Productos
Motec de control electrónico de abastecimiento de aire y combustible,
instrumentación digital y equipos de alta tecnología.
A la hora de construir un auto de competición de primer nivel
una de los proveedores más prestigiosos relacionados con los
controladores electrónicos de inyección es Motec. Esta
empresa provee a los mejores autos de competición del mundo,
así como a Superbikes o autos de calle extremos, aquellos donde
los costos de ensamblado ya son secundarios y no se escatima en nada
para lograr el resultado más efectivo. |
El
modulo electrónico, también llamado ECU, modelo
M800 de Motec es el de más alto nivel de los que comercializa
esta empresa que cuenta con filiales en varias partes del mundo.
Este modulo es capaz de controlar ocho inyectores de alto flujo,
en modo secuencial y hasta doce de bajo flujo, también
en modo secuencial. También ofrece la posibilidad de
recibir datos de dos sondas Lambda, permitiendo el control del
radio de mezcla del aire y el combustible entre bancos de cilindros
diferentes (ideal entonces para motores en V).
Los sistemas de manejo del motor han demostrado ya su influencia
en las competencias de Dragsters, tanto como ya lo han hecho
en otro tipo de competiciones. Si bien esta tecnología
ha sido utilizada desde mediados de los años 80 en autos
de calle muy preparados su utilización en formas más
serias del deporte ha sido relativamente limitada. |
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Una
de las razones para ello es que las ECU de fábrica no
son fácilmente alterables por el público general
y que no son elementos universales. Teniendo en cuenta esta
premisa es que los fabricantes han desarrollado sus módulos
de control para promover las más bajas emisiones contaminantes
que sean posibles.
Dar al publico los medios para alterar las curvas de ignición
y combustible de sus autos para incrementar la performance de
estos podía ser contraproducente y hasta hoy es instintivo
pensar que un elemento electrónico tan delicado como
una ECU no debe ser desarmada para explorar su funcionamiento,
en parte por el riesgo de estropear esta pieza de alto costo.
Una vez que comprendemos los fundamentos de alimentación
de un motor de combustión interna, es relativamente sencillo
llegar a entender como funciona una de estas “cajas negras”
de control de inyección y encendido. |
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COMO
FUNCIONAN
En términos sencillos, cualquier controlador necesita
fuentes de información básicas que le permitan
controlar el abastecimiento de combustible y el encendido. Esta
información sobre la posición del cigüeñal
y árbol de levas son importantes para determinar cuando
se accionan los inyectores y la o las bobinas de ignición.
Los sensores de carga le informan a la ECU que tanto combustible
y avance de ignición debe agregar, mientras que otros
sensores como el de la temperatura de aire, temperatura del
motor y presión barométrica proveen los datos
necesarios para realizar pequeñas correcciones adicionales.
En el caso de los sistemas más avanzados, como los producidos
por Motec, se ofrecen más opciones, más flexibilidad,
más funcionalidad y más funciones capaces de permitir
alcanzar unos niveles más altos de eficiencia mecánica |
sobre
un rango más amplio de operación.
Para controlar los inyectores y bobinas en modo de orden secuencial,
o sea en forma individual dentro del orden de encendido, la
ECU de Motec debe conocer la relación de rotación
entre el cigüeñal y el punto muerto superior del
pistón (PMS).
Adicionalmente, esta debe saber si el cilindro esta en su punto
PMS de compresión o su PMS de escape. Esto puede ser
llevado a cabo de diversas maneras al utilizar varios sensores. |
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Una de estas maneras utiliza un sensor disparador en el cigüeñal
(REF) y otro sensor disparador o gatillo en el o los árboles
de levas (SYNC). Los datos de REF en el cigüeñal
indican la posición relativa de este con respecto al
PMS y el SYNC informa en que parte del ciclo de combustión
se encuentra el cilindro. Otro método usa un solo sensor
en el árbol de levas que lee una rueda con múltiples
dientes. Esta rueda tiene un diente especial que indica cuando
el pistón Nro.1 ha llegado a su PMS de compresión
(como esta señal esta en directa relación con
el giro del árbol de levas puede indicar el REF y el
SYNC desde solo un sensor). La ventaja de una ECU como la de
Motec reside en la habilidad de usar varios tipos de sensores
y |
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métodos
con solo cambiar el software del sistema de manejo del motor.
