IntroduccinLainyeccin de combustiblees un sistema de alimentacin demotores de combustin interna, alternativo alcarburadoren los motores de explosin, que es el que usan prcticamente todos los automviles europeos desde 1990, debido a la obligacin de reducir las emisiones contaminantes y para que sea posible y duradero el uso delcatalizadora travs de un ajuste ptimo del factor lambda. El sistema de alimentacin de combustible y formacin de la mezcla complementa en los motores Otto al sistema deEncendido del motor, que es el que se encarga de desencadenar la combustin de la mezcla aire/combustible.

Este sistema es utilizado, obligatoriamente, en elciclo del diseldesde siempre, puesto que el combustible tiene que ser inyectado dentro de la cmara en el momento de la combustin (aunque no siempre la cmara est sobre la cabeza del pistn).

En los motores degasolinaactualmente est desterrado el carburador en favor de la inyeccin, ya que permite una mejor dosificacin delcombustibley sobre todo desde la aplicacin del mando electrnico por medio de un calculador que utiliza la informacin de diversos sensores colocados sobre el motor para manejar las distintas fases de funcionamiento, siempre obedeciendo las solicitudes del conductor en primer lugar y las normas de anticontaminacin en un segundo lugar.

En un principio se usaba inyeccin mecnica pero actualmente lainyeccin electrnicaes muy comn enmotores disel.

Los sistemas de inyeccin se dividen en: Inyeccin multipunto y monopunto: Para ahorrar costos a veces se utilizaba un solo inyector para todos los cilindros, o sea, monopunto, en vez de uno por cada cilindro, o multipunto. Actualmente, y debido a las normas de anticontaminacin existentes en la gran mayora de los pases, la inyeccin monopunto ha cado en desuso. Directa e indirecta. En los motores de gasolina es indirecta si se pulveriza el combustible en el colector o mltiple de admisin en vez de dentro de la cmara de combustin, o sea en el cilindro. En los disel, en cambio, se denomina indirecta si se inyecta dentro de una precmara que se encuentra conectada a la cmara de combustin.

En los motores disel el combustible debe estar ms pulverizado porque se tiene que mezclar en un lapso menor y para que la combustin del mismo sea completa. En un motor de gasolina el combustible tiene todala carrera de admisin y la de compresinpara mezclarse; en cambio en un disel, durante las carreras de admisin y compresin slo hay aire en el cilindro. Cuando se llega al final de la compresin, el aire ha sido comprimido y por tanto tiene unas elevadas presin y temperatura, las que permiten que al inyectar el combustible ste pueda inflamarse.

Debido a las altas presiones reinantes en la cmara de combustin se han diseado entre otros sistemas, elCommon-Raily el elementobomba-inyectora fin de obtener mejores resultados en trminos de rendimiento, economa de combustible y anticontaminacin.

En el presente trabajo se desarrollara el sistema CommonRail de inyeccin electrnica en motores disel.Sistema de Inyeccin electrnica Common-RailEl sistema deCommon-Railoconducto comnes un sistema de inyeccin electrnica de combustibleparamotores diseldeinyeccin directa en el que el gas oles aspirado directamente del depsito de combustible a una bomba de alta presin y sta a su vez lo enva a un conducto comn para todos los inyectores y por alta presin alcilindro.El sistema de inyeccin de combustible Common-Rail est compuesto por sensores que detectan el estado del motor diesel, una unidad de control electrnico del motor (ECU del motor) que controla el sistema de acuerdo a las seales de estos sensores y actuadores que actan con arreglo a los comandos de control enviados por la ECU del motor. La ECU del motor desempea actividades como el control de la inyeccin de combustible, el control de la velocidad de ralent y la recirculacin de los gases de escape. Adems, la ECU del motor est equipada con varios modos de autodiagnstico que simplifican la deteccin y la resolucin de los problemas.En el sistema de inyeccin de combustible tipo Common-Rail, la bomba de alimentacin suministra el combustible presurizado, almacenado en el Common-Rail e inyectado a travs de los inyectores tipo solenoide.

La ECU del motor enva seales a las vlvulas de solenoide en los inyectores para controlar el tiempo y la cantidad de la inyeccin de combustible.En el sistema de inyeccin de combustible tipo Common-Rail, el combustible presurizado (aproximadamente 1800 bar.) es suministrado por la bomba de alimentacin y se almacena en el Common-Rail. As, el sistema garantiza una presin de inyeccin estable en todo momento, incluso a bajas velocidades, sin verse afectada por la velocidad del motor o la carga.

