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viernes, 30 de enero de 2015

Reprogramación de ECU - Parte 1


"Acelere aquí" dice mi acompañante, adelante no hay nadie así que hago caso, voy en primera a unas 1500 rpm, el empuje es gradual hasta que paso de 2500 rpm, ahí es otro, el turbocargador ya está cerca de full boost y el torque es tal que las pegajosas Yokohama Advan Neova AD08R comienzan a perder tracción, la luz del ASR me indica que la electrónica está trabajando para evitar que las llantas patinen, eso es como se sienten 300 caballos (estimados al volante) en un Jetta GLI con modificaciones muy interesantes de las que hablaremos en esta prueba.


Hablando de modificaciones tal vez la mentira más grande que se dicen a si mismos los nuevos propietarios de los Volkswagen Jetta GLI es que no le van a realizar alguna modificación al motor (aplica también para Golf, Bora, León, y virtualmente cualquier VAG con turbo), normalmente las personas que adquieren estos vehículos pasan por ciertas etapas que presentan una extraña similitud con el modelo psiquiátrico de Kübler-Ross: Negación: Mi (ponga el nombre de su VAG turbo aquí) no necesita más potencia, tiene suficiente; Ira: ¿Por qué ese otro carro es más rápido que el mío?; Negociación: Está bien, una modificación y ya, sólo necesito unos cuantos caballos más.

Una vez se dice eso, se pasa un punto sin retorno donde una de las modificaciones más apetecidas es la "repro", y como este es un tema que puede complicarse un poco voy a tratar de ir paso a paso para que las personas que no conocen del tema puedan entenderlo mejor; así que comencemos por el principio, la combustión.


Un motor de combustión convierte la energía proveniente de muchas explosiones en movimiento rotacional, este movimiento a su vez produce un torque y una potencia que son aprovechadas para mover un vehículo; hay varios factores que afectan la combustión entre los que encontramos la proporción Aire-Combustible, el momento en que salta la chispa de encendido en las bujías (avance o retraso de encendido), la cantidad de aire que entra al motor, el llenado de los cilindros, etc. Hoy en día muchas de estas variables están controladas por una unidad de control llamada ECU/ECM que recibe señales de diferentes sensores, estas señales vienen dadas como un valor de voltaje en un rango específico que este módulo puede interpretar y de ahí "tomar una decisión" sobre qué parámetros ajustar para suplir las necesidades del motor en ese momento, ya sean de consumo o potencia.

Las programaciones de estas ECU/ECM las realizan los fabricantes teniendo en cuenta que los vehículos van a funcionar en muchos países y que se van a encontrar con condiciones muy variables, desde altas temperaturas en áreas desérticas a temperaturas de congelación, presión atmosférica sobre el nivel del mar o ciudades desplegadas en alturas como las de Bogotá o La Paz, gasolinas excelentes como las de la Unión Europea o "cocinol aguapaneloso" como la gasolina en Colombia (gasolina corriente de 81 octanos IAD/AKI), los módulos del sistema de inyección deben ajustarse a todos esos parámetros y hacer que el vehículo funcione bien y aparte que sea confiable; pero no son los únicos factores que los fabricantes tienen en cuenta pues últimamente son los consumos homologados y las pruebas de emisiones contaminantes lo más importante a la hora de programar el "cerebro" de los vehículos nuevos.

Así se vé una ECU/ECM, este el módulo que controla muchas de las funciones de nuestro vehículo
Resulta que a la hora de vender un nuevo vehículo en los mercados más importantes (Norteamérica, Unión Europea, Japón, etc.) los fabricantes deben realizar unas pruebas de homologación en las que se prueban sus vehículos en condiciones de laboratorio para saber qué tanto consumen y contaminan, de ahí salen con una cifra que muestran con "bombos y platillos" en sus anuncios publicitarios; normalmente los consumos homologados están distantes de los obtenidos en condiciones reales pero eso será tema para otra entrada, lo importante aquí es que en las programaciones de esos módulos de control (ECU) también se presta especial atención para lograr bajos consumos en el laboratorio y esto también limita la potencia y la respuesta del motor.


Todas estas variables dan pie a que los modificadores o tuners puedan extraer algunos caballos más de los motores variando ciertos parámetros de la programación de las ECU/ECM, qué parámetros y cómo los varían dependen de cada motor, de las condiciones en las que funcione este, si es atmosférico/aspirado o si tiene inducción forzada (turbocargado o supercargado), en estos últimos es mucho más viable lograr una ganancia apreciable y ya veremos por qué.

Mezcla aire-combustible
Dentro del motor se quema una mezcla de aire y combustible, idealmente la mezcla estequiométrica es de 14,7:1, es decir 14,7 partes de aire por una parte de gasolina (en masa), esta proporción es en la que se obtiene una combustión perfecta y se designa como Lambda (λ) 1; sin embargo para obtener la mayor potencia en un motor es necesario variar esta proporción aumentando la cantidad de gasolina a proporciones cercanas a 12,5:1 o 13:1, esto asegura que todo (o casi todo) el oxígeno en la cámara de combustión se consuma, también ayuda a reducir un efecto al que se debe evitar a toda cosa: la detonación o cascabeleo. La mezcla también puede ser un poco más pobre que la estequiométrica, por ejemplo cuando vamos a velocidad constante (autopista) la mezcla puede se puede empobrecer tanto como 16:1 ó 18:1 para sistemas de inyección indirecta, o inclusive en valores superiores a los 50:1 como en los motores de inyección directa (modo ultra pobre), esto reduce el consumo de combustible.

