13.50 Jetta 2.8 10.31 15.58 Derby 2.0 12.50 16.00 Golf A4 2.0 9.01 16.39 Golf GTI 9.20 15.90 Pointer 1.8 10.50 15.20 Pointer GTI 11.30 17.30 Lupo 1.6 11.90 17.40 Polo sedán 11.90 17.40 Córdoba 1.6 9.17 16.66 Ibiza 2.0 9.17 16.94 León 1.8 8.50 15.60 León Cupra 8.06 15.38 Toledo 8.47 15.62 Matiz 16.58 20.14 Wrangler Sahara 6 .51 8 .75 Navigator AWD 6.0 9.6 Durango 4x4 6.16 9.73 www.mecan1ca-facil.com Capítulo 1. Los combustibles y Ja combustión 19 • Algunas sugerencias para ahorrar gasolina C.. Para calentar el motor del automóvil, se debe avanzar a velocidad moderada en el comienzo del recorrido, y acelerar de forma gradual. Calentar el motor por más de un minuto sin movimiento, genera mayor consumo de gasolina. C.. Se debe acelerar gradualmente, presionar con suavidad el acelerador y conducir a una velocidad moderada. La mayoría de los vehículos ofrecen un consumo óptimo de gasolina cuando mantienen una velocidad de entre 60 y 80 km/h. Utilizar el aire acondicionado de manera inmoderada, consume por lo menos un 10% más de combustible. " Al subir una pendiente, se debe permitir que la velocidad disminuya y luego cambiar a una velocidad más baja si es necesario. Pisar el acelerador a fondo, forzará al motor y aumentará el consumo de gasolina. ¿ Un filtro de aire sucio o en mal estado, puede aumentar hasta un 10% el consumo de combustible . (¡ La presión incorrecta de los neumáticos aumenta el consumo de combustible en un 7%; entonces, deben ser inflados con la presión recomendada; además, deben mantenerse en buen estado de alineación y balanceo. {.¡ Un vehículo correctamente afinado, permite ahorrar entre un 4 y 5% de combustible. " Cuanto mayor sea el número de cilindros del automóvil, mayor será su consumo de gasolina. ID. CÁMARAS DE COMBUSTIÓN En la cámara de combustión para motores de encendido por chispa, se realiza la detonación de la mezcla aire-combustible dentro de los cilindros en el motor. Este espacio se ubica entre la culata, la corona del pistón y las paredes del cilindro, siempre y cuando el pistón se encuentre en su punto muerto superior (PMS) . La cámara de combustióP está diseñada para concentrar completamente la fuerza explosiva del combustible que se quema en la cabeza del pistón. Su configuración es muy importante, porque de ella depende la eficacia del motor. Una cámara de combustión eficiente debe reunir ciertos requisitos. Veamos. • Ser pequeña, para reducir al mínimo la superficie que absorbe calor cuando se inflama la mezcla combustible. • No tener grietas o rincones que causen combustión espontánea o golpeteo (cascabeleo). • Poseer un espacio para la bujía; ésta debe colocarse en el centro de la cámara, con objeto de reducir el tiempo necesario para que se inflame toda la mezcla combustible. La velocidad a la que avanza la llama de la combustión en la cámara está limitada. 20 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www mecanica-facil.com Partes de la cámara de combustión La cámara de combustión se forma sólo cuando el pistón en el cilindro del motor se encuentra en su punto muerto superior (PMS). Está constituida por la cabeza de cilindros, su junta, la corona y los anillos del pistón y el electrodo de la bujía. O Cabeza de cilindros Es la tapa de los cilindros del motor. Forma el espacio de la cámara, cuando el pistón está en su PMS. O Junta de la cabeza de cilindros Sella la compresión, combustión y expansión de los gases, para que no se fuguen entre el ensamble de la cabeza de cilindros y el monobloque. €) Corona del pistón Aquí se aloja la cavidad para formar, junto con la cara inferior de la cabeza de cilindros, la cámara de combustión. () Anillos del pistón A la par con la junta de la cabeza, sellan la compresión, la combustión y la expansión de los gases. Q Electrodo de la bujía Cuando se forma la cámara de combustión, el electrodo de la bujía genera el arco voltaico para encender la mezcla. Q Anillos de compresión O Válvulas (admisión y escape) Forma de la cámara de combustión La turbulencia que se logra en el proceso de admisión es importante; y mejora con el traspaso de la mezcla a la cámara de combustión, consiguiéndose acelerar la combustión residual. Para mejorar la combustión y disminuir su toxicidad, debe hacerse lo siguiente: • Aumentar la intensidad de la chispa que salta de la bujía. • Crear turbulencia de la mezcla o carga en la admisión, para reducir la duración de la combustión y la uniformidad de los ciclos consecutivos • Estratificar la mezcla; esto es, que la mezcla cerca de la bujía sea la más rica, y se empobrezca a medida que se aleje de la misma. www.mecanica- facil.com Capítulo 1. Los combustibles y la combustión 21 Válvula de escape Válvula del adm1s1ón 1 combustión Tipos de cámara de combustión Para que un motor cumpla y entregue ciertos estándares de rendimiento, se requieren ciertas características de diseño en sus componentes; tal es el caso de la forma de la cámara de combustión en el interior de cada uno de los cilindros en el motor. El diseño de la cámara de combustión puede favorecer las condiciones para que se produzca la combustión; y así, podemos encontrar diferentes tipos de cámaras. Veamos. ( ·········Hemisférica ··· ············································································································· ........· Cámara de combustión ...................................................................................................... Posee suficiente espacio para que los orificios de admisión y de escape sean de gran tamaño, esto es, para que el motor tenga un máximo de entrada y salida de gases en cada cilindro; esto produce gran potencia, cuando el motor está muy revolucionado. La bujía colocada en el centro, inflama toda la mezcla combustible en el menor tiempo posible . .···· ········De tina Tiene la forma de una tina invertida, con las válvulas en su parte inferior. Como las válvulas pueden colocarse en una sola hilera, el mecanismo que las hace funcionar es muy sencillo. La forma alargada y ovalada de la tina, controla la turbulencia excesiva; y las paredes lisas por donde sube el pistón hasta el tope, hacen que se produzcan los chorros necesarios para que la mezcla forme turbulencias. Los cilindros de gran diámetro y cortas carreras del pistón, permiten utilizar las válvulas grandes; y así, se logra el paso adecuado de los gases. Válvulas -.... ········ En forma de cuña combustión 22 Es una cámara reducida, el corto recorrido de la llama (que va desde la bujía hasta el punto más distante de la cámara) reduce el riesgo de autoencendido (preignición) o detonación. La explosión produce remolinos turbulentos, cuando el pistón expulsa la mezcla de la zona más estrecha. La turbulencia mantiene bien mezclado el aire y el combustible de principio a fin, para que exista combustión uniforme. La expulsión también enfría a la mezcla que se encuentra en las esquinas, y reduce los puntos calientes que causan autoencendido. Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.rnecaníca-facil.com De expulsión .................. ................ .................. ....................................................................., Es una variante de cualquiera de las formas comunes; la zona de expulsión es la superficie plana de la cabeza, la cual casi toca la cabeza del pistón; cuando éste sube en el tiempo de compresión, expulsa a los gases quemados en chorros y en forma de remolino hacia la cámara de combustión. El movimiento hace que el aire y el combustible se mezclen totalmente, con lo cual se logra una vaporización y una combustión más completas. La mezcla se enfría al rozar las paredes de la cámara, que están menos calientes gracias a los conductos de enfriamiento. Situada en la cabeza del pistón ·········. ······· · Orificios Cámara de combustión ............................ ...\ Este tipo de cámara se utiliza en los motores diese! y en algunos motores de gasolina para automóviles europeos. Desaparece la ventaja de fabricar pistones con cabeza plana, y se eleva el costo de fabricación de este tipo de pistones; además aumenta el peso de los mismos, porque deben emplearse aleaciones más pesadas y resistentes para ellos. Válvulas Orificios Cámara de combustión "······················································ ......................................................................................... . Proceso de combustión La combustión es un proceso químico en el que intervienen tres elementos: un comburente, que es el aire admitido por el motor; un combustible, que es la gasolina consumida; y un detonador, que es la chispa eléctrica proporcionada por una bujía. De este modo se genera, disipa e irradia calor. www.mecanica facil.corn Capítulo 1. Los combustibles y la combustión 23 La combustión se rige por condiciones estequiométricas, las cuales indican que en la mezcla de aire-combustible de un motor de combustión interna, las partes de aire deben ser exactamente proporcionales a las partes de combustible; la proporción estándar es de 14.7 gramos de aire por cada gramo de combustible suministrado; es decir, una relación de 14.7 a 1. Sólo así, podrá realizarse la combustión; y no se realizará, si en la mezcla existe exceso de aire (mezcla pobre) o de combustible (mezcla rica). Y si acaso el exceso de combustible permite la ignición, ésta ocurrirá de forma violenta. Debido a esto se dañarán los componentes de la cámara de combustión, y se producirán altas emisiones contaminantes. Sin embargo, en toda combustión se tolera una leve falta o un leve exceso de aire o de combustible. Esto sucede en la sobrealimentación de motores, en donde la mezcla adr,nite cierto exceso de aire. Pero este excedente ayuda a lograr combustiones más completas, aprovechando mejor la energía liberada por un combustible; y con ello, aumenta considerablemente la potencia. Para que el proceso de combustión se complete apropiadamente, deben cumplirse tres fases: fase inicial, fase principal y fase de combustión residual. Fase inicial Abarca desde que la chispa salta en la bujía, hasta el punto en que comienza el incremento brusco de la presión. En las . zonas de altas temperaturas, entre los electrodos de la bujía surge un pequeño foco de combustión que se convierte en un frente de llama turbulenta; es muy bajo el porcentaje de la mezcla que se quema. La velocidad de llama es relativamente baja, y depende sólo de las propiedades físicoquímicas de la mezcla . Fase principal La llama turbulenta se propaga por toda la cámara de combustión , cuyo volumen es casi constante; el pistón se encuentra cerca del punto muerto superior (PMS). La velocidad de pr9pagación depende de la intensidad de la turbulencia, la cual, a su vez, es directamente proporcional a la frecuencia de rotación del cigüeñal. Cuando el frente de la llama llega a las paredes, hay menos turbulencia; por lo tanto, la velocidad disminuye. 24 Fase de combustión residual La mezcla se quema detrás del frente de la llama . La presión ya no crece, porque se produce la carrera de expansión y se transmite calor a las paredes. La velocidad de la combustión en las paredes y detrás del frente de la llama, es baja; además, depende de las propiedades físico-químicas de la mezcla. Para aumentar esta velocidad, es necesario crear turbulencia en las zonas de combustión residual. Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecan1ca ·tac1 l.com Hidrocarburos: Compuestos orgánicos derivados del petróleo, formados por cadenas de moléculas de hidrógeno y carbono. Polimerización: Proceso químico por el cual se agrupan entre sí los monómeros que componen cadenas químicas estructurales. Esto da lugar a los plásticos, hu les y gomas. Polímeros: Material plástico de fabricación sintética, que constituye la unión de varias cadenas compuestas de moléculas de monómeros. Vapor lock: Problema que afecta a la bomba de gasolina . Se presenta, cuando el combustible líquido cambia a estado gaseoso y se encuentra aún en el sistema de combustible bloqueando el funcionamiento de la bomba. Compresión: Fase del funcionamiento de un motor de combustión interna. En ella se reduce el volumen de la mezcla airecombustible en el interior del cilindro. Mercaptano: Gas incoloro compuesto de carbono sulfurado. Se emplea como aromatizante del gas natural. Nafta: Nombre técnico que se le da a la gasolina, por ser un derivado de la refinación del petróleo y pertenecer al grupo de los nafténicos. Octanaje: Valor del número de octano contenido en la gasolina. Indica el índice antidetonante del combustible. Hidrogenación: Proceso químico por el que se adiciona hidrógeno a otro compuesto o sustancia. Estequiométríca: Relación referente a la proporción de aire y combustib le formada para su encendido dentro de la cámara de combustión. Con base en la figura que se muestra, dibuja las distintas formas que puede tener la cámara de combustión. Y en el rectángulo inferior de cada dibujo, describe las principales características de cada tipo de cámara. De expulsión ··. ·.. ............................................. ,.' www.mecanica facil .com Situada en la cabeza del pistón En forma de cuña ··. .·.............................................. ,.. .·............................................... .. Capítulo 1. Los combustibles y .la combustión 25 1. Relaciona las dos columnas, anotando en el paréntesis del lado izquierdo el número de cada elemento o proceso mencionado en el lado derecho: l. Poder calorífico de la gasolina ( ) Proceso en el que intervienen el aire , el combustible y la chispa de la bujía. 2. Combustible ( ) Indica a qué presión y temperatura puede someterse el combustible antes de autodetonarse. 3. Gasolina ( ) Se constituyen por carbono e hidrógeno. 4. Residuos de combustión ( ) Se ubica entre la culata, la corona del pistón y las paredes del cilindro . 5. Combustión 6 . Hidrocarburos ( ) Cantidad de calor que se desprende de la combustión de un kilogramo de gasolina . 7. Combustibles renovables ( ) Gasolina, diese!, metano, gas LP. 8 . Combustibles no renovables ( ) Se obtiene a partir de la nafta de destilación directa. 9. Octanaje ( ) Materiales que no arden de un combustible (gases o cenizas) . 10 . Cámara de combustión ( ) Material capaz de liberar energía en forma de calor. ( ) Madera, etanol , biodiesel, hidrógeno . 2. Marca cada celda según corresponda. Y en la columna de "Aplicación", menciona en dónde se utiliza cada combustible: NR - No renovable S - Sólido L - Líquido R - Renovable NR Combustible R S ~e~o L ~ Queroseno ~ Diesel Gasolina t i Gas natural (GNC) Etanol Metano! f Madera Gas LP G - Gaseoso + ¡.- - G Aplicación +-+ ----- .¡_ -1-' _, -r ---- --- Biodiesel J_ 26 L___ - - ----- Sistema de combustible con carburador e in troducción a la inyección electrónica -- -- ----- www.mecanica-facil.com ./ Un combustible es cualquier material que libera energía en forma de calor, cuando su estructura qu ímica se transforma al quema rse . ./ La gasolina es el combustible más utilizado en el mundo. Está constituido por la mezcla de hidrocarburos ligeros; es volátil, inflamable y tiene un olor peculiar. ./ El poder calorífico de un combustible es la cantidad de calor que se genera al quemar una un idad de masa del m ismo. ./ El índice de octano es una especificación que debe cumplir la gasolina . Indica la resistencia a detonar que presenta el combustible . ./ Por su origen, los combustibles pueden clasificarse en fósiles (hidrocarburos) o no fósiles (renovables); por su grado de preparación, en naturales o elaborados; y por su estado de agregación, en sólidos, líquidos o gaseosos. ./ Actualmente es indispensable el uso de gasolinas libres de plomo, para reducir las emisiones contaminantes. Debido a esto, la gasolina Nova se ha sustituido por las gasolinas Magna y Premium . ./ Los combustibles no renovables se obtienen med iante el procesamiento de materias primas como el petróleo; y los renovables, mediante procesos específicos de materia que se encuentra directamente en la naturaleza. ./ En la cámara de combustión se realiza la detonación de la mezcla airecombustible. Esto sucede dentro de los cilindros del motor, cuando el pistón se encuentra en su punto muerto superior (PMS ) . ./ Los motores de encendido por chispa requieren combustibles con -alto valor de inflamabilidad: gasolina, gas LP, gas GNC o metanol. ./ La cámara de combustión se constituye por la cabeza de cilindros y su j unta, la corona y los anillos del pistón, y el electrodo de la bujía . ./ Los motores de encendido por compresión requieren combustibles más viscosos y de baja inflamabilidad: diesel, etanol o hidrógeno. ./ En el proceso químico de combustión intervienen el aire admitido por el motor (comburente) , la gasolina (combustible) y un detonador (que es la ch ispa eléctrica de la bujía para generar calor, y que debe cumplir con tres fases : in icial, principal y de combustión residual) . Investiga en diversas fuentes documentales o en Internet, qué vehícu los utilizan los diferentes tipos de cámaras de combustión que existen y vacía tu información en una tabla. www.mecanica-facil.com Capítulo 1. Los combustibles y la combus tión 27 El sistema de combustible convencional El automóvil es uno de los compendios más grandes de mecanismos y sistemas, con los cuales se realizan los procesos necesarios para su funcionamiento. Un sistema es un conjunto organizado de elementos que interactúan entre sí con objeto de lograr una función determinada. Cada vehículo tiene varios sistemas, los cuales se clasifican en cuatro grupos básicos: el sistema del chasis (que incluye a la transmisión, a la suspensión y a los frenos), el sistema eléctrico (que se compone de los sistemas de arranque, de carga, de encendido y de luces e iluminación), el sistema de entretenimiento y confort y -por último- el sistema del motor (que es importante para el funcionamiento general del vehículo, y se compone de los sistemas de enfriamiento, de lubricación, de admisión, de escape y de combustible). El sistema de combustible ha cambiado en los últimos años, sobre todo por la inclusión de la electrónica; pero su función sigue siendo la misma: administrar el flujo de combustible hacia el motor. Para comprender su funcionamiento, primero describiremos el sistema de combustible convencional, cuyo principal componente es el carburador. /,. ~ OBJETIVOS ~ Reconocer: " El sistema de combustible convencional Las partes y funcionamiento del sistema de combustible convencional l. EL SISTEMA DE COMBUSTIBLE En un vehículo, este sistema debe ser capaz de almacenar el combustible y de transferirlo hasta el dispositivo que lo mezcla con el aire (en el caso del sistema convencional, dicho dispositivo es el carburador) y que lo introduce en la cámara de combustión de los cilindros del motor. Si este sistema no cumple tales requisitos, puede ocasionar un sobreconsumo de combustible, desgaste prematuro de partes por adelgazamiento de la película lubricante, falta de potencia, fugas de combustible y emisiones contaminantes, entre otros efectos . Por eso es importante conocer su operación y las acciones que pueden llegar a afectarlo. • Principales funciones del sistema de combustible • Proporcionar la mezcla adecuada de aire-combustible, de acuerdo con las condiciones operativas del vehículo. • Mezclar el aire y el combustible para el mejor aprovechamiento del combustible. • Dosificar el combustible o la mezcla aire- combustible en la cámara de .combustión. Carburador Bomba de combustible Filtro de combustible Líneas de alimentación y retorno Desde la creación del primer sistema de administración de combustible, el funcio namieüto del sistema convencional (carburado o de admisión natural) fue mejorando a través de los años, para cumplir de manera más óptima sus objetivos; y así, llegó hasta la nueva tecnología del sistema de inyección electrónica de combustible. Veamos cómo ha evolucionado el sistema convencional. www.riecan ica-facil.com Capítulo 2. El sistema de combustible convencional 29 a Evolución del sistema de combustible En 1883, Edward Butler (Deutz) y otros científicos desarrollaron sistemas precursores de la inyección de combustible; pero tuvieron auge sólo en la aviación. 