La inyección directa de combustible por conducto común es un sistema de inyección directa de combustible construido alrededor de una válvula solenoide de alimentación del conducto 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 ventajas en cuanto a potencia y consumo de combustible en comparación con la inyección de combustible de menor presión anterior, [ cita requerida ] al inyectar combustible como una mayor cantidad de gotas más pequeñas, lo que da una relación mucho mayor de área de superficie a volumen. Esto proporciona una vaporización mejorada desde la superficie de las gotas de combustible y, por lo 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 ampliamente en motores diésel . También es la base de los sistemas de inyección directa de gasolina que se utilizan en los motores de gasolina .
En 1916, Vickers fue pionera en el uso de sistemas mecánicos de riel común en los motores de submarinos de clase G. Por cada 90° de rotación, cuatro bombas de émbolo permitían una presión de inyección constante de 3000 libras por pulgada cuadrada (210 bar; 21 MPa), y el suministro de combustible a los cilindros individuales se interrumpía mediante válvulas en las líneas de inyección. [1] De 1921 a 1980, Doxford Engines utilizó un sistema de riel común en sus motores marinos de pistones opuestos , donde una bomba de combustible reciprocante de varios cilindros generaba una presión de alrededor de 600 bares (60 MPa; 8700 psi), con combustible almacenado en botellas acumuladoras. [2] El control de presión se lograba mediante una carrera de descarga de bomba ajustable y una "válvula de derrame". Se utilizaron válvulas de sincronización mecánicas operadas por árbol de levas para alimentar los inyectores Brice/CAV/Lucas cargados 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 distribución, una para avanzar y otra para retroceder. Los motores posteriores tenían dos inyectores por cilindro y la serie final de motores turboalimentados de presión constante estaba equipada con cuatro. Este sistema se utilizó para la inyección de diésel y fueloil pesado (600 cSt calentado a una temperatura cercana a los 130 °C).
Los motores common rail se han utilizado en aplicaciones marinas y de locomotoras desde hace algún tiempo. El Cooper-Bessemer GN-8 ( circa 1942) es un ejemplo de un 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 60 por Robert Huber de Suiza, y la tecnología fue desarrollada posteriormente por el Dr. Marco Ganser en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich, más tarde en Ganser-Hydromag AG (fundada en 1995) en Oberägeri.
El primer motor diésel common rail utilizado en un vehículo de carretera fue el motor MN 106 de la empresa alemana del este VEB IFA Motorenwerke Nordhausen . Se incorporó a un único IFA W50 en 1985. Debido a la falta de financiación, el desarrollo se canceló y nunca se llegó a la producción en masa. [3]
El primer vehículo de producción en masa con sistema common rail se vendió en Japón en 1995. El Dr. Shohei Itoh y Masahiko Miyaki de Denso Corporation desarrollaron el sistema common rail ECD-U2, montado en el camión Hino Ranger . [4] Denso afirma haber fabricado el primer sistema common rail de alta presión comercial en 1995. [5]
Los sistemas common rail modernos están gobernados por una unidad de control del motor , que controla los inyectores eléctricamente en lugar de mecánicamente. Prototipado en la década de 1990 por Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat en Bari y Elasis, con un mayor desarrollo por parte del físico Mario Ricco Fiat Group . Desafortunadamente, Fiat se encontraba en una mala situación financiera en ese momento, por lo que el diseño fue adquirido por Robert Bosch GmbH para su refinamiento y producción en masa. [6] El primer automóvil de pasajeros en utilizar este sistema fue el 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, la inyección common rail llegó al V8 Duramax LB7 de 6,6 litros utilizado en la Chevrolet Silverado HD y la GMC Sierra HD. En 2003, Dodge y Cummins lanzaron motores common rail, y Ford siguió en 2008 con el Powerstroke de 6,4 L. Hoy en día, casi todos los vehículos diésel no comerciales utilizan sistemas common rail.
El sistema common rail es adecuado para todo tipo de vehículos de carretera con motor diésel, desde los coches urbanos (como el Fiat Panda ) hasta los coches de gama alta (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 denominan a sus motores common rail con sus propias marcas comerciales :
Las válvulas solenoides o piezoeléctricas permiten un control electrónico preciso del tiempo y la cantidad de inyección de combustible, y la mayor presión que la tecnología common rail permite proporcionar 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 son el sistema de inyección unitaria y los sistemas de distribuidor/bomba en línea . Si bien estos sistemas más antiguos proporcionan una cantidad precisa de combustible y control de la sincronización de la 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) o más. El término "common rail" 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 el combustible se almacena a alta presión. Este acumulador suministra combustible a alta presión a varios inyectores de combustible. Esto simplifica el propósito de la bomba de alta presión, ya que solo necesita mantener una presión objetivo (controlada mecánica o electrónicamente). Los inyectores de combustible generalmente están controlados por la unidad de control del motor (ECU). Cuando los inyectores de combustible se activan eléctricamente, una válvula hidráulica (que consta de una boquilla y un émbolo) se abre mecánica o hidráulicamente y se rocía combustible en los cilindros a la presión deseada. Dado que la energía de la presión del combustible se almacena de forma remota y los inyectores se activan eléctricamente, la presión de inyección al inicio y al final de la inyección es muy similar a 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 tasa de inyección serán las mismas para cada uno de los múltiples eventos de inyección.
Los motores diésel common rail de tercera generación [ vago ] ahora incorporan inyectores piezoeléctricos para una mayor precisión, con presiones de combustible de hasta 2500 bar (250 MPa; 36 000 psi). [11]
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