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FUEL TRIM Nuñez Marin Maximiliano [email protected] p.mx BUAP Garc

ia Carrasco Miguel Angel [email protected]. mx BUAP

López Muñoz Oswaldo [email protected] BUAP

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Facultad de ciencias de la Electrónica Ingeniería en Sistemas Automotrices Prof. Fidel Mitre López Primavera 2020

Resumen-. El compensador de combustible o fuel trim es un ajuste controlado por el PCM para lograr la máxima eficiencia posible durante la operación de los inyectores, comprender su funcionamiento ayuda a visualizar su importancia en el aprovechamiento de combustible y su impacto en la búsqueda de la reducción de gases contaminantes emitidos por el vehículo. Los ajustes estarán en función de la condición de manejo y depende directamente de la cantidad de aire que fluye hacia el motor, este parámetro depende exclusivamente del conductor, el resto lo hará el PCM. Palabras clave-fuel trim, ajuste, compensador, lambda, O2, emisiones.

López Sacramento José Antonio [email protected] BUAP

inyectores,

mezcla,

I. INTRODUCCION Actualmente todos los vehículos que salen a la venta cuentan con un sistema de inyección de combustible, éste es el sustituto del sistema de carburador. Existe gran variedad de sistemas de inyección de combustible como la inyección directa GDI, los sistemas TSI, TFSI, entre otros. La mayoría actualmente basan su funcionamiento en el uso de inyectores y en que el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión, si bien existen variantes como las que emplean turbocompresores el principio es el mismo y usualmente sólo cambia la nomenclatura según la marca de que se trate. Una vez aclarado esto y siendo conscientes de los sistemas que existen y se usan en la actualidad podemos enfocarnos al objetivo detener una diversidad de sistemas de inyección y su funcionamiento de forma más específica. El objetivo de los sistemas actuales de inyección es ayudar a reducir al máximo los niveles de contaminación que emiten los vehículos con motores de combustión interna y la única forma de lograr éste objetivo es maximizando la eficiencia de la mayor cantidad de sistemas involucrados, así pues para lograr este fin es necesario contar con un margen amplio que

nos permita trabajar en función de los requerimientos instantáneos, es decir contar con un sistema que permita correcciones o compensaciones de los parámetros que controla que estén en función de la situación en que a éste se le exige responder. Es en respuesta a todo esto que existe el Fuel Trim o ajuste de combustible. II. MARCO TEORICO ¿Qué es el Fuel Trim? La cantidad de combustible requerida para operar un motor correctamente depende de la cantidad de aire que fluye hacia las cámaras de combustión. Dado que el conductor controla el flujo de aire (carga) con el pedal de acelerador, el módulo de control de tren motriz (PCM) sólo puede controlar el combustible. La computadora usa sensores para medir o calcular el flujo de aire, coteja con un mapa de relación aire-combustible en su memoria permanente y entonces escoge el ancho de pulso correcto de inyector para que este coincida con el flujo de aire. El pulso de inyector preprogramado proveerá exactamente un gramo de combustible por cada gramo de aire (una relación aire-combustible estequiométrica), pero el PCM casi siempre ajusta el ancho de pulso del inyector para proveer más o menos combustible del especificado en el mapa. Este ajuste es el que se conoce como “fuel trim”.

proporción rica de aire-combustible y menor que 1.0 es un comando para una mezcla pobre. En condiciones de estado estable, este comando aumenta y disminuye constantemente para alternar entre una mezcla rica y pobre para una operación adecuada del catalizador. Muchas herramientas de escaneo mostrarán y graficarán este número en Global OBD-II. Ilustración 1.Diagrama que muestra cómo opera el fuel trim.

Hay dos tipos de fuel trim o ajuste de combustible, longterm y short-term, o sea ajustes a largo y corto plazo respectivamente, además de que los números correspondientes a estos ajustes se muestran en el escáner como un porcentaje de combustible agregado o restado de la cantidad de combustible preprogramada. Volkswagen llama al fuel trim “adaptación de sensor de oxígeno” mientras que Ford por su parte clasifica al fuel trim como “un monitor continuo” que opera cuando el sistema de control de combustible se encuentra operando en lazo cerrado. Esto nos muestra que el fuel trim es un cálculo continuo basado en la información que reporta el sensor de oxígeno. Un extra de oxígeno en el sistema de escape indica una relación de mezcla aire-combustible pobre, entonces el PCM aumenta el ancho de pulso del inyector para agregar más combustible (positive fuel trim). Por el contrario, muy poco oxígeno en el sistema de escape indica una mezcla rica causando así que el PCM reduzca el ancho de pulso del inyector (negative fuel trim).