Esto deja que el preparador tenga un amplio abanico de opciones
a la hora de escoger los sensores de información. Con
los sensores de posición y carga pasa lo mismo, ya que
varios tipos pueden ser usados para indicarle a la ECU sobre
la demanda del conductor sobre el motor. |
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ABASTECIMIENTO
Y DEMANDA
Tablas tridimensionales como las que vemos en esta nota son
ajustables por el preparador para controlar el abastecimiento
de combustible. Una manera de indicar la demanda o la carga
del motor es utilizando un sensor de posición de acelerador
o Thottle Position Sensor (TPS) mediante el que se indica la
posición de la mariposa del cuerpo de la inyección
o un sensor de presión absoluta del múltiple de
admisión o Manifold Absolute Pressure (MAP), por el cual
se conoce la densidad de carga en la admisión y en algunos
casos se llegan a ver ambos. Las tablas tridimensionales que
son ajustables por el preparador son usadas para controlar la
cantidad de combustible, el avance del encendido y cuando activar
a cada uno de los inyectores. Por un lado tenemos la |
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| escala
correspondiente al o los sensores de carga, sean TPS, MAP o
ambos. Por otro lado tenemos la escala derivada de la señal
REF, correspondiente a las RPM y la tercera dimensión
es indicada por el usuario con un número que corresponde
al monto de avance de encendido y combustible que requiere el
motor. Por supuesto que puede haber un número infinito
de combinaciones de carga y RPM que existan entre los puntos
definidos en la tabla. |
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Motec
utiliza una interpolación algoritmica que define 32.000
puntos de interpolación entre cualquiera de los cuatro
sitios en la tabla de combustible o ignición. Esto significa
que hay virtualmente un número ilimitado de soluciones
desde las cuales determinar los mejores valores de encendido
y cantidad de combustible. Por sobre los tres valores fundamentales
hay otras informaciones adicionales que pueden ser usadas para
compensar influencias externas sobre la densidad en la carga
de los cilindros. Un sensor de temperatura del aire de admisión
o Intake Air Temperature (IAT) puede ser utilizado tanto sobre
el flujo de la admisión como sobre el propio múltiple
para indicar la temperatura del aire. Esta información
tiene su propia tabla, una que es utilizada para ajustar la
tabla principal de combustible y encendido en función
de esta temperatura. Otro sensor de temperatura que puede ser
utilizado es el Coolant Temperature Sensor (CTS) o sensor de
temperatura del liquido refrigerante, repitiendo el mismo ajuste
que con el sensor de temperatura del aire de admisión.
Esto permite el envió de combustible extra durante el
arranque en frío, lo cual es esencial para una operación
suave.
Típicamente un sensor de presión barométrica
o Barometric Pressure Sensor (BARO) es también usado
para permitir que el preparador aplique ciertos ajustes a la
tabla principal de combustible basándose en los cambios
en la presión atmosférica, cambios estos que afectan
el rendimiento del motor. |
| En
aplicaciones muy especiales podemos encontrar otros sensores
que ayudan a afinar aún más a las tablas principales,
algunos de ellos incluyen a la temperatura del aceite, la temperatura
del combustible, la presión del combustible, la temperatura
de los gases de escape o EGT y hasta la relación de aire/combustible. |
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RADIO
AIRE/COMBUSTIBLE
La relación de mezcla entre el aire y el combustible
es determinada por un sensor de oxigeno que se ubica en el pasaje
de los gases de escape que son liberados luego de la combustión.
Un típico sensor de oxigeno, del tipo de banda angosta,
es el más encontrado en los autos y camionetas de hoy
día, produciendo un voltaje que varia con el radio de
aire/combustible. El sensor de oxigeno esta colocado en el múltiple
de escape de tal manera que una cámara sensora quede
expuesta a estos gases, mientras que la cámara de referencia
queda expuesta a la atmósfera. De esta manera entre más
grande es la diferencia entre los valores de estas cámaras,
es más grande el voltaje producido. El rango de voltaje
de un sensor de banda angosta es de .1 a 1.0 Volts. |
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En una condición de mezcla rica el contenido de oxigeno
en los gases de escape es muy bajo debido a que este a sido
usado para la combustión y eso hace que la diferencia
a lo largo del sensor sea alta, produciendo un alto voltaje.