1824 1975 En 1875, Wilhelm Maybach de Deutz (fábrica de motores a gas) convirtió un motor de gas para que funcionara con gasolina. Este motor usaba un carburador con una mecha suspendida a través del flujo del aire entrante . Los extremos de la mecha estaban sumergidos en la gasol ina, y ésta se encontraba en un recipiente colocado debajo de la propia mecha. Al arrancar el motor, el aire entrante atravesaba la mecha, evaporaba la gasolina y llevaba los vapores de la misma hasta el interior del motor, para que fuese quemada. 1978 80's 1993 a la fecha El sistema de combustible ha cambiado mucho en los últimos años; su historia se remonta a los primeros días del carburador. Las razones para utilizar la inyección de combustible, tienen que ver con las desventajas del carburador moderno, con la falta de refinamiento y de versatilidad de los antiguos carburadores. Esto preparó el camino para realizar las primeras aplicaciones del sistema de inyección electrónica, que sin embargo no puede desligarse de la historia del sistema de combustib le convencio nal. En 1824, el inventor norteamericano Samuel Morey y el abogado ing lés Erskine Hazard creargn el primer carburador para un motor de tipo atmosférico . Este motor funcionaba sin compresión; funcionaba mediante un precalentado, para favorecer la evaporación. 30 En 1860, el inventor del motor Deutz de gas de cuatro tiempos, Nikolaus August Otto, hizo pruebas con un motor de combustión que tenía un dispositivo para evaporar combustibles líquidos de ~........ hidrocarburos. Probó el motor con una bencina mineral; y como no tuvo éxito, durante cierto tiempo se concentró en desarrollar y producir motores a gas. En 1841 cambió el principio de la evaporación; en esa época, el científico italiano Luigi de Cristoforis construyó el motor atmosférico sin pistones. En su superficie, este motor tenía un carburador; y desde este elemento, una corriente de aire se dirigía hacia el tanque de combustible para recoger sus vapores . Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica De 1848 a 1850, el doctor estadounidense Alfred Drake hizo pruebas con los motores de combustión; trató de utilizar gasolina en vez de gas. En el proceso, creó varios tipos de carburadores . www. mecan1ca -faci l.com En 1884, Fernand Forest, mecánico e inventor, construyó un carburador que incluía una cámara de flotador y una boquilla con rociador de combustible; lo adaptó en un nuevo motor. En 1885, con una variedad de combustibles líquidos de hidrocarburos, incluyendo gasolina y bencina mineral, y utilizando un carburador de superficie mejorado, Otto logró su objetivo. En el mismo año, Cariz Benz construyó el primer automóvil práctico; utilizaba gasolina como combustible. En 1886, Carl Benz mejoró el carburador de superficie; le agregó una válvula de flotador, para asegurar un nivel constante de combustible . Y en 1892, Maybach desarrolló el carburador de chorro de rocío (con rociador), controlado por un flotador (carburador de inyección flotante). A partir de 1993, la mayoría de los automóviles usan la inyección electrónica como sistema de alimentación de combustible. Mientras tanto, a partir de 1978, la Ford de Estados Unidos pasó por tres generaciones de carburadores controlados electrónicamente. Los sistemas de combustible se proyectaron para cumplir las normas -cada vez más estrictas- de control de emisión vigentes a finales de los años setenta y ochenta . A mediados de los años setenta, los fabricantes estadounidenses comenzaron a utilizar el sistema de inyección compuesto por un cuerpo de aceleración, uno o dos inyectores y un regulador de presión . Este sistema tan sencillo, fue el paso intermedio entre el carburador y la inyección electrónica. En 1975, Chrysler construyó un sistema que le avisaba al conductor si había presionado el acelerador con mucha fuerza . En 1955 se fabricó el modelo Chrysler 300 alimentado con dos carburadores de cuatro gargantas. El primer carburador de dos gargantas apareció en 1901. Es obra del estadounidense Krastin, este dispositivo formaba buenas mezclas sin importar el flujo masivo de aire. Durante la segunda guerra mundial, Bosch se proyectó hacia la inyección de combustible en el campo de la aviación. www.mecanica-facil.com Hubo que esperar hasta 1957, para que el sistema de inyección fuese aplicado en automóviles: Chevrolet lanzó un sistema mecánico de inyección de combustible, al que dio el nombre de Rochester; se utilizó en el Corvette, hasta 1967 . Capitulo 2. El sistema de combustible convencional 31 Sistema de combustible convencional TOMA NOTA Para controlar la aceleración, tiene que aumentarse el flUJ~. de aire que proviene d:~ me 10 ambiente y la dosificac1on de combustible. La cantidad de aire admitida se con_trola mediante una válvula tipo e mariposa que, por medio dd un cable o un mecanismo e varillaje, va conectada al pedal de aceleración. Este sistema cuenta con un dispositivo denominado carburador, que se encarga de dosificar la mezcla aire combustible a la cámara de combustión dentro de los cilindros del motor. Y para ello, utiliza el principio de tubo Venturi (es decir, al generar un vacío en la parte más estrecha del tubo, se provoca la succión del combustible cuando el aire pasa por este estrechamiento). En los primeros sistemas, la dosificación se lograba a través de medios mecánicos (palancas, émbolos, diafragmas, etc.); pero los últimos carburadores usaban controles electrónicos. Tanque de gasolina • Características del sistema de combustible convencional • Son sistemas relativamente sencillos; con pocos componentes. • Corno principio de operación emplean la depresión que se genera en el tubo Venturi, que es la parte fundamental del diseño. • La velocidad del aire es mayor que la del combustible; por lo tanto, el combustible es arrastrado por el aire. • Generalmente proporcionan mezclas ricas de aire-combustible. • Son fáciles de instalar, y de bajo costo. • La presión del sistema de combustible es del orden de 5 lb/pulg2. • No permiten un control estricto de las emisiones contaminantes. • No permiten una dosificación homogénea a todos los cilindros. Pedal del acelerador ~------- Carburador :!t\~~.-=:.,t.__,,__,=- Válvula de admisión Cánister Bomba de la gasolina Componentes del sistema de combustible convencional Para que el sistema de combustible pueda suministrar gasoUna al motor, es necesario que sus componentes funcionen en sincronía; ellos son el tanque de combustible (que almacena la gasolina), la bomba de combustible mecánica (que aspira la gasolina y la suministra al motor), el filtro (que retiene la suciedad acumulada en el combustible), el carburador (que es el elemento principal del sistema, y mezcla la gasolina con el aire en la proporción adecuada para que se produzca la combustión) y las líneas de combustible (que entrelazan a todos estos componentes). Además de estas piezas, el sistema de combustible cuenta con múltiple de admisión, ahogador, válvula de derivación y filtro de aire. En el cuadro explicativo 2.1 se detallan cada uno de sus componentes y el funcionamiento del sistema. 32 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com Tanque o depósito de combustible Es un contenedor de gasolina. Comúnmente se monta en la parte inferior del vehículo, y tiene una capacidad de 40 a 90 litros. Lleva por dentro un dispositivo medidor que indica la cantidad de combustible que queda; y unas placas divisorias, que impiden que el combustible "haga olas" (movimiento de atrás hacia adelante) cuando el vehículo acelera o se detiene repentinamente. Este depósito también tiene instalada una válvula de respiración, que libera los vapores de gasolina y hace que la condensación de los mismos regrese a él. Al dar los primeros impulsos de arranque, el mecanismo de distribución del motor gira y mueve al árbol de levas, el cual transmite el movimiento de rotación al distribuidor y a la flecha de la bomba de combustible, y a una leva excéntrica respecto de su propio diámetro. Filtro de combustible Retiene la suciedad y humedad de la gasolina (partículas de arena, gotas de agua, etc.). Su ubicación depende del modelo del vehículo; puede estar en el compartimiento del motor o en el bastidor del vehículo (cercano al tanque de combustible). Y la leva acciona al diafragma de la bomba de combustible, con lo cual se genera un vacío que succiona a la gasolina (la presión de combustible entregada por la bomba depende de las RPM de giro del motor). ( ~omba d~ combustiblel mecánica En este caso, es accionada por la rotación del eje de levas. Un diafragma interior de la bomba se mueve hacia arriba y hacia abajo, para aspirar el combustible y bombearlo a través de la línea de combustible. Carburador Este dispositivo con ensambles mecánicos realiza la mezcla de aire-combustible. Contiene un depósito de gasolina, desde el cual la suministra a la(s) esprea(s) correspondiente(s); el nivel del combustible se controla por medio de un flotador interconstruido en el propio carburador. o El combustible pasa por un filtro que retiene las partículas no deseadas y regula la presión de combustible entregada por la bomba (porque su funcionamiento depende de las RPM de giro del motor). Una vez que el combustible es bombeado, filtrado y regulado, se almacena temporalmente en un depósito auxiliar dentro del carburador; y ahí, su nivel es controlado mediante un flotador. Cuando el depósito está lleno, el flotador activa a una válvula de paso o de derivación, que hace que la presión de combustible excedente regrese al tanque. El carburador consigue la mezcla aire-combustible en la proporción adecuada. Su funcionamiento se basa en el efecto Venturi, que hace que toda corriente de aire que pasa por una canalización genere una depresión (succión); esto se aprovecha para arrastrar el combustible proporcionado por el carburador. Filtro de aire Recoge las impurezas que hay en el aire, antes de que éste entre en el cilindro. Está localizado en la toma de entrada de aire del carburador del circuito de admisión del motor. Este filtro es un pliego de papel que va sujeto en un armazón metálico o de plástico. Ahogador Mecanismo que sirve para acelerar un poco el motor sin necesidad de presionar el pedal de aceleración . Esto facilita los arranques en frío, y permite que el motor alcance con mayor rapidez su temperatura de operación normal. Múltiple de admisión A través de un conducto, suministra a los cilindros la mezcla aire-combustible hecha por el carburador. Es necesario que el múltiple de admisión sea conformado, para que la mezcla airecombustible se distribuya de manera fácil y uniforme. Líneas de combustible Por estas líneas, la gasolina pasa del tanque hasta el carburador. Deben tener un diámetro adecuado, para dejar pasar el flujo de combustible que se requiere en todas las condiciones de operación del motor: Son de metal o de plástico flexible resistente al calor. La depresión que se genera en ese punto produce la salida del combustible por la boca del surtidor; y entonces, se mezcla con el aire que en ese momento pasa por un estrechamiento; al final, esta mezcla aire-combustible es arrastrada hacia el múltiple de admisión y hacia el interior de los cilindros del motor. Compresión y combustión Viaje del combustible dentro del motor Primer tiempo: admisión Durante la operación del motor suceden cuatro tiempos o fases (admisión, compresión, expansión y escape), que se repiten continuamente. A cada uno de estos tiempos le corresponde una carrera del pistón y, por lo tanto, media vuelta del cigüeñal. Veamos el desarrollo de cada una de estas fases. {.··· .......................... ....................... Segundo tiempo: compresión ~ Válvula de admisión y de escape cerradas ~ / ~ ·... Tercer tiempo: expansión ¡J Aquí, el pistón se encuentra en su punto muerto superior (PMS) y empieza a bajar. En ese instante se abre la válvula de admisión, y permanece cerrada la de escape. Al girar el cigüeñal, el codo va ocupando distintos puntos de su recorrido giratorio; y por medio de la biela, hace que el pistón baje y ocasione una succión en el carburador a través del conducto que ha abierto la válvula de admisión; esto hace que se arrastre cierta cantidad de aire y gasolina, las cuales se mezclan y vaporizan en el carburador. Estos vapores van llenando el espacio vacío que el pistón deja al bajar; y cuando éste llega al punto muerto inferior (PMI), se cierra la válvula de admisión de la mezcla aire-combustible y los gases quedan encerrados en el cilindro. Durante este recorrido del pistón, el cigüeñal realiza media vuelta. / ............... Fase de compresión t ·... 36 /' fL Fase de admisión En este momento se cierra la válvula de admisión, y el pistón sube y comprime la mezcla aire-gasolina. / ... Fase de expansión Se enciende la mezcla comprimida, y el calor generado por la combustión expande los gases; a su vez, éstos ejercen presión sobre el pistón. Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www. mecanica-facíl.com Fase de escape .............................................................................................................................. .................................. Cuarto tiempo: escape El pistón se encuentra en su punto muerto inferior, y la válvula de escape se ha abierto; y a través de ésta salen los gases quemados en el interior del cilindro, por estar sometidos a mayor presión que la atmosférica. El cigüeñal sigue girando y hace subir al pistón, el cual entonces expulsa a los gases quemados. Cuando el pistón llega a su punto muerto superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión. Durante el tiempo de escape, el pistón ha realizado una nueva carrera y el cigüeñal ha dado otra media vuelta. Cuando acaba la fase de escape, el ciclo se repite. I 1 J / -~ L!f 1 11. SISTEMA DE ESCAPE Al finalizar la fase de escape de operación del motor, la válvula de escape se abre para expulsar los gases al exterior, de este proceso se encarga el sistema de escape, el cual evacua los productos de la combustión que se realiza dentro de los cilindros del motor; los conduce a través de un tubo, que evita que los gases tóxicos penetren en el habitáculo de los ocupantes . . Este sistema se ha diseñado para conducir los gases de escape de la combustión del motor hacia la parte trasera del vehículo; al mismo tíempo, hace disminuir la presión de los gases y amortigua el ruido de la combustión. Para muchos automovilistas, pasan inadvertidos el control de emisiones contaminantes y el sistema de escape; pero son más importantes de lo que nos imaginamos; una fuga o un mal funcionamiento en ellos, son suficientes para que los gases tóxicos entren en el compartimiento de los pasajeros; y una buena afinación, reduce 1a emisión de gases como el monóxido, el bióxido y los hidrocarburos. En el cuadro explicativo 2.2 se describe el funcionamiento y los componentes de un sistem a de escape básico que es con el que trabajan los vehículos con sistema de combustible convencional. www.mecanica·facd.com TOMA NOTA Para las organizaciones mundiales que luchan por la preservación del medio am biente, las fuentes de ruido excesivo -~on agentes de contaminac1on. Capítulo 2. El sistema de combustible convencional 37 Operación del sistema de escape Su funcionamiento se basa en las leyes de conducción de gases por tuberías y en el estudio de las ondas generadas por el flujo alternativo. En su carrera ascendente, el pistón expulsa a los gases generados durante la combustión; salen a través de la válvula de escape, con destino al múltiple de escape; y éste, luego de reunirlos, los hace circular, en forma de humo, por la tubería del escape. Los gases quemados tienen alta presión; y cuando pasan por la tubería del sistema de escape, se expanden y pierden parte de su presión . En este paso se produce ruido. Silenciadores Se localizan en la parte trasera inferior del automóvil. Son de metal, y su función es reducir la velocidad cinética de los gases de escape; para realizar esto, aprovechan el paso múltiple de los gases a través de un arreglo de tubos y divisiones. Y para reducir el ruido, convierten en calor las ondas de sonido; esto es posible, gracias a que los gases y las ondas de sonido pasan por las cámaras y a que éstas tienen unos reflectores y unas colmenas perforadas de distintos tamaños obligando a que las ondas disipen la energía. Cola de escape Es un tubo metálico soldado en el silenciador o resonador. Su función es expulsar los gases humeantes emanados por el motor, para evitar que se acumulen debajo del vehículo. Resonadores Se localizan en la parte final de la tubería, y actúan como silenciadores pequeños; pero a diferencia de éstos, los resonadores controlan las ondas de presión que van y vienen dentro del tubo de escape; y de esta manera , permiten que ellas tengan las características óptimas para el funcionamiento del motor. Múltiple de escape A través de su conducto, el múltiple de admisión permite que todos los gases de escape salgan de los cilindros y vayan hacia la tubería de escape. Es necesario que este múltiple sea conformado, para que el flujo de gases de escape de cada cilindro salga con facilidad. Tubo de escape Mediante una brida de conexión, este tubo se encuentra unido al múltiple de admisión. Su función es conducir hacia el exterior a los gases de escape. Según su diseño, existen dos tipos de silenciadores: uno de múltiples colmenas, y otro de colmena individual. • El silenciador de múltiples colmenas reduce ruidos, pero restringe la salida rápida de los gases. Esto afecta el desempeño del sistema de escape. • El silenciador de colmena individual de celdas metálicas en forma de tubo y con agujeros a lo largo, reduce la presión de los gases que se acumulan detrás del silenciador. Y así, aunque facilita su rápida liberación, ocasiona más ruido ambiental. Motor atmosférico: Motor de combustión interna que funciona en tres tiempos: admisión, expansión y escape (sin compresión). Motor de combustión: Máquina que produce energ ía mecánica de movimiento mediante la quema de un combustible; la combustión se realiza dentro (motor de combustión interna) o fuera del motor (motor de combustión externa). Brida: Unión mecánica rígida entre dos piezas mecánicas o tuberías . Velocidad cinética: Energía de movimiento durante el flujo de cualquier fluido . Bencina: Flu ido ligero e incoloro, obtenido de la destilación fraccionada del petróleo. Monóxido: Molécula altamente tóxica de un elemento, la cual se asocia a una molécula de oxígeno. Esta comb inación ocurre en los productos de combustiones incompletas . Carburador de inyección flotante: Variante en la operación de un carburador respecto de la forma de suministrar el combustible para rea li zar la mezcla introducida en el motor. Bióxido: Molécula de un elemento, la cual se asocia a dos moléculas de oxígeno. Los bióxidos son característicos en los productos de las combustiones completas. Venturi: Sección angosta de un tubo. Cuando un fluido (aire) pasa por ella, aumenta en gran medida la velocidad de su .flujo ; esto hace que se incremente la presión de vacío en ese punto . Hidrocarburos: Compuestos orgánicos formados por enlaces moleculares de carbono e hidrógeno. ../ La función del sistema de combustible es almacenar la gasolina y transferirla al dispositivo que la mezcla con el aire y que introduce el. producto en la cámara de combustión. ../ El carburador es el dispositivo que dosifica la mezcla aire-combustible proporcionada a la cámara de combustión del motor, en un sistema de combustible convencional. ../ Los principales componentes del sistema de combustible convencional son el tanque o depósito, la bomba mecánica, el filtro, el carburador y las líneas que conducen el combustible . 