Publicado por PABLO ESTEBAN ARIAS VILLALOBOS Fecha

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¿Que es el sistema de inyección directa?

Debido a los sistemas de inyección directa las emisiones contaminantes de hidrocarburos, óxidos nítricos y monóxido de carbono se reducen hasta un 99% con la mediación de un catalizador de tres vías.

Por otra parte, el dióxido de carbono (CO2) que se produce como consecuencia de la combustión, siendo el causante del «efecto invernadero», sólo se puede reducir en base a de disminuir el consumo de combustible.

Tomando en consideración estos factores vemos que los sistemas de inyección con formación externa de la mezcla (inyección en el colector de admisión MPi) no sirven para cumplir estos objetivos, por ello la necesidad de desarrollar un sistema capaz de cumplir con estos compromisos. Este sistema se denomina motor de inyección directa de gasolina.

Motor de inyección directa de gasolina

Con el uso de los motores de inyección directa de gasolina se consiguen dos objetivos principales que aun hoy están vigentes y con vistas al futuro, estos objetivos son: La reducción del consumo de combustible y con este la reducción de emisiones contaminantes de escape.

Las diferentes marcas de automóviles se están decidiendo cada vez más por equipar sus modelos de gasolina con motores de inyección directa. Primero lo realizo la marca japonesa Mitsubishi con los motores GDi, ahora le siguen Renault con los motores IDE, el grupo PSA con los motores HPi, y Volkswagen con los motores FSi.

A su vez si comparamos el sistema de inyección en los colectores (inyección indirecta también llamados MPI) con la inyección directa de gasolina, entendemos por qué esta última es superior a la primera.

Los inyectores de un motor de gasolina (MPI) suelen ubicarse en el colector de admisión, lo que explica la denominación de estos sistemas. El combustible se inyecta por delante de una válvula cerrada o bien encima de la válvula abierta y se mezcla casi de forma completa con el aire de admisión en cada tobera dentro del colector de admisión.

Pero esta mezcla de aire y neblina de combustible inyectado no permite una explosión perfecta en el cilindro si no está preparada conforme a una exacta relación estequiométrica comprendida en unos límites muy específicos (1/14,7). En el caso de los motores dotados de un catalizador de tres vías es válida la ecuación de lambda igual a uno.

Esta precisa relación de aire/combustible debe ser ajustada durante cada uno de los ciclos del motor, cuando la inyección tiene lugar en el colector de admisión. El problema de estos sistemas de inyección indirecta viene dado principalmente a cargas parciales del motor cuando el conductor solicite una potencia no muy elevada como, por ejemplo, (acelerador a medio pisar).

 Los efectos podrían compararse con una vela encendida dentro de un envase que se va tapando poco a poco por su apertura superior: la llama de la vela va desapareciendo conforme empeoran las condiciones de combustión. Es esta especie de estrangulación supone un desfavorable comportamiento de consumo de un motor de ciclo Otto en los momentos de carga parcial.

Aquí es, entonces, donde se declaran las grandes virtudes de la inyección directa de gasolina. Los inyectores de este sistema no están ubicados en las toberas de admisión, sino que están incorporados de forma estratégica con un desplazamiento lateral determinado por encima de las cámaras de combustión.

Es por esto que la inyección directa de la gasolina posibilita una definición exacta de los intervalos de alimentación del carburante en cada ciclo de trabajo de los pistones, asimismo tal como un preciso control del tiempo que se necesita para preparar la mezcla de aire y combustible.

Dadas unas condiciones de carga parcial del motor, el combustible es inyectado muy cerca de la bujía y con una turbulencia cilíndrica, conocido como efecto tumble; al finalizar la fase de compresión, mientras el pistón se desplaza hacia su punto muerto superior.

Esta carga concentrada de mezcla puede ser explosionada, aunque el motor se encuentre en esos momentos en una fase de trabajo con un exceso de aire especifico (1/12.4). Por esta razón su grado de efectividad termodinámica es correspondientemente más alto.

