Sistemas de alimentación

 

            Introducción

                        En los motores de combustión interna alternativos se produce una combustión producto del aire y combustible que entra en el cilindro. El aire es tomado del exterior y canalizado convenientemente, se hace a través de un filtro purificador para llevarlos a los cilindros. El combustible es aspirado del depósito por medio de una bomba y enviado junto con el aire a los cilindros, donde se desarrolla la combustión, ver la figura 24.

 

            En los motores de explosión, la mezcla de aire y combustible que se introduce en los cilindros ha de estar convenientemente dosificada y pulverizada para que la combustión se desarrolle de una manera rápida y eficaz, para obtener así la mayor potencia posible del motor.

 

            El conjunto de todos los elementos que intervienen en la fase de llenado del cilindro forman el sistema de alimentación, por lo que este sistema es el que abastece al vehículo.

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Figura 24: Esquema del sistema de inyección.

            Sistema de alimentación

            El sistema de alimentación es el encargado de llevar el combustible hasta los inyectores y el sistema de inyección es el encargado de que la gasolina entre en la cámara de combustión en el momento justo, en la cantidad adecuada y convenientemente pulverizada.

            Para que el combustible llegue en perfecto estado a la combustión debe haber algunos elementos intermedios que realicen adecuadamente su trabajo como pueden ser:

  • Depósito: almacena el combustible.
  • Bombas: gestionan la distribución del combustible.
  • Filtros: eliminan partículas indeseables en el combustible.
  • Canalizaciones: permiten el transporte de combustible, generalmente del depósito hasta el inyector.
  • Regulador: se ocupa del control del combustible en si.

            Dependiendo del vehículo, este puede tener más de un deposito, por lo que tendrá como mínimo dos bombas una que se encarga del transvase de un deposito al deposito nodriza, el cual nunca debe de estar vacío, y la otra bomba denominada bomba de alta presión se encarga de garantizar a la rampa la inyección de caudal y presión suficiente para el correcto funcionamiento del motor.

            El regulador son los denominados inyectores los cuales son gestionados por la central electrónica del motor. Estos inyectores tienen una repercusión en cuanto al nivel del consumo del vehículo y el nivel de contaminante, ya que si el consumo es elevado también se elevan los contaminantes. En función de las variables del motor como por ejemplo el número de revoluciones por minuto, la centralita ordena la apertura de los inyectores durante unas milésimas de segundo, hay que decir que es vital tener controlada la presión de alimentación a través de un regulador de presión para que el motor funcione en sus óptimas condiciones de trabajo. La variable que controla el regulador de presión es el incremento de presión que existe entre la rampa y el colector de admisión. También existe un regulador del conducto de retorno para que el combustible no utilizado vuelva al depósito.

            Tras haber comentado brevemente el sistema de alimentación nos centraremos ahora en el sistema de inyección directa de gasolina, ya que cumple con las dos funciones antes comentadas: reducir el consumo de combustible y con este también las emisiones contaminantes de escape. Los inyectores de un motor de gasolina MPI suelen estar en el colector de admisión, la gasolina es inyectada por delante de la válvula y se mezcla  con el aire de admisión en cada tobera del colector de admisión (ver fig. 25). Dicha mezcla debe estar en la exacta relación estequiométrica para su correcta explosión.

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Figura 25: Circulación de aire y combustible.

            Con la inyección directa de gasolina se consigue una alimentación del carburante en cada ciclo de trabajo de los pistones así como un preciso control del tiempo que se necesita para preparar la mezcla de aire y combustible. En la condiciones de carga parcial, el combustible es inyectado muy cerca de la bujía y con una turbulencia cilíndrica, denominada efecto tumble, al final de la fase de compresión mientras el pistón se desplaza hacia el punto muerto superior.

Ventajas del sistema

  • Desestrangulación en los casos de mezcla estratificada ver la figura 26. Por lo que se permite tener la mariposa más abierta y aspirar más aire.

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Figura 26: Desestrangulación en la mezcla estratificada.

  • En el modo estratificado el motor trabaja consiguiendo una reducción de consumo de combustible considerable.
  • En el modo mezcla estratificada la combustión tiene lugar en la zona próxima a la bujía, por lo que perdemos menos calor cedido a la pared del cilindro aumentando así el rendimiento térmico del motor (ver fig. 27).

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Figura 27: Combustión próxima a la bujía, modo estratificado.

  • Cuando el motor trabaja con baja re-circulación de gases y necesita aspirar más cantidad de aire se abre un tanto más la mariposa de gases, ver figura 28. De este modo se aspira el aire superando una baja resistencia y disminuyen las perdidas por estrangulamiento.

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Figura 28: Movimiento de la mezcla.

  • La inyección directa en el cilindro extrae calor del aire de admisión provocando un efecto de refrigeración.
  • Se puede reducir el régimen de ralentí y se facilita el arranque en frío porque al reanudar la inyección el combustible no se deposita en las paredes de la cámara de combustión.
  • Se aprovecha bastante el combustible ya que es transformado en energía de inmediato. El motor funciona muy estable incluso a regímenes de ralentí bajos.

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Figura 29: Margen para la formación de la mezcla.

Inconvenientes del sistema

  • El principal inconveniente del sistema de inyección directa de gasolina era la contaminación de los gases, ya que los óxidos de nitrógeno que se producen en la combustión del modo estratificado y en el modo homogéneo-pobre no pueden ser transformados a través del catalizador en otros gases menos nocivos. Por lo que desarrollaron un nuevo catalizador-acumulador de NOx para acumular el oxido nítrico en el catalizador y se transforme en nitrógeno. En la figura 30 podemos ver las emisiones con relación aire/combustible.

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Figura 30: Gráfica de emisiones con relación aire/combustible.

  • Otro conveniente a resaltar es el azufre en la gasolina. El azufre tiene gran similitud química con el oxido nítrico, por lo que el azufre también se almacena en el catalizador ocupando el sitio para el oxido nítrico. En la figura 31 se comparan distintas gasolinas para apreciar el contenido de azufre sobre la capacidad de acumulación del catalizador-acumulador de NOx.

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Figura 31: Distintas gasolinas y contenido de azufre.