Sistemas de control, lazo cerrado y lazo abierto.

SISTEMAS DE CONTROL EN LOS MOTORES A GASOLINA CON GESTIÓN ELECTRÓNICA

el control juega un papel abrumadoramente importante manteniendo un balance aceptable entre potencia, economía de combustible, control de emisiones y manejabilidad. El sistema de inyección de combustible moderno, respondiendo a señales de entrada conmensuradas y entregando la cantidad de combustible apropiada para las condiciones dadas, ofrece un control sin paralelo.

1.- SISTEMAS DE CONTROL DE LAZO ABIERTO
Los sistemas de control básico de la inyección de combustible son los de una vía ó controles de “lazo abierto”. Estos toman la información acerca de las condiciones de operación que reciben de varios sensores y entonces usan esa información para determinar –sea por medios mecánicos o usando medios electrónicos programados- exactamente cuánto combustible debe dispensarse para alcanzar la mezcla deseada aire-combustible. La precisión en la medición del combustible y la mezcla resultante dependen enteramente de qué tan bien el sistema –de cualquier tipo que sea- puede predecir las necesidades del motor basado en su “conocimiento” de las condiciones de operación.

Un enorme avance en los sistemas de control de la inyección de combustible ha sido el advenimiento de los controles de “lazo cerrado” –sistemas que no solo tratan de predecir las necesidades del motor basándose en las condiciones de operación, sino que además miden los resultados de su cálculo del combustible, usando esa información como un dato de entrada para alcanzar un control aún más preciso.

2.- SISTEMAS DE CONTROL DE LAZO CERRADO

En un sistema de lazo cerrado ó de retroalimentación, la información acerca de cualquier cosa que esté siendo controlada es continuamente retro-alimentada al sistema como un dato de entrada. La operación de un termostato en un sistema de calefacción automático es un ejemplo de control de lazo cerrado. Conforme baja la temperatura, el termostato siente el descenso y le indica al horno que añada calor. Tan pronto como la temperatura sube más allá de lo previsto, el termostato siente el resultado de su propia acción de control –el calor producido por el horno- y le indica a éste que corte el calor.

Un sistema de lazo abierto puede, por ejemplo, sentir la baja de temperatura y simplemente encender el calor por un predeterminado lapso de tiempo; sin embargo el control de lazo cerrado es automático, la temperatura permanece relativamente constante, y el consumo de energía probablemente se reduce. De todas maneras, el resultado es un control mejor y más preciso.

Sensor Lambda

el convertidor catalítico de tres vías hace el mejor trabajo cuando la relación aire-combustible es cercana a la estequiométrica, cuando lambda (el factor de exceso de aire) está dentro de un rango muy estrecho alrededor de  = 1. Los sistemas de inyección de combustible, a pesar de ser muy buenos para controlar la relación aire-combustible, no pueden mantener la mezcla dentro del rango requerido. La precisión necesaria requiere de la retroalimentación adicional de la que disponen los sistemas de control con lazo cerrado.

La fuente de esta retroalimentación es el sensor lambda (también llamado sensor de gas de escape, ó sensor de oxígeno), instalado en el sistema de escape. El sensor genera una señal de bajo voltaje; la fuerza de la señal está basada en la cantidad de oxígeno no utilizado remanente en la corriente de gases de escape ésta es una medida indirecta de la relación aire-combustible. La señal del sensor lambda proporciona retroalimentación a la ECU de la inyección de combustible, indicando con resultados reales si la relación aire-combustible necesita ser corregida. El sistema puede entonces ajustar el suministro de combustible para que  = 1, y el escape sea lo más limpio posible.

Debido a las regulaciones para las emisiones de escape cada vez más estrictas y la necesidad de catalizadores de tres vías, usted encontrará un sensor lambda en virtualmente todos los autos hechos a partir de 1981.

Mas acerca de la función del  sensor Lambda

Usted puede ver que el sistema de lazo cerrado con sensor lambda proporciona un control automático de la relación aire-combustible, ajustando continuamente la cantidad de combustible inyectado en respuesta a la cantidad de oxígeno en el escape. El sistema de sensor lambda puede también ajustar el suministro de combustible para compensar por las condiciones cambiantes del motor a través del tiempo.

