Sistema Common Rail. Concepto, Funcion, Ventajas Tipos E Importancia

Cada vez son más los vehículos con opciones diesel que se venden en el país, por lo que es cada vez más común escuchar que los motores vienen con Common Rail , pero nadie se detiene a explicar en qué influye eso sobre el motor, y que beneficios puede traer.

Alguna vez te has preguntado que significa que un motor sea Common Rail ? Sigue leyendo y tendrás algunas repuestas con respecto a este interesante y emociónate tema. En este particular hemos querido hacer énfasis en el Common Rail para explicar con detale de que se trata, esperemos que sea de tu agrado.

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    Common Rail concepto

    La idea esencial que rige el diseño es lograr una pulverización mucho mayor que la obtenida en los sistemas de bomba inyectora anteriores, para optimizar el proceso de inflamación espontánea de la mezcla que se forma en la cámara al inyectar el diésel, principio básico del ciclo Diesel. Para ello se recurre a hacer unos orificios mucho más pequeños, dispuestos radialmente en la punta del inyector (tobera), compensando esta pequeña sección de paso con una presión mucho mayor.

    Es esencialmente igual a la inyección multipunto de un motor de gasolina, en la que también hay un conducto común para todos los inyectores, con la diferencia de que en los motores diésel se trabaja a una presión mucho más alta.

    common rail partes

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    En Palabras más o Palabras Menos

    En pocas palabras, el Common Rail es un sistema de inyección de combustible para motores diesel, en que el combustible es aspirado desde el estanque y es enviado por una bomba a alta presión hacia un conductos común del que salen los inyectores; como las toberas que inyectan el diesel en el cilindro son de menor tamaño y el combustible va a una mayor presión, la pulverización de éste es mucho mayor, lo que facilita la combustión espontánea. El control electrónico es el encargado de variar la presión y cantidad de combustible que es enviado a los cilindros.

    El sistema fue aplicado y desarrollado por primera vez por Fiat con la colaboración de Magneti Marelli. El proceso de construcción lo llevó a cabo Bosh, y el primer auto donde fue aplicado fue el Alfa Romeo 156, con motor JTD, el año 1997.

    El Funcionamiento Common Rail

    El diesel que está en el estanque es aspirado por una bomba, la que lo envía a otra bomba de alta presión. Esta segunda bomba envía el diesel al tubo de distribución, que es de donde sale cada inyector para cada cilindro. El diesel es inyectado a presiones de entre 300 y 1600 bar (los motores Toyota inyectan hasta a 2000 bar, y para tener una comparación, la inyección en motores a gasolina no pasa de los 5 bar) al cilindro, y como las toberas de inyección son más pequeñas, el resultado es que entra al cilindro el diesel mucho más pulverizado (así como un rocío muy fino) lo que facilita la combustión espontánea.

    La presión de inyección, así como la posibilidad de preinyecciones antes de la inyección principal, son controladas por el computador a bordo, para optimizar la potencia, consumo y el ruido de motor, de acuerdo a la carga y necesidad de potencia que necesita éste.

    La consecuencia de tener preinyecciones de diesel antes de la principal dentro del cilindro, es que se controlan el nivel de ruido y mejoran las prestaciones del motor. Fiat es quien lleva más avanzado este sistema, con su tecnología denominada MultiJet, que envía hasta 5 inyecciones previas de diesel al cilindro antes de la principal, mejorando el control sobre la mezcla, y aumentando la presión y temperatura dentro del cilindro.

    Los mayores fabricantes en la actualidad de este sistema son Bosch, Denso, Siemens y Delphi.

    Sensores Principales

    • Régimen o CKP para sincronizar las inyecciones a los ciclos del motor.
    • Sensor de fase o CMP para distinguir entre los cilindros gemelos, cuál de ellos está en fase de compresión y cuál en escape, para inyectar en el cilindro que corresponde.
    • Con pedal de acelerador, para detectar la carga requerida por el conductor y según la pendiente.
    • De presión de Rail o RPS, para detectar la presión en cada instante.

    Sensores Secundarios

    • Sensor de temperatura del motor o ECT para compensar en el arranque en frío.
    • Sensor de temperatura del gasoil para compensar con gasóleo muy caliente.
    • Caudalímetro másico de aire o MAF para controlar el funcionamiento del EGR o Recirculación de gases de escape.
    • Sensor de presión de admisión del colector o MAP , para detectar la sobrealimentación del Turbo.

    Actuadores Principales

    • Inyectores hidráulicos de mando electromagnético, o piezoeléctrico.
    • Regulador de presión del raíl.
    • Regulador de caudal de entrada a la bomba de alta presión.

    Actuadores Secundarios

    • Electroválvula de regulación del EGR.
    • Relé de control de los precalentadores.
    • Mariposa de parada.

