Bosch - Gestión del motor de gasolina

Serie amarilla Edición 2002 I
Instrucción técn ica I Control del motor de gasolina
Gestió .'31 motor
de gasl ... la
Fundamentos
componentes
y
BOSCH
• Pedal de aceleración electrónico EGAS
• Inyección directa de gasolina
• Catalizador acumulador de NO,
§
Técnica del automóvil
lit-
Cred tos
Publicado por:
La reimpresión , reproducción y traducción total o par'
~
cial de este texto, s610 está permitida con nuestra auto·
Robert Bosch GmbH, 2002
Poslfach 30 02 20,
0 ·70442 Stullgart.
División Asistencia Técnica Automóvil
rización previa por escrito y con mención de la fuente.
Las figuras, descripciones, esquemas y otros datos
sirven exclusivamente para explicar y representar los
Dep. Marketing de Productos, Diagnóstico &
textos. no pudiendo utilizarse como base para diseños,
Equipamiento de test (AA/PDT5).
instalaciones ni volumen de suministro. Declinamos
Redactor jefe:
nido respecto a las disposiciones legales vigentes.
Ing. dipl. (FH) Horst 8auer.
Responsabilidad excluida.
toda responsabilidad por las divergencias de cante'
Reservado el derecho a modificaciones.
Redacción :
Ing. dipl. Karl·Heinz Dietsche,
Printed in Germany.
Ing. dipl. (BA) Jürgen Crepin.
Impreso en Alemania.
Autores:
Ing. dipl. Michael Oder
Traducción al espar'ol de la l ' edición alemana,
(Fundamentos, mando del motor de gasolina,
febrero 2001 .
inyección directa de gasol ina),
Ing. dipl. Georg Mallebrein (Sistemas de
control del llenado, fases variables de distribución
por válvulas),
Ing. dipl. Oliver Schlesiger (Realimentación de gases
de escape),
Ing. dipl. Michael Bauerle (Sobrealimentación),
Ing. dipl. (FH) Klaus Joos (Alimentación de
combustible, inyección en el tubo de admisión),
Ing. dipl. Albert Gerhard (Electrobomba de
combustible, regulador de presión, amortiguador de
presión),
Econ. indo dlpl. Michael Ziegler (Filtro de combustible),
In9. dipl. (FH) Eckhard 80denhausen
(Distribuidor de combustible),
Dr. in9. Dieter Lederer
(Sistema de retención de vapores de combustible),
Ing. dipl. (FH) Annetle WiUke (Válvulas de inyección),
Ing. dipl. (FH) Bernd Kudicke (Tipos de inyección),
Ing. dipl. Walter Gollin (Encendido),
In9. dipl. Eberhard Schnaibel (Depuración de gases de
escape)
en cooperación con los departamentos técnicos
competentes de nuestra empresa.
Si no se indica algo distinto, se trata de
empleados de Robert Bosch GmbH, Stullgart.
l ' edición, febrero 2002.
Gestión del motor de gasolina:
Fundamentos y componentes
Robert Bosch GmbH
4
4
7
8
10
10
12
15
18
Fundamentos del motor de gasolina
Funcionamiento
Par motor y potencia
Rendimiento del motor
Control del motor de gasolina
Exigencias
Control del llenado
Formación de la mezcla
Encendido
20 Sistemas de control del llenado
20 Control del llenado de aire
22 Fases variables de distribución por
48
49
50
52
54
55
56
58
59
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63
64
Inyección en el tubo de admisión
Funcionamiento
Válvulas electromagnéticas de inyección
Tipos de inyección
Inyección directa de gasolina
Funcionamiento
Rail , bomba de alta presión
Válvula de control de la presión
Sensores de presión de rail
Válvula de inyección a alta presión
Procedimiento de combustión
Formación de la mezcla
Modos de funcionamiento
válvulas
25
26
29
30
33
Realimentación de gases de escape
Sobrealimentación dinámica
Sobrealimentación mecánica
66 Encendido en visión de conjunto
66 Vista general
66 Desarrollo de los sistemas de encendido
Turboalimentación por gases de escape
Enfriamiento del aire de
sobrealimentación
34 Inyección de gasolina en compendio
34 Formación exterior e interior de la mezcla
36 Alimentación de combustible
37 Alimentación de combustible con
inyección en el tubo de admisión
68
68
69
70
71
72
73
Sistema de encendido inductivo
Etapa final de encendido
Bobina de encendido
Distribución de la tensión
Bujia de encendido
Medios de unión y antiparasitarios
Tensión de encendido, energia de
encendido
75 Punto de encendido
39 Circuito de baja presión de la inyección
directa de gasolina
76 Depuración catalitica de los gases de
escape
41 Sistema de retenc ión de vapores de
combustible
42 Electrobomba de combustibte
44 Filtro de combustible
45 Distribuidor, regulador de presión,
amortiguador de presión, depósito,
76
77
80
82
84
Catalizador de oxidación
Catalizador de tres vías
Catalizador acumulador de NO,
Circuito de regulación lambda
Calentamiento del catalizador
tuberias de combustible
85 Indice allabetico
85 Vocabulario tecnico
87 Abreviaturas
Para cumplir con la exigencia de que los nuevos modelos de coches sean bajos de consumo y poco
contaminantes pero a la vez de alta potencia son necesarios inmensos esfuerzos en el desarrollo de
nuevos conceptos de motor. En un principio, estos esfuerzos se concentraban sobre todo en reducir
la cantidad de sustancias nocivas en los gases de escape, dado que las normas legales al respecto se
hacían cada vez más severas. La introducción del catalizador de tres vías a mediados de los años
ochenta fue un avance decisivo en este campo.
Sin embargo, en los últimos años ha incrementado el deseo por automóviles de bajo consumo
de combustible. Motores de gasolina de inyección directa prometen hasta un 20 % de ahorro.
La presente Instrucción técnica explica, cuales son los conceptos que pueden satisfacer las
nuevas ambiciones y cual es su funcionamiento. Está proyectada otra Instrucción técnica sobre la
interacción de estos conceptos con Motronic, un moderno sistema electrónico de control y
regulación.
4
Fundamentos del motor de gasolina
Funcionamiento
Fundamentos del motor de gasolina
El motor de gasolina de Otto l) es un motor de
combustión por encendido externo que quema
una mezcla de aire y combustible, transformando
así la energía química contenida en el combustible
en energía cinética.
Durante mucho tiempo tuvo e! ca rburador la fun ción de preparar la mezcla de aire y combustible.
El carburador forma la mezcla inflamable en el
tubo de admisión, que aspira el aire necesario para
la combustión.
Proceso de 4 tiempos
La mayor parte de los motores de combustión in terna utilizados en automóviles trabajan según el
proceso de 4 tiempos.
En este proceso, las válvulas del cilind ro (5 y 6) regulan e! intercambio de gases (cambio de ca rga ).
Abren y cierran los conductos de admisión y de escape del cilind ro, regulando así la admisión de gases frescos y la expulsión de los gases de escape.
1" tiempo: Adm isión
Especi ficaciones legales para la observancia de valores límite en la emisión de gases contribuyeron al
ava nce de la inyección de gasolina, que hace posible una dosificación más exacta de! combustible.
En la inyección en el tubo de admisión (SRE), la
mezcla de aire y combustible se forma - como en
los sistemas de carburador - en el tubo de admi sión.
Partiendo del punto muerto su perior (PMS), e!
pistón se mueve hacia abajo y aumenta el volumen
de la cámara de combustión (7) en el cilind ro. De
ese modo aflu ye aire fresco (en el sistema de inyección directa de gasolina) o la mezcla de aire y combustible (en e! sistema de inyección en e! tubo de
admisión) a la cámara de combustión, a través de
la válvula de admisión (5) abierta.
El desarrollo de la inyección di recta de gasolina
(BDE) trajo otras ventajas, particularmente en lo
referente al consumo de combustible y al aumento
de la potencia. Esta técnica inyecta el combustible
en el momento preciso directamente en la cá mara
de combustión.
En e! pu nto muerto inferior (PM I), el volumen de
la cámara de combustión ha alcanzado su tamaño
máximo ( Vh+ Ve) .
Funcionamiento
Impelido por la combustió n de la mezcla de aire y
combustible, el pistón (figura 1, pos. 8) ejecuta en
el cilindro (9) un movimiento periódico ascendente y descendente. Este principio de fun cionamiento dio a ese motor el nombre de "motor de
pistón de movimiento de va ivén" o "motor alternati vo'l,
La biela (10) convierte este movi miento de va ivén en un movim iento de rotación del cigüelial
( 11 ). Una masa de inercia dispuesta en el cigüelial
mantiene estable el movimiento. El régimen de
giro del cigüelial se llama también velocidad del
motor.
1) En memOria de Nlkolaus Augusl OUo (1832 hasta 1891),
qUien en 1878 presento por pnmera vez en la EXpoSICión Universal de Paris un molor de gas a compresión segun el pnnclplo de
Irabalo de 4 tiempos.
2' tiempo: Compresión
Las válvulas de! cil indro están ahora cerradas. El
pistón en movimiento ascendente reduce el volu men de la cámara de combustión y comprime la
mezcla. En los motores de inyección en e! tubo de
admisión, la mezcla de aire y combustible se encuentra ya al fin de la carrera de aspiració n en la
cámara de comb ustión. En el sistema de inyección
directa de gasolina, e! combustible no se inyectasegún el modo de funcionamiento - hasta el fin
del tiempo de compresión.
En el pun to muerto superior ha alca nzado el volumen su tamalio mínimo (volu men de compresión
Ve).
Fundamentos del motor de gasolina
y, tiempo: Combustión y trabajo
Ya antes de que el pistón haya alcanzado el punto
muerto superior (PMS), la bujía de encendido (2)
inicia en un momento prefijado (ángulo de encendido) la combustión de la mezcla de aire y combustible (encend ido externo). Antes de que la mezcla se haya inflamado por completo, ha cruzado el
pistón el pu nto muerto superior.
Las válvulas del cili nd ro siguen estando cerradas. El calor de la comb ustión que queda libre au menta la presión en el cili ndro y empuja el pistón
hacia abajo.
4 tiempo: Escape
Ya poco antes del punto muerto inferior (P 11 ) se
abre la válvula de escape (6). Los gases cal ientes,
que se encuentran bajo alta presión, salen del cilin dro. El pistón en movim iento ascendente expulsa
los residuos restantes.
ada dos vueltas del cigüeñal com ienza un nuevo
ciclo de trabajo con la ca rrera de aspiración.
Funcionamiento
5
Fases de distribución por válvulas
Las levas dispuestas en el árbol de levas de admi sión (3) yen el árbol de levas de escape ( 1) abren y
cierran las válvulas del cilind ro. En los motores
con un solo árbol de levas, un mecanismo de balancines transmite el movimiento elevador de las
levas a las válvulas del cili nd ro.
Las fases de dist ribución determinan los tiempos de apertu ra y cierre de las válvulas con referencia a la posición del cigüeñal. Las fases de distribución se indican por eso en "grados del cigüelial". Para un mejo r llenado y vaciado de la cámara
de combustió n se aprovechan corrientes y vibraciones de los gases. Por eso se entrecruZ<1nlas fases
de apertura de las válvulas en un determinado sector del cigüelial.
El cigüeñal acciona el árbol de levas mediante
una correa dentada (o una cadena o ruedas dentadas). Un ciclo de trabajo dura en el proceso de 4
tiempos dos vueltas del cigüelial. El número de revoluciones del árbol de levas es por eso sólo la mitad del número de revoluciones del cigüelial. La
relación de desmultiplicación entre cigüeñal y árbol de levas es por tanto de 2: l.
Ciclo de trabajo del molor de gasolina de 4 tiempos (tomando como ejemplo un motor de inyección en ellubo de admisión y árboles
de levas separados para admisión y escape).
1- -- - ,
Fig ura 1
a
Tiempo de admisión
b
Tiempo de compres Ion
e
Tiempo de combuslIOn
d
Tiempo de escape
2-.,,-,
3
Arbol de levas de es·
cape
4
2
BUJia de encendido
3
Arbol de levas de
5 -=~~
admisión
6 --i.,.c=~
11 --i=~» -+
---."\
f-I-~--t
.
.~l-/
/
4
Valvula de inyección
5
6
7
8
Valvula de admlslon
Válvula de escape
Camara de combusllon
Plslon
9
CIlindro
10
Biela
11 Clgueñal
\/
(1
Par molor
Angulo de clgLieñal
Carrera del plslon
\ ¡, Volumen de carrera
\ c Volumen de
compresión
Fundamentos del motor de gasoli na
6
Funcionamiento
Compresión
Del volumen desalojado por el pistón en su ca rrera
Vh y de! volumen de compresión Ve resulta la relación de compresión E =(Vh + Ve) /Ve.
La compresión del motor tiene una influencia deCISiva e n
•
•
•
•
el par motor generado,
la potencia suministrada,
el consumo de combustible y las
emisiones de sustancias contaminantes.
Según ejecución de motor y tipo de inyección (inyección en el tubo de admisión o inyección directa), la relación de compresión E en el motor de
gasoli na es de E =7 ... 13. En este motor no son posibles valores como los del motor Diesel (E=
14 ... 24), puesto que co n una alta compresión y la
alta temperatura que de ahi resulta en la cámara de
combustión, se enciende la mezcla de ai re y combustible por sí sola y de modo incontrolado a
causa de la limitada resistencia de la gasolina a la
detonación. De ello se origina la detonación perjudicial para e! motor.
Relación entre aire y combustible
Para una combustión completa de la mezcla de
aire y combustible, las propo rciones de la mezcla
han de enco ntrarse dentro de la relación estequiométrica. Este es el caso si para la combustión de
I kg de combustible haya disposición 14,7 kg de
aIre.
Distribución de la mezcla en la cámara de combustión.
a
I
b
I
La relación de masas entre aire y combustible se
designa lambda (letra griega },). También se le
puede llamar coefi ciente de aire. En e! fun cionamiento estequiométrico, Atiene el valor de 1,0.
Un enriquecim iento de la mezcla con combustible ocasiona valores A menores de l. En caso de un
empobrecim iento existe aire en exceso, siendo e!
valor }, mayor de l. A partir de un valor determinado (2 > 1,6) la mezcla topa en el límite de funcionamiento pobre y deja de ser inflamable.
Distribución de la mezcla en la cámara de
combustión
Distribución homogénea
En los motores de inyección en e! tubo de adm isión, la mezcla de aire y combustible se encuentra
distribuida homogénea mente en toda la cámara de
combustión con el mismo coefi ciente de aire A(figura 2a). También motores de concepto pobre que
trabaja n con exceso de aire en determ inados má rgenes de servicio se hacen funcionar con una distribución homogénea de la mezcla.
Carga estratificada
Una nube de mezcla inflamable de }, =I se encuentra en el momento de encendido en la zona de la
bujía. El resto de la cámara de combustión está
lleno de gas no inflamable si n contenido de combustible o una mezcla de aire y combustible muy
pobre. La nube de mezcla infl amable que ocupa
sólo una parte de la cámara de combustión se denomina ca rga estratificada (figura 2b). La mezcla vista en todo el volumen de la cámara de combustión - es muy pobre (de hasta 2 =10). Este fu ncionamiento con mezcla pobre hace posible valores
bajos de consumo de combusti ble.
La carga estratificada únicamente es posible de
modo efectivo con la inyección directa de gasol ina.
Ella resulta del hecho de inyectarse el combustible
directamente en la cámara de combustión sólo
poco antes del momento de encendido.
Figura 2
a
DistribuCión homogénea de la mezcla
b
Carga estratificada
Par motor y polencia
Fundamentos del motor de gasolina
Par motor y potencia
La biela transforma el movi miento de vaivén del
pistón en un movim iento de rotación del cigüeiial,
por el acodado de éste. La fuerza con que la mezcla
de ai re y combustible en expansión empuja el pistón hacia abajo se transforma en un par.
Además de la fuerza, otra magnitud significativa
del par motor es el brazo de palanca. En el motor,
el brazo de palanca está determinado por el pronunciado acodado del cigüeñal.
El par motor es en general el resultado de multiplicar la fuerza por el brazo de palanca. El brazo de
palanca activo para el par motor es el componente
de la palanca que se encuentra vertical a la fuerza.
En el punto muerto superior la fuerza y la palanca
son paralelas.
Por eso el brazo de palanca activo es igual a cero. A
un ángulo del cigüeñal de 90· después del PMS, la
palanca se encuent ra vertical a la fuerza generada.
El brazo de palanca - y por consiguiente el par
motor - es aquí el máxi mo. El ángulo de encendido ha de estar dimensionado por tanto de manera que la inflamación de la mezcla tenga lugar
en el sector del cigüeñal en que asciende el brazo
de palanca. Así, e1motor puede generar el par máximo posible.
El par motor máxi mo alca nzable M que puede
suministrar el motor está determinado por su diseño (p.ej. tamaiio de la cilindrada, geometría de la
cá mara de combustión). La adaptación del par
motor a las exigencias de la marcha normal se
efectúa en lo esencial regulando la calidad y canti dad de la mezcla de aire y combustible.
7
La figura I muestra el transcurso del par motor y
de la potencia en funció n del número de revoluciones que es típico para un motor de gasolina de
inyección en el tubo de admisión. Estos diagramas
se presentan en los informes de pruebas en mu chas revistas del automóvil. El pa r motor aumenta
hasta el par máximo Mmiu a med ida que sube el
número de revoluciones. A números de revoluciones muy altos, el par motor disminuye de nuevo.
El desarrollo en la técnica del motor aspira a poner
a disposición el par máximo ya a números de revoluciones bajos en el margen de 2000 min-',
puesto que en este margen de régimen el consumo
de combustible es el más ventajoso. Los motores
de turbosobrealimentación por gases de esca pe
pueden satisfacer esta exigencia.
La potencia del motor aumenta con el número
de revoluciones, hasta alcanzar su valor máxi mo al
número de revoluciones nominal/lnom con la potencia nominal pnom.
La característica de la potencia y la del par del motor de combustión hacen necesario un ca mbio de
velocidades para la adaptación a las exigencias de
la marcha normal.
Transcurso ejemplar del par motor y de la polencia en un
motor de gasolina de inyección en el tubo de admisión.
Cigüeñal,--------,----,
80
..
"-
80
.~
,f 40
La potencia Psuministrada por el motor aumenta
a medida que se incrementa el par M y el número
de revoluciones /l. Tiene validez la relación:
P = 2 ·j¡ · II ·M
20
1000
3000
5000
Número de revoluciones
del motor 11
min-'
,
"-
"-
Figura 1
~
~
M-,w Par molor máximo
~
"'"
p-
Polencla nominal
~
'......
Numero de revoluclo-
:2
1000
3000
5000
Número de revoluciones
del motor 11
,
min-!
"-
nes nominal
8
Fundamentos del motor de gasoli na
Rendimiento del motor
Rendimiento del motor
Rendimiento térmico
El motor de combustión no convierte toda la energía ligada química mente en el combustible en trabajo mecán ico. Una parte de la energía invertida se
pierde. El rendimiento de un motor es por consiguiente menor del 100 % (figura 1). Un eslabón en
la cadena de ~d imiento lo constituye el rendi mien to térm ico.
Diagrama de trabajo (diagrama p- 11)
Las relaciones de compresión y de volumen durante un ciclo de trabajo del motor de cuatro
tiempos se pueden mostrar en un diagrama p- Ir.
Proceso ideal de cámara homogénea
La figura 2 (curva A) muestra los tiempos de compresión y de combustión de un proceso ideal,
como se describe según las leyes de Boyle/Mariotte
y Gay-Lussac. El pistón se mueve del PMI al P IS
(punto I hacia 2), la mezcla de aire y combustible
se comprime sin aportación de calor (Boyle/Mariotte). A conti nuación se quema la mezcla aumentando la presión (pu nto 2 hacia 3), permaneciendo constante el volumen (Gay-Lussac).
Del PMS (punto 3) se mueve el pistón en dirección hacia el PMI (punto 4). El volumen de la cámara de combustión aumenta. La presión del gas
quemado disminuye sin que se ceda calor
(Boyle/Mariotte). A continuación se enfría de
nuevo la mezcla quemada permaneciendo constante el volumen (Gay-Lussac), hasta alcanzarse
otra vez el estado inicial (punto 1).
La superficie limitada por los puntos 1 - 2 - 3 - 4
indica el trabajo conseguido durante un ciclo de
trabajo. En el punto 4 se abre la válvula de escape y
el gas que se encuentra todavía bajo presión se
evade del cilindro. Si el gas se pudiera expandir
por completo hasta el punto 5, la superficie abarcada por los puntos I - 4 - 5 sería energía útil.
Con un turbosobrealimentador por gases de escape se puede aprovechar todavía en parte la zona
que se encuentra enci ma de la línea atmosférica
(1 bar) (I -4-5' ).
Diagrama p- 11 real
Como en el fu ncionam iento real del motor no se
pueden cumplir las condiciones básicas para el
proceso ideal de cámara homogénea, el diagrama
p- 11 efectivo (figura 2, curva B) se diferencia del
diagrama p- 11 ideal.
Medidas para aumentar el rendim iento térmico
El rendimiento térmico aumenta con la compresión de la mezcla de aire y combustible. Con una
comp resión más alta es mayor la presión en el cilindro al fin de la fase de compresión, aumenta ndo
también la superficie abarcada en el diagrama p- 11.
Esta superficie declara la energía generada por el
proceso de combust ión. Al fijar la compresión hay
que tener en cuenta la resistencia del combustible
a la detonación.
Los motores de inyección en el tubo de admisión inyectan el combustible delante de la válvula
de admisión cerrada, depositándolo por tanto con
antelación. Al form arse la mezcla de ai re y combustible, se evaporan las finas gotitas de gasolina.
Para este proceso se requiere energía, que se retira
del ai re y de las paredes del tubo de admisión en
forma de calor. Con la inyección directa de gasolina se inyecta el combustible en la cámara de
combustión. La energía necesaria para la evaporación se retira en este caso del ai re encerrado en la
cámara de combustión, que entonces se enfría. De
ese modo, la mezcla de aire y combustible compri mida tiene una temperatura más baja co mparada
con la de la inyección en el tubo de admisión y
puede ser comprimida en mayor grado.
Pérdidas de calor
El calor producido por la combustión cal ienta las
paredes del cilindro. Una parte de la energía térmica es radiada, perdiéndose. En la inyección directa de gasolina la nube de la carga estratificada
está rodeada de una envoltura de gases que no participan en la combustión. Esta envoltura de gases
impide la transmisión del calor a las paredes del
cilindro y reduce de ese modo las pérdidas de calor.
Se producen pérdidas adicionales debidas a la
combustión incompleta del combustible condensado en las paredes del cilind ro. Por razón del
efecto aislante de la envoltura, en el funcionamiento con ca rga estratificada esas pérdidas son
también menores. El calor residual de los gases de
escape ocasiona otras pérdidas de calor.
Pérdidas con A = 1
El rendimiento del proceso de cámara homogénea
aumenta a medida que se incrementa el coefi ciente
de aire 2. Por disminuir con mezclas pobres la velocidad de inflamación, la combustión transcurre
sin emba rgo para ,l. > 1,1 con lentitud creciente, lo
que repercute negativamente en el transcurso del
rendim iento del motor de gasol ina. En resumidas
cuentas, el rendimiento es al fin y al cabo máximo
en el margen de J. = 1,1... 1,3. Con una formación
homogénea de la mezcla de,l. = 1 el rendimiento
es por eso menor que con una mezcla con exceso
de aire. Al uti lizar un catalizador de tres vías, para
una depu ración efi caz de los gases de escape es sin
embargo absolutamente necesaria una mezcla de
9
Rendimiento del molor
Fundamentos del motor de gasolina
Pérdidas por fricción
Se producen pérdidas por fri cción a causa del rozamiento de todas las piezas movidas en el motor
yen los grupos secundarios, p. ej. por el rozamiento de los aros de pistón en la pared del cilindro, la fricción de los rodamientos, accionamiento
del alternador, etc.
Cadena de rendimiento de un molor de gasolina con J. = 1.
TrabajO ¡¡tll
accionamIento
Pérdidas por fricción,
grupos secundarios
2 = 1.
45%
Pérdidas por cambio de carga
Al efectuarse el ca mbio de ca rga, en el primer
tiempo de trabajo el motor aspira aire fresco. El
caudal teórico de gas fresco es regulado por la
apertura de la mariposa. En el tubo de admisión se
produce un vacío contra el cual trabaja el motor.
La inyección di recta de gasolina reduce esas pérdidas por bombeo (pérdidas por estrangulación), ya
que la mariposa está ampliamente abierta también
en ralentí y a régimen de carga parcial, regulándose el par mOlOr mediante la masa de combustible inyectada.
En el cuarto tiempo de trabajo han de expul sarse del cilind ro los gases de escape residuales.
También eso ex ige trabajo.
Pérdidas por A:: 1
Pérdidas de calor en el cilindro,
por una combustión no Ideal y
por los gases de escape
Pérdidas termodinámicas
enel proceso ideal
(rendimiento térmiCO)
Desarrollo del proceso de trabajo del motor
en el diag rama p. V.
t
3
c:
'"c:'O
"" ~
c:
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"'"
Q:Qi
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"¡j)
Figura 2
A
Proceso ideal de
B
Diagrama p- \1 real
cámara homogénea
1 bar
5
Volumen V
~
a
AdmiSión
a.
b
Compresión
~
e
TrabajO
!1:>
d
Expulsión de los gases
'"m
~
"
<:Il
Z2 Punto de encendido
AÓ Escape se abre
10
Control del motor de gasolina
Exigencias
Control del motor de gasolina
Los sistemas electrónicos de control y regulación
adquieren cada vez más importancia en el automóvil moderno. Han ido desplazando uno tras
otro los sistemas mecánicos (p.ej. el variador de
encendido). Unicamente la electrónica hace posible cumplir las disposiciones cada vez más severas
de la legislación relativa a los gases de escape.
Exigencias
Un objeti vo en el desarrollo de motores para automóviles es, con una potencia lo más alta posible,
mantener mu y bajos el consumo de combustible y
las emisiones de gases, cumpliendo así las disposiciones de la legislación relativas a los gases de escape.
La reducción del consumo de combustible sólo
es posible mediante un au mento del rendimiento
del motor. Particularmente en ralentí y a régimen
de carga parcial, el motor convencional de gasolina
de inyección en el tubo de admisión trabaja con
un rendimiento bajo. Pero precisam ente en esos
márgenes de servicio se hace funcionar el motor
con más frecuencia. Por eso hay que mejorar el
renoim iento del motor especialmente en ralentí y
en el régimen de carga pa rcial, sin influir no obs-
tante negativamente en el rendimiento ya favora ble en el régimen superior de carga de los motores
actua les. Esta exigencia se puede satisfacer con la
inyección directa de gasol ina.
Otra exigencia formulada al motor es la de que
ponga a disposición ya a bajos números de revoluciones un alto par motor, para poder acelerar el
vehículo en breve tiempo. El par motor es por
tan to la magnitud central en el control del motor
de gasolina.
Pares en el motor de gasolina
La potencia P entregada por un motor de gasolina
es determinada por el par disponible en el embrague M y el régimen del motor 11. El pa r dispon ible
en el embrague resulta del par generado en el proceso de combustión, reducido por el par de fricción (pérdidas por fricción en el motor) y por las
pérdidas de cambio de ca rga, así como por el par
necesario para el funcionam iento de los gru pos secu ndarios (figura 1).
El par de combustión se genera en el tiempo de
trabajo y es determ inado - en los motores de in yección en el tubo de ad misión hoy día aún predominantemente utilizados - por las siguientes magnitudes:
Pares molor en la cadena cinemática.
1
Masa de alfe
llenado de nas frescal
Masa de combustible
Figura 1
1
Grupos secundariOS
(alternador. compresor
del acondicionador de
aire, etc.)
2
Motor
3
Embrague
4
CambiO de velocidades
Angula de encendido
(momento de encendido)
2
I ~r generado
r la
Motor
combustlon
Cambio de carga y rozamiento
Gnuoos secundarios
Pérdides v transmisión del embraaue
Pérdidas y transmisión del cambio de velocidades
3
4
Par disponible en
Par motor el embrague I
_
- IEmbrague
-
-
Par
Camb" ldisponible
ele ve!. lpara a
propulsión
o-
'"
,;,
~
~
o
":>=>
Control del motor de gasolina
• la masa de aire que está a disposición para la
combustión después de cerrarse las válvulas de
admisión)
• la masa de combustible dispo nible en el mismo
momento y
• el momento en el que la chispa de encend ido
inicia la combustión de la mezcla de ai re y combustible.
En el futuro se acrecentará el número de motores
de gasolina de inyección directa. Estos motores
trabaja n en determinados puntos de funcion amiento con exceso de aire (fu ncionamiento pobre). Por tanto, en el cilindro se encuent ra aire que
no tiene inAuencia alguna en el par motor generado. Una in Auencia esencial en el pa r motor generado la tiene aquí la masa de combustible.
Tareas del control del motor
Una tarea del control del motor es la de ajustar el
par motor generado. Para ello se controlan en los
diferentes subsistemas (control del llenado, formación de la mezcla, encendido) del control del motor todas las magnitudes que inAu)'en en el par
motor. El objeto de este control es poner a disposición el par motor exigido por el conductor y satisfacer al mismo tiempo las aitas exigencias relativas
a la emisión de gases, consumo de combustible,
potencia, confo rt y seguridad . Estos problemas
sólo se pueden resolver con electrónica.
Con el fin de que estas condiciones se cumplan
también en el servicio de larga duración, el control
del motor realiza constantemente un diagnóstico)'
muestra al conductor comportamientos errÓneos
detectados. Esta es otra importante tarea del control del motor. El diagnóstico hace posible además
un mantenimiento más sencillo del sistema en el
taller.
Exigencias
Subsistema de cont rol del ll enado
Mediante el accionam iento del acelerador, en los
sistemas de inyección convencionales el conductor
regula directamente la apertu ra de la mariposa .
Así determ ina el caudal de ai re fresco aspi rado por
el motor.
En los sistemas de control del motor con pedal
acelerador electrónico (EGAS) el conductor en el
fondo prefija con la posición del acelerador un
"deseo de par motor", p.ej. cuando quiere acelerar.
El sensor del pedal acelerador mide para ello la posición del acelerador. El llenado de aire de los cilindros necesario para el deseo de par motor prefijado se determ ina en el subsistema de "control del
llenado"y la mariposa) activada eléctricamente) se
abre correspondientemente.
Subsistema de forma ción de la mezcla
En el subsistema de formación de la mezcla, en el
fu ncionamiento homogéneo con relación
aire/combustible), defi nida se calcula la masa de
combustible correspondiente al llenado de aire y a
base de el lo se determina el tiempo de inyección
necesario y el momento de inyección óptimo. Para
la inyección directa de gasolina rigen otras condiciones en los modos de funcionamie nto pobre, entre los que cuenta en lo esencial el fu ncionamien to
con carga estratificada. Aquí la masa de combusti ble que debe ser inyectada no la determi na la masa
de aire aspirado, sino el par motor solicitado por el
conductor.
Subsistema de encendido
En el subsistema de encend ido se determina fin almente el ángulo del cigüeñal en el que la chispa de
encendido procura la inAamación de la mezcla de
ai re y combustible a su debido tiempo.
"
12
Control del motor de gasolina
Control del llenado
Control del llenado
La tarea del control del llenado es coordina r los
sistemas que influyen en la proporción de gas en el
llenado del cilindro.