40 Bastidor: Casco estructural de un automóvil, sobre el cual se instalan todos sus elementos, piezas y sistemas. ../ Las cuatro fases de operación del motor son: admisión, compresión, expansión y escape. ../ El sistema de escape se encarga de evacuar los productos de la combustión¡ a través de un tubo, los conduce hacia el medio ambiente . ../ Los componentes del sistema de escape básico son: el múltiple de escape, el tubo de escape, el silenciador, el resonador y la cola de escape . Si stema de com bustible con carburador e introducción a la inyecc ión electrónica www -nec2"' ca-fac l.corn 1. Contesta brevemente cada una de las siguientes preguntas a) ¿cuál es la función principal del sistema de combustible? b) ¿cuál es la función del carburador en el sistema de combustible convencional? c) Menciona algunas de las principales características del sistema de combustible convencional: d) ¿En qué sistema se convirtió el sistema de combustible convencional, y en qué año comenzó a introducirse masivamente en los vehículos? e) Brevemente, describe cómo funciona el sistema de escape básico: 2. Para relacionar las dos columnas, anota en el paréntesis del lado izquierdo el número de cada elemento o proceso mencionado en el lado derecho: 1. Fase de compresión ) Suministra a los cilindros la mezcla aire-combustible hecha por el carburador 2. Filtro de combustible ) En este momento la válvula de escape se abre para expulsar los gases quemados 3. Resonador ) Es metálico, y su función es reducir la velocidad y el ruido de los gases de escape 4. Fase de admisión ) Aquí se cierra la válvula de admisión, en tanto que el pistón sube y comprime la mezcla aire-gasolina S. Múltiple de admisión ) Recoge las impurezas que hay en el aire, antes de que éste entre en el cilindro ) Controla las ondas de presión dentro del tubo de escape ) En este tiempo se enciende la mezcla comprimida, y el calor de la combustión expande los gases · 6. Bomba de combustible 7. Fase de esca pe 8. Silenciador 9. Filtro de aire ) Aspira el combustible, y lo bombea a través de la línea de combustible 10. Fase de combustión ) Remueve suciedad y humedad de la gasolina ) En este instante se abre la válvula de admisión, y permanece cerrada la de escape www Mecanrca-'acil.corn Capítulo 2. El sistema de combustible convencional 41 3 . Describe brevemente y ordena en cada casilla la etapa de funcionamiento y el componente del sistema convencional que suministra combustible al motor: Componente( s) involucrado(s) [ Tanque de combustible Etapa de funcionamiento J [ J '°7 l [ [ [ ] J ] La bomba succiona la gasolina del tanque [ [ [ o ~ J J J o J MOTOR Realiza una investigación documental acerca del sistema de combustible convencional, que funcionaba mediante carbu radores electrónicos . Compara el funcionamiento de este sistema con el del sistema que utiliza carburador mecánico. Y por último, investiga en qué vehículos se utilizaba este sistema y si se sigue utilizando en la actualidad. 42 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com . Principios de , operac1on y diagnóstico del carburador Para suministrar gasolina a un motor con carburador, se utiliza un tubo d Venturi. Este dispositivo fue desarrollado por el físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822), que utilizó el principio de Bernoulli; en él se establece que si el caudal de un .fluido es constante y una sección del diámetro del tubo se reduce, aumenta la velocidad con la que circula este fluido; y con ello, disminuye la presión en dicho tramo del tubo. De acuerdo con esto, el tubo Venturi tiene dos secciones cónicas; y hace que aumente la velocidad del fluido, para obligarlo a atravesar un tubo estrecho en forma de cono; así, el carburador a pira la ga olina por efecto Ve11turi; y la mezcla con el aire (fluido del conducto principal), al pasar por un estrangulamiento; entonces el aire acelera su paso en el Venturi, y el vado que se genera es suficiente para permitir que la presión atmosférica empuje a la gasolina desde la cámara del flotador hasta la garganta del carburador. Suena complicado, pero en realidad es un proceso muy sencillo. ¿Por qué tenemos que estudiar al carburador si poco a poco está siendo desplazado por la inyección electrónica? Porque a la fecha, siguen circulando muchos vehículos equipados con carburador; y porque es necesario conocer este sistema (que estuvo vigente desde la invención de los primeros automóviles hasta la década de 1980), para comprender las ventajas de los nuevos sistemas de combustible. OBJETIVOS " Reconocer las partes y el funcionamiento del carburador ' Identificar los diferentes tipos de carburadores Realizar el servicio, los ajustes y las pruebas necesarias al carburador Conocer el procedimiento de afinación para un motor con carburador l. EL CARBURADOR Este componente va instalado en el sistema de combustible de los motores convencionales, y se utiliza para formar la mezcla aire-combustible con que se produce la combustión. Su trabajo consiste en atomizar y vaporizar la gasolina para mezclarla con el aire admitido en el motor, en las proporciones adecuadas para que se lleven a cabo: el arranque, la marcha en ralentí, la aceleración y la generación de la potencia requerida, dependiendo de los regímenes de operación y de las distintas velocidades desarrolladas por el motor. Funcionamiento del carburador Filtrci de aire Venturi Gasolina La operación del carburador descansa en un tubo de Venturi, el cual consiste en una sección angosta dentro del carburador, justamente en el pasaje del aire, para crear un vacío parcial en esta zona. Según el principio de Venturi, cuando a través de una zona estrecha de un tub o pasa la misma cantidad de aire que en el resto del conducto, la velocidad del aire será mayor en ese punto más angosto y, por lo tanto, menor será la presión. Así, a mayor velocidad del aire en el Venturi menor será la presión; y de ahí, precisamente, el origen del vacío generado en esa zona. E sta menor presión (un vacío, en realidad) succiona el combustible y lo atomiza en forma de rocío debido al empleo de una esprea localizada justamente en el punto más angosto de la sección. Así, mientras m ás rápido pase el flujo de aire a través del Venturi mayor será la cantidad de combustible entregada por la esprea, para mezclarla con la corriente del flujo de aire . Según el di seño del carburad or, se util izan de uno a tres Venturi para producir menor presión en determinadas áreas del conducto de aire . 44 Sistema de combustib le con carburador e introducción a la inyección elect ró nica www. mecanica~facil . c om Carburador tipo Carter Tipos de carburadores Básicamente se pueden distinguir dos diseños de carburadores que fueron los que se emplearon en los sistemas de combustible convencionales, carburador tipo Rochester y carburador tipo Carter. Carburador tipo Rochester . ........... .. .. .. ....... A su vez, de estos dos diseños principales, pueden derivarse muchas variantes, de acuerdo a las siguientes clasificaciones y a sus posibles combinaciones. Por lo tanto, en la práctica es posible encontrar carburadores más complejos, pero siempre sobre la base de un diseño tipo Rochester o tipo Car ter. La construcción del carburador tipo Carter es más sencilla que el tipo Rochester; otras diferencias entre ambos radican en la posición de sus componentes como el depósito auxiliar de combustible, el flotador o las espreas y narices de descarga de combustible. • Clasificación de carburadores Por su forma Por su colocación De tiro superior: Instalado bajo el múltiple de admisión. • De tiro inferior: Montado arriba del múltiple de admisión. • De tiro lateral: Fueron los más empleados y se encuentran colocados a la misma altura y a un costado del múltiple de admisión. Por la colocación de la taza ¿ Surtidor compensadorQ' ¡ Surtidor principal rn- Garganta Taza de combustible Carburador de una garganta www.mecanica-facil.com Si la taza de combustible está situada a un costado de la garganta del carburador, se clasifica como "carburador excéntrico", pero si la taza de combustible rodea la garganta de éste, entonces es un "carburador concéntrico". • Verticales: El tubo de Venturi está colocado en forma vertical, formando un ángulo de 90° con el colector de admisión . Tienen una base horizontal sobre la cual se ancla el carburador. Horizontales: Están directamente empotrados en la culata o con un colector recto y corto; por lo tanto, tienen el Venturi de forma horizontal. Se usan en motocicletas, mientras que en automóviles fueron comunes hasta los años 80. En las aplicaciones de competición suelen llevar una admisión directa mediante trompeta, en lugar de un filtro de aire convencional. Por su número de gargantas Los de dos y cuatro gargantas poseen circuitos duplicados en cada una de éstas para el control del flujo de combustible y aire . También se emplean circuitos comunes en todas las gargantas . •~ Carburador de dos gargantas Carburador de cuatro gargantas Capítulo 3. Principios de operación y diagnóstico del carburador 45 Por el número de cuerpos • Doble cuerpo Lleva dos cuerpos independientes, como dos carburadores individuales . Esto permite controlar mejor el consumo en autos de mediana cilindrada y deportivos. • Monocuerpo Está orientado a motores pequeños y montados en Jos autos más baratos. Tiene un solo cuerpo con una válvula tipo mariposa. • Cuádru ple cuerpo Mariposa 1° carburador Mariposa 2° carburador Elemento automático de accionamiento del estrangulador Entrada de Funcionan como dos carburadores de doble cuerpo progresivo, asociados en un solo dispositivo. Suelen usarse en los motores en V, ya que tienen el carburador en medio de las dos bancadas; o bien en motores largos (seis en línea o más). común para ambas mariposas Mariposas de Jos cuerpos secudarios (eje común) mariposas Mariposas de Jos cuerpos primarios (eje común) • Mecanismos para e l control de combustible Para el control de combustible se utilizan principalmente dos mecanismos, los cuales se aplican en cualquiera de las variantes de carburador. Éstos son : o ea º '°'ºde wmpe>adoc f) Cal;bce de a;ce ~Válvula O Muelle ~1; f-WA;ce -1O ~ . \ ' 1 _ / ) __&~ C- 1 i r) V ! -- ...~·-·-~. e,.- Carburador con e conomizador por regulación de aire de compe nsa ción En este sistema se dispone en pozo de l circuito compensador con doble surtid or au xiliar de aire, así como de una válvula que controla la aportación de ai re en Ja co rrección de mezcla por compensación . 46 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electronica www.mecanica-fac1l.com • Carburador con mecanismo economizador por freno de combustible En este tipo de mecanismos existen dos variantes: Por econostato simple Por econostato comandado Es uno de los más utilizados; consi ste en un tubo sobreal imentador de paso calibra do, sumergido directamente en el depósito de combustible en el carburador. Consiste en un circuito sobrealimentador de combustible en el circuito principal, regulado por una válvula de membrana, controlada a su vez por un tubo de vacío situado por debajo de la válvula de tipo mariposa . .¡.cali bre de aire i91 Aire Tubo sobrealimentador 1 Tubo sobrealimentador ,..___ Calibre del '"='""""----~ ~r eco nost ato L a celerar Antes de acelera r membranas Aire En aceleración Aire Después de acelera r www.mecanica-facil.com Capítulo 3. Principios de operación y diagnóstico del carburador 47 Cámaras o respiraderos de aire Son pequeñas aberturas que conducen el aire del cuerpo del carburador hacia sus circuitos, para mezclar el aire admitido por el motor con el combustible y producir una atomización parcial , poco antes de suministrar la mezcla en el punto de descarga . Entrada de gasolina Taza o cuba de combustible Es la pieza central o cuerpo principal del carburador. Válvulas Para controlar el flujo del combustible y del aire, se utilizan válvulas de varios t ipos en los carburadores: de tipo aguja o de tipo émbolo para controlar el paso de combustible; de tipo mariposa que controlan el paso del aire; etc . Flotador Se encuentra dentro del depósito au xiliar de combustible del carburador, y su función es permitir un determinado nivel de combustible. Depósito auxiliar de combustible Circuito de baja (ralentí) Está localizado en el cuerpo central del carburador. Sirve para almacenar una determinada cantidad de combustible, para que el carburador lo suministre en forma constante en el tubo de Venturi. ( Tornillos de ajuste Mediante estos tornillos se puede ajustar el flujo de la mezcla aire-combustible hacia los cilindros del motor. Se dispone de un tornillo para controlar la velocidad máxima del motor y otro para controlar la marcha mínima o ralentí del mismo. j Cuerno de aire Parte superior (pieza fundida) del conjunto del carburador por el cual el aire es introducido. Esta pieza la podemos identificar por que se encuentra asegurada al filtro del aire. Tubo de emulsión (compensador) Ahogador o estrangulador Se encuentra en el cuerno de aire y sirve para controlar la entrada de aire en la cantidad adecuada, mediante una válvula de tipo mariposa cuando el motor se encuentra totalmente frío; con ello facilita el arranque y disminuye el tiempo de precalentamiento del motor. Surtidor Cuerpo del acelerador Es la pieza inferior del conjunto del carburador. Contiene la válvula de tipo mariposa comandada por el pedal del acelerador. Venturi Conducto de aire por el cual se genera la presión de vacío para succionar el combustible y mezclarlo con el aire admitido en el motor. Está localizado en el cuerpo principal o taza de combustible del carburador. Garganta Pasaje del carburador por el cual fluye el aire para ser mezclado con el combustible e introducido en el múltiple de admisión. ( Válvula de aceleración Válvula de tipo mariposa que regula el flujo de aire al interior del carburador. Espreas Una esprea (del inglés spray, pulverizar) es una espiga calibrada mediante un tornillo de ajuste que permite el paso de combustible en forma dosificada. Para ello, posee un orificio calibrado que determina la cantidad de gasolina que puede fluir. l Las espreas se encuentran también en los circuitos del carburador en una o más unidades. Carburadores electrónicos Van equipados con sensores y actuadores que, por medio de una unidad electrónica de control (ECU), ajustan los valores de funcionamiento en forma muy precisa. De hecho, fueron el antecedente de los sistemas de inyección, en la búsqueda por obtener una mezcla aire-combustible más precisa que redujera las emisiones contaminantes en los gases de escape. En estos carburadores se aprovecha la precisión de control de la mariposa de gases, para reducir el consumo en ralentí y en marcha lenta (circulación urbana). Sistema de combustible con carburador electrónico 9 Los actuadores reciben las señales de la unidad de control electrónico, con base en las señales eléctricas enviadas por los sensores ubicados en el motor. Dichas señales corresponden al régimen de revoluciones, a la presión atmosférica, a la presión en el colector de admisión, a la posición del pedal acelerador, al grado de apertura de la mariposa, etcétera. Y se procesan comparándolas con información previamente registrada en la memoria de la ECU. La ECU manda una señal eléctrica adecuada en valor (voltaje), polaridad y tiempo a los actuadores electrónicos situados en el carburador: Y estos actuadores controlan el arranque en frío, la marcha en ralentí, la aceleración y el control de combustible en el carb.urador. O 0 0 0 o ECU Conector de encendido Posicionador del estrangulador 0 9 O Regulador de mariposa con conector de ralentí 0 Distribuidor de encendido f!) Filtro de aire Sonda de temperatura ~ Unidad de control de encendido f?l Carburador E) Potenciómetro de mariposa 9 0 o (.D Cápsula manométrica del segundo cuerpo Relevador principal Electroválvula (mando de punto de encendido) fJ) Válvula termostática (amortiguación en función de la temperatura) Filtro Racor de gasolina Componentes del carburador electrónico Sensor de temperatura Está compuesto por una resistencia cuyo valor varía en función de la temperatura. Inyector Regulador de presión de combustible Salida de combustible Solenoide actuador de la mariposa de aceleración Controla la mezcla durante el funcionamiento del motor en carga parcial, aceleración y fase de calentamiento, mediante una mariposa estranguladora. Ésta es accionada por un actuador que es controlado- por la ECU. 50 Válvula mariposa para aceleración Acople del cable del pedal acelerador Conexión eléctrica -----'.......,~rn~ del posicionador de mariposa Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica Entrada de combustible Sensor de posición de la mariposa Cuando se abre o se cierra, el movimiento giratorio de la mariposa es registrado por un potenciómetro (una resistencia variable), que traduce el valor del movimiento en