La inyección directa de combustible de riel común es un sistema de inyección de combustible directo construido alrededor de válvulas solenoides de alimentación de riel de combustible de alta presión (más de 2000 bar o 200 MPa o 29,000 psi ) , en contraposición a una unidad de alimentación de bomba de combustible de baja presión inyectores (o boquillas de bomba ). La inyección de alta presión ofrece beneficios de consumo de combustible y potencia en comparación con la inyección de combustible a baja presión anterior, [ cita requerida ]inyectando combustible como una mayor cantidad de gotas más pequeñas, dando una relación mucho mayor de área de superficie a volumen. Esto proporciona una vaporización mejorada de la superficie de las gotitas de combustible y, por lo tanto, una combinación más eficiente de oxígeno atmosférico con combustible vaporizado que proporciona una combustión más completa.
La inyección Common Rail se utiliza ampliamente en motores diésel . También es la base de los sistemas de inyección directa de gasolina utilizados en los motores de gasolina .
Historia
Vickers fue pionera en el uso de inyección common rail en motores submarinos. Motores de Vickers con el sistema de combustible de raíl común se utilizaron por primera vez en 1916 en los submarinos de la clase G . Utilizaba cuatro bombas de émbolo para suministrar una presión de hasta 3000 libras por pulgada cuadrada (210 bar; 21 MPa) cada 90 ° de rotación para mantener la presión del combustible adecuadamente constante en el riel. El suministro de combustible a los cilindros individuales podría cerrarse mediante válvulas en las líneas de los inyectores. [1] Doxford Engines utilizó un sistema de riel común en sus motores marinos de pistones opuestos de 1921 a 1980, donde una bomba de combustible recíproca de varios cilindros generó una presión de alrededor de 600 bares (60 MPa; 8700 psi), y el combustible se almacenó en botellas acumuladoras. . [2] El control de la presión se logró mediante una carrera de descarga de la bomba ajustable y una "válvula de derrame". Se utilizaron válvulas de sincronización mecánicas operadas por árbol de levas para alimentar los inyectores Brice / CAV / Lucas cargados por resorte, que inyectaban a través del costado del cilindro en la cámara formada entre los pistones. Los primeros motores tenían un par de levas de distribución, una para la marcha adelante y otra para la popa. Los motores posteriores tenían dos inyectores por cilindro, y la serie final de motores turboalimentados de presión constante estaba equipada con cuatro inyectores por cilindro. Este sistema se utilizó para la inyección tanto de diesel como de fuel oil pesado (600cSt calentado a una temperatura cercana a los 130 ° C).
Los motores Common Rail se han utilizado en aplicaciones marinas y de locomotoras durante algún tiempo. El Cooper-Bessemer GN-8 ( circa 1942) es un ejemplo de un motor diesel common rail operado hidráulicamente, también conocido como common rail modificado.
El prototipo del sistema common rail para motores automotrices fue desarrollado a fines de la década de 1960 por Robert Huber de Suiza, y la tecnología fue desarrollada por el Dr. Marco Ganser en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich, más tarde de Ganser-Hydromag AG (est. 1995) en Oberägeri.
El primer uso exitoso en un vehículo de producción comenzó en Japón a mediados de la década de 1990. El Dr. Shohei Itoh y Masahiko Miyaki de Denso Corporation , un fabricante japonés de piezas de automóviles, desarrollaron el sistema de combustible de riel común para vehículos pesados y lo convirtieron en uso práctico en su sistema de riel común ECD-U2 montado en el camión Hino Ranger. y vendido para uso general en 1995. [3] Denso reclama el primer sistema comercial de riel común de alta presión en 1995. [4]
Los sistemas common rail modernos, aunque funcionan según el mismo principio, están gobernados por una unidad de control del motor , que abre cada inyector eléctricamente en lugar de mecánicamente. Esto fue ampliamente prototipado en la década de 1990 con la colaboración de Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat y Elasis. Después de la investigación y el desarrollo por parte del Grupo Fiat , el diseño fue adquirido por la empresa alemana Robert Bosch GmbH para completar el desarrollo y el perfeccionamiento para la producción en masa. En retrospectiva, la venta pareció ser un error estratégico para Fiat, ya que la nueva tecnología demostró ser muy rentable. La empresa no tuvo más remedio que venderle una licencia a Bosch, ya que se encontraba en un mal estado financiero en ese momento y carecía de los recursos para completar el desarrollo por sí misma. [5] En 1997, ampliaron su uso para turismos. El primer automóvil de pasajeros que usó el sistema common rail fue el Alfa Romeo 156 modelo 1997 con un motor JTD de 2.4 L , [6] y más tarde ese mismo año, Mercedes-Benz lo introdujo en su modelo W202 .