La ECU del motor monitoriza la presin interna del Common-Rail por medio del sensor de presin del ral, y acciona la vlvula de control de succin para soltar combustible, permitiendo as que el combustible en el Common-Rail alcance la presin deseada. Adems, el sistema usa una vlvula limitadora en el Common-Rail para evitar que se incremente en exceso la presin del combustible en el Common-Rail. La ECU del motor enva seales a los inyectores tipo solenoide, que usan vlvulas de solenoide para abrir y cerrar los tubos de combustible. Ya que estos inyectores tipo solenoide pueden controlar de modo preciso la cantidad y el tiempo de inyeccin de combustible, pueden suprimir la generacin de humo negro, nico para los motores diesel.Adems, el sistema divide la inyeccin de combustible en dos partes, la inyeccin piloto seguida de la inyeccin principal. Esto permite que la combustin comience con suavidad durante la inyeccin principal, reduciendo con eficiencia la vibracin y el ruido.

BOMBA DE ALIMENTACION

Bomba de alimentacin: Saca el combustible del depsito, lo presuriza (a aproximadamente 1800 bar) y lo enva al Common-Rail.Vlvula reguladora: Devuelve el combustible al depsito cuando la presin de combustible entre la bomba de alimentacin y la vlvula de control de succin es superior a un valor predeterminado.Vlvula de control de succin: Regula la cantidad de combustible enviada al Common-Rail.Embolo: Se mueve constantemente a toda velocidad para presurizar el combustible en la cmara de alta presin.Vlvula de descarga: Detiene el retroflujo de combustible desde el lado de la descarga cuando se succiona el combustible a la cmara de alta presin.Vlvula de succin: Evita el retroflujo del combustible, que est presurizado en la cmara de alta presin.

Funcionamiento de la bomba de alimentacin:

La rotacin del rbol de levas de la bomba de alimentacin que se corresponde con el cigeal se convierte en dos movimientos: Uno es el funcionamiento de la bomba de alimentacin, que saca el combustible del depsito hasta la bomba de alimentacin, y el otro son los movimientos recprocos de dos mbolos opuestos alternativamente hechos por la leva en el eje.La vlvula de control de succin con control electrnico, localizada entre la bomba de alimentacin y la cmara de alta presin, regula la cantidad de combustible enviada a la cmara de alta presin segn las seales recibidas desde la ECU del motor.

Los dos mbolos se mueven recprocamente para alternar las siguientes funciones: retirar combustible pasando por la vlvula de control de succin hacia la cmara de alta presin, y presurizar el combustible envindolo luego al Common-Rail. En otras palabras, cuando la cmara de alta presin realiza el paso de succin de combustible, la otra est realizando la compresin de combustible. Estos movimientos permiten que la bomba de alimentacin realice dos movimientos de bombeo de combustible mientras que los inyectores inyectan combustible dos veces durante cada revolucin del motor, manteniendo de este modo una presin constante de combustible en el Common-Rail. Adems, el sistema permite el adecuado uso de las seales, que son enviadas por el sensor de presin del ral localizado para realizar el control de retroalimentacin.

VALVULA DE CONTROL DE SUCCION

La vlvula de control de succin, que es una vlvula solenoide lineal que funciona bajo el control del coeficiente de utilizacin, est montada en la bomba de alimentacin. La vlvula de control de succin controla la cantidad de combustible que fluye desde la bomba de alimentacin a la cmara de alta presin, basndose en las seales de actuacin emitidas por la ECU del motor. Cuando la relacin del coeficiente de utilizacin ON es inferior, se incrementa la apertura de la vlvula. A continuacin, la cantidad de combustible que fluye al Common-Rail se incrementa as como la presin de combustible en el Common-Rail.Cuando la relacin del coeficiente de utilizacin ON es mayor, se reduce la apertura de la vlvula. A continuacin, la cantidad de combustible que fluye al Common-Rail se reduce as como la presin de combustible en el Common-Rail.

CONTROL DE PRESION DEL COMBUSTIBLE

Basndose en las seales enviadas por varios sensores, la ECU del motor calcula la presin de inyeccin de combustible ptima que se ajusta a las condiciones de funcionamiento. A continuacin, acciona la vlvula de control de succin para controlar la presin de inyeccin de combustible.

