En el corazón mismo de cualquier motor de combustión interna, ya sea de encendido por chispa de gasolina o de encendido por compresión de motor diésel, se encuentra la combustión eficiente y puntual de una mezcla de aire y combustible dosificada con precisión.
Ahora bien, si bien esto puede parecer bastante sencillo, las variables bajo las cuales opera el motor tienen un impacto significativo en cómo y cuándo se entrega el combustible. Por ejemplo, a medida que aumenta la temperatura ambiente, la densidad del aire disminuye, por lo tanto, para mantener la mezcla estequiométrica requerida para la combustión completa del combustible, la cantidad debe reducirse para mantener la relación volumétrica correcta de aire a combustible. Para un motor de gasolina, esto equivale aproximadamente a 14,7 partes de aire por una parte de gasolina (expresado como Lambda 1 en los sistemas de gestión de motores de circuito cerrado).
De manera similar, con el acelerador a fondo y condiciones de carga alta, el motor requiere más combustible que la mezcla estequiométrica ideal para producir la máxima potencia. En estas condiciones, la mezcla se enriquece hasta aproximadamente 12,5:1.
En consecuencia, como lo ilustran estos ejemplos cotidianos, no siempre es fácil optimizar la mezcla de aire y combustible para las condiciones tan variables en las que opera el motor.
En este artículo exploraremos los diversos sistemas y tecnologías de suministro de combustible de gasolina que Porsche ha utilizado a lo largo del tiempo, no sólo para producir energía sino también para hacerlo de forma económica y respetuosa con el medio ambiente. Seguiremos el desarrollo de estos sistemas desde los carburadores instalados en los primeros Porsche 901/911 en los años 60 hasta la introducción de la inyección electrónica de combustible en los años 70.
Por qué Porsche abandonó el carburador del 911
Para la versión de producción del 901 (más tarde rebautizada como 911), Porsche desarrolló el motor de seis cilindros tipo 821 con carburadores Solex. Estos Solex se adaptaron específicamente para el motor tipo 901/911 como Solex tipo 40PI, con tres montados en un colector de admisión común con un único recipiente de flotador de combustible integral por banco de cilindros.
Aunque 911 Porsche fueron equipados con Solex desde el inicio de su producción en 1964, debido a su corta vida útil y problemas de ajuste asociados, menos de 2000 autos fueron construidos con carburadores Solex y bombas de combustible Pierburg. Los Solex fueron finalmente reemplazados por carburadores Weber 40IDA3C en febrero de 1966.
Sin embargo, aunque los carburadores Weber eran capaces de ofrecer excelentes mezclas de combustible en una amplia gama de condiciones de funcionamiento del motor, todavía estaban limitados por la dinámica de fluidos mecánica/(vacío) del diseño. Así, aunque el "circuito principal" del Weber proporcionaba un control de la mezcla y una potencia comparable a un sistema de inyección, los circuitos intermedios (como el ralentí, el ralentí y el control de la mezcla hasta ¾ de apertura del acelerador) estaban muy por debajo del control. Se proporciona inyección mecánica de combustible (MFI). La otra limitación de la carburación era que, al depender del vacío, la atomización de las gotas de combustible no era tan buena, lo que a menudo daba como resultado "puntos calientes" o "zonas pobres".
Entonces, para cumplir con las estrictas regulaciones sobre emisiones y mejorar el rendimiento del 911, Zuffenhausen recurrió a MFI en su icónico automóvil deportivo con motor trasero, reemplazando los carburadores con sistemas MFI en ciertos modelos en 1972, y el equipamiento estándar se realizó a partir de 1974.
Porsche recurre a la inyección mecánica de combustible
Introducido originalmente en el deportivo 906, el sistema de inyección mecánica de combustible desarrollado por Kugelfischer y posteriormente construido por Bosch se instaló posteriormente en el 911R antes de hacer su debut en la carretera en el Porsche 911S de 2.0 litros.
