Es posible que haya leído u oído a uno de sus editores favoritos de tecnología del automóvil hablar sobre la inyección directa de gasolina y cómo es una de las «grandes tecnologías» que ayuda a mantener vivo el motor de combustión interna de casi 200 años hasta bien entrado el siglo XXI. En el número de esta semana de the ABCs of Car Tech, voy a explicar qué diablos es la inyección directa de gasolina y por qué debería importarle si está en el motor de su próximo automóvil o no.
¿Cómo funcionaba la inyección de combustible antes de la inyección directa?
El moderno motor de combustión interna de gasolina (ICE) necesita tres cosas para hacer girar su cigüeñal: aire oxigenado, combustible y una chispa para hacer explotar el aire y el combustible. El aire se extrae a través de la toma de aire, donde se mide con el sensor de Flujo de Aire Total (MAF) del automóvil, antes de pasar al colector de admisión, donde la ruta de admisión única se divide en cuatro a ocho corredores de admisión, cada uno de los cuales conduce a una de las cámaras de combustión cilíndricas de su vehículo. En algún lugar de la línea, la carga de admisión se mezcla con el combustible antes de que la bujía haga que todo se encienda dentro de la cámara de combustión. Todo esto es HIELO 101 para la mayoría de ustedes, estoy seguro.
En los antiguos tiempos de la tecnología de motores, los carburadores y los sistemas de inyección de combustible de un solo punto hacían su mezcla de aire y combustible relativamente imprecisa en o incluso antes del colector de admisión, agregando aproximadamente la cantidad correcta de combustible para todo el banco de cilindros. En su mayor parte, cada cámara de combustión obtuvo lo que necesitaba. Sin embargo, dependiendo del diseño del colector de admisión, esta aproximación podría dar lugar a que los cilindros más cercanos al carburador o al inyector de combustible recibieran un poco más de combustible (funcionando rico), mientras que los cilindros más lejanos obtuvieron un poco más de combustible (funcionando magros). Un afinador de carburador experto (o una computadora inteligente con motor) podía evitar que las cosas se salieran de control, pero incluso la mejor melodía estaba limitada por el diseño del colector de admisión.
La gran mayoría de los automóviles modernos utilizan una configuración de inyección de combustible multipunto (MPFI) (también conocida como inyección por puerto). Así es como funciona: en lugar de usar un inyector que rocíe la cantidad correcta de combustible, cada uno de los corredores de admisión individuales tiene su propio inyector (o inyectores) que agrega un chorro de combustible en aerosol al aire de admisión de un inyector presurizado. La mezcla de aire y combustible se introduce en el puerto abierto y en la cámara de combustión mediante el pistón de retroceso. La válvula de admisión se cierra de golpe y la combustión explosiva ocurre en el cilindro ahora sellado.
En su mayor parte, MPFI es perfecto y elegante. Sin duda, es mucho más eficiente que los sistemas de carburación y SPFI más antiguos, gracias a su capacidad para ajustar la cantidad de combustible añadido a la admisión para cada cilindro individual, igualando los cilindros anteriormente magros y ricos en los extremos del colector, mejorando la generación de energía y reduciendo el desperdicio de combustible. Entonces, ¿por qué arreglar lo que efectivamente no está roto?
¿Cómo mejora el rendimiento la inyección directa?
Es posible que haya notado que durante los saltos de carburación a SPFI a MPFI, el punto en el que se agrega combustible a la carga de admisión se ha movido desde antes del acelerador al colector de admisión y hacia adelante a los corredores de admisión individuales, cada vez más cerca de la cámara de combustión. La inyección directa lleva esta evolución al siguiente nivel al colocar el inyector dentro de la cámara de combustión. Al mover el inyector a la cámara de combustión, la inyección directa de gasolina (GDI) obtiene algunas ventajas sobre los sistemas anteriormente discutidos.
Al colocar el inyector dentro del cilindro, la computadora del motor obtiene un control aún más preciso sobre la cantidad de combustible durante la carrera de admisión, optimizando aún más la mezcla de aire/combustible para crear una explosión de combustión limpia con muy poco desperdicio de combustible y mayor entrega de potencia.
