Sistema unitario de inyección diésel

Inyección directa

La mezcla de combustible-
aire se realiza en la cámara combustión, no en el colector->La admisión solo absorbe aire y combustible se inyecta a presión en la cámara.

Ventajas:

Consumo reducido: Al asignar un inyector a cada cilindro, en el momento oportuno y en cualquier estado de carga se asegura la cantidad de combustible necesaria, exactamente dosificada.

Baja emisiones: 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 su parte, el dióxido de carbono (CO2) que se produce con motivo de la combustión, siendo el causante del «efecto invernadero», sólo se puede reducir a base de disminuir el consumo de combustible.

Mayor potencia: La utilización de los sistemas de inyección permite optimizar la forma de los colectores de admisión que permite mejor llenado de los cilindros. El resultado se traduce en una mayor potencia específica y un aumento del par motor.

Gases de escape menos contaminantes La concentración de los elementos contaminantes en los gases de escape depende directamente de la proporción aire/gasolina. Para reducir la emisión de contaminantes es necesario preparar una mezcla de una determinada proporción. Los sistemas de inyección permiten ajustar en todo momento la cantidad necesaria de combustible respecto a la cantidad de aire que entra en el motor.

Downsizing

Podemos definir “downsizing” como la idea detrás de conseguir elevar rendimiento y eficiencia a partir de motores más pequeños, pero mucho más evolucionados. La idea es sencilla, si a un motor convencional le reducimos la cilindrada y lo sobre alimentamos, conseguimos mantener su potencia o incluso aumentarla, respecto al motor con más cilindrada. Como el motor es más pequeño, tiene menos pérdidas por fricción entre sus elementos, consiguiendo reducir el consumo. Además el motor es sobrealimentado, por lo que el trabajo de renovación de carga o de inyectar mezcla fresca también tiene un menor gasto energético que en un motor de aspiración natural. Otra ventaja es que se emplea la inyección directa, o los sistemas Start & Stop, entre otros métodos de reducción de consumo. Obviamente estas medidas, ayudan enormemente a cumplir las medidas de reducción de emisiones, de tal forma que si quemamos menor cantidad de combustible, emitimos menores gases contaminantes.

Sistema common-rail

 El sistema de common-rail o conducto común es un sistema de inyección de combustible electrónica para motores diésel en el que el combustible almacenado en el depósito de combustible a baja presión es aspirado por una bomba de transferencia y enviado a un conducto común a todos los inyectores. Una segunda bomba de alta presión inyecta el combustible a entre 1500 y 1600 bares al cilindro.

 La principal ventaja de este sistema es que nos permite controlar electrónicamente el suministro de combustible permitíéndonos así realizar hasta 5 pre-inyecciones antes de la inyección principal con lo que conseguimos preparar la mezcla para una óptima combustión. Esto genera un nivel sonoro mucho más bajo y un mejor rendimiento del motor.

 La óptima atomización del combustible por parte de los inyectores electrónicos, controlados por una centralita de inyección electrónica, y la alta presión a la que trabaja el sistema hacen que se aumente potencia en todo el rango de revoluciones, se reduzca el consumo de combustible y se disminuya la cantidad las emisiones contaminantes, en especial los óxidos de nitrógeno, el monóxido de carbono y los hidrocarburos sin quemar.

EMISIONES DAÑINA CONTROLADAS POR EL CATALIZADOR

La función del convertidor catalítico es la de evitar la salida de gran porcentaje de gases contaminantes a la atmósfera, generando en su interior una combustión de baja presión y por reacciones químicas de sus componentes. Específicamente evita la salida de más de un 90% de CO, HC y NOx.

Está compuesto por un monolito cerámico , el cual lleva incrustado materiales catalizantes como el Rodio, el Paladio y el Platino, que permiten realizar dos reacciones de oxidación:

C0 + 02 = C02

HC + 02 = CO + H20

y una de reducción

NOx = N 2 + O2

De esta forma, un vehículo puede estar equipado con un catalizador de oxidación o con dos catalizadores, uno de reducción seguido de uno de oxidación, o con un catalizador de tres vías que hace las tres reacciones pero en una sola unidad.

