Inyección de combustible en motores de gasolina. Ventajas, desventajas y posibles problemas

El tipo de sistema de inyección determina los parámetros del motor y los costos de operación. Afecta la dinámica, el consumo de combustible, las emisiones de escape y los costos de mantenimiento del automóvil.

La historia de la aplicación práctica de la inyección de gasolina en un motor de combustión interna en el transporte se remonta al período anterior a la Primera Guerra Mundial. Incluso entonces, la aviación buscaba urgentemente nuevas soluciones que pudieran mejorar la eficiencia de los motores y superar los problemas de potencia en varias posiciones de la aeronave. La inyección de combustible, que apareció por primera vez en el motor de avión francés V8 de 1903, resultó útil. No fue hasta 1930 que debutó el Mercedes 1951 SL con inyección de combustible, ampliamente considerado como un precursor en el campo. Sin embargo, en la versión deportiva, fue el primer coche con inyección directa de gasolina.

La inyección electrónica de combustible se usó por primera vez en el 300 en un motor Chrysler de 1958. La inyección de gasolina multipunto comenzó a aparecer en los automóviles en la década de 1981, pero se usaba principalmente en modelos de lujo. Ya se usaban bombas eléctricas de alta presión para garantizar la presión adecuada, pero el control seguía siendo responsabilidad de los mecánicos, que solo se desvanecieron en el olvido en 600 con el final de la producción de Mercedes. Los sistemas de inyección seguían siendo caros y no cambiaron a coches baratos y populares. Pero cuando en la década de XNUMX se hizo necesario instalar convertidores catalíticos en todos los automóviles, independientemente de su clase, se tuvo que desarrollar un tipo de inyección más económico.

La presencia de un catalizador requería un control más preciso de la composición de la mezcla que el que podían proporcionar los carburadores. Así se creó la inyección monopunto, una versión exigua de la "multipunto", pero suficiente para las necesidades de los coches baratos. Desde finales de los noventa comenzó a desaparecer del mercado, siendo reemplazado por los inyectores multipunto, que actualmente son el sistema de combustible más popular en los motores automotrices. En 1996, la inyección directa de combustible hizo su debut estándar en el Mitsubishi Carisma. La nueva tecnología necesitaba serias mejoras y al principio encontró pocos seguidores.

Sin embargo, frente a los estándares de gases de escape cada vez más estrictos, que desde el principio tuvieron una fuerte influencia en el progreso de los sistemas de combustible para automóviles, los diseñadores finalmente tuvieron que pasar a la inyección directa de gasolina. En las últimas soluciones, hasta ahora pocas en número, combinan dos tipos de inyección de gasolina: multipunto indirecta y directa.    

Inyección indirecta de un solo punto

En los sistemas de inyección de un solo punto, el motor es accionado por un solo inyector. Se instala en la entrada del colector de admisión. El combustible se suministra a una presión de aproximadamente 1 bar. El combustible atomizado se mezcla con el aire frente a los puertos de admisión de los canales que conducen a los cilindros individuales.

La mezcla de aire y combustible es aspirada en los canales sin una dosificación precisa de la mezcla para cada cilindro. Debido a las diferencias en la longitud de los canales y la calidad de sus acabados, la alimentación de los cilindros es desigual. Pero también hay beneficios. Dado que el camino de la mezcla de aire y combustible desde el inyector hasta la cámara de combustión es largo, el combustible puede evaporarse bien cuando el motor se calienta correctamente. En climas fríos, el combustible no se evapora, las cerdas se condensan en las paredes del colector y entran parcialmente en la cámara de combustión en forma de gotas. De esta forma, no puede quemarse completamente en el ciclo de trabajo, lo que conduce a una baja eficiencia del motor en la fase de calentamiento.

La consecuencia de esto es un mayor consumo de combustible y una alta toxicidad de los gases de escape. La inyección de un solo punto es simple y económica, no requiere muchas piezas, boquillas complejas y sistemas de control avanzados. Los bajos costos de producción dan como resultado un precio más bajo del vehículo y las reparaciones con inyección de un solo punto son fáciles. Este tipo de inyección no se utiliza en los motores de turismos modernos. Solo se puede encontrar en modelos con diseño al revés, aunque producido fuera de Europa. Un ejemplo es el Samand iraní.

beneficios

- Diseño simple

– Bajos costes de producción y mantenimiento

– Baja toxicidad de los gases de escape cuando el motor está caliente

дефекты

– Precisión de dosificación de combustible baja

– Consumo de combustible relativamente alto

– Alta toxicidad de los gases de escape en la fase de calentamiento del motor

– Bajo rendimiento en términos de dinámica del motor

Inyección multipunto indirecta

Una extensión de la inyección indirecta de un solo punto es la inyección indirecta de múltiples puntos con un inyector en cada puerto de admisión. El combustible se entrega después del acelerador, justo antes de la válvula de admisión.Los inyectores están más cerca de los cilindros, pero el camino de la mezcla de aire/combustible sigue siendo lo suficientemente largo para que el combustible se vaporice en un motor caliente. Por otro lado, la fase de calentamiento tiene menos tendencia a condensarse en las paredes del puerto de entrada porque la distancia entre el inyector y el cilindro es más corta. En los sistemas multipunto, el combustible se suministra a una presión de 2 a 4 bar.