En condiciones de mezcla pobre, o sea rica en emisiones de oxigeno
en el múltiple de escape, esta diferencia será
menor resultando en un voltaje menor en el sensor de oxigeno.
Desafortunadamente, el rango de operación de un sensor
de oxigeno de banda angosta solo es capaz de indicar radios
entre 14.0:1 y 15:1 en gasolinas. Esto no es suficiente para
las cargas más pesadas o para la operación del
acelerador totalmente abierto. Como dato interesante podemos
agregar que en la medida que la mezcla pasa de rica a pobre
en este rango, el sensor de oxigeno se enfría de tal
manera que es posible medir su temperatura, mediante la medición
de su impedancia en el flujo concurrente. |
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Esto se realiza internamente en la ECU de Motec y permite un
rango de entre 10.5:1 y 18:1 a ser determinado. Adicionalmente
se pueden realizar ajustes de retorno en la tabla de combustibles,
utilizando esta información. En este caso el preparador
define un objetivo de mezcla aire/combustible y programa algunos
limites, tantos como le permita la tabla de combustible para
alcanzar este objetivo. El sistema de manejo electrónico
de las prestaciones del motor de Motec entonces tratara de mantener
el valor de aire/combustible medido por el sensor de O2 dentro
del objetivo prefijado por el preparador variando la cantidad
de combustible inyectada al motor. En un mundo perfecto esto
seria todo el control necesario para un motor pero desafortunadamente
este no es el caso.
La mayoría de los preparadores nos pueden decir que hay
variaciones en la cantidad de aire, combustible y avance de
chispa requeridas por cada cilindro de un motor, variaciones
que idealmente deben ser tomadas en cuenta para extraer el máximo
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potencial
de performance. En los sistemas tradicionales que no controlan
en forma individual a la entrega de combustible y avance de
chispa en cada cilindro, se debe arribar a un compromiso que
asegure que el cilindro con mezcla más pobre no este
tan pobre al precio de que los demás cilindros se vuelvan
muy ricos. Para el encendido sucede lo mismo, ya que se afina
la curva de encendido a partir del cilindro que experimenta
primero la detonación.
Los preparadores conocen sobre esto desde hace algún
tiempo, por ello utilizan sistemas de encendido capaces de variar
la puesta a punto de este entre cilindros. A veces el cilindro
con más alto peligro a un determinado nivel de RPM o
carga no posee el mismo riesgo con un punto diferente de RPM
o carga, Motec utiliza por ello un mapa en 3D para cada cilindro,
el cual posee proyecciones de RPM y carga. Con ellos el preparador
puede ajustar el avance y la cantidad de combustible individualmente
para cada cilindro, esto lo puede realizar hacia atrás
o adelante dentro del rango de operación del motor, lo
que permite una entrega de potencia suave y muy optimizada. |
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CONTROL
ABSOLUTO
Parte de lo que define a un sistema de manejo de la electrónica
de este tipo es su habilidad de controlar todos los aspectos
de la operación de un motor. Esto incluye los controles
auxiliares para los subsistemas que tienen relación con
este, tal es el caso del encendido y apagado de los electroventiladores,
bombas de combustible, Shift lights, tacómetros, barras
de spray de los intercoolers, selenoides de oxido nitroso o
las válvulas waste gate de los turbos. En el caso del
control de la válvula waste gate, el preparador puede
alimentar una tabla en 3D basada en los datos de la posición
de la mariposa de aceleración, la presión absoluta
del múltiple de admisión, posición del
cambio, velocidad de las ruedas y otros valores que regulen
la presión del turbo, utilizando para ello un selenoide
que actúa sobre la válvula waste gate. Este selenoide
permite al sistema de control electrónico la manipulación
neumática de la presión aplicada sobre el diafragma
de la válvula waste gate, en orden de controlar |
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| la
sobrepresión del turbo. Esto puede ser especialmente
beneficioso cuando se trata de poner a punto el auto sobre la
pista, ya que podemos limitar la sobrepresión a poca
velocidad, para evitar el patinamiento de las cubiertas, y aumentar
hasta la máxima sobrepresión una vez que el auto
ya esta en movimiento. También hay una función
que permite aumentar la sobrepresión del o los turbos
por medio del control de la centralita de Motec. |
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Un
turbo reacciona a la energía calórica que se encuentra
en el sistema de escape. A mayor sea la masa calentada, más
rápido puede rotar la rueda de la turbina y hasta cierto
grado el compresor podrá mover una mayor cantidad de
aire. Manteniéndose fiel a esta concepción, la
gente de Motec utiliza una técnica que es muy útil
en condiciones donde la masa de aire calentado no es significante
sobre las paletas de la turbina y por tanto no se genera el
deseado nivel de sobrepresión. Este caso es especialmente
complicado en autos previos a la era del control electrónico,
en los que este efecto de retardo en la entrega de la potencia
se conoce como “turbo lag” o “boost lag”.
