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Evolución de la carburación a la inyección de combustible
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ENERO, 2018

Conforme se va desarrollando la tecnología automotriz para obtener motores más potentes y de mayor autonomía, se van perfeccionando los diferentes sistemas de funcionamiento, y uno de esos sistemas es la forma en que se alimenta el motor para efectuar su combustión y que en la actualidad existen en el mercado varios sistemas como lo son: inyección electrónica, el sistema multipunto o la inyección directa.

Desde hace mas de dos décadas, el sistema clásico de carburación que efectuaba la mezcla del combustible con el aire para luego dirigirlo a la cámara de admisión, fue gradualmente sustituido por mecanismos más eficientes que ofrecen un mejor rendimiento del combustible y que a su vez reduce las emisiones contaminantes a diferencia de un carburador convencional, y mientras el vehículo va en movimiento el sistema de inyección eroga una mejor potencia y es más confiable para brindar la mezcla de aire-combustible  que entra al motor.

En un principio el sistema fuel-inyection era muy costoso de mantener porque no estaba muy comercializado, pero hoy por hoy es el principal sistema de suministro de combustible usado en vehículos a gasolina, y al final de la década de los 80’s reemplazo casi totalmente a los carburadores.

El sistema de inyección de combustible se desarrollo además para que calibrara el tipo de combustible específico que va a procesar, razón por la cual la mayoría de estos sistemas también se pueden encontrar en motores diesel, a parte de los motores a gasolina.

Físicamente hablando, la diferencia fundamental entre la inyección de combustible y un carburador, es que el carburador funciona a baja presión  debido a que en él se produce la admisión de la mezcla del aire y combustible, mientras que en la inyección se atomiza el combustible a consecuencia de la presión que ejerce el bombeo a través de una pequeña boquilla a alta presión, lo que a su vez brinda un beneficio colateral, al eliminar la mayoría de los problemas de arranque en frio que se asociaban con los carburadores.

En esencia, un inyector de combustible consiste en una boquilla y una válvula, y la presión o la fuerza que inyecta el combustible proviene de una bomba o recipiente de presión ubicado cerca del suministro de combustible

El principio del sistema de inyección es un proceso de combustión altamente eficiente, con válvulas operadas electrónicamente que inyectan el combustible a la cámara de combustión, en donde la presión y la cantidad de la mezcla son controladas por un sistema mecánico gestionado electrónicamente, y distribuye el combustible sobre un sistema de canales a presión.  Dependiendo de los requerimientos del motor,  la presión puede variar desde cinco (05) hasta doce (12) mega pascal (MPa).  Esta presión es previamente definida por un sensor, la bomba de alta presión es manipulada por dicho sensor y está integrada por una válvula de control de calidad.  Esta bomba es capaz de proveer una presión de combustible óptima todo el tiempo.

La interacción de todos los componentes es gestionada por un sistema de control de apertura y cierre de ductos.  La unidad de control procesa continuamente toda la información disponible a una velocidad muy alta, y utiliza componentes confiables para establecer condiciones ideales de operación.

Algunos motores, como es el caso de los motores BOSCH, incluyen nuevas características como por ejemplo el flujo de aire que no es determinado por las condiciones físicas en la cámara de combustión, sino por una válvula de control universal que provee flujo de gas, que se incorpora a través de toda la sección transversal o en el manifold, (o múltiple de admisión), entendiéndose por este ultimo como el sistema encargado de suministrar la cantidad adecuada de combustible a la cámara de combustión, con señales electrónicas de sensores, y se puede apreciar como unas tuberías o ducterias que se encuentran entre el cuerpo de admisión y el bloque, lo que genera una cuantía de carga en la cámara de combustión.  Un sensor de presión determina la presión en el múltiple de admisión (manifold).