Construido en una época anterior a los sensores electrónicos, el corazón del sistema era la bomba de combustible que era operada por un árbol de levas con una serie de "sensores" mecánicos que creaban un mapa de suministro de combustible en constante cambio basado en la posición del acelerador, la velocidad del motor y la presión barométrica. .
Para regular la cantidad de combustible para que coincida con la posición del acelerador, una varilla de tracción en el varillaje del acelerador ajustó una 'leva espacial' 3D alojada en la parte inferior de la bomba. El perfil irregular de esta leva se diseñó para coincidir con el mapa de suministro de combustible en cada variante del 911, diferenciándose en los modelos 'E', 'S' y 'RS'.
Además de esto, un gobernador centrífugo, conectado al árbol de levas, ayudaba a regular el flujo general de combustible a través de la bomba para adaptarlo a la velocidad del motor, mientras que una válvula solenoide proporcionaba un enriquecimiento automático del arranque en frío, eliminando la necesidad de un estrangulador manual.
Además de medir con precisión el combustible en una amplia gama de condiciones operativas, el aumento de la presión de inyección de entre 225 y 250 psi (15,5 y 17 bar) aseguró una mayor atomización del combustible. Esto dio como resultado un frente de llama más uniforme durante el encendido, lo que contribuye a una combustión más eficiente.
Porsche reemplazó el MFI con el sistema de inyección continua (CIS) K-Jetronic de Bosch, más respetuoso con las emisiones, a partir de 1973 . Aunque sigue siendo un sistema de inyección mecánica, se diferenciaba del MFI original en que medía la cantidad de aire que entraba al motor para determinar cuánto combustible se debía inyectar en cada uno de los puertos de admisión del motor, entregándolo simultáneamente (continuamente). Aunque la presión de funcionamiento de 80 psi (5,5 bar) era inferior a la del MFI, aún permitía una atomización adecuada.
La naturaleza continua del sistema (inyectar combustible a todos los cilindros simultáneamente) significaba que parte del combustible siempre permanecería en el puerto de admisión hasta que se abriera la válvula de admisión. Si bien esto no parecería ideal, siempre había algo de combustible atomizado en el cilindro, y los motores equipados con K-Jetronic CIS tenían una corona de pistón especial diseñada para generar un efecto de volteo para ayudar a mezclar el aire y el combustible.
El CIS se introdujo en los fabricados entre 1973 y 1983 , en los 924 fabricados entre 1977 y 1985 , en los 928 entre 1977 y 1983 y en los 911 Turbo de 1977 a 1994. Desde el punto de vista del servicio, el sistema era bastante sencillo: sólo había dos ajustes principales: ralentí y mezcla.
Si bien estos sistemas de inyección mecánica fueron un gran avance en el suministro de combustible, no fue hasta que la electrónica entró en escena que se abordaron de manera integral las demandas impuestas al sistema de combustible.
El progreso en la electrónica presagia la primera inyección electrónica de combustible de Porsche
Los primeros sistemas de inyección de combustible por puerto electrónico de Bosch, utilizados por Porsche, dependían de inyectores de combustible activados por solenoides electromagnéticos. Los inyectores recibieron un suministro constante de combustible presurizado, de aproximadamente 29 a 37 psi (2,0 a 2,5 bar), a través de un riel de combustible común para cada banco de cilindros. Un regulador de presión de combustible que restringía la línea de retorno al tanque de combustible mantenía una presión constante. Si bien las capacidades de atomización de combustible de estos primeros sistemas EFI no eran tan buenas como las de sus predecesores mecánicos, lo compensaron con una medición precisa del combustible en una amplia gama de condiciones operativas.
El 914 de cuatro cilindros fue la primera aplicación de Porsche de la inyección electrónica de combustible, aunque Porsche había considerado brevemente el D-Jetronic de Bosch (la “D” significa “druck” – presión en alemán) para su uso en el 911. , sin embargo, demostró ser más adecuado para el motor 911 de altas revoluciones.