SONDA LAMBDA REGULANDO EMISIÓN EN MCI

Funcionamiento

Mediante el circuito de regulación formado con ayuda de una o dos sondas lambda pueden identificarse y corregirse desviaciones de una relación de aire y combustible determinada. El principio de regulación se basa en la medición del contenido de oxígeno residual en los gases de escape. El contenido de oxígeno residual es una medida para la composición de la mezcla de aire y combustible aportada al motor.

Regulación de dos puntos

La sonda lambda de dos puntos dispuesta delante del catalizador suministra en el margen rico {lambda.< 1)="" una="" tensión="" alta="" y="" en="" el="" margen="" pobre="" (lambda=""> 1), una tensión baja (U < 1).="" en="" el="" margen="" alrededor="" de="" "lambda="1" "="" se="" produce="" un="" pronunciado="" salto="" de="" tensión.="" la="" sonda="" lambda="" de="" dos="" puntos="" sólo="" puede="" distinguir,="" pues,="" entre="" mezcla="" rica="" y="" mezcla="">

La tensión de sonda se transforma en la unidad de control del motor en una señal de dos puntos. Es la magnitud de entrada para la regulación lambda puesta en efecto con ayuda del software. La regulación lambda actúa en la formación de la mezcla y ajusta la relación de aire y combustible adaptando el caudal de combustible inyectado. La magnitud de ajuste, compuesta de un salto y una rampa, varia su dirección de ajuste con cada salto de tensión de la sonda. Es decir, por el salto de la magnitud de ajuste varia la composición de la mezcla primero "de golpe" y a continuación en forma de rampa. Si la tensión de la sonda es alta (mezcla rica), la magnitud de ajuste regula en dirección hacia mezcla pobre; si la tensión de la sonda es baja (mezcla pobre), en dirección hacia mezcla rica. Con esta regulación de dos puntos se puede regular la mezcla de aire v combustible a valores lambda alrededor de "lambda = 1".

La típica "medición errónea" de la sonda lambda, condicionada por la variación de la composición de los gases de escape, se puede compensar de modo controlado conformando la evolución de la magnitud de ajuste selectivamente de modo asimétrico (desplazamiento hacía mezcla rica/mezcla pobre).

Regulación lambda constante

La sonda lambda de banda ancha suministra una señal de tensión constante. De este modo se puede medir no sólo el margen lambda (mezcla rica o pobre), sino también las desviaciones de "lambda = 1". La regulación lambda puede reaccionar así más rápidamente a una divergencia de la mezcla. De ello resulta un mejor comportamiento de regulación, de elevada dinámica.

Como sea que con la sonda lambda de banda ancha de "lambda = 1" se pueden medir composiciones de la mezcla divergentes, también es posible (al contrario de la regulación de dos puntos] regular tales composiciones. El alcance de regulación comprende valores lambda dentro del margen de "lambda = 0,7...3,0". La regulación lambda constante por tanto es apropiada para el funcionamiento con mezclas pobres o ricas de motores de inyección directa de gasolina.

Regulación con dos sondas

La regulación lambda con la sonda antes del catalizador tiene una precisión limitada, ya que la sonda está expuesta a notables influencias medioambientales. La exposición de una sonda lambda detrás del catalizador a estas influencias es considerablemente menor. Por esta razón ademas de la sonda antes el catalizador se ha implantado una segunda sonda lambda (calefactada) en el sistema de escape después del catalizador. Sirve para comprobar el funcionamiento del catalizador. Adicionalmente se lleva a cabo una autoadaptación de la sonda antes el catalizador.

El posicionamiento de las sondas lambda en el sistema de escape posee una gran importancia para la regulación de los gases de escape. Las sondas están expuestas a altos niveles de suciedad en los gases de escape. Después del catalizador, la sonda resulta menos expuesta a suciedad. Sin embargo, debido a los largos recorridos de los gases de escape, sería demasiado lenta la reacción de la regulación lambda si se instalara una sola sonda después del catalizador.

Regulación lambda en la inyección directa de gasolina

El catalizador acumulador de NOx, presenta una doble función. Además de la acumulación de NOx, y de la oxidación de HC y CO durante el funcionamiento con mezcla pobre, para el funcionamiento con "lambda = 1" es necesaria una función estable de tres vías, que requiere un mínimo de capacidad de acumulación de oxígeno. La sonda lambda delante del catalizador vigila la composición estequiométrica de la mezcla.

