Sistemas de Formación de la Mezcla

LAS IV

Inyección en el Conducto de Admisión (formación exterior de mezcla)

• Los sistemas de inyección degasolina con formaciónexterior de la mezcla secaracterizan por el hecho deque la mezcla de aire ycombustible tiene lugar fuerade la cámara de combustión(en el tubo de admisión).Debido a una mejordosificación del combustible ypreparación de la mezcla.

• Junto a la dosificación exacta de la masa decombustible inyectada correspondiente al aireaspirado por el motor, también es importanteque la inyección se lleve a cabo en elmomento preciso.

• A la unidad de control se le añade la tarea decalcular para la cantidad de aire aspirado ypara el estado actual de funcionamiento delmotor, tanto la masa de combustiblenecesaria para cada cilindro como también elmomento correcto de inyección.

• El tiempo de inyección necesario para la masade combustible calculado se obtiene enfunción de la sección de apertura de lamariposa de aceleración, así como de lapresión diferencial entre el tubo de admisión yel sistema de alimentación del combustible.

• Por medio de una electrobomba decombustible, de tubos de alimentación yfiltros, en el caso de la inyección en elconducto de admisión el combustible va aparar bajo la presión del sistema aldistribuidor de combustible, que garantiza laalimentación uniforme de los inyectores.

• Para una buena calidad de la mezcla de aire ycombustible es muy importante lapreparación del combustible por losinyectores, cuya pulverización hace que lasgotas sean lo más

pequeñas posible.

La forma y el ángulo

del chorro del inyec-

tor están adaptados

a los datos geométri-

cos del tubo de admi-

sión o de la culata.

• Al inyectar la masa de combustible exactamentedosificada justo delante de la(s) válvula(s) deadmisión del cilindro, el combustible pulverizadopuede evaporarse en su mayor parte. Así, con elaire que fluye a través de la válvula de mariposapuede formarse en el momento oportuno lamezcla de aire y combustible necesaria. Eltiempo disponible para la formación de la mezclapuede aumentarse

realizando una inyección

con las válvulas aún

cerradas.

• En la zona de las válvulas de admisión secondensa una parte del combustibleformando una ligera película adherida a lasparedes, cuyo grosor depende esencialmentede la presión que haya en el tubo deadmisión y, con ello, del estado de carga delmotor

• Cuando el motor está funcionando de forma dinámica o no estacionaria, esta humectación de las paredes puede llevar a desviaciones temporales del valor lambda deseado de forma que debe reducirse al máximo la masa de combustible adherida en las paredes.

• No deben despreciarse los efectos de lahumectación de las paredes del canal deadmisión, especialmente en condiciones dearranque en frio: debido a la falta deevaporación del combustible en la fase dearranque es necesario que se produzca unaalimentación extra de combustible paragenerar una mezcla inflamable.

• En caso de que a continuación caiga lapresión del colector de admisión se evaporaparte de la película adherida antes a la pared,lo que puede producir elevadas emisiones dehidrocarburos con el catalizador que aún noestá caliente por el funcionamiento.

• En comparación con los motorescon carburador o sistemascentrales de inyección, lahumectación de las paredes enlos dispositivos de inyecciónindividualizada es mucho másreducida.

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Inyección Directa de la Gasolina (formación interna de la mezcla)

• Al contrario de lo que ocurre en la inyecciónen el conducto de admisión, en la inyeccióndirecta de gasolina fluye aire puro por lasválvulas de admisión hacia la cámara decombustión.

• En la cámara de combustión, cuando seinyecta el combustible mediante un inyectorcolocado directamente en la culata. En estesentido, se distinguen fundamentalmente 2modalidades principales.

• Para la inyección de combustible durante eltiempo de admisión se habla defuncionamiento por mezcla homogénea; encambio la inyección de combustible durante lacompresión se denomina funcionamiento pormezcla estratificada.

• Además existen otras modalidades adicionalesque representan una mezcla de las 2principales o una pequeña variación de lasmismas.

Funcionamiento por Mezcla Homogénea

• La formación de la mezcla es similar a la de lainyección en el conducto de admisión. Lamezcla se forma en una proporciónestequiométrica.

• Falta el proceso que estimula la formación dela mezcla que surge del flujo de circulación porla válvula de admisión.

• Se dispone de mucho menos

tiempo para el proceso de

formación de esta mezcla.

• En la inyección en el colector de admisiónpuede realizarse la inyección durante el totalde los 720° del cigüeñal en los 4 ciclos detrabajo, en la inyección directa de gasolinaqueda únicamente un margen de inyección180° del cigüeñal.

