Inyectores Diésel : La Combustión Generada En La Cámara Del Auto-Encendido!

Como todos sabemos, los motores con inyectores diésel y gasolina son bastante diferentes, y no sólo hablamos por el sonido, sino por la forma en que se genera la mezcla y la combustión en el interior de sus cilindros. Con esto queremos decir que el proceso de la formación de la mezcla en los motores diésel se diferencia por no tener ninguna mariposa del acelerador (inyección indirecta), por lo que no se estrangula la admisión.

En Mundo del Motor traemos para ti todo lo que necesitas saber acerca de los inyectores diésel, desde que son hasta su mantenimiento.

Combustión de Inyectores Diésel

En los motores de encendido por compresión (Diésel), la combustión se produce cuando, el combustible que se inyecta en estado líquido, pasa a estado casi gaseoso , disgregado por medio de los inyectores y mezclándose con el aire para utilizar todo el oxígeno necesario. Tras este fenómeno, la combustión se genera en puntos localizados de la cámara de combustión por auto-encendido.

Si atendemos bien, observamos que la mezcla y la combustión, son procesos que se producen de forma, prácticamente instantánea y además, sin límite entre el combustible que se está mezclando con el aire nuevo y el que se está quemando.

Bajo estas premisas, el combustible no tiene nada de tiempo para poder formar la mezcla, lo que condiciona mucho las características del sistema de inyección y el funcionamiento del motor, limitando tanto el dosado máximo admisible (proporción de los componentes de la mezcla) como el del régimen de giro.

Ahora bien, si nos fijamos, tanto en los motores gasolina como en los de inyectores diésel, los elementos que cuentan para que se genere la mezcla son muy similares; quiero decir que, ambos sistemas cuentas con depósitos de combustible, conductos, bomba de combustible, filtros de combustible, bomba de inyección, tuberías de alta presión e inyectores.

El modo en que trabajan es muy semejante. Por un lado, la bomba de suministro (normalmente de paletas) eleva el gasoil desde el depósito hasta la bomba de alta presión, alimentándola con una presión lo más constante posible (0,75 bar), haciendo pasar el combustible por un filtro, donde eliminará, tanto las burbujas que puedan existir como partículas que puedan dañar la bomba de inyección y los inyectores.

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Hay que prestar mucha atención a los filtros en este tipo de motores, ya que deben tener un mantenimiento adecuado para que el sistema de inyección trabaje correctamente.
Por otro lado, la bomba de inyección es la encargada de suministrar la cantidad de carburante necesario, ejerciendo a su vez de regulador, y con la presión necesaria, para que, cuando el combustible entre en la cámara, se distribuya de forma que pueda combinarse con el aire disponible dentro del cilindro. Esta bomba, está arrastrada por medio del propio motor.

Con el fin de que la combustión sea lo más eficiente posible, el inicio de esta ha de estar bien calibrado, de modo que, el inicio se adelante o se retrase según el punto de funcionamiento. Para esto, las bombas tienen una serie de sistemas correctores, si bien éstos eran mecánicos, en la actualidad se han sustituido por sistemas de regulación electrónicos.

Bombas de Inyección

Las bombas de inyección, hasta hace unos pocos años, han estado generando presiones alrededor de 1.000 bar. En la actualidad, las presiones máximas se encuentran entre los 1.500 y 2.000 bar.

Para poder producir tanta presión, deben ser elementos muy robustos al igual que los conductos que transportan el carburante a dichas presiones. Estos conductos, están fabricados con tubo de acero sin soldaduras, con unos diámetros interiores de hasta 2 mm y paredes de 3 mm.

En cuanto a conductos, hay tantos como cilindros e inyectores diésel tenga el motor. Dado que en su interior se generan fuertes efectos dinámicos, es conveniente que todas las tuberías tengan la misma geometría (longitud y calibre), con el fin que las sobrepresiones producidas afecten a todas por igual.

Los últimos componentes de la cadena son los inyectores. Estos se encargan de repartir el carburante dentro del cilindro. La punta de los inyectores, contiene unos orificios, a través de los cuales se reparte el combustible inyectado. Estos orificios, están cerrados por medio de la aguja del inyector en estado de reposo mediante un muelle; éste se mueve en el momento la presión alcanza unos valores mínimos, y es en este punto, cuando el combustible levanta la aguja, liberando los orificios, a través de los cuales entra a gran velocidad en la cámara de combustión. Dicho chorro de gasoil, se rompe evaporándose y mezclándose con el aire para generar la mezcla.

