Sensores eléctricos

Sistemas de inyección electrónica. Sensor de temperatura de refrigerante, del aire aspirado, del combustible, de pistoneo. Señal de revoluciones del motor. Aceleración. Gases combustionados. Tensión de la batería

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SENSORES ELECTRICOS

Todo sistema de inyección electrónica requiere de sensores varios que detecten los valores importantes que deben ser medidos, para que con esta información se pueda determinar a través de un computador el tiempo de actuación de los inyectores y con ello inyectar la cantidad exacta de combustible.

La implantación de la tecnología de microprocesadores en los equipos involucrados en las tareas de medida y protección, que se instalan para realizar la gestión y mantenimiento del servicio, se ha traducido en los últimos tiempos en una disminución de los requerimientos de potencia que deben dar los sensores de medida a dichos equipos.

SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE.-

Como el motor de combustión interna no se mantiene en el mismo valor de temperatura desde el inicio de funcionamiento, ya que se incrementa, las condiciones de funcionamiento también variarán notablemente, especialmente cuando la temperatura es muy baja, debiendo vencer las resistencia de sus partes móviles; adicionalmente un buen porcentaje del combustible inyectado es desperdiciado en las paredes del múltiple de admisión, de los cilindros y debido a la mala combustión, por lo que requerimos inyectar una cantidad adicional de combustible en frío y reducir paulatinamente este caudal hasta llegar al ideal en la temperatura óptima de funcionamiento.

Esta señal informa al computador la temperatura del refrigerante del motor, para que este pueda enriquecer automáticamente la mezcla aire - combustible cuando el motor está frío y la empobrezca paulatinamente en el incremento de la temperatura, hasta llegar a la temperatura ideal de trabajo, momento en el cual se mantiene la mezcla ideal.

Para ello se utiliza una resistencia NTC (NEGATIVE TEMPERATURE COEFICIENT), que como su nombre lo indica, es una resistencia de coeficiente negativo de temperatura. Esto quiere decir que la resistencia del sensor irá disminuyendo con el incremento de la temperatura medida, o lo que es lo mismo, que su conductibilidad irá aumentando con el incremento de temperatura, ya que cuando está frío el sensor, su conductibilidad es mala y aumenta con el incremento de temperatura.

El sensor está encapsulado en un cuerpo de bronce, para que pueda resistir los agentes químicos del refrigerante y tenga además una buena conductibilidad térmica. Está localizado generalmente cerca del termostato del motor, lugar que adquiere el valor máximo de temperatura de trabajo y entrega rápidamente los cambios que se producen en el refrigerante. En su parte anterior tiene un conector con dos pines eléctricos, aislados del cuerpo metálico.

Dependiendo del sistema, existen dos posibilidades de señal que puede entregar el sensor de temperatura:

Alimentación Positiva.-

El sensor recibe en uno de sus pines una alimentación de 5 voltios de referencia, tensión eléctrica que la envía el computador una tensión ascendente de información hasta calentarse, momento en el cual le entrega una tensión mayor, pudiendo llegar cerca de los 5 voltios de alimentación. Esta señal se envía por el segundo pin del sensor hacia el computador, el cual identifica esta tensión variable en temperatura medida del refrigerante, entregando a los inyectores una cantidad de combustible ideal en cada etapa de calentamiento.

Alimentación Negativa.-

Como en el primer caso, en otros sistemas se utiliza una alimentación negativa lo que significa que el primer pin del sensor tiene una conexión de tierra o MASA. Cuando el sensor esta frió, la alta resistencia interior permite enviar una señal negativa muy pequeña por el segundo pin, dirigida al computador, pero seguirá incrementándose acorde al aumento de temperatura del motor.

Como se podrá notar, el tipo de señal que se envía al computador solamente dependerá del tipo de alimentación que se le entregue al sensor, el cual se encarga de enviar una señal variable de esta alimentación, progresiva con el aumento de temperatura.

Veamos en el esquema la constitución interna básica del sensor:

SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE (NTC 2)

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Adicionalmente podemos decir que como el sensor se basa para su trabajo en la característica de su material, todos los sensores utilizados tendrán las características similares, con la diferencia mayor localizada en el tamaño, su diseño, la forma de la rosca y del conector, pero siempre tendrá características de medición muy similares, por no decir idénticas entre cualquier procedencia.

