Inyección mecánica de combustible Diésel

El motor diésel al igual que cualquier motor de combustión interna, funciona en un rango de potencia y velocidad de rotación que depende directamente de la entrega de combustible. La potencia generada en el motor depende directamente de la voluntad del conductor. La voluntad está representada en la presión aplicada en el pedal del acelerador y se acomoda a las condiciones del terreno.

Inyección de combustible.

La inyección de combustible es un sistema de alimentación para los motores de combustión interna alternativo al carburador, un sistema obligatorio en los motores de explosión. Que se utiliza en la mayoría de autos a nivel mundial desde 1990. Debido a la necesidad de reducir las emisiones contaminantes. El sistema de alimentación de combustible complementa el sistema de encendido del motor en el ciclo Otto, es el encargado de desencadenar la combustión de la mezcla aire/combustible.

Este sistema es obligatorio desde su creación en los motores diésel, debido a que el combustible tiene que ser inyectado dentro de la cámara en el momento de la combustión (aunque no siempre la cámara está en la cabeza del pistón). El aire ingresa sin resistencia y de forma directa al cilindro o la pre cámara durante la carrera de admisión. Este volumen denominado cámara de combustión está sometido a una fuerte compresión y por ende eleva su temperatura en este momento se inyecta la cantidad adecuada de diésel pulverizado.

Sistema de inyección Diesel

El proceso de inyectar combustible en el motor Diesel puede resumirse en pocas palabras, pero en realidad está rodeado de un gran número de particularidades. Este sistema debe inyectar con gran exactitud y a grandes presiones (entre 120 y 400 kg/cm²), volúmenes de líquido que pueden ser comparables con el de la cabeza de un alfiler, con un comienzo y tiempo de duración muy exactos, a frecuencias que pueden llegar a mas de 2000 ciclos por segundo, y por un período de millones de ciclos sin fallo.

La inyección se produce en una cámara donde hay combustión simultánea a la inyección, en un ambiente caliente y agresivo. El sistema de inyección tiene como finalidad distribuir el combustible a alta presión en cada cilindro y en las cantidades convenientes y exactas, en intervalos iguales. Un sistema de inyección varía de acuerdo a la marca, tipo y aplicación del motor. Esto ha dado como resultado una serie de sistemas  o bombas de inyección.

Bombas de inyección

Existen dos tipos de bombas de inyección mecánica para motores diésel que son:

• Bomba lineal
• Bomba rotativo (distribuidor)

Bomba de inyección lineal

Se denomina principalmente bomba de inyección lineal debido a que los impulsadores se encuentran en línea y se caracteriza porque el número de impulsores debe ser igual al número de cilindros, las levas están desfasadas según la distribución de la inyección de combustible para cada cilindro.

Su principal función es elevar la presión del combustible para que se ajuste al ritmo de trabajo de los inyectores, dosificando la cantidad de combustible que se inyecta a los cilindros y regulando tanto las velocidades máximas como las mínimas en el motor.

La bomba diésel está sincronizada con el movimiento del motor mediante un acople flexible y se trata esencialmente de una bomba de pistones situados en línea que se encargan de alimentar a los inyectores con un caudal variable que circula a través de un émbolo por cada uno de los cilindros.

Los émbolos de los cilindros se accionan por la presión del combustible y a través del árbol de levas, que se desplaza con un ángulo de giro exactamente igual al ángulo de cada pistón del motor haciendo que la inyección suceda en el mismo momento tanto en los pistones como en los inyectores. Este tipo de bombas son las más utilizadas y se conocen como bombas de inyección diésel lineales, dónde cada inyector está conectado con un cilindro.

Bomba rotativa

La necesidad de una inyección mucho más flexible y exacta llevo a diferentes cambios, varios elementos de graduación y regulación  adicionales. Las bombas de inyección rotativas se emplean en motores diésel. Debido a su rápida entrega de combustible, su construcción más compacta. Posee un solo elemento de bombeo para todos los cilindros, entrega el combustible en un orden correlativo, o sea en el orden de inyección. Se lubrica con el mismo combustible y es más compacta y menos ruidosa.

El funcionamiento consiste en una bomba de aletas que aspira el combustible del depósito y lo introduce en el interior de la cámara de bomba. El embolo realiza tantas carreras como cilindros del motor a de abastecer La bomba rotativa convencional dispone de una corredera de regulación que determina la carrera útil y dosifica el caudal de inyección. El comienzo de suministro está regulado a través de un anillo de rodillos. El caudal de inyección es dosificado por una electroválvula, las señales que ordenan el control y la regulación son procesadas por ECU (unidad de control de bomba y unidad de control de motor). Dentro del grupo de bombas de inyección rotativas existen tres tipos:

Bomba de inyección individual

Su funcionamiento es equiparable al de la bomba de inyección lineal. Las levas que se encargan del accionamiento se encuentran sobre el árbol de levas correspondiente al control de válvulas del motor, por ese motivo no es posible la variación del avance mediante un giro del árbol de levas.