Tipos de Inyectores Diésel 

• Inyectores mecánicos: Eran los propios de los motores diésel hasta la llegada de los sistemas de inyección de conducto único o common-rail. Funcionan por medio de un sistema de alimentación encargado de controlar la cantidad y el momento de pulverizar el combustible de forma mecánica.
• Inyectores electrónicos: Son los más habituales en motores gasolina. Cuentan con múltiples sensores que envían la información a la unidad de control para que ésta apruebe cuándo y cuánto combustible debe aportarse en cada momento. Por tanto, los activa la centralita y se cierran por recuperación de un resorte o muelle interno.

Tipos de Sistemas de Inyectores Diésel 

Llegados a este punto, vamos a hacer un resumen de lo que hemos visto hasta ahora. Lo que hemos hecho hasta ahora, ha sido una descripción general del funcionamiento de los sistemas en los motores de inyectores diésel, desde el depósito de combustible hasta los inyectores.

A continuación nos vamos a centrar en lo que todo el mundo comenta por la calle, el tipo de inyección, si es directa, indirecta, por common-rail…

Inyección Indirecta 

También conocidos, como motores de cámara dividida; esto es debido a la geometría de la cámara de combustión, formada por una pre-cámara ubicada en la culata, que está conectada a la cámara principal por medio de una garganta. El inyector, va a introducir el combustible en esta cámara.

Cuando el carburante se inyecta y empieza a arder, se produce un aumento de presión que empuja el aire y el combustible no quemado a la cámara principal a través de la garganta. Con este proceso, aumentamos la turbulencia, forzando la mezcla del combustible con el aire, que finalmente terminará de arder en la cámara principal. Con esta técnica, se consigue que el proceso de mezcla se acelere, lo que implica que tengamos que trabajar con dosados y regímenes de giro más elevados, es decir, poder alcanzar potencias más altas.

Como curiosidad, la inyección indirecta, era muy típica en vehículos diesel con cilindradas entre los 1.700 y 2.500 cm3, que llegan a alcanzar regímenes máximos por encima de las 4.500 rpm.

Las desventajas con respecto a los motores de inyección directa son: un menor rendimiento y una mayor dificultad de arranque en frío, debido todo ello a la elevada transferencia de calor en la cámara de combustión.

Inyección directa 

En los motores con este tipo de inyección, la cámara de inyección está labrada en la cabeza del mismo pistón. En esta cámara de combustión, se va a inyectar el combustible a través de un inyector, valga la redundancia, que posee varios orificios (entre 4 y 6 dependiendo del tamaño del motor), y que se mezclará a su vez con el aire que ha entrado por la válvula de admisión.

El sistema de inyección, es el encargado de asegurar que se forme la mezcla de manera correcta, para ello se debe de producir una buena atomización del carburante; además, tiene que conseguir que ésta, alcance toda la cámara de combustión, para aprovechar todo el aire contenido en la cámara. Para poder conseguir estas condiciones, vamos a necesitar unas presiones elevadas (1.000-2.000 bar).

Como el proceso de mezcla está muy limitado, tendremos que reforzar la inyección por medio de la rotación del aire dentro de la cámara en el momento el pistón está generando la compresión de la mezcla. Este el denominado efecto Swirl.

Dentro de la inyección directa, vamos a encontrar dos tipos de métodos para realizar la inyección:

Common-rail: 

El tipo de inyectores diésel de common-rail o conducto común, es un sistema de inyección de combustible electrónico, para motores diesel de inyección directa, en el que el gasóleo, es aspirado directamente desde el depósito de combustible a una bomba de alta presión, y ésta, a su vez lo envía a un conducto común (a alta presión). Este conducto, va a ser el encargado de llevar el gasoil a los cilindros por medio de los inyectores.

Este sistema, fue inventado y desarrollado por el grupo industrial italiano Fiat Group, en colaboración con Magneti Marelli, filial del grupo especializada en componentes automovilísticos y electrónicos. La industrialización del sistema lo llevó a cabo Bosch.

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El primer vehículo del mundo en equipar este sistema fue el Alfa Romeo 156 en 1.997, equipado con motor JTD.
En este sistema, se realizan por separado la generación de presión y la inyección. La presión de inyección se genera independientemente del régimen del motor y del caudal de inyección y está a disposición en el “Rail” (acumulador). El momento y el caudal de inyección se calculan en la unidad de control electrónica ECU y se realizan por el inyector en cada cilindro del motor, mediante el control de una electroválvula.