La estrategia usada para aliviar esta demora es la de convertir
al turbocargador en una turbina de gas. Esto se logra retardando
el encendido |
a
la vez que la mezcla se enriquece, dado que así se dispone
de un envío de combustible que se quema en el múltiple
de escape, y hasta pasa de esta manera a traves de la turbina.
Esta operación conlleva a un significativo incremento
en la temperatura de la masa de gas de escape y estos gases
súper calientes logran que la turbina gire más
rápido. La contra es que si esto se hace por un largo
periodo de tiempo los componentes internos del turbo terminaran
por derretirse. Eso limita esta utilización que es programada
por ejemplo para la etapa de pre stage en una carrera de aceleración. |
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REGISTRO
DE DATOS
Un sistema de manejo electrónico de motor típicamente
es capaz de proveer un registro de datos con respecto a todos
los sensores conectados a el, ello en adición a todos
los parámetros operativos que se utilizan normalmente
para el control del motor en cuestión, lo que por ejemplo
incluye al ancho del pulso de los inyectores. Esta capacidad
hace que sea significativamente más sencillo poder afinar
un motor.
El preparador puede verificar la información que se ha
registrado, luego mirar el radio de aire/combustible y de allí
saltar sobre el sistema de manejo para ajustar las curvas de
encendido y combustible. Esta claro que no se utiliza únicamente
una fuente de información para afinar el motor, ya que
el preparador debe estudiar también el aspecto de las
bujías, leer los datos emergentes de la temperatura del
escape y las cifras sobre torque o tiempos comparativos que
se hallan cronometrado. Combinando la información recogida
a traves de todos estos medios con la sensación de que
es lo que precisa el motor es que se pueden tomar las decisiones
correctas para alcanzar el mejor desempeño, algo imposible
de lograr sin el sistema de |
 |
recuperación
de datos que posee este tipo de centralita electrónica.
La tabla de combustibles debe ser relativamente suave, aunque
pueden encontrarse picos más altos o más bajos,
pero siempre y cuando la transición entre ellos sea gentil.
La curva de encendido deberá ser también muy suave
aunque en general no tiene por que ser igual a la del combustible
y es importante recordar que cada punto de la tabla es afectado
por los sitios que lo rodean, ello en virtud de la interpolación
algoritmica. Cuando el preparador se ve en la necesidad de cambiar
un sitio o punto de la tabla en forma radical, se ve en la necesidad
de modificar a un poco a los puntos que rodean a este, manteniendo
así la suavidad de la tabla. |
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ALTAS
APLICACIONES
Este análisis nos lleva a preguntarnos por que con todos
estos avances en materia de sistemas de manejo electrónico
aún no se utilizan estas tecnologías en las maquinas
más sofisticadas, como pueden ser los Dragsters de Top
Fuel de 6.000 Hp.