Aplicaciones
El sistema common rail es adecuado para todo tipo de vehículos de carretera con motores diésel, desde vehículos urbanos (como el Fiat Panda ) hasta vehículos ejecutivos (como el Audi A8 ). Los principales proveedores de sistemas common rail modernos son Robert Bosch GmbH, Delphi , Denso y Siemens VDO (ahora propiedad de Continental AG ). [7]
Siglas y marcas utilizadas
Los fabricantes de automóviles se refieren a sus motores common rail por sus propias marcas :
- Ashok Leyland : CRS (utilizado en camiones U y autobuses E4)
- Audi : TDI , BiTDi El "Bi" significa BiTurbo
- BMW Group ( BMW y Mini ): d (también utilizado en Land Rover Freelander como TD4 y en Rover 75 y MG ZT como CDT y CDTi), D y SD
- Chevrolet (propiedad de GM ): VCDi (con licencia de VM Motori ) y Duramax Diesel
- Chrysler CRD
- Citroën : HDi , e-HDi y BlueHDi
- Cummins y Scania : XPI (desarrollado bajo una empresa conjunta)
- Cummins : CCR ( bomba Cummins con inyectores Bosch )
- Daimler : CDI
- Grupo Fiat ( Fiat , Alfa Romeo y Lancia ): JTD (también con la marca MultiJet , JTDm y los fabricantes suministrados como TDi , CDTi , TCDi , TiD , TTiD , DDiS y QuadraJet )
- Ford Motor Company : TDCi ( Duratorq y Powerstroke ) y EcoBlue Diesel
- Honda : i-CTDI e i-DTEC
- Hyundai , Kia y Genesis : CRDi
- IKCO : EFD
- Isuzu : iTEQ y Ddi
- Jaguar : d
- Jeep : CRD y EcoDiesel
- Komatsu : Tier3 , Tier4 , 4D95 y superior HPCR -series
- Land Rover : TD4 , eD4, SD4, TD6, TDV6, SDV6, TDV8, SDV8
- Lexus : d (por ejemplo, 450d y 220d)
- Mahindra : CRDe , m2DiCR , mEagle , mHawk , mFalcon y mPower (camiones)
- Maserati : diésel
- Mazda : MZR-CD y Skyactiv-D (son fabricados por la empresa conjunta Ford y PSA Peugeot Citroen ) y DiTD anterior
- Mercedes-Benz : CDI y d
- Mitsubishi : Di-D (principalmente en la familia de motores 4N1 recientemente desarrollada )
- Nissan : DDTi
- Opel / Vauxhall : CDTI , BiTurbo CDTI , CRI , Turbo D y BiTurbo D
- Porsche : diésel
- Protón : SCDi
- Groupe PSA (Peugeot, Citroën y DS) : HDi , e-HDi o BlueHDi (desarrollado en joint venture con Ford ) - Ver motor PSA HDi
- Renault , Dacia y Nissan : dCi y BLUEdCi (Infiniti usa algunos motores dCi como parte de la Alianza Renault-Nissan, marca d )
- Saab : TiD (el motor turbo diesel 2.2 también se llamaba "TiD", pero no tenía Common Rail) y TTiD La doble "T" significa Twin-Turbo
- SsangYong : XDi , eXDI, XVT o D
- Subaru : TD o D (desde enero de 2008)
- Suzuki : DDiS
- Tata : 2.2 VTT DiCOR (usado en la clase SUV grande como Safari ), VARICOR (usado en la clase SUV grande como Safari Storme , Aria y Hexa ), 1.05 Revotorq CR3 (usado en Tiago y Tigor ) 1.5 Revotorq CR05 (usado en Nexon y Altroz ), 1.4 CR4 (utilizado en Indica , Indigo y Sumo Gold ), 1.3 Quadrajet (suministrado por Fiat y utilizado en Indica Vista , Indigo Manza y Zest ) y 2.0 Kryotec (también suministrado por Fiat y utilizado en SUV Harrier y All new Safari ), 3.2 L Turbotronn y 5L Turbotronn (usados en camiones M & HCV).
- Toyota : D-4D y D-CAT
- Grupo Volkswagen ( Volkswagen , Audi , SEAT y Škoda ): TDI (los modelos más recientes usan common rail, a diferencia de los motores de inyección unitaria anteriores ). Bentley llama a su Bentayga diésel simplemente diésel
- Volvo : motores D , D2 , D3 , D4 y D5 (algunos son fabricados por Ford y PSA Peugeot Citroen ), motores Volvo Penta de la serie D
Principios
Las válvulas solenoides o piezoeléctricas hacen posible un control electrónico preciso del tiempo y la cantidad de inyección de combustible, y la mayor presión que ofrece la tecnología common rail proporciona una mejor atomización del combustible . Para reducir el ruido del motor, la unidad de control electrónico del motor puede inyectar una pequeña cantidad de diesel justo antes del evento de inyección principal (inyección "piloto"), reduciendo así su explosividad y vibración, así como optimizando el tiempo y la cantidad de inyección para variaciones en la calidad del combustible. , arranque en frío, etc. Algunos sistemas de combustible de riel común avanzados realizan hasta cinco inyecciones por carrera. [8]
Los motores de riel común requieren un tiempo de calentamiento muy corto o nulo, dependiendo de la temperatura ambiente, y producen menos ruido y emisiones del motor que los sistemas más antiguos. [9]
Los motores diésel han utilizado históricamente varias formas de inyección de combustible. Dos tipos comunes incluyen el sistema de inyección unitaria y los sistemas de distribución / bomba en línea . Si bien estos sistemas más antiguos proporcionan un control preciso de la cantidad de combustible y la sincronización de la inyección, están limitados por varios factores:
- Son accionados por levas y la presión de inyección es proporcional a la velocidad del motor. Por lo general, esto significa que la presión de inyección más alta solo se puede lograr a la velocidad más alta del motor y la presión de inyección máxima alcanzable disminuye a medida que disminuye la velocidad del motor. Esta relación se aplica a todas las bombas, incluso a las que se utilizan en sistemas common rail. Con sistemas de unidad o distribuidor, la presión de inyección está ligada a la presión instantánea de un solo evento de bombeo sin acumulador, por lo que la relación es más prominente y problemática.