Además de su aportación a la regulación con dos sondas, la sonda de dos puntos detrás del catalizador acumulador de NOx con el sensor de NOx integrado sirve para la vigilancia del comportamiento combinado de acumulación de O2 y NOx (identificación del fin de la fase de desacumulación de NOx).

En la figura inferior tenemos una línea de escape de un motor de inyección directa de gasolina FSi. El sistema de escape está ejecutado en versión de 2 caudales en la zona delantera, para producir un aumento de par a regíMenes bajos. Cada uno de los dos ramales de escape posee un precatalizador propio. Los precatalizadores van unidos de forma inseparable con el colector de escape que les corresponde.

Dos sondas de banda ancha ejercen funciones de sondas precatalizador y vigilan la composición de la mezcla. Detrás de los precatalizadores hay dos sondas de dos puntos. Vigilan el efecto de los precatalizadores.

Después de ello los dos ramales de escape confluyen en el catalizador-acumulador de NOx. El catalizador-acumulador retiene interinamente los óxidos nítricos (NOx) durante el funcionamiento del motor en el modo de mezcla pobre, durante lo cual el sensor NOx vigila el grado de saturación y da origen al ciclo de regeneración del catalizador-acumulador.

DIFERENCIAS DE FUNCIONAMIENTO SEGÚN COMBUSTIBLES EN MCI

El gas natural es un hidrocarburo compuesto principalmente por metano (CH4). Su poder calorífico/kg es muy parecido al de los combustibles derivados del petróleo. Para que un motor pueda funcionar con gas natural debe de ser de explosión (ciclo OTTO), con encendido provocado por bujías. El gas natural posee un índice de octano en torno a 130. El proceso de combustión es muy similar al de un motor de gasolina. El aire aspirado por el motor se mezcla en el colector de admisión con el gas natural por efecto ventury o por inyección. La mezcla es introducida en el cilindro por la válvula de admisión para posteriormente ser comprimida y explosionada tras saltar la chispa en la bujía.

¿Porque los motores diésel tienen una relación de compresión mayor que los motores de nafta?

El mayor problema en los motores de encendido por chispa es evitar que se produzca autodetonación por compresión.  Por su parte en los motores diésel se procura provocarla anticipadamente.  Por ello en los motores de gasolina la relación de compresión no debe sobrepasar ciertos valores (8:1), mientras que en los motores diésel se alcanzan valores mucho más elevados, de hasta 22:1, para garantizar un arranque satisfactorio.
Debido a que los motores diésel alcanzan estos valores de presión tan elevados,  son más pesados, más robustos y de mayores dimensiones que los de gasolina.  Ello hace que su vida media sea significativamente más larga, aunque también son más caros.
Los motores diésel precisan una mayor cantidad de aire en la combustión, para compensar posibles malas condiciones de la mezcla, siendo la combustión mucho mejor, dentro de ciertos límites, cuanto mayor es el exceso de aire.  Por esta razón no es necesario regular en ellos la entrada de aire al modificar el régimen del motor y su carga.  Cuando se necesita variar el régimen de carga se actúa solamente sobre la cantidad de combustible que se inyecta, por lo que se tiene la ventaja de que para cargas bajas, al no tener válvula mariposa, se disminuye la resistencia a la entrada de aire, lo que se mejora el rendimiento al disminuir las pérdidas por bombeo.
Por todo esto los motores diésel proporcionan un par prácticamente constante para casi cualquier régimen de velocidad de giro, dando lugar a una curva carácterística de par prácticamente plana.
Debido a que alcanzan elevados valores de presión y al método de introducción de combustible en el cilindro, los motores diésel son más ruidosos que los motores de gasolina, produciendo un sonido muy carácterísitico.
Los motores diésel presentan un rendimiento térmico mucho más elevado que los de gasolina.

Turbocompresores.

