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Inyección Diésel: Todo lo que tienes que saber

Hace casi un par de semanas, os hablábamos sobre la inyección en los motores gasolina, cómo funcionaba y que tipos había. Hoy vamos a cerrar esta serie de artículos explicando de qué va esto de la inyección en los motores diesel.

Como todos sabéis, los motores diesel y gasolina son bastante diferentes, y no sólo hablo por el sonido, sino por la forma en que se genera la mezcla y la combustión en el interior de sus cilindros. Con esto quiero decir que el proceso de la formación de la mezcla en los motores diesel se diferencia por no tener ninguna mariposa del acelerador (inyección indirecta), por lo que no se estrangula la admisión. Además, durante la carrera de compresión, sólo existe aire en el interior del cilindro y, no es hasta que ésta termina, cuando se inyecta el combustible que queremos quemar para que el motor nos dé potencia. Bajo estas circunstancias, la regulación de la potencia entregada por el motor, se realiza, actuando sobre la cantidad de combustible que inyectamos en el cilindro y no sobre la cantidad de mezcla aspirada, como ocurre en los motores gasolina.

Combustión Diesel

En los motores de encendido por compresión (Diesel), la combustión se produce cuando, el combustible que se inyecta en estado líquido, pasa a estado casi gaseoso , disgregado por medio de los inyectores y mezclándose con el aire para utilizar todo el oxígeno necesario. Tras este fenómeno, la combustión se genera en puntos localizados de la cámara de combustión por autoencendido.

Si atendemos bien, observamos que la mezcla y la combustión, son procesos que se producen de forma, prácticamente instantánea y además, sin límite entre el combustible que se está mezclando con el aire nuevo y el que se está quemando.

Bajo estas premisas, el combustible no tiene nada de tiempo para poder formar la mezcla, lo que condiciona mucho las características del sistema de inyección y el funcionamiento del motor, limitando tanto el dosado máximo admisible (proporción de los componentes de la mezcla) como el del régimen de giro.

Ahora bien, si nos fijamos, tanto en los motores gasolina como en diesel, los elementos que cuentan para que se genere la mezcla son muy similares; quiero decir que, ambos sistemas cuentas con depósitos de combustible, conductos, bomba de combustible, filtros de combustible, bomba de inyección, tuberías de alta presión e inyectores.

El modo en que trabajan es muy semejante. Por un lado, la bomba de suministro(normalmente de paletas) eleva el gasoil desde el depósito hasta la bomba de alta presión, alimentándola con una presión lo más constante posible (0,75 bar), haciendo pasar el combustible por un filtro, donde eliminará, tanto las burbujas que puedan existir como partículas que puedan dañar la bomba de inyección y los inyectores.

Hay que prestar mucha atención a los filtros en este tipo de motores, ya que deben tener un mantenimiento adecuado para que el sistema de inyección trabaje correctamente.
Por otro lado, la bomba de inyección es la encargada de suministrar la cantidad de carburante necesario, ejerciendo a su vez de regulador, y con la presión necesaria, para que, cuando el combustible entre en la cámara, se distribuya de forma que pueda combinarse con el aire disponible dentro del cilindro. Esta bomba, está arrastrada por medio del propio motor.

Con el fin de que la combustión sea lo más eficiente posible, el inicio de esta ha de estar bien calibrado, de modo que, el inicio se adelante o se retrase según el punto de funcionamiento. Para esto, las bombas tienen una serie de sistemas correctores, si bien éstos eran mecánicos, en la actualidad se han sustituido por sistemas de regulación electrónicos.

Las bombas de inyección, hasta hace unos pocos años, han estado generando presiones alrededor de 1.000 bar. En la actualidad, las presiones máximas se encuentran entre los 1.500 y 2.000 bar.

Para poder producir tanta presión, deben ser elementos muy robustos al igual que los conductos que transportan el carburante a dichas presiones. Estos conductos, están fabricados con tubo de acero sin soldaduras, con unos diámetros interiores de hasta 2 mm y paredes de 3 mm.

En cuanto a conductos, hay tantos como cilindros e inyectores tenga el motor. Dado que en su interior se generan fuertes efectos dinámicos, es conveniente que todas las tuberías tengan la misma geometría (longitud y calibre), con el fin que las sobrepresiones producidas afecten a todas por igual.

Los últimos componentes de la cadena son los inyectores. Estos se encargan de repartir el carburante dentro del cilindro. La punta de los inyectores, contiene unos orificios, a través de los cuales se reparte el combustible inyectado. Estos orificios, están cerrados por medio de la aguja del inyector en estado de reposo mediante un muelle; éste se mueve en el momento la presión alcanza unos valores mínimos, y es en este punto, cuando el combustible levanta la aguja, liberando los orificios, a través de los cuales entra a gran velocidad en la cámara de combustión. Dicho chorro de gasoil, se rompe evaporándose y mezclándose con el aire para generar la mezcla.

inyeccion diesel

Tipos de sistemas de inyección diésel

Llegados a este punto, vamos a hacer un resumen de lo que hemos visto hasta ahora. Lo que hemos hecho hasta ahora, ha sido una descripción general del funcionamiento de los sistemas de inyección en los motores diesel, desde el depósito de combustible hasta los inyectores.