Un sistema GDI también tiene más flexibilidad con respecto a cuándo se agrega el combustible en el ciclo de combustión. Los sistemas MPFI solo pueden añadir combustible durante la carrera de admisión del pistón, cuando la válvula de admisión está abierta. GDI puede añadir combustible cuando lo necesite. Por ejemplo, algunos motores GDI pueden ajustar la sincronización para que se inyecte una menor cantidad de combustible durante la carrera de compresión, creando una explosión controlada mucho más pequeña en el cilindro. Este modo de combustión ultra magra sacrifica un poco de potencia absoluta, pero reduce en gran medida la cantidad de combustible utilizado durante los momentos en que el vehículo requiere muy poco gruñido (ralentí, marcha a vela, desaceleración, etc.).).
Los motores GDI también reaccionan más rápidamente a estos cambios en la sincronización y la cantidad de adición de combustible, lo que aumenta la capacidad de conducción. Además, el vehículo puede ajustarse más rápidamente en función de las entradas de los sensores ubicados aguas abajo de la cámara de combustión, manteniendo bajo control las emisiones sucias que salen del tubo de escape.
Algunos fabricantes de automóviles incluso han experimentado con el uso de GDI para disparar una ráfaga adicional de combustible en el cilindro para crear una explosión secundaria durante el ciclo de combustión, lo que resulta potencialmente en más potencia y eficiencia.
Aquí hay un dato curioso: la tecnología de inyección directa no es tan nueva como puede pensar. La tecnología ha existido desde la década de 1920 para los motores de gasolina y en realidad ya está en uso en la mayoría de los motores diesel.
¿Hay algún inconveniente potencial en GDI?
Es posible que se pregunte: «Si GDI es tan genial, ¿por qué no está en todos los autos nuevos?»
Parte de la razón es que la fabricación de un motor de inyección directa es más costosa debido a la complejidad de los componentes, lo que significa que el automóvil que el motor eventualmente alimenta también sería más caro de comprar. Por ejemplo, los inyectores de un motor GDI deben ser más resistentes que los inyectores de puerto para soportar el calor y la presión de cientos (o incluso miles) de pequeñas explosiones por minuto. Además, debido a que un sistema GDI debe ser capaz de inyectar combustible en una cámara de combustión presurizada, las líneas de combustible que suministran la gasolina deben tener una compresión aún mayor. Los sistemas de combustible GDI pueden funcionar a muchos miles de psi en comparación con los sistemas de inyección de puertos de 40 a 60 psi.
El precio de estos componentes está cayendo, pero en general y por ahora, la inyección de puertos es más barata y» lo suficientemente buena » para la mayoría de los automóviles económicos.
Además, algunos propietarios y mantenedores de motores GDI (especialmente modelos turboalimentados de mayor rendimiento) han informado de que los sistemas de inyección directa ven una mayor acumulación de carbono en la parte trasera de sus válvulas de admisión, lo que resulta en una reducción del flujo de aire y el rendimiento con el tiempo. Una búsqueda rápida en Google produce página tras página de informes anecdóticos de este problema. La acumulación ocurre porque en la mayoría de los automóviles el aire de admisión es, francamente, un poco sucio even incluso con filtros de aire en su lugar, los modernos sistemas de recirculación de gases de escape y los sistemas de ventilación del cárter pueden agregar un poco de suciedad a la carga de admisión.y sin inyectores de puerto que rocían gasolina (y los detergentes que contiene) en las válvulas, las cosas pueden ponerse bastante sucias en el transcurso de muchos miles de millas.
La inyección directa funciona bien con otras tecnologías de motores
Los fabricantes de automóviles están encontrando todo tipo de nuevas formas de refinar aún más el motor de combustión interna con la ayuda de la tecnología de inyección directa. Por ejemplo, algunos fabricantes de automóviles (incluidos Ford, Audi y BMW) están utilizando GDI en combinación con turbocompresor para crear motores de bajo desplazamiento que obtienen una eficiencia del motor pequeña con una gran potencia del motor.
Toyota ha ofrecido su sistema de inyección de combustible D-4S durante varios años con ciertos modelos de su motor V-6 de 3,5 litros. El D-4S utiliza una combinación de inyección directa y de puerto para combinar las mejores características de ambos sistemas. Como se explica en este artículo de Wards Auto, el sistema de inyección por puerto maneja el arranque limpio, la inyección directa maneja la aceleración a plena carga y los dos sistemas funcionan en tándem para equilibrar todo lo intermedio. Este sistema D4-S también se utiliza en el boxer de cuatro cilindros de 2.0 litros que alimenta al Scion FR-S y al Subaru BRZ.