Bajo ciertas condiciones, cuando se incorpora aire fresco la demanda final de los gases expulsados también se incorporan.  La válvula de recirculación de gases expulsados controla este proceso eficientemente.  La válvula de flujo controla el flujo de aire dentro del colector de admisión.  Todas las variables que intervienen en el flujo son optimizados por la unidad de control de admisión para condiciones de operación adecuadas. La temperatura de emisión también es controlada por una válvula de temperatura de gases expulsados, luego de pasar por el catalizador. Así, el convertidor catalítico una vez más reduce las emisiones de gases.   La unidad de control procesa la información que brinda el sistema de emisión de gases, e informa sobre todas las actividades para asegurar una reducción óptima de los componentes dañinos de gases expulsados.

Información adicional sobre dichos factores son: temperatura del motor, velocidad del motor, ángulo de golpeteo en caso de ser necesario para los procesos de control de apertura y cierre de ductos.  Esta información es suministrada por sensores.  La unidad de control contiene un software inteligente, que ejerce un rol primordial en este complicado sistema.

Aquí hay un ejemplo de un proceso de control; una maniobra de acelerar para pasar un vehículo: el conductor al acelerar demanda múltiples procesos de control, el software determina la intervención necesaria en el actual modo de operación, en este caso el modo de aceleración.  Primero que nada la unidad de control incrementa el tiempo de inyección, y conjuntamente con la cantidad de combustible inyectado, luego después de alcanzar el torque final, cambia al modo normal,  la válvula de recirculación de gases expulsados se cierra, y la válvula de flujo reduce la presión en el colector de admisión, incrementándose de nuevo luego de que cambie a modo normal.  La inyección ahora toma lugar durante el tiempo de admisión y la válvula de control universal se abre.  Mientras el conductor continúe demandando un alto torque, el motor se mantiene operando en modo homogéneo.  Los cambios en los distintos modos de operación se llevan a cabo sin que ni siquiera el conductor se percate de alguna señal.  Los sistemas actuales combinan bajo consumo con los niveles emisión de gases.

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Haciendo una recapitulación para obtener una visión de conjunto, podemos resumir que, al girar la llave para encender al automóvil, la computadora del motor envía una señal al relé de la bomba del combustible para activarla por algunos segundos.  Si se intenta arrancar el vehículo la señal permanece y seguirá bombeando combustible, lo cual también ocurre una vez que el vehículo este funcionando.  La bomba manda el combustible desde el tanque a una presión determinada, dependiendo de la bomba, de la marca y del modelo del auto.  Hay que considerar que la presión de la bomba del combustible será siempre mayor que la presión necesitada por el vehículo.  La función del regulador de presión de combustible es mantener la presión correcta y permitir que el resto del combustible salga a través de la línea de retorno que transmite el exceso de combustible de vuelta al tanque de combustible.  Hay que tener en cuenta que antes de que el combustible entre en la línea, este pasa a través del filtro, cuya función es eliminar cualquier partícula solida contenida en el combustible, que podría obstruir los inyectores, y dañar el funcionamiento del sistema de inyección de combustible.  Una vez que el combustible entra en el carril de inyectores, estos inyectan la cantidad correcta de combustible y la presión se mantiene constante en el sistema con la ayuda del regulador de combustible.  Los inyectores de combustible son operados por la computadora del motor.  Este envía una señal a cada inyector en el momento adecuado para inyectar el combustible en cada cilindro.  La cantidad de combustible inyectado es controlado por la duración del tiempo que la señal permanece en el inyector de combustible, y esta señal puede variar dependiendo de las condiciones de manejo.  Durante la aceleración la señal se mantendrá más tiempo que al ralentí y a la velocidad de crucero.  Esta señal es enviada por la computadora en milésimas de segundo.  Para identificar cual de los cilindros esta en punto muerto superior y tiempo de compresión, la computadora del motor recibe la información e dos sensores.  Uno es el sensor de posición del cigüeñal, que normalmente se encuentra en la parte frontal del motor, cerca de la polea del cigüeñal.  Este sensor envía una señal a la computadora informándole en que posición esta el cigüeñal.  Para hacer la información más precisa, el sensor de posición del árbol de levas envía una señal para hacerle saber a la computadora del motor donde está el pistón numero 1.  Con base a esta información, la computadora sabe en qué momento debe mandarle combustible a cada cilindro.  Para inyectarle la cantidad correcta de combustible la computadora del auto utiliza varios sensores para regular la mezcla del aire.  Por ejemplo, el sensor de flujo del aire le indica a la computadora que cantidad de aire está entrando en el motor.  El sensor nap informa a la computadora cuanto vacio existe en el motor.  El sensor de temperatura del aire informa cual es la temperatura del aire que entra al motor.  El sensor de temperatura del refrigerante mide la temperatura del motor.  El sensor de posición del acelerador registra que tanto se está acelerando.  La válvula de control de aire regula la cantidad de aire que entra al motor cuando no se está acelerando.  El sensor de oxigeno mide cuanto oxigeno sale a través del sistema de escape.  Utilizando esta información, la computadora hace los ajustes en fracciones de segundo, para mantener la cantidad correcta de combustible y de aire en el automóvil para que este tenga una combustión adecuada, sea más eficiente y ayude a reducir la contaminación.  El sistema diseñado para ayudar a reducir las emisiones es el sistema EGR.

