Sistemes d'injecció dièsel. Disseny, avantatges i inconvenients

A diferència dels motors de gasolina, els motors dièsel tenien injecció de combustible des del principi. Només van canviar els sistemes d'injecció, els accessoris i la pressió del combustible subministrat als cilindres.

El principi de funcionament d'un motor dièsel, comunament conegut com a motor dièsel, és completament diferent del d'un motor de gasolina. En els camions de combustible, la barreja d'aire i combustible entra a la cambra de combustió per sobre del pistó. Després de la compressió, la mescla s'encén a causa de la ruptura d'una espurna elèctrica als elèctrodes de la bugia. És per això que els motors de gasolina també s'anomenen motors d'encesa per espurna (SI).

En els motors dièsel, el pistó de la cambra de combustió només comprimeix l'aire, que sota la influència d'una pressió enorme (almenys 40 bar, d'aquí el nom "alta pressió") s'escalfa a una temperatura de 600-800 ° C. La injecció de combustible a aquest aire calent provoca l'autoencesa immediata del combustible a la cambra de combustió. Per aquest motiu, els motors dièsel també s'anomenen motors d'encesa per compressió (CI). Des del principi, es van subministrar injectant combustible a la cambra de combustió, i no al col·lector d'admissió, que només subministra aire al motor. Segons si la cambra de combustió estava dividida o no, els motors dièsel es dividien en unitats de potència amb injecció indirecta o directa.

Injecció indirecta

El dièsel, tot i que va debutar amb un sistema d'injecció directa, no es va utilitzar durant molt de temps. Aquesta solució va causar massa problemes i a la indústria de l'automòbil es va substituir per la injecció indirecta patentada l'any 1909. La injecció directa es va mantenir en grans motors estacionaris i marins, així com en alguns camions. Els dissenyadors de turismes van preferir els dièsel d'injecció indirecta, amb un funcionament més suau i menys soroll.

El terme "indirecte" en els motors dièsel significa una cosa completament diferent que en els motors de gasolina, on la injecció indirecta és la injecció d'una barreja d'aire-combustible al col·lector d'admissió. En els motors dièsel d'injecció indirecta, com en els dissenys d'injecció directa, el combustible atomitzat per l'injector també entra a la cambra de combustió. És només que es divideix en dues parts: una part auxiliar, a la qual s'injecta combustible, i la part principal, és a dir. l'espai just a sobre del pistó en el qual té lloc el procés principal de combustió del combustible. Les cambres estan interconnectades per un canal o canals. Pel que fa a la forma i la funció, les cambres es divideixen en dipòsits preliminars, vòrtex i d'aire.

Aquests últims no es poden utilitzar, ja que la seva producció pràcticament ha cessat. En el cas de les càmeres prèvies i les càmeres de remolí, el broquet s'instal·la al costat de la cambra auxiliar i hi injecta combustible. Allà, es produeix la ignició, després el combustible parcialment cremat entra a la cambra principal i es crema allà fora. Els dièsel amb una precàmera o una cambra de remolí funcionen sense problemes i poden tenir sistemes de manovella lleugers. No són sensibles a la qualitat del combustible i poden tenir broquets de disseny senzill. No obstant això, són menys eficients que els dièsel d'injecció directa, consumeixen més combustible i tenen problemes per engegar un motor fred. Avui dia, els motors dièsel d'injecció indirecta dels turismes són cosa del passat i ja no es produeixen. Poques vegades es troben en els cotxes moderns del mercat actual. Només es poden trobar en dissenys com l'indi Hindustan i Tata, l'UAZ rus, el Mitsubishi Pajero d'antiga generació venut al Brasil o el Volkswagen Polo que s'ofereix a l'Argentina. S'utilitzen en quantitats molt més grans en vehicles del mercat secundari.

Injecció directa

Tot va començar amb ell. Tanmateix, els beneficis de la injecció directa no es van aprofitar inicialment. Es desconeixia la importància d'un remolí adequat del combustible i la seva combustió no era òptima. Es van formar grumolls de combustible, que van contribuir a la formació de sutge. Els processos al pistó van anar massa ràpid, els motors van treballar dur, destruint ràpidament el coixinet del cigonyal. Per aquest motiu, es va abandonar la injecció directa, preferint la injecció indirecta.