Short Term Fuel Trim (STFT) Durante la operación normal en lazo cerrado, el PCM emplea los cálculos para los ajustes de combustible a corto plazo (STFT) para constantemente controlar la relación de aire-combustible ligeramente rica y luego ligeramente pobre. Esto es necesario para que el convertidor catalítico cumpla con su trabajo correctamente y el promedio de los cambios ricos-pobres estará dentro o cerca de la mitad del rango de señal del sensor de oxígeno. Esta información se mostrará en las gráficas de relación de equivalencia, sensor de oxígeno y STFT en un escáner.

La fórmula para el cálculo de fuel trim es:

Masa de combustible=

Masa de aire∗(STFT∗LTFT ) Relación de equivalencia∗14.64 Ilustración 3. Tabla que muestra los datos correspondientes a STFT y LTFT bajo 4 circunstancias de operación diferentes.

Long Term Fuel Trim (LTFT)

Ilustración 2. Esquema que presenta gráficamente cómo se realiza la compensación de combustible.

Relación de equivalencia Esta es la relación aire-combustible deseada, un comando emitido por el PCM. Mayor que 1.0 es el comando para una

A medida que el motor envejece y los cilindros ya no se sellan de manera uniforme, la compensación de combustible a corto plazo puede tener una tendencia alta o baja la mayor parte del tiempo. El PCM tiene la capacidad de aprender esta tendencia y almacenarla en la memoria, y usará ese número en el cálculo del ajuste de combustible para compensar los cambios que causan la tendencia. Esa es la compensación de combustible a largo plazo (LTFT). Dado que el ajuste de combustible es un cálculo continuo, mantener un factor constante durante el cálculo hace posible que STFT vuelva a su rango normal, lo que permite una reacción más rápida y precisa a cambios más grandes en las condiciones de operación, como la aceleración.

En general, el LTFT tarda entre cinco y 20 segundos en cambiar y dado que se almacena en la memoria cuando se apaga el motor ese mismo valor LTFT se usa la próxima vez que el sistema entra en operación de lazo cerrado. Estas tres variables en el cálculo del combustible (STFT, LTFT y relación de equivalencia) son generadas por el PCM. La única otra variable, la masa de aire, se mide con un sensor. En resumen

     

Push button Display Motor CC Cristal de Cuarzo Integrado puente H Capacitores cerámicos. o 0.1uF

Tabla de cantidades

Para comprender cómo las variables influyen en el ajuste de combustible, considere esto: cuando el sistema está en lazo abierto no hay ajuste de combustible porque el PCM mantiene las tres variables controladas en 1.0. La única variable que afecta el requerimiento de combustible es el flujo de aire, y el cálculo se ve así:

Masa de combustible=

Masa de aire∗(1.0∗1.0) 1.0∗14.64

Algunas personas piensan en LTFT como un ajuste grueso y STFT como un ajuste fino. Una definición más técnica sería aditivo y multiplicativo. Los cálculos aditivos de compensación de combustible (STFT) no cambiarán mucho con la velocidad o carga del motor. Por ejemplo, una fuga de vacío produciría un cálculo aditivo porque los efectos de esa fuga aumentan muy poco con el aumento de la velocidad del motor. Los cálculos de compensación de combustible multiplicativos (LTFT) son mayores a medida que aumenta la velocidad del motor o la carga porque, por ejemplo, el efecto de un inyector parcialmente obstruido aumenta a medida que aumenta la velocidad y la carga.

Material Resistencias Diodos PIC Display Motor Cristal de cuarzo Puente H Capacitores

Especificación 330 ohm 1k ohm 1n4001 16f84a LCD 16x2 12v-CC 4 MHz

Cantidad 3 1 4 1 1 1 1

L293D 0.1uF

1 2

Metodología. Para este caso tomaremos un motor de DC para emular el movimiento o funcionamiento de la válvula IAC. Se nos puso un reto y era el no utilizar servo motor para la realización de esta práctica y usáramos un motor de corriente continua. Con esto en mente para generar el cambio en el sentido de giro del motor de corriente continua proponemos el uso de un arreglo puente H para poder lograrlo. Para esto utilizaremos un PIC que funcionara como unidad de control para las acciones del motor, para controlar el giro del mismo y así de esta forma simular la salida y entrada del vástago de la válvula IAC.

Ilustración 4. Gráfica que muestra STFT y LTFT vs RPM, en naranja se aprecia el STFT y en azul el LTFT, finalmente en gris las RPM, nótese que el fuel trim va de -25% a 25%.