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El sistema EGR consiste en una válvula que recircula parte del gas de escape en la mezcla de aire y combustible, provocando que se diluya la mezcla de aire y combustible suficientes para mantener a los óxidos de nitrógeno dentro de los limites transpirables.  Esto se hace al permitir que una cantidad específica de gas inerte, proveniente del sistema de escape, es dirigido al múltiple de admisión a través de la válvula EGR.  Los motores modernos están equipados con convertidores catalíticos y sistemas de inyección de combustible que mantienen los compuestos de oxido de nitrógeno al mínimo, pero incluso con estos sistemas más nuevos y eficientes, el sistema EGR es necesario para reducir las emisiones.  En los motores con carburador la válvula EGR es operada por la temperatura del motor y el vacio del múltiple de admisión.  La válvula EGR en los sistemas con inyección electrónica de combustible es controlada por la computadora del motor.  Estos vehículos tienen normalmente un solenoide entre la válvula y la fuente de vacío.  También suelen tener un sensor de posición de la válvula EGR que informa a la computadora cual es la posición de la válvula EGR.  Algunos vehículos pueden incluir en un sensor VPFE que significa     sensor de presión diferencial de retroalimentación de válvula EGR.  Hay tres tipos comunes de válvulas EGR; válvulas EGR de vacío, válvulas EGR de contrapresión y válvulas EGR electrónicas.  La válvula descrita anteriormente es el diseño de vacio cortado,  además de este tipo, hay básicamente dos tipos de válvulas EGR de contrapresión.  El tipo más común es el de válvula de contrapresión positiva, y la otra es la válvula de contrapresión negativa.  Es importante saber las diferencias entre las válvulas de contrapresión positivas y negativas, ya que trabajan y se prueban de manera diferente.  La válvula EGR de contrapresión positiva se utiliza en la mayoría de los autos hechos en los EE.UU…  Esta utiliza la presión del escape para regular el flujo de gases a través de una válvula de control de vacío.  El vástago de la válvula de EGR es hueco y permite que la contrapresión entre en la parte inferior del diafragma.  Cuando suficiente contrapresión de escape está presente el diafragma se mueve hacia arriba y cierra la válvula de control, permitiendo que la señal de vacio completa sea aplicada a la porción superior del diafragma de la válvula EGR.  La válvula EGR de contrapresión negativa es similar a la válvula EGR de contrapresión positiva, pero opera de la manera opuesta y se pueden encontrar en vehículos de alto rendimiento con silenciadores de flujo libre y sistemas de escape de gran diámetro.

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