Sistema FSI: Inyección Directa de Gasolina
El sistema FSI es una tecnología avanzada de inyección directa de gasolina que responde a la necesidad de mejorar las prestaciones de los motores sin comprometer el consumo ni las emisiones contaminantes. Este sistema permite inyectar el combustible directamente en la cámara de combustión, en lugar de hacerlo en el colector de admisión. Se aprovechan las turbulencias internas generadas en el cilindro para lograr una mejor mezcla aire-combustible y una combustión más eficiente.
Beneficios Clave del Sistema FSI
- Reducción del consumo de combustible hasta un 15 %.
- Notable disminución de las emisiones de CO₂.
- Mayor relación de compresión gracias al efecto refrigerante del combustible vaporizado, lo que mejora tanto el rendimiento como la resistencia al picado del motor.
Circuitos de Presión del Combustible
El sistema FSI opera con dos circuitos principales:
- Uno de baja presión, que oscila entre 1,5 y 6 bares y se encarga de alimentar la bomba de alta presión.
- Y uno de alta presión, que opera entre 40 y 110 bares e inyecta el combustible directamente en los cilindros.
La unidad de gestión del motor (ECU) calcula constantemente la presión teórica necesaria en función de la carga y del régimen del motor. La diferencia entre el valor teórico y el real, registrado por sensores específicos, determina la señal de regulación enviada a la electrobomba mediante una señal PWM (Pulse Width Modulation), ajustando su voltaje para mantener la presión óptima. La bomba de alta presión, accionada mecánicamente por el árbol de levas de admisión, está regulada por una electroválvula dosificadora que adapta el caudal en tiempo real.
Componentes Clave del Sistema FSI
Un distribuidor de combustible, fijado a la culata, mantiene estable la presión al alimentar directamente a los electroinyectores. Los electroinyectores pulverizan el combustible en un tiempo muy reducido y con gran precisión, logrando una mezcla exacta en zonas específicas de la cámara de combustión. Se utilizan tensiones de activación elevadas (hasta 65V), que se reducen a 15V para mantener la válvula abierta durante la inyección.
Modos de Inyección
Existen tres modos de inyección principales:
- En el modo básico, el combustible se inyecta durante la fase de admisión para una mezcla homogénea.
- En el modo de precalentamiento del catalizador, se inyectan dos fases para elevar la temperatura de los gases de escape y activar rápidamente el catalizador.
- Y en el modo de plena carga, también se emplea doble inyección para mejorar la homogeneización y evitar la condensación.
La unidad de la bomba de combustible, además de ajustar el caudal entre 0,6 y 55 litros por hora, realiza funciones de gestión del consumo eléctrico y comunica datos al cuadro de instrumentos. En caso de fallo, la presión cae y el motor se detiene. Por otro lado, el dosificador de combustible, una electroválvula normalmente abierta, regula con gran precisión la cantidad de combustible que accede a la cámara de alta presión de la bomba. Esta válvula se controla con una señal de frecuencia proporcional al régimen del motor, ya que la bomba es mecánicamente impulsada.
Sensores del Sistema FSI
Los sensores de presión de combustible, tanto para baja como para alta presión, son del tipo piezoeléctrico activo y envían señales proporcionales al valor de presión que detectan. Su señal es utilizada por la ECU para ajustar tanto la presión del sistema como la señal de mando al dosificador. En caso de fallo de alguno de estos sensores, el sistema entra en modo de emergencia, desactivando ciertas estrategias como el corte en deceleración o limitando el arranque y la potencia del motor.
Sistema de Admisión de Aire
Además, el sistema incluye un complejo sistema de admisión de aire, en el que destaca la pletina tumble, ubicada en la culata, que divide el conducto de admisión en dos. Esta pletina, junto con un rebaje específico en la cabeza del pistón, favorece una turbulencia rodante que intensifica la mezcla en la zona de la bujía, optimizando la combustión sobre todo en cargas bajas y medias. La posición de las mariposas que dirigen el aire está controlada por la unidad de mando, que adapta el flujo según las condiciones del motor.
Admisión Variable y Guiada
El sistema de admisión variable ajusta el recorrido del colector de admisión (largo o corto) mediante una electroválvula neumática y un servomotor, en función del régimen del motor. A bajas y medias revoluciones se utiliza el recorrido largo para mejorar el par, mientras que a altas revoluciones se activa el recorrido corto para maximizar la potencia. La gestión depende únicamente de las revoluciones del motor.
Finalmente, el sistema de admisión guiada de aire controla el paso de aire en los dos canales de admisión mediante mariposas gobernadas por un servomotor con sensor de posición. Este sistema mejora la turbulencia del aire en bajas cargas y, al combinarse con la recirculación de gases de escape, permite una combustión más limpia y completa. El control se realiza en función de la carga y del régimen del motor, y la posición de las mariposas influye directamente en la inyección, el encendido y la cantidad de gases recirculados. Así, en ralentí y hasta medias cargas, las mariposas permanecen cerradas, abriéndose progresivamente para permitir un mayor paso de aire según sea necesario.
Gestión Electrónica Motronic ME
El sistema Motronic ME es una sofisticada gestión electrónica del motor que sustituye el clásico acelerador mecánico por un acelerador electrónico, permitiendo un control completamente automatizado del caudal de aire, mediante la unidad de control del motor (ECU). Este sistema actúa regulando el par motor en función de múltiples variables internas y externas, con el objetivo de optimizar el rendimiento y minimizar las emisiones contaminantes.