Si el desgaste general del motor ó una válvula con fugas causa un cambio en la combustión, el sistema de retroalimentación puede compensarlo dentro de ciertos límites y proporcionar todavía la mejor mezcla posible de aire-combustible. Esto ha sido descrito como el equivalente de tener un técnico bien entrenado viajando bajo la cubierta del motor, ajustando continuamente la mezcla para la mejor operación bajo las condiciones actuales.

La capacidad de ajustar finamente la cantidad de combustible para equilibrar condiciones es lo que hace tan importante al control lambda, pero el control de lazo cerrado está limitado a pequeños ajustes dentro de su rango de operación. Esto es frecuentemente llamado ajuste fino; una de las verificaciones del ajuste apropiado del control de mezcla es una producción consistente de CO –invariable, sea que el sensor lambda esté trabajando en lazo cerrado ó sea que su circuito esté desconectado y funcionando en lazo abierto. Esto significa que el ajuste de la mezcla básica es correcto y el sensor lambda está funcionando en el centro de su rango de operación, conservando el máximo margen de corrección posible.

 

Si quieres saber mas

Control de Lazo Cerrado Lambda.El sensor lambda y la unidad de control forman un sistema de lazo cerrado que ajusta continuamente la relación aire-combustible por medio del tiempo de pulso de los inyectores de combustible. Por ejemplo, el sensor genera un alto voltaje porque la mezcla está rica, así que la unidad de control reduce el tiempo de pulso para empobrecer la mezcla. El voltaje del sensor cae, así que la unidad de control aumenta el tiempo de pulso para enriquecer la mezcla. El voltaje del sensor aumenta, etc...

El voltaje del sensor lambda está fluctuando siempre como se muestra en la Fig. así que es difícil mantener el punto exacto en el cual la relación aire-combustible es ideal. En lugar de esto, la relación tiende a oscilar a cualquiera de los dos lados de la relación ideal, pero la oscilación es tan pequeña (aproximadamente un cambio del 0.1 % en la relación aire-combustible) que no tiene efecto en el desempeño del motor. La velocidad de oscilación está relacionada con la cantidad de gases de escape que pasan por el sensor. En ralentí, el ciclo de pobre a rica y viceversa puede tomar de 1 a 2 segundos. A velocidad de crucero, el ciclo puede suceder varias veces en un segundo.

Este sistema de lazo cerrado puede compensar hasta cierto grado los cambios en el motor debidos al tiempo. Por ejemplo, si una válvula tiene una pequeña fuga, ó si hay una fuga en el aire de admisión, el sensor lambda registra el cambio en la combustión y trae al sistema de regreso a sus límites de diseño. Esto ha sido descrito como el equivalente a tener un técnico bien entrenado bajo la cubierta del motor, ajustando continuamente la mezcla para la mejor operación bajo cualquier  condición. Sin embargo, los cambios fuera del alcance del sistema, pueden acarrear problemas de manejabilidad.

Cuando el sensor de oxígeno está frío y no está generando una señal de voltaje, la unidad de control está programada para trabajar en lazo abierto con un régimen de inyección programado. Lo mismo sucede si usted desconecta o corta el cable del sensor lambda, ó si el sensor está sucio por el uso de gasolina con plomo. Esto se vuelve importante cuando usted está tratando de hacer ajustes con lazo cerrado en ralentí, pero el sensor se enfría porque no está pasando por él suficiente cantidad de gases de escape. Muchos procedimientos de servicio dependen de la operación con lazo cerrado, así que recuerde que el sensor tiene que estar lo suficientemente caliente.

            Como usted verá en los capítulos de servicio, el sistema de control lambda está ajustado apropiadamente cuando la producción del motor de CO es la misma sea que el sistema esté en lazo cerrado ó en lazo abierto. Este ajuste le permite al sistema tener su gama completa de compensación para las diferentes condiciones de operación.

            Los sistemas L-Jetronic han sido usados desde 1974. Los motores se adaptan fácilmente a ellos. En 1980,  cuando se ordenaron límites de emisiones más estrechos en Estados Unidos, virtualmente todos los autos europeos importados que habían usado carburadores en 1979 fueron cambiados a L-Jetronic. Aquellos que no, fueron cambiados a K-Jetronic.

Ver también:

- sensor lambda