Componentes del llenado de los ci lindros
La mezcla de gas que se encuentra en el cilind ro
después de cerrarse las válvulas de admisión se denomina llenado del cilindro. Se compone del ai re
fresco aportado y del gas residual.
Para disponer de una magnitud independiente
de la cili ndrada del motor, se ha introducido el
concepto de "llenado de ai re relativo r! ': Este se ha
defin ido como la relación entre el llenado act ual y
el llenado en una condición normalizada (Po =
1013 hl'a, To =273 K).
Figura 1
1
Vapores de aire y combustible (del sistema
de relenClon de vapores de combustible)
2
Válvula de regeneraClcn con secClon vana-
ble de apertura
3
Unión al sistema de relenClón de vapores
de
combustible
4
Gas de escape retroaJ¡·
Gas fresco
Los componentes del gas fresco aspirado son el
aire fresco y el combustible aportado con él
(fi gura 1). En la inyección en el tubo de admisión,
el combustible total ya está mezclado con el aire
fresco delante de la válvula de admisión. Por el
contrario, en los sistemas de inyección directa se
inyecta el combustible directamente en la cá mara
de combustión.
La parte esencial del aire fresco pasa con el flujo de
masa de aire (6, 7) a través de la mariposa (13 ) al
cilindro. Una parte ad icional de gas fresco en
form a de aire fresco y vapores de combustible
puede ser sum inistrada a través del sistema de retención de vapores de combustible (3).
El aire sumin istrado a través de la mariposa yex istente en el cilindro después de cerrarse las válvulas
de admisión (11) es para el funcionamiento con
mezcla homogénea de A~ 1 la magnitud decisiva
para el trabajo realizado sobre el pistón durante la
combustión y por lo tanto para el par entregado
por el motor. Aquí el llenado corresponde al par
motor o respectivamente a la ca rga del motor. Por
el cont rario, en el funciona miento pob re (fu ncionamiento con carga estratificada) el par motor
(ca rga del motor) resu lta directamente de la masa
de combustibl e inyectada.
En el funcionamiento pobre, la masa de aire puede
ser distinta con un par motor igual. Las medidas
destinadas a aumentar el par motor máximo y la
potencia máxima del motor condicionan casi
siempre un aumento del llenado máximo posible.
El llenado máxi mo teórico está preestablecido por
la cil indrada.
mentado
5
Valvula de realimenta-
Ción de gases de es·
cape (valvula AGR)
con secclon variable de
llenado del cilindro en el motor de gasolina.
-
aperlura
6
Flujo de masa de aire
7
FluJo de masa de aire
(presloo ambiente 1'.. )
(presión dellubo de
admlSlon rJ
8
Llenado de gas fresco
(presIÓn en la camara
de combuShón rs)
9
Llenado de gas
residual
(presión en la cámara
~=EJ=:= 3
Gas residual
La parte de gas residual es la parte del llenado del
cilindro que ha participado ya una vez en una
combustión. Por principio se hace una dist inción
entre gas residual interno y externo. El gas residual
interno lo constituyen gases que permanecen en el
espacio muerto del cilindro después de la combustión o que durante el tiempo en que está n abiertas
simultáneamente las válvulas de admisión yescape
(o sea, durante el cruce de válvulas) vuelven a ser
aspirados del conducto de escape al tubo de admisión. El gas residual externo lo constituyen gases
de escape introducidos a través de una válvula
AGR en el tubo de admisión.
de combustión f~)
10 Gases de escape
(contrapreslón de los
gases de escape !I"')
11
Válvula de admlsion
12 Válvula de escape
13 Mariposa
11
Angula de la mariposa
Mientras que la parte de gas residual interno es
controlado en lo esencial por las fa ses de distribución por válvulas en el cambio de ca rga (escape
cierra, admisión abre), la parte de gas residual externo es controlado por la apertura de la válvula
AGR.
Control del motor de gasolina
El gas residual se compone de gas inerte 1) Y- en
funcionam iento con exceso de aire - de ai re no
quemado. La parte de gas inerte en el gas residual
no participa directamente en la combustión durante el siguiente tiempo de trabajo, pero influye
en la in flamación y en el tra nscurso de la combustión.
Una pa rte de gas residual aplicada encauzadamente puede red ucir por ello la emisión de óxidos
de nitrógeno r O,).
Para consegu ir un par motor exigido hay que compensa r el llenado de gas fresco impedido por el gas
inerte mediante una mayor apertu ra de la mariposa. Con ello dismi nuyen las pérdidas por bombeo del motor. El resultado es una reducción del
consumo de combustible.
Control del llenado con gas fresco
Inyección en el tubo de admisión
El par motor generado por un motor de gasolina
de inyección en el tubo de admisiól) es proporcional al llenado de gas fresco. El control del par motor se efectúa mediante la mariposa, que regula la
corriente de aire aspi rado por el motor. Si la mariposa no está totalmente abierta, se estra ngula el
aire aspirado por el motor y se reduce así el pa r
motor generado. Este efecto de estrangulación depende de la posición y, con ello, de la sección de
apertura de la mari posa. El par máximo del motor
se consigue con la mariposa totalmente abierta.
La figura 2 muestra la relación fu nda mental existente entre el llenado de gas fresco y e! número de
revol uciones en fu nción de la apertu ra de la mariposa.
1) Componentes en la camara de combust ión que se comportan de
modo Inerte. es decir, que no participan ya en la combustión .
Control del llenado
Campo de la mariposa de un motor de gasolina
- - - Posiciones intermedias de la mariposa.
Mariposa totalmente
abierta
t
mín.
Ralenlí
Número de
revoluciones -
máx.
Inyecc ión directa
Para los motores de gasolina de inyección directa,
en el funcionamiento con mezcla homogénea de
), S 1 (o sea, funcionamiento no pobre) rigen las
mismas condiciones que para los motores de
inyección en el tubo de ad misión.
Para reducir las pérdidas por estrangulación, se
abre la mariposa ampliamente también en funciona miento de ca rga parcial. En e! caso ideal, al estar
la mariposa totalmente abierta - como en e! fu ncionamiento a plena carga - no se produce ninguna pérdida por estrangulación. Para lim itar el
par motor generado en régimen de carga parcial,
en la combust ión no debe participar toda la masa
de aire que fluye al cilindro. En los modos de funcionamiento pobre con exceso de aire (), > 1), una
parte de! aire aspirado permanece como gas residual en e! cilindro O es expulsado en el tiempo de
escape. Por eso en los modos de funciona miento
pobre, la magnitud determinante para el par motor ya no es e! llenado de aire encerrado en la cámara de combustión, sino el combustible inyectado en la cámara de combustión.
13
14
Control del motor de gasolina
Control del llenado
Cambio de carga
El cambio de la carga del cil indro co nsumida (gases de escape) por otra de gas fresco se realiza mediante una apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape coordinada en el tiempo. Las levas
del árbol de levas determinan los momentos de
apertura y cierre de las válvulas (fases de distribución), así como el transcurso de la elevación de las
válvulas. De esta form a se infl uye en el proceso de
cambio de carga y, por consiguiente, también en el
caudal de gas fre~ i sponibl e para la combustión.
La in tersección de las válvulas, es decir, la solapadura de los tiempos de apertura de las válvulas
de adm isión y escape, in flu ye decisivamente sobre
la masa de gas residual que permanece en el cilindro. Con ello está fijada también la parte de gas
inerte del llenado del cili ndro para el siguiente ciclo de trabajo. En este caso se habla de una realimentación "interna"de gases de escape.
La masa de gas inerte en el llenado del cilindro
puede aumenta rse mediante una realimentación
"externa" de gases de escaye. Una válvula de realimentación une el tubo de adm isión con el tubo de
escape. El control de esta válvula puede ajustar así
la parte de gas inerte en el llenado del cilindro, en
función del punto de funcionamiento.
Rendimiento volumétrico
Mientras que en el caudal de aire (aire empleado)
toda la carga aplicada durante un ciclo de trabajo
es referida a la carga teórica prefijada por el desplazamiento del pistón, con el rendimiento volumétrico se considera sólo la carga de gas fresco
efectivamente restante. El gas fresco aspirado que
durante la intersección de las válvulas fluye directamente al conducto de escape y no está a disposición para la combustión, no se toma en consideración.
Para motores de aspiración el rendimiento volumétrico es de 0,6 ... 0,9 Ydepende de la conformación del tubo de admisión, de la forma de la cámara de combustión, de las secciones de apertu ra
de las válvulas del cilindro y de las fases de distribución.
Sobrealimentación
El par motor alcan zable con una distribución homogénea de la mezcla de A~ 1 es proporcional al
llenado de gas fresco. Por eso se puede aumentar el
par motor máximo comprimiendo el aire antes de
su entrada en el cilindro (sobrealimentación). Con
la sobrealimentación se puede aumentar el rend imiento volu métrico hasta valores mayores de 1.
Sobrealimentación dinámica
Una sobrea limentación puede conseguirse ya simplemente aprovechando efectos dinámicos en el
tubo de adm isión. El grado de sobrealimentación
depende de la configuración del tubo de admisión,
así como del punto de funcionamiento (esencialmente depende del número de revoluciones, pero
también del llenado). Con la posibilidad de modifi car la geometría del tubo de admisión durante la
marcha (geometría variable del tubo de adm isión),
la sobrealimentación dinámica puede procurar, en
un amplio margen de funcionamiento, un aumento del llenado máximo.
Sobrealimentación mecánica
Otro aumento de la densidad del aire se consigue
mediante compresores accionados mecánicamente
por el cigüeñal del motor. El aire comprim ido es
bombeado a través del tubo de admisión al interior de los cilindros.
Turboalimentación por gases de escape
A diferencia de la sobrealimentación mecá nica, el
compresor del turbosobrealimentador por gases
de escape no es accionado por el cigüeñal, sino por
una turbina dispuesta en el tramo del sistema de
escape. De ese modo se recupera una parte de la
energía contenida en los gases de escape.
Control del motor de gasolina
Formación de la mezcla
En este subsistema se calcula la masa de combustible adecuada pa ra el aire aspi rado. El combustible
se dosifi ca mediante las válvulas de inyección.
Formación de la mezcla
Para los moto res de inyección directa en la
cámara de combustión reinan otras condiciones
de combustión, de modo que éstos pueden funcionar con coeficientes de aire considerablemen te
mayores.
Mezcla de aire y combustible
El motor de gasolina necesita una determinada relación de aire y combustible. La combustión completa teórica ideal se produce con una relación de
masas de 14,7: 1. Esta se designa tay bién con el
nom bre de relación estequiométrica. Es decir: para
la combustión de I kg de masa de combustible se
necesitan 14,7 kg de masa de aire. O expresado en
volumen: I I de combustible se quema completamente con aproximada mente 9500 I de ai re.
Modos de func ionamiento
Homogéneo (A ~ J): En los motores de inyección
en e! tubo de ad misión, la mezcla de ai re y combustible es aspi rada en la carrera de aspi ración a
través de la válvula de admisión abierta. De ello resulta una distribución ampl iamente homogénea
en la cámara de combustión.
Este modo de funcionamiento es posible también
con la inyección directa de gasolina. El combustible
se inyecta durante la carrera de aspiración.
Coeficiente de aire J.
Para señalar hasta qué pu nto la mezcla de aire y
combustible realmente existente difiere de la relación de masas teóricamente necesaria (l4,7: 1), se
ha int roducido el coeficiente de aire A. Este coefi cierlle O razón de aire ind ica la relación entre la
masa de aire aportada y el aire necesario en la
combustión estequiométrica.
Homogéneo-pobre (A > J): La mezcla de aire y
combustible se encuentra homogéneamente distribuida en la cámara de combustión con un exceso
de aire defi nido.
A= J: La masa de aire aportada corresponde a la
masa de aire teóricamente necesaria.
i, < J: Existe fa lta de aire y, por lo tanto, una mezcla rica. Un enriquecimiento con combustible es
necesario cuando el motor está frío, a fi n de com pensar el combustible condensado en las paredes
frías del tubo de admisión (en el caso de inyección
en el tubo de adm isión) y de los cili ndros, que no
se quema.
A> J: Existe exceso de aire y, por lo tanto, una
mezcla pobre. El valor máximo alcanzable para el
coefi ciente de aire A, llamado "lím ite de funcionamiento pob re", depende mucho del diseiio de! motor y del sistema de preparación de la mezcla empleado. En el límite de fu nciona miento pobre la
mezcla se resiste ya a la inflamación. Se producen
fallos de combustión. Aumenta considerablemente
la irregularidad de marcha del motor y el consumo
de combustible, disminuyendo la potencia.
Estratificado: Este y los siguientes modos de fu ncionamiento sólo son posibles con la inyección directa de gasolina. El combustible no se inyecta
hasta poco antes del momento de encendido.
Se encuentra en fo rma de nube de mezcla en la
zona alrededor de la bujía de encend ido.
Homogéneo-estratifi cado: Adicionalmente a la
ca rga estratificada se encuentra en toda la cámara
de combustión una mezcla homogénea, pobre.
Esta distribución de la mezcla se consigue mediante una inyecció n doble.
HOlllogétreo-al1lidetonan/e: Igual mente mediante
una doble inyección se consigue una distribució n
de la mezcla que prácticamente impide combustiones detonantes.
Estratificado-calentamiento de! catalizador: Unas
inyecciones ad icionales activadas con retardo proporcionan un rápido calentamiento del ca talizador.
15
16
Control del motor de gasolina
Formación de la mezcla
Influencia del coeficiente de aire ). sobre la potencia P
y el consumo específico de combustible ve'
con una distribución homogénea de la mezcla.
Influencia del coeficiente de aire A. sobre la composición
de elementos nocivos en el gas de escape bruto, con una
distribución homogénea de la mezcla.
co
~.r-~a__~~b~
Figura 1
a
••; : (
Mezcla rica
(falta de aire)
b
Mezcla pobre
(exceso de aire)
,
I
l
0,8
1,0
1,2
Coeficiente de aire A.
Consumo especifico de combustible, potencia
y emisiones de gases
Inyección en el tubo de adm isión
Los motores de gasolina de inyección en el tubo de
admisión alcanzan su potencia máxima con un
5 ... 15 % de falta de aire V=0,95... 0,85), Ysu consumo más bajo de combustible coi, un 10 ... 20 % de
exceso de aire (A=1, I ... 1,2). Las fi guras I y 2 muestran hasta qué punto la potencia yel consumo específico de combustible, así como el desarrollo de sustancias nocivas, dependen del coeficiente de aire;"
De ello puede deducirse que no existe ningún coeficiente de aire ideal con el que todos los factores acusen su valor óptimo. Se consigue un consumo de
combustible "óptimo)) con una potencia "óptima))
mediante un coeficiente de aire de}, =0,9 ... 1,1.
Para el tratamiento catalítico ulterior de los gases
de escape mediante un catalizador de tres vías es
absolutamente necesario cum plir exactamente con
un coefi ciente A= 1 teniendo el motor la temperatura de servicio. Para conseguirlo es necesario determinar exactamente la masa de aire aspirada y
aportar una masa de combustible exactamente
dosificada.
Para un desarrollo lo mejor posible de la combustión, además de un caudal de inyección exacto es necesaria también una mezcla homogénea. Para ello se
requiere una buena pulverización del combustible.
Si no se cumple esta condición, se precipitan grandes gotas de combustible en el tubo de admisión o
en la pared de la cá mara de combustión. Estas gran -
0,6
0,8
1,0
1,2
Coeficiente de aire f..
1,4
---------des gotas no pueden quemarse totalmente yocasionan elevadas emisiones de He.
Inyección directa de gasolina
Con la inyección directa de gasolina, en el funcionamiento con mezcla homogénea de A~ I rigen las
mismas condiciones que con la inyección en el tubo
de admisión. En el fun cionamiento con carga estratificada, por el contrario, la mezcla de aire y combustible está compuesta de modo ampliamente estequiométrico sólo en la nube de carga estratifi cada
que se encuentra alrededor de la bujía de encendido.
Fuera de esta zona, el cilindro está lleno de aire
fresco y gas inerte. Considerando toda la cámara de
combustión, la relación de aire y combustible es
muy alta (J, > 1).
Como en este modo de funcionamiento no toda
la cámara de combustión está llena con una mezcla
inflamable, el par motor y la potencia entregada son
también reducidos. Para una potencia máxima ha de
existir una mezcla homogénea en toda la cámara de
combustión, como con la inyección en el tubo de
admisión.
En dependencia del procedimiento de combustión y
de la distribución de la mezcla en la cámara de combustión, en el funcionam iento pobre se producen
emisiones de NO, que no pueden ser reducidas por
el catalizador de tres vías sino que requieren medidas adicionales para la depuración de los gases de escape con un catalizador acumu lador de NO,.
Control del motor de gasolina
Estados de funcionamiento del motor
En algunos estados de funcionamiento, la demanda de combustible difi ere considerablemente
de la demanda estacionaria del motor caliente a la
temperatura de servicio, siendo necesarias intervenciones correctoras en la fo rmación de la mezcla.
Arranque y calentamiento
Al arrancar en frío se empobrece la mezcla de aire
y combustible aspi rada. Esto es debido a un ent remezclado insuficiente del ai re aspirado con el
combustible, a una red ucida evaporación del combustible y a una gran humectación (condensación
del combustible) de las paredes aún frías del tubo
de admisión (sólo con inyección en el tubo de admisión) y de los cil indros. Para compensar este
efecto y fac ili tar el "arranque)) del motor frío, es
necesario aporta r combustible adicional en el momento del arranque.
Mientras el motor no haya alcanzado aún su
temperatu ra de servicio, es necesario también un
enriqueci miento de la mezcla después del proceso
de arranque. Eso rige también para la inyección directa de gasolina. El fu ncionamiento pobre con
carga estrati ficada no es posible, según el disello
del motor y el proced imiento de combustión,
hasta haber alcanzado el motor la temperatura de
servicio.
Ralentí y carga parcial
Después de alcanzar la temperatura de servicio, los
motores usuales de inyección en el tubo de admisión fun cionan en ralent í y a carga parcial exclusivamente COI1 mezcla estequ iométrica. En los motores de inyección directa de gasolina en cambio, el
objetivo es hacer funcionar el motor con carga estratificada lo más frec uentemente posible. Eso es
posible en ralentí y a carga parcial. En esos estados
de fu ncionamiento radica el mayor potencial de
ahorro; mediante el funcionamiento pobre se
puede ahorrar aquí hasta un 40 % de combustible.
Plena carga
Para este estado de servicio, las condiciones en los
motores de inyección en el tubo de admisión yen
los de inyección directa de gasolina son esencial men te las mismas. Al estar totalmente abierta la
mari posa, puede ser necesario un enriquecimiento
Formación de la mezcla
de la mezcla. Como se desprende de la figura 1, se
puede conseguir así el máximo par motor o la máxi ma potencia posibles.
Aceleración y deceleración
La tendencia del combustible a la evaporación, en
los motores de inyección en el tubo de admisión,
depende en alto grado de la presión existente en el
tubo de admisión. Por ello, en la zona de las válvulas de admisión se fo rma una película de combustible en las paredes del tubo de admisión. Las rápidas variaciones de la presión en el tubo de adm isión, como se producen en las variaciones rápidas
de la abertura de la mariposa, dan lugar a una modificación de la película en la pared. Al acelerar
fu ertemente, aumenta la presión en el tubo de ael misión, la tendencia del combustible a la evaporación empeora y se vuelve más gruesa la pel ícula en
la pared. Como una parte del combustible inyectado se pierde incrementando la película en la pared, se empobrece brevemente la mezcla en el motor, hasta que se estabiliza de nuevo la película en
la pa red. Una deceleración rápiela ocasiona análogamente un enriquecimiento del motor, ya que,
por disminuir la presión en el tubo de admisión , se
desintegra la película en la pared y es aspirada por
los cilindros. Una función de corrección en fu nción de la temperatura ("compensación de tra nsición") corrige la mezcla para consegui r un comportamiento de marcha óptimo y ga ran tizar la relación de aire y combustible constante, necesaria
para el catalizador.
Se producen efectos adicionales por la for mación de una película en las paredes de los cilindros.
Teniendo el motor la temperatura de servicio, esos
efectos son sin embargo muy reducidos. Por eso en
los motores de inyección directa de gasolina que
han alcanzado ya la temperatura de servicio esos
efectos por fo rmación de una película en las
paredes de los cilindros no tienen ninguna importancia.
Marcha con freno motor
La dosificación de combustible en la marcha con
freno motor se interrumpe (co rte en marcha por
empuje). Esto ahorra combustible al marchar
cuesta abajo, pero sobre todo protege el catalizador
cont ra un sobrecalentam iento a causa de combustiones defi cientes e incompletas.
17
18
Control del motor de gasolina
Formación de la mezcla
Encendido
La fu nción del encendido es infl amar en el momento correcto la mezcla de aire y combustible
comprimida, in iciando así su combustión.
Instalación de encendido
La mezcla de aire y combustible en el moto r de ga-
soli na se inflama mediante una chispa eléctrica
que salta entre los electrodos de la bujía de encendido. Los sistemas de encendido inductivos empleados predomina ntemente en motores de gawlina
acumulan en la bobina de encendido la energía
eléctrica necesaria para la chispa. Esta energía determina el tiempo durante el cual ha de cargarse la
bobina de encendido bajo corriente (ángulo de
cierre). La interrupción de la corriente de la bobina a un ángulo definido del cigüeIlal (ángulo de
encendido) ocasiona la chispa de encendido y con
ella la inflamación de la mezcla de aire y com busti ble.
Los procesos que conducen al encendido de la
mezcla, en los sistemas de encendido actuale, son
controlados electrón icamente.
Momento de encendido
Variación del momento de encendido
Después del encendido transcurren aproximada mente dos milisegundos hasta quemarse totalmente la mezcla de ai re y combustible. El mo-
Diagrama característico del angulo de encendido como
función del número de reyoluciones del motor 1I y del
llenado relativo de aire d.
-'
mento de encendido ha de elegirse de manera que
el pun to esencial de la combustión y con él la
punta de presión en el cilindro se encuentren poco
después del punto muerto superior. Por eso ha de
desplazarse el ángulo de encendido hacia avance a
medida que au menta el número de revoluciones.
Otra infl uencia en el transcurso de la combustión la tiene el llenado del cilind ro. El fre nte de llamas se extiende más lentamente si el llenado del
cilindro es reducido. Por eso ha de desplazarse el
ángulo de encendido hacia avance cuando es reducido el llenado del cilindro.
Influencia del ángulo de encendido
El ángulo de encendido tiene una influencia decisiva en el funcionamiento del motor. Determina
• el par motor entregado,
• las emisiones de gases y
• el consumo de combustible.
El ángulo de encendido se prefija de manera que se
cumplan todas las exigencias lo mejor posible. Durante el funcionamiento no se debe prod ucir un
picado sostenido del motor.
Adaptación básica del ángulo de encendido
En los sistemas de encendido de control electrónico, el diagrama ca racterístico del ángulo de encendido (figu ra I) toma en cuenta la infl uencia del
número de revoluciones y del llenado del cil indro
en el ángulo de encendido. Este diagrama característico está al macenado en la memoria de datos del
control del motor. Constituye la adaptación básica
del ángulo de encen dido.
Sobre los dos ejes se ha trazado el número de
revoluciones y el llenado relativo de aire. Una determinada cantidad de valores, típicamente 16 en
cada caso, forman los puntos de apoyo del diagra ma característico. Pa ra cada par de valores hay
almacenado un ángulo de encendido. El diagrama
característico contiene por tanto 256 valores de
ángulos de encendido aj ustables. Med iante una interpolación lineal entre dos puntos de apoyo, la
cantidad de valores de ángulos de encend ido aumenta a 4096.
El control electrónico del ángulo de encendido
mediante diagramas característicos hace posible
prefijar el ángulo de encendido mejor posible en
cada punto de fu ncionam iento del motor. Estos
Control del motor de gasolina
diagramas característicos se determinan en el
banco de ensayo de motores.
f ormación de la mezcla
ción del motor.
En caso de producirse detonaciones durante largo
tiempo, las ondas de presión y la elevada carga térmica pueden ocasionar daños mecánicos en el moCorrecciones adit ivas del ángulo de encendido
tor. Para evitarlo con seguridad en los motores acUna mezcla pobre está menos dispuesta al encentuales de alta compresión, tanto de inyección en el
dido, de modo que transcurre más tiempo hasta
tubo de admisión como de inyección directa de
alcanzarse el punto esencial de la combustión . Por
gasolina, la regulación contra la detonación fo rma
eso una mezcla pobre ha de ser encendida más
temprano. Por eso la relación de aire y combustiparte de la extensión estándar de un control del
motor. Con ella, indicios de combustiones detoble A influye en el ángulo de encendido.
nantes detectados por sensores de picado ocasioLa temperatura del líquido refrigerante influye
~n a n una variación del punto de encendido hacia
retardo sólo en el cilindro afectado. Para lograr el
también en la elección del ángulo de encendido.
rend imiento máximo posible del motor, se puede
Por eso han de efectuarse correcciones del ángulo
situar la adaptación básica del ángulo de encende encendido en función de la temperatura. Estas
dido (diagrama característico del ángulo de encencorrecciones están almacenadas en la memoria de
datos como valores fijos o como curvas caracterísdido) directamente junto al límite de detonación.
ticas (p.ej. corrección en fun ción de la temperatura). Desplazan el ángulo de encendido básico en
Combustiones detonantes en los motores de inyección di recta de gasol ina se producen sólo en el
el valor prefijado. La corrección del ángulo del enfun cionamiento con mezcla homogénea. En funcendido puede constituir una va riación hacia
avance o una variación hacia retardo.
cionamiento con carga estratificada el motor no
tiende a detonar, puesto que con la carga estrati ficada no se encuentra mezcla inflamable alguna en
Angulos de encendido particulares
Determinados estados de fu ncionamiento, p.ej. ralas zonas marginales de la cámara de combustión.
lentí o corte en marcha por empuje, requieren ánAngulo de cierre
gulos de encendido divergentes de los del diagrama característico. Para ello hay almacenadas en
La energía acumulada en la bobina de encendido
la memoria de datos curvas características de ándepende de la duración de conexión de la bobina.
El tiempo preciso para establecer la energía de engulos de encendido particulares, de las que se hace
uso.
cendido necesaria en la bobina ha de observa rse
exactamente, para no someter la bobina de encenRegulación contra la detonación
dido a sobrecargas térmicas. El ángulo de cierre,
La detonación es un fenómeno que se presenta en
que se refi ere al cigüeñal, depende por eso del núcaso de estar demasiado avanzado el momento de
mero de revoluciones.
encendido. En este caso, después de iniciarse la
La corriente de la bobina de encendido depende de
combustión regular, a causa del alto aumento de la
presión en la cámara de combustión se produce un
la tensión de la batería. Por eso hay que tener preautoencend ido de la mezcla residual (gas fi nal) sin
sente también la tensión de la batería al calcular el
ángulo de cierre.
quemar todavía no alcanzada por el fre nte de llamas. La subsiguiente combustión del gas fi nal que
se realiza de repente ocasiona localmente un inLos valores para el ángulo de cierre están almacenados en un diagrama característico sobre cuyos
tenso aumento de la presión. La onda de presión
ejes están esbozados la tensión de la batería y el
producida de ese modo se propaga, da en las paredes del cilindro y por consiguiente se puede percinúmero de revoluciones.
bir también como combustión detonante, por lo
menos a bajos números de revoluciones y reducido ruido del motor. A nú meros de revoluciones
más altos, los ruidos del motor cubren la detona-
19
20
Sistemas de control del llenado
Control del llenado de aire
Sistemas de control del llenado
En el motor de gasolina de funcionamiento con
mezcla homogénea, la masa de aire aportada es la
magnitud decisiva para el par motor entregado y,
por tanto, para la potencia. Por eso, además de la
dosificación de combustible les corresponde especial importancia también a los sistemas que influyen en el llenado de los cilindros. Algunos de esos
sistemas pueden influir también en la parte de gas
inerte del llenado de los cil indros y, por consiguiente, en los gases de escape.
Control del llenado de aire
Para la combustión del combustible se necesita
oxígeno, que el motor sustrae del aire aspirado. En
los motores con formación externa de la mezcla
(inyección en el tubo de admisión ) y tambi én en
los motores de inyección directa de gasolina en
funcionamiento con mezcla homogénea, con una
relación de aire y combustible de A= 1, el par motor entregado está directamente en función de la
masa de aire aportada. La mariposa, que se encuentra en el tramo de admisión, controla el flujo
de aire aspirado por el motor y, por tanto, elllenado de los cilindros.
Principio del control del aire en sistemas convencionales
mediante una mariposa de regulación mecánica y un ac·
tuador de aire de derivación.
Figura 1
1
2
Pedal acelerador
Cable de traCCIón
Ovarillaje
3
Manposa
4
Conducto de admiSión
5
FlUJO de aire aspirado
6
FlUJO de aire de derivaCión
7
Actuador de ralenli
(actuador de aire de
derivación)
8
Unidad de control
9
Magnitudes de entrada
(señales eléctricas)
, 5.
--- •
2
I
4
J.
8
9 -
o
~
¡':
,.'=>"
~
Ql>
Sistemas convencionales
En los sistemas convencionales (figu ra 1), la mari posa (3) es accionada mecánicamente. Un cable de
tracción o un vari llaje (2 ) transmite el movimiento del acelerador (I ) a la mariposa. El ángulo
variable de ajuste de la mariposa inA uye en la sección de abertura del conducto de admisión (4) Y
controla así el flujo de aire (5) aspirado por el motor y con ello el par motor entregado.
Cuando está frío, el motor requiere una mayor
masa de aire y una mayor cantidad de combustible, para compensar el momento de fricción incrementado. También al conectar adicionalmente
p.ej. un compresor de aire acondicionado se requiere más aire aspirado para compensar la pérdida de par. Estas informaciones se transmiten a la
unidad de control (8) como seliales eléctricas (9).
La necesidad de ai re adicional se cubre mediante
un actuador de aire de derivación (7) que hace pasar una corriente de aire de derivación (6) por delante de la mariposa, o mediante un actuador de
mariposa que modifica el tope mínimo de ésta. En
ambos casos, sin embargo, en la corriente de aire
requerida por el motor sólo se puede inAuir electrónicamente en una extensión lim itada, como por
ejemplo para una regulación del ralentí.
Sistemas de control del llenado
21
Control del llenado de aire
El sistema EGAS (acelerador electrónico).
Sensores
Actuadores
~c
Figura 2
Sensor del pedal
acelerador
Módulo de
supervisión
2
Unidad de control del
motor
3
Sensor del ángulo de la
matlposa
&
4
ACCionamiento de la
mariposa
Módulo del pedal
acelerador
Unidad de oonlrol
del motor
Sistemas con EGAS
En el con trol electrónico de la potencia del motor
(EGAS), una unidad de control electrónica (fi gura
2, pos. 2) se hace cargo de la activación de la mariposa (5). Esta está reunida con el accionamiento
de la mariposa (4) -un motor de corriente continua - y el sensor del ángulo de la mariposa (3),
for mando una unidad. A ésta se le da el nombre de
disposit ivo de mariposa. Para act ivar el dispositivo
de mariposa se detecta la posición del acelerado r
con ayuda de dos potenciómetros de movimiento
opuesto (sensor del pedal acelerador, 1). La apertura de la mariposa requerida para el deseo del
conductor la calcula entonces la unidad de control
del motor tomando en cuenta el estado actual de
funcionamiento del motor (número de revoluciones, temperatura del motor, ete.) y la transforma
en sella les de activación para el accionam iento de
la ma riposa.