• La inyección sólo puede tener lugar durante eltiempo de admisión, ya que antes estánabiertas las válvulas de escape y entonces elcombustible sin quemar iría a parar al escape.

• Esto provocaría elevadas emisiones de HC yproblemas en el catalizador.

• Para poder introducir también la cantidad decombustible suficiente en un tiempo tanreducido, se debe aumentar el flujo a travésdel inyector.

• Esto sucede aumentando la presión delcombustible, obteniendo ventajas en elaumento de las turbulencias que estimulan laformación de la mezcla en la cámara decombustión.

Funcionamiento por Mezcla Estratificada

• Se diferencian varias estrategias del procesode combustión.

• Todas tienen en común intentar alcanzar unacarga por capas.

• Esto significa que para la cantidad decombustible necesaria en un determinadopunto de carga no se dosifica lacorrespondiente cantidad estequiométrica deaire mediante la regulación de la válvula demariposa, sino que siempre se lleva a lacámara de combustión el total de la cantidadde aire y sólo una parte de este aire interactúacon el combustible y es llevado hacia la bujía,mientras el resto de aire fresco rodea estacarga por capas.

• Esta supresión del estrangulamiento dacomo resultado, la reducción del picado yun enorme ahorro de combustible.

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Proceso de Combustión Guiado por Pared

• El combustible se inyecta desde un lado de lacámara de combustión.

• Mediante una cavidad formada en el émbolo sedesvía el chorro de combustible hacia la bujía. Laformación de la mezcla es en el camino que serecorre desde la punta del inyector hacia la bujía.

• Como el tiempo para la preparación de la mezclaaún es más breve, la presión del combustibledebe ser aún mayor que en mezcla homogénea.

• Una desventaja del proceso guiado por paredes la humectación de las paredes, provocandoelevadas emisiones de HC. Debido al pocotiempo de preparación, en caso de una cargamayor la nube de carga se mezclageneralmente con zonas ricas, lo que suponeun mayor peligro para la formación de hollín.

• Con poca carga el impulso delcombustible, que se utilizará comomecanismo de transporte del estrato hacia labujía, es bajo. Por ello, generalmente, aquí síes necesario realizar un estrangulamiento paracontraponer al combustible una densidadatmosférica inferior.

Proceso de Combustión Guiado por Aire

• Funciona, en principio, exactamente igual queel guiado por pared.

• La gran diferencia radica en que la nube decombustible no interactúa directamente conla cavidad del pistón, sino que se desvía uncolchón de aire hacia el que se dirige la nubede carga.

• Así se elimina la desventaja de la humectaciónde sobre la cavidad.

• Sin embargo, los procesos de combustiónguiados por aire no son tan estables como losguiados por pared, ya que las corrientes deaire no pueden reproducirse perfectamente.

• A menudo los procesos de combustión realesson una mezcla de los guiados por pared y losguiados por aire, siempre en función delpunto de funcionamiento.

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Proceso de Combustión Guiado por Chorro

• Este proceso se diferencia de los 2 anteriorespor el lugar de montaje del inyector.

• Está situado en el centro, arriba, e inyectaverticalmente hacia la cámara de combustiónque tiene abajo.

• Directamente junto al inyector está la bujía.

• El chorro de combustible no se desvía, sinoque se enciende justo después del proceso deinyección. Sin embargo de esta forma eltiempo de preparación es muy reducido.

• Esto supone un aumento adicional de lapresión del combustible para el procesode combustión guiado por chorro.

• Las desventajas de la humectación de lapared, la dependencia del flujo de aire yla estrangulación para poca cargadesaparecen con este proceso decombustión.

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Otras Modalidades

• Junto al funcionamiento por mezclahomogénea y estratificada existen otrasmodalidades de funcionamiento que englobanlos márgenes de cambio entre losmodos, como:

– calentamiento del catalizador y protección contrapicado (modo homogéneo y divisor) y elfuncionamiento con mezcla homogénea y pobre.

Componentes de la Formación de la Mezcla

• Tienen la tarea esencial de proporcionar unapreparación de la mezcla de aire ycombustible acorde con el sistema.

• En la inyección indirecta esta tarea recaefundamentalmente sobre la válvula deinyección, mientras que en la inyección directala válvula de inyección de alta presión puedeser auxiliada por una trampilla móvil de carga.

Inyector en el Conducto de Admisión (EV)

• Constan básicamente de:

– Una carcasa para la válvula con bobina inductora y conexión eléctrica.

– Un asiento de válvula con un disco perforado para la inyección.

– Una aguja móvil de válvula con armadura de electroimán.

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• Un filtro colocado en la entrada decombustible protege el inyector de lasuciedad.