    Ventajas del Common Rail

    La principal ventaja de este sistema es que se puede regular la presión en los inyectores en función de la carga motor, de una manera muy precisa, con lo que se obtiene una regulación del caudal óptima. Por ejemplo, al circular el vehículo subiendo a 2000 rpm por una ligera pendiente, la necesidad de par motor y por tanto de potencia = par motor x rpm es mayor que cuando el vehículo circula a las mismas 2000 rpm cuando baja la misma pendiente.

    En los sistemas mecánicos anteriores de inyección por bomba, la presión era prácticamente la misma y había que variar el caudal mediante variación del tiempo de inyección actuando sobre el tiempo de compresión de la bomba inyectora.

    Valores típicos de presión son 250 bar a ralentí, hasta 2000 bar a plena carga (no necesariamente a revoluciones máximas).

    La óptima atomización del combustible por parte de los inyectores hidráulicos de mando electrónico, controlados por una centralita de inyección electrónica, y la alta presión 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 los óxidos de nitrógeno, el monóxido de carbono y los hidrocarburos sin quemar.

    Al no haber un mecanismo mecánico que rija cuándo se debe inyectar el combustible, se puede elegir libremente cuándo inyectar, incluso realizar varias inyecciones en un mismo ciclo. Esto permite la preinyección que se produce justo antes de la principal, aumentando la presión y temperatura dentro del cilindro, lo que mejora la combustión y disminuye el ruido característico de los diésel.

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    Common Rail en la Actualidad

    Actualmente, casi todos los automóviles nuevos fabricados en Europa con motor diésel incorporan common rail identificados bajo distintas siglas según el fabricante (CDI, CDTI, CRDI, DCI, DTI, HDi, I-CTDI, I-DTEC, JTD, TDCI), actualmente se empieza a incorporar en todos los TDI, ....). Bosch, Siemens, Delphi y Denso son los fabricantes más importantes de estos sistemas.

    Entre los sistemas mencionados existen diferencias considerables en cuanto a la regulación de la presión y el funcionamiento eléctrico de los inyectores, pero básicamente se rigen por la misma forma de trabajo mecánico.

    Desde 2003, los automóviles comercializados por Fiat Group Automobiles disponen de una variante más sofisticada del sistema common rail denominada MultiJet. Esta tecnología desarrollada y patentada por Magneti Marelli (Fiat S.p.A.) 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 automóviles con tecnología MultiJet II, una segunda versión de este sistema con hasta 8 inyecciones, mejorando todos los parámetros de la anterior y sin tener que recurrir a filtros de partículas de escape, como en la gran mayoría del resto de marcas automotrices.

    Estructura y Función de los Componentes del Common Rail

    Parte de Alta Presión

    Inyectores

    El inyector utilizado en los sistemas common rail. Suele activarse de forma eléctrica a diferencia de los utilizados en sistemas que utilizan bomba rotativa que inyectan de forma mecánica. Con esto se consigue mas precisión a la hora de inyectar combustible lo cual hace que se simplifique el sistema de inyección.

    common rail funciones básicas

    Estructura

    La estructura del inyector se divide en tres bloques funcionales:

    • El inyector de orificios.
    • El servosistema hidráulico.
    • La electroválvula.

    El combustible de alta presión procedente del rail entra por "11" al interior del inyector para seguir por el canal de afluencia "9" hacia la aguja del inyector "10". Así como a través del estrangulador de entrada "6" hacia la cámara de control "12", la cámara de control "12" esta unida con el retorno de combustible "1" a través del estrangulador de salida "7" y la electroválvula "3".

    La Electroválvula

    Cuando la electroválvula "3" no esta activada, el combustible que hay en la cámara de control "12", al no poder salir por el estrangulador de salida "7" presiona sobre el embolo de control "8" que a su vez aprieta la aguja del inyector "10" contra su asiento por lo que no deja salir combustible. Como consecuencia no se produce la inyección.

    Cuando la electroválvula esta activada entonces se abre y deja paso libre al combustible que hay en la cámara de control. El combustible deja de presionar sobre el embolo para irse por el estrangulador de salida hacia el retorno de combustible "1" a través de la electroválvula. La aguja del inyector al disminuir la fuerza del embolo que la apretaba contra el asiento del inyector, la misma es empujada hacia arriba por el combustible que la rodea por lo que se produce la inyección.

    Como se ve la electroválvula no actúa directamente en la inyección sino que se sirve de un servomecanismo hidráulico. Este a su vez está encargado de generar la suficiente fuerza para mantener cerrada la válvula del inyector. Mediante la presión que se ejerce sobre la aguja que la mantiene pegada a su asiento.

    El Caudal de Combustible

    El caudal de combustible utilizado para las labores de control dentro del inyector. Retorna al deposito de combustible a través del estrangulador de salida, la electroválvula y el retorno de combustible "1", además del caudal de control existen caudales de fuga en el alojamiento de la aguja del inyector y del embolo. Logrando que éstos caudales de control y de fugas se conducen otra vez al deposito de combustible, a través del retorno de combustible "1". Con una tubería colectiva a la que están acoplados todos los inyectores y también la válvula reguladora de presión.

