Mapeo de inyección y encendido

El proceso de inyección y de encendido se realiza a través de unidades electrónicas programables, independientemente de la marca se basa en la obtención de valores a través de procesos de interpolación.

La interpolación es la obtención de puntos partiendo del un conjunto de puntos dados. En ingeniería y otras áreas se dispone de cierto número de puntos que se obtienen por muestreo o experimentación para construir la función de ajuste.

Declaración de parámetros

Antes de comenzar con cualquier diseño de un mapa, es necesario definir los parámetros correspondientes al motor, encendido y otras características. Como en cualquier programa, esta declaración de parámetros servirá a la unidad para la realización de cálculos.

La interpolación es por tanto la metodología empleada para la construcción de los mapas de inyección y encendido realizados a partir de un conjunto de puntos contenidos en tablas. La ECU realiza internamente una interpolación mediante algoritmos de interpolación para producir el valor exacto entre los puntos más próximos en la tabla.

En el caso del automóvil las variables a tener en cuenta para realizar la inyección son las siguientes:

Tipo de motor

• Alternativo
• Rotativo

Modo de aspiración.

• Atmosférico
• Turbo
• Número de cilindros.
• Revoluciones mínimas.
• Revoluciones máximas.
• Tipo de inyección.
• Tipo de encendido.
• Control de la admisión.
• MAP
• TPS

Ajuste del mapa de inyección

La cantidad de combustible inyectado es dosificada variando el pulso de inyección en cada ciclo de rotación. A cada vuelta de cigüeñal los inyectores se mantienen abiertos durante el denominado tiempo de inyección, previamente ajustado en la tabla en milisegundos.

Para regular la inyección del motor y establecer los valores de tiempo de la inyección para cada intervalo de carga del motor se parte de la señal del TPS (sensor de posición de mariposa) o MAP (Medidor de presión absoluta). Con esto se forma la tabla que será utilizada como base para las correcciones oportunas y se determina el tiempo exacto de la inyección.

El mapa de inyección además incluye correcciones porcentuales para diferente régimen de giro del motor. La ECU verifica el tiempo de inyección en el mapa principal y aplica la corrección para el régimen de vueltas en el que se encuentre. De esta forma se forman mapas tridimensionales, en función del régimen del motor, del tiempo de inyección y de la carga (TPS o MAP).

Gracias a la corrección porcentual no es necesario hacer una tabla para cada régimen de vueltas, lo cual requeriría mucha memoria EEPROM de la centralita programable.

En los regímenes más altos del motor se pierde eficiencia volumétrica, generando una menor necesidad de combustible respecto a regímenes más bajos. Si no se realizase corrección alguna, gran parte de la potencia sería desperdiciada por tener una mezcla excesivamente rica.

Además de la corrección por rpm, también existen otras correcciones como las correcciones por temperaturas o por tensión de la batería.

La corrección por temperatura del motor se realiza en base al sensor de temperatura del motor que proporciona la temperatura del líquido refrigerante. Este parámetro térmico ejerce gran influencia sobre la relación aire/combustible necesaria para la combustión. Es necesario enriquecer la mezcla en los arranques en frío hasta que el motor alcance su temperatura nominal de funcionamiento.

En cuanto a la corrección de la temperatura del aire de admisión (IAT) se realiza mediante la información obtenida por el sensor colocado en el colector de admisión del motor. Gracias a este sensor se puede optimizar la corrección de la mezcla, ya que adapta automáticamente la inyección a diferentes temperaturas de aire, causadas por variaciones climáticas o por características del motor. Puede ser de gran importancia en motores turbo.

Ajuste del mapa de encendido

Al igual que en el mapa de inyección, también será necesario declarar los parámetros de encendido. Un parámetro importante a declarar es el ángulo de cierre (Dwellangle) que determina el tiempo de carga de la bobina. Su importancia reside en que cada módulo de potencia y bobina poseen un dwell específico y si se toma un valor incorrecto del mismo podemos disminuir la chispa o saturar la bobina y acabar dañando la misma.

Los valores se toman de una tabla de encendido que ha de ser rellenada con los valores deseados para cada rango de revoluciones.

Esta es la gran ventaja que ofrecen los sistemas de encendido programables, pues permiten hacer un mapeo con punto de encendido específico para cada revolución y carga del motor.

Al igual que el mapa de inyección, éste también posee correcciones por temperaturas de refrigerante y admisión.

La corrección por temperatura del motor ofrece mejoras significativas, por ejemplo se puede retrasar un poco el punto de encendido cuando el motor alcanza temperaturas elevadas.

El tiempo de encendido se avanza para mejorar la conducción cuando la temperatura del refrigerante es baja. Además para evitar las detonaciones y el sobrecalentamiento, el tiempo de encendido se retrasa cuando la temperatura del refrigerante es extremadamente alta.