Un retorn a les arrels, però en una versió moderna, es va produir només l'any 1987, quan el Fiat Croma 1.9 TD va entrar en producció en sèrie. La injecció directa de combustible requereix equips d'injecció eficients, alta pressió d'injecció, combustible de bona qualitat i una biela molt forta (i, per tant, pesada). No obstant això, proporciona una alta eficiència i fàcil arrencada d'un motor fred. Les solucions modernes per als motors dièsel d'injecció directa es basen principalment en capçals i pistons completament plans amb cambres (cavitats) de forma adequada. Les cambres són les responsables de la correcta turbulència del combustible. La injecció directa s'utilitza àmpliament avui en dia en els motors dièsel dels cotxes de passatgers.

Injecció directa - Bomba d'injectors

En els motors dièsel tradicionals, diferents tipus de bombes s'encarreguen de subministrar combustible. En temps pioners, la injecció de combustible es feia amb aire comprimit; a la dècada de 20, això es feia amb bombes d'oli redissenyades. Als anys 300, les bombes especials dissenyades per a motors dièsel ja eren molt utilitzades. Inicialment, es basava en bombes en sèrie que creen baixa pressió (fins a 60 bar). No va ser fins als anys 1000 que van aparèixer les bombes més eficients amb distribuïdor axial (més de 80 bar). A mitjans dels anys setanta van rebre el control d'injecció mecànica, i a mitjans dels vuitanta van rebre el control electrònic (BMW 524td, 1986).

Les bombes-injectores utilitzades als camions ja als anys 30 eren una forma lleugerament diferent d'injecció de combustible, van ser molt utilitzades en turismes per la companyia Volkswagen, per primera vegada l'any 1998 (Passat B5 1.9 TDI). En resum, un injector de bomba és un injector amb la seva pròpia bomba, que és accionada per un arbre de lleves. Així, tot el procés de pressurització i injecció al cilindre es limita a la culata. El sistema és molt compacte, no hi ha línies de combustible que connectin la bomba amb els injectors. Per tant, no hi ha pulsació del broquet, cosa que dificulta la regulació de la dosi de combustible i les fuites. Com que el combustible es vaporitza parcialment a la cambra d'injecció de la unitat, el temps d'injecció pot ser petit (arrencada fàcil). El més important, però, és la pressió d'injecció molt alta de 2000-2200 bar. La dosi de combustible al cilindre es barreja ràpidament amb l'aire i es crema de manera molt eficient.

En general, un motor dièsel amb bomba-injector es caracteritza per una alta eficiència, baix consum de combustible, alta velocitat i la possibilitat d'obtenir una gran densitat de potència. Però un motor d'injecció unitària és car de fabricar, principalment a causa de la complexitat de la culata. El seu treball és dur i fort. Quan s'alimenta amb injectors unitaris, també sorgeixen problemes d'emissions, que van contribuir molt a que VW abandonés aquesta solució.

Injecció directa - Common Rail

L'element més important del sistema d'injecció Common Rail és el "Common Rail", un tipus de dipòsit també conegut com a "acumulador de combustible a pressió", al qual una bomba bombeja combustible dièsel. Entra als broquets no directament des de la bomba, sinó des del dipòsit, mantenint la mateixa pressió per a cada cilindre.

En sentit figurat, podem dir que cadascun dels injectors no espera una part de combustible de la bomba, sinó que encara té combustible a una pressió molt alta. Els impulsos elèctrics que accionen els injectors són suficients per subministrar combustible a les cambres de combustió. Aquest sistema permet crear injeccions multifàsiques (fins i tot 8 fases per injecció), cosa que condueix a una combustió molt precisa del combustible amb un augment gradual de la pressió. La pressió d'injecció molt alta (1800 bar) permet l'ús d'injectors amb orificis molt petits que entreguen combustible gairebé en forma de boira.

Tot això es complementa amb una alta eficiència del motor, un bon funcionament i un baix nivell de soroll (malgrat la injecció directa), una bona maniobrabilitat i baixes emissions d'escapament. Tanmateix, els motors common rail requereixen el combustible de la màxima qualitat i els millors filtres. Els contaminants del combustible poden destruir els injectors i causar danys que són extremadament costosos de reparar.