• 2 juntas tóricas hermetizan el inyector deldistribuidor de gasolina y del tubo deadmisión.

• Cuando no pasa corriente por la bobina, losmuelles y la fuerza resultante de la presión delcombustible presionan la aguja de válvulacontra su asiento y hermetizan el sistema dealimentación de combustible contra el tubo deadmisión.

• Si pasa corriente por el inyector, la bobinagenera un campo magnético. El campomagnético excita al inducido, la aguja selevanta del asiento y el combustible fluye.

• La cantidad de combustible inyectada porunidad de tiempo está determinadaesencialmente por la presión del sistema y lasección libre de los agujeros que hay en eldisco perforado de inyección. Si la corriente deexcitación se corta, se cierra.

Preparación y Orientación del Chorro

• La forma y ángulo del chorro y el tamaño delas gotas, influyen en la formación de lamezcla de aire y combustible.

Chorro Cónico

• La suma de los chorros de combustible forma unchorro cónico.

• También pueden conseguirse mediante un pivoteque sobresale de la punta de la aguja del inyector.

• Un campo de aplicación típico de esta válvula sonlos motores con una válvula de admisión porcilindro.

• Se dirige hacia la abertura que hay entre el platode la válvula de admisión y la pared del tubo deadmisión.

Chorro de 2 Haces

• Se utiliza en motores con 2 válvulas deadmisión. Las aberturas del disco perforado deinyección están colocadas de manera quesalen 2 chorros de combustible del inyector.Cada uno de estos 2 chorros provee unaválvula de admisión.

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Inyector de Alta Presión (HDEV)

• Debido a las elevadas presiones decombustible exigidas para la inyección directade gasolina aumentan los requisitos para loscomponentes de la válvula de inyección. Porello se desarrollaron unos inyectores de altapresión especiales para la inyección directa degasolina.

• Tiene la tarea de dosificar y pulverizar elcombustible. Se coloca la mezcla de aire ycombustible en una zona limitadaespacialmente.

• Con esto se diferencia si la mezcla de aire ycombustible está concentrada en la zonaalrededor de la bujía (funcionamiento pormezcla estratificada) o si está distribuida demanera uniforme por toda la cámara decombustión (funcionamiento por mezclahomogénea).

• El inyector de alta presión consta de los siguientes componentes:

– Carcasa.

– Asiento de válvula.

– Aguja de tobera con armadura de electroimán.

– Muelle.

– Bobina.

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• Para mejorar la pulverización puede aplicarseun movimiento giratorio en el chorro delcombustible.

• En válvulas de aguja que se abren haciadentro, la presión del Rail ayuda en el procesode cierre. Por ello, al abrir actúa en contra dela dirección de abertura, por lo que se precisaun campo magnético más fuerte que el de losinyectores de tubo de admisiónconvencionales.

Preparación del Chorro

• Mediante una abertura definida y una secciónde abertura constante, cuando la aguja estálevantada completamente se dosificancantidades de combustible reproducibles.

• La cantidad de combustible depende de lapresión del combustible en el Rail, de lacontrapresión en la cámara de combustión ydel tiempo de abertura de la válvula.

Activación del Inyector de Alta Presión HDEV

• Para garantizar un proceso de inyeccióndefinido y reproducible, el inyector de altapresión debe controlarse con un recorridocomplejo de la corriente.

• La unidad de control del motor proporcionaaquí una señal digital.

• A partir de esta señal, se genera la señal deactivación con la que la etapa final de lapotencia del inyector de alta presión activa elinyector.

• Un condensador amplificador genera unatensión de activación de 50 a 90 Volts. Estatensión conduce a una elevada corriente alprincipio del proceso de conexión y se encargade que la aguja se eleve rápidamente.

• Con el inyector abierto (carrera máxima de laaguja) basta una reducida corriente deactivación para mantener constante la carrerade la aguja.

• En el calculo de inyección se tiene en cuenta eltiempo de magnetización previa, durante elcual no está abierto el inyector.

Trampilla Móvil de Carga (LBK)

• Debido al tiempo reducido para la formaciónde la mezcla se coloca a menudo una trampillamóvil de carga.

• Esta situada antes de la válvula de admisión ypuede orientarse horizontalmente (tipoTumble) o verticalmente (tipo Swirl).

• La orientación depende del proceso decombustión. Por un lado, una trampillaTumble genera turbulencias que favorece lamezcla de aire y combustible en la cámara decombustión, por otro lado, se influye tambiénla dirección del flujo de aire en la cámara decombustión. Así la trampilla puede favorecerel transporte de carga orientado.

• Hay trampillas móviles de carga tanto comomodelo de 2 puntos como en forma desistemas de trabajo continuo.