Inyección de combustible

La inyección de combustible es un sistema de alimentación de motores de combustión interna, que reemplaza al carburador en los motores de explosión, que es el que usan prácticamente todos los automóviles europeos desde 1990, debido a la obligación de reducir las emisiones contaminantes y para que sea posible y duradero el uso del catalizador a través de un ajuste óptimo del factor lambda.

El sistema de alimentación de combustible y formación de la mezcla complementa en los motores Otto al sistema de Encendido del motor, que es el que se encarga de desencadenar la combustión de la mezcla aire/combustible.

Este sistema es utilizado, obligatoriamente, en el ciclo del diésel desde siempre, puesto que el combustible tiene que ser inyectado dentro de la cámara en el momento de la combustión (aunque no siempre la cámara está sobre la cabeza del pistón).

En los motores de gasolina actualmente está desterrado el carburador en favor de la inyección, ya que permite una mejor dosificación del combustible y sobre todo desde la aplicación del mando electrónico por medio de un calculador que utiliza la información de diversos sensores colocados sobre el motor para manejar las distintas fases de funcionamiento, siempre obedeciendo las solicitudes del conductor en primer lugar y las normas de anticontaminación en un segundo lugar.

Historia

Imagen de un motor con inyección de combustible
Motor del Antoinette
Sistema de inyección en un motor v8
Sistema de inyección motor gasolina v8

En 1881 el francés Eteve diseñaba un sistema un sistema para medir el aire comprimido lo que es un componente esencial en los la inyección.[5]

En 1939 Mercedes experimento la inyección de combustible en sus motores de vehículos Grand Prix, turbocargados y no turbocargados sin lograr pruebas contundentes, al finalizar la segunda guerra mundial para Mercedes y Bosch era evidente que tenían elementos clave de una nueva tecnología aunque no de aplicación inmediata.[7]

Sistema de inyección Bosch

Goliath GP 700 Sport uno de los primeros vehículos de dos tiempos con sistema de inyección

Los ingenieros de la Mercedes Benz que en tiempos de la segunda guerra mundial habían trabajado experimentando con la inyección de combustible junto con Bosch bajo la dirección de Max Wagner, iniciaron en 1946 de nuevo a hacer pruebas en un motor de cuatro cilindros de cuatro tiempos de 1767 cc el cual usando su carburador estándar tenía un rendimiento de 35.9 hp el cual convertido a inyección de combustible alcanzaba un rendimiento de 45 hp y ahorraba considerablemente el consumo de combustible.[9]

Sistema de inyección en motores de cuatro tiempos

Motor del Mercedes 300 SL

En 1952 inicia la experimentación de la inyección de combustible en un motor de cuatro tiempos de seis cilindros que reutilizaba ciertas cosas ocupadas en el diseño de la inyección de los motores de dos tiempos, como las boquillas, y otra adaptadas como la bomba de inyección a alta presión, la cabeza del cilindro era de forma ligeramente plana, las bujías ubicadas en el monoblock, siendo un motor inclinado, quedaban bajo la cubierta del motor, cada cilindro tenía su inyector en la parte superior de este, con una presión de unos 1100 psi, este motor alcanzaba 220 hp a 5500 rpm, lo que no superaba aún al mismo motor carburado, para 1954 el motor levantó su inclinación hasta los 45 °, las bujías se trasladaron a la cabeza, y los inyectores a un lado del monoblock, en vez de un múltiple de admisión convencional se opto por tres juegos de tubos curvos, con las lumbreras en la cabeza del cilindro, la bomba de inyección tenía un árbol de seis émbolos los cuales se movían por la rotación del árbol de levas, este motor fue el M-186 que portaba el 300 Sl.[10]

Mercedes-Benz 300 SLR 1955

A la par de estos diseños corría el del W-196 y el 300 SLR, el motor era un ocho en línea de 2496 cc inclinado 30 °, lograna una potencia máxima de 290 hp a 8700 rpm, el abastecimiento de combustible se obtenía por una bomba a presión de 1500 psi, la bomba de inyección contaba con un árbol de ocho émbolos accionada por engranes que tomaban fuerza directamente del motor, se llevaba el combustible del tanque a través de una bomba que la llevaba a un filtro, de ahí a la bomba de inyección, para después pasar por una válvula purgadora, la cual tenía como propósito barrer la cámara de entrada de la bomba de inyección y evitar bolsas de vapor y no tenía línea de retorno, contaba con una lumbrera de admisión por por cilindro, tenía bujías gemelas ubicadas en el centro de la cámara de combustión, también hubo un motor de 3L que alcanzaba 305 hp a las 7400 rpm.[11]

