Cargando...Historia, funcionamiento, ventajas, inconvenientes… aquí tienes las interioridades de los sistemas de inyección.
En un post anterior te hablamos sobre algunos básicos de los sistemas de inyección diésel y ahora toca ser un poco más específicos. Así que nos vamos a centrar en los sistemas de inyección por inyector-bomba, que son muy populares y cuentan con una importante presencia en muchos vehículos.
Historia de los inyectores-bomba
Aunque no empezamos a ver esta tecnología en coches hasta finales de los años 90, a Rudolf Diesel ya le rondaba la cabeza a principios del siglo pasado. El ingeniero tenía en su mente la idea de agrupar la bomba de inyector y el inyector en un solo componente. Así podría eliminar las tuberías de alta presión y lograr presiones de inyección mucho mayores. El problema es que entonces no había las posibilidades técnicas necesarias para materializar la idea.
En los año 50 aparecieron los primeros motores diésel con sistemas de inyección por inyector-bomba controlados mecánicamente, que se montaban en barcos y vehículos pesados. Y como decíamos, a finales de los 90 —y de la mano de Bosch— aparecieron los primeros turismos con esta tecnología. Al principio se montaba solo en motores diésel, aunque años después llegaría también a los de gasolina.
Los motores con inyección por inyector-bomba se volvieron muy populares por varias razones. Una es que la apoyó el Grupo Volkswagen. También tuvieron mucho que ver su reducido consumo de combustible y su potencia, elevada y de entrega muy directa.
¿Cómo funciona un sistema de inyección por inyector-bomba?
Un sistema de inyección por inyector-bomba —también conocido como inyector unitario o Pumpe Düse (PD)— consta de los siguientes elementos:
- Una bomba de baja presión dispuesta en el tanque de combustible, llamada bomba de elevación, para mover el combustible al motor.
- Otra bomba de combustible de presión media en el motor llamada bomba tándem, localizada en el extremo del árbol de levas que se encarga de presurizar el combustible en el riel de combustible en la culata.
- Un inyector-bomba por cilindro.
- Toda una electrónica de control, que consta básicamente de una unidad de control electrónica (ECU), sensores y diferentes actuadores.
Un inyector-bomba, tal y como indica su nombre, combina en un único elemento: una bomba de inyección de alta presión, un inyector y una electroválvula, agrupados en un solo componente. La unidad inyector-bomba combina el elemento encargado de la generación de presión de inyección —la bomba—, con la inyección del combustible dentro de la cámara de combustión —el inyector—, a diferencia del sistema de inyección common rail, donde la presión se genera en el conducto común y el inyector solo decide cuándo y cómo inyecta el combustible.
El funcionamiento del inyector-bomba está controlado por medio de una electroválvula comandada por la ECU, que le permite controlar con precisión variables como la presión, el número de inyecciones durante cada ciclo, el instante en el que comienzan y la cantidad inyectada.
¿Cómo logra una mayor potencia este sistema?
Uno de los grandes logros de los sistemas de inyección dotados de inyectores-bomba es que ofrecen mayores potencias específicas y menores consumos de combustible respecto a anteriores sistemas de inyección de más baja presión.
Inyectar el carburante con una mayor presión permite inyectar la misma cantidad de combustible, pero con un mayor número de gotas más pequeñas. Esto es lo que proporciona una relación mucho mayor entre superficie y volumen inyectado que, a su vez, permite lograr una mejor vaporización de las gotas de combustible. Esto se traduce en una mezcla más homogénea y eficiente del aire con el combustible vaporizado, lo que permite lograr una combustión más completa y limpia.
Peculiaridades de los motores con sistema de inyección por inyector-bomba
En los sistemas de inyección basados en inyector-bomba, cada cilindro del motor dispone de su propio inyector-bomba, que se acciona mecánicamente mediante una leva adicional por cada uno de ellos. Esto se debe a la alta presión de inyección necesaria: unos 200 bares, aproximadamente unas dos toneladas por centímetro cuadrado. Esa leva va montada en un árbol de levas, que puede ser el mismo para la apertura y cierre de las válvulas del motor, o bien un árbol de levas adicional y específico para accionar los inyectores-bomba.
Normalmente es el árbol de levas principal el que se encarga de accionar los inyectores-bomba. Por eso lleva instalados varios lóbulos adicionales —uno por cada cilindro— para generar la presión necesaria en cado uno de los inyectores-bomba.
Estos lóbulos ocupan espacio, por eso los encargados de abrir y cerrar las válvulas son más estrechos que en un motor convencional. Así que un punto débil de estas motorizaciones suele ser un mayor desgaste de los lóbulos del árbol de levas, por eso este tipo de motorizaciones requieren la utilización de lubricantes muy específicos, junto a cambios de aceite periódicos y muy regulares.
Los propios motores que montan sistemas de inyección por inyector-bomba también tienen algunos componentes diferentes a otros propulsores. Por ejemplo, los pistones: son más pesados y tienen pasadores de pistón más pequeños. Tampoco tienen impresiones para las cabezas de las válvulas, como pasa en otro tipo de motores. Sus bielas son, asimismo, algo más resistentes y los cojinetes correspondientes, más grandes.
Los vehículos con estos sistemas también requieren un enfriador de combustible, normalmente en la parte delantera del vehículo. Esto se debe a que el sistema genera temperaturas más altas en la línea de retorno del combustible.
Ventajas de los sistemas con inyector-bomba
Estas son las principales ventajas que aportan los sistemas de inyección alimentados por inyector-bomba:
- Muy altas presiones de inyección: hasta 2100 bares con inyectores bomba piezoeléctricos. Esto permite una mejor atomización del combustible y una mejor eficiencia en la combustión.
- Una mejor combustión y, en consecuencia, un mejor rendimiento y prestaciones.
- Gestión precisa de la inyección.
- Inyectan la cantidad correcta en el momento preciso.
- Posibilidad de realizar pre y postinyecciones.
- Bajos niveles de emisiones contaminantes.
- Mayor ahorro de combustible.
- Como se puede aislar cada cilindro, el diagnóstico de la bomba o del motor puede ser más efectivo.
- Como es más fácil desmontar cada una de las unidades que lo integran, es más sencillo acceder a la hora de realizar modificaciones o reparaciones.
Inconvenientes de los sistemas con inyector-bomba
Además de ser más complejos mecánicamente y caros, las principales desventajas de los motores alimentados por inyector-bomba —que las hay— tienen que ver sobre todo con la regeneración del filtro de partículas diésel (DPF o FAP).
Para activar este proceso hay que añadir un ciclo de inyección muy tardío, por eso hace falta inyectar algo de combustible tras la combustión principal. Esto es lo que aumenta la temperatura de escape e inicia la regeneración. En el caso de los sistemas de inyección por inyector-bomba, el perfil de la leva que genera la presión en el inyector impone limitaciones respecto al tiempo que está disponible el combustible presurizado para esa inyección tardía.
Los motores con este sistema y equipados con DPF tienen un árbol de levas diferente con un perfil adicional al lóbulo. Esto permite realizar otra postcombustión de inyección de combustible para la regeneración. Sin embargo, todo esto tiene que ocurrir dentro de los 360 grados de rotación del árbol de levas para que dé tiempo a que el inyector vuelva a funcionar durante el siguiente ciclo.
En un próximo artículo te hablaremos un poco más sobre estos sistemas y cómo es su relación con los lubricantes.