Ajuste de arranque en frío

Gracias a la función de arranque en frío se facilita el arranque y marcha del motor aun cuando éste no ha alcanzado su temperatura normal de funcionamiento. El volumen de combustible necesario en el arranque será mayor cuando el motor esté frío y se reducirá cuando vaya alcanzando su temperatura.

En esta fase de arranque, junto con los impulsos de inyección normales, se unen los impulsos suplementarios de arranque, con el resultado de aumentar notablemente los tiempos de apertura de los inyectores para garantizar el enriquecimiento necesario.

El avance del encendido

El tiempo de encendido se refiere a la posición del cigüeñal en la que el encendido dispara la bujía. La posición del cigüeñal se expresa siempre en grados. Una vuelta del cigüeñal corresponde a 360°, media vuelta del cigüeñal corresponde a 180°.

El avance suele denominarse (PPP pick pressure point) Es el número de grados respecto al cigüeñal en el que se produce el encendido de la chispa.

El avance de la chispa es necesario porque el combustible y el aire tardan unas milésimas de segundo en quemarse.

Los valores típicos oscilan entre 5° APMS al ralentí y unos 35° al acelerar a fondo y quizás más a velocidad de crucero.

A alta presión y una AFR adecuada, el frente de la llama se desplaza a unos 22,352 m/s. Como el combustible se quema en las partes más alejadas del cilindro, los pistones pueden recorrer una distancia considerable.

Por ejemplo, si la chispa se encuentra en el centro de la culata con una velocidad de 0,372 m/s y un diámetro de 88,9 mm, la explosión tarda aproximadamente = 2,0 milisegundos.

Si la explosión tarda 2 milisegundos en alcanzar la presión máxima, el pistón y la biela a 3.000 rpm se habrán desplazado 36° en ese tiempo.

Hay un punto óptimo (PPP: punto de presión seleccionado) en el movimiento del pistón en el que los productos de la combustión deben alcanzar la presión máxima (normalmente alrededor de 17° APMS), por lo que tenemos que iniciar el encendido pronto para conseguir la presión máxima donde queremos (en este caso 36°-17° = 19° APMS).

Con un diámetro mayor y una bujía excéntrica (típico de los motores de dos válvulas), se requiere un par de encendido mayor.

Por ejemplo, con un diámetro de 4,00" y una bujía a 1,3" hacia un lado (y 2,7" hacia el otro), la explosión dura: 2,7/880 = 3,1 milisegundos. Durante este tiempo, el pistón y la biela se desplazan 55°. Por lo tanto, en las mismas condiciones anteriores, ¡el avance debe aumentarse a 55° -17° = 38° APMS!

A bajas revoluciones, el avance es bajo porque el pistón se mueve lentamente y el combustible tiene tiempo de quemarse en el PMS. A altas revoluciones, el avance debe aumentar.

Por encima de cierto punto (normalmente alrededor de 3.000 rpm), la turbulencia provoca una combustión rápida, por lo que no es necesario un avance adicional.

En los detalles de la optimización del avance del encendido influyen varios factores que pueden llenar el volumen de trabajo, como el tamaño de la válvula y la forma de la cámara, la turbulencia de la mezcla y otros factores diversos.

Una presurización prematura puede provocar una ignición explosiva debido a la presión y al calor radiante en la propia cámara (este fenómeno se denomina detonación y puede ser muy destructivo).

También existe una interacción entre la chispa y el combustible.  En otras palabras, la cantidad de combustible afecta al momento óptimo de encendido y viceversa.

Además del momento de encendido correcto, la chispa debe tener la tensión suficiente para recorrer la distancia entre los electrodos y la energía suficiente para producir una chispa suficiente para iniciar la combustión.

Algunos factores tenidos en cuenta en el diseño del mapa de encendido

Para determinar el momento de encendido ideal para un para el encendido en función de las revoluciones y una carga del motor determinados, deben tenerse en cuenta otras variables que afectan al comportamiento del motor.

Una de ellas es la temperatura del aire de admisión. En un sistema sobrealimentado, esta temperatura puede aumentar repentinamente bajo presión y el encendido debe ralentizarse para evitar un golpeteo prematuro. Del mismo modo, cuando la temperatura del motor cambia, el tiempo de encendido puede ralentizarse si los valores son altos y acelerarse si son bajos.

El encendido de ralentí es otro factor que puede influir en la sincronización del encendido, que se retrasa cuanto mayor es el régimen de ralentí. El mapa de tiempos de encendido también debe tener en cuenta el combustible utilizado, la naturaleza y el peso del vehículo y la relación de compresión.