Inxección de combustible en motores de gasolina. Vantaxes, inconvenientes e posibles problemas

O tipo de sistema de inxección determina os parámetros do motor e os custos operativos. Afecta á dinámica, ao consumo de combustible, ás emisións de escape e aos custos de mantemento do coche.

A historia da aplicación práctica da inxección de gasolina nun motor de combustión interna no transporte remóntase ao período anterior á Primeira Guerra Mundial. Aínda entón, a aviación buscaba con urxencia novas solucións que puidesen mellorar a eficiencia dos motores e superar os problemas de potencia en varias posicións da aeronave. A inxección de combustible, que apareceu por primeira vez no motor de avión V8 francés de 1903, resultou útil. Non foi ata 1930 cando se estreou o Mercedes 1951 SL con inxección de combustible, moi considerado como un precursor no campo. Porén, na versión deportiva, foi o primeiro coche con inxección directa de gasolina.

A inxección electrónica de combustible utilizouse por primeira vez no 300 nun motor Chrysler de 1958. A inxección de gasolina multipunto comezou a aparecer nos coches na década de 1981, pero utilizouse principalmente en modelos de luxo. As bombas eléctricas de alta presión xa estaban en uso para garantir a presión adecuada, pero o control aínda era responsabilidade dos mecánicos, que só desapareceron no esquecemento en 600 co fin da produción de Mercedes. Os sistemas de inxección aínda eran caros e non cambiaron a coches baratos e populares. Pero cando se fixo necesario nos XNUMX instalar convertidores catalíticos en todos os coches, independentemente da súa clase, tivo que desenvolverse un tipo de inxección máis barato.

A presenza dun catalizador requiría un control máis preciso da composición da mestura do que podían proporcionar os carburadores. Así creouse a inxección de punto único, unha versión escasa de "multipunto", pero suficiente para as necesidades dos coches baratos. Desde finais dos noventa comezou a desaparecer do mercado, substituíndose por inxectores multipunto, que son actualmente o sistema de combustible máis popular nos motores de automoción. En 1996, a inxección directa de combustible fixo o seu debut estándar no Mitsubishi Carisma. A nova tecnoloxía necesitaba unha seria mellora e nun principio atopou poucos seguidores.

Non obstante, ante os estándares de gases de escape cada vez máis estritos, que desde o primeiro momento tiveron unha forte influencia no progreso dos sistemas de combustible para automóbiles, os deseñadores finalmente tiveron que pasar á inxección directa de gasolina. Nas últimas solucións, ata agora poucas en número, combinan dous tipos de inxección de gasolina: indirecta multipunto e directa.    

Inxección indirecta dun único punto

Nos sistemas de inxección de punto único, o motor é alimentado por un único inxector. Está instalado na entrada do colector de admisión. O combustible entrégase a unha presión de aproximadamente 1 bar. O combustible atomizado mestúrase co aire diante dos orificios de admisión das canles que conducen aos cilindros individuais.

A mestura de aire-combustible é aspirada polas canles sen a dosificación precisa da mestura para cada cilindro. Debido ás diferenzas na lonxitude das canles e na calidade dos seus acabados, a alimentación dos cilindros é desigual. Pero tamén hai beneficios. Dado que o camiño da mestura de combustible con aire desde a boquilla ata a cámara de combustión é longo, o combustible pode evaporarse ben cando o motor se quenta correctamente. No tempo frío, o combustible non se evapora, as cerdas condénsase nas paredes do colector e entran parcialmente na cámara de combustión en forma de gotas. Desta forma, non pode queimar completamente durante o ciclo de traballo, o que leva a unha baixa eficiencia do motor na fase de quecemento.

A consecuencia diso é un aumento do consumo de combustible e unha alta toxicidade dos gases de escape. A inxección dun só punto é sinxela e barata, non require moitas pezas, boquillas complexas e sistemas de control avanzados. Os baixos custos de produción dan como resultado un prezo máis baixo do vehículo e as reparacións con inxección dun só punto son sinxelas. Este tipo de inxección non se utiliza nos motores de turismos modernos. Só se pode atopar en modelos cun deseño atrasado, aínda que producido fóra de Europa. Un exemplo é o Samand iraniano.

privilexios

- Deseño sinxelo

– Baixos custos de produción e mantemento

– Baixa toxicidade dos gases de escape cando o motor está quente

defectos

– Baixa precisión de dosificación de combustible

– Consumo de combustible relativamente elevado

– Alta toxicidade dos gases de escape na fase de quecemento do motor

– Mal rendemento en canto á dinámica do motor

Inxección indirecta multipunto

Unha extensión da inxección indirecta dun só punto é a inxección indirecta multipunto cun inxector en cada orificio de admisión. O combustible entrégase despois do acelerador, xusto antes da válvula de admisión.Os inxectores están máis preto dos cilindros, pero o camiño da mestura aire/combustible aínda é o suficientemente longo como para que o combustible se vaporice nun motor quente. Por outra banda, a fase de quecemento ten menos tendencia a condensarse nas paredes do orificio de admisión, xa que a distancia entre a boquilla e o cilindro é menor. Nos sistemas multipunto, o combustible é subministrado a unha presión de 2 a 4 bar.