- Están limitados en el número y el tiempo de los eventos de inyección que se pueden ordenar durante un solo evento de combustión. Si bien son posibles múltiples eventos de inyección con estos sistemas más antiguos, es mucho más difícil y costoso lograrlo.
- Para el sistema de distribución / en línea típico, el inicio de la inyección se produce a una presión predeterminada (a menudo denominada presión de estallido) y finaliza a una presión predeterminada. Esta característica resulta de inyectores "mudos" en la culata de cilindros que se abren y cierran a presiones determinadas por la precarga del resorte aplicada al émbolo en el inyector. Una vez que la presión en el inyector alcanza un nivel predeterminado, el émbolo se eleva y comienza la inyección.
En los sistemas de riel común, una bomba de alta presión almacena un depósito de combustible a alta presión, hasta y por encima de 2.000 bares (200 MPa; 29.000 psi). El término "riel común" se refiere al hecho de que todos los inyectores de combustible son alimentados por un riel de combustible común que no es más que un acumulador de presión donde el combustible se almacena a alta presión. Este acumulador suministra combustible a alta presión a varios inyectores de combustible. Esto simplifica el propósito de la bomba de alta presión ya que solo necesita mantener una presión objetivo (ya sea controlada de forma mecánica o electrónica). Los inyectores de combustible suelen estar controlados por ECU. Cuando los inyectores de combustible se activan eléctricamente, una válvula hidráulica (que consta de una boquilla y un émbolo) se abre mecánica o hidráulicamente y se rocía combustible en los cilindros a la presión deseada. Dado que la energía de la presión del combustible se almacena de forma remota y los inyectores se accionan eléctricamente, la presión de inyección al inicio y al final de la inyección está muy cerca de la presión en el acumulador (riel), lo que produce una tasa de inyección cuadrada. Si el acumulador, la bomba y las tuberías tienen el tamaño adecuado, la presión y la velocidad de inyección serán las mismas para cada uno de los múltiples eventos de inyección.
Los motores diesel common rail de tercera generación [ imprecisos ] ahora cuentan con inyectores piezoeléctricos para una mayor precisión, con presiones de combustible de hasta 2.500 bar (250 MPa; 36.000 psi). [10]
Ver también
- Inyección unitaria electrónica accionada hidráulicamente
- Inyección directa turboalimentada
- Bomba unitaria
- Sensor de agua
Referencias
- ^ Cummins, C. Lyle (2007). Diésel para la primera arma sigilosa . Prensa de Carnot. págs. 196-198. ISBN 978-0-917308-06-2.
- ^ "Referencia del motor Doxford" . Archivado desde el original el 20 de diciembre de 2007.
- ^ "240 hitos de la tecnología automotriz japonesa - Common Rail ECD-U2" . Jsae.or.jp. Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2009 . Consultado el 29 de abril de 2009 .
- ^ "Inyección de combustible diesel" . DENSO Global . Archivado desde el original el 7 de agosto de 2011 . Consultado el 3 de agosto de 2011 .
- ^ "Fiat Renacimiento de un fabricante de automóviles" . economist.com . 2008-04-24. Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2009 . Consultado el 1 de mayo de 2008 .
- ^ "Conferencia de Nuevas Tecnologías de Powertrain" . autonews.com . Archivado desde el original el 3 de julio de 2013 . Consultado el 8 de abril de 2008 .
- ^ "Denso apunta a los fabricantes de automóviles franceses y estadounidenses: el proveedor número 4 del mundo crecerá orgánicamente, no mediante adquisiciones" . Europe.autonews.com . 2005-10-17 . Consultado el 16 de mayo de 2018 .
- ^ (inyección multistroke) Consulte el folleto de BMW 2009 para la serie 3
- ^ [1]
- ^ "DENSO desarrolla un nuevo sistema Common Rail diésel con la inyección de presión más alta del mundo | Noticias | Sitio web global de DENSO" . Sitio web global de DENSO . Archivado desde el original el 13 de octubre de 2017 . Consultado el 14 de diciembre de 2017 .
enlaces externos
- Funcionamiento y ventajas del sistema de inyección directa Common Rail o del sistema CRDI
- Breve resumen sobre el funcionamiento del motor CRDI
- Animación que explica el funcionamiento del common rail