Cámara de combustión simulada en ANSYS, Imagen de Ansys.com
El encendido
Encender la mezcla aire-combustible en el momento correcto durante el tiempo de compresión es crucial para lograr la mayor presión media efectiva y de paso las mejores cifras de potencia y torque, esto es porque la mezcla no se enciende instantáneamente, requiere un pequeño tiempo para encenderse (unos milisegundos apenas) y generar una presión sobre la cabeza del pistón, el problema es que cuando la mezcla aire-combustible ya se ha encendido completamente el pistón ha comenzado su carrera descendente y aquí se pierde algo de eficiencia (sería ideal si el pistón estuviera quieto durante el tiempo que dura la explosión pero lograr esto mecánicamente es muy difícil), a bajas rpm no es un problema pero a medida que la velocidad del motor aumenta es necesario que la chispa de encendido salte antes de que el pistón llegue a PMS (Punto muerto superior o Top Dead Center TDC), es decir mientras el pistón se encuentra en su carrera de compresión.

El tiempo en que la chispa salta en la bujía se mide en grados de rotación del cigüeñal antes de Punto Muerto Superior (PMS), en ralentí o marcha mínima es normal ver valores cercanos a los 5 grados, eso quiere decir que la chispa salta 5 grados antes de que el cigüeñal llegue a PMS; acelerando a fondo (WOT o Wide Open Throttle) el avance puede estar alrededor de 35 grados.

Una tabla de avance de encendido respecto a las rpm y a la presión en admisión
Aquí un ejemplo para explicar la importancia del avance de chispa de encendido: en condiciones ideales la mezcla aire-combustible se demora apenas 2 milisegundos para lograr la máxima presión, ¡eso es 200 veces más rápido que un parpadeo!, sin embargo con el motor a 3000 rpm el cigüeñal tiene una velocidad angular de 18000 grados por segundo, así que en esos ínfimos 2 milisegundos el cigüeñal ha girado 36 grados, a 4500 rpm ha girado 54 grados en ese mismo lapso de tiempo. Podemos ver un ejemplo gráfico acá de cuánto se ha movido el pistón mientras la mezcla-aire combustible logra la máxima presión a sólo 3000 rpm.

En la imagen de arriba el pistón en punto muerto superior (TDC), en la siguiente imagen con un motor a 3000 rpm el pistón ha recorido ya esa distancia en apenas 2 milisegundos
Esto es el avance de encendido y antes lo realizaba un sistema mecánico en el distribuidor pero ahora lo controla la ECU con unos mapas que permiten una gran variedad de parámetros de acuerdo a ls múltiples condiciones que se puedan presentar, de estos mapas hablaremos más adelante pues son los pilares de una "repro".

Presión del turbo
Recordemos que los motores funcionan con una mezcla de aire y combustible, ya sabemos que mucho más aire que gasolina, así que entre más aire pueda entrar al motor mucho mejor (esta siempre es la limitante),  así que para "meter" aire a presión se usan sistemas de inducción forzada como los turbocompresores y los supercargadores.

Los turbocompresores aprovechan la energía de los gases de escape para mover una turbina que gira solidaria con compresor centrífugo que comprime el aire de admisión, con esto se logran presiones de admisión mayores a la atmosférica y llenados de los cilindros que superan el 100%; turbos hay grandes y pequeños, estos últimos tienen menos inercia y sufren de menos Lag o retraso, cargan más rápido y también se "mueren" más rápido, son ideales para vehículos de calle donde no requieran cifras muy grandes de potencia. Los turbos grandes por otro lado tienen más Lag o retraso, así que se demoran más en "cargar" pero cuando lo hacen entregan una cantidad de presión mayor y el motor puede lograr cifras de potencia superiores.

Vista de corte de un turbocomrpesor, en rojo la turbina que es movida por los gases de escape y en azul el compresor centrífugo que comprime el aire de admisión y que gira solidario con la turbina

Hasta aquí la primera parte, en la segunda entrega veremos que hizo tan especial la reprogramación probada por Autos en Colombia en un Volkswagen Jetta GLI MK4, y les adelanto que muy seguramente es la mejor "repro" que existe en Colombia para este modelo en particular.

5 comentarios:

  1. Quedo atento a la segunda parte, la primera muy bien explicada, precisa y con gran rigor técnico!!

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  2. Muy buena la clase de mecanica. Ojala que en la proxima nos cuenten, cuanto pueden costar, donde se pueden hacer y que tiempo demorara desde las repros mas sencillas hasta la mas complicada.
    Consumos de combustible

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  3. Muy buena la clase de mecanica. Ojala que en la proxima nos cuenten, cuanto pueden costar, donde se pueden hacer y que tiempo demorara desde las repros mas sencillas hasta la mas complicada.
    Consumos de combustible

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  4. Gracias por la explicación, excelente.... Sabes o conoces de alguien que haga buenas repros en Colombia, no necesariamente para VW...?

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  5. Busco alguien para una buena repro de un subaru impreza 1.6 aspirado o con ganas de ponerle turbo.

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