Mecánica para dummies: Entendiendo la inyección electrónica

Hice este video de introducción a la inyección electrónica de combustible, el uso de los dongles OBD2, la interpretación de las curvas y el diagnóstico de fallas a partir de eso.

Creo que con cuatro o cinco videos puedo hacerlo, estoy pensando en algo así como:

1. Funcionamiento de la inyección y la compensación de combustible
2. Como elegir el dongle, la app y como configurarla
3. Interpretación de las curvas
4. Detección de fallas

Hace poco más de un año mi auto salió rechazado por la revisión técnica, porque la prueba de gases dio un "exceso de hidrocarburos" ¿qué diablos es eso? Me pregunté, era como si me estuvieran hablando en chino. 

Peregriné por varios talleres pero ninguno pudo solucionar el maldito problema, andaban igual de perdidos que yo y me hicieron gastar un montón de plata cambiando piezas. Al final dejé el auto botado con destino a la chatarra, ya había cumplido sus 10 años de servicio y estaba más que pegado.

Pero cuando el Tomás Jr, aprendió a manejar, decidí arreglar el auto y me dediqué el año completo a aprender como funciona toda esta cosa. Hasta que lo arreglé y no solo pasé la revisión técnica sino que dejé el motor ronroneando y el auto desabollado y pintado.

El curso será el resultado de lo que aprendí en el proceso. Como no los quiero torturar con los videos -que me salen muy malos- escribiré sobre esto en un par de entradas, que podría usar como guión para los videos. Pero bueno, sin más cuento, vamos al asunto:

Lo básico
Los motores funcionan con explosiones que se producen dentro de los cilindros, esta explosión hace bajar un pistón y subir a los otros, por un mecanismo similar al pedal de la bicicleta, así se convierte un movimiento de arriba a abajo en uno circular, que mueve las ruedas y todo lo demás.

Para que se produzcan estas explosiones se necesitan tres ingredientes: oxígeno, combustible y una chispa: ese es el principio cero del los motores a explosión. El oxígeno se toma del aire, el combustible del estanque y la chispa de la bujía. Los motores diesel no usan bujías y la mezcla explota solo por compresión, pero no nos metamos en eso.

El principio uno -para darle un nombre- dice que existe una proporción óptima entre oxigeno y conbustible que se llama mezcla estequiométrica: 14.7 partes de oxigeno por 1 parte de combustible. 

Si la proporción de combustible es mayor a eso (mezcla rica) el combustible se desperdicia y sale crudo por el tubo de escape, contaminando con hidrocarburos. Si la proporción es menor (mezcla pobre) la explosión es débil, el motor entrega menos potencia, tiende a apagarse y al final también gasta más combustible, hay más desgaste y más contaminación.

Esta mezcla estequiométrica es fundamental para el funcionamiento óptimo del motor. Pero no se trata solo de mezclar las cantidades ideales, la cosa es mucho más complicado porque -dependiendo de las condiciones de manejo- el motor necesita en cada instante una mezcla más pobre o más rica para tener el rendimiento óptimo.

Por ejemplo: si hace frío y el aire está helado, la mezcla debe ser mucho más rica para que el motor encienda. Los que tuvieron autos carburados recordarán el "chupete" o "estrangulador" que enriquecía la mezcla para partir cuando hacía frío.

Carburadores e inyeción electrónica
Mucha gente cree que los carburadores son "más simples" que la inyección electrónica, pero ocurre todo lo contrario. En los autos con carburador la mezcla de oxigeno y combustible pulverizado se hace en la parte baja del carburador y se distribuye a todos los cilindros por el múltiple de admisión.

Ese es el primer problema de los carburadores: como hacen una mezcla común que se reparte, lo que llega a los cilindros no es homogeneo, a algunos cilindros llega mezcla más rica, a otros mezcla más pobre, entonces los motores andan desbalanceados, algunos cilindros funcionan con más fuerza que otros y el motor tiende a "saltar".

Con inyectores, cada cilindro se alimenta por separado
La gran diferencia con la inyección multipunto, es que la mezcla no llega hecha a todos los cilindros, sino  que se prepara a la medida en cada inyector. 