un valor resistivo, el cual es interpretado por la ECU. www.IT'ecan1ca factl.com Circuitos en el carburador Para efectos del carburador, un circuito es un conducto por el que fluye un líquido; en este caso la gasolina. Tales conductos interconectan a diversos elementos como válvulas, cámaras y respiraderos para guiar el combustible y controlar el suministro hacia cada uno de los cilindros del motor. El carburador se encuentra conformado por seis diferentes circuitos básicos, veamos. Circuito del ahogador Válvula mariposa del ahogador Circuito de alta velocidad El ahogador se utiliza para proveer una mezcla rica de aire-combustible, para arrancar el motor cuando se encuentra frío . En esta condición, se emplea la "válvula del ahogador", la cual controla la cantidad de aire que entra a través del cuerno de aire . Opera cuando el pedal del acelerador abre la vá lvula mariposa lo suficientemente para que el motor comience a operar a una velocidad mayor a 30 km/hora, y se crea una diferencia de presión entre la salida de la nariz de descarga y la cámara de flotación. Válvula de Válvula de aguja Conducto de gasolina Circuito del flotador Es el circuito más importante, por que controla el nivel de combustible en el depósito auxiliar y en la "nariz de descarga" del carburador. Circuito del acelerador Espreas Respiradero de aire -----:"'-- mariposa del acelerador Depósito auxiliar de combustible Garganta Circuito de potencia Este circuito comienza a utilizarse cuando se conduce a altas velocidades o cuando el peso vehicular es excesivo. www.mecanica-facil.com Es el circuito empleado para controlar y suministrar una mezcla airecombustible adecuada para cuando se exija potencia y aceleración al motor. Circuito de marcha mínima o de baja velocidad Controla la entrega de combustible al motor cuando éste se encuentra operando en ralentí y hasta una velocidad no mayor a los 30 km/ hora Capít ulo 3. Pri ncipi os de operaci ón y diagnóstico del carburad or 51 11. PROCEDIMIENTO DE SERVICIO AL CARBURADOR Para asegurar el funcionamiento adecuado del motor, debe realizarse de manera periódica un mantenimiento preventivo al carburador. Si el carburador se encuentra en mal estado, aumentarán los niveles de emisiones y el consumo de combustible, habrá dificultades para el arranque en frío, se ahogará el motor durante su funcionamiento, etcétera. Desmontaje y servicio Para facilitar la ejecución del servicio al carburador, dividiremos los diferentes pasos en tres etapas: desmontaje, despiece y limpieza. Enseguida mostraremos los diferentes pasos que deben seguirse para cada una de dichas etapas. • Desmontaje del carburador 52 Retira el filtro de aire localizado en la parte superior del carburador. Desconecta el mecanismo de aceleración . Desconecta la manguera de suministro de combustible al carburador y las mangueras de vacío Desconecta el cable eléctrico del solenoide de la válvula del ahogador. Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com Retira las tuercas de sujeción del carburador al monobloque . Coloca el carburador en una mesa de trabajo y desmonta los tornillos de sujeción de los elementos que conforman la parte superior del carburador (tornillo y placa de retención de la válvula mariposa de control de flujo de aire). Retira los tornillos de sujeción de la válvula de control de combustible. www.mecanica·facli.com Desmonta el carburador del motor. • Despiece del carburador Retira los tornillos de sujeción del cuerpo superior del carburador. Retira los tornillos de sujeción de la válvula de control de vacío y su junta de sello. Capítulo 3. Principios de operación y diagnóstico del carburador 53 Retira la base de la válvula de control de vacío y sus tornillos. Retira el resorte de control de la válvula de Desmonta la válvula de aceleración y sus tornillos de sujeción . ... enseguida desmonta la válvula del ahogador . .. y el papalote de control de flujo de aire hacia las gargantas del carburador Retira el tornillo de sujeción de los pasajes de aire hacia las gargantas del carburador para desmontarlos. 54 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-faci l.com Desmonta la válvula de estrangulación, retirando previamente sus tornillos de sujeción. Retira las espreas y la válvula de paso de combustible. • Limpieza del carburador El despiece del carburador deberá estar ordenado de la siguiente manera. Ahora, coloca el cuerpo central o principal, y superior e inferior del carburador para su limpieza, que consiste en remover el carbón incrustado en las piezas, en una bandeja aplicando limpiador para carburadores. www,mecamca-fac1l.com Capítulo 3. Principios de operación y diagnóstico del carburador 55 Ya removido el carbón de las piezas, se procede a enjuagarlas con agua. Hay que sumergirlas en una cubeta, y al extraerlas deberás secarlas muy bien utilizando aire comprimido. Con lo anterior se realiza el servicio al carburador. Y para el armado, hay que sustituir las juntas usadas por unas nuevas; deberás seguir los mismos pasos que en el desarmado, pero a la inversa. Calibración de los circuitos principales Una vez que se ha dado servicio al carburador, y que se ha v uelto a armar, se deben ajustar los circuitos de control de mínimas o baja velocidad, así como el circuito de máximas RPM gobernadas, de acuerdo a las especificaciones del manual de servicio. Este proceso es muy sencillo: se realiza mediante la calibración de Jos tornillos de ajuste localizados en el carburador. Y para que estos ajustes sean precisos, es necesario contar con un analizador de motores, un tacómetro o un multímetro para monitorear las RPM mínimas y máximas especificadas. • Ajuste o reglaje de los circuitos de control de mínimas y máximas RPM Instala el carburador sin co locar aún el filtro de aire, y enciende el motor, permite que llegue a su temperatura normal de operación. Ajusta el tornillo de calibración de suministro de combustible; para ello, aprieta el tornillo hasta que la marcha del motor comience a ratear o a escucharse inestable. Conecta la pinza de inducción magnética del anal izador de motores a un cable de bujía, empleando su función de tacómetro para monitorear las RPM del motor. 56 Afloja el tornillo de ajuste lent amente hasta que la marcha del vehícu lo se haya estabilizad o; y ahí queda ese ajuste. Localiza el tornillo de control de mínimas y gíralo lenta y uniformemente, hasta estabilizar las RPM del motor a la ve locidad de rale ntí (apóyate en la lectu ra de RPM del analizador, tacómetro o multímetro) especificada por el manual. Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com Localiza el tornillo de control de máximas RPM ubicado en el conjunto inferior del carburador y enróscalo en sentido de apriete (no es necesario llegarlo a tope); y acelera el motor manipulando el cuerpo de aceleración hasta la velocidad máxima y revisa la lectura de RPM en el analizador, tacómetro o multímetro. Si la lectura no corresponde al valor especificado, deberás girar lentamente el tornillo en sentido de desapriete, manteniendo acelerado a fondo el motor. El tornillo se dejará de girar hasta que las RPM máximas indicadas en el analizador se hayan alcanzado. Ill. AFINACIÓN DE UN MOTOR CON CARBURADOR, PRUEBAS Y CORRECCIÓN DE FALLAS La afinación periódica al carburador (se recomienda cada seis meses, en promedio), optimiza el consumo de gasolina, mejora su respuesta a la aceleración, facilita los arranques en frío, y lo más importante, mantiene controlados los niveles de emisiones contaminantes. En suma, la afinación es una labor de servicio que optimiza el funcionamiento del motor, después de haber transcurrido un determinado tiempo en operación. • Procedimientos de afinación Hemos dividido los procedimientos de afinación en tres grupos de tareas, para facilitar su ejecución: Pasos previos • Reemplaza por completo el aceite del motor y su filtro . • Sustituye el líquido refrigerante, si es que se encuentra sucio y degradado, o si ya tiene dos años . • Recalibra la luz o tolerancia de las punterías del motor, para compensar el desgaste sufrido por la operación del mecanismo de los balancines . Servicio y ajuste de platinos O Desmontaje y limpieza del carburador • Efectúa el desmontaje y desarmado del carburador, y rea liza su limpieza como ya describimos. TOMA NOTA En el libro "Motores con sistema de inyección electrónica y control de emisiones" d; esta serie, podras encontrar a detalle y paso a paso, el servicio de afinación completo que se realiza a un vehículo. Desinstala el distribuidor; primero desconecta todos los cables de bujías, retira el seguro retenedor del distribuidor en el monobloque y extráelo. www.mecanica-facil.com Capítulo 3. Principios de operación y diagnóstico del carburador 57 E) Coloca el distribuidor en Desmonta los tornillos de conexión eléctrica en la bobina captadora, para proceder a desmontarla. Retira el rotor. una mesa de trabajo. Retira las abrazaderas que sujetan su tapa, habiendo desconectado todos los cables de las bujías. o Desmonta los conectores y el conjunto de platinos para lijarlos (con lija fina) y remueve el carbón. Revisa la resistencia de los cables de alta tensión utilizados para conectar las bujías. Deberá estar conforme al valor especificado por el manual, para evitar problemas de encendido. Coloca los conectores y los platinos en el alojamiento respectivo del distribuidor, y ajusta su tolerancia de separación (conforme al valor especificado) utilizando un juego de láminas calibradoras. Finalmente ensambla el conjunto del distribuidor en orden inverso. Pruebas de operación en sistemas carburados • Pruebas posteriores al montaje del carburador Prueba 1 Prueba 2 Es conveniente sustituir la junta de unión entre el carburador y el múltiple de admisión. A veces sufre desgaste, provocando que no sellen los componentes de la unión. Siempre hay que comprobar que no haya fugas de aire en esta zona; dichas fugas son comunes. Comprueba el estado de todos los mecanismos del carburador, localizando posibles atascamientos de los varillajes. Verifica si existe desgaste en las conexiones de las electroválvulas, los calentadores, las mangueras de vacío, etcétera . 58 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.1T1ecarnca-fac1l.com Prueba 3 Prueba 4 Realiza una prueba de operación al mecanismo de aceleración, con el fin de sincronizar el movimiento del pedal con el acelerador. Esto es , que el chicote de aceleración vaya sujeto correctamente a la articulación del varillaje del acelerador del carburador. Para comprobar el funcionamiento del carburador, no instales el filtro de aire y mantén la mariposa de aceleración totalmente abierta; da marcha al motor, y comprueba visualmente que salga combustible por el surtidor principal, y por el tubo inyector de la bomba de aceleración al accionarse manualmente. En estas condiciones el motor debe arrancar con un funcionamiento adecuado, inadecuado o a tirones. 1 • Comprobaciones de motor frio a caliente Recuerda que un carburador ocupa un papalote ahogador que se encuentra en la parte superior de la garganta . Sí el motor está frío, el papalote ahogador cerrará la garganta; y si el motor arrancara y el papalote se mqntuviera cerrado, el motor se apagará inmediatamente. Con el motor caliente y después de acelerar varias veces, la posición del papalote del ahogador debe ser vertical, o sea, encontrarse abierto y listo para realizársele cualquier tipo de ajuste . Cuando el motor está frío y empieza a funcionar, el vacio en el múltiple de admisión hace que el diafragma del actuador jale al mecanismo del ahogador contra la fuerza del espiral del termostato, lo suficientemente para dejar al papalote del ahogador en una posición ligeramente abierta. En esa posición las revoluciones en marcha mínima son un tanto elevadas, para calentar el motor. • Determinación de mezcla correcta por el color de las bujías Es el método más confiable para determinar si la carburación es la adecuada para la máxima potencia y el correcto funcionamiento del motor. Carburación demasiado POBRE (exceso de aire, falta de combustible) www. mecanica ·fac1l.com Carburación CORRECTA Carburación demasiado RICA (exceso de combustible) Capítulo 3. Principios de operación y diagnóstico del carburador 59 • Comprobación de marcha mínima y ajuste del ralentí (reglaje final) TOMA NOTA Actualmente, y teniendo en cuenta \as normas . anticontaminación, es necesario ajustar el ralentí con un analizador de gases de escape, para medir el volumen de co. con este aparato, ~I procedimiento de regla3e debe tomar en cuenta que, 1 manipular el tornillo de de ~alentí, el contenido de CO sea inferior al 3%. Esto se hace para conseguir una mezcla adecuada de gasolina y aire. Para ello sólo se deben manipular los tornillos de la riqueza de mezcla y el de tope de mariposa o tornillo de volumen (el del aire); enseguida haz la comprobación con un tacómetro o un multímetro con función de rpm. Paso 1 El filtro de aíre deberá estar montado y el sistema de encendido a punto. El motor debe alcanzar una temperatura adecuada, para ello se debe mantener en marcha durante 15 minutos, y luego apretar lentamente el tornillo del aire hasta que el motor gire a un ralentí elevado (unas 900 rpm). Paso 2 Después afloja el tornillo de la riqueza de mezcla hasta que el motor golpetee, y luego apriétalo lentamente hasta que el motor gire "parejo". Afloja el tornillo del aire, bajando el régimen de revoluciones hasta que el motor vuelva a golpetear, y aprieta de nuevo el de la mezcla. Vuelve a ajustar el del ·aíre en sucesivos retoques hasta conseguir un giro continuo, sin impulsos. Fallas en el sistema de combustible carburado Revisa la tabla adjunta en la que se especifican diversas fallas en este sistema, considerando posibles componentes involucrados y posibles soluciones. • Fallas relacionadas en el sistema de combustible carburado Falla presentada Componente involucrado Posible solución se apaga el motor o cascabelea demasiado cuando se acelera súbitamente. carburador. La válvula se atora un poco cuando es activada. Realizar limpieza del pistón de la válvula. Operación inestable del motor en ralentí. Ajuste del tornillo de control de mínimas. Ajuste incorrecto del tornillo de mínimas. Ajustar adecuadamente la posición del tornillo de m ín imas, en la velocidad míni ma de opera ción recomendada por el fabricante. Excesivas emisiones por el tubo de escape. Esprea del circuito de alta velocidad dañada o inadecuada. Desgaste excesivo del orificio calibrado de la esprea o esprea inadecuada. Si el orificio de la esprea se ha desg astado, reemplaza la esprea . En caso contrario, se debe instalar la esprea con el orificio correspondiente calibrado. Ahogamiento del motor. Filtro de aire. Filtro de aire excesivamente restringido. Reemplazo del filtro de aire. Dificultad para el encendido. Resorte termostático de la válvula del ahogador. Resorte termostático de la válvula del ahogador vencido o roto. Reemplazo del resorte termostático. Consumo excesivo de combustible. Esprea del circuito de alta velocidad dañada o inadecuada . Válvula de aceleración. Válvula de aceleración desgastada o sucia, o espreas de combustible inadecuadas para la aplicación del motor. Instalación adecuada de las espreas especificadas por el fabricante o limpieza. Mantenimiento o reemplazo de la válvula de aceleración. 60 Válvula de potencia en el Posible causa Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil com Tubo de venturi Sección angosta del pasaje de aire dentro de un carburador, donde se genera una depresión y aumenta la velocidad del flujo del aire para mezclarlo con el combustible. Garganta Orificio de salida del pasaje por el que el aire entra al carburador. A través del múltiple de admisión, esta salida se comunica con el interior del motor. Cuba Depósito auxiliar de combustible en el interior del carburador. Econostato Mecanismo para economizar y suministrar uniformemente el combustible. Mariposa Válvula que se acciona por medio de un chicote ; éste le provee un movimiento ./ En un motor convencional, el carburador es la pieza que forma la mezcla airecombustible que se suministra a los cilindros. ./ El principio de venturi indica: En su desplazam iento por una sección estrecha de un tubo, el aire aumenta su velocidad cuando llega a la parte más cerrada del mismo; como en esa parte la presión es inferior a la del resto del tubo, en ella se genera un vacío. ./ Los principales diseños de los carburadores son Rochester y Carter. En las variantes de ca rburadores creadas a partir de ellos, se copian la forma de coloca rl os, su número de www.mecanica-facil.com giratorio, con una posición de reposo y otra con un ángulo de apertura máxima. Ahogador Mecanismo de un carburador que se basa en una válvula de estrangulación en la parte superior del t iro del carburador. De esta manera, se restringe el paso de aire admitido por el motor (el aire se dejaba pasar durante la fase de precalentamiento). Esprea Elemento del carburador, que suministra el combustible de manera atomizada ; lo suministra mediante un orificio calibrado, cuando se genera una depresión en la sección del venturi del carburador. Carbuclean Líquido de composición quím ica especial ; sirve para diluir y arrancar el carbón residual de las combustiones de un motor. difusores o gargantas, la colocación de su taza, etc. ./ Para que el carburador funcione correctamente, se le hacen tres ajustes sencillos: del control de marcha en ralentí, del control del suministro de combustible y del control de la velocidad máxima del motor, que se controlan por medio de tornillos, y se realizan fácilmente. ./ La afinación de un motor con sistema de combustible convencional , debe realizarse cada seis meses como máximo ; sólo así, el carburador se mantendrá en buenas condiciones de operación, y permitirá que el nivel de las emisiones contaminantes se mantenga en los rangos permitidos. Capítulo 3. Princi pios de operación y diagnóstico del carburador 61 1. Contesta brevemente: a) ¿Qué debe hacerse para que un motor convencional con sistema de combustible, funcione correctamente? b) ¿cuáles son las consecuencias de que el carburador esté en mal estado? e) ¿para qué sirven los tres tornillos de ajuste localizados en el carburador? d) ¿Qué componente del carburador controla el paso de aire a través del tubo del difusor? e) ¿Qué componente del carburador se activa cuando el motor arranca en frío? f) ¿cuáles son los principales circuitos de un carburador? g) ¿con qué circuito del carburador se controla y suministra una mezcla aire-combustible adecuada para cuando se exige potencia y aceleración al motor? h) ¿cuál es la función de un carburador? i) ¿En qué componente se basa el funcionamiento del carburador? j) Menciona algunos elementos que constituyen un carburador: 2. Elige la respuesta correcta: l. Instrumento con el que se miden las RPM del motor de un automóvil: a) Osciloscopio b) Multímetro en función de ángulo de contacto DWELL 2. De qué tipo es la válvula utilizada por el ahogador: a) Tipo mariposa b) Tipo check e) Tacómetro e) Esférica 3. El circuito de marcha mínima del carburador se mantiene en operación, en tanto el vehículo no se desplaza a más de este kilometraje y si lo supera el circuito de alta velocidad comienza a funcionar: a) 60 km/hr b) 95 km/hr e) 30 km/hr 4. Cuando el vehículo se conduce a alta velocidad o cuando su peso es excesivo, comienza a funcionar este circuito del carburador: a) Del ahogador b) De potencia e) De aceleración 5. Qué efecto produce el tubo venturi de un carburador: a) Incremento de la presión de flujo b) Arranque del motor e) Una presión de vacío en la zona más angosta del tubo de venturi 62 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www mec:i'!nica-fac1l.corn El sistema de control de emisiones en motores con carburador Se considera que los automóviles son una de las principales causas de ·contaminación en las grandes ciudades; de sus motores, no sólo se · obtiene la energía para realizar el trabajo mecánico; también son fuente de calor y ruido diluidos en el medio ambiente, y de gases lanzados a la atmósfera; incluso de partículas sólidas y líquidas. Actualmente, un 35°/o de los vehículos que circulan en México todavía usan carburador; carecen de convertidor catalítico, que es un dispositivo que se instala en el tubo de escape para minimizar los gases contaminantes (y que es utilizado por los automóviles que funcionan con inyección electrónica de combustible) . Y aunque cada año se renueva el parque vehicular y las normas de contaminación son cada vez más estrictas, los vehículos con carburador no han salido de circulación; precisamente en este capítulo se describirá el sistema de control de emisiones instalado en estos motores; si bien es un sistema sencillo, conocerlo nos servirá de base para comprender el sistema anticontaminante con el que cuentan los nuevos motores. 