El sensor del ángulo de la mariposa suministra
una confirmación de la posición actual de la mariposa y hace posible así el cumplim iento exacto de
la posición deseada para la mariposa.
Los pOlenciómetros existentes en doble ejecución
por motivos de redundancia en el pedal acelerador
yen el dispositivo de mariposa son parte inte-
+------+1
(motor de comente
Dispositivo de mariposa
conllnua)
5
grante del concepto de supervisión EGAS. Para el
caso de que se detecten anomalías en la parte del
sistema que determi na la potencia, la mariposa inmediatamente toma una posición fijada (funcionam iento de emergencia).
En sistemas actuales de gestión del motor, la activación EGAS ha sido integrada en la unidad de
control del motor, que regula el encendido, la in yección y otras funciones adicionales. Se ha sup rimido la unidad de control EGAS especial.
Con el EGAS es posible una mejor composición de
la mezcla, pudiéndose cu mplir las exigencias cada
vez más severas de la legislación relativa a los gases
de escape.
Para atender todas las exigencias que la inyección directa de gasolina formula al sistema total,
EGAS es imprescindible.
Mariposa
22
Sistema de control del llenado
Fases variables de distribución por válvulas
Fases variables de distribución
por válvulas
Además de la estrangulación mediante la mariposa
de la corriente de gas fresco aspirada por e! motor,
existen otras posibilidades de influir en e! llenado
de los cilindros. Con fases variables de distribución por válvulas se puede influir tanto sobre la
parte de gas fresco como sobre la de gas residual.
Para las fases de distribución por válvulas es importante que se modifique inten sa m~te el comportamiento de las columnas de gas que afluyen al
cilindro y salen de él, p.ej. en función de! número
de revoluciones o de la apertura de la mariposa.
Con fases de distribución fijas e! cambio de ca rga
sólo puede estar adaptado óptimamente para un
margen de funcion amiento determinado. Fases de
distribución variables permiten la adaptación a diferentes números de revoluciones y llenados de los
cilindros. De este modo se obtienen las siguientes
ventajas:
• potencia más alta,
• transcurso más favorable del par motor en un
amplio margen de régi men,
• reducción de las emisiones de contaminantes,
• menor consumo de combustible y
• red ucción de los ruidos del motor.
Variación de las fases del árbol de levas
El cigüeñal y el árbol de levas de un motor convencional están unidos fijam ente de modo mecánico
mediante una correa dentada o una cadena.
En motores con va riación de! árbol de levas, por
lo menos el árbol de levas de admisión pero en
medida creciente también el árbol de levas de escape, es girado variando su posición respecto a la
de! cigüeñal. Con la variación del árbol de levas,
por tanto, se puede modificar la intersección de las
válvulas. La va riación de las fases del árbol de levas
no influye si n embargo en la duración de apertura
y la ca rrera de las válvulas. Eso significa que "admisión abre" y "adm isión cierra" están ligadas fijamente entre sí.
La variación de los árboles de levas es posible
mediante el empleo de actuadores áccionados eléctrica O e1ectrohidráulica mente. Mandos sencillos
sólo hacen posible dos posiciones diferentes para
la variación. El control variable del árbol de levas
permite dentro de un margen un giro con progresión continua de los árboles de levas cambiando su
posición respecto a la del cigüelial.
La figura I muestra cómo varia la "posición" o
respectivamente la ca rrera de la válvula de admi sión abierta (referido al punto muerto superior),
cuando es desplazado en su giro el árbol de levas
de admisión.
Variación del árbol de levas de admisión hacia
retardo
Giro del árbol de levas de admisión.
t
~
'"
.'"
"S
.2
>
Q)
u
l'!
~
'"
ü
Figura 1
1
0,-:-,,_
Retardo
:2
Normal
3
Avance
A
Intersección de válvulas
Angulo del cigüeñal
-----
- -
La variación del árbol de levas de admisión hacia
retardo ocasiona una apertura retardada de la válvula de admisión y con ello una reducida o ninguna intersección de las válvulas. Por ello, en el
margen inferior de régimen « 2000 min-' ) es reducido el reflujo de gases de escape quemados al
tubo de admisión a través de la válvula de admisión. La parte menor de gas residual en la mezcla
aspirada a continuación da lugar a bajos números
de revoluciones a un mejor transcurso de la combustión ya un ralentí más tranquilo. Por eso se
puede disminuir e! número de revoluciones de ralentí, lo que repercute favorab lemente ante todo en
el consumo de combust ible.
Sistema de control del llenado
También a altos números de revoluciones
(> 5000 min- l ) el árbol de levas es desplazado hacia retardo. Con el cierre retardado de la válvula de
admisión mucho después del PMI se consigue un
mayor llenado máximo. Este efecto de sobrealimentación tiene lugar por la alta velocidad de flujo
del gas fresco a través de la válvula de admisión. El
gas fresco sigue flu yendo todavía cuando el pistón
se mueve de nuevo hacia arriba y comprime la
mezcla. La válvula de adm isión no se cierra por
eso hasta mucho después del punto muerto in ferior (PMI).
Va riación del árbol de levas de adm isión hacia
avance
En el ma rgen medio de régimen la velocidad de
flujo del gas fresco a través de la válvula de admi sión es reducida. El efecto de sobrealimentación
que se presenta a altos números de revoluciones
no existe, pues, aquí. El cierre avanzado de la válvula de admisión ya poco después del PMI impide
a números medios de revoluciones que el pistón
en movimiento ascendente empuje el aire fresco
aspirado otra vez al tubo de admisión a través de
la válvula de admisión. La va riación del árbol de
levas de ad misión hacia avance procura aquí e1l1enado mejor posible y con él un buen transcurso
del par motor.
La variación del árbol de levas de adm isión hacia
avance ocasio na una mayor intersección de las válvulas. La apertura avanzada de la válvula de admi sión da lugar a que los gases de escape no expulsados aún por completo a través de la válvula de escape sean empujados poco antes del punto muerto
superior (PMS) por el pistón en movimiento aún
ascendente, pasando por la válvula de admisión
abierta al tubo de admisión. Esos gases de escape a
continuación son asp irauos ue nuevo )' aumentan
la parte de gas residual del llenado del cilindro. La
parte de gas residual aumentada por la va riación
del árbol de levas de admisión hacia ava nce y contenida en la mezcla aspirada (realimentación de
gases de escape interna) influye en la combustión y
reduce, por las menores temperaturas punta, la
fo rmación de NO,.
23
Fases variables de distribuCión por válvulas
La alta parte de gas inerte contenida en el llenado
del cilindro exige una mayor sección de apertura
de la mariposa. Con ello se reducen las pérdidas
por estrangulación . Así con la intersección de vá lvulas también se puede conseguir una reducción
del consumo de combustible.
Va riación del árbol de levas de escape
Con sistemas que pueden regular también el árbol
de levas de escape se puede variar la parte de gas
residual no sólo gi rando el árbol de levas de admi sión, sino también el árbol de levas de escape. Con
ello e pueden regular el llenado total (determinado por"admisión cierra") y la parte de gas residual (por la influencia de "admisión abre" y"escape cierra") por separado.
Conmutación del árbol de levas
Con ella se conmuta entre dos formas diferentes
de las levas (figura 2). De este modo va ría n tanto
la ca rrera de la válvula como también su fase de
distribución (conmutación entre perfiles de elevación). Una primera leva prefija las fases de distri bución y carreras óptimas de las válvulas de admisión y escape para los márgenes de números de revol uciones in fe rior y medio. Una segunda leva
regula carreras más altas y tiempos de apertura de
las válvulas más largos para altos números de revoluciones.
Conmutación del árbol de levas,
Admisión
(regulable)
Esca
(regulable)
I
I
I
I
1
I
I
1;-'\
\
\
\
\
\
I
Figura 2
Angulo del cigüeñal
1
l eva estándar
2
l eva adicional
24
Sistema de control del llenado
Fases variables de distribución por válvulas
Ejemplo de un sistema con variación continua de las fases
de distribución y de la carrera de las válvulas.
Figura 3
a
Carrera mlnlma
b
Carrera máxima
En los márgenes de régimen inferior y medio, pequeñas carreras de válvula con la consiguiente sección reducida de apertura proporcionan una mayor velocidad de nujo y con ella una mejor turbulencia del aire fresco (con inyección directa de
gasolina) o respectivamente de la mezcla de ai re y
combustible (con inyección en el tubo de admisión) en el cil indro. Con ello está ga rantizada a
ca rga parcial una preparación muy buena de la
mezcla. A alto número de revoluciones y con alta
demanda de par motor (a plena carga) es necesario el llenado máximo, por razó n de la alta potencia exigida del motor. Para ello se ajusta la ca rrera
de válvula gra nde.
La conmutación a diferentes forma s de leva se obtiene p.ej. posicionando la leva adicional en fun ción del número de revoluciones mediante el acoplamiento de un balancín de brazo único, que estaba oscilando libremente, a los balancines
está ndar. Otra posibilidad de conmutación la ofrecen unos taqués huecos de conexión.
Distribución por válvulas completamente
variable con árbol de levas
Se califica de completamente variable una distribución por válvulas en la que so n va riables tanto la
ca rrera de las válvulas como las fa ses de distribu ción de éstas. Perfiles de levas espaciales y p.ej. un
árbol de levas desplazable en sentido longi tud inal
hacen posibles grados de libertad aún mayores du rante el funcionam iento del motor (fi gura 3). Con
esta regulación del árbol de levas, con progresión
continua se pueden variar ta nto las carreras de válvula (sólo en el lado de admisión) y con ellas el ángulo de apertura de las válvulas como también la
posición de la fase entre el árbol de levas y el cigüeñal.
Esta regulación completamente va riable del árbol de levas hace posible, mediante un cierre ava nzado de la válvula de admisión, un control de la
carga con el que se puede suprimir notablemente
la estrangulación del tubo de admisión. De este
modo se puede reducir aún un poco el consumo
de combustible en comparación con una variación
sencilla de las fases mediante árbol de levas.
Distribución por válvulas completamente
variable sin árbol de levas
El mayor grado de libertad de una distribución
por válvulas y el mayor potencial de una reducción
del consumo los ofrecen sistemas co n una distribución por válvulas sin árbol de levas. En esta distribución por válvu las, éstas son movidas p.ej. mediante actuadores accionados electromagnéticamente. Una unidad de control ad icional se hace
cargo de la activación. El objetivo de estos accionamientos de las válvulas completamente variables
sin árbol de levas es una amplia supresión de la estrangulación del tubo de admisión, con pérdidas
por cambios de carga muy pequeñas. Se pueden
obtener otras ven tajas de consumo mediante una
desconexión de válvulas y cil indros.
Estos sistemas completamente variables hacen
posible además un llenado óptimo y, con ello, un
par motor máximo) así C0 l11 0 una mejor preparación de la mezcla con las consiguientes menores
concentraciones de elementos nocivos en los gases
de escape.
Sistemas de control del llenado
Realimentación de gases de
escape
En la masa de gas residua l en el cilindro - y con
ella en la parte de gas inerte del llenado del cil indro - se puede influir mediante fases de distribución variables. En este caso se habla de una realimentación de gases de escape (AG R) "i nterna". Es
posible una mayor va riación de la parte de gas
inerte med iante una realimen tación de gases de escape "externa': en la que a través de una tubería se
conducen otra vez al tubo de admisión gases de escape ya expu lsados (figura 1, pos. 3).
El sistema AG R da luga r a menores emisiones
de óxido de nitrógeno (NO,) y a un consumo más
reducido de combustible.
limitación de la emisión de NO,
La AGR es un medio eficaz para dismi nuir las emisiones de óxido de ni trógeno. Añad iendo a la mezcla de aire y combust ible gases de escape ya quemados, se baja la temperatura punta de la combustión. Esta medida red uce la emisión de óxido de
nitrógeno, que depende en gran med ida de la temperatura.
Reducción del consumo de combustible
Con la AGR se au menta el llenado total sin que varie el llenado de aire fresco. Por eso hay que estrangula r menos el motor med iante la ma riposa (2)
pa ra consegui r un par motor determ inado. El resultado es un consumo de combustible más bajo.
25
Realimentación de gases de escape
AGR en la inyección directa de gasolina
También en motores de inyección directa de gasolina
se aprovecha la AGR para reducir el consumo y disminuir el NO,. En efecto, la AG Res indispensable,
puesto que de este modo disminuyen las emisiones
de NO, en los modos de funciona miento pobre
hasta tal punto que pueden reduci rse otras medidas
para el tratamiento ulterior de los gases de escape (p.
ej. funcionamiento con mezcla homogénea rica para
"desacumular" el NO, del catalizador acumulador
de NO,). Eso también repercute positivamente en el
consumo de combustible.
Pa ra que se puedan aspirar gases de escape a través de la válvula AG R, ha de reinar una caída de presión entre tubo de admisión y conducto de gases de
escape. Los motores de inyección directa, sin embargo, se hacen funcionar también a carga parcial
casi sin estrangulación. Además, en funcionamiento
pobre se introduce en el tubo de admisión un caudal
no insignifica nte de oxígeno a través de la AGR.
Un funcionam iento sin estrangulación y la in troducción de oxígeno en el tubo de admisión a través
de la AG R requieren por eso una estrategia de
mando que coordine tanto la mariposa como también la válvula AGR. De ello resultan elevadas exigencias para el sistema AGR: ha de trabajar de modo
preciso y fiable, y ha de ser rob usto frente a las incrustaciones que se forman en piezas que conducen
gases de escape a causa de la menor temperat ura de
éstos.
[ Realimentación de gases de escape (AGR).
Funcionamiento de la AGR
En función del punto de funcionamiento del motor, la unidad de control del motor (4) activa la
válvula AG R (5) accionada eléctricamente y fija así
la sección de apertura de ésta. A través de esta sección se sustrae de los gases de escape (6) una corriente parcial (3), que se aporta al aire fresco aspirado (1). De este modo queda fijada la parte de gases de escape del llenado del cilindro.
-----+rI _ _
11
F~ 4
11&
I:'J
Figura 1
1
Aire fresco aspirado
2
Mariposa
3
Gases de escape retro'
4
Umdad de control del
alimentados
motor
5
Válvula de realimentación de gases de es·
cape (vál . . ula AGR)
6
Gases de escape
11
Numero de re . . olu·
Clones
rI
llenado relativo de aire
26
Sistemas de control del llenado
Sobrealimentación dinamica
Sobrealimentación dinámica
Sobrealimentación por tubo oscilante de
admisión
El par motor asequible es aproximadamente proporcional a la parte de gas fresco del llenado del cilindro. Por eso se puede aumentar el par motor
máximo dentro de ciertos límites comprimiendo
el aire antes de su entrada en el cilindro.
Los tubos de admisión para instalaciones de inyección individual se componen de los tubos oscilantes individuales y de un depósito colector (colector).
Con la sobrealimentación por tubo oscilante de
adm isión (fi gura 1), cada cilindro tiene un tubo
oscilante particular (2 ) de determinado largo, que
está unido casi siempre a un depósito colector (3).
En esos tubos oscilantes se pueden expandir las
ondas de presión independ ientemente unas de
No sólo las fases de distribución, si no también el
conducto de admisión y el de gases de escape influyen en los procesos de cambio de carga. Excitada por el trabajo de aspiración del pistón, la válvula de admisión que se abre provoca una onda de
presión que corre hacia atrás. En el extremo
~
abierto del tubo de admisión la onda de presión da
en el aire ambiente en reposo, es refl ejada allí y regresa de nuevo en di rección hacia la válvula de admisión. Las oscilaciones de presión que se originan
de ese modo en la válvula de adm isión pueden
aprovecharse para aumentar el llenado de gas
fresco y alcanzar así un par motor lo más alto posible.
Este efecto de sobrealimentación se basa por tanto en el aprovechamiento de la dinámica del
aire aspirado. Los efectos dinámicos en el tubo de
admisión dependen de las condiciones geométricas en éste, pero también del número de revoluciones del motor.
Figura 1
1
Cilindro
2
Tubo oscilante
3
Depósito colector
4
Mariposa
Individual
Los tubos de adm isión para motores de carburador y para instalaciones de inyección central necesitan , para la distribución uniforme de la mezcla
de aire y combustible, tubos individuales cortos ya
ser posible de igual longitud para cada cilindro. En
el caso de las instalaciones de inyección individual,
el combustible es inyectado en el tubo de admisión
(inyección en el tubo de admisión) o directamente
en la cámara de combustión (inyección directa de
gasolina) a muy poca distancia delante de la válvula de admisión. En lo esencial los tubos de admisión transportan aquí sólo aire. Eso ofrece múltiples posibilidades en la conformación del tubo de
adm isión , ya que prácticamente no puede depositarse combustible alguno en los tubos de admisión. Por eso en instalaciones de inyección individual no existe ningún problema con la distribución un iform e de combustible.
otras.
El efecto de sobrealimentación depende de la
geometría del tubo de admisión y del núm ero de
revoluciones del motor. La longitud y el diámetro
de los tubos oscilantes individuales se ajustan de
tal manera a las fases de distribución por válvulas,
que en el margen de régimen deseado una onda de
presión refl ectada en el extremo del tubo oscilante
entra a través de la válvula de admisión del cilindro (1) abierta y así hace posible un llenado mejor.
Tubos oscilantes largos y delgados producen un
alto efecto de sobrealimentación en el margen de
régi men inferior. Tubos osci lantes cortos y anchos
repercuten favorablemente en el transcurso del par
motor en el margen de régimen superior.
Principio de sobrealimentación por tubo oscilante de
admisión .
3
11
Sistemas de control del llenado
Sobrealimentación por resonancia
A determ inado número de revoluciones del motor,
las oscilaciones de los gases en el tubo de admisión
entran en resonancia, excitadas por el movimiento
periódico del pistón. Eso ocasiona un aumento
adicional de la presión y un efecto adicional de sobrealimentación.
En los sistemas de tubos de admisión de resonancia (figura 2), los grupos de cilindros (1) que
tienen iguales intervalos de encendido se unen
med iante tu bos de admisión cortos (2) a un depósito de resonancia (3) pa ra cada grupo. Estos depósitos comun ican con la atmósfera o con un depósito colector (5) a través de tubos de admisión
de resonancia (4) Yactúan como resonadores de
Helmholtz. La separación en dos gru pos de cili ndros con dos tubos de admisión de resonancia impide una solapadura de los fenóm enos de nujo de
dos cilindros vecinos en el orden de encendido.
El margen de régimen al que debe ser grande el
efecto de sobrealimentación por la resonancia que
se origina determina la longit ud de los tubos de
ad misión de resonancia y el tamaño del depósito
de resonancia. Los grandes volúmenes de los colectores necesarios en parte pueden, sin embargo,
causar defectos dinámicos a causa de su efecto
acumulador, al tener lugar rápidas modificaciones
de carga.
27
Sobrealimentación dinámica
Geometria variable del tubo de admisión
El llenado adicional por la sobrealimentación dimímica depende del punto de funcionamiento del
111 0 tOT. Los dos sistemas antes mencionados aumentan el llenado máximo obtenible (rendim iento
volumétrico) ante todo en el margen de régimen
inferior (fi gura 3).
Un transcurso casi ideal del par motor lo hace
posible una geometría variable del tu bo de ad misión (sistemas de admisión conmutables), con la
que son posibles por ejemplo di ferentes variaciones media nte válvulas de mari posa en fu nción del
punto de funcionamiento del motor:
• Variación de la longitud del tubo oscilante de
admisión,
• conmutación entre diferentes longitudes de
tubo oscilante o dife rentes diámetros de tubos
oscilantes,
• desconexión opcional de un tubo individual por
cilind ro en el caso de tubos oscilantes múlt iples
y
, conmutación a distintos volúmenes de colector.
Para con mutar esos sistemas de adm isión sirven
por ejemplo válvulas de mariposa accionadas eléctrica o e1ectro neumáticamente.
Principio de sobrealimentación por resonancia.
Aumento del llenado de aire máximo (rendimiento
volumétrico) por sobrealimentación dinámica.
Figura 2
I
Cilindro
2
Tubo de admisión corto
3
DepóSito de
4
TUM de admiSión de
resonancia
1
resonanCia
~ 8
ill
~
'i1
~--- A ----~I
IL -___ B____~
"=>
@
I
l
DepóSito colector
6
Mariposa
A
Grupo de cilindros A
'" ·C
"E
o"Q)
B
Grupo de CIlindros B
~~
Figura 3
'i5 E
<= =>
,.
5
1
4"
1
"2
1
1
Sistema con sobreali-
mentación por
4
resonanCia
Número de revoluciones del motor
:2
Sistema con tubo de
admiSión normal
28
Sistemas de control del llenado
Sobrealimentación dinámica
Sistemas de tubo oscilante de ad misión
En e! sistema de tubo de admisión representado en
la fi gura 4 se puede conmutar entre dos tubos oscilantes dife rentes. En e! margen de régimen in fe rior, la válvula de mariposa de conmutación (1)
está cerrada y e! ai re aspirado fluye por el tubo oscilante largo (3) hacia los cilindros. A altos números de revoluciones y estando abierta la válvula de
Sistema de tubo oscilante de adm isión.
Figura 4
a
Geomelria del tubo de
admisión estando
a
2
1
conmutación, el aire aspirado toma el camino por
el tubo de admisión corto y ancho (4). De este
modo es posible un mejor llenado de los cilindros
a altos números de revoluciones.
Sistemas de tubo de admisión de resonancia
Con la apertura de una válvula de resonancia se
acopla adicionalmente un segundo tubo de resonancia. La geometría modificada de! tubo de resonancia in fluye en la frecuencia propia de! sistema
de admisión. El mayor volumen eficaz al estar acopiado e! tubo de resonancia adicional mejora e!
llenado en el margen de régimen inferior.
cerrada la válvula de
conmutación
b
Sistema combinado de tubos de admisión oscilantes y de resonancia
Existe una combinación de los sistemas de tubo de
resonancia y de tubo oscilante cuando la válvula
de conmutación abierta (figura 5, pos. 7) puede
unir los dos depósitos de resonancia (3) fo rmando
un solo volumen. Entonces se origina un colector
de aire para los tubos oscilantes de admisión cortos (2) con una alta frecuen cia propia.
A números de revoluciones bajos y medios la
válvula de conmutación está cerrada. El sistema
actúa como sistema de adm isión de resonancia. La
baja frecuencia propia está determinada por e!
tubo de admisión de resonancia largo (4).
Geometría dellubo de
admiSión estando
abierta la válvula de
conmutación
Válvula de conmuta-
ción
2
3
Depósito coleclor
3
Tubo de admisión largo
y delgado estando
b
2 4 1
cerrada la valvula de
conmutación
4
Tubo de admisión corto
y ancho estando
abierta la valvula de
conmutación
Figura 5
1
Cilindros
2
Tubo oscilante
(tubo de admisión
corto)
3
Depósito de resonancia
4
Sistema combinado de tubos de admisión oscilantes y
de resonancia.
Tubo de admisión de
resonanCia
5
Depósito colector
6
Mariposa
7
Mariposa de conmutación
A Grupo de cilindros A
B
Grupo de cilindros B
a
Condiciones del tubo
de admisión estando
cerrada la válvula de
conmutaCión
b
Condiciones dellubo
de admisión estando
abierta la válvula de
conmutación
L - - -______.____ .. _ .______ " ___
IJ
Sistemas de control del llenado
Sobrealimentación mecánica
Estructura y funcionamiento
Es posible un llenado mayor de los cilindros y con
él un aumen to del par motor mediante la aplicación de dispositivos de sobrealimentación. En el
caso de la sobreali mentación mecánica un compresor es accionado directamente por el motor de
combustión. Ex isten compresores de accionamiento mecánico del tipo de desplazamiento positivo con distintas formas de construcción (p.ej.
compresor Roots, compresor de aletas, compresor
espiral, compresor helicoidal), o de tipo dinámico
(p.ej. el compresor radial). La figura I muestra el
principio funcional de un compreso r helicoidal
con las dos hélices que giran en sentido contrario.
En general la velocidad de giro del motor y la del
compresor están fijamente ligadas una con otra
p.ej. mediante un accionamiento por correa.
29
Sobrealimentación mecánica
Ventajas y desventajas
Por su ligazón directa con el cigüeñal, el compresor mecánico se acelera sin demora cua ndo aumenta el número de revoluciones. En comparación con la tu rboal imentación por gases de escape,
e ello resul ta un par motor más alto y un mejor
comportamiento de respuesta en el fun cionamiento dinámico.
Pero COIllO la potencia necesaria para el accionamiento del compresor no puede estar a disposición como potencia efectiva del motor, se opone a
esta ventaja - en comparación con la turboalimentación por gases de escape - un consumo algo mayor de combustible. Se mitiga esta desven taja si, a
bajas cargas del motor, se puede desconectar el
compresor mediante un acoplamiento conectado
por el cont rol del motor.
Control de la presión de sobrealimentación
La presión de sobrealimentación puede controlarse en el compresor mecánico mediante un con-
ducto de derivación. Una parte del flujo de masa
de aire comprimido llega a los cilindros y determina el llenado; la otra parte refluye por el conducto de derivación al iado de admisión. De la activación de la válvula de derivación se hace cargo
el control del motor.
Principio de funcionamiento del compresor helicoidaL
. · ~04
.0/
t
Figura 1
1
Aire aspirado
2
Aire comprimido
30
Sistemas de control del llenado
Turboahmenlación por gases de escape
Turboalimentación por gases de
escape
De los procedimientos conocidos para la sobrealimentación de motores de combustión, el de turboalimentación por gases de escape es el que halla la
más amplia aplicación. La turboalimentación por
gases de escape hace posible ya en motores de pequeña cilindrada altos pares motor y potencias,
con buenos rend imientos del motor. ~
Si la turboalimentación por gases de escape hace
pocos años se aplicaba ante todo para aumentar el
peso por unidad de potencia, hoy día se utiliza en
medida creciente para aumentar el par motor
máximo a números de revoluciones bajos y medianos. Eso rige particularmente en unión con la
regulación electrón ica de la presión de sobrealimentación.
Estructu ra y funcionamiento
El turbosobreal imentador por gases de escape
(figura 1) se compone, en sus elementos de construcción principales, de una turbina impulsada
por los gases de escape (3) y de un compresor (1),
cuyas ruedas están dispuestas sobre un árbol común (2).
La energía para accionar la turbina se toma en su
mayor parte de los gases de escape. Se aprovecha la
energía contenida en los gases de escape calien tes
que se encuentran bajo presión. Po r otra parte, si n
embargo, hay que gastar también energía para retener en mayor grado los gases de escape al aba ndonar el motor y obtener así la potencia de CO I11 presión necesaria.
Los gases de escape cal ientes (fi gura 2, pos. 7) soplan contra la turbina (4) en sentido radial y la someten a un rápido movimiento de giro. Los álabes
de la rueda de la turbina orientados hacia adentro
dirigen los gases hacia el centro, del que salen
luego de nuevo en sentido axial.
TurbosobreaJimentador por gases de escape para automóvil de lunsmo (figura: Warner 3K, serie K14).
-------1
Figura 1
1
Rueda de compresor
2
3
Turbina de gases de
ArtxJl
escape
4
Entrada del fluJo
~
M
masico de gases de
escape
5
Salida del aire
comprimido
~
~
o
1
2
3
:>
:>
'"
~
Sistemas de control del llenado
En el compresor (3), que gira conjuntamente con
la turbina, las condiciones de! Aujo son inversas. El
aire fresco (5) entra por el centro del compresor en
sentido axial y es proyectado por los álabes en sentido radial hacia afuera, siendo a la vez comprimido.
El tu rbosobreal imentador por gases de escape está
si tuado en un tramo caliente del sistema de escape.)
Por eso ha de ser de materiales de alta resistencia al
calor.
Tipos de turbosobrealimentadores por gases
de escape
Sobrealimentador Wastegate
Los motores deben alcanzar un alto par ya a bajos
números de revoluciones. Por eso la caja de la turbina se dimensiona para un pequeño caudalmásico de gases de escape, p.ej. plena carga a n $
2000 min-'. Con el fin de que con mayores caudales másicos de gases e! turbosobrealimentador no
sobrecargue el motor, en este margen hay que evacuar UIl flujo parcial al sistema de escape a través
de una válvula de deri vación, el Wastegate (fi gura
2, pos. 8), haciéndolo pasa r delante de la turbina.
Normalmente esta válvula de derivación, en fo rma
de mariposa, está integrada en la caja de la turbina.
31
Turboalimentación por gases de escape
ción abre el Wastegate y se reduce la parte del caudalmásico de gases que pasa por la turbina.
Sobrealimentador vr G
Las tu rbinas regu lables (VrG) ofrecen otra posibilidad de limitar e! Aujo másico de gases de escape a
un alto número de revoluciones del motor (fi gura
3, página siguiente). En motores Diese! el sobreali mentador VrG constituye el estado actual de la
técnica. En los motores de gasol ina todavía no ha
podido imponerse, entre otras razones por el alto
esfu erzo térm ico debido a los gases de escape muy
calientes.
Mediante una variación de la geometría, los álabes
regulables (3) adaptan la sección de flujo y con ella
la presión de gas que actúa sobre la turbina a la
presión de sobrealimentación requerida. A bajo
número de revoluciones dejan libre una pequeña
sección de flujo, de manera que el flujo másico de
gases alcanza una alta velocidad en la turbina y
hace girar ésta a un alto número de revoluciones
(figura 3a).
Figura 2
Estructura del turbosobrealimentador por gases de escape
en el ejemplo del sobrealimentador Wastegate.
1
Valvula ritmica
2
Tuberia de mando
neumática
El Wastegate es accionado a través de la válvula regulado ra de la presión de sobrealimentación (6).
Esta válvula comunica neumáticamente a través de
una tubería de mando (2) con la válvula rítmica
(1), que es accionada en función de la presión de
sobrealimentación por la unidad de control de!
motor mediante una señal eléctrica e inAuye en
esta presión. Un sensor de presión de sobrealimentación suministra la información sobre la presión
de sobrealimentación actual.
Si la presión de sobrealimen tación es demasiado
baja, se activa la válvula rítm ica de manera que en
la tubería de mando reine una reducida presión.
La válvula reguladora de la presión de sobrealimentación cierra el Wastegate y una parte mayor
de! caudal másico de gases acciona la turbina.
Si la presión de sobrealimentación es demasiado
alta) se activa la válvula rítmica de manera que en
la tubería de mando reine una presión más alta. La
válvula reguladora de la presión de sobrealimenta-
3
Compresor
4
Turbina de gases de
5
Flujo del aire de
5
escape
admisión (aire fresco)
6
Válvula reguladora de
la presión de sobre·
alimentación
7
6
Comente de gases de
escape
8
Wastegate
9
Conducto de
derivación
...flJ1.I1..
Señal de activación
para vál . . ula ritmlca
7
\',
FlUJO volumétrico a
\ 'WG
FlUJO . . olumétrico a
p,
Presión de sobre·
lb
Presión en la
través de la turbina
8
~
9 ¿,
N
M
'<
--
.. -
""
<lI>
través del Wastegate
,
alimentaCión
membrana
32
Sistemas de control del llenado
Turboalimentación por gases de escape
A alto número de revoluciones del motor los álabes deja n libre una gran sección de fluj o que
puede dar entrada al gran caudal de gases sin acelerar la turbina hasta altas velocidades (figura 3b).