Funcionamiento del Acelerador Electrónico
El conductor deja de actuar directamente sobre la mariposa, ya que esta es controlada eléctricamente, lo cual permite que el sistema intervenga activamente en múltiples funciones como:
- La regulación del ralentí.
- La limitación de régimen máximo.
- El control de tracción (ASR).
- La regulación del par de inercia (MSR), entre otros.
Cuando el pedal del acelerador está en reposo, la ECU detecta esta condición mediante señales de los sensores del pedal y activa la estrategia de ralentí, ajustando milimétricamente la apertura de la mariposa para mantener el régimen óptimo. Cuando el pedal es accionado, se analiza la magnitud del desplazamiento y, en consecuencia, se regula la apertura de la mariposa considerando no solo la petición del conductor, sino también otras demandas como la limitación del régimen, el programador de velocidad o el control del patinaje. De este modo, el sistema puede variar la posición de la mariposa incluso sin que el conductor modifique el pedal, logrando un control dinámico y adaptable del motor.
Sensores del Sistema Motronic ME
El sistema emplea una red de sensores vitales para su funcionamiento:
- El sensor de régimen y posición (Hall) informa de las revoluciones y el ángulo del cigüeñal, permitiendo la detección de fallos de combustión.
- El sensor de fase (Hall) permite identificar qué cilindro se encuentra en compresión, esencial para la sincronización del encendido e inyección.
- El sensor de posición del acelerador, un potenciómetro doble, convierte el movimiento del pedal en señales eléctricas lineales.
- El sensor de posición de la mariposa, integrado en el actuador, determina la apertura real.
- El sensor de presión y temperatura en el colector de admisión (piezorresistivo y NTC) evalúa la masa de aire aspirada y permite detectar fallos del sistema de admisión.
- El sensor de temperatura del motor (NTC) informa de la temperatura del refrigerante para ajustar múltiples parámetros de funcionamiento.
- El sensor de picado (piezoeléctrico) detecta detonaciones y permite una regulación del avance de encendido selectiva por cilindros.
- El sensor de freno accionado, mediante contactores NA y NC, permite desactivar funciones como el programador de velocidad y actúa como respaldo ante fallos del pedal.
Toda esta información es procesada por la ECU, que integra dos ordenadores: uno de funciones y otro de vigilancia. El primero recibe señales, las interpreta y acciona los distintos actuadores, mientras que el segundo supervisa constantemente al primero, asegurando su correcto funcionamiento mediante un sistema de preguntas-respuestas. En caso de error repetido o respuesta no reconocida, se puede parar el motor preventivamente, lo que garantiza altos niveles de seguridad operativa.
Control de la Mariposa y Estrategias de Inyección
El mando de la mariposa consta de un motor de corriente continua con engranajes reductores que permiten abrir o cerrar la válvula con precisión según la señal de control. Esta válvula presenta varios topes programados:
- Un mecánico inferior usado para el ajuste básico.
- Uno eléctrico inferior (el mínimo durante la marcha).
- Uno eléctrico superior (máxima apertura durante la conducción).
- Y un mecánico superior sin influencia funcional.
Además, existe una posición de emergencia, activada por resorte ante fallo eléctrico, que permite circular a ralentí acelerado. El sistema también gestiona el testigo EPC (Electronic Power Control), que alerta sobre fallos en componentes críticos del sistema de aceleración electrónica como el actuador de mariposa, potenciómetros o sensores de presión. Este se ilumina tras el arranque y ante cualquier condición de funcionamiento anómala.
Estrategias de Inyección y Ralentí
La inyección de combustible se regula mediante dos estrategias: una basada en el par motor calculado, y otra en la presión del colector. Esto permite anticiparse a los movimientos del pedal, mejorar la respuesta del motor y reducir emisiones. Se aplican correcciones adicionales según la temperatura del aire, del refrigerante o del catalizador, protegiendo sus componentes críticos mediante el enriquecimiento de la mezcla si es necesario. El sistema también controla el ralentí de forma autoadaptativa ajustando la mariposa según parámetros como la temperatura del motor, el alternador, la dirección asistida, el aire acondicionado o la señal de velocidad.
Funciones Avanzadas del Motronic ME
En conducción, se desactiva la adaptación para mantener la estabilidad. Además, la ECU aplica estrategias como la limitación del régimen máximo cerrando la mariposa y retrasando el encendido o cortando la inyección de forma aleatoria, lo que evita daños por sobre-regímenes y mejora el control térmico.
Arranque Rápido y Regulación de Picado
Durante el arranque rápido, el sistema sincroniza la inyección con base en las señales del sensor de régimen y del sensor de fase, identificando la posición de los cilindros en menos de 90° de giro del cigüeñal. También gestiona la regulación de picado selectiva por cilindros, retrasando el encendido del cilindro afectado en pasos de 0,5° a 2° hasta eliminar la detonación, con un máximo de 15°. Una vez estabilizado, el encendido se adelanta progresivamente hasta el valor óptimo. En ausencia de señal, se aplica un retraso fijo de 15° en todos los cilindros, reduciendo potencia para proteger el motor.
Conclusión: Integración y Beneficios del Motronic ME
En conjunto, el sistema Motronic ME representa una integración avanzada de hardware y software para la gestión de motores de gasolina. Sustituye el control mecánico por una red de sensores, actuadores y procesadores interconectados, logrando una gestión precisa, adaptable y segura del motor, que no solo mejora la eficiencia y la respuesta dinámica del vehículo, sino que también garantiza el cumplimiento normativo en emisiones y optimiza la durabilidad del sistema. Esta arquitectura hace posible una conducción suave, reactiva y más respetuosa con el medio ambiente, elevando los estándares del control electrónico en automoción.