    Funcionamiento de Los Inyectores

    La función del inyector puede dividirse en cuatro estados de servicio. Con el motor en marcha y la bomba de alta presión funcionando.

    • Inyector cerrado (con alta presión presente).
    • El inyector abre (comienzo de inyección)
    • Inyector totalmente abierto.
    • El inyector cierra (final de inyección).

    Si el motor no esta en marcha la presión de un muelle mantiene el inyector cerrado

    • Inyector Cerrado (estado de reposo):

    La electroválvula no esta activada (estado de reposo) y por lo tanto se encuentra cerrado el estrangulamiento de salida; que hace que la presión del combustible sea igual en la cámara de control, que en el volumen de cámara de la tobera por lo que la aguja del inyector permanece apretado. Sobre su asiento en la tobera empujada (la aguja) por el muelle del inyector; pero sobre todo la aguja se mantiene cerrada porque la presión en la cámara de control y en el volumen de cámara de la tobera (que son iguales) actúan sobre áreas distintas.

    common rail inyectores y válvulas

    La primera actúa sobre el émbolo de control y la segunda sobre la diferencia de diámetros de la aguja. Que es un área menor y por tanto la fuerza que empuja a la aguja contra el asiento es mayor que la fuerza en sentido contrario, que tendería a abrirla.
    El muelle, aunque ayuda, aporta una fuerza muy pequeña.

    • El Inyector Abre (comienzo de inyección):

    El inyector se encuentra en posición de reposo. Dicha electroválvula es activada con la llamada corriente de excitación que sirve para la apertura rápida de la electroválvula. Así mismo la fuerza del electroimán activado ahora es superior a la fuerza del muelle de válvula. Y el inducido abre el estrangulador de salida. En un tiempo mínimo se reduce la corriente de excitación aumentada a una corriente de retención del electroimán mas baja.

    Con la apertura del estrangulador de salida puede fluir ahora combustible. De la misma manera sale del recinto de control de válvula hacia el recinto hueco situado por encima. Y volver al deposito de combustible a través de las tuberías de retorno, del mismo modo el estrangulador de entrada impide una compensación completa de la presión. Y disminuye la presión en la cámara de control de válvula; esto conduce a que la presión en la cámara de control. Sea menor que la presión existente en la cámara de la tobera.

    La presión disminuida en la cámara de control de la válvula. Conduce a una disminución de la fuerza sobre el émbolo de mando. Dando lugar a la apertura de la aguja del inyector. Comienza ahora la inyección.
    La velocidad de apertura de la aguja del inyector, en este caso queda determinada por la diferencia de flujo. Entre el estrangulador de entrada y de salida.

    • Inyector Totalmente Abierto:

    El émbolo de mando alcanza su tope superior y permanece allí sobre un volumen de combustible de efecto amortiguador. Este volumen se produce por el flujo de combustible que se establece entre el estrangulador de entrada y de salida. Finalmente la tobera del inyector esta ahora totalmente abierta y el combustible es inyectado en la cámara de combustión. A su vez con una presión que corresponde aproximadamente a la presión en el Rail.

    La distribución de fuerzas en el inyector es muy similar a la existente durante la fase de apertura de la misma.

    • El Inyector Cierra (final de inyección)

    Cuando deja de activarse la electroválvula, el inducido es presionado hacia abajo por la fuerza del muelle de válvula. Y la bola cierra el estrangulador de salida. El inducido presenta una ejecución de dos piezas. Aunque el plato del inducido es conducido hacia abajo por un arrastrador.  Es posible sin embargo moverse elásticamente hacia abajo con el muelle de reposición. Sin ejercer así fuerza hacia abajo sobre el inducido y la bola.

    Al cerrarse el estrangulador de salida. Se forma de nuevo en el recinto de control una presión como en el Rail. A través del estrangulador de entrada. Este aumento de presión supone un incremento de fuerza ejercido sobre el embolo de mando. Finalmente esta fuerza del recinto de control de válvula y la fuerza del muelle. Superan ahora la fuerza del volumen de la cámara de tobera. Y se cierra sobre su asiento la aguja del inyector.

    La velocidad de cierre de la aguja del inyector queda determinada por el flujo del estrangulador de entrada.

    Para Finalizar

    Podemos concluir que el Common Rail como sistema de inyección para motores diesel ha desplazado a las bombas de inyección antiguamente utilizadas. Como método de inyección y suministro de combustible hacia los motores y encendido de vehículos impulsados por gasolina. Este novedoso sistema es con el cual se puede regular la presión en los inyectores en función de la carga motor, de una manera muy precisa, con que se obtiene una regulación del caudal óptima. Te invitamos a utilizar el common rail.

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    1. Rider Espinoza dice:

      Muy clara y concisa la información, para conocer un poco mas este sistema de riel común agradecido por ella ya que me despejo muchas dudas.

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