La respuesta no es simplemente por que no lo permita el reglamento;
ya que en realidad el verdadero motivo es que las leyes de la
física no lo permiten, al menos por el momento. El volumen
de combustible requerido para crear semejante cantidad de potencia
es tan grande para el caso de los motores de un Top Fuel o un
Funny Car que por el momento no hay un inyector electrónico
capaz de entregar un valor de combustible tan alto. Los inyectores
electrónicos de mayor flujo disponibles hasta el momento,
son capaces de una entrega de 170 Hp cada uno, y eso utilizando
alcohol puro. Dos inyectores por cilindro son ajustados para
un motor del tipo Pro Modified, en el que la combinación
de combustible se hace con un porcentaje de un |
| 40/60
de nitrometano y alcohol, esto recorta esos 170 Hp hasta unos
85 Hp por inyector, mientras que si elevamos esa mezcla a un
90/10 de nitrometano y alcohol esta potencia es de solo 50 Hp
por inyector. Una simple operación matemática
nos resulta que para obtener 6.000 Hp mediante inyectores de
50 Hp serán necesarios nada más, ni nada menos
que 120 inyectores. Esto no solo representa una pesadilla de
cables, ya que más allá de ello no hay un fabricante
que actualmente ofrezca la capacidad de controlar tantos inyectores
a la vez, pensando solo en la cantidad de energía necesaria
para activarlos. |
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Un
desarrollo más razonable ha sido realizado por uno de
los Dealers de Motec y especialista en competencias de record
de velocidad. Bob Norwood de Dallas-Texas, quien fuera socio
de Dale Armstrong a principios de los años 70 en las
competencias de Funny Cars, ha desarrollado un motor de cuatro
cilindros, con tres bujías por cilindro y cuatro válvulas
por cilindro que es alimentado por dos turbocompresores y que
se esconde bajo la carrocería de un Acura Type R de la
Nitro Funny Car.
Este motor experimental desplaza unos 4.700 Cm3 de cilindrada
y tiene dos sistemas separados de combustible. Uno de ellos
entrega alcohol puro por medio de cuatro inyectores electrónicos
de 170 Hp que han sido conectados a una ECU de Motec que además
controla a una bujía por cilindro. El otro sistema que
consiste en una inyección al 100% de Nitrometano que
es enviada a traves de una bomba de combustible convencional
Waterman, con puertos y boquillas Enderle que son necesarias
para alimentar a otros cuatro inyectores de 170 Hp (en alcohol)
y |
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| que
son controlados por otra unidad Motec que también se
encarga de las dos bujías por cilindro restantes. Esta
segunda unidad de Motec es usada para ajustar el valor total
de nitro que entra en el motor. En este aspecto el sistema mecánico
disponible ofrece la mayoría del combustible, mientras
que el sistema electrónico simplemente colabora con los
retoques finales a esta curva sumando un 10% del flujo total
de este vital elemento. En modo de baja compresión y
utilizando una puesta a punto para nitrometano, pero con solo
alcohol en el tanque, este motor con 55 psi de sobrepresión
ha producido más de 1.800 Hp en el dinamómetro. |
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CONCLUSIÓN
La tecnología ofrecida por Motec es altamente avanzada
y es habitual que los usuarios lleguen a la conclusión
de que todo en el software es absolutamente necesario para ayudar
al proceso de encontrar la máxima performance disponible.
Motec ofrece sistemas que son capaces de más funciones
de las que hemos discutido en este informe, pero incluso en
los módulos más básicos ya podemos encontrar
las mismas funciones y alta tecnología. Las tablas tridimensionales
ajustables por el preparador se suman a los variadores de presión
de turbos, las inyecciones en varias etapas de oxido nitroso
y a otros métodos de potencia que hacen muy bienvenidos
a estos grandes avances que elevan cada día más
a las cifras de potencia que son obtenidas de un motor de alto
rendimiento.
Como complemento a estos fantásticos elementos de control
electrónico, Motec ofrece una línea poco menos
que impresionante de instrumentación digital tanto bajo
la forma de paneles de reemplazo (Advanced Dash Logger / ADL)
para los elementos de origen; como integrada a los volantes
más sofisticados firmados por Momo o Sparco. Para tener
una idea de la sofisticación de estos volantes aptos
para las máximas categorías basta con saber que
se comercializan a partir de los US$ 2900 en origen. |
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Los elementos electrónicos que mejoran la gestión
de los controles de tracción, los medidores digitales
Lambda de tipo profesional, los aceleradores electrónicos
del tipo “Fly by wire”, el control infinito de los
ángulos del o los árboles de levas y hasta los
más sofisticados sistemas de adquisición de datos
forman parte de un arsenal técnico que esta empresa pone
a disposición tanto del profesional como del aficionado
que cuente con los medios necesarios. Por todo ello no queríamos
dejar pasar la oportunidad de introducir a los visitantes de
PowerZone al fascinante mundo de MOTEC, un mundo que abarca
las últimas tendencias sobre potenciación, mediante
avances que no dejan de resultarnos fascinantes y a la vez sorprendentes. |
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PowerZone
– Tuning & Altas Prestaciones de Uruguay y el Mundo ®
Setiembre 2004
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de este material con nuestra previa autorización. |
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