Medir la mezcla aire-combustible con una sonda de banda ancha y el CUMPAN
La mezcla aire-combustible – expresada como valor lambda o AFR – puede medirse y visualizarse en el motor. Para ello se necesitan tres componentes: una sonda de banda ancha, un controlador lambda y un indicador. El CUMPAN Cockpit Assistant muestra de forma combinada gran cantidad de valores y puede servir además como indicador de los valores lambda o AFR.
Fundamentos
La mezcla aire-combustible es decisiva para todo motor de combustión – para un funcionamiento sano y suave, para un desarrollo óptimo de la potencia y, no en último lugar, para las emisiones de escape.
La combustión completa de un combustible requiere una cantidad mínima de oxígeno. Se habla de combustión estequiométrica (completa) cuando todas las moléculas de combustible reaccionan por completo con el oxígeno del aire, sin que falte oxígeno ni quede combustible sin quemar. En la práctica, la cantidad de aire aportada suele desviarse de la necesidad estequiométrica. La magnitud que caracteriza esta desviación es la relación de aire lambda (λ).
Lambda = cantidad de aire / cantidad de aire estequiométrica → λ = L / Lest.
En el ámbito anglosajón es habitual la indicación como AFR (Air-Fuel Ratio). Como su nombre indica, se define por la relación entre la cantidad de aire y de combustible. Para los combustibles de gasolina, la mezcla estequiométrica (λ = 1) se sitúa en 14,7 : 1 – 1 kg de combustible necesita exactamente 14,7 kg de aire para una combustión completa. La relación es: λ = AFR / AFResteq. (ejemplo: en la mezcla estequiométrica AFR = 14,7, es decir λ = 14,7 / 14,7 = 1).
Como la composición de los combustibles habituales varía y muchos vehículos modernos admiten distintos combustibles, resulta más adecuado hablar de valores λ en lugar de AFR.
Una relación de aire λ > 1 corresponde a una mezcla pobre, y λ < 1 a una mezcla rica. En los combustibles de gasolina, una mezcla inflamable se encuentra entre 0,7 < λ < 1,3. El punto de trabajo de un catalizador de tres vías es λ = 1, ya que allí los procesos de oxidación y reducción transcurren en paralelo. La potencia máxima de un motor de gasolina atmosférico, en cambio, se alcanza con exceso de combustible, en λ = 0,88.
Sonda de banda ancha
Los fabricantes de vehículos no suelen montar una sonda de banda ancha en los motores de serie. Estos están optimizados para el postratamiento de gases a λ = 1, donde se emplea la sonda de salto, más económica.
Las sondas de banda ancha más conocidas proceden de Bosch y llevan las denominaciones «LSU 4.2», «LSU 4.9», «LSU ADV» y «LSU 5.x». Por lo general no son intercambiables entre sí. La más utilizada es la acreditada «LSU 4.9» – todos los valores indicados a continuación se refieren a esta sonda.
Como su nombre indica, las sondas de banda ancha ofrecen un amplio rango de medición, de λ 0,65 hasta aire puro (λ → ∞), y ello con gran precisión: ± 1 % en λ = 0,8, ± 0,7 % en λ = 1 y ± 5 % en λ = 1,7. Un calentador de sonda integrado lleva rápidamente la sonda a la temperatura de servicio. Su vida útil es de unos 100.000 km.
La sonda de salto (también llamada sonda binaria) funciona según otro principio: su valor salta en λ = 1. Esto resulta muy adecuado para una regulación de gases de escape a λ = 1, pero los valores por encima o por debajo no pueden medirse de forma útil ni servir como magnitud de regulación. Por tanto, con una sonda de salto no se puede regular a la potencia máxima (λ = 0,88).
Controlador lambda
La señal de la sonda de banda ancha debe ser procesada por un circuito de evaluación específico (LSU-IC) y convertida en una forma utilizable (0–5 V). De esta tarea se encarga el controlador lambda.
En el mercado existe una gran variedad de dispositivos. En principio, puede utilizarse cualquier controlador con característica lineal y salida analógica 0–5 V. Para ello, el CUMPAN ofrece una calibración de dos puntos según la hoja de datos del fabricante del controlador correspondiente. Han dado buen resultado, por ejemplo, los dispositivos de «ProSport» y «14Point7».
Como conjunto completo y coordinado ofrecemos en la tienda el set de controlador lambda y AFR Spartan 3 con Bosch LSU 4.9: un 14Point7 Spartan 3 Lite v2 calibrado de fábrica, la acreditada sonda de banda ancha Bosch LSU 4.9 y el manguito de soldadura de acero inoxidable adecuado. El controlador entrega su señal a través de una salida analógica lineal 0–5 V y puede conectarse así directamente al CUMPAN – no es necesaria una calibración al aire libre de la sonda.
Una solución especialmente versátil para algunos modelos KTM es el «Fuel Guard» del fabricante «MCE Performance»:
«El MCE Fuel Guard es una ampliación de nuestras reprogramaciones de ECU para las motocicletas KTM/Husqvarna/GasGas. El Fuel Guard se compone de una sonda de banda ancha Bosch LSU 4.9 y de la unidad de control que, combinada con nuestra reprogramación de ECU, permite crear un "full closed loop" sobre el valor lambda deseado. Esto significa que la centralita ya no calcula la cantidad de inyección únicamente de forma estática a partir de los mapas, sino que, mediante la sonda lambda de banda ancha, alcanza por sí misma el valor lambda deseado. La ECU ajusta la cantidad de combustible de forma permanente y totalmente automática para lograr en todo momento una potencia y una conducción óptimas.»
Además, el Fuel Guard envía la señal lambda al CUMPAN, de modo que los valores lambda – base de la regulación – pueden mostrarse en directo durante la marcha. Así, un fallo o un defecto en el vehículo puede detectarse a tiempo.
Indicador
Para una valoración fiable del funcionamiento del motor – rangos de potencia mal aprovechados, fallos en la preparación de la mezcla – se necesita una indicación del valor lambda. Para ello, instrumentos de indicación externos traducen la señal analógica 0–5 V del controlador lambda al valor lambda correspondiente y lo representan.
El CUMPAN Cockpit Assistant ofrece exactamente esta posibilidad e integra la indicación lambda en una vista general libremente configurable de distintos datos del motor como el régimen, la temperatura de aceite y de refrigerante, la presión de aceite o el indicador de marcha.
La señal se conecta a través de una de las entradas analógicas 0–5 V. En el menú, en [INPUT] / [LAMBDA] [AFR], se define una calibración de dos puntos: 0,0 V como valor inferior y 5,0 V como valor superior. Los valores correspondientes proceden de la hoja de datos del controlador lambda/AFR utilizado; para los controladores más habituales ya vienen preajustados. Los detalles se describen en el manual de usuario del CUMPAN, en la sección LAMBDA/AFR.
Productos en este artículo
152,00 €
Disponible inmediatamente
Agotados