Es por ello que podemos asegurar, que una tabla de valores que relaciona la temperatura del sensor con la resistencia que nos entrega de nuestro ejemplo deberá coincidir en su mayor parte en todos los sistemas y marcas de Inyección electrónica y algunas Mecánicas con ayuda de la Electrónica. Esta señal sirve de información, como se dijo, para que el computador determine la mezcla exacta que debe inyectar, controlando a los inyectores del sistema; cuando se ha instalado un sensor en una inyección mecánica con ayuda eléctrica, también sirve para poder controlar con exactitud el caudal inyectado.

A continuación podemos observar la tabla de valores, donde se puede ver claramente que la resistencia del sensor disminuye con el incremento de la temperatura.

TABLA DE VALORES DEL SENSOR DE TEMPERATURA

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SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE ASPIRADO.-

Al igual que e! sensor de temperatura del refrigerante, el sensor de temperatura del aire que aspira el motor, es un parámetro muy importante de información que debe recibir el Computador, información que generalmente se la toma conjuntamente con el caudal de aire de ingreso. Estas dos informaciones le dan al Computador una idea exacta de la masa o densidad del aire que ingresa al motor y con ello se puede inyectar un caudal exacto de combustible, para que la mezcla esté en su medida ideal.

Cuando el Computador solamente recibe la cantidad de aire como información, las moléculas del mismo podrían estar muy condensadas (cuando está frío el aire), por lo tanto se tendrá un número mayor de moléculas de aire que se mezclen con la cantidad de moléculas del combustible inyectado; en cambio, si el aire está muy caliente, el número de moléculas será mucho menor en el mismo volumen aspirado, mezclándose con la misma cantidad de moléculas de combustible que se inyecta, empobreciéndose la mezcla que ingresa a los cilindros del motor.

Por estas razones, la información de la cantidad o volumen del aire aspirado, mas la temperatura del mismo, identifican exactamente a una masa o densidad, que significa una medición exacta de la cantidad de moléculas del aire.

El sensor de temperatura del aire está localizado convenientemente, de tal manera que e! flujo de aire ingresado sea detectado rápidamente al chocar con él y pueda detectar rápidamente cualquier variación en la temperatura. Generalmente está localizado en el depurador, en la tubuladura posterior al depurador o en e! mismo múltiple de admisión. Su estructura es similar a la del sensor de temperatura del refrigerante, pero el encapsulado es más fino, pudiendo ser plástico o la "pastilla" NTC está solamente protegida por un sencillo "enrejado", el cual permita al aire chocar directamente sobre el sensor.

Puede verse en la figura la constitución del sensor, anotando que los valores de medición son iguales o similares al anterior.

SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE ASPIRADO

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1. Cuerpo metálico"

2. Cuerpo plástico

3. Pastilla NTC

4. Contactos eléctricos

SENSOR DE TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLE.-

En algunos sistemas de Inyección electrónica se ha tomado como otro parámetro importante la medición de la Temperatura del combustible, debido a que, como el- sensor de temperatura del aire, la variación de la temperatura del combustible modificaría la cantidad de moléculas inyectadas, variando de esta forma la mezcla aire-combustible.

Entenderemos mejor esto, diciendo que el combustible tiene una mayor concentración de moléculas cuando está frió y menor cuando está caliente, similar al caso explicado del sensor de temperatura de aire, ya que las moléculas de un gas o de un liquido, dentro de un mismo volumen, varían en cantidad de acuerdo a su temperatura.

SEÑAL DE REVOLUCIONES DEL MOTOR.-

Uno de los datos más importantes que se requiere en un sistema de inyección, así como para el sistema de Encendido de! motor de Combustión Interna, es justamente la señal del Número de Revoluciones a las cuales gira el motor. Esta señal es tan importante debido a que el caudal de combustible que debe inyectarse está relacionado directamente con el número de combustiones que cada uno y el total de cilindros debe realizar.