Sin embargo, el sistema D-Jetronic era más que adecuado para la naturaleza lineal y de bajas revoluciones del motor Volkswagen Tipo IV instalado en el 914. El motor de cuatro cilindros con inyección de combustible del 914 utilizaba un solo cuerpo del acelerador que alimentaba aire a una entrada central. pleno múltiple, con canales de admisión individuales para cada puerto de admisión; Los inyectores de combustible se montaron entre los rieles de combustible y los puertos de admisión.
Para determinar con precisión cuánto combustible inyectar en el motor en cualquier condición de funcionamiento del motor, la ECU del D-Jet se basó en un modelo de velocidad/densidad para estimar el flujo de aire en el motor. Este cálculo se realizó basándose en entradas analógicas de un sensor de presión del colector de admisión que contiene un elemento expuesto a la atmósfera para compensar las variaciones de altitud y un sensor de posición del acelerador. Un par de puntos de activación en la base del eje del distribuidor de encendido determinaban las rpm del motor, mientras que se usaba un sensor de temperatura del aire de admisión para derivar la densidad del aire. Para el arranque en frío, un sensor de temperatura de la culata determinaba cuándo enriquecer la mezcla.
La cantidad de combustible inyectada en cada cilindro se controlaba variando el tiempo de apertura del inyector. Los anchos de pulso típicos de los inyectores de combustible variaron entre 1,5 y 2,0 milisegundos y más de 20 ms a velocidades y cargas más altas del motor.
La ECU D-Jet que procesaba todas las entradas se describía mejor como una computadora analógica sin capacidades de procesamiento digital. La ECU también carecía del hardware de detección para proporcionar inyección de combustible secuencial, por lo que los inyectores se activaban simultáneamente en pares. Al igual que con la inyección CIS, cualquier combustible inyectado contra una válvula de admisión cerrada permanecería en el puerto hasta que la válvula se abriera para aspirar la carga de aire/combustible.
Aunque D-Jetronic funcionó bastante bien en las aplicaciones 914 de 1.7 y 2.0 litros, el sensor de presión y los contactos del disparador del inyector montado en el distribuidor demostraron ser propensos al desgaste mecánico y a la posterior imprecisión, y las limitaciones de su ECU básica impidieron el uso del sistema en aplicaciones de alto rendimiento como el 911.
Para mejorar el suministro de combustible, el sistema L-Jetronic EFI actualizado de Bosch , instalado en el 914 de 1,8 litros fabricado entre 1974 y 1976, utilizaba un medidor de flujo de aire tipo paleta para medir directamente la cantidad (pero no la masa) de aire que entraba al motor. Ubicado aguas arriba del cuerpo del acelerador, el medidor de flujo de aire utilizaba una paleta con resorte que variaba la resistencia medida por una "pista de limpiaparabrisas" eléctrica para ajustar el ancho de pulso del inyector de combustible para satisfacer las demandas del motor.
La medición directa del flujo de aire ofrecía una medición más precisa de los requisitos del motor que el sistema D-Jet anterior y también compensaba el desgaste del motor u otros cambios en el flujo de aire, como las holguras de válvulas configuradas incorrectamente.
La ECU L-Jet más sofisticada midió las rpm del motor desde el lado primario del circuito de encendido. Otros avances incluyeron un sensor de temperatura del aire de admisión integrado en la carcasa del medidor de flujo de aire y un regulador de aire auxiliar (controlado por un simple interruptor térmico y no por la ECU) que proporcionaba un ralentí rápido después de un arranque en frío.
Después de diez años de mejora continua en la medición y suministro de combustible, Porsche había desarrollado un sistema capaz de suministrar combustible con precisión en casi cualquier condición climática y operativa, pero aún quedaban dos desafíos antes de que EFI apareciera en el 911: mejorar la atomización del combustible y la integración. el sistema que emite la chispa para encender la mezcla de combustible.
En un artículo siguiente, analizaremos el sistema de gestión del motor totalmente electrónico Motronic de Porsche , instalado por primera vez en el 911 en 1984, y la posterior adopción de la inyección directa de combustible.
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