Unidad de bomba-inyector

En este tipo de bombas por cada cilindro del motor se monta una unidad en la culata que es accionada directamente por un empujador o indirectamente por un balancín. Dispone de una presión de inyección superior a la proporcionada por las bombas de inyección en línea y rotativas, esto es debido a que no dispone de tuberías de alta presión.

Unidad bomba-tubería-inyector

Este sistema de inyección trabaja según el procedimiento que la unidad bomba-inyector. Este sistema, contrariamente a la unidad bomba-inyector, el inyector y la bomba están unidos mediante una tubería corta de inyección. El inyector UPS dispone de una inyección por cada cilindro del motor. La regulación electrónica del comienzo de inyección y duración de inyección proporciona al motor una reducción de las emisiones contaminantes.

Tipos de sistemas de inyección para motores diésel

Veamos los tipo de inyección, inyección directa, inyección indirecta, raíl común:

Inyección indirecta

Los motores con inyección indirecta también son conocidos como motores de cámara divida. Esto se debe a la geometría de la cámara de combustión, que consiste en una pre-cámara en la culata, conectada a la cámara de combustión principal por una garganta. El inyector suministra combustible a esta cámara.

Cuando el combustible se inyecta y comienza a arder, se produce un aumento de presión que empuja el aire y el combustible no quemado a través de la garganta hacia la cámara principal. Este proceso aumenta la turbulencia para que el combustible se mezcle con el aire, que finalmente se quema en la cámara principal.

Esta técnica acelera el proceso de mezcla, por lo que se puede conseguir una mayor dosificación y velocidad, es decir, se obtiene más potencia.

Las desventajas en comparación con los motores de inyección directa son un menor rendimiento y una mayor dificultad para el arranque en frío, debido al elevado intercambio de calor en la cámara de combustión.

Inyección directa

En los motores de inyección directa, la cámara de inyección se encuentra en la propia cabeza del pistón. El combustible se inyecta en la cámara de combustión a través de una boquilla de múltiples puertos (de 4 a 6, según el tamaño del motor) y el combustible se mezcla con el aire que entra por la válvula de admisión.

El sistema de inyección es responsable de la correcta formación de la mezcla, es decir, debe atomizar correctamente el combustible y hacer que la mezcla llegue a toda la cámara de combustión para que se aproveche todo el aire presente. Para conseguir estas condiciones se requiere una alta presión (de 1.000 a 2.000 bares).

Como el proceso de mezcla es muy limitado, tenemos que aumentar la inyección haciendo girar el aire en la cámara mientras el pistón crea una compresión de la mezcla. Este fenómeno se conoce como efecto vórtice.

Filtración, presión e inyección

Por un lado, una bomba de alimentación (normalmente una bomba de paletas) eleva el gasóleo desde el depósito hasta una bomba de alta presión, que lo bombea a la mayor presión constante posible (0,75 bares) y lo hace pasar por un filtro, donde elimina las burbujas de aire y las partículas que podrían dañar la bomba de inyección y los inyectores.

Para que el sistema de inyección funcione correctamente, los filtros de este tipo de motor deben ser mantenidos cuidadosamente.

La bomba de inyección, por su parte, se encarga de suministrar la cantidad correcta de combustible, actuando como regulador y proporcionando la presión necesaria para distribuir el combustible al entrar en la cámara, permitiendo que se combine con el aire del cilindro. Esta bomba es accionada por el propio motor.

Para conseguir el máximo rendimiento de la combustión, el inicio de la misma debe estar correctamente calibrado para que se adelante o retrase en función del punto de funcionamiento. Para ello, las bombas están equipadas con una serie de sistemas de corrección, antes mecánicos, ahora sustituidos por sistemas de control electrónico.

Hasta hace unos años, las bombas de inyección producían presiones del orden de los 1.000 bares. En la actualidad, la presión máxima se sitúa entre 1.500 y 2.000 bares.

Para producir presiones tan altas, estos componentes deben ser muy resistentes, al igual que las tuberías que transportan el combustible bajo esta presión. Estos tubos son de acero sin soldadura con diámetros internos de hasta 2 mm y paredes de 3 mm.

Inyección de gasóleo en el cilindro

Hay tantos canales como cilindros y toberas en un motor. Dado que las tuberías tienen fuertes efectos dinámicos, es deseable que todas las tuberías tengan la misma geometría (longitud y distancia), de modo que la sobrepresión resultante afecte a todas las tuberías por igual.

El último eslabón de la cadena son las boquillas. Se encargan de distribuir el combustible al cilindro. En el extremo de las boquillas hay agujeros por los que se distribuye el combustible inyectado. Estos agujeros son cerrados por la aguja del inyector en reposo, gracias a un muelle. Se mueve cuando la presión alcanza el ralentí y es en este momento cuando el combustible levanta la aguja, liberando los orificios y permitiendo que el combustible entre en la cámara de combustión a gran velocidad.

Este chorro de gasóleo se desintegra, se evapora y se mezcla con el aire para formar una mezcla.