Se entenderá que por cada combustión existen tres elementos relacionados para lograrlo, que son: una cantidad de aire aspirado, una cantidad de combustible relacionado exactamente (mezcla ideal) con este aire y un elemento capaz de inflamar la mezcla, que en este caso es la "chispa eléctrica" que logra combustionarla. Con la información del número de revoluciones, el Computador sabe e! número de veces que debe inyectarse en combustible y [a cantidad relacionada con el aire aspirado.

Existen algunas formas utilizadas para enviar una señal de revoluciones y en este momento las mencionamos.

Señal enviada por la Bobina de encendido.

Al igual que la señal que requiere un Tacómetro, instrumento electrónico que mide el número de revoluciones del motor, se puede enviar al Computador la misma señal, tomada de! mismo lugar que se ha tomado para este instrumento.

El lugar común del cual se ha tomado esta señal es el borne negativo de la bobina de encendido, es decir el contacto en el cual se interrumpe el bobinado primarlo de encendido, interrumpido por el "platino" o contacto del ruptor del sistema. Como el platino debe interrumpir el campo magnético de la bobina un número de veces igual al número de cilindros que posee el motor, la señal resulta perfecta para información de! número de revoluciones, ya que el Tacómetro en el primer caso y el Computador en el siguiente, toman e! número de pulsos recibidos y lo divide para el número de cilindros que posee el motor.

Con esta seña! dividida, se sabe exactamente el número de vueltas o revoluciones a las que gira el motor, información que sirve en el caso de un Sistema de Inyección para determinar el caudal de Inyección por vuelta.

Señal enviada por el módulo de encendido

Cuando el sistema de encendido tradicional por contactos (platinos) fue suplantado por un sistema de encendido electrónico, al no tener una señal pulsante de un contacto, se optó por tomar la señal de! módulo de encendido, el cual cumple una función similar al de su antecesor, pero utilizando la electrónica.

Esta forma de pulsos lo crea el módulo, para formar el campo magnético primario de la bobina de encendido, para luego interrumpirla, logrando con ello realizar un pulso en el mismo borne, de forma idéntica al anterior: este pulso es enviado al Tacómetro en el caso de medición de revoluciones para el tablero de instrumentos y también al Computador en el caso del Sistema de Inyección.

Como se notará, este pulso puede estar tomado tanto de! módulo de encendido, como del lugar donde este actúa, que es el negativo de la bobina de encendido.

En el esquema que vemos a continuación se ve la forma de conexión de esta señal de revoluciones del motor.

SEÑAL DE REVOLUCIONES TOMADA DEL MÓDULO O BOBINA.

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1. Bobina de encendido

2. Módulo de encendido

3. Señal de RPM

4. Señal al Tacómetro

SEÑAL ENVIADA POR UN SENSOR INDUCTIVO EN EL VOLANTE DEL CIGÜEÑAL.-

Como las señales de revoluciones del motor pueden adquirir errores, debido especialmente a la forma de actuar el módulo electrónico del caso anterior, quien recibe a su vez la señal de un generador de pulsos inductivo, de un generador Efecto HALL o de un sensor fotoeléctrico, en los sistemas precedentes se ha optado por tomar esta señal de un lugar más exacto.

Podemos entender este inconveniente, debido a que una parte mecánica es la encargada de mantener o alojar al sensor antes mencionado y como las partes mecánicas están expuestas a desgastes, falta de mantenimiento u otro tipo de daños, la señal que se envía al módulo de encendido sería también errada o por mejor decirlo, no muy exacta.

Por estas razones se ha diseñado un sistema completamente electrónico, el cual se basa en la información generada por un sensor inductivo, el mismo que genera señales de corriente alterna, tantas veces como número de dientes (de la rueda fónica o piñón) pasen junto a él. Esta información es "traducida" por e! computador, quien se encarga de adelantar o retardar el punto de encendido electrónicamente y envía una señal de comando al amplificador, que en este caso es el módulo de encendido. El módulo, a su vez, controla la formación y la interrupción del campo magnético de la bobina de encendido, sirviendo adicionalmente en los sistemas de Inyección como contador de revoluciones y con ello se modificará el caudal de entrega en los inyectores.

En la figura se puede ver la forma del sensor inductivo y de la rueda fónica o polea dentada.