Si se compara con un sistema de inyección en el colector de admisión (MPI) se obtienen unas importantes ventajas de consumo de combustible merced a la eliminación de la citada estrangulación.

Ventajas

Una de las principales ventajas es la desestrangulación en los modos operativos con mezcla "estratificada". Dentro de estos modos operativos se trabaja con un valor lambda comprendido entre 1,55 y 3.

Esto permite más abertura de la mariposa y por ende que pueda aspirar más aire, ya que debe superar una menor resistencia, que provocaba la válvula de mariposa al estar medio cerrada.

En el modo estratificado el motor trabaja con un valor lambda desde 1,6 hasta 3, consiguiendo una reducción de consumo de combustible considerable.

Otra ventaja son las menores pérdidas de calor cedido a las paredes de los cilindros, esto es debido a que en el modo de mezcla "estratificada" la combustión únicamente solo ocurre en la zona próxima de la bujía, esto provoca menores pérdidas de calor cedido a la pared del cilindro, con lo cual aumenta el rendimiento térmico del motor.

Debido al intenso movimiento de la mezcla en el modo homogéneo, el motor posee una compatibilidad alta con la recirculación de gases de escape, equivalente hasta un 25%. A fin de aspirar la misma cantidad de aire fresco que cuando trabaja con bajos índices de recirculación de gases se debe abrir la mariposa de gases un tanto más.

De esta manera se aspira el aire superando una baja resistencia y disminuyen las pérdidas originadas por efectos de estrangulamiento.

Con una inyección del combustible directa en el cilindro se extrae calor del aire de admisión, produciéndose un efecto de refrigeración de éste. La tendencia al picado disminuye, lo que permite aumentar a su vez la compresión.

Una mayor relación de compresión lleva a una presión final superior en la fase de compresión, con lo cual también aumenta el rendimiento térmico del motor.

Es posible reducir el régimen de ralentí, facilitando el arranque en frío debido a que al reanudar la inyección, el combustible no se deposita en las paredes de la cámara de combustión.

La mayor parte del combustible inyectado puede ser transformado de inmediato en energía utilizable. Asimismo, el motor funciona de un modo muy estable, incluso al trabajar con regímenes de ralentí más bajos.

Inconvenientes

Uno de los inconvenientes principales que surgen con la inyección directa de gasolina es el tratamiento de los gases de escape para cumplir las normativas anticontaminación. Los óxidos nítricos que se producen como motivo de la combustión en el modo "estratificado" y en el modo "homogéneo-pobre" no se pueden transformar suficientemente en nitrógeno por medio de un catalizador convencional de tres vías.

Solamente desde que ha sido desarrollado el catalizador-acumulador de NOx es que se ha podido cumplir la norma de emisiones de escape EU4 en estos modos operativos. Los óxidos nítricos se acumulan internamente en el catalizador y se transforman en nitrógeno mediante procesos específicos para ello.

Otro de los inconv

Debido a los sistemas de inyección directa las emisiones contaminantes de hidrocarburos, óxidos nítricos y monóxido de carbono se reducen hasta un 99% con la mediación de un catalizador de tres vías.

Por otra parte, el dióxido de carbono (CO2) que se produce como consecuencia de la combustión, siendo el causante del «efecto invernadero», sólo se puede reducir en base a de disminuir el consumo de combustible.

Tomando en consideración estos factores vemos que los sistemas de inyección con formación externa de la mezcla (inyección en el colector de admisión MPi) no sirven para cumplir estos objetivos, por ello la necesidad de desarrollar un sistema capaz de cumplir con estos compromisos. Este sistema se denomina motor de inyección directa de gasolina.

Motor de inyección directa de gasolina

Con el uso de los motores de inyección directa de gasolina se consiguen dos objetivos principales que aun hoy están vigentes y con vistas al futuro, estos objetivos son: La reducción del consumo de combustible y con este la reducción de emisiones contaminantes de escape.