11%~ ~ OBJETIVOS '---- Identificar los componentes y funcionamiento del sistema de control de emisiones (motores con carburador) Reconocer los sistemas anticontaminantes del motor con carburador Identificar las diferentes emis iones contaminantes del vehícu lo Conocer el manejo del analizador de gases l. SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES Qué es un sistema de control de emisiones Gran parte de la contaminación del medio ambiente se debe a las emisiones que realizan los vehículos. Para evitar esto, los automóviles tienen un sistema de control de emisiones que hace una labor de "limpieza" en los gases de escape; los libera de sustancias dañinas; además, filtra y retiene las partículas obtenidas de los residuos de la combustión . El sistema de control de emisiones contribuye a mejorar la eficiencia, rendimiento y potencia del motor; si éste no se encuentra bien, emite sustancias nocivas, se reduce su potencia y se minimiza el ahorro de combustible. ¿En qué consisten las emisiones del vehículo? En la mayor parte del mundo, de acuerdo con las legislaciones sobre la protección al medio ambiente, !os gases y demás residuos producidos por el motor de un vehículo pueden clasificarse en dos grupos: J. Emisiones reglamentadas Como son las sustancias que más afectan el medio ambiente, se controlan mediante estrictos patrones de vigilancia, comparación y límites. Ellas son: • Monóxido de carbono (CO) • Carbono-Humo (C) • Hidrocarburos • Óxidos de nitrógeno (NOx) • Dióxido de azufre (S02) •Plomo (Pb) Hidrocarburos 02 + + Oxígeno + N2 Otros Nitrógeno de aire - PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN COMPLETA C02 Gas carbónico + N2 + Nitrógeno PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN INCOMPLETA 64 co Monóxido de carbono + Hidrocarburos + NOx Óxido de nitrógeno + c Carbono (humo) + Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica Otros productos contaminantes www mecanica-facil.com 2. Emisiones no reglamentadas Por ser sustancias comunes en la naturaleza y porgue - según diversas pruebas- no producen efectos nocivos en el medio ambiente, sólo se controlan el volumen y proporción en que son lanzadas a la atmósfera; no hay límites legales que restrinjan su emisión. Ellas son el dióxido de carbono (C02) y el oxígeno (02). Emisiones del vehículo En general, las emisiones provenientes de los vehículos consisten en combustible no quemado y en subproductos de la combustión ; y todo esto, proviene del tanque de combustible y del carburador. Se componen de monóxido de carbono (CO), hidrocarburos no quemados (CH), óxido de nitrógeno (NOx), dióxido de carbono (C0 2 ), dióxido de azufre (50 2 ), carbonohumo (C), plomo (Pb), oxígeno (02) y nitrógeno (N2). En motores carburados, se calcula que el combustible gue se evapora representa hasta un 20% de la contaminación potencial del vehículo (escape de gases de los cilindros y aceite lubricante evaporado), proveniente del respiradero del cárter y del desfogue del carburador. El combustible se evapora a través de: El orificio de ventilación, o la puesta en atmósfera del tapón de llenado del depósito de gasolina. Por el tubo de ventilación de la cuba del carburador, que está abierto cuando el acelerador se encuentra en posición de reposo . TOMA NOTA 'd la ley federal En Estados Uni os, . e desde 1971 el uso de ~~{emas de control de e~isiones en la mayoría de \os veh1c~\os . El \\amado Laboratorio Na~1onal .1siones de Veh1cu\os Y para 1as Em . v h. \e d Combustible (Nat1onal e ic a~d Fue\ Emissions Laboratory), es el organismo encargad~ investigar y estab\ec~r po\1t1cas sobre la contaminac10~ del aire ......,. • pro du cida por los veh1culos. ?e . www.mecanica-fac11 cor"l Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador 65 Estas emisiones se controlan mediante un tubo de desfogue del cárter (que va conectado al conducto de toma de aire del motor, mismo que requiere una válvula de control de contaminación) y una unidad de absorción llamada "cánister" (bote de carbón activo) que recupera y que, momentáneamente, almacena el combustible en el cánister (para más tarde quemarlo en el motor). En el escape Comprende el punto de mayores emisiones de CO, NOx, C02, 502 e hidrocarburos; tiene un valor de cero, cuando el motor está apagado. • Emisiones en el motor < 10% HC Desfogue a la atmósfera Aire que entra CO C0 2 HC En el carburador Las emisiones comprenden menos de un 10% de hidrocarburos; y se reducen a cero, cuando el motor está -en marcha . Válvula de Silenciador t < 10% HC Multiple de admisión Multiple de escape Pistón En el tanque de combustible Las emisiones comprenden poco menos de un 10% de hidrocarburos; comprenden la filtración de gases desde el tanque con salida hacia la atmósfera; y se reducen a cero, cuando el motor está en marcha . .. 66 Gases del cárter Desde la década de 1990, los nuevos motores son capaces de reducir a cero las emisiones de hidrocarburos y sólo expulsan pequeñas emisiones de CO y de 502 . Desfogue de gases de ci lindro •- - - - - ' - - ' y vapores del cárter a la atmósfera Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecani ca-facil .com Control de emisiones en el sistema convencional (con carburador) En los sistemas de combustible convencionales (motores con carburador), el sistema de control de emisiones se compone de mecanismos operados principalmente mediante un vacío generado por el motor; es una forma práctica de monitorear los regímenes de operación de un motor (si opera en bajas RPM o se acelera súbitamente). Este vacío activa a las válvulas de control de dosificación de combustible en el circuito de potencia del carburador; las activa para disminuir el excesivo suministro de gasolina al aire admitido, y controlar así las proporciones correctas de aire-combustible en las mezclas suministradas a los cilindros del motor. Este sistema es efectivo, aunque no muy preciso. Este sistema tiene la desventaja de generar altos niveles de emisiones, comparado con el sistema anticontaminante de un motor que funciona con inyección electrónica. Además, el consumo de combustible, el rendimiento, la eficiencia y la potencia del motor no son óptimos; se desperdicia la parte del combustible (mezcla) que, sin ser quemada o habiendo sido quemada de forma parcial, sale por el tubo de escape. Y un gran volumen de calor no es aprovéchado por el combustible, debido a que el control del proceso de combustión no es exacto. Válvula antivuelco • Sistema de control de emisiones en motores con carburador Su funcionamiento En los motores con carburador, el sistema de control de emisiones funciona de acuerdo con el vacío que genera el motor. Este vacío activa a una válvula operada por un diafragma, para controlar el paso de combustible por el circuito de aceleración, el circuito de potencia y el circuito de combustible en el carburador. También se emplean las válvulas de control de aceleración operadas de forma mecánica, las cuales retardan el suministro de combustible cuando el conductor pisa súbitamente a fondo el pedal del acelerador. Tubo de unión del depósito de gasolina al cánister Tubo de unión -----,~~=====i del aireador de la cuba del carburador al =~- --- l__,, Tubo de respiración de los hidrocarburos por el motor '\\1/ f h\ JJYI . '(U} -v L-~ Tubo de mando neumático de la válvula de control del cánister www. mecanica-facil.com Tapón de depósito Válvu!a de dos v1as Cánister 0 filtro de carbón activo Válvula de control de la respiración de los hidrocarburos Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador 67 Sus componentes Es importante conocer las caractenstlcas de los componentes del sistema de control de emisiones, para entender mejor su funcionamiento y las condiciones en que lo hace. Aunque se compone principalmente de válvulas, es necesario conocer las funciones específicas de cada una. Veamos . ....... Válvulas de control de vacío Se instalan en el conjunto del carburador en el circuito de combustible, donde una válvula de aguja, según la presión de vacío generada por el motor, cierra parcialmente el conducto de suministro de combustible a las espreas y nariz de descarga . .... Válvulas de aceleración Operan un émbolo o pistón empleado como válvula en el circuito de potencia del carburador, para controlar la cantidad de combustible con la que se forman las mezclas de aire-combustible. Esto se hace en función de la forma de pisar el acelerador, para evitar que en aceleraciones bruscas se proporcione una excesiva cantidad de combustible que no será totalmente aprovechada o que no se quemará dentro de los cilindros del motor por lo que se forman partículas u hollín que no fueron quemadas durante el proceso de combustión, este excedente de combustible sale por el escape. • Esquema interno del canister Cánister Es un filtro que captura los gases producidos por los vapores del combustible que se fugan por el tanque y por la cuba del carburador; de este modo, evita que se vayan hacia el exterior y que haya pérdidas de combustible . También se le llama "bote", y contiene carbón activo para retener provisionalmente el combustible evaporado; condensa estos vapores, y los devuelve al depósito de combustible. Válvula de control Establece o interrumpe la aspiración de los hidrocarburos por el motor. Un filtro impide la entrada de polvo, el cual podría ser arrastrado por la circulación de aire que atraviesa el cánister cuando se establece la unión de éste con el colector de admisión. Entrada de aire 68 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com • Funcionamiento del cánister Tiene dos fases de funcionamiento: A motor parado A través de la válvula antivuelco y un tubo, los vapores de combustible acumulados en la parte superior del depósito se mandan hacia el cánister; y luego, llegan a una válvula de dos vías. Si la presión de los vapores es suficiente, una de las compuertas de la válvula se abre y los vapores penetran en el cánister; el carbón activo retiene los vapores. Las evaporaciones de la cuba del carburador están canalizadas por un tubo hasta el cánister. ¡- - - - - - 1 .+----- Carburador 1 1 Tubo de válvula de control 1 -------.. Válvula Tubo hacia el múltiple de admisión L Depósito de combustible ..... .... .... .. 1 •• • •• • .:.· • • ••• ••• • • •• •... .•.. • Válvula de control Cánister Motor en marcha, mariposa de gases abierta (acelerador) La depresión canalizada por el tubo de la válvula de control actúa en la parte alta de ésta, para que se abra el conducto de esta válvula. La depresión del colector de admisión crea una circulación de aire que atraviesa el carbón activo del cánister; los hidrocarburos arrastrados por el aire pasan primero por el orificio calibrado, luego por la válvula de control y finalmente por un tubo, con destino al múltiple de admisión. Y en éste, se mezclan con el gas aspirado por el motor. El carbón activo se purga, y queda listo para recibir nuevos vapores de gasolina. Desde el momento en que la mariposa vuelve a la posición www.meeanlca-facil.com de ralentí, se interrumpe la acción de depresión de mando; además, el resorte cierra la compuerta de la válvula de control y el motor no aspira del cánister. Todo esto, evita el enriquecimiento de la mezcla que alimenta al motor a ralentí o a una toma de aire. En régimen de ralentí, las evaporaciones son retenidas en el cánister. Si la presión disminuye en el depósito a causa del enfriamiento del cánister o a causa del consumo de carburante, la segunda compuerta de la válvula se abrirá por efecto de la presión atmosférica; la presión se restablece en el depósito de combustible. Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador 69 Sistema de ventilación del cárter Es un mecanismo que se utiliza para controlar la emisión de contaminantes en los motores carburados. Durante el funcionamiento del motor se produce condensación (agua), en donde existen algunas proporciones de gasolina. Esta condensación tiende a depositarse en la parte más baja del motor (cárter), y ahí se mezcla con el aceite lubricante; pero lo hace de forma negativa, porque lo diluye; y con ello, afecta las propiedades de protección del aceite y agrava el desgaste prematuro del motor. La gasolina y sus vapores pasan al cárter durante el precalentamiento del motor; en este periodo, el combustible no se vaporiza ni se quema por completo; y entonces, el nivel de emisiones aumenta considerablemente. Válvula de Por medio de un sistema de ventilación del cárter, que puede ser po r ventilación forzada o mediante respiradero (ambos mecanismos limitan la emisión de hidrocarburos no quemados), el motor hace salir los vapores y desahoga la presión generada por los vapores desprendidos por la gasolina circulando por el sistema de combustible . . ..................... .... .................. .................... . ............ . . .............. .... ............................... ............... Por respiradero Se instala un tubo en la parte delantera o trasera del motor, según el diseño de éste. Este tubo proviene de la parte baja del motor, de modo que durante el movimiento de avance del vehículo se genere una depresión en el extremo de salida del propio tubo; y con esto, se aspira el aire que hay dentro del motor, y se hace pasar a través de un elemento filtrante (que por lo general es una esponja metálica, y va instalada en el tapón del aceite del motor); de esta manera, las emisiones producidas por el motor y los vapores del combustible son atrapados y retenidos en este filtro, con lo cual se evita que salgan hacia el medio ambiente. 70 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecaníca-facíl.com Ventilación forzada En este sistema, que puede ser abierto o cerrado según la forma en que el aire entra en el motor, los vapores de combustible se conducen nuevamente hacia los cilindros. Esto se hace a través del múltiple de admisión, y tiene por objeto someter a los vapores al proceso de combustión; se trata de quemarlos por completo, para reducir los niveles de monóxidos de carbono generados por el motor. El aire entra en el motor, luego de atravesar un filtro que se encuentra en el tapón de llenado de aceite; y circula por conductos en la bancada y la caja de distribución, donde atrapa las emisiones y los vapores de combustible generados dentro del motor. Este aire continúa fluyendo hacia una válvula de regulación colocada en la parte trasera del motor, sobre la tapa de balancines; y a través de una manguera flexible conectada a dicha válvula proporcionando un conducto hacia el múltiple de admisión; para que los vapores sean conducidos al múltiple de admisión y puedan ser quemados dentro de las cámaras de combustión en los cilindros del motor. 11. ANÁLISIS DE GASES Para evaluar de forma cuantitativa las emisiones producidas por los vehículos , se aplican procedimientos que tratan de reproducir en el laboratorio las condiciones reales de operación de los mismos. Las emisiones gaseosas reglamentadas en los automotores son: hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono Evolución de las emisiones contaminantes y óxidos de nitrógeno. En México, por ejemplo, en California: la prueba DGN-AA-II-1980 es un procedimiento Limites de federal empleado para certificar los automóviles emisiones de nuevos a partir de los modelos 1975. Los fabricanescape tes de automóviles deben entregar a los gobiernos 100% una prueba certificada de la cantidad de contaminantes que emiten sus unidades. Esto no quie80% re decir que si un vehículo nuevo pasa la prueba 60°/o en ese momento, ya no debe ser sometido a más pruebas. Al contrario, cada año debe ser revisado para controlar el nivel de emisiones produci·- - _,_ ___ ----¡-- -20% do por el motor, debido al desgaste que sufre por su funcionamiento normal. De igual forma, este 0% 1975 1980 1985 1995 1990 monitoreo es obligatorio para todos los vehículos que circulan a diario en el país. ~--· ---, • 2000 Año HC •CO • www.mecanica-facil .com Nox Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador 71 ¿En qué consiste el análisis de los gases del vehículo? Emisiones de C0 2 para automóviles recientes ~:E:: - -------------. El procedimiento para evaluar las emisiones es el análisis de gases. Es un trabajo de mantenimiento realizado para regular y m onitorear los niveles de contaminantes emitidos por los vehículos. Esto se rige por las normas ambientales vigentes en cada país, que dictan la cantidad y proporción de agentes contaminantes que puede haber en los productos de la combustión arrojados por los escapes de los vehículos. Y para realizar esta actividad, se utiliza precisamente el analizador de gases. El análisis de los gases de escape permite diagnosticar y determinar con precisión el funcionamiento adecuado del sistema de combustible del motor; o bien, encontrar la causa de algún problema relacionado con las emisiones excesivas del motor. === -- .. 1sol [iJ 100 - - - - :.:.----""'- - - - - ~----------- : ~~ ,________,__.