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SEÑAL DE REVOLUCIONES ENVIADA POR EL PICK-UP DEL DISTRIBUIDOR.-

Tal como en el caso anterior, la señal de revoluciones puede ser tomada de un sensor inductivo en el distribuidor de encendido; a este sensor se lo denomina "pick-up" y se basa en los principios similares al sensor anterior, con la diferencia de que el eje del distribuidor tiene una rueda dentada, la cual corta el campo magnético del sensor, enviando tañías señales como número de dientes que posea esta rueda.

El computador identifica como una vuelta o revolución del motor al número de pulsos alternos generados en media vuelta del distribuidor, ya que este gira a mitad de vueltas del cigüeñal.

La razón básica de utilizar este tipo de señal se basa en evitar en determinado motor un nuevo diseño para el sensor, utilizando su antigua estructura, modificando únicamente al diseño del distribuidor tradicional, como lo podemos apreciaren el esquema.

SENSOR DE REVOLUCIONES EN EL DISTRIBUIDOR

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1. Cuerpo del distribuidor

2. Pick-up o impulsor

3. Rueda dentada

4. Imán permanente

5. Núcleo de hierro

SEÑAL FOTOELÉCTRICA PROVENIENTE DEL DISTRIBUIDOR.-

así como en las señales inductivas provenientes de un sensor alojado en el distribuidor anteriormente mencionado, algunos fabricantes utilizan otros tipos de sensores, como por ejemplo sensores a base de fotodiodos o sensores sensibles a la luz.

Se basan en la emisión de una luz infrarroja, captándola con un fotodiodo. Para ello, está alojado en e! eje del distribuidor una lámina ranurada o perforada; el sensor está localizado opuesto al emisor de luz y el disco o lámina ranurada y al girar permite cada vez que exista una ranura o una perforación, se obture o se abra la emisión de la luz con respecto al lector o sensor fotoeléctrico. Si este disco posee por ejemplo 50 ranuras en su periferia, el sensor detectará 50 señales por cada vuelta del disco, enviando esta señal al computador, quien determina con ello el número de revoluciones de giro del motor.

En el esquema se puede observar la caraterística del sensor.

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SENSOR EFECTO HALL LOCALIZADO EN EL DISTRIBUIDOR.-

Este sensor tiene antecedentes de su utilización en los sistemas de encendido electrónico, pero algunos fabricantes lo utilizan también como información adicional del número de revoluciones del motor, basándose en el número de pulsos o señales que este sensor pueda entregar.

El sistema Hall se basa en el principio de conductibilidad de una pastilla semiconductora, cuando se enfrenta a ella un campo magnético, es decir, si las líneas magnéticas de un Imán permanente está cercano o enfrentado a esta "pastilla", ella se convierte en conductora eléctrica, emitiendo una señal hacia el computador. En cambio cuando una pantalla (disco) interrumpe o tapa esta acción del campo magnético del imán, la "pastilla" deja de conducir o enviar esta señal.

El número de veces que se envíe esta señal, dependerá únicamente del número de ventanas que posea el disco o pantalla obturadora en su periferia, la misma que también está alojada en el eje del distribuidor, forma que la podemos observar en la figura.

SEÑAL UTILIZANDO UN SISTEMA DE EFECTO HALL EN EL DISTRIBUIDOR

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1. Pantalla obturadora

2. Pastíla HALL

3. Eje del distribuidor

4. Imán permanente

5. Conector eléctrico

SEÑAL DE LA POSICION DE LA MARIPOSA DE ACELERACION.-

Esta señal se la obtiene de un potenciómetro eléctrico, el cual está alojado en el cuerpo de la mariposa de aceleración y el cual recibe e) movimiento de la aleta a través del mismo eje, de tal manera que la resistencia variable del potenciómetro esté relacionada de acuerdo a la posición en la cual se encuéntrela mariposa.

A este potenciómetro se lo alimenta con una tensión de referencia, la cual generalmente es de 5 Voltios, provenientes de un regulador de voltaje del mismo Computador. Cuando la mariposa de aceleración se encuentra en su posición de reposo, la cantidad de tensión que se envía como señal será de unas cuantas décimas de voltio y esta señal se irá incrementando paulatinamente, de acuerdo al incremento en el movimiento de la mariposa, hasta llegar al tope de la escala, la cual nos dará un valor cercano a los 5 Voltios de la referencia.