De este modo se lim ita la presión de sobrealimentación.
Por el movimiento de giro de un anillo de regulación (2) se produce una sencilla va riación del ángulo de los álabes. Con ella se ajustan los álabes al
ángulo deseado, o bien directamente a través de
palancas individuales de regulación fijadas a los
álabes (4) o a través de levas de regulación. El giro
del anillo de regulación se efectúa neumáticamente mediante depresión o sobrepresión, a través
de una cápsula de regulación (5) . El control del
motor activa este meca nismo de regulación. De
este modo se puede ajustar óptimamente la presión de sobrealimentación en función del estado
de funcionamiento del motor.
Figura 3
a
Sobreal imentador VST
En el sobrealimentador con turbina variable de corredera (VST) se adapta el "tamaiio de la turbina))
abriendo sucesivamente dos conductos de flujo
(figu ra 4, pos. 2 y 3) con ayuda de una corredera
de regulación (4).
Primero está ab ierto sólo el primer conducto de
flujo. La pequeña sección de apertura ocasiona
una alta velocidad de flujo de los gases de escape y
con ella un alto número de revoluciones de la turbina (!). Al alca nzarse la presión de sobrealimentación ad misible, la corredera de regulación abre
de modo continuo el segundo conducto de flujo,
reduciéndose la velocidad de flujo de los gases y
con ella la presión de sobrealimentación.
Con ayuda del conducto de derivación (5) integrado en la caja de la turbina también es posible
conducir partes del flujo másico de gases por delan te de la turbina.
El ajuste de la corredera de regulación lo efectúa
el control del motor mediante una cápsula neumática de presión.
POStClón de Jos álabes
para alta preSión de
sobrealimentación
b
PosICión de los álabes
para baja presión de
Geometría de la turbina del sobrealimentador VST.
Geometría variable de la turbina del sobreallmentador VTG .
I
...!
sobrealimentaCión
Turbina de gases de
a
escape
2
Anillo de regulaCión
3
Alabes
4
Palanca de regulación
5
Cápsula de regulaCión
6
Comente de gases de
1 2
3
....
4
5
a
2
3
4
5
6
6
escape
... Alta velocidad de fluJo
~
Ba¡a velocidad de fluJo
Figura 4
a
Sólo un conducto de
fluJO está abierto
b
b
b
Ambos conductos de
fluJo están abiertos
Turbina de gases de
escape
2
1. conducto de fluJo
3
2. conducto de fluJo
4
Corredera de
regulación
5
Conducto de
derivaClon
6
Horquilla de regulaCión
~
~
~
~
o
~
"
~
~
;:¡
;:¡
~
;:¡
'"
<lj)
Q!>
'"
Sistemas de control del llenado
33
Turboalimentación por gases de escape, enfriamiento del aire de sobrealimentación
Ventaja s y desventajas de la turbosobrealimentaci ón por gases de escape
En comparación con un motor de aspi ración de
igual potencia, el peso menor y el reducido espacio
constructivo hablan en pro del turbomotor
(" Downsizing"). A lo largo de! margen de régimen
út il se evidencia un mejor transcurso del par motor (figura 5, curva 4 en comparación con la
cu rva 3). De ello resulta a determinado número de
revoluciones una mayor potencia (A..... B).
La potencia exigida (Bo C) en e! ejemplo de la
figura 51a pone a disposición el motor de sobrealimentación ya a bajos números de revoluciones,
por el transcurso más favora ble del par motor a
plena ca rga. A carga parcial la mariposa ha de estar
más abierta. Así, e! punto de trabajo se desplaza a
un margen en el que las pérdidas por fr icción yestrangulación son menores (C..... B). De ello resulta
un menor consumo de combustible, si bien los
motores sobreali mentados presentan un rendimiento en el fo ndo algo peor, a causa de su menor
compresión.
Como desventaja del turbosobrealimentador hay
que citar el par motor menor a números de revoluciones muy bajos. En este margen la energía
existente en los gases de escape no es suficiente
para acciona r la turbi na. En funcionamiento no
estacionario el transcurso del par motor es también más desfavorable a números de revoluciones
med ianos, en comparación con el motor de asp iración (curva 5). Eso se debe a que el flujo másico de
gases se establece con retardo. Al acelerar partiendo de bajos números de revoluciones resulta
por consiguien te el "vacío pro pio del turbosobrealimen tador".
El vacío propio del turbosobrealimen tador
puede aminorarse aprovechando la sobrealimentación dinámica. Esta ayuda al comportamiento de
aceleración del sobrealimentador. Otras variantes
representan turbosobrealimentadores con electromotor adicional o con un compresor adicional accionado eléctricamente. Estos aceleran la rueda del
compresor o respectivamente el flujo másico de
aire independientemente del flujo másico de gases
de escape y evitan el mencionado vacío del turbosobreal imentador.
Transcurso de la potencia y del par de un molor con
lurbosobrealimentador por gases de escape, en
comparación con un molar de aspiración.
l
jI
Igual potencia a
bajo Qúmero de
revolllciones
Más
Figura 5
1.3 Molor de aspiraCión
4
,
¡1
.
en serviCIO
estacionariO
2. 4 Molar sobrealimen·
tado en serVicio
o:
estacionariO
a.
<Q
114
112
Número de revoluciones
del motor
314
ItllI l'I()m
~
m
~
:1
Enfriamiento del aire de
sobrealimentación
El aire en el sobrealimentador se calienta durante
su compresión. Como el aire caliente tiene menor
densidad que e! ai re frío, el calentamiento repercute desventajosa mente en e! llenado de los cilin dros. Un refrigerador del aire de sobrealimentación enfría de nuevo el aire comprimido y
calentado. El enfriamiento del aire de sobrealimentación pro porciona por eso un aumento adicional del llenado del cilindro y con él un aumento
del par motor y de la potencia.
El descenso de la temperatura de! aire de combustión ocasiona también temperaturas más bajas
del llenado del cilindro en e! tiempo de compresión. De ello resultan otras ventajas:
• menor tendencia a la detonació n,
• mejor rendimiento térmico y por tanto menor
consumo de combustible,
• menor carga térm ica de los pistones, así como
• menor emisión de NO,.
5
Transcurso del par
motor del molar
sobrealimentado en
servicio no estaciona"
nn (dinámico)
34
Invección de gasolina en compend io
Vista general
Inyección de gasol ina en compendio
Los sistemas de inyección o carburadores tienen
la función de preparar una mezcla de aire y combustible adaptada lo mejor posible al respectivo
estado de funcionami ento del motor.
Los sistemas de inyección, particularmente los
electrónicos, son más adecuados que los carbura·
dores para el cumplimiento de los estrechos lím ites preestablecidos respecto a la composición de la
mezcla. De ello resultan ventajas en lo referente al
consumo de combustible, comportamiento de
marcha y potencia. Las exigencias de la legislación
cada vez más estricta sobre gases de escape han
dado lugar en el campo de aplicación del automóvil a que la inyección desplazara completamente al
ca rburador.
En la actualidad se emplean aún predominantemente sistemas en los que la formación de la mezcla tiene lugar fu era de la cá mara de combustión
(inyección en el tubo de admisión). Los sistemas
con formación interna de la mezcla, o sea, de inyección directamente en la cámara de combustión
(inyección directa de gasolina), ganan cada vez
más en importancia por ser extraordi nariamente
adecuados para reducir aún más el consumo de
combustible.
Instalación de inyección individual.
4
Vista general
Formación externa de la mezcla
Los sistemas de inyección de gasolina con forma ción externa de la mezcla se caracterizan por producirse la mezcla de aire y combustible fuera de la
cámara de combustión, en el tubo de admisión.
Han ido siendo continuamente desarrollados, para
que correspondieran a las crecientes exigencias.
Hoy día sólo tienen importancia los sistemas de
inyección individual de cont rol electrónico.
Instalaciones de inyección individual
En las instalaciones de inyección individ ual está
asignada a cada cilindro una válvula de inyección
(inyección en múltiples puntos) que inyecta el
combust ible di rectamente dela nte de la válvula de
admisión del cilindro (figura 1). Las instalaciones
de inyección individual reúnen los requisitos ideales para satisfacer las exigencias descritas que se
plantean a un sistema de preparación de la mezcla.
Sistema de inyeccióf¡ I1ICCáflico
El sistema K-Jetronic trabaja sin accionamiento e
inyecta el combustible de forma continua '). La
masa de combustible inyectada no es determinada
por la válvula de inyección, sino que es preestablecida por un distribuidor-dosificado r.
Sistema de inyección cOf1lbillado mecállico-electrómeo
La KE-Jetronic tiene su fundamento en el sistema
básico mecánico de la K-Jetronic.
Med iante un registro de datos de servicio ampliado, hace posible func iones adicionales controladas electrónicamente, para adaptar con más
exactitud el caudal de inyección a los variables estados de servicio del motor.
Figura 1
1
Combustible
2
Aire
3
Mariposa
4
Tubo de admiSión
1) contlnUUS (lal.): sin cesar, ininterrumpidamente
5
Válvulas de Inyección
2) Inlermittere (la!.): haciendo pausas temporales
6
Motor
Inyección de gasolina en compendio
35
Vista general
Formación interna de la mezcla
En los sistemas de inyección directa, el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión mediante válvulas de inyección accionadas
electromagnética mente. A cada cilindro hay asignada una válvula de inyección (fi gura 3).
La formación de la mezcla tiene lugar dentro de la
cámara de combustión.
La forma ción de la mezcla en la cámara de comi bustión permite dos modos de fun cionamiento
Ejemplos: L-jetronic, LH-jetronic y Motronic
como sistema de gestión del motor integrado (Mtotalmente diferentes: Al fun cionar con mezcla
Motronic y ME-Motronic).
homogénea existe, igual que en la formación externa de la mezcla, una mezcla homogénea en toda
la cámara de combustión; todo el ai re fresco disInyección central
ponible en la cámara de combustión toma parte en
En el sistema de inyección central hay dispuesta
una válvula de inyección electromagnética en un
el proceso de combustión. Por eso este modo de
pu nto central delante de la mari posa (inyección en
funcionamiento se emplea cuando se exige un alto
un punto único, Single Point lnjection) e inyecta
par motor. Al funcionar con carga estratificada, la
mezcla ha de ser inflamable sólo en la zona alredeinterm itentemente el combustible en el tubo de
dor de la bujía de encendido. En el resto de la cáadmisión (figura 2). Los sistemas de inyección
central Bosch se denom inan Mono- jetronic y
-mara de combustión se halla sólo gas fresco y gas
Mono-Motronic.
residual, sin combustible por quemar. Eso produce, en ralentí ya ca rga parcial , una mezcla en
total muy pobre y, por tanto, una red ucción del
consumo de combustible.
Para el control de los motores de inyección
directa de gasolina se aplica el sistema MED- Motronic.
Sistemas de inyección electrónicos
Los sistemas de inyección controlados electrónicamente inyectan el combustible intermitentemente') con válvulas de inyección de accionamiento electromagnético. La masa de combustible
inyectada es determinada por el tiempo de apertura de la válvu la (conociéndose la caída de presión sobre la válvula ).
Sistema de inyección central.
Sistema de inyección directa.
Figura 2
3
4
4
C;
C]
I
I
,
n
1
Combustible
2
3
Manposa
4
Tubo de admiSión
5
Válvula de Inyección
6
Motor
C]
I
I
~ 5
Figura 3
1
r
¡:;
M
iD
":g
w
6
"" I
<ID
"""
~
~
---
6
-- ---
Aire
<ID
Combusllble
2
Aire
3
Mariposa
4
lEGAS)
Tubo de admisión
5
Válvulas de Inyección
6
Motor
36
Alimentación de combustible
Vista general
Alimentación de combustible
Las válvulas de inyección de un sistema de inyección de gasolina inyectan el combustible en el
tubo de admisión (inyección en el tubo de admisión ) o directamente en la cámara de combustión
(inyección directa de gasolina ). Para ello el combustible ha de ser impu.lsado con una presión definida hacia las válvulas de inyección.
Este capítulo describe los componentes que cuidan
de la alimentación del combustible, del depósito
de combustible hasta la válvula de inyección o, en
la inyección directa, hasta la bomba de alta presión.
Vista general
Los siguientes componentes son los que esencialmente toman parte en la alimentación de combustible (fi gura 1):
• Depósito de combustible (1),
• e1ectrobomba de combustible (2),
• filtro de combustible (3),
• regulador de presión de combust ible (4) y
• tuberías de combustible (6 y 7).
En el caso de la inyección en el tubo de admisión,
el combustible impelido por la electrobomba Aure
a través del dist ribuidor de combustible (5) a la
válvula de inrección (8 ). En los motores de inrección directa de gasolina, el combustible impulsado
al circu ito de alta presión llega a través de la
bomba de alta presión.
La electrobomba de combustible en sistemas antiguos se encuentra fuera del depósito de combustible, en la tubería de combustible ("in line"). En los
sistemas modernos está montada dentro del depósito ("in tank"). Puede estar integrada también
ju nto con otros componentes (p.ej. filtro previo,
sensor de nivel de llenado del depósito) en una
unidad de montaje en el depósito.
La e1ectrobomba impele el combustible continuamente del depósito a través del fi ltro de combusti ble hacia el moto r. El regulador de presión del
combustible cuida de que exista una presión definida en el circuito de combustible. La magnitud de
la presión depende del sistema de inyección.
Para mantener la presión del combustible necesa ria en todas las condiciones de servicio, el caudal
impelido por la electrobomba de combustible es
mayor que el requerimiento de combustible del
motor. El combustible excedente reAuye al depósito.
La electrobomba de combustible se pone en marcha inmediatamente cuando se acciona el interruptor de encendido y arranque, para asegura r la
generación de presión al arrancar. Se para de
nuevo después de un segundo aproxiada mente, si
no se arranca el motor.
La presión que establece la elect robomba de combustible, impide en gran medida la fo rmación de
burbujas de vapor en el combustible. Una válvula
de retención integrada separa el sistema de combustible del depósito, impidiendo que el combusti ble renuya hacia el depósito. La válvula de reten ción mantiene la presión del sistema todavía algún
tiem po después de desconectarse la electrobomba
de combustible. Así se im pide la formación de
burbujas de vapor en el sistema de combustible
después de parar el motor, en caso de alca nzar el
combustible altas temperatu ras.
Alimentación de combustible
Alimentación de combustible
con inyección en el tubo de
admisión
Para la alimentación de combustible existen dos
sistemas, que se diferencian en el modo del retorno de! combustible.
Sistemas de alimentación de combustible
con retorno
El combustible excedente que la válvula de inyección (figuras 1 y 2, página siguiente, pos. 8) no inyecta, reO uye a través de! regulador de presión (4a )
al depósito de combustible (1). El regulador de
presión de combustible generalmente está adosado
al distribuidor de combust ible (5).
Como referencia para la regulación de la presión del sistema sirve la presión reinante en el tubo
de admisión. Por estar próximo el regulador de
presión de combustible al tubo de admisión , es
posible disponer aquí la conexión de referencia al
tubo de admisión . Con esta presión de referencia
37
Inyección en el tubo de admisión
se produce una diferencia constante entre la presión en e! sistema de combustible y la presión en el
tubo de adm isión. Eso ofrece la ven taja de que el
ca udal de combustible inyectado sólo depende de
la duración de inyección, siendo al mismo tiempo
independiente de la presión en e! tubo de admi sión y, por tanto, del llenado del cilindro.
Versiones
Para los sistemas de alimentación de combustible
con retorno son posibles distintas versiones. La figura 2a muestra e! sistema estándar con distribu idor de combustible recorrido por e! Oujo. El regulador de presión de combustible, sin emba rgo,
puede enco ntrarse también delante de él, no
siendo recorrido el distribuidor por e! Oujo de
combustible.
Presión del sistema
En los sistemas con retorno actualmente em pleados, la presión es de aproximadamente 0,3 MPa
(3 bares).
Alimentación de combustible para un motor de inyección en el lubo de admisión (ejemplo con retomo).
Figura 1
DepoSito de
combustible
2
Eleclrobomba de
combustible (integrada
aqui en la Unidad de
montaje en el depOSito)
3
4
Filtro de combustible
Regulador de presión
de combustible
5
~
1
2
DistribUidor de
combustible
6
Tubena de combustible
7
Tubena de relorno de
combustible
8
Valvula de Inyección
38
Alimentación de combustible
Inyección en el tubo de admisión
Sistemas de alimentación de combustible para inyección en el lubo de admisión (ejemplos).
Figura 2
,
b
Con rctorno
Sin retorno
Deposito de
a
b
combUS1!ble
2
Electrobomba de
6
combustible
3
Filtro de combustible
4, Regulador de preSIón
de combustible (pre-
Slon del tubo de adm,"
slón como relerencla)
4b Regulador de presión
1
de combustible (presión ambiente como referencia)
5
DistribUidor de
combustible
6
7
Tuberla de combustible
Tubcria de retorno de
combustible
8
Valvulas de inyecCIÓn
Sistema de alimentación de combustible
exento de retorno
Normalmente, en el sistema de alimentación de
combustible exento de retorno, el regulador de
presión de combustible (figura 2b, pos. 4b) está
dispuesto en el depósito de combust ible o cerca de
él. También puede estar integrado en la unidad de
montaje en el depósito. De este modo en estos
sistemas se puede suprimir la tubería de retorno
del distribu idor de combustible al depósito. El
caudal excesivo impel ido por la electrobomba de
combustible es conducido a través de una tubería
de retorno corta, del regulador de presión directamente al depósito de combustible. Al distribuidor
de combustible es impelido sólo el caudal de combustible proyectado por las válvulas de inyección.
Además del ahorro de costes, la renuncia a la
tubería de retorno ofrece también la ven taja de
que al depósito no refluye combustible calentado
en el compartimiento del motor, haciendo subir
allí la temperatura del combustible. Esto proporciona una reducción de las emisiones de hidrógeno carbonado en el depósito de combustible y
por tanto una descarga del sistema de retención de
vapores de combustible.
Ve rsiones
Para los sistemas exentos de retorno son posibles
di ferentes versiones:
• filtro de combustible y regulador de presión
fuera del depósito de combustible,
• filtro de combustible fuera del depósito, regulador de presión dentro del depósito,
• fi ltro de combustible y regulador de presión
integrados en la unidad de montaje en el depósito (módulo de alimentación ).
Presión del sistema
Práctica mente no es posible disponer de una conexión de referencia al tubo de admisión en el regulador de presión de combustible, a ca usa de la distancia a que se encuentra el tubo de admisión. Por
eso el regulador de presión de combustible regula
la presión del sistema manteniéndola a una diferencia constante respecto a la presión ambiente. El
caudal de inyección depende por consiguiente de
la presión en el tubo de admisión. Eso se tiene presente en el cálculo de la duración de inyección.
La presión en los sistemas exentos de retorno es
de aproximadamente 0,35 ... 0,4 MPa (3,5 ... 4 bares).
Alimentación de combustible
Circuito de baja presión de la
inyección directa de gasolina
El sistema de alimentación de combustible de la
inyección di recta de gasolina se puede subdividir
en
• circuito de baja presión y
• circuito de alta presión.
El circuito de alta presión está descrito en el capítulo "Inyección directa de gasolina".
El circuito de baja presión puede estar proyectado
de muy disti nta manera en esas instalaciones de
inyección, según los requerim ientos del fabricante
del vehículo. Como en la inyección en el tubo de
adm isión) también aquí existen variantes:
• con retorno del combustible y
• sin retorno del combustible.
Ejemplo de una instalación
La fi gura 1 muestra un sistema de combustible con
retorno y conmu tación de presión previa . La presión en el circuito de baja presión (presión previa)
puede aj ustarse aquí a dos valores.
39
Circuito de baja presión de la inyección directa de gasolina
Presión previa elevada
En caso de tener el combustible una alta temperatura, al arrancar y durante el subsiguiente funcionamiento en ralentí (ralentí caliente) hay que tomar medidas para impedir la formación de burbujas de vapor en la bomba de alta presión (7). El
aumento de la presión previa constituye un medio
adecuado. La válvula de bloqueo (3) permanece
para ello cerrada, actuando así la válvula limi tadora de presión integrada en la electro bomba de
combustible (2) y ajustando la presión previa por
breve tiempo al valor de 0,5 MPa (5 ba res) .
La válvula limitadora de presión en este lugar
no sólo protege los componentes contra sobrepresión, sino que se hace cargo también de una fu nción reguladora de la presión.
Presión previa baja
Después de 30 ... 60 segundos ha sido barrida la
bomba de alta presión y está enfriada hasta el
punto de que no existe ya el peligro de que se formen burbujas de vapor. La válvula de bloqueo se
abre y el regulador de presión (4) se hace cargo de
la tarea de regular la presión. Ajusta la presión previa a 0,3 MPa (3 bares).
El regulador de presión se encuentra aquí en el
compartimiento del motor; en este ejemplo se
trata, pues, de un sistema de combustible con retorno.
Figura 1
OrCUllo de baja presión con:
1
Alimentación de combustible de la inyección directa de gasolina (ejemplo con relorno de combustible y conmutación de presión previa).
Depósito de
combustible
2
Electrobomba de combustible con válvula li-
11
mltadora de presión y
7
filtro de combustible integrados
3
9
5
3
Válvula de cierre
4
Regulador de presión
5
Tubería de combuSllble
6
Tuberia de retorno de
combustible
6
CirCUito de alta presión con:
7
Bomba de alta presión
8
Rall
9
Válvulas de inyección
de alta presión
>
i':
10 Válvula de control de la
=>
11
~
-------
<11>
~
presión
Sensor de presión de
combustible
40
Alimentación de combustible
Integración en el vehlculo : unidad de montaje en el depósito
Integración en el vehlculo unrdad de montSje en el depósllo
Mientras que en los comienzos de la inyección elec-
Este recipiente está lleno generalmente -de modo
trónica de gasolina la electrobomba de combustible
activo" por un eyector O una etapa previa separada
estaba dispuesta exclusivamente "in line" en la tubería de combustible fuera del depósito, hoy en dia
de la electrobomba de combustible.
En los sistemas de combustible exentos de re-
predomina el montaje de la electrobomba de com-
torno a menudo también está Integrado el regulador
bustible en el depósito ("in tank"j. Aqui es parte inte-
de presión de combustible, que cUIda del retorno
grante de una ' unidad de montaje en el depósito",
dentro de la unidad de montaje en el depósito. El
llamada también módulo de alimentación. Esta uni-
filtro fino de combustible en el lado de presión
dad contiene un número creciente de otros elemen-
puede estar asimismo desplazado a la unidad de
tos:
montaje en el depósito.
• un filtro previo,
• un sensor de nivel de llenado del depósIto,
En el futuro se integrarán otras funciones en el mó-
• conexiones eléctricas e hidráulicas, así como
dulo de alimentación, por ejemplo dispositivos de
• un recipiente como reserva de combustible para
diagnosis para fugas del depósito o el módulo de
la marcha por curvas.
cadencia para el mando de la electrobomba de com-
bustible.
Unidad de montaje en el depósito: solución completa para
un sistema de combustible exento de retomo.
1
Filtro de combushble
2
Electrobomba de
combustible
3
Eyector (regulada)
4
Regulador de presión
de combustible
5
Sensor de nivel de
llenado del depósito
6
Filtro prevIo
~
~
M
~
;¡
"
~
@
Alimentación de combustible
Sistema de retención de vapores
de combustible
Para cumplir co n los valores límite legales para la
emisión de vapores de hidrocarburos, los vehículos
están equipados con un sistema de retención de
vapores de combustible. Este sistema impide que el
combustible que se evapora del depósito llegue al
medio ambiente.
Formación de vapores de combustible
Hay que co ntar con una evaporación incrementada del combustible que se encuentra en el depósito
• cuando se cal ienta el combustible en e! depósito, sea a causa de una alta temperatura ambiente, sea por e! retorno de combustible calentado en el compartimiento de! motor que no es
requerido para la combustión, así como
• en caso de una disminución de la presión ambiente, por ejemplo al viaja r monte arriba.
Estructura y funcionamiento
El sistema de retención de vapores de combustible
(fi gura 1) se compone de un depósito de ca rbón
activo (3) en e! que desemboca la tubería de ventilación (2) procedente del depósito de combustible
(1), así como de una válvula regeneradora (5) que
comunica tanto con e! depósito de carbón activo
como con el tubo de admisión (8).
El carbón activo absorbe el combustible contenido en el vapor y sólo deja salir aire a la atmósfe ra. Cuando la válvula regeneradora deja abierta
la tubería (6) entre el depósito de carbón activo y
el tubo de admisión, a causa del vacío reina nte en
éste se aspira ai re fresco (4) a través del ca rbón activo. El aire fresco toma de nuevo el combustible
absorbido y lo conduce a la combustión (regeneración del depósito de carbón activo). El cont rol del
sistema reduce el caudal de combustible inyectado
en la ca ntidad de combustible aportada a través de
la válvula regeneradora.
La regeneración se efectúa de modo regulado, para
lo cual se ca\cula con tinuamente la concentración
de combustible en el Aujo de gas de regeneración,
observando las variaciones del coefi ciente de aire'\
ocasionadas por ello.
41
Sistema de retención de vapores de combustible
El caudal de regeneración se controla en función de puntos de trabajo y puede ser dosificado
finamente con la válvula regeneradora. A fin de
que e! depósito de ca rbón act ivo esté en condiciones de absorber los nuevos vapores formados por
el combustible, la regeneración ha de tener lugar
periódicamente.
Particularidades con inyección directa de
gasolina
Con sistemas de inyección directa de gasolina, la
regeneración del depósito de carbón activo está limitada en funcionam ien to con carga estratifi cada
a causa de la reducida depresión reinante en el
tubo de admisión (debida a la casi inexistencia de
estrangulación), así como por no ser completa la
combustión del gas de regeneración homogéneamente distribuido. Eso tiene por consecuencia un
Aujo de gas de regeneración dismi nuido, en comparación con el del funcionamiento con mezcla
homogénea. Si este Aujo no es suficiente, por
ejemplo en caso de una alta evaporación del combustible, hay que marchar en el funcio namiento
con mezcla homogénea el tiempo necesario hasta
que haya descendido de nuevo la concentración de
combustible, de momento alta, en e! Aujo de gas
de regeneración.
Sistema de retención de vapores de combustible.
1
Figura 1
DepÓSito de
combustible
2
Tubena de ventilación
del depóSito de
combustible
3
DepoSito de carbón
activo
4
Aire fresco
5
6
Tubena haCia ellubo
7
Mariposa
B
Tubo de admlslon
Vátvula regeneradora
de admlSlon
42
Alimentación de combustible
Electrobomba de combustible
Electrobomba de combustible
Función
La e1ectrobomba de com bustible ha de suministrar
al motor combustible suficiente con la presión necesaria para la inyección, en todos los estados de
funcionamiento. Las exigencias esenciales son:
• caudal de ali mentación entre 60 y 200 l/h a la
tensión nominal,
• presión en el sistema de combust ible entre 300)'
450 kPa (3 ... 4,5 bares),
• generación de la presión del sistema a partir del
50 hasta el 60 % de la tensión nominal, siendo
determinante al respecto el func ionamiento du rante el arranque en frío.
La e1ectrobo mba de combustible sirve además en
med ida creciente como bomba previa de alimentación para modernos sistemas de inyección directa,
tanto para motores de gasolina como Diesel.
Para sistemas de inyección directa de gasolina,
en caso de estar caliente el combustible de al imentación deben ponerse a disposición, por lo menos
temporalmente, presiones de hasta 700 kPa.
Estructu ra de la eleclrobomba de combustible en el
ejemplo de una bomba hidrod inámica.
1
2--
Í\'
:
3
' 11/. .•
A
1:1;
l~
4
¡--( f
Figura 1
1
Conexión eléctrica
2
Empalme hidráulico
5
JDO
(salida de combustible)
3
Válvula de relenClón
4
Escobillas de carbón
5
InduCido del motor con
6
Rodete de la
7
6-
Empalme hidráulico
(afluencia de combusll·
blel
B
I
Iman permanente
bomba hidrodinámica
I~
7
E
':::
~
e
Estructura
La electrobom ba de combustible se compone de:
• tapa de conexión (figura 1, A), en la que dado el
caso pueden estar integrados también elementos antiparasitarios,
• electromotor (B) y
• elemento de bomba (C), en la versión de bomba
de desplazamiento o bomba hidrodinámica
(descripción en el apartado "Tipos de construcción").
Tipos de construcción
Bombas de desplazamiento
En una bomba de desplazamiento se aspira combustible, se comprime por la rotación del elemento
de la bomba en una cámara cerrada y se transporta aliado de alta presión. Como electrobomba
de com bustible se emplean la bomba celular de rodillos y la bomba de rueda dentada interior (figuras 2a, 2b). Las bombas de desplazamiento son
ventajosas para altas presiones del sistema (400 kPa
o más) y tienen un buen comportamiento a baja
tensión, es deci r, una curva característica de caudal
relativamente "plana" en función de la tensión de
servicio. El rendimiento puede ser de hasta un
25 %.
Según ejecución de detalles y situación de montaje, las inevitables pulsaciones de la presión pue·
den causa r ruidos. Otra desventaja que se presenta
en ocasiones puede ser la disminución del caudal
en caso de estar calien te la gasolina) por suministrarse burbujas de gas en luga r de gasolina. Por eso
las bombas de desplazam iento usuales tienen integradas etapas previas periféricas adicionales para
la desgasificación .
Mientras que para la clásica función de la electrobomba en los sistemas electrónicos de inyección de
gasolina la bomba de desplazamiento ha sido sustituida en gran parte por la bomba hid rodinámica,
se abre para la bomba de desplazamiento un
nuevo campo de aplicación en la prealimentación
para sistemas de inyección directa con su demanda
de presión considerablemente acrecentada.
Alimentación de combustible
Bombas hid rodinámicas
Un rodete provisto de numerosas aletas (figura 2c,
pos. 6) en su periferia gira dentro de una cámara
compuesta de dos pa rtes inmóviles del cuerpo. Estas partes del cuerpo presenta n en la zona de las
aletas del rodete cada una un canal (7). Los canales
comienza n a la altura de la abertu ra de aspiración
(A) y terminan allí donde el combustible abandona el elemento de bomba con presión del sistema (B). El "interruptor" (8) entre el comienzo y
el fin al del canal impide una fuga interna.
Para mejorar las propiedades de alimentación al
estar cal iente el combustible) a cierta distancia angular de la abertura de aspiración se encuentra un
pequeño orificio de desgasificación que hace posible la salida de event uales burbujas de gas, habiendo que aceptar una fuga mínima (no es necesario en la bomba pa ra Diesel).
La presión se genera a lo largo del canal por el intercambio de impulsos entre las aletas del rodete y
las partículas de líquido. El resultado es una rotación espiral del volumen de líquido que se encuentra en el rodete y en los canales. En la bomba periférica (figura 2c), el canal circunda las aletas del
rodete en toda su perife ria. En la bomba de canales
laterales los dos canales se encuentran a ambos lados del rodete, lateralmente junto a las aletas.
Las bombas hid rodinámicas son silenciosas, ya que
la generación de presión se efectúa de modo continuado y casi sin pulsaciones. El rendimiento se encuentra elllre un 10 y aprox. un 20%. Su diseño
sin embargo es claramente simplificado, comparado con el de las bombas de desplazamiento.
Se pueden alcanzar presiones del sistema de hasta
450 kPa ta mbién con bombas de una sola etapa.