Basndose en la seal enviada por el sensor del ngulo del cigeal y la cantidad de inyeccin de combustible, la ECU del motor calcula la presin de inyeccin de combustible. A continuacin, acciona la vlvula de control de succin para controlar la presin de inyeccin de combustible.Para controlar de modo apropiado la presin de inyeccin de combustible, la ECU del motor lleva a cabo el control de retroalimentacin de la presin de inyeccin de combustible usando las seales proporcionadas por el sensor de presin del ral.Este sistema puede mantener una presin de inyeccin de combustible alta sin verse afectado por la velocidad del motor, lo que reduce la cantidad de partculas de materia y NOx emitidas a bajas velocidades del motor.

CONTROL DE LA CANTIDAD DE INYECCION DE COMBUSTIBLE

Basndose en las seales enviadas por varios sensores, la ECU del motor calcula la cantidad de inyeccin de combustible ptima que se ajusta a las condiciones de funcionamiento. A continuacin, controla la cantidad de inyeccin de combustible accionando las vlvulas de solenoide de los inyectores localizadas en los cilindros.Diagrama de configuracin del sistema

La ECU del motor compara la cantidad bsica y mxima de inyeccin de combustible. A continuacin, usa la cantidad de inyeccin de combustible menor para calcular la cantidad de inyeccin deseada, lo que se consigue controlando el tiempo de actuacin de las vlvulas de solenoide en los inyectores. Cuanto mayor sea el tiempo de actuacin de las vlvulas de solenoide, mayor ser la cantidad de inyeccin. Por el contrario, cuanto menor sea el tiempo de actuacin de las vlvulas de solenoide, menor ser la cantidad de inyeccin.

CONTROL DE TIEMPO DE INYECCION DE COMBUSTIBLE

Basndose en las seales enviadas por varios sensores, la ECU del motor calcula el tiempo de inyeccin de combustible ptima que se ajusta a las condiciones de funcionamiento. A continuacin, controla el tiempo de la inyeccin de combustible accionando los inyectores.Adems, la ECU del motor lleva a cabo la inyeccin piloto, que inyecta combustible antes de la inyeccin principal con el propsito de reducir la generacin de sonido de combustin y emisiones de NOx.

Basndose en las seales enviadas por varios sensores, la ECU del motor calcula el tiempo de inyeccin de combustible aplicando correcciones al tiempo de inyeccin de combustible bsico predeterminado. As, controla el tiempo de inyeccin controlando el tiempo de actuacin de los inyectores.

Inyectores

Se han instalado inyectores que ahorran energa, compactos y que estn controlados por vlvulas de solenoide. Se han asignado cdigos de identificacin nicos, que identifican las caractersticas de inyeccin de cada inyector, a los inyectores individuales. Esto permite que el sistema lleve a cabo el control de la cantidad de inyeccin de combustible basndose en las caractersticas individuales y aseguran una cantidad de inyeccin de combustible muy ajustada. La ECU del motor enva seales a las vlvulas de solenoide abiertas y cerradas para controlar el tiempo y la cantidad de la inyeccin de combustible. Adems, se ha instalado el control de inyeccin piloto, que divide en dos etapas la inyeccin de combustible.Un inyector consta de una tobera, un pistn de comando, una cmara de comando y una vlvula de solenoide que controla el orificio de flujo ON-OFF. El pistn de comando se mueve arriba y abajo mientras lleva la presin de combustible. La tobera, integrada con el pistn de comando, se mueve de la misma forma para abrir y cerrar el orificio de inyeccin de combustible del inyector.Hay un cdigo de identificacin (de 30 caracteres alfanumricos) impreso en la cabeza de cada inyector, representando las caractersticas de inyeccin del inyector individual. La ECU del motor utiliza esta informacin para llevar a cabo el control de la cantidad de inyeccin ptima. Cuando se usa un nuevo inyector en un vehculo, este cdigo de identificacin debe ser introducido en el sistema

Sin inyeccin

Cuando la vlvula de solenoide est apagada, la vlvula de dos vas mantiene cerrado el orificio del flujo de la cmara de comando. As, la alta presin de combustible en la cmara de comando, junto con el pistn de comando, empuja la tobera hacia abajo. Por consiguiente, el orificio de inyeccin de combustible permanece cerrado y no inyecta combustible.

Con inyeccin

Cuando la vlvula de solenoide est encendida, la vlvula de dos vas se abre, haciendo que fluya el combustible en la cmara de comando desde el orificio de flujo y reduciendo la presin de combustible en la cmara de comando. Como resultado, la tobera se mueve hacia arriba, junto con el pistn de comando. As, el orificio de inyeccin de combustible se abre y se inyecta combustible a altas presiones. Cuando la vlvula de solenoide est apagada, la vlvula de dos vas se cierra, empujando en ese momento la tobera hacia abajo y cerrando el orificio de inyeccin de combustible. Estas operaciones en encendido/ apagado se realizan en un perodo muy corto de tiempo. Por lo tanto, mientras la vlvula de solenoide se enciende - apaga dos veces, lleva a cabo la inyeccin en dos etapas: inyeccin piloto e inyeccin principal.