Esta señal variable de tensión eléctrica se dirige de regreso al computador, el cual identifica esta tensión como una posición exacta de la mariposa de aceleración.

Adicionalmente algunos sistemas tienen un interruptor que conecta dos contactos en la posición de reposo de la mariposa, los cuales pueden estar alojados en el mismo cuerpo del potenciómetro; este interruptor sirve como una señal adiciona! para que el computador determine la desaceleración del motor, lo cual sirve para que se corte el envío de combustible hacia los inyectores en esta etapa, reduciendo enormemente el consumo de combustible del motor.

SEÑAL DE LA POSICION DE LA MARIPOSA DE ACELERACION

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SEÑAL DE LA CALIDAD DE LOS GASES COMBUSTIONADOS.-

En los primeros sistemas de Inyección, tanto mecánicos como electrónicos, se habían tomado como exactas las regulaciones de cada sistema, pero algunos factores pueden variar la calidad de la combustión, la cual no permite al motor entregar su mejor potencia y obligan adicionalmente a que esta mala combustión genere una emisión de gases contaminantes al ambiente.

Con estas malas experiencias, los sistemas fueron diseñándose de mejor manera, pero a pesar de ello la calidad de la combustión seguía dependiendo de otros factores, inclusive mecánicos, que afectaban en un buen porcentaje esta exactitud de los componentes electrónicos.

Es por eso que, con e! descubrimiento del análisis de los gases de escape, se llegó a determinar la importancia y la relación de estos gases combustionados con la exactitud en el sistema de Inyección. Este elemento que analiza los gases de escape es el Sensor de Oxígeno, llamado también Sonda Lambda.

El sensor de Oxígeno no es más que un sensor que detecta la presencia de mayor o menor cantidad de este gas en los gases combustionados, de tal manera que cualquier variación en el número de moléculas calculadas como perfectas o tomadas como referenciales, será un indicador de malfuncionamiento y por lo tanto de falta o. exceso de combustible en la combustión.

Este sensor trabaja como un "juez" del sistema, ya que todo el tiempo está revisando la calidad de la combustión, tomando como referencia al Oxígeno que encuentra en los gases quemados, informando al Computador, para que este último corriga la falta o el exceso de combustible inyectado, logrando la mezcla aire-combustible ideal.

Este sensor está constituido de una cerámica porosa de Bióxido de Circonio y de dos contactores de Platino, alojados dentro de un cuerpo metálico. El un contactor está conectado al cuerpo, mientras que el segundo es el contacto aislado, el cual entregará la señal de salida hacia el Computador. El sensor está a su vez localizado convenientemente en la salida del múltiple de escape del motor, lugar en e) cual puede medir la variación de la combustión del mismo.

Entre los dos contactos se genera una tensión eléctrica de aproximadamente 1 Voltio, cuando la cantidad de Oxígeno es abundante, que significa que la combustión posee mucho combustible. En cambio !a generación de esta tensión eléctrica será menor si la cantidad de combustible inyectado es muy pobre. Por lo tanto durante el funcionamiento del motor se tendrán valores de generación entre décimas de voltio hasta aproximadamente 1 Voltio, dependiendo de la presencia del Oxigeno en los gases combustionados.

Como el Computador está recibiendo esta información permanentemente, puede en cuestión de milésimas de segundo modificar la cantidad de combustible que inyecta el sistema, permitiendo que el motor obtenga una gran exactitud en su combustión, que significa entonces una óptima potencia de entrega y una emisión mínima de gases contaminantes en e) ambiente.

En el esquema podemos apreciar la estructura de este sensor y su localización en la tubuladura del escape.

SENSOR DE OXIGENO O SONDA LAMBDA

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1. Cuerpo metálico

2. Cuerpo de bióxido de Circonio

3. Contactores de Platino

4. Conector eléctrico

5. Cápsula protectora

6. Aislante

SENSOR DE PISTONEO.-

En las primeras versiones de Inyección electrónica, el sistema de encendido no formaba parte del primero, ya que se los consideraban como dos Sistemas separados, que en realidad así lo eran.

