En este artículo presentamos varias formas de medir y visualizar la relación aire-combustible (lambda o AFR) en el motor. Para ello se necesita una sonda de banda ancha, un regulador Lambda y una unidad de visualización. El CUMPAN Cockpit Assistant también puede utilizarse como dispositivo de visualización para los valores lambda o AFR, además de su capacidad para mostrar un gran número de valores medidos en combinación.
Conceptos básicos
La mezcla aire-combustible es crucial en cualquier motor de combustión para garantizar un funcionamiento correcto y saludable del motor, optimizar la entrega de potencia y, por último, pero no por ello menos importante, reducir las emisiones de gases de escape.
Se necesita una cantidad mínima de oxígeno para la combustión completa de un combustible. Se habla de combustión estequiométrica (completa) cuando todas las moléculas de combustible pueden reaccionar completamente con el oxígeno del aire sin que falte oxígeno ni quede combustible sin quemar. La cantidad de aire suministrado a menudo se desvía de la necesidad estequiométrica de aire. La cifra clave para caracterizar esta desviación en cualquier combustión es la relación de aire lambda(λ).
Lambda = volumen de aire / volumen de aire estequiométrico
λ = L/Lst.
En los países de habla inglesa, es habitual especificar la AFR(Air-Fuel-Ratio). Como su nombre indica, se define por la relación entre el volumen de aire y el de combustible. Para los carburantes de gasolina, la mezcla estequiométrica (λ = 1) es de 14,7 : 1. 1 kg de carburante necesita exactamente 14,7 kg de oxígeno atmosférico para su conversión completa .
La relación entre lambda y AFR es: λ= AFR / AFR estequiométrico (ejemplo: λ=1=14,7/14,7).
Como la composición de los combustibles comunes varía y muchos vehículos modernos pueden manejar diferentes combustibles, tiene más sentido hablar de valores λ en lugar de AFR.
Una relación de aire de λ > 1 se denomina mezcla pobre y λ < 1 mezcla rica. < < Una mezcla inflamable para los combustibles de gasolina está entre 0,7 λ 1,3 .
El punto de funcionamiento de un catalizador de tres vías es λ = 1 (los procesos de oxidación y reducción funcionan en paralelo).
El punto de máxima potencia de un motor de gasolina atmosférico se calcula con exceso de combustible y λ = 0,88.
Sonda de banda ancha
Los fabricantes de vehículos no suelen instalar el sensor de banda ancha en los motores de serie. Optimizado para el postratamiento de gases de escape (λ = 1), se instala el sensor de salto más rentable .
Las sondas de banda ancha más conocidas son fabricadas por BOSCH y llevan la etiqueta «LSU 4.2» «LSU 4.9» «LSU ADV» «LSU 5.x». Por lo general, las sondas no son intercambiables. La más utilizada es la establecida «LSU 4.9» y todas las variables mencionadas a continuación se refieren a esta sonda.
Como su nombre indica, las sondas de banda ancha tienen un rango de medición más amplio de λ 0,65 – λinfinito y una precisión de medición muy alta:a λ = 0,8 de +/- 1%, a λ = 1 de +/-0,7%, a λ = 1,7 de +/- 5%.
La sonda de banda ancha dispone de un calentador de sonda integrado para alcanzar la temperatura de trabajo deseada lo antes posible. La vida útil de la sonda es de unos 100.000 km.
La sonda de salto (también conocida como sonda binaria) utiliza un principio técnicamente diferente: el valor medido salta a lambda = 1. Este comportamiento es muy adecuado para la regulación de los gases de escape a λ = 1. Los valores superiores o inferiores no pueden registrarse de forma razonable con esta sonda, ni siquiera utilizarse como variable de control. Por tanto, no es posible regular a la potencia máxima(λ = 0,88) con una sonda escalonada.
Controlador lambda
La señal del sensor de banda ancha debe ser procesada por un circuito de evaluación especial (LSU-IC). La señal se convierte en una forma analizable (0-5V). Esto se hace en el controlador Lambda.
En el mercado existe un gran número de dispositivos diferentes. En principio, pueden utilizarse todos los dispositivos con una curva característica lineal y una salida analógica de 0-5 V. El CUMPAN ofrece la opción de realizar una calibración de dos puntos de acuerdo con la hoja de datos del fabricante del controlador. Por ejemplo, se utilizaron con éxito dispositivos de los fabricantes «ProSport» y «14point7».
El fabricante«MCE Performance» ofrece una solución especial y particularmente versátil para algunos modelos KTM con su producto «Fuel Guard»:
«El MCE Fuel Guard es una extensión de nuestra programación ECU para Motocicletas KTM/Husqvarna/GasGas. El Fuel Guard consiste en un sensor de banda ancha Bosch LSU 4.9 y la unidad de control que, en combinación con la programación de nuestra ECU, permite crear un «bucle cerrado completo» a nuestro valor lambda deseado. Esto significa que la unidad de control ya no se limita a calcular la cantidad de inyección de forma estática basándose en los mapas característicos, sino que utiliza una sonda Lambda de banda ancha para aproximarse automáticamente a nuestro valor Lambda deseado. La ECU ajusta la cantidad de combustible de forma permanente y totalmente automática para lograr un rendimiento y una facilidad de conducción óptimos en todo momento».
Además, el Fuel Guard envía la señal lambda al CUMPAN para que los valores lambda -la base del sistema de control- puedan visualizarse en directo durante la conducción. De este modo, es posible detectar precozmente una avería o un defecto en el vehículo.
Unidad de visualización
La visualización del valor lambda es necesaria para poder evaluar con precisión el funcionamiento del motor (rangos de potencia mal aprovechados, errores en la preparación de la mezcla).
Para ello pueden utilizarse instrumentos de visualización externos, que traducen y muestran la señal analógica 0-5V del regulador lambda en el valor lambda correspondiente.
El Cockpit Assistant de CUMPAN ofrece precisamente esta opción e integra la pantalla lambda en una vista general significativa y libremente configurable de diversos datos del motor, como la velocidad del motor, la temperatura del aceite y del refrigerante, la presión del aceite o un Indicador de marcha.