Con bombas hidrodinám icas son también posibles
presiones del sistema más altas en períodos de fun cionamiento breves) como en el futuro serán necesarias por breve tiempo para motores altamente
sobreal imentados así como para motores de inyección di recta de gasolina.
43
Electrobomba de combustible
Principios funcionales de la eleclrobomba de combustible.
a
1
2
~
A
f~
A
3
b
B
4
A
B
Figura 2
a
Bomba celular de
rodillos
b
Bomba de rueda
dentada interior
e
8
5
6
7
7 57 6
B
e
Bomba periférica
A
Abertura de aspiración
B
Salida
DISCO de ranuras
(excéntrico)
2
3
Rodillo
Rueda Interior de
aCCionamiento
~
'"
~
~
4
Rotor (excéntriCO)
5
Rodete
~
o
~
6
Aletas del rodete
=>
"
7
Canal (periferlco)
di>
8
"Interruptor
Por razones de coste y a causa de las ventajas en la
producción de ruido, los sistemas de combustible
de los automóviles de nuevo diseño con motor de
gasol ina poseen casi exclusivamente bombas hi drodinámicas.
44
Alimentación de combustible
Filtro de combustible
Filtro de combustible
partículas. El medio filtrante está ajustado a ello.
Los sistemas de inyección en vehículos con motor
de gasolina trabajan con máxima precisión. Para
no causar dailo a las piezas de precisión, estos sistemas requieren una depuración eficaz del combust ible. Unos filtros en el circuito de combustible
retienen las partículas que ocasionan el desgaste.
Pueden estar ejecutados como filtros cambiables
in line o como filtros "de larga vida útil" integrados en el depósito de combustible (in tank). En la
sepa ración de suciedad en forma de partículas sólidas toman parte también, además del efecto de
tamiz, efectos de impacto, difusión y bloqueo. La
calidad de separación de esos diversos efectos depende del tamaño y de la velocidad de paso de las
Como medio filtrante se han im puesto papeles
plegados, en parte con impregnaciones especiales
(figura 1, pos. 3).
Están integrados en el circuito de combustible de
manera que cada parte superficial del medio fi ltrante sea atravesada a ser posible con igual velocidad de Aujo del combustible.
Vista en corte de un filtro de combustible.
t
La duración (kilometraje ga rantizado) de filtros
convencionales in line varía, según el volumen del
filtro, entre 60000 km y 90 000 km. Para filtros in
tank se garantizan 160000km. Para sistemas de inyecció n directa de gasolina existen filtros (in tank e
in line) cuya duración es mayor de 250000 km.
1 -~=
Los cuerpos de los filtros (2) son a opción de
acero, aluminio o plástico (completamente exento
de metal). Las hay con racor roscado, con tubuladura para tubo Aexible o con acoplamiento rápido.
2 -~
El efecto filtrante depende de la dirección de Aujo.
Por eso, al cambiar filtro s in line hay que observar
sin falta la dirección de Aujo indicada con una Aecha sobre el cuerpo.
3 - -!!==:
4 -~=
Figura 1
1
2
Tapa
Cuerpo
3
Elemento filtrante
4
Placa de apoyo
L_._
Para sistemas de inyección en el tubo de admisión,
el elemento filtrante tiene un diámetro de poro
medio de 10 ~m. Para la inyección directa de gasolina se requiere una filtración mucho más fina.
Partículas de un tamaño de más de 5 ~m han de
separarse hasta el 85 %.
Además de ello, para la inyección directa de gasol ina la exigencia referente a la suciedad residual
del filtro en estado nuevo es un punto importante: no son admisibles part ículas metálicas, minerales ni de plástico así como tampoco fibras de
vidrio de un tamaño de más de 200 ~m.
---- -----------
-- -
--
Alimentación de combustible
Distribuidor de combustible
45
Distribuidor, regulador de presión del combustible
Regulador de presión de combustible DR2.
Inyección en el tubo de admisión
El distribuidor de combustible (Fuel Rail ) cumple
las siguientes funciones:
• Alojamiento y fijación de las válvulas de inyección)
• acu mular un volumen de combustible y
• asegurar una distribución igual entre todas las
válvulas de inyección.
1- - - - 1
~~.~LJ~.~~__ 2
••
,.•=----!+--
3
Figura 1
Empalme al tubo de
4
admlslon
Además de las válvulas de inyección, generalmente
está fijado al distribuidor también el regulador de
presión de co mbustible y en algunos casos un
amortiguador de presión. La coordinación apropiada de las dimensiones del distribuidor impide
variaciones locales de la presión del combustible a
causa de resonancias al abri rse y cerrarse las válvulas de inyección. Se evitan así irregularidades de
los caudales de inyección dependien tes de la carga
y del número de revoluciones.
En función de las exigencias de los diferentes
modelos de vehiculos, el distribuidor de combustible es de acero fi no O de plástico. Para fines de
comprobación y para elimi nar la presión al efectuar trabajos de servicio, puede haber integrada
una válvula de diagnosis.
Inyección directa de gasolina
El distribuidor de combustible (rail) de un sistema
de inyección directa de gasolina está dispuesto detrás de la bomba de alta presión. Por eso el rai l es
parte integrante del sector de alta presión.
Regulador de presión del
combustible
Inyección en el tubo de admisión
El caudal de combustible inyectado por la válvula
depende del tiempo de inyección y de la diferencia
entre la presión del combustible en el distribuidor
de combustible y la contra presión en el tubo de
admisión . La influencia de la presión en sistemas
con retorno se com pensa manten iendo constante
un regulador de presión la diferencia entre presión
del combustible y presión en el tubo de admisión.
Este regulador de presión deja reflui r al depósito
exactamente la can tidad de combustible precisa
2
Resorte
3
Portaválvula
4
Membrana
5
Válvula
6
Entrada del
combusllble
7
para que permanezca constante la diferencia de
presión en las válvulas de inyección. Para el barrido completo del distribu idor de combustible, el
regulador de presión normalmente está montado
en su extremo.
El regulador de presión en sistemas exentos de
retorno se encuentra en la unidad de montaje den tro del depósito de combustible. La presión del
combustible en el distribuidor es regulada a un valor constante fre nte a la presión ambiente. La diferencia de presión respecto a la presión en el tubo
de admisión no es por tanto constante y se tiene
en cuenta al calcular la duración de la inyección .
El regulador de presión de combustible está confi gurado como regulador de rebose mandado por
membra na (figura 1). Una membrana de tejido de
goma (4) divide el regulador de presión en una cámara de combustible y una cámara de resorte. A
través de un portaválvula (3) integrado en la
membrana, el resorte (2) empuja una placa de válvula móvil contra un asiento de válvula. Cuando la
fuerza ejercida por la presión del combustible sobre la membrana es superior a la fuerza de resorte,
se abre la válvula y deja pasa r hacia el depósito justamente la ca ntidad de combustible necesaria para
que se establezca un equilibrio de fu erzas en la
membrana.
En los sistemas de inyección individual la cá mara
de resorte comunica neumáticamente con el colec-
7
Retomo del
combustible
46
Alimentación de combustible
Amortiguador de presión, depósito, tuberias de combustible
tor de admisión detrás de la mariposa. La depresión del colector de adm isión actúa por ello también en la cámara de resorte. De esta forma , en la
membrana existe la misma relación de presión que
en las válvulas de inyección. Por eso la diferencia
de presión en las válvulas de inyección depende
únicamente de la fu erza de! resorte y de la superficie de la membrana, manteniéndose por consiguiente constante.
Inyección directa de gasolina
En sistemas de inyección directa de gasolina hay
que regular la presión tanto en el circuito de alta
presión como en el de baja presión. Para la regulación en el circuito de baja presión se emplean los
mismos reguladores de presión de combustible
que en la inyección en e! tubo de admisión.
Amortiguador de presión de
combustible
La activación a intervalos de las válvulas de inyec-
ción y la impulsión periódica de combustible en
las e!ectrobombas de combustible según el pri ncipio de desplazamiento, ocasionan oscilaciones en
la presión de combustible. Estas oscilaciones pueden causar resonancias de presión, perturbando la
exactitud de dosificación del combustible. En ciertas circunsta ncias, las oscilaciones pueden transmitirse al depósito de combustible y a la carrocería
del vehículo a través de los elementos de fijació n
de la e1ectrobomba de combustible, de las tuberías
yel distribuidor de combustible, ocasionando ruidos.
Estos problemas se evitan med iante una adecuada configuración de los elementos de fijación y
el empleo de amortiguadores especiales de presión
de combustible.
El amortiguador de presión de combustible presenta una estructura similar a la del regulador de
presión de combustible. Como en éste, una membrana sometida a la fuerza de un resorte separa las
cámaras de combustible y de aire. La fuerza del resorte está dimensionada de manera que la membrana se levanta de su asiento en cuanto la presión
del combustible alcanza su campo de trabajo. La
cámara de combustible variable de esta forma
puede aceptar combustible al producirse puntas de
presión y entregarlo de nuevo al disminuir la presión. Para trabajar siempre en el margen de funcionamiento más favorab le en caso de fluctuar la
presión absoluta del combustible de bido al tubo
de admisión, la cá mara de resorte puede estar provista de una conexión al tubo de admisión.
Como el regulador de presión de combustible,
e! amortiguador de presión puede estar instalado
en el distribuidor de combustible o en la tubería
de combustible. En la inyección directa de gasolina
se ofrece como lugar adicional de montaje la
bomba de alta presión.
Depósito de combustible
El depósito almacena el combustible. Tiene que ser
resistente a la corrosión y estanco a una doble sobrepresión de servicio, o al menos a un mínimo de
0,03 MPa (0,3 bares) de sobrepresión. La sobrepresión que se produzca ha de poder evadirse por sí
misma a través de aberturas adecuadas o válvulas
de seguridad. En las curvas, en posición inclinada
O en caso
de choque no debe salir combust ible alguno por la boca de llenado o los dispositivos de
compensación de la presión. El depósito de combustible tiene que estar lo sufici entemente apartado de! motor para que, en caso de accidentes, se
evite la inflamación del combustible.
Tuberías de combustible
Las tuberías conducen e! combustible del depósito
al sistema de inyección. Se pueden montar tubos
metálicos flexibl es sin juntas o tubos flexibles resistentes al combustible de materiales difícilmente
inflamables. Tienen que estar dispuestos de manera que se impidan daiios de orden mecánico y
en caso de un defecto no se pueda acum ular ni inflamar el combustible que gotee o se evapore. Todas las piezas que conduzcan com busti ble han de
estar protegidas contra calor que perturbe el servicio. La alimentación de combustible no debe tener
lugar por gravedad.
47
Sistemas de alimentación de combustible
Alimentación de combustible
Desarrollo de los sistemas de alimentación de combustible (ejemplos).
a K·/ KE ·Jetronic
con electrobomba de
combustible para montaje
en tuberfa.
S
2
b L· Jetronic/ Motronic
6
4
con electrobomba de
combustible para montaje
en tubería_
3
S
2
e L·Jetronic/Motronic
con electrobomba de
combustible para montaje
en el depósito.
d Mono-Jetronic
con electro bomba de
combustible para montaje
en el depósito.
4
TI
TI
S
Figura 1
6
1
Depósllo de
2
Electrobomba de
combustible
combustible
'9
~
o
3
4
Fillro de combuSllble
DislribUldor de
combustible
4. Distribuidor-dOSificador
de combustible
(K- /KE'Jetronic)
5
Válvula de inyección
ro
6
Regulador de presión
~
7
Acumulador de
"'"
~
=>
combustible
(K-/K E-Jetronic)
48
Inyección en el tubo de admisión
Vista general
Inyección en el tubo de admisión
Los motores de gasolina de inyección en el tubo
de admisión forman la mezcla de aire y combustible fuera de la cámara de combustión, en el tubo
de admisión. Estos motores y sus sistemas de control se han ido perfeccionando cada vez más en el
transcurso del tiempo. Por su mejor dosificación
del combustible, han sustituido por completo al
motor de carburador, que trabaja también con
formación externa de la mezcla.
Vista general
A auto móviles que corresponden al último estado
de la técnica se les imponen altas exigencias respecto a la suavidad de marcha y al comportamiento en la emisión de gases de escape. De ello
resultan altos requerimien tos en la composició n de
la mezcla de aire y combustible. Además de la
exacta dosificación de la masa de combustible inyectada en conformidad con el aire aspirado por el
motor, es también importante que la inyección se
efectúe en el momen to exacto.
A causa de la constante evolución de la legislación
sobre gases de escape, estos requerimientos se han
ido elevando cada vez más. En consecuencia los
sistemas de inyección se han ido desa rrollando sin
cesa r.
El ni vel ac tual alcanzado por la técnica en la inyección en el tubo de adm isión lo muestra el sistema
de inyección individual controlado electrónicamente, en el que el combustible se inyecta individualmente para cada cilindro de modo intermitente (es decir, cesando y prosiguiendo a intervalos) directamente delante de las válvulas de
adm isión .
No tienen ya ninguna importancia para nuevos
desarrollos los sistemas mecánicos de inyección individual continua ni los sistemas de inyección central , que también inyectan el combustible de modo
intermitente pero sólo a través de una sola válvula
de inyección , delante de la mariposa en el tubo de
adm isión.
Inyección en el tubo de admisión.
Figura 1
1
Cilindro con plston
2
Válvulas de escape
3
Bobina y bUjla de
encendido
4
Válvulas de admiSión
5
Valvula de Inyección
6
Tubo de admlsion
j
Inyección en el tubo de admisión
Funcionamiento
Los sistemas de inyección de gasol ina en el tubo de
adm isión se caracterizan por producirse la mezcla
de aire y combustible fu era de la cáma ra de combustión, o sea, en el tubo de admisión (figura 1).
La válvula de inyección (5) inyecta el combustible
delante de la válvula de admisión (4). En la subsiguiente carrera de aspiración, la mezcla de aire y
combustible formada fluye por la válvula de admisión abierta al cilindro (1 ). Por cilindro puede haber también dos o incluso tres válvulas de admisión.
Las válvulas de inyección se han seleccionado de
manera que se cubra a todo trance - también a
plena carga y a alto número de revoluciones - la
demanda de co mbustible del motor.
Formación de la mezcla
Inyección del combustible
La electrobomba de combustible impele éste hacia
las válvulas de inyección. All í está aplicado el com bustible con la presión del sistema. En los sistemas
de inyección individual hay asignada a cada cilindro una válvula de inyección. Las válvulas inyectan
el combustible intermitentemente en el tubo de
admisión (6) delante de la válvula de admisión.
Allí el combustible finamente pulverizado se convierte en su mayor parte en vapor y forma la mezcla de aire y combustible con el aire que afluye a
través de la mariposa. A fi n de que exista tiempo
suficiente para la formación de esta mezcla, resulta
ventajoso que el combustible sea inyectado delante
de la válvula de admisión cerrada y sea por tanto
"situado con anticipación",
Una parte del combustible se deposita en la zona
de las válvulas de admisión como película en la pared. El grosor de la película en la pared depende de
la presión reinante en el tubo de admisión y, por
tanto, del estado de carga del motor. Para un buen
comportamiento dinámico del motor, la masa de
combustible acumulada en la
Funcionamiento
película de la pared debe mantenerse lo más reducida posible. Eso se consigue mediante una conformación del tubo de admisión y una geometría del
chorro de combustible (geometría de pulverización) correspondientes. Como la válvula de inyección está situada directamente delante de la válvula de admisión, el efecto de la película en la pared es en los sistemas de inyección individual
muchísimo más pequeño que en los anteriores
motores de carburador y sistemas de inyección
central.
Con una mezcla de aire y combustible estequiométrica (,\ = 1), el catalizador de tres vías puede desintegrar en gran medida los contaminantes originados durante la combustión. Por eso los motores
de inyección en el tubo de adm isión se hacen fun cionar con esta composición de la mezcla en la
mayoría de los puntos de servicio.
Medición de la masa de aire
Con objeto de que se pueda ajustar exactamente la
mezcla de aire y combustible, a la medición de la
masa de aire que participa en la combustión le corresponde una gran importancia.
El medidor de masa de aire, situado delante de
la mariposa, mide el flujo de masa de aire que entra en el tubo de admisión y transmite una señal
eléctrica a la unidad de control del motor. Como
alternativa existen también sistemas que con un
sensor miden la presión del tubo de admisión ya
base de ella calculan, en combinación con la posición de la mariposa yel número de revoluciones,
la masa de aire aspirada. Partiendo de la masa de
aire aspirada y del estado actual de funciona miento del motor, la un idad de control determina
la masa de combustible necesaria.
Tiempo de inyección
El tiempo necesario para inyectar la masa de combustible calculada depende de la sección de apertura de la válvula de inyección y de la diferencia
existente entre la presión en el tubo de admisión y
la presión en el sistema de alimentación de combustible.
49
50
Inyección en el tubo de admisión
Válvulas electromagnéticas de inyección
Válvulas electromagnéticas de
inyección
se estanqueíza el sistema de alimentación de combustible frente al tubo de admisión. Cuando la bo-
Función
tico que atrae la armadura de electroimán de la
aguja de la válvula. La bola de obturación se sepa ra
del asiento de válvula y se inyecta el combustible.
Cuando se desconecta la corriente de excitación, se
cierra de nuevo la aguja de la válvula por la fuerza
del muelle.
Estas válvulas de activación eléctrica inyectan en el
tubo de admisión el combustible, que se encuentra
bajo la presión del sistema. Permiten dosifica r un
caudal de combustible exactamente adaptado a la
necesidad del motor. Se activan a través de etapas
fi nales in tegradas en la unidad de control del motor, con la señal calculada por la gestión del motor.
bina recibe corriente se origina un ca mpo magné-
Salida de combustible
La pulverización del combustible se efectúa me-
Estructura y funcionamiento
diante un disco que posee uno O va rios orificios
Las válvulas electromagnéticas de inyección
pulverizadores. Con estos orificios punzonados se
consigue una alta constancia del caudal de combustible inyectado. El disco de orificios pulverizadores es insensible a sedimentos del combust ible.
La imagen del chorro de combustible saliente resulta de la disposición y cantidad de orificios pulverizadores.
La buena estanqueidad de la válvula en la zona
del asiento está garantizada por el principio de obturación cono/bola.
La válvula de inyección se introduce en la abertura prevista al efecto en el tubo de admisión. El
an illo estanqueizante inferior obtura la válvula de
inyección hacia el tubo de admisión. El caudal de
combust ible inyectado por unidad de tiempo está
determinado en lo esencial por
• la presión reinante en el sistema de alimentación de combustible,
• la contrapresión en el tubo de admisión y
• la geometría de la zona de salida del combustible.
(figura 1) se componen en lo esencial
• del cuerpo de válvula (9) con conexión eléctrica
(8) e hidráulica (1),
• de la bobina del electroimán (4),
• de la aguja móvil de válvula (6) con armadura
del electroimán y bola de obturación,
• del asiento de válvula (10) con el disco con orifi cio pulverizador (7), y del
• muelle (5).
Para garantizar un fun cionamiento sin anomalías)
la válvula de inyección es de acero resistente a la
corrosión en la zona en que conduce combustible.
Un tamiz (3) en la entrada del combustible protege la válvula de inyección contra ensuciamiento.
Conex iones
En las válvulas de inyección empleadas actualmente, la entrada de combustible transcurre en
sentido axial a la válvula de inyección, de arriba
hacia abajo (Top feed ). La tubería de combustible
está fi jada a la conexión hidráulica mediante un
dispositivo de sujeción y apriete. Unas pinzas de
retención proporcionan una fijación segura. El
ani llo obturador (junta toroidal) en la conexión
hidráulica (2 ) estanqueíza la válvula de inyección
frente al distribuidor de combustible.
La conexión eléctrica de la válvula de inyección
está unida con la unidad de control del motor.
Funcionamiento de la válvula
Cuando la bobina está sin corriente, el muelle y la
fuerza resultante de la presión del combustible
aprietan la aguja de la válvula con la bola de obturación contra el asiento de válvula cónico. Con ello
Formas de construcción
En el curso del tiempo se han ido desarrollando las
válvulas de inyección, siendo adaptadas a las crecientes exigencias respecto a la técnica) calidad) fi a-
bilidad y peso. Así se originaron distintas ejecuciones de válvulas de inyección.
Inyección en el tubo de admisión
Válvula de inyección EV6
La válvula de inyección EV6 es la válvula de inyección estándar para los sistemas actuales de inyección (fi guras 1 y 2a). Se caracteriza por sus peque¡las medidas exteriores y reducido peso. Esta válvula de inyección ofrece así el requisito para la
concepción de módulos de admisión compactos.
La EV6 presenta además un buen comportamiento frente a gasolina caliente, es decir, la tendencia a la formación de burbujas de vapor
cuando el combustible está caliente es reducida.
Eso faci lita la apl icación de sistemas de alimentación de combustible exentos de retorno, puesto
que en ellos la temperatura del combustible en la
válvula de inyección es más alta que en los sistemas con retorno. Gracias a sus superficies resistentes al desgaste, la EV6 presenta también una alta
estabilidad a marcha permanente y una larga duración.
Por razón de su alta estanqueidad, estas válvulas
cum plen todas las exigencias del futuro respecto a
"zero evaporation". Es decir, no se evaden de la válvula vapores de combustible en modo alguno.
Para una mejor pulverización del combustible
se desarrolló la va riante (tEV6 con aire envolvente':
También se puede obtener una fina pulverización
Estructura de la válvula electromagnética de
Inyección EV6.
51
Válvulas electromagnéticas de inyección
del combustible de otra manera: en el futuro, además de los discos hoy día utilizados de hasta cuatro orificios se emplearán placas de orifi cios múltiples, con diez o hasta doce orificios. Estas válvulas
de inyección producen una niebla de combustible
muy fi namente pulverizada.
Para diferentes campos de aplicación haya disposición válvulas de inyección de diversos largos
de montaje, distintas clases de paso y propiedades
eléctricas varias. La EV6 también es adecuada para
el empleo de combustibles con un contenido de
etanol de hasta un 85 %.
Válvula de inyección EV 14
El perfeccionamiento de las válvulas de inyección
conduce a la EV 14 (figura 2b). Esta válvu la se basa
en las características de la EV6. Es de construcción
aún más compacta, lo que hace posible su integración en el distribuidor de combustible.
La EV14 está disponible en tres largos de montaje (compacta, estándar y larga). Eso hace posible
la adaptación individual a la geometría del tubo de
admisión del motor.
l
Ejecuciones de válvulas de inyección.
Figura 1
2
3
Conexión hidráulica
Anillos estanquelzantes
8
(Juntas toroidales)
4
S
1
2
3
Tamiz
4
Bobina
5
Muelle
6
Aguja de valvula con
armadura de electro-
9
.man y bola de obtura·
clan
7
DISCO con orificIOde
pulvenzaclon
6
8
Conexión eléctrica
9
Cuerpo de valvula
10 ASiento de válvu la
2
>
'";;¡"
~
7
>
~
le
;;¡
:>
=>
:>
=>
~
~
Figura 2
a
EV6 estándar
b
EV 14 compacta
52
Inyección en el tubo de admisión
Válvulas electromagnéticas de inyección, tipos de inyección
Preparación del chorro
La preparación del chorro de las válvulas de inyección, es decir, la fo rma y el ángulo del chorro, así
como el tamaño de las got itas, inAuye en la formación de la mezcla de ai re y combustible. Geometrías individuales del tubo de ad misión y de la culata hacen necesarias distintas ejecuciones de la
preparación del chorro. Para corresponder a estas
exigencias, haya disposición diferentes variantes
de la preparación del chorro. La figura 3 muestra
las formas de chorro más importantes.
Chorro en forma de cordón
Con un disco que tiene sólo un único orificio de
pulverización se produce un delgado y concentrado chorro de combustible de fuerte impulso
que impide considerablemente la humectación de
la pared del tubo de ad misión. Estas válvulas de in yección son adecuadas para largos recorridos entre
punto de inyección y válvula de adm isión, así
como para tubos de admisión estrechos.
Por razón de la reducida pulverización del combustible, las válvulas de inyección de chorro en
fo rma de cordón se emplean ya sólo en casos excepcionales.
b
Figura 3
a
Chorro doble
La preparació n de un chorro doble se emplea con
frecuencia en motores con dos válvulas de admisión por cilindro. El chorro doble es imprescindiblemente necesario en caso de cilindros con tres
válvulas de admisión.
Las aberturas del disco de orifi cios pulverizadores están dispuestas de tal manera que de la válvula
de inyección salen dos chorros de combustibleque pueden estar compuestos de varios chorros
individuales (dos chorros cónicos) - e inciden delante de las válvulas de admisión o sobre el
puentecillo de separación entre las válvulas de
ad misión.
Angula gamma
Este chorro de combustible (de uno y de dos
chorros) está inclinado en dete rminado ángulo
respecto al eje principal de la válvula de inyección,
el llamado ángulo de dirección del chorro. Las
válvulas de inyección con esta forma de chorro
encuentran aplicación para difíciles condiciones
de montaje.
Formas de chorro.
a
Chorro cónico
Por los orificios del disco pulverizador salen chorros de combustible individuales. La suma de los
chorros forman un cono de chorro.
Un campo de aplicación típico de las válvulas de
chorro cónico lo constituyen motores con sólo una
válvula de admisión por cilind ro. Pero el chorro
cón ico también es adecuado para cilindros con
dos válvulas de adm isión.
Chorro en forma de
cordón
b
Chorro cóniCO
e
Chorro doble
d
Angula gamma
(lao: El 80% del combusti-
Tipos de inyección
e
d
ble se encuentra den-
tro del ángulo (l
liSO: El 50 % del combustible se encuentra den-
tro del angula ((
11:
El 70 % del combusti-
ble en el chorro indiVIdual se encuentra dentro del angulo 1/
y:
Angula de dirección
del chorro
y
Además del tiempo de inyección correcto, la situación de la inyección respecto al ángulo del cigüe¡jal
es otro parámetro para opti mizar los valores de
consumo y de gases de escape. En este caso las posibilidades de variación dependen del tipo de in yección empleado (figura 1).
Nuevos sistemas de inyección ofrecen la posibi lidad de realizar una inyección secuencial o individual para cada cilindro.
Inyección en el tubo de admisión
Inyección simultánea
En la inyección simultánea, todas las válvulas de
inyección son accionadas en el mismo momento.
El tiempo disponible para la evaporación del combustible po r tanto es disti nto para los cilindros. A
fi n de obtener no obsta nte una buena formación
de la mezcla, el caudal de combust ible necesario
para la combustión se divide en dos mitades yes
inyectado una vez por cada vuelta del cigüelial.
Para algunos cil indros, en este ti po de inyección no
se coloca el combustible delante de la válvula de
admisión, sino que se inyecta en la válvula de admisión abierta. El comienzo de inyección está preestablecido de for ma fija.
Inyección en grupo
Enla inyección en grupo, las válvulas de inyección
están reu nidas en dos grupos. Ambos grupos inyectan todo el cauda l de inyección de modo allerno una vez por cada vuelta del cigüelial.
Esta disposición ya hace posible elegir la situación
de la inyección en función de los puntos de servicio y evita en amplias zonas del diagrama característico la inyección no deseada en la válvula de
53
Tipos de inyección
admisión abierta. También aquí el tiempo dispon ible para la evaporación del combustible es distinto
para los dife rentes cili ndros.
Inyección secuencial (SEFI)
El combustible se inyecta de modo individual para
cada cilindro. Las válvulas de inyección se accionan una tras otra en el orden de encendido. El
tiempo de inyección y el comienzo de inyección referido al punto muerto superior del respectivo
cilindro - son iguales para todos los cilindros. Por
eso se inyecta el combustible situándolo con igual
anticipación delante de la válvula de admisión de
cada cilindro.
El comienzo de inyección se puede programar
libremente y adaptar al estado de fu ncionamiento
del motor.
Inyección individual para cada cilindro (CI FI)
Este tipo de inyección ofrece los mayores grados de
libertad. Comparado con la inyección secuencial
ofrece la ventaja de poderse in fluir aquí de modo
individual en el tiempo de inyección para cada cilindro. De ese modo pueden compensarse desigualdades, p.ej. en el llenado de los cil indros.
Tipos de inyección en el lubo de admisión.
-360°
Orden de encendido
a eil. 1
eil.3
eil.4
eil. 2
b
abierta
_ Inyección
t Encendido
e
:~
eil. 1
eil. 3
eil. 4
eil. 2
_ Válvula de admisión
eil. 1
eil.3
eil. 4
eil. 2
-
I
t _
ti ...
t
~
-
Figura 1
a
InyeCCión
b
Inyección en grupo
e
InyeCCión secuencial
Simultánea
(SEFI) e Inyección
Individual para cada
cilind ro (CIFI)
54
Inyección directa de gasolina
Vista general
Inyección directa de gasolina
Los motores de inyección directa de gasolina fo rman la mezcla de aire y combustible en la cámara
de combustión. A través de la válvula de admisión
abierta, durante la carrera de aspiración sólo fluye
el aire de combustión. El combustible se inyecta
directamente en la cámara de combustión mediante válvulas de inyección especiales.
Vista general
La demanda de potentes motores de gasolina cuyo
consumo de combustible fuera a la vez bajo condujo al redescubrimiento de la inyección directa de
gasolina. El principio no constituye ninguna novedad. Ya en 1937 se puso en fun cionamiento un
motor de avión con un sistema mecánico de inyección directa de gasolina. En 1951 por primera vez
J
Figura 1
1
2
Bomba de alta preSión
Empalme de baja
presIÓn
3
4
Tubena de alta presIÓn
Common Rall
(tubo dlstnbUldor de
combustible, raíl)
5
Válvulas de Inyección
6
a alla presión
Sensor de alla presión
7
Bujía de encendido
B
Válvula de control de la
presión
9
Cilindro
Componentes de la inyección directa de gasolina.
se montó en serie un motor de dos tiempos con un
sistema mecánico de inyección directa en un turismo, el "Gutbrod': En 1954 siguió el "Mercedes
300 SL" con un motor de cuat ro tiempos e inyección directa.
La construcción de un motor de inyección di recta
era para aquel tiempo muy costosa. Además, la
técnica planteaba grandes exigencias a los materiales requeridos. La durabi lidad del motor constituía
otro problema.
Todos estos problemas impidieron dura nte mucho
tiempo que la inyección di recta de gasolina pudiera abrirse paso.
Inyección directa de gasolina
Funcionamiento
Los sistemas de inyección directa se ca racterizan
por inyectar a alta presión la gasolina directamente
en la cámara de combustión. Como en el motor
Diesel, la mezcla de aire y combustible se produce
dentro de la cámara de combustión (fo rmación interna de la mezcla).
Generación de alta presión
La e1ectrobomba de combustible impele la gasolina con la presión de prealimentación de 0,3 ...
0,5 MPa (3 ... 5 bares) hacia la bomba de alta presión (figura 1, pos. 1). Esta genera la presión del
sistema en función del punto de servicio (par motor y número de revoluciones exigidos). El combustible que se encuentra bajo alta presión llega al
raíl (4) y se acumula allí.
La presión del combustible se mide con el sensor de alta presión (6) y es ajustado mediante la
válvula de cont rol de la presión (8) a valores entre
5 ... 12 MPa.
Las válvulas de inyección de alta presión (5) están
dispuestas en el raíl , denominado también "Common Rail ': Son activadas por la unidad de cont rol
del motor e inyectan el combustible en la cámara
de combustión del cilindro (9).
