La contaminación causa daños al sistema de inyección – Parte II

Marcos Thadeu Lobo

Ingeniero Mecánico Egresado de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). Actualmente trabaja como Consultor Asociado en QU4TTUOR CONSULTORIA

Sistema de inyección

1.3 – PROCESO DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE

sistema de inyección – El rendimiento de los motores de combustión interna Ciclo Diesel 4T está muy influenciado por el diseño del sistema de inyección de combustible. De hecho, los avances más notables realizados en los motores de combustión interna Diesel 4T Cycle fueron resultado directo de los grandes avances técnicos logrados por los sistemas de inyección de combustible. Si bien la función principal del sistema de inyección de combustible es dispensar combustible a los cilindros de los motores de combustión interna diésel de ciclo 4T, la forma en que se dispensa el combustible marca una gran diferencia en el rendimiento, las emisiones contaminantes y las características de ruido de funcionamiento.

Figuras 1/2 – Sistema de inyección de combustible: grandes avances

A diferencia de los sistemas de inyección de combustible y encendido por chispa que se encuentran en los motores de combustión interna Ciclo Otto 4T, los sistemas de inyección de combustible en los motores de combustión interna Ciclo Diesel 4T dispensan combustible en los cilindros a presiones extremadamente altas.

Figuras 3/4 – Estrés térmico y holguras dinámicas muy pequeñas

Esta particularidad exige que los diseños y materiales de los componentes del sistema de inyección sean seleccionados para resistir los mayores esfuerzos térmicos con el fin de satisfacer los objetivos de vida útil y rendimiento de los motores de combustión interna, Ciclo Diesel 4T. Se requiere una precisión de fabricación extrema, tolerancias dinámicas muy ajustadas para obtener la máxima eficiencia de los sistemas de inyección modernos en motores de combustión interna de ciclo diésel 4T, lo que exige el uso de controles de fabricación más complejos, materiales más caros y costes de fabricación más elevados. Estas demandas suponen hasta un 30% del coste del motor de combustión interna Ciclo Diesel 4T.

Figuras 5/6 – Sistema de inyección: hasta el 30% del costo del motor de ciclo diesel 4T

1.4 – PROCESO DE COMBUSTIÓN

En los motores de combustión interna de ciclo diésel 4T, el combustible se inyecta en los cilindros al final del tiempo del motor de compresión. Durante el período conocido como “retardo de encendido”, el combustible pulverizado se nebuliza en pequeñas gotas que se vaporizan y se mezclan con el aire.

Figuras 7/8 – Motor de combustión interna 4T Diesel Cycle: El combustible inyectado se nebuliza en el cilindro cerca del final del tiempo del motor de compresión

A medida que el pistón continúa moviéndose hacia el TDC (punto muerto superior), la temperatura de la mezcla de aire y combustible alcanza el punto de ignición del combustible, lo que provoca la ignición instantánea de parte del volumen premezclado de aire y combustible. El combustible que no participó en la combustión en la premezcla aire-combustible se consumirá en la fase de combustión a una tasa controlada, también conocida como difusión de combustión.

Figura 9 – Ciclos del motor de combustión interna Ciclo diesel 4T

La interfaz entre el sistema de inyección de combustible y el proceso de combustión tiene lugar en forma de combustible nebulizado. Se puede decir que la extrema sofisticación del control del sistema de inyección de combustible se debe principalmente a la necesidad de realizar una adecuada nebulización del combustible en la cámara de combustión.

Figuras 10/11 – Nebulización de combustible por la unidad de inyección.

La nebulización del combustible se realiza con la ayuda de un diferencial de presión a través de los orificios de la unidad de inyección. El combustible se divide finamente en gotitas de diferentes concentraciones y dimensiones en la pulverización formada. El proceso de combustión en el sistema de encendido por compresión depende, en gran medida, de la nebulización adecuada del combustible al inicio del encendido, incluso antes de que se haya formado completamente la pulverización de combustible.

Figuras 12/13 – El combustible se transforma en spray por presión diferencial en la unidad de inyección, estando compuesto por gotitas de diferentes dimensiones

El comportamiento del spray es de fundamental importancia para la correcta homogeneización de la mezcla aire-combustible y el inicio del encendido. Adicionalmente, podemos mencionar que el comportamiento de la aspersión de combustible en la cámara de combustión una vez finalizada la inyección es extremadamente crítico en materia de formación de emisiones contaminantes.

Figuras 14/15 – El comportamiento del combustible pulverizado influye en la formación de emisiones contaminantes.