Las diferentes marcas de automóviles se están decidiendo cada vez más por equipar sus modelos de gasolina con motores de inyección directa. Primero lo realizo la marca japonesa Mitsubishi con los motores GDi, ahora le siguen Renault con los motores IDE, el grupo PSA con los motores HPi, y Volkswagen con los motores FSi.

A su vez si comparamos el sistema de inyección en los colectores (inyección indirecta también llamados MPI) con la inyección directa de gasolina, entendemos por qué esta última es superior a la primera.

Los inyectores de un motor de gasolina (MPI) suelen ubicarse en el colector de admisión, lo que explica la denominación de estos sistemas. El combustible se inyecta por delante de una válvula cerrada o bien encima de la válvula abierta y se mezcla casi de forma completa con el aire de admisión en cada tobera dentro del colector de admisión.

Pero esta mezcla de aire y neblina de combustible inyectado no permite una explosión perfecta en el cilindro si no está preparada conforme a una exacta relación estequiométrica comprendida en unos límites muy específicos (1/14,7). En el caso de los motores dotados de un catalizador de tres vías es válida la ecuación de lambda igual a uno.

Esta precisa relación de aire/combustible debe ser ajustada durante cada uno de los ciclos del motor, cuando la inyección tiene lugar en el colector de admisión. El problema de estos sistemas de inyección indirecta viene dado principalmente a cargas parciales del motor cuando el conductor solicite una potencia no muy elevada como, por ejemplo, (acelerador a medio pisar).

 Los efectos podrían compararse con una vela encendida dentro de un envase que se va tapando poco a poco por su apertura superior: la llama de la vela va desapareciendo conforme empeoran las condiciones de combustión. Es esta especie de estrangulación supone un desfavorable comportamiento de consumo de un motor de ciclo Otto en los momentos de carga parcial.

Aquí es, entonces, donde se declaran las grandes virtudes de la inyección directa de gasolina. Los inyectores de este sistema no están ubicados en las toberas de admisión, sino que están incorporados de forma estratégica con un desplazamiento lateral determinado por encima de las cámaras de combustión.

Es por esto que la inyección directa de la gasolina posibilita una definición exacta de los intervalos de alimentación del carburante en cada ciclo de trabajo de los pistones, asimismo tal como un preciso control del tiempo que se necesita para preparar la mezcla de aire y combustible.

Dadas unas condiciones de carga parcial del motor, el combustible es inyectado muy cerca de la bujía y con una turbulencia cilíndrica, conocido como efecto tumble; al finalizar la fase de compresión, mientras el pistón se desplaza hacia su punto muerto superior.

Esta carga concentrada de mezcla puede ser explosionada, aunque el motor se encuentre en esos momentos en una fase de trabajo con un exceso de aire especifico (1/12.4). Por esta razón su grado de efectividad termodinámica es correspondientemente más alto.

Si se compara con un sistema de inyección en el colector de admisión (MPI) se obtienen unas importantes ventajas de consumo de combustible merced a la eliminación de la citada estrangulación.

Ventajas

Una de las principales ventajas es la desestrangulación en los modos operativos con mezcla "estratificada". Dentro de estos modos operativos se trabaja con un valor lambda comprendido entre 1,55 y 3.

Esto permite más abertura de la mariposa y por ende que pueda aspirar más aire, ya que debe superar una menor resistencia, que provocaba la válvula de mariposa al estar medio cerrada.

En el modo estratificado el motor trabaja con un valor lambda desde 1,6 hasta 3, consiguiendo una reducción de consumo de combustible considerable.

Otra ventaja son las menores pérdidas de calor cedido a las paredes de los cilindros, esto es debido a que en el modo de mezcla "estratificada" la combustión únicamente solo ocurre en la zona próxima de la bujía, esto provoca menores pérdidas de calor cedido a la pared del cilindro, con lo cual aumenta el rendimiento térmico del motor.