Funcionamiento
La elección del modo de fun cionamiento se efectúa por una parte en virtud del número de revoluciones y del par motor solicitado, y por otra, en
virtud de exigencias fu ncionales tales como p.ej. la
regeneración del catalizador acumulador.
Par motor
La masa de combustible inyectada en el fu ncionamiento con carga estratificada es la magn itud determinante del par motor generado. El exceso de
aire hace posible ta mbién a régimen de carga parcial un fun cionamiento no estrangulado, con mariposa muy abierta. Esta medida aminora el trabajo de cambio de carga y reduce así el consumo
de combustible.
En el fu ncionamiento con mezcla homogénea, pobre, de A> 1 Ydistribución homogénea de la mezcla asimismo se obtiene un ahorro de combustible,
mediante una supresión de estrangulación. Este
ahorro, sin embargo, no es tan alto como en el
fun cionamiento con carga estratificada.
En el funcionamiento con mezcla homogénea, de
A::; 1, el motor de inyección directa de gasolina se
comporta en lo esencial del mismo modo que el
motor de inyección en el tubo de admisión.
Tratamiento posterior de los gases de escape
Formación de la mezcla
El combustible inyectado, finamente pulverizado
por la alta presión de inyección, forma con el aire
aspirado la mezcla de aire y combustible en la cámara de combustión. Según el estado de servicio
del motor, se inyecta el combustible de tal modo
que resulta una mezcla homogénea distribuida en
toda la cámara de combustión, de}, ::; 1 (funcionamiento con mezcla homogénea), o una nube de
ca rga estratificada de A::; 1 en la zona de la bujía
de encendido (fun cionamiento con capa estratificada o pobre). El resto de la cámara de combustión en el funcionamiento con carga estratificada
está lleno de aire fresco aspirado, del gas inerte reconducido por la realimentación de gases de escape o de una mezcla de ai re y combustible muy
pobre. De ello resulta una mezcla de aire y combustible muy pobre en total, de }'total > l.
Estas diferentes posibilidades de hacer fun cionar el
motor se denominan modos de fun cionamiento.
Los catalizadores tienen la función de eliminar los
contaminantes contenidos en los gases de esca pe.
El catalizador de tres vías requiere una mezcla de
aire y combustible de composición estequiométrica, para desarrollar su mejor efecto posible. Las
elevadas emisiones de óxido de nitrógeno que se
producen en el fun cionamiento con mezcla pobre
a causa del exceso de aire, se acumulan provisionalmente en un catalizador acumulador de NO, y
son reducidos luego a nitrógeno, dióxido de ca rbono yagua, en un breve funcionamiento con exceso de combustible.
55
56
Inyección directa de gasolina
Raíl, bomba de alta presión
Raíl
Bomba de alta presión
El raíl (tubo distribu idor de combustible) tiene la
función de acumular el combustible suministrado
por la bomba de alta presión y distribuirlo entre
las válvulas de inyección a alta presión. El volumen
del raíl es suficientemente grande para compensar
pulsaciones causadas por la presión en el circuito
de combustible.
Función
La bomba de alta presión (HDP) tiene la fu nción
de comprim ir el combustible sum inistrado por la
electrobomba con una presión de prealimentación
de 0,3 ... 0,5 MPa, poniéndolo a disposición en
cantidad suficiente a la presión de 5 ... 12 MPa
necesaria para la inyección a alta presión.
El raíl es de alumi nio. Las formas de ejecución
(volumen, medidas, peso, etc.) son específicas del
motor y del sistema.
Al arrancar el motor, el combustible se inyecta primeramente con la presión de prealimentación. A
medida que aumenta la velocidad de giro del motor, se incrementa la alta presión. A la vez, una pul-
El raíl tiene emplames para los otros componentes
del sistema de inyección (bomba de alta presión,
válvula de control de presión, sensor de alta presión, válvulas de inyección a alta presión ). El diseíio garantiza la estanqueidad del raíl mismo y de
sus interfaces.
sación lo menor posible de la corriente de alimentación ocasiona una reducida pulsación en el raíl.
La bomba de al ta presión ha de ser refrigerada y
lubricada con combustible, para que el combusti ble suministrado no se mezcle con agente lubricante.
,
Bomba de tres cilindros HOPt (sección longitudinal).
Figura 1
1
Excéntrica
2
Palln
3
Cilindro de bomba
4
Embolo de bomba
(émbolo hueco, en-
trada del combushblel
5
Bola de cierre
6
Válvula de escape
7
Válvula de admiSIÓn
8
13
Empalme de alta
presión hacia el rail
9
Entrada del combustible (baja presión)
10 Anillo elevador
12 ~~~::L
11
11 - - - -j--/
Junla de efecto axial
(retén de anillo deslizante)
12
Junta estática
13 Eje de accionamiento
___~
Invección directa de gasolina
57
Bomba de alla presión
Bomba de tres cilindros HDPl (sección transversal).
Figura 2
(Numeras de posicion Iden!leos a los de la figura 1)
1 Excentrica
2 PalIO
3 Cilindro de bomba
4 Embolo de bomba
6 Válvula de escape
7 Valvula de admision
10 Anillo elevador
Bomba de tres cilindros HDP1
Haya disposición diferentes bombas de alta presión. La figura I muestra una sección longitudinal
y la fi gura 2 una sección transversal de una bomba
de émbolos radiales de tres cilindros HDPI. Impelido por el árbol de levas del motor, el eje de accionamiento (13) gi ra con la excéntrica (1), que origina el movi miento ascendente y descendente del
émbolo (4) en el cilindro de la bomba (3). Durante el movim iento descendente del émbolo flu ye
combustible con la presión previa de 0,3 ...
0,5 Ml'a de la tubería de combustible por el émbolo hueco de bomba, a través de la válvula de admisión (7), al cilindro de la bomba. Durante el
movimiento ascendente del émbolo se comprime
este volumen de líquido. Al alcanzarse la presión
de raíl , se abre la válvula de escape (6) yel combustible es impelido hacia el empalme de alta presión (8).
Mediante el empleo de tres cilindros dispuestos
desplazados en 120· se consigue una reducida pulsación residual en el raíl. El caudal de al imentación
es proporcional al número de revoluciones.
El caudal de alimentación máxi mo de la bomba de
alta presión es algo mayor que el volumen de combustible requerido, a fin de poder poner a disposición un ca udal suficiente y mantener reducido el
calentamiento del combustible en el raíl. La válvula de control de la presión afl oja el combustible
sumi nistrado en exceso y lo dirige a la tubería de
retorno.
Bomba de un cilindro HDP2
La bomba de un cilindro HDP2 es una bomba de
émbolo radial accionada por leva, de caudal de alimentación aj ustable. Durante el movimiento descendente del émbolo fluye combustible con una
presión previa de 0,3 ... 0,5 MPa de la tubería de
combustible, a través de la válvula de admisión, al
cilindro de la bomba. Durante el movimiento ascenden te del émbolo se comprime este volumen
de líquido y, al sob repasarse la presión del raíl, se
impele al interior de éste.
58
Inyección directa de gasolina
Bomba de alta presión, válvula de conlrol de la presión
La cámara de la bomba y la ent rada del combustible comun ica n a través de una válvula de control
del caudal activable. Al abrirse la válvula de control del caudal antes de concluir la carrera de
alimentación, decae totalmente la presión en la
cámara de la bomba y el combustible refluye a la
entrada. De ese modo este componente realiza la
fun ción de la válvula de control de la presión en
sistemas con bomba de tres cilindros HDPI.
Para el ajuste del caudal de alimentación, se cierra
la válvula de con trol del caudal desde el punto
muerto in ferior del émbolo de la bomba hasta una
ca rrera determinada. Una vez alcanzada la presión
de raíl deseada, la válvula de control del caudal se
abre e impide así que siga subiendo la presión en el
raíl.
El caudal máximo de alimentación (l/h) depende del número de revoluciones, de la cantidad
de levas y de la carrera de la leva. El caudal de ali mentación puede ajustarse en fun ción de la demanda mediante la activación de la válvula de
control del caudal.
Válvula de control de la presión
Función
La válvula de control de la presión está dispuesta
entre el raíl y el lado de baja presión de la bomba
de alta presión HDP l. Ajusta la presión deseada en
el raíl mediante una variación de la sección de
paso, di rigiendo al circuito de baja presión el combustible suministrado en exceso por la HDPI.
Estructura y funcionamiento
Una selial modulada de duración de impulsos activa la bobina (figura 1, pos. 3). La bola de la válvula (7) se levanta de su asiento (8) y varía así, según la necesidad) la sección de paso de la válvula.
La válvula de control de la presión está cerrada
mientras no recibe corriente, para asegurar la presión de raíl necesaria también en caso de fallar la
activación eléctrica. Para proteger los componentes contra una presión de raíl inadmisiblemente
alta hay integrada una funci ón limitadora de la
presión.
Una válvula de retención entre la cámara de la
bomba yel raíl impide que decaiga la presión del
raíl al abrirse la válvula de control del caudal.
Vista en sección de la válvula de control de presión.
3
Figura 1
1
Conexión eléctrica
2
Muelle de compresión
3
Bobina
4
Armadura de electro·
5
Anillos estanqueizanles
Imán
&--
(juntas toroidales)
6
7
lIi-- - 5
Orificio de salida
Bola de válvula
8
Asiento de válvula
9
Entrada con tamiz
5
I
I
d~=~~==: :
~---------
9
¡;
ro
";< ,
-~
Inyección directa de gasolina
Sensores de presión de raíl
Aplicación
Los sensores de presión de raíl en el Common Rail
yen los sistemas MED-Motronic miden la presión
del combustible en el acumulador de alta presión,
el "raíl ". El cum plim iento exacto de la presión del
combustible prescrita en el raíl es de suma importancia para la composición de los gases de escape y
la potencia del motor. La presión del combustible
se regula mediante un circuito de regulación. Las
posibles variaciones del valor teórico se compensan med iante una válvula de control de presión o
una válvula de regu lación.
59
Sensores de presión de raíl
0 ... 80 mV, se conduce a un circuito evaluador (2)
en el sensor a través de unas conexiones de enlace.
El ci rcuito amplifica la señal de puente hasta 0 ... 5
V Yla conduce hacia la unidad de control, que a
base de ella calcula la presión con ayuda de una línea característica almacenada (figura 2).
Sensor de presión de raíl (estructura).
2cm
Los valores de tolerancia para este sensor de presión son muy pequeIios. La precisión de la med ición se encuentra por debajo del 2% en el campo
principal de servicio.
H-J.~-- 3
Los sensores de presión del raíl se aplican en los siguientes sistemas de motores:
• Sistellla de i"yecciól/ de aWlIIlIlador Diesel
/(CO",l1lOlI Uníl"
La presión de trabajo máxima Pma,
(presión nominal ) se encuentra a 160 MPa
(1600 ba res).
• Il/yecciól/ directa de gasolil/a MED-MotrO/lic
La presión de trabajo en la inyección directa de
gasolina depende del par y del número de revoluciones. Su valor es de 5 ... 12 MPa
(50 ... 120 bares).
El núcleo del sensor fo rma una membrana de
acero, sobre la que se han metalizado por evaporación unas resistencias de dilatación en puente
(figu ra 1, posición 3). El campo de medición del
sensor depende del espesor de la membrana
(membrana más espesa para mayores presiones,
más delgada para menores presiones).
En cuanto la presión que se desea medir actúa a
través de la conexión (4) sobre un lado de la membrana, las resistencias de dilatación modifica n su
valor de resistencia a causa de la flexión de la
membrana (p.ej. aprox. 20 ~m a 1500 bares). La
tensión de salida producida por el puente, de
1
..
~
{t I'
---
Conexloo eléctrica
(enchufel
5
2
3
CIrCUIto de evaluaCión
Membrana de acero
con resistencias de
~
~
;¡
'=>"
QI)
Curva caracteristica de un sensor de presión de rall (ejemplo).
v ~---------------.
Estructura y funcionamiento
Figura 1
4
dllalaclQn
4
Empalme de presión
S
Rosca de fijación
60
Invección directa de gasolina
Válvula de inyección a alla presión
Válvula de inyección a alta
presión
Función
La válvula de inyección a alta presión representa el
interfaz en tre el raíl y la cámara de combustión. La
función de la válvula de inyección a alta presión es
dosificar el combustible y lograr mediante su pulverización una entremezcla encauzada de combustible y ai re en una zona determinada de la cá mara
de combustión. En función del estado de servicio
deseado se concentra el combustible en la zona alrededor de la bujía de encendido (formando capas) o se pulveriza uniformemente en toda la cámara de combustión (distribución homogénea ).
Estructura de la válvula de inyección a alla presión.
5-
1
Entrada con tamiz fino
Conexión eléctrica
Muelle
4
Bobina
5
Cuerpo
6
--1=
Requisitos
La dife rencia esencial de la inyección directa de gasolina en comparación con la inyección en el tubo
de admisión radica en ser más alta la presión del
combustible y notablemente más corto el tiempo
disponible para introducir el combustible di rectamente en la cámara de combustión.
6
Aguja del inyector con
,.
armadura de
electroimán
7
ASiento de válvula
8
OnfiCIO de salida de la
válvula
7
8
Cuando la bobina es atravesada por corrien te, se
genera un ca mpo magnético. A causa de éste se levanta la aguja de la válvula de su asiento contra la
presión del muelle y deja li bre el orificio de sal ida
de la válvula (8). En virt ud de la diferencia ex istente entre la presión de raíl y la presión de la cámara de combustión, se impele ahora el combustible en la cámara de combustión.
Al desconectarse la corriente, la presión del
muelle aprieta la aguja contra el asiento de válvula
e interrumpe el flujo de combustible.
La válvula abre con la mayor rapidez posible,
gara ntiza durante su apertura una sección constante de paso y cierra de nuevo contra la presión
del raíl. Por tanto el caudal de combustible inyectado depende (con la sección de paso existente) de
la presión del raíl, de la contra presión en la cá mara
de combustión y de la duración de apertura de la
válvula. Gracias a una adecuada geometría del inyector en la pu nta de la válvula, se consigue una
pulverización muy buena del combustible.
A diferencia de la inyección en el tubo de admisión, en la inyección directa de gasolina es inyectado el combustible con más rapidez, más exactitud y una mejor formació n del chorro.
Figura 1
2
3
Estructura y funcionamiento
La válvula de inyección a alta presión (figura 1)
consta de los componentes
• cuerpo (5),
• asiento de válvula (7) ,
• aguja de válvula con armadura de
electroimán (6),
• muelle (3) y una
• bobina (4).
~
~
"
"'"
~
@
Inyección directa de gasolina
La figura 2 muestra los requisitos que ha de cumpli r la válvula de inyección. En la inyección en el
tubo de admisión haya disposición dos vueltas del
cigüeI1al pa ra inyectar el combustible en el tubo de
adm isión. A un número de revoluciones de
6000 min- 1 eso corresponde a una duración de inyección de 20 ms.
1
En la inyección directa de gasolina haya disposición un tiempo notablemente menor. Para el fun cionamiento con distribución homogénea ha)' que
inyectar el combustible durante la ca rrera de admisión. Por consiguiente sólo haya disposición
media vuelta del cigüeI1al para el proceso de inyección. A 6000 min-', eso corresponde a una duración de inyección de 5 ms.
En la in}'ección directa de gasolina) el requerimiento de combustible en ralentí en relación con
el de plena carga es muchísimo menor que en la
inyección en el tubo de admisión (factor 1:12 ). De
ello resulta una duración de la inyección en ralentí
de aproximadamente 0,4 ms.
61
Válvula de inyección a alta presión
reproducible, hay que activar la válvula de inyección a alta presión con un complejo recorrido de
la corriente (fi gura 3). El microcontrolador en la
unidad de control del motor sólo suministra una
se"al digita l de activación (a). Partiendo de esta señal, un elemento especial de excitación genera la
señal de act ivación (b) con la que la etapa final de
potencia activa la válvula de inyección.
Un condensador Booster produce la tensión de activación de 50 ... 90 V. Esta tensión ocasiona una
alta corriente al comienzo del proceso de conexión
y proporciona así una rápida elevación de la aguja
de la válvula (c). Al estar abierta la válvula de in yección (elevación máxima de la aguja), una corriente menor de activación es suficiente para
mantener constante la elevación de la aguja de la
válvula. Con una elevación consta nte de la aguja
de la válvula, el caudal de inyección es proporcional a la duración de la inyección (d).
El tiempo de premagnetización durante el cual
la válvula de inyección todavía no abre se tiene en
cuenta en el cálculo de la duración de la inyección.
Activación de la válvula de inyección a alta
presión
Para garantizar un proceso de inyección definido y
Comparación entre Inyección directa de gasolina e
inyección en el tubo de admisión.
Transcursos de la señal de activación de la válvula
de inyección a alla presión.
~L
I _ __ _
t
i
a
--L.._
I
.....I
1,,",-
b
f \ re"",gnetiz¡JCión 1"",.1"",
1,
,......
Figura 2
_ ,""
Caudal de Inyección como
~
~
~ .~
~5.
wro
ü:i~
O
O
0,4
3,5 5
Tiempo de inyección en ms
20
1- tase
~
Ttempode - inyección
+-t
,....
funCión delllempo de
e
\
w
Inyecclon
Figura 3
'desc
a
d
b
Señal de activacion
Transcurso de la comente en la válvula de
~
'"~
Inyecclon EV6
~
;<
C
Carrera de la aguja
'"
=>
d
Caudal de combustible
:>
Inyectado
62
Inyección directa de gasolina
Procedimientos de combustión
Procedimientos de combustión
La manera con que se efectúa la formac ión de la
mezcla y la transformación en energía dentro de la
cá mara de combustión se denom ina procedimiento de combustión.
En fu nción de! procedimiento elegido se forma n co rrientes de aire. Para conseguir la estratifi cación deseada de la carga, la válvula inyecta el
combustible en la corriente de aire de tal manera
que se eva pora en una zona de! espacio limitada.
La corriente de aire transporta la nube de mezcla
hasta e! punto de encendido a una zona alrededor
de la bujía.
Son posibles dos proced imientos de combustión fundamentalmente distintos.
Condiciones del flujo en los diferentes procedim ientos
de combustión.
Procedimiento de combustión guiado por el
chorro
El procedimiento de combustión guiado por e!
chorro se caracteriza por inyectarse el combustible
en el entorno inmediato de la bujía de encendido,
evaporizá ndose allí (figura la). Eso requiere un
exacto posicionamiento de la bujía de encendido y
de la válvula de inyección, así C0 l110 una precisa
orientación del chorro, para poder encender la
mezcla en e! momento correcto.
En este caso, la ca rga alternativa térmica de la
bujía de encendido es muy elevada, puesto que en
ciertas circunstancias la bujía es humectada directamente por el chorro de inyección.
Procedimiento de combustión guíado por la
forma de la pared
En el procedimiento de combustión guiado por la
forma de la pared se distingue entre dos corrientes
de aire posibles, resultantes de una confor mación
apropiada de los conductos de admisión y del pistón. La vá lvula inyecta e! combustible en la corriente de aire. La mezcla de aire y combustible
que se origina llega con esta corriente como una
nube compacta a la bujía de encendido.
Corriente de vórtice
El aire aspirado por el pistón a través de la válvula
de admisión abierta produce una corriente turb ulenta (movimiento de rotación del aire) a lo largo
de la pared de! cilindro (figura lb). Este procedimiento de combustión se denomina también procedimiento Swirl (en inglés, s\Virl: torbell ino).
Corriente Tumble
En este procedimiento se produce una corriente de
ai re circular (en inglés, tumble: volteo) que, viniendo de arriba, es desviada por una cavidad característica de! pistón y se mueve de nuevo hacia
arriba, en dirección hacia la bujía de encendido
(figura Ic).
Figura 1
a
GUiado por el chorro
b
Corriente Swirl guiada
por la forma de la
pared
e
Corriente Tumble
guiada por la forma de
la pared
Inyección directa de gasolina
Formación de la mezcla
Función
La fun ción de la fo rmación de la mezcla es poner a
disposición una mezcla de aire y combustible in flamabl e, lo más homogénea posible.
Requisitos
En el modo de fun cionamiento "homogéneo" (homogéneo A$; I Ytambién homogéneo pobre), esta
mezcla debe ser homogénea en toda la cámara de
combustión. En el funcio namiento con carga estratifi cada, por el contra rio, la mezcla sólo es ho-
Formación de la mezcla
Formación de la mezcla en func ionamiento con
carga estratificada
Para el funcion amiento con carga estratificada es
decisiva la formación de la nube de mezcla inflamable que en el momento de encendido se encuentra en la zona de la bujía. Para ello el combustible se inyecta durante la fase de compresión de
tal manera que se origine una nube de mezcla, que
por las corrientes de aire dent ro de la cámara de
combustión y por el pistón ascendente es llevada a
la zona de la bujía de encendido. El momento de
inyección depende del número de revoluciones y
del par motor solicitado.
mogénea dentro de una zona limitada, mientras
que en el resto de la cá mara de combustión se encuent ra aire fresco o gas inerte.
Una mezcla de gas o de gas y vapor sólo puede
ser homogénea si está vaporizado todo el combustible. En la vaporización influyen diversos factores:
• la temperatura en la cá mara de combustión,
• el tamaño de las gotas del combustible y
• el tiempo disponible para la vapori zación.
Profundidad de penetración
El tamaño de las gotas del combustible inyectado
depende de la presión de inyección y de la presión
reinante en la cá mara de combustión. Con una
presión de inyección en aumento se pueden logra r
gotas de tamallOmás pequeño, que se vaporizan
con más rapidez. Con una presión invariada en la
cá mara de combustión y una presión de inyección
en aumento se incrementa la profundidad de pe-
Factores de influencia
Influencia de la temperatura
Una mezcla con gasolina es inflamable en el margen de A=0,6 ... 1,6, en fu nción de la tem peratura,
presión y geomet ría de la cámara de combustión
del motor. A bajas temperaturas el combustible no
se vaporiza por completo. Por eso en estas condiciones hay que inyectar más combustible para obtener ulla mezcla inflamable.
Formación de la mezcla en funcionamiento
homogéneo
Para lograr un tiempo lo más largo posible para la
formación de la mezcla, se inyecta el combustible
lo más temprano posible. Por eso en el funciona miento con mezcla homogénea se inyecta ya durante la carrera de admisión, obteniéndose con
ayuda del aire que afluye una rápida vaporización
del combustible y una buena homogeneización de
la mezcla.
netración, es decir, el recorrido que cubre cada
gota hasta su vaporización total.
Si este recorrido cubierto es más largo que la
distancia de la vá lvula de inyección a la pared de la
cá mara de combustión, se humecta la pared del cilindro Oel pistón (humectación de la pared). Si
este combustible depositado en la pared del cilin dro y el pistón no se vaporiza antes del encendido,
no se produce ninguna combustión o ésta es incompleta.
63
64
Inyección directa de gasolina
Modos de funcionamiento
Modos de funcionamiento
Se conocen seis modos de funcionam iento del sistema de inyección directa de gasoli na (figura I):
• func ionamiento con carga estratifi cada,
• func ionam iento con mezcla homogénea,
• func ionamiento con mezcla homogénea pobre,
• func ionamiento con mezcla homogénea)' carga
estratificada,
• fun cionamiento con mezcla homogénea y carga
estratificada antidetonante y
• carga estratificada y calentamiento rápido del
catalizador.
Figura 1
A
funcionamiento con
mezcla homogénea, de
i. = 1:
este modo de funciona-
miento es posible en
todos los campos
B
Funcionamiento con
mezcla pobre o funcionamiento con mezcla
homogenea i. = 1 con
AGR;
Estos modos de funcionamiento hacen posible una
adaptación óptima a cada estado de servicio del
motor. La conmutación del modo de fun cionamiento durante la marcha se efectúa si n cambios
bruscos del par motor y, por tanto, sin que lo advierta el conductor.
Las líneas en el diagrama (fi gura I) muestran
qué modos de fun cionamiento son recorridos en
una aceleración mu y in lensa (alla variación del
par motor sin que de momento varíe el número de
revoluciones) y en una aceleración lenta (variación
pequeña del par motor y número de revoluciones
en aumento).
este modo de funcionamiento también es
posible en los campos
CyD
C
funCionamiento con
carga estratificada con
AGR
Funcionamiento con carga estratificada
En el margen inferior del par motor, a números de
revoluciones de hasta aproximadamente
3000 min-1 el motor fun ciona co n carga estratificada. Para ello, la válvula de inyección inyecta el
Diagrama caraclerislico de modos de funcionamiento de
la inyección directa de gasolina.
Modos de funcionamiento con inyección
doble:
C
funcionamiento con
carga estratificada y
calentamiento rápido
del catalizador; Igual
campo que el de funCionamiento con carga
1
'"
Funcionamiento con
~
lE
mezcla homogénea y
a.
estratificada con AG R
D
A
B
e
ro
carga estratificada
E
Funcionamiento con
mezcla homogénea y
carga estratificada antidetonante
Número de
revoluciones
11
combustible durante la carrera de compresión,
poco antes del mo mento de encendido. Durante el
breve tiempo disponible hasta el momento de encendido, la corriente de aire reinante en la cámara
de combustión transporta la mezcla de aire y combustible preparada a la bujía de encendido. A causa
del retardado momento de inyección la mezcla no
se distribuye en toda la cámara de combustión.
En funcionamiento con carga estrat ificada la
mezcla es muy pobre, considerándola repartida
entre toda la cámara de combustión. Con un gran
exceso de aire, la emisión bruta de NO, es muy
alta. Una alta cuota de realimentación de gases de
escape pone remed io a ello. Los gases de escape reconducidos al cilindro reducen la temperatura de
combustión y disminuyen las emisiones de NO"
dependientes de la temperatura.
Las magnitudes "número de revoluciones" y"par
motor" limitan el fun cionamiento con carga estratin cada. Si el par motor es elevado, se forma holl ín
a causa de una mezcla rica en puntos locales. Si el
número de revoluciones es demasiado alto, no se
puede mantener ya la estratincación de la carga ni
el transporte ordenado de la mezcla a la bujía de
encendido, a causa de la turbulencia excesiva.
Funcionamiento con mezcla homogénea
Al ser altos el par motor y el número de revoluciones, en lugar de la carga estratificada se hace fun cionar el motor de modo homogéneo con Á = I
(en casos excepcionales con), < I}. El comienzo de
la inyección de combustible se encuentra en la carrera de aspiración, pudiéndose distribui r la mezcla de aire y combustible en toda la cámara de
combustión. La masa de combustible inyectada
está dosi fi cada de tal manera que la mezcla de aire
y combustible se encuentra en la relación esteq uiométrica o) en casos excepcionales, con un ligero
exceso de combustible (), ~ I}.
Este modo de funcionamiento es necesa rio en
caso de solicitarse un alto par motor, puesto que
aprovecha toda la cámara de combustión. Por ser
estequiométrica la mezcla de aire y combustible
existente, en este modo de fu ncionam iento la emi sión bruta de contaminantes es baja también.
La combustión, en el fu ncionamiento con mezcla homogénea corresponde ampliamente a la de
la inyección en el tubo de admisión.
Inyección directa de gasolina
Funcionamiento con mezcla homogénea
pobre
Durante la transición de funcionamiento con
Modos de funcionamiento
funcionamiento con carga estratificada y disminuye el consumo de combustible en comparación
con el funcionamiento con mezcla homogénea.
carga estratificada a func ionamiento con mezcla
homogénea puede hacerse trabajar el motor con
mezcla homogénea pobre (), > 1). El consumo de
combustible en funcionamiento con mezcla homogénea pobre es menor que el correspondiente
al func ionamiento con mezcla homogénea de
}, <:; 1, por ser menores las pérdidas por ca mbios de
ca rga al suprimirse la estrangulación.
Funcionamiento con mezcla homogénea y
carga estratificada
Una mezcla homogénea pobre llena toda la cámara de combustión en el func ionamiento con
mezcla homogénea y carga estratificada. Esta mezcla se forma por la inyecc ión de un reducido caudal de combustible durante la carrera de aspiración .
Tiene lugar una segunda inyección (inyección
doble) durante la carrera de compresión. De esa
manera se fOfma una zona más rica en el sector de
la bujía de encendido. Esta carga estratificada se
inflama fácilmente y puede encender con la llama
- de modo similar a un encendido con antorcha-
la mezcla homogénea pobre en el resto de la cámara de combustión.
El funcionamiento con mezcla homogénea y
carga est ratificada se activa por algu nos ciclos duran te la conmutación de fun cionamiento con
ca rga estratifi cada a fun cionamiento con mezcla
homogénea. De esa manera el sistema de mando
del motor puede ajustar mejor el par motor du rante la con mutación y por la apl icación de la
mezcla básica muy pobre, de '¡ > 2, disminuyen las
emisiones de NO,.
El factor de repartición entre las dos inyecciones
es del 75 % ap rox imadamente. Eso significa que el
75 % del combustible se inyecta en la primera inyección, que proporciona la mezcla básica homogénea.
Un fun cionamiento estacionario de la inyección
doble a bajos números de revoluciones durante la
transició n de fu ncionamiento con carga estratifi cada a fu ncionamiento con mezcla homogénea re-
duce la emisión de holl ín en comparación con el
Funcionamiento con mezcla homogénea y
carga estratificada antidetonante
Con el empleo de la inyección doble a plena carga,
en este modo de funcionamiento se puede renuncia r a una variación del ángulo de encendido hacia
"retardo" para evitar el picado, ya que la ca rga estratificada impide la detonación. Del ángulo de
encendido más favorable al mismo tiempo resulta
un par motor más alto.
Carga estratificada y calentamiento rápido
del catalizador
Otro modo de la inyección doble hace posible el
rápido calentamiento del tramo de escape; para
ello, si n embargo, el tramo de escape ha de estar
optimizado a esta aplicación. En este modo, en
funcion amiento con carga estratificada con un alto
exceso de aire se inyecta primeramente durante la
ca rrera de compresión (como en el modo de "fun cionamiento con carga estrati ficada") y luego otra
vez durante la fa se de trabajo. Esta última parte de
combustible se quema muy tarde y calienta en alto
grado el lado de escape y el colector de escape.
Otro caso importante de aplicación es el calentamiento del catalizador de NO, hasta temperaturas
superiores a 650 ·C, para iniciar la eliminación del
azufre del catalizador. Para ello es fo rzosamente
necesaria la inyección doble, puesto que con medidas de calentamiento convencionales no se puede
alca nzar esta temperatura tan alta en todos los casos de servicio.
65
66
Encendido en visión de conjunto
Vista general, desarrollo de los sistemas de encendido
Encendido en visión de conjunto
El motor de gasoLina es un motor de combustión
interna con encendido por chispa. Una chispa enciende La mezcla de aire y combustible comprimida
en la cámara de combustión e inicia así su combustión. Esta chispa de encendido se produce por descarga de un arco voltaico entre los electrodos de la
bujía, que penetra en la cámara de combustión. La
instalación de encendido ha de generar la alta tensión necesaria para el salto de la chispa en la bujía y
cuidar de que la chispa se produzca en el instante
preCISO.
Vista general
Para el proceso de encendido de la mezcla de ai re y
combusti ble son factores importantes
• el ángulo de encendido y
• la energía de encendido.
El ángulo de encendido, referido al punto muerto
superior (PMS) de la posición del cigüeñal, determina el punto de encendido y, por tanto, la inflamación de la mezcla. Influye considerablemente en la
potencia y los gases de escape del motor de gasolina.
Desarrollo de los sistemas de encendido inductivos.
Cooectar.