SISTEMA DE RECIRCULACION DE GASES DE ESCAPE (EGR)

En funcin de las seales recibidas de varios sensores, la ECU del motor acciona la vlvula de recirculacin de gases de escape para controlar el volumen de recirculacin de gases de escape, y reducir la cantidad de escape de NOx (xido ntrico).

La cantidad de NOx (xido ntrico) aumenta cuando aumenta la temperatura de los gases de combustin. Para reducir el volumen de escape de NOx, la ECU del motor acciona la vlvula de recirculacin de gases de escape en funcin de las condiciones de funcionamiento del motor. De este modo, la ECU del motor regula el nivel de concentracin de oxgeno en la admisin de aire, para alcanzar una temperatura de combustin ptima. Para aumentar la precisin, la ECU del motor emplea seales de salida del sensor de posicin de la vlvula de recirculacin de gases de escape para efectuar el control de informacin en la vlvula de recirculacin de gases de escape.Cuando se abre la vlvula de recirculacin de gases de escape, el gas de escape se mezcla con el aire de admisin. De esta manera, se reduce la proporcin de oxgeno en el aire que llega a la cmara de combustin. En consecuencia, disminuye la velocidad de combustin, que reduce la temperatura de combustin y, por tanto, la cantidad de emisiones de NOx.Asimismo, se suministra un enfriador de EGR, que reduce considerablemente la temperatura de los gases de escape mezclados con el aire de admisin, con el fin de aumentar la eficiencia de recirculacin de los gases de escape.Ventajas del Common-Rail:

La principal ventaja de este sistema es que se puede regular lapresinen los inyectores en funcin de lacarga del motor, de una manera muy precisa, con que se obtiene una regulacin del caudal ptima. Por ejemplo al circular el vehculo subiendo a 2000 rpm por una ligera pendiente, la necesidad depar motory por tanto depotencia(par motorxrpm)es mayor que cuando el vehculo circula a las mismas 2000 rpm cuando baja la pendiente. En los sistemas mecnicos anteriores de inyeccin por bomba, la presin era prcticamente la misma y haba que variar el caudal mediante variacin del tiempo de inyeccin actuando sobre el tiempo de compresin de labomba inyectora.Valores tpicos de presin son 250 bar a ralent, hasta 2000 bar a plena carga (no necesariamente a revoluciones mximas).La ptima atomizacin del combustible por parte de los inyectores hidrulicos de mando electrnico, controlados por una centralita de inyeccin electrnica, y la alta presin a la que trabaja el sistema hacen que se aumente el par y por tanto la potencia en todo el rango de revoluciones, se reduzca el consumo de combustible y se disminuya la cantidad de emisiones contaminantes, en especial losxidos de nitrgeno, el monxido de carbonoy loshidrocarburossin quemar.Al no haber un mecanismo mecnico que rija cundo se debe inyectar el combustible se puede elegir libremente cundo inyectar, incluso realizar varias inyecciones en unmismo ciclo. Esto permite la preinyeccin que se produce justo antes de la principal, aumentando la presin y temperatura dentro del cilindro, lo que mejora la combustin y disminuye el ruido caracterstico de los disel.

Common-Rail en la actualidad:

Actualmente, casi todos losautomvilesnuevos fabricados enEuropacon motor disel incorporan Common-Rail identificados bajo distintas siglas segn el fabricante (CRDI, CDTI, HDI, JTD, DCI, DTI,HDiTDCI, actualmente se empieza a incorporar en todos los TDI,....).Bosch,Siemens,Delphiy Denso son los fabricantes ms importantes de estos sistemas. Entre sistemas mencionados existen diferencias considerables en cuanto a la regulacin de la presin y el funcionamiento elctrico de los inyectores, pero bsicamente se rigen por la misma forma de trabajo mecnico.Desde 2003, los automviles comercializados porFiat Group Automobilesdisponen de una variante ms sofisticada del sistema Common-Rail denominada MultiJet. Esta tecnologa permite un mejor control de la mezcla -con hasta cinco inyecciones diferentes por ciclo-, lo que conlleva mejoras en los consumos, prestaciones y menor impacto ambiental. En 2009 se comenzaron a comercializar automviles conMultiJet II, una segunda versin de este sistema con hasta 8 inyecciones, mejorando todos los parmetros de la anterior.1