Un inyector separado para cada cilindro brinda a los diseñadores posibilidades completamente nuevas en términos de aumentar la dinámica del motor, reducir el consumo de combustible y reducir las emisiones de escape. Inicialmente, no se utilizaron sistemas de control avanzados y todas las boquillas midieron el combustible al mismo tiempo. Esta solución no era óptima, ya que el momento de inyección no se producía en cada cilindro en el momento más ventajoso (cuando golpeaba la válvula de admisión cerrada). Solo el desarrollo de la electrónica permitió construir sistemas de control más avanzados, gracias a los cuales la inyección comenzó a funcionar con mayor precisión.

Inicialmente, las boquillas se abrían en pares, luego se desarrolló un sistema de inyección de combustible secuencial, en el que cada boquilla se abre por separado, en el momento óptimo para un cilindro determinado. Esta solución le permite seleccionar con precisión la dosis de combustible para cada carrera. Un sistema multipunto en serie es mucho más complejo que un sistema de un solo punto, más caro de fabricar y más caro de mantener. Sin embargo, le permite aumentar significativamente la eficiencia del motor con menos consumo de combustible y menos toxicidad de los gases de escape.

beneficios

– Alta precisión de dosificación de combustible

– Bajo consumo de combustible

– Muchas posibilidades en términos de dinámica del motor

– Baja toxicidad de los gases de escape

дефекты

- Complejidad de diseño significativa

– Costos de producción y mantenimiento relativamente altos

Inyección directa

En esta solución, el inyector se instala en el cilindro e inyecta combustible directamente en la cámara de combustión. Por un lado, esto es muy beneficioso, ya que le permite reemplazar muy rápidamente la carga de combustible y aire sobre el pistón. Además, el combustible relativamente frío enfría bien la corona del pistón y las paredes del cilindro, por lo que es posible aumentar la relación de compresión y obtener una mayor eficiencia del motor sin temor a golpes de combustión adversos.

Los motores de inyección directa están diseñados para quemar mezclas de aire/combustible muy pobres con cargas bajas del motor para lograr un consumo de combustible extremadamente bajo. Sin embargo, resultó que esto causa problemas con un exceso de óxidos de nitrógeno en los gases de escape, para eliminarlos es necesario instalar sistemas de limpieza adecuados. Los diseñadores combaten los óxidos de nitrógeno de dos maneras: agregando impulso y reduciendo el tamaño, o instalando un complejo sistema de boquillas de dos fases. La práctica también muestra que con la inyección directa de combustible, el fenómeno desfavorable de los depósitos de carbón en los conductos de admisión de los cilindros y en los vástagos de las válvulas de admisión (disminución de la dinámica del motor, aumento del consumo de combustible).

Esto se debe a que tanto los puertos de admisión como las válvulas de admisión no se lavan con la mezcla de aire/combustible como ocurre con la inyección indirecta. Por lo tanto, no son arrastrados por partículas finas de aceite que ingresan al sistema de succión desde el sistema de ventilación del cárter. Las impurezas del aceite se endurecen bajo la influencia de la temperatura, creando una capa cada vez más gruesa de sedimentos no deseados.

beneficios

– Muy alta precisión de dosificación de combustible

– Posibilidad de quemar mezclas pobres

– Muy buena dinámica del motor con bajo consumo de combustible

дефекты

- Diseño extremadamente complejo

– Costes de producción y mantenimiento muy elevados

– Problemas con el exceso de óxidos de nitrógeno en los gases de escape

- Depósitos de carbonilla en el sistema de admisión

Doble inyección - directa e indirecta

El diseño del sistema de inyección mixta aprovecha la inyección directa e indirecta. La inyección directa funciona cuando el motor está frío. La mezcla de combustible y aire fluye directamente sobre el pistón y se excluye la condensación. Cuando el motor está caliente y funcionando con carga ligera (conducción a velocidad constante, aceleración suave), la inyección directa deja de funcionar y la inyección indirecta multipunto asume su función. El combustible se evapora mejor, los costosos inyectores del sistema de inyección directa no funcionan y no se desgastan, las válvulas de admisión se lavan con la mezcla de combustible y aire, por lo que no se forman depósitos en ellas. Con altas cargas del motor (fuertes aceleraciones, conducción rápida), la inyección directa se vuelve a conectar, lo que asegura un llenado muy rápido de los cilindros.

beneficios

– Dosificación de combustible muy precisa

– Entrega óptima del motor en todas las condiciones

– Muy buena dinámica del motor con bajo consumo de combustible

– Sin depósitos de carbón en el sistema de admisión

дефекты

- Gran complejidad de diseño.

– Costos de producción y mantenimiento extremadamente altos