La inyección directa de combustible por riel común es un sistema de inyección directa de combustible construido alrededor de válvulas solenoides de alimentación de riel de combustible de alta presión (más de 2000 bar o 200 MPa o 29 000 psi ) , a diferencia de una bomba de combustible de baja presión que alimenta los inyectores unitarios (o boquillas de bomba). ). La inyección de alta presión ofrece beneficios de potencia y consumo de combustible en comparación con la inyección anterior de combustible a menor presión, [ cita necesaria ] al inyectar combustible en forma de una mayor cantidad de gotas más pequeñas, lo que brinda una relación mucho mayor entre superficie y volumen. Esto proporciona una vaporización mejorada desde la superficie de las gotas de combustible y, por tanto, una combinación más eficiente del oxígeno atmosférico con el combustible vaporizado, lo que proporciona una combustión más completa.
La inyección common rail se utiliza mucho en los motores diésel . También es la base de los sistemas de inyección directa de gasolina utilizados en los motores de gasolina .
Vickers fue pionera en el uso de inyección common rail en motores submarinos. Los motores Vickers con sistema de combustible common rail se utilizaron por primera vez en 1916 en los submarinos de clase G. Utilizaba cuatro bombas de émbolo para entregar una presión de hasta 3000 libras por pulgada cuadrada (210 bar; 21 MPa) cada 90 ° de rotación para mantener la presión del combustible adecuadamente constante en el riel. El suministro de combustible a cilindros individuales podría cerrarse mediante válvulas en las líneas de los inyectores. [1] Doxford Engines utilizó un sistema de riel común en sus motores marinos de pistones opuestos de 1921 a 1980, donde una bomba de combustible alternativa de varios cilindros generaba una presión de alrededor de 600 bares (60 MPa; 8700 psi), y el combustible se almacenaba en botellas acumuladoras. . [2] El control de la presión se logró mediante una carrera de descarga de la bomba ajustable y una "válvula de derrame". Se utilizaron válvulas de sincronización mecánicas accionadas por árbol de levas para alimentar los inyectores Brice/CAV/Lucas accionados por resorte, que inyectaban a través del costado del cilindro en la cámara formada entre los pistones. Los primeros motores tenían un par de levas de sincronización, una para marcha adelante y otra para marcha atrás. Los motores posteriores tenían dos inyectores por cilindro y la serie final de motores turboalimentados de presión constante estaba equipada con cuatro inyectores por cilindro. Este sistema se utilizó para la inyección tanto de diésel como de fueloil pesado (600cSt calentado a una temperatura cercana a los 130 °C).
Los motores Common Rail se utilizan desde hace algún tiempo en aplicaciones marinas y de locomotoras . El Cooper-Bessemer GN-8 ( alrededor de 1942) es un ejemplo de motor diésel common rail operado hidráulicamente, también conocido como common rail modificado.
El prototipo del sistema common rail para motores de automóviles fue desarrollado a finales de los años 1960 por Robert Huber de Suiza, y la tecnología fue desarrollada adicionalmente por el Dr. Marco Ganser en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich, más tarde de Ganser-Hydromag AG (est. 1995) en Oberägeri.
El primer motor diésel common-rail utilizado en un vehículo de carretera fue el motor MN 106 del VEB IFA Motorenwerke Nordhausen de Alemania del Este . Fue integrado en un solo IFA W50 en 1985. Debido a la falta de financiación, el desarrollo se canceló y nunca se logró la producción en masa. [3]
El primer uso exitoso en un vehículo de producción en masa comenzó en Japón a mediados de los años 1990. El Dr. Shohei Itoh y Masahiko Miyaki de Denso Corporation , un fabricante japonés de piezas de automóviles, desarrollaron el sistema de combustible common rail para vehículos pesados y lo convirtieron en un uso práctico en su sistema common rail ECD-U2 montado en el camión Hino Ranger. y vendido para uso general en 1995. [4] Denso reclama el primer sistema comercial de riel común de alta presión en 1995. [5]
Los sistemas common rail modernos, aunque funcionan según el mismo principio, se rigen por una unidad de control del motor , que abre cada inyector eléctricamente en lugar de mecánicamente. Este prototipo se desarrolló ampliamente en la década de 1990 con la colaboración de Magneti Marelli , el Centro Ricerche Fiat en Bari y Elasis. Después de la investigación y el desarrollo por parte del físico Mario Ricco del Grupo Fiat , el diseño fue adquirido por la empresa alemana Robert Bosch GmbH para completar su desarrollo y perfeccionamiento para la producción en masa. En retrospectiva, la venta pareció ser un error estratégico para Fiat, ya que la nueva tecnología demostró ser muy rentable. La empresa no tuvo más remedio que vender una licencia a Bosch, ya que en ese momento se encontraba en una mala situación financiera y carecía de recursos para completar el desarrollo por sí sola. [6] En 1997, ampliaron su uso a los turismos. El primer automóvil de pasajeros en utilizar el sistema common rail fue el modelo Alfa Romeo 156 de 1997 con un motor JTD de 2,4 L , [7] y más tarde, ese mismo año, Mercedes-Benz lo introdujo en su modelo W202 . En 2001, el common rail llegó a las camionetas con el Duramax LB7 V8 de 6,6 litros utilizado en los modelos Chevrolet Silverado y GMC Sierra HD. Dodge y Cummins implementaron esto en 2003, y Ford adoptó esta tecnología en 2008 con el motor Powerstroke de 6.4L construido por Navistar. Hoy en día, todas las camionetas diésel utilizan sistemas common rail.