Un inxector separado para cada cilindro ofrece aos deseñadores posibilidades completamente novas en canto a aumentar a dinámica do motor, reducir o consumo de combustible e reducir as emisións de escape. Inicialmente, non se utilizaron sistemas de control avanzados e todas as boquillas dosificaron o combustible ao mesmo tempo. Esta solución non era óptima, xa que o momento de inxección non se producía en todos os cilindros no momento máis vantaxoso (cando golpeaba a válvula de admisión pechada). Só o desenvolvemento da electrónica permitiu construír sistemas de control máis avanzados, grazas aos cales a inxección comezou a funcionar con máis precisión.

Inicialmente, as boquillas abríanse por parellas, despois desenvolveuse un sistema de inxección secuencial de combustible, no que cada boquilla se abre por separado, no momento óptimo para un determinado cilindro. Esta solución permítelle seleccionar con precisión a dose de combustible para cada golpe. Un sistema multipunto en serie é moito máis complexo que un sistema de punto único, máis caro de fabricar e máis caro de manter. Non obstante, permítelle aumentar significativamente a eficiencia do motor cun menor consumo de combustible e menos toxicidade dos gases de escape.

privilexios

– Alta precisión de dosificación de combustible

– Baixo consumo de combustible

– Moitas posibilidades en canto á dinámica do motor

– Baixa toxicidade dos gases de escape

defectos

- Significativa complexidade do deseño

– Custos de produción e mantemento relativamente elevados

Inxección directa

Nesta solución, o inxector está instalado no cilindro e inxecta combustible directamente na cámara de combustión. Por unha banda, isto é moi beneficioso, xa que permite substituír moi rapidamente a carga de aire-combustible por riba do pistón. Ademais, o combustible relativamente frío arrefría ben a coroa do pistón e as paredes dos cilindros, polo que é posible aumentar a relación de compresión e obter unha maior eficiencia do motor sen medo a un golpe de combustión adverso.

Os motores de inxección directa están deseñados para queimar mesturas de aire/combustible moi pobres a baixas cargas do motor para conseguir un consumo de combustible extremadamente baixo. Non obstante, resultou que isto provoca problemas cun exceso de óxidos de nitróxeno nos gases de escape, para eliminar o que é necesario instalar sistemas de limpeza axeitados. Os deseñadores tratan os óxidos de nitróxeno de dúas formas: engadindo impulso e reducindo o tamaño, ou instalando un complexo sistema de boquillas de dúas fases. A práctica tamén mostra que coa inxección directa de combustible, o fenómeno desfavorable de depósitos de carbono nos condutos de admisión dos cilindros e nos vástagos da válvula de admisión (diminución da dinámica do motor, aumento do consumo de combustible).

Isto débese a que tanto os portos de admisión como as válvulas de admisión non se lavan coa mestura de aire/combustible como ocorre coa inxección indirecta. Polo tanto, non son lavados polas partículas finas de aceite que entran no sistema de succión desde o sistema de ventilación do cárter. As impurezas do aceite endurecen baixo a influencia da temperatura, creando unha capa cada vez máis espesa de sedimentos non desexados.

privilexios

– Moi alta precisión de dosificación de combustible

– Posibilidade de queimar mesturas magras

– Moi boa dinámica do motor con baixo consumo de combustible

defectos

- Deseño moi complexo

– Custos de produción e mantemento moi elevados

– Problemas co exceso de óxidos de nitróxeno nos gases de escape

- Depósitos de carbono no sistema de admisión

Inxección dual - directa e indirecta

O deseño do sistema de inxección mixta aproveita tanto a inxección directa como a indirecta. A inxección directa funciona cando o motor está frío. A mestura de aire e combustible flúe directamente sobre o pistón e exclúese a condensación. Cando o motor está quente e funciona con carga lixeira (condución a velocidade constante, aceleración suave), a inxección directa deixa de funcionar e a inxección indirecta multipunto toma o seu papel. O combustible evapórase mellor, os inxectores do sistema de inxección directa moi caros non funcionan e non se desgastan, as válvulas de admisión son lavadas pola mestura combustible-aire, polo que non se forman depósitos nelas. Con altas cargas do motor (fortes aceleracións, condución rápida), a inxección directa volve activarse, o que garante un enchemento moi rápido dos cilindros.

privilexios

– Dosificación de combustible moi precisa

– Entrega óptima do motor en todas as condicións

– Moi boa dinámica do motor con baixo consumo de combustible

– Non hai depósitos de carbono no sistema de admisión

defectos

- Gran complexidade do deseño

– Custos de produción e mantemento moi elevados