III. MATERIALES Y METODOS Materiales   

Proponemos el siguiente código realizado en MicroCode Studio: TRISA=%00000111 TRISB=%00000000 PORTB=0 INICIO:

Resistencias. o 330 ohm. o 10k ohm Diodos rectificadores. o 1n4001 PIC 16F84a

DEFINE LCD_DREG PORTB DEFINE LCD_DBIT 0 DEFINE LCD_RSREG PORTB DEFINE LCD_RSBIT 4 DEFINE LCD_EREG PORTB

DEFINE LCD_EBIT 5 LCDOUT $Fe, 1, " EQUIPO 2" lcdout $fe, $c0, "Practica 3" PAUSE 800 LCDOUT $fe,1 lcdout "Ing Sist Autom" LCDOUT $fe,$c0, "Interfaces y Red" PRE0: IF PORTA.2=1 THEN STOP1 GOTO PRE1 STOP1: PORTA.3 = 1 PORTA.4 = 1 PAUSE 50 GOTO PRE0 PRE1: IF PORTA.0=1 THEN DERECHA GOTO PRE2

Ilustración 5 Propuesta de circuito

Con el circuito terminado procederemos a correr la simulación. IV.

RESULTADOS

Capturas de la simulación

DERECHA: PORTA.3 = 1 PORTA.4 = 0 GOTO PRE0 PRE2: IF PORTA.1 = 1 THEN IZQUIERDA GOTO PRE0 IZQUIERDA: PORTA.3 = 0 PORTA.4 = 1 GOTO PRE0 Definimos puertos de entradas, de los cuales se recibirá un pulso del push para poder activar un sentido de giro, otro para el otro sentido y finalmente un tercer botón para hacer el paro total.

Ilustración 6 Motor parado

Las entradas analógicas regidas por los pulsos del push, entran al PIC y este las procesa para finalmente enviar 2 salidas, una para cada sentido de giro, que van conevtadas a nuestro integrado de puente H L293D. El diagrama eléctrico nos queda de la siguiente forma:

Ilustración 7 Giro a la izquierda

considerable en el consumo de combustible, por ejemplo y es evidente que el intento de compensar no ayudará en lo absoluto precisamente porque se trata de una falla de un componente vital.

Ilustración 8 Giro a la derecha

Ilustración 9 Paro total

V.

CONCLUSIÓN

Gracias al desarrollo de esta práctica podemos concluir que es de suma importancia el correcto funcionamiento de todos los componentes implicados en el sistema de admisión de aire, así como el de inyección de combustible, cabe resaltar la complejidad del funcionamiento del sistema que controla el funcionamiento óptimo de los inyectores de combustible. Si bien el PCM con ayuda del fuel trim hará todo lo posible por compensar cualquier desperfecto que altere el logro de la relación estequiométrica el vehículo estará haciendo un esfuerzo por compensar situaciones para las cuales no está diseñado su funcionamiento. Un ejemplo sería el caso de un inyector tapado, el PCM buscando compensar la mezcla pobre ampliará el ancho de pulso de los inyectores y esto sólo provocará un aumento

Al momento de diagnosticar un vehículo con el “check engine” encendido y teniendo idea de que la falla está en el sistema de inyección de combustible o escape el monitoreo por escáner del fuel trim nos puede ayudar a dar con la falla de forma más sencilla ya que nos mostrará cómo se comportan los valores que describen el funcionamiento de los inyectores, de aquí que el PCM al sobrepasar los límites de porcentaje establecidos en el fuel trim activa la luz del testigo “check engine” y esto sólo ayudaría a confirmar una falla en los sistemas mencionados anteriormente, usualmente las fallas suelen tener origen en un sensor de oxígeno averiado, un inyector averiado o tapado, un corto en la señal del PCM al mismo inyector etc. Finalmente al comprender el funcionamiento e importancia del fuel trim e implementar un circuito que nos permita emular ésta función podemos asociar de forma más integral el funcionamiento en conjunto de elementos estudiados anteriormente y que se ven involucrados en el óptimo funcionamiento del vehículo como es el cuerpo de aceleración, el sensor de flujo de masa de aire (MAF), el sensor de posición de acelerador (TPS), el sensor de oxígeno O2, la misma válvula IAC, el procesamiento de señales que realiza el PCM o ECU como es el proceso de conversión de las señales analógicas provenientes de los sensores a digitales para hacer funcionar actuadores como lo son los inyectores o el cuerpo de aceleración. Una vez comprendido el principio de funcionamiento y modo de operación es posible replicar por nuestra cuenta, de forma efectiva, algunos de los sistemas mencionados anteriormente.

VI. REFERENCES [1]

[2] [3]

Automotive Electrics and Automotive Electronics. Systems and Components. 5th Edition BOSCH https://www.autoserviceprofessional.com/article/94982/Fuel-trimHow-it-works-and-how-to-make-it-work-for-you?Page=1 https://www.obd-codes.com/faq/fuel-trims.php