El sistema common rail es adecuado para todo tipo de vehículos de carretera con motor diésel, desde coches urbanos (como el Fiat Panda ) hasta coches ejecutivos (como el Audi A8 ). Los principales proveedores de sistemas common rail modernos son BOSCH , Delphi Technologies , Denso y Siemens VDO (ahora propiedad de Continental AG ). [8]
Los fabricantes de automóviles se refieren a sus motores common rail con sus propias marcas :
Las válvulas solenoides o piezoeléctricas permiten un control electrónico preciso sobre el tiempo y la cantidad de inyección de combustible, y la mayor presión que la tecnología common rail pone a disposición proporciona una mejor atomización del combustible . Para reducir el ruido del motor, la unidad de control electrónico del motor puede inyectar una pequeña cantidad de diésel justo antes del evento de inyección principal (inyección "piloto"), reduciendo así su explosividad y vibración, además de optimizar el tiempo y la cantidad de inyección para variaciones en la calidad del combustible. , arranque en frío, etc. Algunos sistemas avanzados de combustible common rail realizan hasta cinco inyecciones por carrera. [9]
Los motores Common Rail requieren un tiempo de calentamiento muy corto o nulo, dependiendo de la temperatura ambiente, y producen menos ruido y emisiones que los sistemas más antiguos. [10]
Históricamente, los motores diésel han utilizado diversas formas de inyección de combustible. Dos tipos comunes incluyen el sistema de inyección unitaria y los sistemas de distribuidor/bomba en línea . Si bien estos sistemas más antiguos proporcionan un control preciso de la cantidad de combustible y del tiempo de inyección, están limitados por varios factores:
En los sistemas common rail, una bomba de alta presión almacena un depósito de combustible a alta presión, hasta 2000 bares (200 MPa; 29 000 psi) y más. El término "riel común" se refiere al hecho de que todos los inyectores de combustible son alimentados por un riel de combustible común que no es más que un acumulador de presión donde se almacena el combustible a alta presión. Este acumulador suministra combustible a alta presión a múltiples inyectores de combustible. Esto simplifica el propósito de la bomba de alta presión en el sentido de que solo necesita mantener una presión objetivo (ya sea controlada mecánica o electrónicamente). Los inyectores de combustible normalmente están controlados por la unidad de control del motor (ECU). Cuando los inyectores de combustible se activan eléctricamente, se abre mecánica o hidráulicamente una válvula hidráulica (que consta de una boquilla y un émbolo) y se pulveriza combustible dentro de los cilindros a la presión deseada. Dado que la energía de la presión del combustible se almacena de forma remota y los inyectores se accionan eléctricamente, la presión de inyección al inicio y al final de la inyección está muy cerca de la presión en el acumulador (riel), lo que produce una tasa de inyección cuadrada. Si el acumulador, la bomba y las tuberías tienen el tamaño adecuado, la presión y la velocidad de inyección serán las mismas para cada uno de los múltiples eventos de inyección.
Los motores diésel common rail [ vagos ] de tercera generación ahora cuentan con inyectores piezoeléctricos para una mayor precisión, con presiones de combustible de hasta 2500 bar (250 MPa; 36 000 psi). [11]
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