A continuación nos vamos a centrar en lo que todo el mundo comenta por la calle, el tipo de inyección, si es directa, indirecta, por common-rail…

Inyección indirecta

También conocidos, como motores de cámara divida; esto es debido a la geometría de la cámara de combustión, formada por una pre-cámara ubicada en la culata, que está conectada a la cámara principal por medio de una garganta. El inyector, va a introducir el combustible en esta cámara.
Cuando el carburante se inyecta y empieza a arder, se produce un aumento de presión que empuja el aire y el combustible no quemado a la cámara principal a través de la garganta. Con este proceso, aumentamos la turbulencia, forzando la mezcla del combustible con el aire, que finalmente terminará de arder en la cámara principal.
inyección indirecta diésel

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Con esta técnica, se consigue que el proceso de mezcla se acelere, lo que implica que tengamos que trabajar con dosados y regímenes de giro más elevados, es decir, poder alcanzar potencias más altas.

Como curiosidad, la inyección indirecta, era muy típica en vehículos diesel con cilindradas entre los 1.700 y 2.500 cm3, que llegan a alcanzar regímenes máximos por encima de las 4.500 rpm.

Las desventajas con respecto a los motores de inyección directa son: un menor rendimiento y una mayor dificultad de arranque en frio, debido todo ello a la elevada transferencia de calor en la cámara de combustión.

 

Inyección directa

En los motores con este tipo de inyección, la cámara de inyección está labrada en la cabeza del mismo pistón. En esta cámara de combustión, se va a inyectar el combustible a través de un inyector, valga la redundancia, que posee varios orificios (entre 4 y 6 dependiendo del tamaño del motor), y que se mezclará a su vez con el aire que ha entrado por la válvula de admisión.

El sistema de inyección, es el encargado de asegurar que se forme la mezcla de manera correcta, para ello se debe de producir una buena atomización del carburante; además, tiene que conseguir que ésta, alcance toda la cámara de combustión, para aprovechar todo el aire contenido en la cámara. Para poder conseguir estas condiciones, vamos a necesitar unas presiones elevadas (1.000-2.000 bar).

Como el proceso de mezcla está muy limitado, tendremos que reforzar la inyección por medio de la rotación del aire dentro de la cámara en el momento el pistón está generando la compresión de la mezcla. Este el denominado efecto Swirl.

Inyección directa dentro de un cilindro

Dentro de la inyección directa, vamos a encontrar dos tipos de métodos para realizar la inyección:

Common-rail:

El sistema de common-rail o conducto común, es un sistema de inyección de combustible electrónico, para motores diesel de inyección directa, en el que el gasóleo, es aspirado directamente desde el depósito de combustible a una bomba de alta presión, y ésta, a su vez lo envía a un conducto común (a alta presión). Este conducto, va a ser el encargado de llevar el gasoil a los cilindros por medio de los inyectores.

Este sistema, fue inventado y desarrollado por el grupo industrial italiano Fiat Group, en colaboración con Magneti Marelli, filial del grupo especializada en componentes automovilísticos y electrónicos. La industrialización del sistema lo llevó a cabo Bosch.

El primer vehículo del mundo en equipar este sistema fue el Alfa Romeo 156 en 1.997, equipado con motor JTD.
En este sistema, se realizan por separado la generación de presión y la inyección. La presión de inyección se genera independientemente del régimen del motor y del caudal de inyección y está a disposición en el “Rail” (acumulador). El momento y el caudal de inyección se calculan en la unidad de control electrónica ECU y se realizan por el inyector en cada cilindro del motor, mediante el control de una electroválvula.

Inyección en motores diésel

Bomba-inyector:

La bomba de inyección y el inyector constituyen una unidad. Por cada cilindro del motor se monta una unidad en la culata, y se accionada o, directamente por un empujador, o mediante balancín, por parte del árbol de levas del motor.

Al no existir tuberías de alta presión, es posible una presión de inyección esencialmente mayor (hasta 2000 bar) que en las bombas de inyección en lineal y rotativas. Con esta elevada presión de inyección y mediante la regulación electrónica del comienzo de inyección y de la duración de inyección (o caudal de inyección), podemos obtener una elevada reducción de las emisiones contaminantes del motor diesel y consumo de carburante.

Bomba inyector diésel

A continuación un vídeo explicativo para aclarar dudas. Si te ha gustado el artículo o si tienes alguna duda, comenta a continuación 🙂 No te pierdas nuestro artículo sobre inyección de motores en gasolina,  el de la inyección de agua en motores para incrementar el rendimiento o nuestra sección de artículos sobre mecánica.

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