Borgward RS 1954

Siguiendo a Mercedes y a BMW, quien ya había adoptado el sistema de inyección en sus motocicletas con motores de dos cilindros de cuatro tiempos enfriados por aire, Borgward decidido en 1958 desarrollar el sistema de inyección para un motor de cuatro cilindros de cuatro tiempos de dieciséis válvulas del auto deportivo 1500 RS, que alcanzó hasta 172 hp, el motor era de 1.5L con una bomba de inyección accionada desde el árbol de levas, sin embargo, para la ignición se utilizaba una bomba eléctrica que se desactivaba manualmente cuando el motor arrancaba, pero no hubo más evolución de este motor y su sistema por la quiebra de la empresa en 1961.[12]

Inyección en lumbrera

Ludwig Kraus advirtió la necesidad de separar los sistemas de inyección de combustible que se venían ocupando en los motores gasolina de los sistemas de inyección diésel, pues hasta ese momento los sistemas de inyección eran sistemas diésel adaptados para los motores gasolina, los sistemas diésel necesitan inyección a alta presión pues la combustión del combustible, se realiza por el aire, que previamente se ha comprimido, consiguiendo así un elevado aumento de su temperatura, gracias a la cual es posible la combustión del gasóleo. No así en los motores gasolina donde la chispa se obtiene por la bujía, los motores gasolina pueden funcionar aspirando aire limpio, o una mezcla de aire con combustible, tomando en cuenta esto, idearon atomizar gasolina en pequeñas gotas con baja presión, lo que significaría eliminar el ruido que se producía hasta entonces por las bombas de alta presión.[13]

Otto Eberle ideó un sistema de inyección en la lumbrera, supervisado por Heinrich Knapp, el sistema que inicialmente pretendía ser más económico que el hasta ahora convencional sistema de inyección en los cilindros, resultó ser más costoso de lo esperado, porque lo que se adaptó a los autos más costosos, como por ejemplo el 300 D, con motor 3L de seis cilindros se instalaba una tobera en cada canal separado de las lumbreras, una bomba de inyección de seis émbolos suministraba combustible a una presión de 100 psi a seis líneas separadas, la carrera de los émbolos era variable dependiendo con la posición de la mariposa.[13]

Inyección intermitente en lumbrera

Con el fin de hacer accesible el sistema de inyección a automóviles de producción a gran escala, así que contrastando las pruebas de laboratorio, contra las pruebas en condiciones reales, empezaron a dar cuenta que la dosificación de combustible era esencial, pero no así la sincronización, así que haciendo pruebas había poca diferencia cuando el combustible llegaba a la lumbrera. La frecuencia de abastecimiento, cuando el motor funciona a 1000 rpm, la válvula de admisión abre cuatro veces por segundo, sin embargo, a unos 5000 rpm se abrirían unas 21 veces por segundo, a tanta velocidad esto podría parecer como una inyección continua, lo cual condujo a la inyección intermitente, llegando a en cuenta que si se tomaba en cuenta la sincronización no se necesitaban un émbolo por pistón, por ejemplo para un motor de seis cilindros bastaba con una bomba de inyección de dos émbolos, cada línea de abastecimiento de combustible tenía una caja de abastecimiento de tres brazos, así para alimentar las seis toberas una caja con flujo intermitente alimentaba a una lumbrera, tres cilindros, la mitad del monoblock, y la segunda, al otro juego de inyectores de la otra lumbrera, para los otros tres cilindros, se añadió un regulador neumático que media el vacío del múltiple, pues la presión del múltiple es proporcional a la cantidad de aire aspirado por el motor, así se utilizaba para proporcionar una mezcla razonable, para ayudar al regulador neumático se agregó un termostato en la entrada de aire, un electroimán regulaba el arranque en frío, ajustando así la cantidad de combustible a la presión barométrica, este sistema lo adopto porsche y mercedes.[14]

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