Debido al intenso movimiento de la mezcla en el modo homogéneo, el motor posee una compatibilidad alta con la recirculación de gases de escape, equivalente hasta un 25%. A fin de aspirar la misma cantidad de aire fresco que cuando trabaja con bajos índices de recirculación de gases se debe abrir la mariposa de gases un tanto más.

De esta manera se aspira el aire superando una baja resistencia y disminuyen las pérdidas originadas por efectos de estrangulamiento.

Con una inyección del combustible directa en el cilindro se extrae calor del aire de admisión, produciéndose un efecto de refrigeración de éste. La tendencia al picado disminuye, lo que permite aumentar a su vez la compresión.

Una mayor relación de compresión lleva a una presión final superior en la fase de compresión, con lo cual también aumenta el rendimiento térmico del motor.

Es posible reducir el régimen de ralentí, facilitando el arranque en frío debido a que al reanudar la inyección, el combustible no se deposita en las paredes de la cámara de combustión.

La mayor parte del combustible inyectado puede ser transformado de inmediato en energía utilizable. Asimismo, el motor funciona de un modo muy estable, incluso al trabajar con regímenes de ralentí más bajos.

Inconvenientes

Uno de los inconvenientes principales que surgen con la inyección directa de gasolina es el tratamiento de los gases de escape para cumplir las normativas anticontaminación. Los óxidos nítricos que se producen como motivo de la combustión en el modo "estratificado" y en el modo "homogéneo-pobre" no se pueden transformar suficientemente en nitrógeno por medio de un catalizador convencional de tres vías.

Solamente desde que ha sido desarrollado el catalizador-acumulador de NOx es que se ha podido cumplir la norma de emisiones de escape EU4 en estos modos operativos. Los óxidos nítricos se acumulan internamente en el catalizador y se transforman en nitrógeno mediante procesos específicos para ello.

Otro de los inconvenientes reside en los problemas que plantea el azufre en la gasolina. Debido a la similitud química que posee con respecto a los óxidos nítricos, el azufre también se almacena en el catalizador- acumulador de NOx y ocupa los lugares destinados a los óxidos nítricos.

Cuanto mayor es el contenido de azufre en el combustible, tanto más frecuentemente se tiene que regenerar el catalizador-acumulador, lo cual genera un consumo de combustible adicional.

Uno de los pioneros en este mecanismo fue la marca Mitsubishi, primera en construir motores de inyección directa de gasolina. En este tipo de motor la gasolina es inyectada directamente en el cilindro, con lo que se eliminan perdidas y se mejora el rendimiento.

La cantidad exacta de gasolina se introduce en una temporización muy precisa, consiguiendo una combustión completa. Las innovaciones tecnológicas que presentan estos motores son variadas entre ellas encontramos:

- Colectores de admisión verticales.

- Pistones con una forma especial (deflector).

- Bombas de combustibles de alta presión.

- Inyectores de alta presión.

enientes reside en los problemas que plantea el azufre en la gasolina. Debido a la similitud química que posee con respecto a los óxidos nítricos, el azufre también se almacena en el catalizador- acumulador de NOx y ocupa los lugares destinados a los óxidos nítricos.

Cuanto mayor es el contenido de azufre en el combustible, tanto más frecuentemente se tiene que regenerar el catalizador-acumulador, lo cual genera un consumo de combustible adicional.

Uno de los pioneros en este mecanismo fue la marca Mitsubishi, primera en construir motores de inyección directa de gasolina. En este tipo de motor la gasolina es inyectada directamente en el cilindro, con lo que se eliminan perdidas y se mejora el rendimiento.

La cantidad exacta de gasolina se introduce en una temporización muy precisa, consiguiendo una combustión completa. Las innovaciones tecnológicas que presentan estos motores son variadas entre ellas encontramos:

- Colectores de admisión verticales.

- Pistones con una forma especial (deflector).

- Bombas de combustibles de alta presión.

- Inyectores de alta presión.