__¡ TOMA NOTA El gobierno de cada país dicta las normas que controlan las cantidades mínimas de emisiones permitidas a cada vehículo. Sistema de recuperación de gases Programa de manejo Analizador ~ Ventilador de Controlador Registradora 1 l~-~ Dinamómetro Panel de control Consola de operación t Impresora Computadora 72 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com Productos de combustión presentes en los gases de escape Tal como se dijo, los gases de escape contienen una masa de productos contaminantes obtenidos de una combustión. Estos productos contaminantes pueden ser secos (sin agua) o húmedos (con agua); y en su mayoría, los elementos del combustible forman óxidos al asociarse con las moléculas de las porciones de aire utilizadas para realizar las combustiones correspondientes durante el funcionamiento del motor. Puesto que la gasolina es un hidrocarburo, sus principales productos de combustión, como moléculas parcialmente quemadas (combustiones incompletas), son el hidrógeno y el carbono; y como moléculas totalmente quemadas, son los monóxidos y los dióxidos (combustiones completas). Pero para quemarse, la gasolina necesita aire (comburente); y como se compone de 77% de nitrógeno, 21 % de oxígeno y 2% de impurezas, en los productos de combustión aparecen estas moléculas. De esta manera, los gases de escape tienen los siguientes productos de combustión: aprox . 14% • Dióxido de carbono (COz) •Dióxido de azufre (SOz) • Oxígeno (02) •Agua (H 2 0) •Nitrógeno (N2) • Hid.rocarburos no quemados (HC) • Monóxido de carbono (CO) •Óxido de nitrógeno (Nüx) • Carbono-humo (C) •Plomo (Pb) •Calor -+ HC -+ NOx Composición de los gases de escape en motores de gasolina EMISORES PERMISIBLES (en todo el mundo) 5.5 Federación de los EUA 5 4.5 4 3.5 3 Los niveles de emisión varían por todo el mundo. Aunque los Estados Unios son estrictos, otros países lo son más. • California • Canadá D Suecia • Suiza Australia 2.5 • 2 Japón 1.5 0.5 o CO (g/km) www.mecanica-fac1l.com HC (g/km) NOx (g/km) Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador 73 • Tabla 4.1 Límites permisibles de contaminantes • Fecha en que entró en vigor la norma (México) Límites permisibles de contaminantes Vehículos usados antes de 1975 Sólo prueba visual; puede fallar por exceso de ralentí, humos negros o azules densos por 5 seg undos al ralentí; o durante aceleración, hast a 2500 rpm o la mitad del máximo régimen de rpm (el más bajo) . Entre 1975 y 1986 Con instrumentos: CO <=4.5% , HC<=1200 ppm . Entre 1986 y 1992 Con instrumentos: CO <=3 .5%, HC< = 1200 ppm. Entre 1992 y 1994 Prueba de emisiones avanzada; normalmente, los límites son C0<=0 .3%, HC <= 200ppm y lambda 0.97 - 1.03 . Desde 1991 Los límites estipulados pa ra la mayo ría de los fabricantes son de 1± 0 .5% (0 .5 a 1. 5% ) , en rale ntí de 625 a 675 rpm . Tabla 4.2 Concentraciones de CO y NOx de un motor (con carburador) Flujo de gas (ft3/min) 12 6 .5 - 7 .0 30 350 17000 Ciudad 13 .5 - 14 40 1000 200 - 400 6000 Carretera 13.5 - 14 35 1000 200 - 400 5000 Parcial 13.3 45 1700 - 2500 350 - 400 7000 Má xi ma 12 .7 100 - 125 1 700 - 1200 350 - 400 7000 Marcha m ínima 74 1 Re lación ai recombustible (masa) Condiciones de o peración NOx (ppm) 1 HC (ppm ) volumen volumen Li bre 12 6.8 60 1200 Freno 12 6.8 60 1200 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica CO (ppm) volumen 18000 www.mecanica-facil.com Analizador de gases o comprobador de emisiones Este equipo permite determinar el porcentaje de gasolina no quemada, y analiza en ppm (partes por millón) y en porcentaje (%) la com~ posición de los gases de escape . Por medio de la composición de estos gases, también es posible analizar el estado interno del motor; sobre todo, el de los componentes involucrados directamente con la cámara de combustión; por ejemplo, cuando la dosificación de la mezcla no es correcta, las bujías se ensucian o las válvulas se pegan. El analizador de gases es digital, y puede ser portátil o de banco (estacionario); actualmente se opera mediante un sofnvare informático, que es el más utilizado por los centros de verificación vehicular. Mediante una sonda, este equipo mide la cantidad de contaminantes que hay en los gases de escape; además, en pórcentaje, calcula la proporción de los mismos en los productos de combustión; después de todo esto, emite un reporte en el que indica los niveles de anticontaminantes que expulsa el vehículo y verifica si se sujetan a las normas ambientales vigentes. Según el modelo, este equipo puede analizar cuatro o cinco gases diferentes originados por los productos de combustió n. Estas son las dos principales pruebas que pueden hacerse con el analizador de gases: • Determinar la composición cuantitativa y cualitativa de los gases • Medir el caudal, que debe coincidir con la determinación teórica de productos y reactivos que se haya hecho. El mayor componente debe ser el dióxido de carbono; otro elemento que aparece es el agua. Si la combustión es incompleta, también aparece monóxido de carbono. El dióxido de azufre aparece, debido al contenido de azufre en el combustible. www.mecan1ca-facil.com Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador 75 • Otros equipos para el análisis de gases Para medir sólidos no quemados (carbono sin quemar, hollín) se usan los papeles ringleman; los cuales miden la opacidad de los humos. También puede usarse la escala Bacharah (por círculos). :m:......................~!:m:' 100 Strips Cat . 9 5 90 pH indicator s trips non-bleeding Patetend US -Patent No. 4.02 EM Science 480 Democral Road Gibbstown, N.I. 08027 EM-Reagents .......................-mc ~ Dip in-read whlle still molst. lnmerse in weakly-buffered solutions untH there is no íurther color changa (1-10 mln). El pirómetro o las sondas termoeléctricas miden la temperatura de combustión; el uso de uno u otro equipo, depende del punto en el que se requiere medir, de la precisión que se necesita y de algunas otras condiciones. Associate oí Merok KGaA 6427 1 Darmstadt Germany ••• ••••••• ••••••• ••••••• ••••••• ••••••• ••••••• 1234567 9 12 13 14 Cómo se utiliza el analizador de gases Es muy fácil utilizar este equipo. Enseguida explicaremos el caso de un analizador portátil. El analizador se coloca cerca del tubo de escape (n unca enfrente de él) en el veh ículo, y se conecta ; el motor debe estar apagado La pinza roja del equipo se conecta en la terminal positiva de la batería; y la pinza neg ra se conecta en la t erminal negativa, para recibir alimentación y el equipo comience a funcionar. Terminal negativa 76 Sistema de com bustible con carbu rador e introducción a la inyecc ión elect ró nica Terminal positiva www.mecanica·fac1l.com La pinza azul del equipo se conecta en la terminal negativa de la bobina, para obtener las lecturas de rpm del motor mediante un tacómetro o un multímetro automotriz. La manguera de plástico se conecta en el equipo en un extremo, y a la sonda de prueba en el otro. En ese momento, todavía no se introduce la sonda en el tubo de escape. El motor se arranca, y luego hay que esperar aproximadamente 8 minutos para que el equipo se caliente y el propio motor alcance su temperatura normal de operación; la sonda de prueba debe mantenerse aún al aire libre. Después de este tiempo, en la pantalla del analizador se debe verificar que los dígitos se hayan estabilizado; si no lo han hecho, habrá que esperar más tiempo hasta que lo consigan. El selector de funciones del equipo se coloca en modo CO (monóxidos de carbono). Para calibrar el instrumento, se debe mover la perilla de ajuste o calibración hasta que en la pantalla aparezca una lectura de 2.00% (no necesariamente es exacta; se permite un margen de error de entre 1.98% y 2.02%). Al calibrar el equipo, no debe cambiarse de posición; de lo contrario, se puede perder la calibración realizada. Mediante la lectura de las rpm, debe verificarse que la velocidad en ralentí del motor se encuentra y se mantiene con el nivel especificado por el fabricante 805 www.rnecanica-fac1l. com RPM Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador 77 Y a continuación, la sonda de prueba del equipo se introduce en el tubo de escape; no debe introducirse a más de % partes de la longitud total de la sonda. Después de 15 segundos aproximadamente, en la panta lla del equipo se mostrará la lectura de CO . Las lecturas de mayor precisión se obtienen luego de más de un minuto. TOMA NOTA Mediante los valores registrados por el analizador de gases, también se puede _c;omprobar la correcta operac1on del . carburador; y, si es necesario, ajustar el suministro de combustible dentro de este elemento, con base en los niveles de emisiones detectados ( a que éstos dependen d~rectamente de la cantidad de combustible suministrado) . Para medir la proporción de otro gas que el equipo puede proporcionar, hay que seleccionar por ejemplo 502; y para ello, se debe manipular la peri lla selectora de funciones y esperar el tiempo indicado ( 15 segundos) para tomar la lectura . Algunas precauciones para el uso del analizador de gases • El analizador de gases posee un sistema de drenaje automático de los condensados existentes en los gases de escape. E l drenaje funcionará correctamente, si el equipo se encuentra en un nivel por debajo de la altura del tubo de escape; en caso contrario, la condensación (agua) se depositará en el punto más bajo en el tubo de medida; además, habrá que expulsar manualmente la condensación. • La mayoría de los analizadores pueden utilizarse en diversos tipos de motores: de varios cilindros, monocilín<lricos, etc. Mas si un analizador no está diseñado para motores de dos tiempos, no se debe usar en ellos; y si se aplica en motocicletas con motor a cuatro tiempos, hay que utilizar un tubo de análisis (sonda de prueba) más largo, para poder introducirlo en el tubo de escape. 78 Sistema de combustible con carburador e introducción a ta inyección electrónica www.mecan1ca -facll.com • Tabla 4.3 Fallas en el sistema de control de emisiones con carburador Fa 11 a Componente . d mvo 1ucra o Causa pos1ºbl e Está vencido, desgastado o roto ya sea el mecanismo de diafragma, o el muelle controlador de las válvulas de aceleración o potencia que contribuyen al control de emisiones en operación de altas rpm del motor. Está restringido el elemento de filtración. s o1uc1on ·' Tras acelerar el motor, por unos instantes funciona de manera inestable . Válvula de aceleración o válvula de potencia. Sobrecalentamiento del motor. Filtro del sistema de ventilación del cárter. Excesivas emisiones por el escape . Están rotas o en malas condiciones las mangueras de vacío del sistema de control de emisiones. El hule de las mangueras tiende a deteriorarse por el calor que el motor genera y por la acción de agentes del medio ambiente . Reemplazar las mangueras y las conexiones que se encuentran en mal estado. Condensación excesiva arrojada por el escape. Está obstruido el flujo de aire de ventilación del motor. Se ha tapado el filtro del sistema de ventilación del motor, ubicado en el tapón del aceite. Reemplazar el filtro o instalar un nuevo tapón en el depósito del aceite (que posea el filtro de ventilación correspondiente). Válvula de aceleración. Como la válvula está desgastada, no controla adecuadamente el flujo de combustible en el circuito de potencia en el carburador. Reemplazar la válvula. Válvula de control de vacío. Está roto el diafragma de la válvula. Reemplazar el diafragma o la válvula completa. Espreas Espreas inadecuadas. Nariz de descarga. Está en malas cond iciones el orificio de salida. Excesivo consumo de combustible (motores convencionales) . Excesivas emisiones por el escape (motores convencionales). ./ El sistema de control de emisiones libera de sustancias dañinas a los gases de escape; además, filtra y retiene las partícu las de los residuos de combustión . ./ Las emisiones de los vehículos pueden clasificarse en reglamentadas y en no reglamentadas; las primeras afectan nocivamente al medio ambiente, y por eso se deben controlar Reemplazo del filtro. Instalar las espreas especificadas por el fabricante. Reemplazar el cuerpo central o principal del carburador. carburados; puede ser por respiradero o por ventilación forzada . ./ El análisis de gases se hace para evaluar, regular y monitorear los niveles de contaminantes que emiten los vehículos . También sirve para el diagnóstico y análisis de las condiciones de operación del motor. './ Los principales productos de combustión presentes en los gases de escape son hidrógeno, carbono, monóxidos y dióxidos . ./ En motores con carburador, el sistema de control de emisiones se compone principalmente de un cánister y de ./ El analizador de gases es un equipo que válvulas de control de vacío y de aceleración . determina y analiza la proporción de contaminantes que hay en los gases de ./ El sistema de ventilación de cárter es parte del control de emis iones en motores www.mecanica· facil .com Reemplazo de la(s) válvula(s) que tiene(n) defectos de operación . escape . Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carbu rador 79 Emisiones: Liberación hacia la atmósfera, de gases de efecto invernadero y contaminantes (partículas sólidas, líquidas o gases) producidos principalmente por motores de combustión. Vacío generado por el motor: Presión por debajo de la atmosférica, existente en el múltiple de admisión sobre todo por efecto de los pistones en su desplazamiento hacia su punto muerto inferior. Óxidos: Compuestos químicos formados por la combinación con oxígeno. Prueba cuantitativa: Prueba que arroja datos de una determinada cantidad de algo. Condensación: Transformación de un elemento o material, de estado gaseoso a estado líquido. Cuba del carburador: Depósito auxiliar de combustible dentro del carburador, para que de ahí se surta a los diferentes circuitos de operación del mismo. Rpm: Valores medidos de las revoluciones por minuto (es decir, de giro) que entrega un motor. Tacómetro: Instrumento de medición para determinar las revoluciones por minuto de la velocidad que entrega un motor en el volante de inercia. Prueba cualitativa: Prueba que arroja datos sobre las cualidades físicas de algo . Con la supervisión de tu profesor, analiza los gases de un vehículo que tenga sistema de combustible convencional (con carburador); hazlo de acuerdo con los pasos descritos en este capítulo, y llena la siguiente tabla: Material necesario: • Analizador de gases portátil • Vehículo con sistema de combustible convencional (carburador) Elemento Porcentaje Dentro de la norma vigente Sí Causa por la que está fuera de norma No N2 C0 2 H20 co NOx HC S0 2 Pb º2 80 Si stema de combusti ble con carburador e introducción a la inyección electrónica www.rnecanica-facil.com 1. Elige la respuesta correcta: l. La finalidad del sistema de control de emisiones es: a) Filtrar y retener partículas de la combustión b) Suministrar combustible al motor c) Enfriar al motor y disipar el calor 2. Son elementos del sistema de control de emisiones, y se encuentran en el conjunto del carburador, en su circuito de combustible: a) Válvula cánister b) Válvulas de control de c) Válvula tipo mariposa vacío 3. Elemento con el que operan las válvulas de aceleración, para controlar la cantidad de combustible suministrado al circuito de potencia del carburador: b) Resorte c) Pistón o émbolo a) Carbón activo 4. Son los tipos de ventilación del cárter: b) Por respiradero y a) Convencional y electrónico ventilación forzada c) Regular y permanente 5. Es el principal equipo para calcular la composición de los gases de escape: a) Pirómetro b) Tacómetro c) Analizador de gases 2. Marca con una V si el enunciado es verdadero, y con una F si es falso: a) El cánister es elemento que se utiliza en el sistema de control de emisiones para atrapar los vapores de gasolina que se fugan por el tanque b) Las normativas ambientales regulan y controlan la cantidad de combustible suministrado al motor c) El análisis de gases se hace para diagnosticar y determinar el funcionamiento adecuado del sistema de enfriamiento d) Los principales elementos del sistema del control convencional de emisiones (con carburador) son la válvula EGR, EVAP, PCV, el sensor 0 2 , el módulo de control y el convertidor catalítico e) Los gases de escape contienen C0 2 , S0 2 • N2, H2 0, CO, NOx, HC, Pb, 02 Haz una investigación acerca de las normas ambientales vigentes en tu localidad, y determina los porcentajes permisibles de los productos que, según las mismas, deben tener los gases de escape de los vehículos. www.mecanica -fac1t.com Capítulo 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador 81 Del carburador a la inyección electrónica Cada vez es más importante tomar conciencia del cuidado que requiere el medio que nos rodea. El automóvil y el medio ambiente necesitan soluciones, innovación tecnológica y compromisos industriales de las instituciones y fabricantes. Desde los años setenta del siglo pasado, en el sector automotriz existe una profunda preocupación relacionada básicamente con tres puntos: las nuevas tecnologías aplicadas en los motores, los nuevos tipos de combustibles, así como las leyes y normas y su debido cumplimiento. Y han tenido un papel activo, aportando iniciativas en la búsqueda de soluciones concretas y preventivas. Una de las principales estrategias desarrolladas por los fabricantes de automóviles para contribuir a la preservación del medio ambiente, es justamente la implantación del sistema de inyección electrónica para minimizar las emisiones contaminantes que generan los motores. L ~ OBJETIVOS Reconocer las diferencias entre el sistema con carburador y la inyección electrónica Identificar las ventajas de la inyección electrónica sobre el sistema con carburador Distinguir las características y componentes del sistema de inyección electrónica l. EL SALTO, DE LA CARBURACIÓN A LA INYECCIÓN Menor contaminación y mayor abono Conscientes de que una de las principales fuentes de contaminación son los automóviles, desde hace años se han emitido y se siguen emitiendo leyes y normas en distintos países; con ellas, han tratado de limitar la cantidad de contaminantes emitidos hacia la atmósfera por los motores que mueven a estos vehículos. A esto hay que agregar el alza en los precios de los combustibles, por la cada vez mayor demanda del petróleo (que es, entre los combustibles, el más comercializado en el mundo; representa aproximadamente un 40% de energía en el ámbito global). Así que las medidas adoptadas para el ahorro de combustible en los vehículos son fundamentales para disminuir estas tasas de crecimiento y altos costos. Precios del petróleo (promedio anual) 100 100 .. ..o .. 