COfrieote E!fi
• bOOna
-
Sistemas de
er<eróOO
E"",,"Oo
Variac:iCtI del
árY¡uIode
~
de tensión
""""'"f "
lLL a~ ~
f
CCJlVefICklnaI por
bOOna SZ
E""""",,
-.torizado
TZ
Errcerólo
-
electrónico
El
toOarnenle
electrónico vz
=-
Para producir una chispa de encendido en la cámara
de combustión ha de excederse determinada tensión
en la bujía, la "tensión de encendido': Según el punto
de funcionamien to del motor y el estado de la bujía,
se requieren para ello tensiones de encendido de
hasta 30 000 V (p.ej. en turbomotores). Tras el salto
de la chispa se inicia el proceso de combustión por
transmisión de la energía de la chispa a la mezcla.
Para la aplicación en el coche de turismo se ha impuesto el sistema de encendido inductivo (encendido por bobina). En el encendido por bobina, la
energía de encendido se acumula transitoriamente
en el campo magnético de la bobina yen el momento de encendido, después de haber sido transformada en una tensión de encendido suficiente, se
entrega a la mezcla .
Para motores de alta potencia y de carreras existen
también instalaciones de encendido con acumulador
de energía capacitivo. Estas acumulan la energía de
encendido en el campo eléctrico de un condensador.
Desarrollo de los sistemas de
encendido
En el transcurso del tiempo se han ido desarrollando
continuamente las instalaciones de encendido por
bobina a consecuencia de las elevadas exigencias impuestas a la potencia del motor y a la calidad de los
gases de escape. En este desarrollo ha tenido gran
importancia la creciente apl icación de la electrónica
(figura 1).
Encendido en visión de conjunto
Encendido convencional por bobina (SZ)
(1934... 1986)
Un contacto mecánico de ruptor regula el flujo de
corriente por la bobina de encendido (cargar la bobina y efectuar el encendido). Un variador centrífugo mecánico y una cápsula de depresión determinan el ángulo de encendido en fu nción del número
de revoluciones y de la carga (variación mecánica del
ángulo de encendido).
De la distri bución de la alta tensión entre las bujías de encendido se hace cargo un distribuidor mecánico rotatorio (distribución rotatoria de la alta
tensión).
Encendido transistorizado (TZ)
(1965 ... 1993)
El contacto mecánico de ruptor ha sido sustituido
por un transistor de potencia exento de desgaste dispuesto en un bloque electrónico, que es activado por
un sensor inductivo o un sensor Hall. Así se evitan
las anteriores repercusiones negativas por desgaste
de los contactos del ruptor.
67
Desarrollo de los sistemas de encendido
Encendido electrónico (EZ)
(1983 .. 1998)
La distribución de la alta tensión se efectúa todavía
mecánicamente, habiéndose suprimido por el contrario la variación mecánica del ángulo de encendido. El número de revol uciones y la carga se detectan electrónicamente y constituyen magnitudes de
entrada para un diagra ma característico del ángulo
de encendido, depositado en una memoria de semiconductores. Para el mando se precisa una unidad
de control del encendido con un microcontrolador.
Encendido totalmente electrónico (VZ)
(1983 ... 1998)
La distribución de la tensión no se efectúa ya mecánicamente) sino de modo exclusivamente electrónico en la unidad de control del encendido (distribución estática de la tensión). Por tanto, este sistema
no contiene ya ninguna pieza que pueda ser afectada
por desgaste.
Desde 1998 para nuevos lanzamientos ya sólo existen unidades de control del motor en las que están
combinados el encendido totalmente electrón ico y la
inyección de gasolina (Motronic, figura 2).
Dibujo seccional de un motor de cuatro cilindros de inyección directa de gasolina y encendido totalmente electrónico.
1
2
Figura 2
1
Bobina de encendido
de una chispa
2
Bujía de encendido
68
Sistema de encend ido inductivo
Vista general. etapa final de encendido
Sistema de encendido inductivo
La función del sistema de encendido inductivo de
un motor de gasolina es pro porcionar el salto de
la chispa en la bujía de encendido y poner a disposición energía para una chispa suficientemente
larga.
Etapa final de encendido
Función
La eta pa fin al de encendido tiene la fu nción de conectar la corriente en la bobi na de encendido.
Estructura y funcionamiento
Vista general
El circuito de encend ido del sistema de encendido
inductivo consta de los componentes
• etapa fin al de encendido (fi gura 1, pos. 1),
• bobina de encendido (2),
• distribuidor de alta tensión,
• bujía de encendido (4), así como
• medios de unión y ant iparasitarios.
El distribu idor de alta tensión se ha suprimido en
las instalaciones de encendido modernas con distribución estática de la tensión.
La fi gura I muestra la estructura básica del circuito de encendido en el ejemplo de una instalación de encendido por bobi na con distri bución estática de la tensión y bobinas de una chispa.
Estructura del circuito de encendido en el ejemplo de una
instalación de encendido por bobina con distribuciÓn está·
tica de la tensión y bobina de encendido de una chispa.
12V
15
3
4
2
Figura 1
Etapa final de encen·
dldo
2
Bobina de encendido
3
Diodo parachlspas
4
BUJia de encendido
15. 1, 4, 4a Designación de
bornes
..IL
Señal de activaCión de
la etapa final de encendido
4a
4
Las etapas finales de encendido generalmente están estructuradas como transistores de potencia de
tres etapas. Las fun ciones de "limitación de la tensión del primario" y "limitación de la corriente del
primario" están integradas de modo monolítico en
la etapa fi nal de encendido y protegen los componentes del encendido contra sobreca rga.
Durante el funcionamiento se cal ientan la etapa
final y la bobina de encendido. Para no exceder las
temperaturas de servicio admisibles, hay que evacuar la energía disipada originada al ambiente de
modo segu ro mediante medidas corres pondientes,
también a elevadas temperaturas de funcionamiento. La li mitación de corriente del primario ya
sólo tiene la función de limitar la corriente en caso
de un defecto (p.ej. cortocircuito) (función de seguridad).
Hay etapas fin ales de encendido internas yexternas. Las etapas finales internas están integradas en
la placa de circuitos impresos de la unidad de control del motor. Las etapas fin ales externas están situadas en una caja pro pia fuera de la unidad de
control del motor. Por motivos económicos no se
emplean ya etapas fina les externas pa ra los nuevos
desarrollos.
Otra posibilidad, cada vez más uti lizada, es la
integración de las etapas finales en la bobina de
encendido.
Sistema de encend ido inductivo
Bobina de encendido
Función
La bobina acumula la energía de encendido nece-
sa ria y genera la alta tensión para el salto de la
chispa en el momento de encendido.
Estructura
Las bobinas de encendido que corresponden al último estado técnico se componen de dos arrollamientos de cobre acoplados magnética men te
(arrollam iento primario y arrollamiento secundario), de un núcleo de hierro compuesto de chapas
individuales y de un cuerpo de plástico. Según e!
diseño, e! núcleo puede ser de forma cerrada (bobinas compactas) O de forma de barra (bobinas de
barra). La disposición y situación de los arrollamientos primario y secundario dependen de la
respectiva forma de const rucción. Para aumentar
la resistencia de aislamiento, el arrollamiento secu ndario puede esta r realizado como arrollamiento plano O arrolla miento en cá maras.
Para el aislamiento de los arrolla mientos entre
sí y frente al núcleo, e! cuerpo está relleno de resina epoxi. La estructura y el dimensionamiento de
la bobina de encendido están aj ustados al respectivo caso de aplicación.
69
Bobina de encendido
Los arrollamientos primario y secundario de las
bobinas de encendido de una y de dos chispas para
sistemas con distribución estática de la tensión no
están conectados conjuntamente. En la bobina de
encendido de una chispa, un lado del arrollamiento secundario (borne 4a) está aplicado a la
masa, e! otro lado está conectado directamente a la
bujía de encendido. Las dos conexiones del arrollamiento secundario de la bobina de encendido de
dos chispas conducen cada una a una bujía.
Generación de la alta tensión
La unidad de control de! motor conecta la etapa
fina l de encendido dura nte e! tiem po de cierre
calculado en las instalaciones de encendido modernas. Dentro de este tiempo sube la corriente
primaria de la bobina de encendido hasta su valor
teórico, generando ala vez un ca mpo magnético.
Las magnitudes de la corriente y de la inductancia del primario de la bobina de encendido determinan la energía acumulada en el campo magnético.
Funcionamiento
El fu ncionam iento de una bobina de encendido se
basa en la ley de la inducción. La energía acumulada en el ca mpo magnético del arrollamiento pri mario se transmite por inducción magnética al
lado de! secu ndario de la bobina. La corriente y la
tensión son trasladadas de! lado primario al secun dario, transformándose en función de la relación
del número de espiras (relación de transformació n) (figura 2).
En la bobina de encendido de una chispa para sistemas con distribución rotat iva de la alta tensión,
una conexión del arrollamiento primario está
Representación esquemática de bobinas de encendido.
a
e
b
4a
15
I
Figura 2
Para distribUCión rotatOria
de la alta tenSión :
a
Bobina de encendido
de una chispa
B
A
Para distribUCión estatica de
unida con una conexión del secundario, conectán-
la tensión :
dose ambas conjuntamente (circuito económico)
al borne 15 (interruptor de marcha). La otra conexión del arrollamiento primario está conectada
con la etapa final de encendido (borne 1). La segunda conexión del arrollamiento secundario está
unida con e! distribuidor de encendido (borne 4).
b
4
4
4b
>
~
Bobina de encendido
de una ctllSpa
e
"-
Bobina de encendido
de dos chispas
~
~
o
N
:>
"
<lI>
A
lado del prlmano
B
lado del secundariO
70
Sistema de encendido inductivo
Bobina de encendido, distribución de la tensión
En el momento de encendido la etapa fi nal interrumpe el flujo de corriente. A causa del cambio
del campo magnético se induce la tensión secundaria en el arrollamiento secundario de la bobina.
La tensión secundaria máxima posible (oferta de
tensión secundaria) depende de la energía acumulada en la bobina, de la capacidad interna)' de la
relación de transformación de la bobina, de la
carga del secundario (bujía de encendido)' de la
li mitación de la tensión del primario por la etapa
fi nal de encend ido.
Figura 3
a
b
DistribuCión rotatoria
Distribución estática
con bobinas de una
chispa
La tensión secundaria en todo caso ha de ser ma)'or que la tensión necesaria (demanda de tensión)
para el salto de la chispa en la bujía de encendido.
La energía de la chispa tiene que ser lo suficientemente grande para encender la mezcla) también en
el caso de producirse chispas sucesivas. Se producen chispas sucesivas cuando la chispa de encendido es desviada por tu rbulencias de la mezcla,
efectuándose una ruptura.
Al conectarse la corriente en el primario se induce en el arrollamiento secundario tilla tensión
no deseada de aprox. I ... 2 kV (tensión de conexión): tiene una polaridad opuesta a la de la alta
tensión. Ha de impedi rse entonces un salto de la
chispa en la bujía de encend ido (chispa de conexión).
La chispa de conexión se impide eficazmente en
los sistemas con distribución rotatoria de la alta
tensión mediante la distancia disruptiva del distribu idor conectada en serie. En el caso de la distri bución estática de la tensión con bobinas de una
chispa, un diodo (diodo parachispas, véase la fi gura 2b) dispuesto en el circuito de alta tensión
bloquea la chispa de conexión. Finalmente, en la
distrib ución estática de la tensión con bobinas de
dos chispas, la chispa de conex ión es impedida por
la alta tensión disrupt iva de la conexión en serie de
dos bujías de encendido, sin otras medidas adicionales.
Interruptor de
encendido
2
3
Bobina de encendido
DlstnbUldor de
encendido
4
Cable de encendido
5
Bujia de encendido
6
Unidad de control
7
Balena
Al desconectarse la corriente del primario se origina en el arrollamiento primario una tensión de
autoinducción de aprox. 200 ... 400 V.
Distribución de la tensión
Función
La al ta tensión generada en la bobina de encendido ha de estar aplicada en el momento de encendido a la bujía correcta. Esto lo real iza la distribución de tensión.
Distribución rotatoria de la alta tensión
La alta tensión generada por una sola bobina de
encendido (figura 3a, pos. 2) en la distri bución
rotatoria es distribuida de modo mecá nico a las
distintas bujías (5) por un distribuidor de encendido (3).
Este modo de distribución de la tensión )'a no se
aplica en modernos sistemas de gestión del motor.
Principio de la distribución de la tensión.
4
5
1
7 ~
Sistema de encendido inductivo
Distribución estática de tensión
En la distribución estática de la tensión si n distribuidor, electrónica, se han suprimido los componentes mecánicos (figura 3 b). Las bobinas de encendido están unidas di rectamente con las bujías y
la distribución de la tensión se efectúa en el lado
primario de las bobinas de encendido. De este
modo es posible una distribución de la tensión
exenta de desgaste y de pérdidas. Para este modo
de distribución de la tensión existen dos variantes.
Instalación con bobi nas de encend ido de una
chispa
A cada cilindro hay asignada una etapa fi nal y una
bobi na de encendido. La unidad de control del
motor activa la etapa fi nal con arreglo al orden de
encendido.
Como ya no hay pérdidas producidas en el distribuidor, estas bobinas de encend ido pueden ser
de tamaño muy pequeño. Están asentadas preferentemente directa mente sobre la bujía de encendido.
La distribución estática de la tensión con bobinas de encendido de una chispa es apro piada universalmente para molares con cualquier número
de cilindros. No existe ninguna limitación del
margen de variación del ángulo de encendido. La
instalación, sin emba rgo, ha de ser sincronizada
adicionalmente con el árbol de levas a través de un
sensor.
Instalación con bobinas de encendido de dos chispas
Una etapa final y una bobina de encend ido están
asignadas en cada caso a dos cilindros. Los extremos
del arrollamiento secundario están conectados cada
uno a una bujía de encendido en cilindros distintos.
Los cilindros erstán elegidos de manera que durante
la carrera de compresión de un cilindro se encuentre
el segundo exactamente en la carrera de escape (con
un número de cilindros par). En el momento de encendido tiene lugar un salto de chispa en las dos bujías de encendido. Ha de estar asegurado que a causa
de la chispa durante la carrera de escape (chispa de
apoyo) no se inflame gas residual o gas fresco aspirado alguno. De ello resulta una limitación del margen posible de variación del ángulo de encendido.
En cambio, la instalación no ha de estar sincronizada
con el árbol de levas.
71
Distribución de la tensión, bujía de encendido
Bujía de encendido
Función
Con la bujía de encendido se produce una chispa
que inflama la mezcla de aire y combustible en la
cámara de combustión.
Estructura y funcionam iento
La bujía de encendido (figura 4) es un elemento de
paso de alta tensión hacia la cámara de combustión, estanco a los gases, que tiene un aislamiento
cerámico, un electrodo central (1) Yuno o varios
electrodos de masa (2).
La posición del (de los) electrodo(s) de masa determina el ti po de chispa. Si el electrodo de masa
se encuentra enfrente del electrodo central, se habla de una bujía de chispa en el aire (a, b). Si los
electrodos de masa están ajustados a los lados, se
habla de buj ías de encendido de chispa deslizante
al aire (e) o de genuinas bujías de chispa deslizante
(d).
Bujía de encendido (sección parcial) y distancia disruptiva.
r
a
~
b
~
Figura 4
1
ElecttOdo central
2
Electrodo de masa
a
DistanCia dlsruptlva en
el aire con electrodo de
e
cubrimiento
b
Distancia disruptlva en
el aire con electrodo
lateral
e
Distancia dlsrupliva en
el aire o de chiSpa
deslIZante (es posible
d
chispa al aire o chispa
1
deslizante)
~
o.
~
EA
¡¡
"=>
qt>
d
Distancia dlsruptlva de
chispa deslizante
EA
Separación entre
electrodos
72
Bujía de encendido, medios de unión y antiparasitarios
Sistema de encendido inductivo
Después de la interrupción de la corriente primaria en el momento de encendido aumenta la tensión en el arrollamiento secundario de la bobina
dentro de breve tiempo (aprox. 30 ~s, v. fi gura 5)
hasta la tensión de encendido. Al sobrepasarse la
tensión de encen dido necesaria, la distancia disruptiva de la bujía de encendido entre electrodo
central y electrodo de masa se vuelve conductiva.
Las capacitancias cargadas hasta la tensión de encend ido en el circuito secundario (bujía, cable y
bobina de encendido) se descargan de repen te en
fo rma de una cabeza de chispa. A continuación , la
energía acumulada de la bobina de encendido se
convierte durante una duración típica de la chispa
de 1... 2 ms en una descarga lu miniscente (cola de
la chispa). En la fa se de oscilación posterior se
consume la energía residual contenida en la bobina de encendido.
Desgaste de la bujía de encend ido
Durante el fu ncionamiento del motor se desgastan
los electrodos de la buj ía de encendido a consecuencia de erosión por la corriente de las chispas y
corrosión por los gases cal ientes en la cámara de
combustión. La dista ncia entre los electrodos se
vuelve mayor. A causa de ello aumenta la demanda
de tensión de encendido. Hasta el fi n del intervalo
previsto para el cambio de las bujías, esta demanda
Evolución de la tensión con el tiempo en los electrodos
de una bujía de encendido.
kV
15
K
10
" 5
~
"
~
O
aprox.30~
n.
Figura 5
K
Cabeza de la chispa
S
Cola de la chispa
If
Duración de la chispa
O
1,0
2,0
Tiempo
3,0
ms
'"••
8N
""
~
tiene que ser cubierta en todos los casos de servicio de modo seguro por la oferta de tensión secu ndaria de la instalación de encendido.
Medios de unión y
antiparasitarios
Cables de encendido
La alta tensión generada en la bobina de encendido ha de ser conducida a la bujía de encendido.
En el caso de bobinas de encendido que no están
asentadas directamente sobre la bujía, para ello se
emplean cables con aisla miento de plástico resistentes a altas tensiones, en cuyos extremos hay dispuestos unos enchufes adecuados para establecer
el contacto con los componentes de alta tensión.
Dado que toda línea de alta tensión representa
una carga capacitiva para la instalación de encendido reduciéndose por ello la oferta de tensión secundaria, los cables tienen que ser lo más cortos
posible.
Resistencias antiparasita rias, apantallado
Cada salto de chispa en la bujía o el distribuidor de
encendido (con distribución rotatoria de la alta
tensión) es una fuente de perturbaciones a causa
de la descarga en forma de im pulso. Mediante resistencias an ti parasitarias dispuestas en el ci rcu ito
de alta tensión se limi ta la corriente de punta de la
descarga. Para minim izar la radiación perturbadora del circuito de alta tensión, las resistencias
anti parasitarias han de estar lo más cerca posible
de la fuente de perturbación.
Las resistencias antiparasitarias están integradas
normalmente en los capuchones de las bujías, los
enchufes de conexión y, en caso de distribución
rotatoria de alta tensión, también en el rotor del
distribuidor de encendido. Además, existen bujías
de encendido con resistencia aniparasitaria integrada. Un aumento de la resistencia en el lado del
secundario ocasiona, sin embargo, pérdidas adicionales de energía en el circuito de encendido y
por tanto una energía menor de la chispa en la bujía de encendido.
Se puede consegu ir una reducción adicional de
la radiación mediante un apantallado parcial o
completo de la instalación de encendido.
Sistema de encendido inductivo
Tensión de encendido
Energía de encendido
El valor de tensión con el que se produce el salto
de la chispa en los electrodos de la bujía de encendido depende entre otros factores
• de la densidad de la mezcla de ai re y combustible en la cámara de combustión y por tanto
también del momento de encendido,
• de la composición de la mezcla de aire y combustible (coefi ciente de aire, coeficiente
lambda),
• de la velocidad de flujo y turbulencias,
• de la geometría de los electrodos,
• del material de los electrodos y
• de la separación de los electrodos.
La corriente de desconexión y los parámetros de la
bobina de encendido determinan la energía que
acumula la bobina y que luego está a disposición
como energía de encendido en la chispa. La energía de encendido tiene influencia decisiva en la infl amación de la mezcla. Una buena inflamación de
la mezcla es requisito para un fu ncionamiento eficiente del motor y no obstante escaso en anticominantes. Eso impone altas exigencias a la instalación
de encendido.
Ha de estar asegurado que la demanda de tensión
de encendido quede cubierta sin falta por la instalación de encendido.
73
Tensión de encendido, energia de encendido
Balance energético de un encend ido
La energía acumulada en la bobina de encendido
se libera tras el disparo de la chispa de encendido.
Esta energía se divide en dos partes diferentes.
Cabeza de la chispa
La energía Eacumulada en la capacitancia C en el
lado secundario del ci rcuito de encendido y que se
libera de repente en el momento de encendido, aumenta al cuadrado con la tensión U apl icada
(E =1/2 CLP ). La curva representada en la figura 6
muestra por eso un curso de segunda potencia.
Balance energético de un encendido sin pérdidas por derivación , resislencié. e impedancia Zener.
mJ
Energ(a disponible
40
'"E"
.'!l
I
30
~
"
w
20
Figura 6
Cola de la chispa,
descarga ulterior inductiva
10
Los valores energetlcos
rigen para una Instalación
de encendido ejemplar con
una capacidad de la bobina
o
5
10
15
20
25
Tensión de encendido U
30
35
40
de encendido de 35 pF, una
carga exlerna de 25 pF Y
una Inductlvidad del
secundarla de 15 H
74
Sistema de encendido inductivo
Energia de encendido
Cola de la chispa
La energía restante acumulada en la bobina de encendido (parte inductiva) se libera a continuación.
La energía resulta de la diferencia entre la energía
total acumulada en la bobi na de encendido y la
energía liberada por la desca rga capacitiva.
Esto signifi ca: cuanto más alta es la demanda de
tensión de encendido, tanto mayor es la parte de la
energía total que se halla en la cabeza de la chispa.
En caso de una alta demanda de tensión de encendido, por ejemplo a causa de bujías desgastadas, la energía existente en la cola de la chispa no
es ya suficiente en ciertas circunstancias para inflamar por completo una mezcla encendida o volver
a encender mediante chispas sucesivas una llama
que haya sido apagada.
En caso de seguir aumentando la demanda de
tensión de encendido, se alcanza el límite a partir
del cual se producen fallos del encendido. La energía disponible ya no es suficiente para producir un
salto de la chispa y comienza a pulsar en una oscilación amortiguada (fallo del encendido).
Pérdidas por derivación
La figura 6 (pági na anterior) presenta la situación
de modo simplificado. A causa de resistencias
óhmicas en la bobina y en los cables de encendido,
así como de las resistencias antiparasitarias, se producen pérdidas que menoscaban la energía de encendido.
Otras pérdidas se producen a causa de resistencias de derivación. Estas pueden ser causadas por
suciedad en las conexiones de alta tensión, pero
también por incrustaciones y holl ín en la bujía de
encendido, den tro de la cámara de combustión.
La magnitud de las pérdidas por derivación depende de la demanda de tensión de encendido.
Cuanto más alta es la tensión aplicada a la bujía,
tanto mayores son las corrientes que fl uyen a través de las resistencias de derivación.
Inflamación de la mezcla
Para inflamar una mezcla de aire y combustible
mediante chispas eléctricas, en condiciones ideales
(p.ej. en una "bomba de combustión") por cada
encendido individual se requ iere una energía de
aprox. 0,2 m], en tanto la mezcla tenga una com-
posición estacionaria, homogénea yestequiométrica. Mezclas ricas y mezclas pobres requieren en
tales condiciones más de 3 m).
La energía necesaria para inflamar la mezcla es
sólo una parte de la energía total que se halla en la
chispa de encendido, la energía de encendido. Para
generar una descarga eléctrica de alta tensión en el
momento de encendido, con altas tensiones de
paso, en las instalaciones de encend ido convencionales se requieren energías de más de 15m). Para
mantener determ inada duración de la chispa y
para cubrir pérdidas, p.ej. por derivación en la bujía a causa de suciedad, ha de hallarse a disposición
más energía. Así, resultan energías de encendido de
30 ... 50 m) como mínimo. Eso corresponde a una
energía acumulada en la bobina de encendido de
60 ... 120 m).
Turbulencias en la mezcla, como las que se presenta n en el funcionamien to con carga estratificada de la inyección directa de gasoli na, pueden
desviar la chispa de encendido hasta su ruptura.
Luego, para inflamar la mezcla se requieren chispas sucesivas cuya energía ha de prepararse asimismo en la bobina de encendido.
Con mezclas pobres se requiere una energía particularmente alta para poder cubrir la elevada demanda de tensión de encendido y garantizar al
mismo tiempo una duración ventajosamente larga
de la chispa, puesto que al existir una mayor cantidad de aire en la mezcla dismi nuye la facilidad de
encendido.
Si hay demasiado poca energía de encendido a disposición , no se efectúa el encendido de la mezcla.
Esta no puede inflamarse entonces y se producen
fa llos de la combustión.
Por esta razón hay que poner a disposición tanta
energía de encendido, que incluso en condiciones
extremadamente desfavorables se inflame la mezcla de aire y combustible con seguridad. Puede ser
Sistema de encendido inductivo
suficiente que la chispa inRame un pequeño volumen de la mezcla. La mezcla que se inflama junto a
la bujía enciende entonces el resto de la mezcla en
el cilindro e inicia así el proceso de combustión.
Influencias en la calidad del encendido
Una buena preparación y fácil acceso de la mezcla
a la chispa de encend ido mejoran la calidad del encendido, al igual que una larga duración de la
chispa y una gran longitud de ésta, o resp. una
gran separación entre los electrodos. Tiene consecuencias favorables también una turbulencia de la
mezcla, dando por supuesto que exista suficien te
energía para chispas sucesivas posiblemente necesarias. Las turbulencias proporcionan una distribución más rápida del frente de llamas en la cámara de combust ión y, por tanto, una combustión
más rápida de la mezcla en toda la cámara de combustión.
También el ensucia miento de la bujía de encendido tiene importancia. Si las bujías están muy sucias, durante el tiempo en que se genera la alta tensión se evade energía de la bobina de encend ido a
través de la derivación de la bujía (incrustaciones).
Eso ocasiona una reducción de la alta tensión}' un
acortamiento de la duración de la chispa repercutiendo en los gases de escape, y en un caso extremo
- con bujías muy sucias o húmectadas - fa llos
completos del encendido.
Los fallos del encendido ocasionan fallos de la
combustión, que aumentan el consumo de combustible y pueden causar daños en el catalizador.
75
Energia de encendido, punto de encendido
Punto de encendido
Desde el momento de la chispa de encendido hasta
la combustión completa de la mezcla transcu rren
aproximadamente dos milisegundos. Si la composición de la mezcla no varía, este tiempo permanece constante. A medida que aumenta el número
de revoluciones se ha de encender la mezcla cada
vez más temprano - referido al ángulo del cigüeñal.
Si el llenado del cilindro es red ucido, la mezcla
de ai re y combustible es menos inflamable. Eso
causa un mayor retardo del encendido, por lo que
hay que desplazar el ángulo de encendido aún más
hacia avance. Para una entrega óptima del par motor hay que elegir el ángulo de encendido de manera que el punto esencial de la combustión y con
él la punta de presión se encuentre poco después
del punto muerto superior (PM S), evitándose sin
embargo combustiones detonantes (figura 7).
En fun cionamiento con carga estratificada (inyección directa de gasolina), el margen de variación
del punto de encendido está limitado por el fin de
la inyección y el tiempo necesario para la preparación de la mezcla durante la carrera de compresión.
Evolución de la presión en la cámara de combustión con
diferentes ángulos de encendido (punto de encendido).
bar
e
-o
60
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il
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'"
E
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e
Figura 7
"e
Encendido Za en el
'0
.¡¡;
1!
a..
punto correcto
OL-__________
75 0
500
250
~
__
O"
~
____
_25 0
Angula de encendido az
2
~_=J
~
-50" -750
(1)
demasiado avanzado
(combustión
~
=>
@
Encendido Zb
detonante)
3
Encendido
z..
demasiado retrasado
76
Depuración catalítica de los gases de esca pe
Vista general, catalizador de oxidación
Depuración catalítica de los gases de escape
La legislación sobre gases de escape establece límites para la emisión de contaminantes producidos
durante la combustión en el motor de gasolina.
Para poder observar estos límites es preciso tomar
medidas para el tratamiento ulterior catalítico de
los gases de escape.
Vista general
Los gases de escape pasan por el catalizador (fi gura
1, pos. 3) intercalado en el sistema de escape, antes
de que lleguen al exterior. En el catalizador, unos
recubrim ientos apropiados cuidan de que los contaminantes existentes en los gases de escape sufran
una reacción química) siendo convertidos en suslancias inofensivas. Unas sondas lambda (2,4) miden el oxígeno residual con lenido en los gases de
escape. De este modo se puede ajustar la mezcla de
aire y combustible de manera que el catalizador
presente su máxima eficiencia.
Catalizador de oxidación
El catalizador de oxidación co nvierte los hidrocarburos y el monóxido de carbono conlenidos en los
gases de escape por ox idación - es decir, combustión - en vapor de agua y dióxido de ca rbono. El
oxígeno necesario para la oxidación se obliene de
un ajusle pobre de la mezcla (}. > 1) o medianle la
insuflación de aire en el sistema de escape delanle
del catalizador. Los óxidos de nilrógeno no pueden
ser Iransformados por el calalizador de oxidación.
Por primera vez se utilizaron catalizadores de oxidación en vehículos en 1975 en EE.UU., para observa r las disposiciones sobre gases de escape entonces válidas. Hoy día, los catalizadores con propiedades exclusivamente ox idan les sólo se uliliza n
raramente.
En el curso del tiempo han encontrado aplicación
diferentes principios de catalizador. El eSlado actual de la técnica para motores con distribución
homogénea de la mezcla y funcionamienlo con
}. = 1 lo constituye el catalizador de tres vías. Los
motores que funcionan con mezcla pobre necesitan adicionalmente un catalizador acumulador
de NO,.
Tramo del sistema de escape con un calalizador de ¡res vías montado cerca del motor y sondas lambda.
Figura 1
I
Motor
2
Sonda lambda delante
del catalizador
(sonda de dos puntos
Osonda lambda de
banda ancha,
segun el sistema)
3
Catalizador de tres vias
4
Sonda lambda de dos
puntos detrás del calalizador (sólo para sistemas con regulación por
dos sondas lambda)
Depuración catalitica de los gases de escape
Catalizador de tres vías
El catalizador de tres vías es una parte integrante
del sistema de depu ración de los gases de escape
tanto para motores de inyección en el tubo de admisión C0 l110 también de inyección directa de gasolina.
Función
El catalizador de tres vías tiene la función de converti r los tres componentes contaminantes HC
(hidrocarburos), CO (monóxido de carbono) y
NO, (óxidos de nitrógeno) producidos durante la
combustión de la mezcla de aire y combustible, en
componentes inofensivos. Como productos final es
se originan H¡Ü (vapor de agua), CO, (dióxido de
ca rbono) y N, (nitrógeno).
Funcionamiento
La co nversión de los contaminantes (depuración
de los gases de escape) se efectúa en dos fases: el
monóxido de carbono y los hidrocarburos se
transforman por ox idación (ecuae. 1 y 2). El oxígeno necesario pa ra la oxidación o está existente
en los gases de escape como oxígeno residual a
causa de una combustión incompleta, o se toma de
los óx idos de nitrógeno, que de este modo son reducidos a la vez (ecuae. 3, 4).