En estos autos, solo le llega aire al múltiple de admisión, el combustible lo agrega la computadora (ECU) a cada inyector, entregando la mezcla exacta que necesita cada cilindro, en cada milisegundo.

Los carburadores primitivos
Los carburadores del Ford T y de los autos hasta los años 30 eran muy simples pero horriblemente ineficientes, gastadores y contaminantes. Además era un drama hacerlos partir en frío, evitar que se apagaran en los semáforos y lograr que respondieran rápidamente al acelerador.

En la edad media
Desde los años 50 a los 80s más o menos, los carburadores se empezaron a complicar para mejorar esto, hasta llegar a ser infernalmente enredados, algo parecido a lo que pasa hoy con los alternadores de los autos híbridos. Incluso los que tuvimos autos como el VW Escarabajo recordamos la pesadilla de "equilibrar" la regulación de los dos carburadores del motor 1600cc.

Los carburadores de alta gama: una pesadilla
Marcas europeas de lujo como Mercedes, Porsche y otras por el estilo traían unos carburadores complicadísimos, porque hacían todos sus ajustes usando aparatos mecánicos y mangueras de vacío. Así y todo, igual eran ineficaces, gastadores y sub óptimos en rendimiento.

Como funciona la inyección electrónica
Aquí viene lo bueno. Cuando aparecieron los computadores como ya dije en otra entrada, los autos empezaros a usar encendido e inyección electrónica para reemplazar los antiguos sistemas mecánicos e hidráulicos. Esto simplificó la vida de los mecánicos y dueños de autos porque todo pasó a ser mucho más sencillo y eficiente.

Como ya dije, el problema de la inyección consiste en que en cada explosión -que se suceden miles de veces por minuto- los cilindros deben tener una mezcla que sea óptima individualmente en cada cilindro. 

La estequeométrica no es siempre la óptima
Mezcla óptima no solo se refiere a la mezcla estequiométrica 14.7:1 sino que -según las condiciones de manejo- el motor en un milisegundo puede necesitar de una mezcla más rica y en otro una más pobre, dependiendo de muchos factores: la carga que tenga, la temperaturra, velocidad, el estado del motor, el estilo de manejo del chofer y mil cosas más. 

Todo eso lo controla la ECU (Engine control unit o computador del motor). ¿Como lo hace? Decidiendo cuanto combustible entrará a cada cilindro. Para eso manda pulsos eléctricos a cada inyector, miles de veces. Si el pulso dura más tiempo (más ancho) entra más combustible al inyector y viceversa. 

Incluso si la ECU detecta que el motor va en una bajada, simplemente apaga el motor dejando de enviar pulsos, todo eso sin que nos demos cuenta. Además la ECU va almacenando en una memoria nuestro estilo de conducir: si detecta que tenemos la pata pesada tiende a estrechar los pulsos y viceversa.

"Reprogramar la ECU" es el proceso de reescribir estas tablas colocando manualmente las mezclas de aire y combustible para distintas revoluciones y condiciones de manejo. Normalmente solo se hace en autos de competición, en los normales la ECU trae un programa de fábrica que lo va modificando en la medida que "aprende" de nuestro estilo de manejo.

La ECU manda a los inyectorres mezcla estequiométrica en dos situaciones: cuando el auto está en ralentí (motor encendido sin moverse) o cuando va por una carretera plana a velocidad de crucero. Para los demás casos va ajustando la proporción oxígeno-combustible según el motor lo requiera.

La fabulosa realimentación
Lo más fascinante es la realimentación usada para ir ajustando automáticamente la mezcla en cada instante, a medida que cambian las condiciones.  Básicamente hay un sensor que analiza el gas de escape y le dice a la ECU si la mezcla que se quemó es rica, pobre o estequiométrica.

Con esa información la ECU quita o agrega combustible a los inyectores de entrada, disminuyendo o agrandando el pulso. Es decir lee la salida y usa eso para modificar la mezcla de entrada.

Esto se consigue con la señal del sensor de oxígeno o "sonda lambda" que mide la proporción de oxígeno y combustible de los gases de escape. Este sensor va justo antes del catalizador.

Ese es un principio general, en la próxima entrada lo veremos con un poco más de detalle y subiré el primer video (continuará).