Con las innovaciones y mejoras de los sistemas de Inyección se inició la relación entre la Inyección y e! Sistema de encendido, ya que los datos de revoluciones, avance y retardo del punto de encendido eran parámetros muy importantes de tenerlos en cuenta para que se logre una combustión perfecta dentro del cilindro.

Por esto el Computador de este sistema tiene la facultad de adelantar el punto de encendido para obtener !a mayor potencia posible, pero al adelantar este punto, el motor empieza a pistonear, dañándose consecuentemente. Para contrarrestar este pistoneo, se debe corregir, retardando el punto de encendido.

Justamente esta función de determinar un punto de encendido idóneo la debe cumplir el Computador y el sensor que le informa es el sensor de Pistoneo.

Este sensor es diseñado de un material piezoeléctrico, alojado en un cuerpo metálico y localizado en la parte superior del bloque de cilindros, lugar en donde se obtiene el golpe del pistoneo. Este material tiene la característica de generar una tensión eléctrica con el golpe que detecta, señal que se dirige a! computador, el cual corrige este punto retardándolo, hasta que no recibe señal, para luego adelantarlo nuevamente, y así sucesivamente, manteniendo con ello unas condiciones exactas de funcionamiento.

Este sensor, por lo tanto, se ha instalado en los sistemas modernos de Inyección, sistemas que trabajan en conjunto con el Sistema de Encendido y logran una perfecta definición de la combustión y con ello la mayor potencia del motor y con la menor contaminación de los gases de escape.

En algunos motores de doble fila de cilindros, como son por ejemplo los casos de motores en "V" o motores de pistones antagónicos se instalan a dos sensores, los cuales informan individualmente de cada lado del motor.

En los esquemas se pueden notar la constitución del sensor y su apariencia.

SENSOR DE PISTONEO

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1. Conector eléctrico

2. Cuerpo aislante

3. Cuerpo metálico

4. Elemento piezoeléctrico

5. Rosca

6. Vista del sensor

TENSION DE LA-BATERIA

La Batería del vehículo, en conjunto con el Generador de corriente, son los elementos que alimentan a todos los sistemas eléctricos del vehículo. Como el Sistema de Inyección no es la excepción de ello, el Computador requiere de esta Tensión para alimentar a sus actuadores y en especial a los Inyectores.

Si la alimentación es variable, se entendería que una señal mas fuerte de salida hacia los Inyectores ocasionaría un mayor caudal de inyección. Sabemos también que e! Computador envía estas señales eléctricas, basándose en una tensión estable, la cual no se mantiene en un valor exacto, por la variación

misma de las revoluciones y de la generación. Pero el Computador se encarga de comparar los valores de tensión, la estabiliza exactamente y alimenta una tensión menor referencial hacia los inyectores y a todos los actuadores del sistema, manteniendo con ello una exacta dosificación del combustible.

Adicionalmente, todo computador moderno requiere de esta alimentación de la Batería para guardar memorias de los posibles fallos en el Sistema, fallos que pueden ser posteriormente "escaneados" y descifrados, ayudando notablemente a un análisis de funcionamiento.

SEÑAL DE ENCENDIDO DEL MOTOR.

Otra importantísima señal que requiere el Computador es la señal de encendido o corriente de contacto del interruptor de encendido y arranque (switch), tensión que alista al sistema para entrar en funcionamiento. Esta comente proviene generalmente de un relé principal, o de un fusible de contacto, corriente que en los sistemas pueden alimentar también a los Inyectores y a otros elementos que requieren esta tensión.

SEÑAL DE ARRANQUE DEL MOTOR

También existe una alimentación en algunos sistemas de corriente en el momento de arrancar el motor, que es tomada por el Computador para enviar una señal a los inyectores en esta etapa y en conjunto con la señal de la temperatura de! refrigerante, para incrementar el caudal del combustible inyectado.

En los primeros sistemas de Inyección este caudal adicional durante el arranque en frío y en etapas de calentamiento lo realizaba un sistema adicional de arranque en frío, pero ahora se ha tomado un caudal extra de combustible de los mismos inyectores, ayudados por esta señal de arranque que recibe el computador. De esta forma se compensa la falta de combustible en el momento del arranque.