80 ·¡: . ni .Q 60 a. 49.9 UI 111 ni :oe 40 34.6 , 23~ e: 27.1 20 2000 2001 2002 2003 Por estos factores, se hizo cada vez más necesario implementar mejoras en los vehículos; se les incluyeron nuevos sistemas de suministro de combustible para, por una parte, contrarrestar el exceso de emisiones nocivas que generan; y, por otra, para contribuir a la reducción del consumo de combustible. Una forma efectiva de responder a estas exigencias, es el empleo de la inyección electrónica de combustible; ha tenido un largo camino, y sigue evolucionando para ofrecer cada vez mayores ventajas. www.mecanica-facli.com Capítulo 5. Del carburador a la inyección electrónica 83 Primeros intentos para inyectar combustible Los primeros pasos para la implementación de la inyección de gasolina se dieron en 1912, cuando la compañía Bosch fabricó un sistema de inyección de combustible utilizando una bomba de aceite. Sin embargo, el proyecto se detuvo para dar prioridad a las necesidades de la guerra. Al término de la primera guerra mundial, se retomaron ideas anteriores sobre la inyección de combustible; especialmente en aviones y tanques de guerra, se usaron con éxito; y tiempo después, se aplicaron en automóviles producidos en serie. Durante estos años, la revolución electrónica aún no se extendía; por esta razón, los sistemas de inyección de combustible eran estrictamente mecánicos. / F B ~BO_S_C--.H) Durante la década de 1970, Bosch adaptó el nuevo sistema de inyección electrónica de combustible a distintos modelos de vehículos. Y en la década de 1980, esta tecnología se aceptó mayoritariamente entre las compañías estadounidenses. Y gracias a que los resultados fueron sorprendentes tanto en aumento de potencia como en ahorro de combustible y en reducción de emisiones contaminantes, comenzó una nueva era: la de la inyección electrónica. Sin embargo, la industria del carburador había perfeccionado a tal grado este dispositivo (de antemano versátil y sencillo), que pocos fabricantes de automóviles se atrevían a experimentar con otras alternativas. A pesar de todo, la generalización del sistema de inyección no pudo ser contenida por muchos años; primero, porque la electrónica evolucionó considerablemente; y, segundo, porque se empezaron a imponer fuertes restricciones a las emisiones contaminantes. 84 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com La electrónica aplicada al sistema de combustible Desde la década de 1980, la mayoría de los cambios ocurridos en los vehículos tienen que ver con la incorporación de la electrónica destinada a mejorar sus funciones. ~ 1 Sensor Bobina de encendido MAF '----- ~ - UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICO ECU l Sensor CKP 1nyectores J ! SensorCMP ~~------- 1Seow<de º'lgeoo ~ Bobinas de encendido con etapa final de potencia integrada J _ _ __ Electroválvula para depósito de carbón activo J l J l. Sensor TPS Bomba de gasolina a ~ [ Sensor IAT o MAT ........ ~ l Sensor ECT ' - - - - [ Sensor KS Testigo de averías ~-- Señales adicionales Hoy, en la gran mayoría de los automóviles se usan computadoras que controlan todos sus procesos y sistemas; y microprocesadores, que sirven para controlar diversas funciones de cada unidad, hacer Electroválvula para limitación de la presión de sobrealimentación J Válvula EGR Válvula IAC Señales suplementarias diagnósticos avanzados o reducir el número de cables, etc. Un factor que influyó significativamente en la aplicación de la electrónica, es la creación de los sensores; esto permitió diseñar sistemas integrados. El sistema de inyección de combustible tiene prestaciones muy superiores a las del carburador; esto se debe a que el sistema de inyección electrónica toma en cuenta variables como la temperatura del motor, la temperatura y el peso específico del aire y de la gasolina, las revoluciones por minuto del cigüeñal, la composición de los gases de escape, la depresión del conducto de admisión, etc. En todo momento, a través de sensores que monitorean estos datos y de una pequeña computadora que los procesa, puede calcularse con precisión y rapidez la cantidad de gasolina que debe combinarse con el aire para formar precisamente la mezcla aire-gasolina. www mecan1ca-fac1l.com Capítulo 5. Del carburador a la inyección electrónica 85 II. SISTEMA CARBURADO VS. INYECCIÓN ELECTRÓNICA TOMAHOTA Ciertamente, se están haciendo grandes esfuerzos en desarrollar prototipos de automóviles impulsados por energías alternativas (energía solar o hidrógeno por ejemplo). Sin embargo, aún está lejano el día en que dominarán el mercado; en cambio, a los motores a gasolina y a diesel todavía les queda mucha vida por delante. Por eso es importante buscar tecnologías avanzadas de mayor fiabilidad que el sistema de carburación (rebasado por el sistema de inyección electrónica), para lograr que los sistemas de alimentación usen de forma eficiente el combustible. Así, el sistema de inyección tiene una enorme ventaja en comparación con el sistema del carburador tradicional. e los catalizadores y los. Desde qu . eno fueron incluidos sensores de oxig ' lo en los sistemas de escape, .so un sistema electrónico pod1a,. en . 1 a)·ustar el suministro tiempo rea ' · te es de combustible. Es~eli~u~atalizadores necesano, para qu " . rt (d·señados para "filtrar c1e a 1 tdad de contaminantes) can 1 ente y ese funcionen corredcta~cer t~I ajuste en sistema capaz e . amente el de tiempo real, es pr~c1s inyección de gasolina . ,. . ·······-La mezcla en el sistema carburado y en el sistema · de inyección ............................................................................................................................... .. ' ·······················-·························································· .. ·· ..................................... Con inyección electrónica ···. El funcionamiento del motor de combustión interna se basa en la combustión de una mezcla homogénea de combustible y aire comprimido. Para preparar esta mezcla, se utiliza un carburador (dispositivo mecánico) o un equipo de inyección (dispositivos electromecánicos y electrónicos). El rendimiento del motor y las emisiones contaminantes dependen básicamente de la composición de esta mezcla. El cambio de carburadores a sistema de inyección por control electrónico, se debe a que este último permite un mayor ahorro de combustible y reduce las emisiones contaminantes (para cumplir las normas de conservación del medio ambiente, aplicables en todo el mundo). \...........¿Cómo se hace la mezcla en ambos sistemas? El carburador y el sistema de inyección funcionan sobre la base de una mezcla exacta de aire y combustible (14.7 partes de aire, por 1 de combustible). El car- Con carburador 86 burador permite el ajuste manual de esta mezcla; de modo que un dispositivo mal regulado, puede ser altamente nocivo. Dentro de la tolerancia 12 a 1 (mezcla rica) o 16 a 1 (mezcla pobre), es posible obtener diferentes resultados. Si se ajusta a una mezcla rica, pueden dañarse las válvulas y los pistones; y si se ajusta a una mezcla muy pobre, el motor pierde fuerza. Si la mezcla no es correcta, se desperdiciará gran cantidad de combustible, se dañará el motor y se contaminará el medio ambiente. Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facíl.com El sistema de inyección funciona con base en el monitoreo que constantemente realizan sensores colocados estratégicamente en diferentes partes del motor. Y con la información que estos sensores le proporcionan a un módulo de control electrónico principal (información codificada a través de pequeñas señales eléctricas), el sistema de inyección ajusta la mezcla de aire-combustible; todo esto es dirigido por un programa que se ejecuta en la computadora del sistema de control de combustible, para que la entrega de la mezcla siempre sea correcta. Por ello, este sistema genera mayor rendimiento, economiza combustible y permite que el motor tenga un mejor comportamiento aun en condiciones desfavorables. • Grandes diferencias entre los sistemas Sistema carburado El carburador genera una mezcla de aire y gasolina, Ja cual, pulverizada y a través del múltiple de admisión, entra en Jos cilindros; y en éstos, se producen Jos tiempos del motor (admisión, compresión, explosión y escape) . La fuerza con que Ja mezcla entra en los cilindros, depende de la succión de cada uno y de Ja presión atmosférica. • En este sistema, no se mide la mezcla de airecombustible; sólo se busca que la dosificación de combustible mantenga una proporción casi constante con el flujo de aire, debido a que en gran parte el suministro de combustible depende del vacío en el múltiple de admisión . •El funcionamiento del carburador es simple, pero requiere ser afinado y reconstruido constantemente. •En los motores con carburador, el aire debe arrastrar al combustible, por depresión, a través de conductos calibrados . Esto genera efectos de inercia, por la diferencia de densidad y rozamiento que hay entre el aire y la gasolina; por tal motivo, se dificulta la elaboración correcta de las mezclas. Carburador básico Aire Filtro de aire • La mezcla se prepara al mismo tiempo para todos Jos cilindros, en Ja corriente ascendente del múltiple de admisión . • Por acción del vacío generado por los pistones al momento en que estos descienden, el aire entra en el motor a través de una garganta ubicada en el cuerpo inferior del carburador; y a medida que va entrando, succiona poco a poco a la gasolina existente en el depósito auxiliar del mismo carburador, a través de unos pequeños orificios llamados espreas . Válvula de flotador (tipo aguja) •Aunque el sistema funciona muy bien, no es lo suficientemente preciso para una máxima economía de combustible, ni para un buen manejo, potencia, respuestas rápidas en las aceleraciones, alto rendimiento o emisiones limpias. •Los vehículos con carburador adquieren mayor potencia en el nivel del mar, debido a que la presión atmosférica es mayor. www.mecanlca -facíl.com Flotador Depósito auxiliar de combustible Válvula de aceleración Esprea Capítulo 5. Del carburador a la inyección electrónica 87 Sistema de inyección electrónica En este sistema, varios sensores recogen información y la mandan hacia una computadora; a su vez, ésta gestiona parámetros como el avance de encendido. En el tanque de combustible, una bomba eléctrica envía el combustible, con la presión adecuada, hacia unos inyectores. Estos elementos son controlados por la computadora, y sólo dejan pasar la cantidad correcta de gasolina hacia los cilindros dentro del motor; y así, se obtiene una mejor eficiencia y potencia. Filtro de combustible Riel de combustible •Los sistemas de inyección ahorran combustible, porque inyectan la cantidad estrictamente necesaria para el correcto f uncionam iento del motor en cua lquier régimen de giro y de carga . •Dosifican el combustible de acuerdo con las condiciones de marcha y el estado del motor. •Tienen un mayor control de la mezcla aire-combustible en cualquier condición de marcha del motor. Gracias a esto, se reducen las emisiones de gases contaminantes, mejora el rendimiento del motor y se ahorra combustible. 88 •El caudal de aire aspirado no depende del diámetro del difusor, como sucede en el carburador; además, no es necesario calentar el colector para evitar la condensación y favorecer la homogeneidad de la mezcla . •Una ventaja de sustituir el carburador por estos sistemas, es que se modifica el diseño de los conductos de admisión; y de esta manera, se logran corrientes aerodinámicamente favorables y mejoran el llenado de los cilindros, así como el rendimiento y la potencia del motor. Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com Tanque de combustible Relevador de combustible Regulador de presión de combustible •Como el combustible es atomizado en pequeñas partículas, puede quemarse mejor cuando la ignición ocurre por la chispa de la bujía en cada cilindro del motor. Línea de retorno Unidad de Control Electrónico Electrobomba Bobina de encendido Monitoreo de las cond iciones operativas del motor www.mecanica-facil.com •El sistema de inyección tiene más componentes que el sistema carburado; entre ellos, se cuentan los sensores, la computadora, los inyectores, la bomba de alta presión, etc. •La inyección electrónica se integra con mayor facilidad a los sistemas de control computarizado del motor; los inyectores se contro lan más fácilmen te que un carburador mecánico aún con aplicaciones electrónicas a este dispositivo . •Como el combustible es suministrado directamente al motor, se eliminan los problemas de encendido en frío que tenían los motores con carburador. Capítulo 5. Del carburador a la inyección electrónica 89 Ventajas de la inyección sobre el uso de carburador Consumo reducido Con el uso de carburadores, en los colectores de admisión se producen mezclas desiguales de aire-gasolina para cada cilindro. La necesidad de formar una mezcla que alimente suficientemente incluso al cilindro más "desfavorecido", obliga a dosificar una muy alta cantidad de combustible. Esto ocasiona un excesivo consumo de combustible, y una carga desigual de los cilindros. Gracias a que en el sistema de inyección electrónica, se utiliza para cada cilindro un inyector, se garantiza que el combustible será proporcionado, con una dosificación precisa, en el momento oportuno y en cualquier estado de carga. Mayor potencia El uso de los sistemas de inyección permite optimizar la forma de los colectores de admisión, con el consiguiente mejor llenado de los cilindros. Esto se traduce en una mayor potencia específica yen un aumento del par motor. Gases de escape menos contaminantes .... ....· La concentración de los elementos contaminantes en los gases de escape, depende directamente de la proporción aire-gasolina. Para re ducir la emisión de contaminantes, es necesario preparar una mezcla de una determinada proporción. Los sistemas de inyección permiten ajustar en todo momento la cantidad necesaria de combustible respecto a la cantidad de aire que entra en el motor. Arranque en frío y fase de calentamiento Mediante la exacta dosificación del combustible en función de la temperatura del motor y del régimen de arranque, se consiguen tiempos de arranque más breves y una aceleración más rápida y segura desde el ralentí. En la fase de calentamiento se realizan los ajustes necesarios para una marcha redonda del motor y una buena admisión de gas sin tirones; ambas funciones se realizan con un mínimo consumo de combustible, lo cual se consigue mediante la adaptación exacta del caudal de este líquido. 90 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecan ica-facil.com Diferencias específicas entre el sistema carburado y de inyección Veamos algunas de las diferencias que deben tenerse en cuenta, y que determinan el diagnóstico e interpretación de fallas en el motor: O Cuando se acelera en un sistema con carburador, se suministra gasolina. Y cuando se acelera en un sistema de inyección electrónica, se abre una compuerta de aire. f) El motor se apaga, cuando un caudal de aire falso entra directamente en el sistema colector de combustible en el sistema a carburador. Por el contrario si el caudal de aire falso entra directamente en un sistema de inyección, se aumentan las revoluciones del motor. €) Cuando el motor está frío, el carburador ahoga la garganta para enriquecer la mezcla; y cuando el motor está caliente, utiliza un termostato para desahogarla. Y cuando esto sucede en un sistema de inyección, un switch térmico (interruptor) hace funcionar a un inyector especialmente colocado para enriquecer la mezcla m ientras el motor está frío; y cuando el motor se calienta, dicho inyector se desconecta. Para hacer la misma función, otros tipos de inyección electrónica utilizan un solenoide (actuador); y por medio de impulsos magnéticos, este elemento abre y cierra una compuerta o "by pass", para que la computadora ajuste la mezcla de acuerdo con los requerimientos programados en ella. III. INYECCIÓN ELECTRÓNICA DE COMBUSTIBLE ¿Qué es la inyección de gasolina? La inyección de combustible, como dijimos, fue creada para sustituir al carburador; se creó, por supuesto, con la intención de mejorar las funciones del automóvil. Este sistema introduce combustible atomizado directamente al motor; y así, se eliminan los problemas de encendido en frío que tenían los motores con carburador. La inyección electrónica es un sistema en que el combustible se suministra con cierta presión, a través de un medio electrónico (electroválvula o inyector), hacia el sistema de admisión del motor. Se hace de esta manera, para lograr una mejor distribución de la mezcla. El volumen de admisión de aire del motor, la temperatura del refrigerante, la temperatura de admisión de aire, la relación de aceleración o desaceleración (posición de la mariposa de aceleración) y otras condiciones, son detectadas por un grupo de sensores. La computadora compara estos datos con parámetros almacenados en su memoria, para calcular la mezcla de aire-combustible óptima; y luego de esto, ordena un control preciso sobre la calidad de la mezcla que debe ser inyectada . www.mecanica-facil.com Capítulo 5. Del carburador a la inyección electrónica 91 Características del sistema de inyección electrónica • En lugar del carburador, se usan inyectores • Suministra la cantidad exacta de combustible requerida por el motor; y para calcular este caudal, utiliza una computadora. • Son sistemas más complicados, y con más componentes. • El principio de funcionamiento es por la presión con la que se inyecta el combustible. Esta presión es ejercida por la bomba de alimentación y por el regulador de presión del sistema. • La velocidad del aire es menor que la del combustible. Y así, éste se mezcla de mejor manera con el aire . • Por lo general, proporcionan mezclas pobres de aire-combustible. • Permiten urícontrol estricto de las emisiones contaminantes. • Permiten que el combustible se suministre de forma dosificada y homogénea a todos los cilindros. • La presión del sistema de combustible es del orden de 35 a 70 lb/pulg2 en motores de gasolina; y mucho mayor, en motores diesel (más de 3,000 lb/pulg2). Mayor regularidad en el funcionamiento del motor . : Mayor control de la mezcla aire combustible .. . Bajos niveles de emisión de gases tóxicos (menor contaminación) : .. .. ... Como el sistema de inyección permite que el motor reciba solamente el volumen de combustible que necesita, se garantiza(n) : : : : Un mejor aprovechamiento del combustible (menor consumo) .. . -.... Una mejor marcha en frío .. ·. .. ... .... ... Mayor potencia Mejor rendimiento del motor Un arranque más rápido Prescindir del ahogador 92 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com Principales componentes del sistema de inyección Para que un sistema funcione correctamente, sus componentes deben activarse de manera coordinada y adecuada; sólo así, se cumplirá la función básica del sistema; en este caso, es administrar en la forma más adecuada el combustible gue se suministra al motor. El sistema de inyección electrónica de combustible basa su funcionamiento en el uso de inyectores y otros dispositivos de tipo electrónico como sensore y actuadores; todos estos elementos son controlados por una computadora llamada ECU (1::.lc ctro11it' Co11trol l .11it o unidad de control electrónica). Sensores Unidad de control electrónico ECU Es una pequeña computadora que contiene toda la lógica necesaria para controlar tanto la entrada de información por parte de los sensores, como las diferentes señales de salida o activación. Determina la presión y cantidad de combustible que se necesita, y controla todos los elementos de ajuste e inyectores. En algunos sistemas, la ECU controla también el momento del enceridido . Son dispositivos que detectan manifestaciones de fenómenos físicos como flujo, velocidad, aceleración, posición, cantidad, niveles, etc. y los convierten en señales eléctricas . En general, son interruptores, resistores, transformadores, generadores, etc. que envían señales digitales o analógicas hacia la computadora. Entre los sensores que constituyen el sistema de inyección, se cuentan el sensor de oxígeno, el sensor de posición del acelerador (TPS) , el sensor de presión de combustible, el sensor de temperatura del motor y el sensor de posición del cigüeñal, entre otros. Actuadores El protagonista del sistema: el inyector Son pequeños dispositivos (electroválvulas) electrónico -mecánicos que, mediante señales eléctricas, se abre y se cierra una válvula en su interior. Los inyectores también incrementan la presión del combustible, para inyectarlo de manera atomizada (como si fuese aerosol) y facil itar su mezcla con el aire admitido. Los orificios del inyector por donde sale la gasolina, tienen un diámetro de aproximadamente una m icra ; manteniéndose abiertos por acción de una válvula de tipo "aguja" por muy poco tiempo. Son elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado. Son capaces de generar una fuerza , a partir de líquidos, de energía eléctrica o de energía gaseosa. El actuador recibe la orden de la unidad de control electrónica, y da la salida necesaria para activar a un elemento final también actuador (que puede ser un inyector, una bomba eléctrica, una electroválvula, etc.) . .