Alpha-N, Speed Density y Mass Flow

En este tema, hablaremos de los Algoritmos o Estrategias utilizadas para el calculo del Combustible suministrado al motor para que este funcione, la evolución de Hardware así como velocidad de procesamiento de datos y Compiladores de Software han permitido que estos algoritmos sean cada vez mas complejos y como ventaja, los vehículo cuenten con sistemas mas adaptables y con mejores prestaciones de servicio tanto al cliente o usuario final como al fabricante de vehiculos…

Un motor de combustión común y corriente para funcionar correctamente, considerando que las partes mecánicas así como la sincronización funcionan correctamente, se necesitan 3 cosas: Combustible, Aire y Chispa…

La forma de Suministrar estos 3 elementos puede variar y evolucionar con el paso del tiempo, sin embargo, es necesario mantener estos 3 elementos para que el motor funcione correctamente…

Los Vehículos con Sistema Electrónico de Inyeccion de Combustible [EFI – Electronic Fuel Injection] no hacen ninguna excepción en los elementos anteriores, solo que el combustible que es suministrado por medio de mecanismos Eléctricos/Electrónicos, debe ser calculado para tratar de mantener la Relación Estequiometria de la mezcla en todo momento…

El Modulo de Control del Motor [ECM – Engine Control Module] procesa información que se suministra por medio de los diversos sensores y envía señales eléctricas que reciben los diversos Actuadores del sistema de Gestión del Motor, todo esto a velocidades increíblemente rápidas, ya que los Relojes de Sincronía pueden llegar a superar los 50 MHz, es decir, que un microcontrolador por ejemplo un MPC565 que comúnmente se utiliza en un ECM BOSCH versión EDC-16 series, puede procesar hasta cincuenta millones (50 000 000) de líneas de instrucciones de Código de programación por segundo…

Por tal motivo, con toda la información recibida el ECM se encuentra constantemente realizando Ajustes en el Cálculo de la entrega de Combustible, así como ajustando también el momento oportuno de encendido de la chispa dentro del cilindro. El ECM regula el tiempo que dura abierto un Inyector de combustible, durante el momento que le toca estarlo. Pero, para obtener este Cálculo, es necesario conocer aspectos físicos como la velocidad del Motor (RPM’s) así como la cantidad de Aire que este ingresando al mismo…

Existen 3 diferentes Estrategias o Algoritmos para Calcular estos Factores de Relación Aire-Combustible, los Módulos de Control pueden utilizar al menos uno de ellos, los cuales pueden ser: Alpha-N, Speed Density y Mass Flow

Alpha-N

Esta estrategia se basa en un programa simple, ya que, utiliza solamente la velocidad del Motor y el Angulo de Apertura del Papalote de Aceleración para calcular la cantidad de combustible que necesita el motor. Este sistema no mide el flujo de aire directamente; en su lugar, se supone que la carga del motor se basa en el Angulo de estrangulación en función a las revoluciones del motor.

Los distintos puntos de CARGA-RPM’s (LOAD-RPM’s) forman la tabla de referencia en la memoria del Módulo de Control, cada punto cuenta con una cantidad de Combustible necesaria la cual fue programada manualmente por el Fabricante.

Los sistemas Alpha-N funcionan mejor en motores con gran rango de apertura del papalote, por ejemplo, los vehículos de competencia, pero son mucho menos precisos que los sistemas más sofisticados debido a su mapa de valores de combustible relativamente Simple…

Por lo general, no cuentan con un modo de Lazo Cerrado (Close-Loop) para la corrección de entrega de combustible, lo que resulta como un alto consumo de combustible cuando existe una apertura parcial del obturador; Esta es una Razón por la cual este sistema no es compatible con Convertidores catalíticos de nueva generación (Tres Vías).

Speed Density

Este Algoritmo es un poco más complejo que el anterior, ya que, utiliza las señales de los sensores de Velocidad del motor en RPM’s (CKP – Crankshaft Position Sensor) y el Sensor Presión en el Múltiple en kPa (MAP – Manifold Absolute Pressure) con esta información la ECM calcula los requerimientos de Flujo de Aire Consultando una tabla de referencia programada (Mas grande en comparación al sistema Alpha-N).

Un Mapa de Miles de valores que equivale a la eficiencia volumétrica (VE) del motor en condiciones Variables de Posición del acelerador y Velocidad del Motor. Es importante tener en cuenta que la densidad del aire cambia con la temperatura, por lo tanto, también se utiliza un sensor que mide este fenómeno termino (IAT – Intake Air Temp).

Los sistemas de inyeccion cargados con el algoritmo Speed Density, también cuentan con un sensor de Oxigeno (Ox) (O2S) montado en un tubo de escape. La computadora analiza la relación de Aire-Combustible medida por el sensor y corrige la entrega de combustible establecido en la tabla de Mapeo. Esto ayuda a compensar desgastes y variables de producción; a este método de compensación o corrección se le llama como sistema de control por lazo cerrado (Close-Loop)

Otro componente comúnmente utilizado en sistemas con este tipo de estrategia de Cálculo es el Motor de Control de Aire en Ralentí, este componente con el paso del tiempo ha recibido varios nombres, por ejemplo:

(ISC – Idle Speed Control) (IAC – Intake Air Control) (By-Pass) y sus variaciones…

Debido a que el algoritmo Speed Density no cuenta con un medidor de flujo de aire del motor, todos los puntos de Mapeo de Combustible deben ser re-programados, porque cualquier cambio significativo en el motor que altere su “VE” obliga por necesidad a re-programar el módulo de control.

Mass Flow

A diferencia de los Algoritmos anteriores, y como su nombre lo indica, este sistema cuenta con un Sensor que se encarga de medir el Aire que ingresa al motor (MAF – Mass Air Flow). Existen diversos tipos de sensores para realizar esta medición (pero no nos dedicaremos a hablar de esto en este artículo) el más común es el diseño de alambre caliente, el cual su funcionamiento se basa en hacer pasar el aire por un hilo caliente, que forma parte de un circuito de medición de corriente eléctrica; al paso del aire, el hilo caliente pierde temperatura, por lo que el circuito integrado eleva la corriente aplicada para mantener la temperatura fija.

La cantidad de Corriente necesaria para calentar el alambre es proporcional a la masa de aire que fluye a través del tubo, enfriando al alambre. Dicha corriente, al pasar por un elemento resistivo, genera un diferencial de potencial, el cual es suministrado al módulo de control del motor para determinar el punto exacto en la tabla de valores de referencia.

El Sensor de Masa de Aire, también incluye un sensor de temperatura que proporciona una corrección para la temperatura del aire de admisión…

A diferencia de las Estrategias anteriores, la tabla de valores de Mapeo es mayor, y se cuenta con mapas condicionales para cada régimen de motor, por ejemplo: Ralentí, Aceleración, Crucero, Desaceleración, Temperatura, etc…

Este metido también cuenta con Sistema control de Inyeccion por corrección en lazo Cerrado.

Debido a su Gran Adaptabilidad, el sistema de Cálculo de inyeccion por medio de medición de flujo de Masa de Aire es la mejor estrategia para realizar esta tarea, e incluso, es bien sabido que algunos fabricantes llegan a mezclar el sistema de Medición de Masa de Aire con el sistema Speed Density, utilizando la tabla de valores más grande, para aumentar su confiabilidad…

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