Son aquellos sistemas de sobrealimentación el cual emplea una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases. Esta compuesto por un compresor y una turbina que están unidos entre si por medio de un eje común. Accionada por los gases de escape del motor, la turbina le proporciona  al compresor la energía necesaria de accionamiento, en la mayoría de los casos para los turbocompresores de emplean compresores radiales y turbinas centrípetas.

 El compresor esta colocado en la entrada del colector de admisión, con el movimiento giratorio que le transmite la turbina a través del eje común, el compresor eleva la presión del aire que entra por el filtro y consigue que mejore la alimentación del motor, alcanzando así velocidades por arriba de las 100.000 rpm, por lo tanto hay que ,mucho en cuenta el sistema de engrase de los cojinetes donde se apoya el eje común de los rodetes de la turbina y el compresor.  Otra cosa a tener en cuenta es que las temperatura a las que esta sometida el turbo son muy altas (alrededor de 700°C)                                                                                                          Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores de combustión interna alternativos, especialmente en los motores diésel. En algunos países, la carga impositiva sobre los automóviles depende de la cilindrada del motor. Como un motor con turbocompresor tiene una mayor potencia máxima para una cilindrada dada, estos modelos pagan menos impuestos que los que no tienen turbocompresor.

Ventajas, Ya que el turbo es activado por la anergia de los gases de escape , que ene su vertido hacia afuera es desperdiciada, un motor con turboalimentado ofrece muchas ventajas sobre los del tipo convencional. Un turbo puede incrementar la potencia y de un diésel en un 35% por encima de la versión estándar. De esta maneras un motor de cuatro o seis cilindros puede trabajar como un V8 sin turbo. Adema la carcasa de la turbina actúa como un absorbente del ruido de los gases de escape del motor, del mismo modo la sección del compresor reduce el ruido de admisión producido por los impulsos en el colector de admisión.

Desventajas, Cuando el acelerador es pisado poco el régimen de vueltas es bajo, los gases de escape reducen considerablemente y esto provoca que el turbo apenas trabaje. La respuesta del motor entonces es poco brillante salvo que se utilice una marcha conveniente corta que aumente el régimen de giro, el mantenimiento en estos motores es mas exigente que el de un motor estándar ya que requieren un aceite de mayor calidad y cambios de aceite mas frecuentes dado que este esta sometido a condiciones mucho mas duras ya que las temperaturas son mas altas, estos también requieren mejores materiales y sistemas de lubricación.

EMISIONES DE MCI.

El impacto ambiental de los Motores de Combustión Interna esta estrechamente relacionado con un problema social surgido por la utilización, la cual va incrementando: la reducción de los niveles de emisión de sustancias toxicas y de los llamados “gases de invernadero” y la disminución de los niveles de ruido.

Las discusiones mundiales acerca de las causas e implicaciones para la humanidad del llamado “efecto invernadero” provocado por las gran cantidad de emisiones a la atmósfera de gases como el CO2, el metano, oxido nitroso y los cloro-flurocarbonatos reflejan la necesidad de un enfoque integral en el tratamiento de los problemas ambientales  y del desarrollo, así como la necesidad de una acción concentrada de la comunidad internacional mitigrar los efectos del calentamiento global.

CATALIZADOR

Es uno de los componentes del motor de combustión interna alternativo, que sirve para el control y reducción de los gases nocivos expulsados por el MCI. Se emplea tanto en los motores de gasolina o de ciclo Otto como mas recientemente en el motor diésel. Esta compuesto por filtros en su interior, los cuales son tipo cerámicos con componentes que hacen que este gas se convierta en agua.

Este aparato produce modificaciones químicas en los gases de escape de los automóviles antes de liberarlos a la atmósfera. Estas modificaciones tienen como fin reducir la proporción de algunos gases nocivos que se forman en el proceso de combustión. Con el fin de optimizar el rendimiento del motor y reducir las emisiones contaminantes , los motores modernos controlan con gran precisión la proporción de combustible y aire empleados en cada instante. En cada momento, los sistemas de inyección electrónica ajustan la proporción de combustible y aire, con el fin de que el combustible inyectado en el motor arda en su totalidad. Para la gasolina  la proporción es de 14,7:1, es decir, para garantizar la perfecta combustión de un gramo de gasolina harían falta de 14,7 gramos de aire.