¿, www.mecan1ca-fac1l.com Capítu lo 5. Del carburador a la inyección electrónica 93 Clasificación de los sistemas de inyección Una manera sencilla de entender cómo funcionan los sistemas de inyección electrónica, consiste en estudiar su clasificación (es decir, agruparlos). Y para clasificarlos, se toman en cuenta tres criterios específicos: O Según el lugar donde inyectan: ----- Inyector Inyector Inyección indirecta ... :···· ······································· ....... El inyector introduce el combustible directamente en la cámara de combustión. Este tipo de inyección se realiza fuera de los cilindros; específicamente, en los duetos del múltiple de admisión o en el cuerpo de aceleración . Se inyecta en · el múltiple de admisión e Inyección directa ........................................ .... . Se inyecta dentro de la cámara de combustión Según el número de inyectores Inyección multipunto o multipuertos (MPFI) Hay un inyector para cada cilindro; gracias a esto, mejora la dosificación de la mezcla aire-combustible. Generalmente estos inyectores se colocan en el puerto de admisión, que es la zona en la que se ubica la válvula. de admisión antes de la cámara de combustión. 94 Aire Inyectores Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-facil.com Inyección monopunto (TBI) En este caso, uno o dos inyectores alimentan a más de un cilindro; y así, permiten una mejor dosificación de la mezcla aire-combustible. Por lo general, este inyector se coloca en el cuerpo de aceleración; es más grande que los inyectores utilizados en los sistemas multipuntos. e Según la forma de inyección Secuencial . . . . . . ... . . . . . . . . . .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ._ . . . ... . .,...._____._._ · -. . . . ,.... . . . 1. . . . . . . . . El combustible es inyectado en el cilindro, con la válvula de admisión abierta; es decir, los inyectores funcionan de uno en uno, y de forma sincronizada. En este tipo de inyección, el encendido y la inyección de combustible se realizan en sincronía; gracias a esto, el combustible ingresa a las cámaras de combustión sólo cuando va a ser utilizado (lo cual optimiza su uso, mejora la potencia y reduce las emisiones). Simultánea .. ······· ···· ··········································································· ········· ···... Semisecuencial ..... ...... ..... ............................................................................................ Todos los inyectores introducen al mismo tiempo el combustible en los cilindros; esto significa que todos los inyectores se abren y cierran de manera simultánea. El combustible es inyectado en los cilindros, de modo que los inyectores de dos cilindros se activen simultáneamente en el motor. 1 J www.mecanica-facil.com Capítulo 5. Del carburador a la inyección electrónica 95 Carburación: Pulverización de la gasolina, y su mezclado con el aire en la proporción adecuada para lograr una buena combustión en los cilindros. Homogénea: Sustancia que posee una composición uniforme. Colector o múltiple de admisión: Pieza de un motor de combustión interna, la cual conduce hacia el interior de los cilindros el aire admitido por el motor. Dosificación: Suministro en proporciones adecuadas de una sustancia que el sistema necesita para poder funcionar correctamente. Par motor: Fuerza con la que el motor de combustión interna entrega su movimiento mecánico de rotación . su aplicación o su combinación con otra sustancia. Encendido o arranque en frío: Arranque de un motor que ha estado inactivo por varios minutos u horas. En el momento del arranque, sus flu idos de operación por lo general se encuentran a temperatura ambiente. Microprocesador: Elemento de control electrónico compuesto de miles de circuitos formados por microdispositivos semiconductores que se colocan en forma de capas . Avance de encendido: Es un mecanismo del motor de combustión interna. Su función es controlar, con respecto al t iempo, el momento del encendido de la mezcla aire-combustible dentro de la cámara de combustión en los cilindros. Atomizar: Dispersar un fluido líquido en pequeñas partículas, para fácil itar v' Las principales ventajas del sistema de inyección de combustible son contrarrestar el exceso de emisiones contaminantes y reducir el consumo de combustible . ./ Gracias a la evolución de la electrón ica, se han inclu ido sensores y una computadora en el sistema de inyección ; y así, con precisión y rapidez, puede calcularse la cantidad de gasolina que se debe combinar con el aire . ./ Los sistemas de carburador y de inyección de combustible funcionan sobre la base de una mezcla exacta de aire y combustible . ./ Algunas ventajas del sistema de inyección en comparación con el sistema de carburador son el reducido consumo de combustib le, una mayor potencia, la emisión de gases de escape menos contaminantes, un periodo de arranque 96 más breve y una aceleración en tiempo más corto. ./ Para ajustar de manera óptima y precisa la mezcla de aire-combustible, y a través de uno o más inyectores, el sistema de inyección proporciona combustible atomizado; lo introduce con cierta presión, directamente al motor. ./ Los principales componentes del sistema de inyección son la unidad de control electrónico, los sensores y los actuadores; entre estos últimos, destacan los inyectores . v' Por el sitio en el que inyectan, los sistemas de inyección pueden clasificarse en directos o indirectos; por su número de inyectores, en multipuntos (MPFI) o monopuntos (TBI); y por la forma de inyección, en secuenciales, semisecuenciales o simultáneos. Sistema de combustib le con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecan1ca· facil.com 1. Escribe en la siguiente tabla los datos que se piden: Sistema con carburador Sistema de inyección electrónica Características Características Ventajas Ventajas Desventajas Desventajas 2. Anota una X dentro del paréntesis de la respuesta correcta: a) Su incorporación en los vehículos detonó la generalización del uso del sistema de inyección y permitió la mayoría de los cambios en ellos: ) Los nuevos ( ) La electrónica ( ) Los catalizadores combustibles b) El alza en los precios de los combustibles se debe a: ( ) El exceso de ( ) La mayor demanda del petróleo emisiones nocivas ) El cambio de carburador a inyección electrónica c) El funcionamiento del motor de combustión interna se basa en este proceso; y para su preparación, puede utilizarse un carburador o un equipo de inyección: ) El ahorro de combustible ) La combustión de la mezcla de combustible y aire ( ) La reducción de contam inantes d) El volumen y temperatura del aire admitido, la temperatura del refrigerante, la relación de aceleración o desaceleración, la temperatura y peso específico de la gasolina, las revoluciones por m inuto del cigüeñal y otras condiciones, son detectadas por: ) Los sensores ( ) Los actuadores ) La unidad de control electrónico e) En este tipo de inyección, el combustible se introduce en el cilindro con la válvula de admisión abierta: ) Simultánea www.mecanica-facil.com ) Secuencial ) Monopunto (TBI) Capítulo 5. Del carburador a la inyecci ón electrón ica 97 Observa estas imágenes, y especifica el tipo de inyección de combustib le a la que cada una pertenece: . .····· ··········· ................................... ·······•····················· ... ... · ····•• • ~000 0 0 0 00000000000 0 004000 . . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . 0oOO 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 0 0 0 0 0 ooo o ooo O · · ··~ . . . ... ·.···············································································.· Haz una investigación documental acerca de los modelos y marcas de vehículos en los que se utiliza cada tipo de sistema de inyección descrito en este capítulo. Busca información sobre el nombre que cada fabricante de automóviles le da a los diferentes tipos de sistemas de inyección de combustible. 98 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.mecanica-fac1l.com RESPUESTAS PRUEBA TUS CONOCIMIENTOS Prueba tus conocimientos <!. 5, 9, 6, 10, 1, 8, 3, 4, 2, 7 2 Hidrógeno Transporte público en países desarrollados Queroseno Industria Diesel Motores a diesel e industria Gaso lina Motores de automóviles Gas natural (GNC) Motores de vehículos, industria y uso doméstico Etanol Motores de automóviles y de unidades de transporte público Metanol Automovilismo deportivo Madera Uso doméstico Gas LP Motores de automóviles y uso doméstico Biodiesel Motores por compresión www.mecanica-fac1l .corn Capítulo 5. Del carburador a la inyección electrónica 99 Prueba tus conocimientos (i' a) Administrar el flujo de 2 5, 7, 8, 1, 9, 3, 10, 6, 2, 4 combustible que se proporciona al motor b) Mezcla la gasolina con el aire en la proporción adecuada para que se produzca la combustión. c) Es un sistema sencillo, con pocos componentes. Su principio de operación es la depresión que se genera en el tubo Venturi. La presión del combustible es de 5 lb/pulg2. d) En el sistema de inyección electrónica, que se instala en la mayoría de los vehículos desde 1993. 3 El árbol de levas transmite movimiento a la flecha de la bomba de combustible; a su vez, esta flecha mueve una leva. Tanque de combustible l e) Expulsa los productos de la combustión; los conduce a . través de la válvula de escape, con destino al múltiple de escape; y los hace circular por la tubería de escape. Cuando los gases quemados pasan por ahí, se expanden y pierden parte de su presión; al mismo tiempo, se amortigua el ruido de la combustión. Bomba de combustible La bomba succiona la gasolina del tanque Filtro de combustible El combustible pasa por un filtro que retiene las partículas no deseadas y regula la presión de la gasolina l l Carburador - El combustible pasa al depósito auxiliar del carburador. Este dispositivo realiza la mezcla airecombustible en la proporción adecuada l Múltiple de admisión 100 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica La mezcla aire-combustible es arrastrada hacia el múltiple de admisión y hacia el interior de los cilindros www.mecaníca·facíl.corn Prueba tus conocimientos (1 a)Dar mantenimiento periódico al carburador. g) Con el circuito de aceleración . b)Au mentan los niveles de emisiones y el consumo de combustible; hay dificultades para lograr el arranque en frío, o el motor se ahoga durante su operación. combustible que se suministra al motor, para realizar las combustiones dentro de los cilindros. h) Formar la mezcla aire- i) En el tubo de venturi. j) Espreas, cámaras de aire, tubo venturi, cuerno de aire, filtro para el aire, taza de combustible, garganta o difusor, ahogador, flotador, tornillos de ajuste, válvulas de aguja, válvula de tipo mariposa. c) Para ajustar el control de marcha ralentí, el suministro de combustible y el control de máxima velocidad gobernada. d)La válvula mariposa para aceleración. e)La válvula de l ahogador. f) Circuitos flotador, de marcha mínima, de alta velocidad, de baja velocidad, de potencia y de estrangulación. @ c, a, c, b, c Prueba tus conocimientos (1 a, b, c, b, c (1 a) V b) F e) F d) F e) V www.mecan ica-facil.com Capítulo 5. Del carburador a la inyección electrónica 10 1 Prueba tus conocimientos Sistema con carburador Sistema de inyección electrónica Características Características Es un sistema totalmente mecánico. Posee sensores de monitoreo de las condiciones físicas de operación del motor. El carburador funciona por el principio de venturi. Para controlar los procesos de funcionamiento en el motor, el módulo de control principal utiliza los datos de las condiciones de operación suministrados por los sensores por medio de pequeñas señales eléctricas. El filtro de aire, que se instala encima del cuerpo principal del carburador, posee el típico cuerno de aire. Utiliza un pleno de aire que se conecta en el múltiple de admisión. La atomización del combustible se hace a través de los orificios de las espreas, las cuales tienen un diámetro calibrado. Para controlar los procesos de operación del motor, se utilizan actuadores comandados por el módulo de control. Para precalentar el motor, requiere una válvula de estrangulación denominada "ahogador". Posee una función de autodiagnóstico y su interfaz, con los cuales realiza los procedimientos requeridos para la reparación. Ventajas Costo de mantenimiento no Ventajas t~n elevado. No se requieren herramientas especiales para su servicio. · Para repararlo, no se requieren conocimientos especiales. Cuenta con función de autodiagnóstico. Optimiza el rendimiento del motor (permite ahorrar combustible). Controla los niveles de emisiones generados por el motor. A veces, aunque se le hagan reparaciones improvisadas, puede seguir funcionando. Responde a la aceleración con mayor eficacia. Fácil mantenimiento. No es necesario precalentar el motor en el arranque inicial. Desventajas 2 Desventajas Requiere mantenimiento periódico. Alto costo de mantenimiento. Mayor consumo de combustible. Para darle servicio, se requieren herramientas especiales. Durante el arranque en frío del motor, se requiere un precalentamiento. Para darle servicio, se requieren conocimientos especiales. Mayores niveles de emisiones. Las reparaciones improvisadas no son suficientes para hacer que este sistema vuelva a funcionar en caso de tener una falla. El motor responde con cierta lentitud a la aceleración. De manera continua, los sistemas electrónicos son descontinuados por los fabricantes de automóviles. a) b) e) d) La electrónica La mayor demanda del petróleo La combustión de la mezcla de combustible y aire Los sensores e) Secuencial 102 Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica www.rnecanica -facil .com Probador de válvulas de marcha mínima y de cuerpos de aceleración ---T------------------------· Punta lógica automotriz 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -------------------------------~ Escanea un automóvil con tu PC l!.ab 22 Laboratorio de inyectores de motores a gasolina L-----------------------Probador de válvulas IAC Dodge, Chrysler, GM, Nissan, VW, etc. Para autos americanos, europeos y asiáticos ~y l!IJ.§ , ---------------------~-----------· 1 L-----------------------Tina de ultra sonido ~ Sur 6 No. 10, Col. Hogares Mexicanos Ecatepec, Estado de México C.P. 55040 Tel. (Lada 01 55) 2973-1122 Fax. (Lada 01 55) 2973-1123 ~ República de El Salvador No. 26, local l. México D.F. Tel. (Lada 01 55) 55-10-86-02 ª F. NICA tomotriz l www.mecanica-facil.com [email protected] Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica se terminó de imprimir en enero de 2009, en los talleres de Zona Gráfica, Rio Sena No. 41 Despacho 303 Col. Cuauhtémoc, Del. Cuauhtémoc, C.P. 06500 Tels. 1997-5170 y 5208-9676. El cuidado de la edición estuvo a cargo de Felipe Orozco Cuautle. La presente colección de libros de texto , se ha editado en apoyo a los planes de estudio de los bachilleratos y escuelas tecnológicas que imparten las asignaturas de mecánica automotriz . Para facilitar la comprensión de los contenidos, los temas se abordan apoyándose en ilustraciones dinámicas, vistas ampliadas, explicaciones secuenciales, etc. Se pretende así, cubrir una carencia de materiales de enseñanza apropiados a esos niveles formativos , tomando en cuenta la unidad de prop{>sito, de contenido y de nivel explicativo. Está claro que una formación integral, prepara a los alumnos para competir con ventaja en un mercado laboral cada vez más complejo y cambiante por las nuevas tecnologías. Precisamente, con la participación de expertos en mecánica automotriz y de profesionales dedicados a la enseñanza en el área (que cuidaron la integración de los temas ofrecidos en estas publicaciones) , se pretende apoyar al maestro en la tarea de formar especialistas bien capacitados. TÍTULOS DE LA SERIE Desensamble y diagnóstico de motores Repa.mción del sistema de carga y arranque Ajuste y reparación de motores a gasolina Sistema de combustible con carbumdor e introducción a la inyección electrónica Motores con sistema de inyección electrónica y control de emisiones Sistema de encendido electrónico •I -1 CONTENIDO DE ESTE VOLUMEN 1 . Sistema de combustible con carburador e introducción a la inyección electrónica l. Los combustibles y la combustión . 2. El sistema de combustible convencional. 3. Principios de operación y diagnóstico del carburador. 4. El sistema de control de emisiones en motores con carburador. 5. Del carburador a la inyección electrónica. 6 111111111111111111111111111 71355 04004 3 ~~~~~~~~~~ Clave 4004 ISBN 978-970-779-083-0 Reparación del sistema de frenos convencionales ydeABS Reparación del sistema de dirección, suspensión y transmisión Diagnóstico y mantenimiento de motores Diesel (convencionales y controlados electrónicamente) Servicio y mantenimiento al chasis de unidades pesadas