Las concentraciones de contaminantes en los gases
de escape brutos dependen del coeficiente de aire'\
ajustado (figura 2a). La cuota de conversión de hidrocarburos (HC) y de monóxido de carbono se
incrementa constantemente a medida que aumenta el coefi ciente de ai re (figura 2b). Con }. =1,
la parte de esos componentes contaminantes es todavía muy pequeña. Con un coeficiente de aire
(). > 1) más alto, la concentración de esos contaminantes permanece a este bajo nivel.
La conversión de los óxidos de nitrógeno ( O,)
es buena en el campo de mezcla rica (,\ < 1). La
concentración de NO, más baja se encuentra en el
funcionamiento estequiométrico (,\ = 1). Pero ya
un pequeño aumento de la parte de oxígeno en los
gases de escape a causa del funcionami ento con
}. > 1 impide la reducción de los óxidos de nitrógeno y hace que su concentración aumente de manera muy pronunciada.
77
Catalizador de tres vias
Para que la cuota de conversión del catalizador de
tres vías sea lo más alta posible para los tres componentes contaminantes, éstos deben encont rarse
en un equilibrio químico. Eso exige una composición de la mezcla en la relación estequiométrica de
}. =1,0. La "ventana" (campo de regulación
lambda) en la que ha de encontrarse la relación de
circuito de regulación aire y combustible }" es por
eso muy pequeña. La formación de la mezcla tiene
que seguirse en un circuito de regulación lambda.
Ecuaciones de las reacciones en el catalizador de tres vías.
(1)
2CO
+ O,
-2C0 2
(2)
2 C2 H,
+ 7 O2
- 4C0 2
+ 6 H20
(3)
2NO
+2CO
- N,
+ 2 CO2
(4)
2 N0 2
+2CO
-N,
+2C02 +0 1
Contaminantes en los gases de escape.
a
Campo de regulación lambda
(ventana del catalizador)
b
NO,
Figura 2
e
a
Antes del tratamiento
ulterior calahtlco
(gases de escape
brutos)
b
V).
0,975
... Mezcla
rica
1,0
Q.
tratamiento ulterior
~
1,025
Coeficiente
de aire A
1,05
Mezcla ....
pobre
catahtlco
~
~
""
CI>
Después del
e
Curva caracterlstlca de
tensión de la sonda
lambda de dos puntos
78
Depuración catalítica de los gases de escape
Catalizador de tres vias
Estructura
El catalizador (fi gura 3) se compone de un recipiente de chapa como cuerpo (6), un soporte (5) y
el recubrimiento catalítico activo de metal precioso (4).
Soporte
Como soporte se ha n impuesto dos sistemas:
MOflO/itos cerámicos
Los monolitos cerámicos son cuerpos de cerámica
at ravesados por va rios miles de pequeños canales.
Estos son recorridos por los gases de escape. La cerámica se compone de magnesio-alumin io-sil icato
y es resistente a altas temperaturas. El monolito,
que reacciona de modo extremadamente sensible a
tensiones mecánicas, está fijado den tro de un
cuerpo de chapa. Para ello se emplean esteras minerales de hinchamiento (2), que en el primer calentamiento se expanden permaneciendo en este
estado y sirven al mismo tiempo de elemento estanqueizante frente a los gases de escape.
Los monolitos cerámicos actualmente son los
soportes de catalizador aplicados con más frecuencIa.
Monolitos metálicos
El catal izador metálico es una alternativa delmonolito cerámico. Consiste en un arrollamiento de
una delgada hoja metálica finam ente ondulada de
0,05 mm de espesor, habiendo sido soldado en un
proceso de alta temperatura. Gracias a las delgadas
paredes se pueden disponer más canales sobre una
misma superfici e. Eso significa una menor resistencia para los gases de escape, lo que aporta ventajas para la optim ización del rendim iento de moto res de alta potencia.
Recubrimiento
Los monolitos cerámicos y metálicos requ ieren
una capa de soporte de óxido de aluminio (AI,oJ)'
el "Washcoat" (4). Esta capa aumenta la superficie
act iva del catalizador por el fac tor 7000. La capa
catalítica activa apl icada en catalizadores de oxidación contiene los metales preciosos de plati no y/o
paladio; en catalizadores de tres vías, adicionalmente contiene rodio. El platino y el paladio aceleran la oxidación de los hidrocarburos y 1110nóxido
de carbono; el rodio, la reducción de los óxidos de
nitrógeno.
El contenido de metales preciosos en un catal izador es de aprox. 1... 3 g. Este valor depende de la
cili ndrada del motor.
Catalizador de tres vias con sonda lambda.
Figura 3
I
Sonda lambda
2
Estera de hinchamiento
3
Cubierta doble
calonfuga
4
Washcoat (capa
soporte de A120 S) con
recubrimiento de
metales preciosos
5
Soporte (monolito)
6
Cuerpo
~
"N
~
"'"
~
Depuración catalítica de los gases de escape
Condiciones de servicio
Temperatura de servicio
La temperatura del catalizador tiene muchísima
importancia en la depuración de los gases de escape. En el catalizador de tres vías no se in icia una
conversión de los contaminantes digna de mención hasta alca nzarse una temperatura de servicio
de más de 300 'c. Para altas cuotas de conversión y
una larga duración reinan condiciones de servicio
ideales en el margen de temperaturas de 400 ...
800 'c.
El envejeci miento térmico aumenta notablemente en el margen de 800 ... 1000'C por sinterización de los metales preciosos y de la capa de soporte AI,OJ' lo que ocasiona una reducción de la
superficie activa. El tiempo de servicio ta mbién
tiene gran influencia en este margen de temperatura. Por encima de 1000 ' C el envejecimiento térmico aumenta enormemente y ocasion a la casi
completa ineficacia de! catalizador.
Por funcionamiento incorrecto del motor (p.ej. fallos del encendido), puede subir la temperatura en
e! catalizador hasta 1400 ' C. Tales temperaturas
causan la dest rucción total del catalizador por fusión del material de soporte. Para impedirlo, parti cularmente el sistema de encendido ha de trabajar
de modo muy fi able y exento de mantenimiento.
Los modernos mandos del motor pueden ide ntificar fa llos del encendido y de la combustión. Estos
mandos impiden en caso dado la inyección para el
correspondiente cili nd ro, no llegando así mezcla
alguna sin quemar al sistema de escape.
Combustible sin plomo
Otra condición para un servicio fiable de larga duración es el fun cionamiento del motor con combusti ble sin plomo. Los compuestos de plomo se
posan en los poros de la superficie activa o se depositan directamente sobre ellos y reducen su cantidad. Pero también residuos del aceite del motor
pueden "envenenar" el catalizador, es decir, destruirlo hasta su ineficacia.
Lugar de montaje
Las severas prescripciones sobre gases de escape
exigen conceptos especiales para el calentamiento
del catalizador al arranca r el motor. Esos concep-
Catalizador de tres vlas
tos (p.ej. insuflación de aire secundario, variación
del ángulo de encendido en dirección hacia "retardo") determinan el lugar de montaje del catalizador. Las propiedades del catalizador de tres vías
res pecto a la temperatura de servicio limitan la posibilidad de montaje. Partiendo de las condiciones
térmicas necesarias para una alta transformación,
es indispensable montar el catalizador de tres vías
cerca del motor.
Para el catalizador de tres vías se ha impuesto en lo
esencial su disposición dividida con un catal izador
previo cerca del motor y un catalizador debajo del
piso. Los catalizadores dispuestos cerca del motor
requieren una optimización del recubrim iento en
el sentido de estabilidad respecto a altas temperatu ras; los catali zadores bajo el piso, en el sentido
de "Iow light off" (baja "temperatura de arranque))), así como una buena transformación de
NO,.
Como alternativa existen conceptos con sólo un
catalizador total, montado cerca del motor.
Efectividad
El tratamiento ulterior catalítico de los gases de escape con ayuda del catalizador de tres vías en la actualidad es el procedimiento de depuración de gases de escape más eficaz para el motor de gasolina
con distri bución homogénea de la mezcla, de
A= l. Una parte integrante es la regulación
lambda, que vigila la composición de la mezcla de
aire y combustible. Con el catalizador de tres vías
se puede impedir casi por completo la expulsión
de monóxido de carbono, hidroca rburos y óxidos
de nitrógeno, con una distribución homogénea de
la mezcla y una composición estequiométrica de
ésta. Estas condiciones ideales de servicio, sin embargo, no se pueden mantener siempre. Ello no
obstante, se puede partir por término medio de
una reducción de los contaminantes de más del
98 %.
79
80
Depuración catalítica de los gases de escape
Catalizador acumulador de NO,
Catalizador acumulador de NO,
Función
En los modos de funcionamiento con mezcla pobre el catalizador de tres vías no puede transfor mar por completo los óxidos de nitrógeno (NO,)
que se producen durante la combustión. En este
caso el oxígeno para el proceso de oxidación del
monóxido de carbono y de los hidroca rburos no
se disocia de los óxidos de nitrógeno, sino que se
toma de la alta parte de oxígeno residual contenida
en los gases de escape. El catal izador acu mulador
de NO, descompone los óxidos de carbono de otra
manera.
Estructura y recubrim iento
El catalizador acumulador de NO, está estructurado de modo similar al catalizador de tres vías.
Adicionalmente al recubrimiento con platino, paladio y radio, contiene aditamentos especiales que
pueden acumular óxidos de nitrógeno. Típicos
materiales acumuladores contienen p.ej. óxidos de
potasio, calcio, estroncio, circonio, lantano o bario.
El recubrimiento para la acumulación de NO, y
el recubrimiento del catalizador de tres vías pueden estar colocados sobre un soporte común.
Funcionamiento
Por razón del recubrimiento de metales preciosos,
el catalizador acumulador de NO, en el funcionamiento con }, = 1 actúa como un catalizador de
tres vías. Adicionalmente transforma los óxidos de
nit rógeno no reducidos en los gases de escape pobres. Esta transformación no se efectúa sin embargo de modo continuado como con el monóxido de carbono y los hidrocarburos, sino que
transcurre en tres etapas:
1. Acumulación de NO"
2. desacumulación de NO, y
3. transformación.
Acumulación de O ~
Los óxidos de nitrógeno (NO,) son oxidados de
modo catalítico en la superficie del recubrimien to
de platino convirtiéndose en dióxido de nitrógeno
(NO,). A continuación el NO, reacciona con los
óxidos especiales de la superficie del catalizador y
oxígeno (O,) convirtiéndose en nitratos. Así, p.ej.
el NO, forma con el óxido de bario BaO el compuesto químico de nitrato de bario Ba(NOJ ),
(ecuac. 1). El catal izador acumulador de 0 , acumu la por consiguiente los óxidos de nit róge no que
se originan durante el funcionamiento con exceso
de aire.
Ex.isten dos posibilidades de reconocer cuándo el
catalizador está saturado y ha terminado la fa se de
acumulación:
• El procedimiento basado en un modelo calcula
la cantidad de NO, acumulado, tomando en
cuenta la temperatura del catalizador (fi gura 1,
pos. 4).
• Un sensor de 0 , (6) dispuesto detrás del catalizador de 10 , mide la concentración de NO,
en los gases de escape.
Desacul11ulac ión y transformación del NO,
A medida que aumenta la ca ntidad de óxidos de
nitrógeno acumulados (carga), disminuye la capacidad de seguir ligando óxidos de nitrógeno. A
partir de determinada cantidad tiene que efectuarse una regeneración, es decir, los óxidos de nitrógeno acumulados tienen que ser quitados y
transformados. Para ello se conmuta por breve
tiempo a funcionamiento con mezcla homogénea
rica (A < 0,8). Los procesos para la desacumulación del 0 , y la conversión en nitrógeno y dióxido de carbono se desarrollan por separado.
Como agentes reductores se emplean H" HC y
CO. La velocidad de reacción de la reducción con
HC es la más lenta; con H" la más rápida. La desacumulación - representada a continuación con
monóxido de ca rbono como agente reductor - se
efectúa de manera que el monóxido de carbono
reduce el nitrato (p.ej. nitrato de bario Ba(NO J ),)
convirtiéndolo en un óxido (p.ej. óxido de ba rio
BaO). De ello se originan dióxido de carbono y
monóxido de nitrógeno (ecuac. 2). A continuación
el recub rimiento de rodio reduce los óxidos de nitrógeno mediante monóxido de carbono convir-
Depuración catalítica de los gases de escape
Ecuaciones de las reacciones en la fase de acumulación de NOx (1), fase de desacumulación (2) y
transformación (3).
+ 4 N02 + O2
....
(2) Ba(N0:J)
+ 3 CO
.... 3e0 2 +BaO+2NO
(3) 2NO
+2 CO
(1)
2 BaO
2 Ba(N0:Jz
tiéndolos en nitrógeno y dióxido de carbono
(ecuac. 3).
Existen dos procedimientos diferentes para reconocer el fi n de la fase de desacumulación:
• El procedimiento basado en un modelo calcula
la cantidad de NO, todavía existente en el catalizador acumulador de NO,.
• Una sonda lambda (6) dispuesta detrás del catali zador mide la concen tración de oxígeno en los
gases de escape y señala un salto de la tensión de
"mezcla pobre)) a"mezcla rica))) cuando ha COIlc1uido la desacumulación.
Temperatura de servicio y lugar de montaje
La capacidad de acumulación del catalizador acumulador de NO, depende mucho de la temperatura. Alcanza un máx imo en el margen de 300 ...
400 'C. Por tanto, el margen de temperaturas favorable es muchísimo más bajo que el del catalizador
de tres vías. Por esta razón, para la depuración
81
Catalizador acumulador de NO,
catalítica de los gases de escape hay que utilizar
dos catalizadores separados - un catalizador de
tres vías como catalizador previo montado cerca
del motor (fi gura 1, pos. 3) Yun catalizador acumulador de NO, (5) como cata lizador principal
(catalizador bajo el piso), montado lejos del motor.
Carga de azufre
El contenido de azufre en la gasol ina constituye un
problema para el catalizador acumulador. El azufre
contenido en los gases de escape pobres reacciona
con el óxido de bario (material de acu mulación )
convirtiéndose en sulfato de bario. La cantidad de
material acum ulador disponible para la acumulación de 0 , por tanto disminuye con el tiempo. El
sulfato de bario es muy resistente a la temperatura
y es desi ntegrado sólo en una pequeIia parte durante la regeneración de NO,.
En caso de emplear combustible que con tiene
azufre, de tanto en tanto hay que efectuar una desulfuración. Para ello, mediante la aplicación de medidas apropiadas (aj uste del modo de funcionamiento
de carga estratificada y calentamiento rápido del catalizador) se calienta el catalizador hasta 600 ... 650
'C y luego se somete durante algunos minutos alternativamente a gases de escape ricos (2 =0,95) Ypobres (,l. = 1,05). Entonces el sulfato de bario se reduce nuevamente a óxido de bario.
Sistema de escape con catalizador de tres vias como catalizador previo, catalizador acumulador de NOx postpuesto y
sondas lambda.
Figura 1
1
Motor con sistema de
reahmentacion de
gases de escape
2
Sonda lambda delante
del catalizador
3
Catalizador de tres vias
(catahzador previo)
>
o
M
8
~
"
<1>
4
Sensor de temperatura
5
Catalizador acumulador
de NOx (catalizador
pnnclpal)
6
Sonda lambda de dos
puntos. opCional con
sensor de NO x mte·
grado
62
Depuración catalítica de los gases de escape
Circuito de regulación lambda
Detrás del catalizador puede encontrarse otra
sonda lambda (3b) (regulación con dos sondas).
Esta sonda es siempre una sonda de dos puntos.
Suministra la señal de sonda USb .
Circuito de regulación lambda
Figura 1
1
Medidor de masa de
2
Motor
3a Sonda lambda delante
del catalizador
(sonda lambda de dos
puntos o sonda lambda
de banda ancha)
3b Sonda lambda de dos
puntos detrás del
Función
Con objeto de que en sistemas que trabajan sólo
con un catali zador de tres vías la cuota de transformación sea lo más alta posible para los tres componentes contaminantes) éstos tienen que encontrarse en un equilibrio químico. Eso exige una
composición de la mezcla en la relación estequiométrica de l = 1,0. La "ventana" en la que ha de
encontrarse la relación entre aire y combustible es
por eso muy pequeña. La formación de la mezcla
tiene que seguirse por consiguiente en un circuito
de regulación lambda. Un control de la dosi fi cación de combustible no es suficiente.
Los motores de inyección directa de gasolina se
hacen funcionar también con mezclas cuya composición difiere de la relación estequiométrica.
También la formación de la mezcla de esos sistemas puede guiarse mediante una regulación.
Funcionamiento
Mediante el circuito de regulación formado con
ayuda de una o dos sondas lambda pueden identi-
ficarse 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 (2).
Regulación de dos puntos
La sonda lambda de dos puntos dispuesta delante
del catalizador suministra en el margen rico
(A < 1) una tensión alta yen el margen pobre
(), > 1), una tensión baja Us,. En el margen alrededor de A= 1 se produce un pronunciado salto de
tensión. La sonda lambda de dos puntos sólo
puede distinguir, pues, entre mezcla rica y mezcla
pobre.
Estructura
Una sonda lambda (figura 1, pos. 3a) está dispuesta en el sistema de escape delante del catalizador (4 y 5). La señal de la sonda Us, es conducida
a la unidad de con trol del motor (7). Para este fin
se puede emplea r una so nda de dos puntos (regulación de dos puntos) o una sonda lambda de
banda ancha (regulación lambda permanente).
catalizador
(sólo en caso de necesidad ; para inyección
Esquema funciona! de la regulación lambda,
-~---~---"~-----_.
directa de gasolina: con
sensor NO, integrado)
4
Catalizador prevIo (ca-
Aire
talizador de tres vías)
5
2
Catalizador principal
(para inyección en el
3b
3.
tubo de admisión:
catalizador de Ires vias;
para Inyección directa
de gasolina:
catalizador acumulador
de NO,)
6
Válvulas de Inyección
7
Unidad de control del
VE
I
I
I
I
I
I
Combuslible
6
tW
Uv
U"
motor
8
Señales de entrada
7
_
Tensión de mando de
las válvulas
\'E Caudal de inyección
ttt
I
I
I
__ ______ _ J
~
';!
~
w
;¡
Us Tensión de sonda
Uv
tu..
8
'=>"
<ro
Depuración catalítica de los gases de escape
La tensión de sonda se transforma en la un idad de
cont rol 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, varía su dirección de aj uste con cada salto de tensión
de la sonda. Es decir, por el salto de la magnitud de
ajuste varía la composición de la mezcla primero
"de golpe" y a cont inuación 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 pu ntos se puede regular la mezcla
de aire y combustible a valores lambda alrededor
dd = 1.
La típica "medición errónea" de la sonda
lambda, condicionada por la variación de la composición de los gases de escape, se puede compensa r de modo cont rolado conformando la evolución de la magnitud de ajuste select ivamente de
modo asimétrico (desplazamiento hacia mezcla
rica/mezcla pobre).
Reg ulación lambda constante
La sonda lambda de banda ancha sum inistra una
sellal de tensión constante USa. De este modo se
puede medir no sólo el margen lambda (mezcla
rica O pobre), sino también las desviaciones de
,¡ = 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'¡ = I se pueden medi r 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
,¡ =0,7 ... 3,0. La regulación lambda constan te por
tanto es apropiada para el funcionamiento con
Circuito de regulación lambda
mezclas pobres o ricas de motores de inyección directa de gasolina.
Regulación con dos sondas
La regulación lambda con la sonda delante del catalizador tiene una precisión lim itada, ya que la
sonda está expuesta a notables influ encias med ioambientales. La exposición de una sonda lambda
(3b) detrás del catalizador a estas influencias es
considerablemente menor.
Una regulación lambda con la sonda detrás del catalizador sola sería, sin embargo, demasiado lenta a
causa de los largos tiempos de recorrido de los gases. El principio de la regulación con dos sondas se
basa en que el desplazamiento controlado hacia
mezcla rica o pobre propio de la regulación delante del catalizador es modificado de modo aditivo por un bucle "lento"de regulación correctora.
Regulación lambda en la inyección di recta de
gasolina
El catalizador acumulador de NO, presenta una
doble fu nción. Además de la acumulación de 0 ,
y de la oxidación de HC y CO durante el fu ncionamiento con mezcla pobre, para el funcionamiento
con ,¡ = I es necesaria una función estable de tres
vías, que requiere un míni mo 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 ca talizador acumulador de NO, con el sensor de NO, integrado sirve para la vigilancia del comportamiento combinado de acumulación de 0 , y NO,
(identifi cación del fin de la fase de desacum ulaciónde NO,).
83
84
Depuración catalitica de los gases de escape
Calentamiento del catalizador
Calentamiento del catalizador
Variación del ángulo de encendido en dirección hacia "retardo"
Para mantener reducida la concentración de contaminantes en los gases de escape, el catalizador ha
de alcanzar su temperatura de serv icio lo más rápidamente posible, Eso se consigue entre otras medidas variando el ángulo de encendido en dirección hacia "retardo",
Esta medida empeora el re ndimiento y produce
una mayor cantidad de calor en los gases de escape) que calienta el catalizador.
Insuflación de aire secundario
Mediante una recombustión térmica se pueden
quemar posteriormente las partes integrantes no
quemadas de la mezcla de ai re y combustible existentes en los gases de escape. El oxígeno necesario
para ello ex iste todavía en los gases de escape, si la
composición de la mezcla es pobre. Si la mezcla es
Influencia de la insuflación de aire secundario en las
emisiones de
HG.
ca y
,,
,
o
o
o
o
o
o
o
o"
1
Figura 1
1
Sin Insuflación de aire
secundario
2
Con insuflación de aire
secundano
l'
Velocidad del vehiculo
~I
40
80
Tiempo
120 s
rica) como la que con frecuencia es necesa ria
cuando el motor no tiene aún la temperatura de
servicio) la aportación de aire al conducto de gases
de escape (aire secundario) acelera adicionalmenle
el calentamiento.
Esla reacción exotérmica por un lado reduce los
hid rocarburos)' el monóxido de carbono. Por olro
lado, la combustión ulterior también cal ienta el
catal izador y hace que alcance rápidamenle su
temperatura de servicio. Este proceso aumenta
considerablemente la cuota de transformación en
la fase de calen tamiento y proporciona una rápida
disposición del catalizador para el servicio. La fi gura I mueslra la evolución de la emisión de hidrocarburos y monóxido de carbono duranle los
primeros segundos dellest de gases de escape con
insuflación de aire secunda rio)' sin ella.
La insuflación de aire secundario se efectúa) con
arreglo al nivel actual de la técnica) con bombas
previstas para tal fin, eléctricas.
Inyección posterior
Para motores de gasolina de inyección directa
existe otro procedimiento para calentar rápidamenle el calalizador hasta su 1emperatura de servicio. En el modo de funcionamiento "carga estratifi cada y calentamiento rápido del catalizador»,
funcionando el motor con carga estratifica da con
elevado exceso de aire se efectúa ot ra inyección
dura nle la carrera de trabajo. ESle combuslible se
quema mu)' tarde y calienta en aho grado el lado
de escape y el colector de escape. De esle modo, en
los casos en que no se pueden alca nza r los valores
límile exigidos para los gases de escape con medidas convencionales (va riación del ángulo de encendido hacia "reta rdo") se puede supri mi r la
bomba de aire secundario usual en la inyección en
el tubo de admisión.
Indice alfabético
Indice alfabético
Compresor helicoidal , 29
F
Compresor, 29, 30
Fases de distribución por válvulas, 5
A
Conmutación del árbol de levas, 23
Fases variables de distribución por
Actuador de aire de derivación , 20
Consumo de combustible, 16. 25
Admisión , 4
Control electrónico de la potencia
Vocabulario técnico
Alimentación de combustible, 36
Amortiguador de presión de
combustible, 46
del motor, 21
Corriente de vórtice, 62
Corriente Tumble, 62
válvulas, 22
Filtro de combustible, 36, 44
Funcionamiento con carga estratificada, 64
Funcionamiento con mezcla homogénea
pobre, 65
Corte en marcha por empuje, 17
Funcionamiento con mezcla homogénea y
Angulo gamma, 52
o
Funcionamiento con mezcla homogénea y
Angula de cierre, 19
carga estratificada antidetonante. 65
Angula de encendido, 18
Arrollamiento primario, 69
Depósito colector, 26
Arrollamiento secundario, 69
Depósito de carbón activo, 41
Autoencendido, 19
Depósito de combustible, 36. 46
Depuración catalítica de los gases de
B
escape, 76
Bobina de encendido de dos chispas, 69
Detonación, 19
Bobina de encendido de una chispa, 69
Diagrama característico del ángulo de
Bobina de encendido, 69
encendido, 18
Bomba celular de rodillos, 42
Diagrama p·V, 8
Bomba de alta presión , 56
DiÓxido de carbono. 77
Bomba de canales laterales, 43
Disco de orificios pulverizadores, 50
Bomba de desplazamiento, 42
Dispositivo de mariposa, 21
Bomba de rueda dentada interior, 42
Distribución de la mezcla, 6
Bomba de tres cilindros, 57
Distribución de tensión , 70
Bomba de un cilindro. 57
Distribución estática de la tensión. 71
Bomba hidrodinámica, 43
Distribución por válvulas completamente
Bomba periférica, 43
Bomba previa, 42
Bujia de encendido, 71
variable, 24
Distribución rotatoria de la alta tensión, 70
Distribuidor de combustible, 37, 45
Distribuidor de encendido, 70
e
Downsizing, 33
Cabeza de la chispa, 73
Duración de la chispa, 75
Cable de encendido, 72
Carga de azufre, 81
Carga estratificada y calentamiento rápido
del catalizador. 65
E
Electrobomba de combustible, 36, 42
Electrodo central, 71
Carga estratificada, 6
Electrodo de masa, 71
Catalizador acumulador de NO" 80
Emisión de óxidos de carbono, 25
Catalizador bajo el piso, 79
Encendido convencional por bobina , 67
Catalizador de oxidación , 76
Encendido electrónico. 67
Catalizador de tres vías, 76, 77
Encendido externo, 66
Catalizador previo, 79
Encendido totalmente electrónico, 67
Catalizador, 76
Encendido transistorizado, 67
Chispas sucesivas, 74
Energía de encendido, 73
Chorro cónico, 52
Enfriamiento del aire de
Chorro doble, 52
Chorro en forma de cordón, 52
Cilindro, 4
Circuito de baja presión, 39
Circuito de regulación lambda, 82
Coeficiente de aire, 6, 15
Cola de 'a chispa, 74
Common Rail , 55
Compresor de desplazamiento positivo, 29
Compresor dinámico , 29
sobrealimentación , 33
Etapa final de encend ido, 68
carga estratificada, 65
Funcionamiento con mezcla homogénea. 64
85
86
Indice alfabético
G
p
S
Gas final, 19
Paladio, 78
Sensor de presión de raíl. 59
Gas fresco, 12
Par motor, 7
Sistema de alimentación de
Gas inerte. 13
Película en las paredes, 17
Gas residual, 13
Pérdidas de calor, 9
Sistema de encendido inductivo. 68
Generación de alta tensión, 69
Pérdidas por cambio de carga, 9
Sistema de inyección central , 35
Geometría variable dellubo de
Pérdidas por derivación , 74
Sistema de inyección individual, 34
Pérdidas por estrangulación, 23
Sistema de retención de vapores
admisión, 27
Pérdidas por fricción , 9
combustible, 37
de combustible, 41
H
Platino. 78
Sobrealimentación dinámica, 26
Hidrocarburos, 77
Potencia, 7, 16
Sobrealimentación mecánica. 29
Humectación de las paredes, 17
Preparación del chorro, 52
Sobrealimentación por resonancia, 27
Presión de prealimentación , 56
Sobrealimentación por tubo oscilante de
Presión de sobrealimentación, 29
admisión, 26
Insuflación de aire secundario, 84
Presión del sistema, 37
Sobrealimentador VST, 32
Intersección de las válvulas, 14
Procedimientos de combuslión, 62
Sobrealimentador VTG, 31
Inyección directa de gasolina, 54
Proceso de cuatro tiempos, 4
Sobrealimentador Wastegate, 31
Inyección doble, 65
Punto de encendido, 18. 70, 75
Sonda lambda de banda ancha, 83
Inyección en ellubo de admisión, 48
Punto mueno inferior, 4
Sonda lambda de dos puntos, 83
Inyección en grupo, 53
Punto mueno superior, 4
Sonda lambda, 76, 82
Inyección individual para cada cilindro, 53
Inyección posterior, 84
R
Inyección secuencial, 53
Raíl, 55, 56
Inyección simultánea, 53
Realimentación de gases de escape
l
Lambda, 6
Realimentación de gases de escape
Legislación sobre gases de escape, 76
Realimentación exterior de gases de
(AGR), 25
Limitación de la corriente del primario, 68
interna, 14, 23
escape, 25
limite de funcionam iento pobre, 15
Recubrimiento de metales preciosos, 78
Llenado de aire, 12
Regulación con dos sondas, 83
llenado del cilindro, 12
Regulación contra la detonación, 19
Longitud de la chispa, 75
Regulación de dos puntos, 83
Regulación lambda constante, 83
M
Regulación lambda, 83
Marcha con freno motor, 17
Regulador de presión de
Mariposa, 20
Medidor de masa de aire, 49
combustible, 36, 45
Relación de aire y combustible, 15
Mezcla de aire y combustible, 6
Relación de aire, 6
Modos de funcionamiento, 64
Relación de compresión, 6
Monolitos, 78
Relación estequiométrica, 15, 82
Monóxido de carbono, 77
Rendimiento volumétrico, 14
Rendimiento, 8
N
Resistencia aniparasitaria, 72
Nitrógeno, 77
Radio, 78
Nube de mezcla, 63
o
Oxidación , 77
Oxidas de nitrógeno, 77
indice de vocabulario
T
Tensión de encendido, 72, 73
Abreviaturas
Tiempo de combustión, 5
A
Tiempo de compresión, 4
AGR : Realimentación de gases de escape
Tiempo de escape, 5
Tipos de inyección, 53
e
Tuberías de combuslible, 46
CIFI; Cylinder Individual Fuellnjection
Tubo de admisión, 26
CO; Monóxido de carbono
Turbina de gases de escape, 30
CO 2; Dióxido de carbono
Turboalimentación por gases de escape, 30
Transformación, 77
E
EGAS: Pedal acelerador electrónico
U
EV; Válvula de inyección
Unidad de montaje en el depósito, 40
E2; Encendido electrónico
V
H
Vacio delturbosobreafimentador, 33
HC: Hidrocarburos
Válvula AGR, 25
HDP: Bomba de alta presión
Válvula de admisión, 4, 49
Válvula de control de la presión , 55, 58
N
Válvula de control del caudal, 58
NO.; Oxidos de nitrógeno
Válvula de escape. 5
Valvula de inyección a alta presión, 60
p
Válvula de inyección, 49
PMI : Punto muerto inferior
Válvula de retención, 36, 58
PM5: Punto muerto superior
Válvula electromagnética de inyección, 50
Válvula regeneradora. 41
S
Válvulas del cilindro, 4
5EFI : Sequential Fuel lnjection
Variación de las fases del árbol de levas, 22
52: Encendido por bobina
Variación del ángulo de encendido, 84
T
W
T2; Encendido transistorizado
Washcoat, 78
V
VST: Turbina variable de corredera
VTG : Geometría de turbina variable
V2: Encendido totalmente electrónico
Abreviaturas
87
I
Núm. de pedido 1 987722420
I
AA/ POT·02.02 -Es