Bomba-Inyector: 

La bomba de inyección y el inyector constituyen una unidad. Por cada cilindro del motor se monta una unidad en la culata, y se accionada o, directamente por un empujador, o mediante balancín, por parte del árbol de levas del motor.

Al no existir tuberías de alta presión, es posible una presión de inyección esencialmente mayor (hasta 2000 bar) que en las bombas de inyección en lineal y rotativas. Con esta elevada presión de inyección y mediante la regulación electrónica del comienzo de inyección y de la duración de inyección (o caudal de inyección), podemos obtener una elevada reducción de las emisiones contaminantes del motor diésel y consumo de carburante.

Funciones de los Inyectores Diésel 

El funcionamiento de un inyector no es tan complejo como pueda parecer a priori; vamos a mostrarlo paso a paso.

Por medio del vástago se activa el resorte, mientras que la fuerza con la que será pulverizado el combustible se ajusta mediante la tuerca que va ligada al mismo. El carburante circula desde la entrada marcada hasta el conducto perforado que hay en la portatobera.

La punta de la válvula de aguja, que va unida al final de la tobera, se encarga de impedir el paso del líquido por los orificios cuando éste viaja a presión por los conductos del inyector, y se levantará cuando deba atomizar el fluido a las cámaras de combustión. En el proceso, una pequeña cantidad de combustible se libera hacia arriba, permitiendo que la aguja, la tobera y el resto de componentes, queden lubricados antes de salir por la conexión para el tubo de retorno y volver al tanque.

Al modo en que se descarga el combustible lo denominamos patrón de atomización, y dependerá de la presión que lleve dentro del inyector así como del  número, tamaño y ángulo de los orificios que haya en la tobera, puesto que es la última responsable de inyectar la carga de líquido suficiente en la cámara de combustión para que pueda arder de forma óptima.

Dependiendo del tipo y tamaño de motor, encontraremos una amplia diversidad de toberas, aunque si lo que queremos es clasificar los inyectores, el mejor modo de hacerlo es atendiendo a su funcionamiento.

Los Orificios de los Inyectores Diésel 

Ahora que ya tenemos claro el funcionamiento de los inyectores, vamos a pasar a clasificarlos. Antes los hemos clasificado en función de los orificios que posee, ya sea con 4 o con 6 orificios. Esta nueva clasificación la vamos a realizar atendiendo a su funcionamiento, donde encontraremos dos tipos:

Inyectores Mecánicos: 

Eran los propios de los motores diésel hasta la llegada de los sistemas de inyección de conducto único o common-rail. Funcionan por medio de un sistema de alimentación encargado de controlar la cantidad y el momento de pulverizar el combustible de forma mecánica. También se utilizaron en los inicios de la inyección en los motores de gasolina.

Inyectores Electrónicos: 

Son los más utilizados en los motores gasolina. Cuentan con múltiples sensores que envían la información a la unidad de control para que ésta apruebe cuándo y cuánto combustible debe aportarse en cada momento. Por tanto, los activa la centralita y se cierran por recuperación de un resorte o muelle interno. Actualmente se utilizan en los modernos motores diésel, con múltiples inyecciones en cada ciclo.

Limpieza de los orificios de los Inyectores 

Ya teniendo claro algunos conceptos de los propios inyectores, vamos a pasar a comentar cuales son los métodos más usuales de limpieza de los mismos, ya que como todos sabemos, los componentes de nuestros coches no son eternos, si bien podemos alargar el tiempo de funcionamiento, todo lo máximo posible. Para ello sólo tendremos que aplicar un buen mantenimiento que incluya una correcta limpieza de los mismos.

Por tanto, los inyectores tal y como hemos explicado más arriba, son los encargados de pulverizar la cantidad de carburante adecuada a la cámara de combustión. Por ellos circula continuamente el combustible, quedando expuestos a todas las impurezas que se acumulan en el tanque del depósito y acaban pasando en mayor o menor medida a la bomba de combustible que está unida a los inyectores.

Si  somos de los que abusamos de la reserva o de los que utilizamos filtros de combustible de mala calidad o simplemente tardamos mucho en cambiarlos, por la razón que sea, tenemos todas las papeletas para que provoquemos un deterioro prematuro de los inyectores al ensuciarlos en exceso provocando serias averías en el sistema de inyección y daños a nuestro motor.

Un poco de suciedad en los inyectores puede provocarnos tirones en las aceleraciones o desaceleraciones, pero si no hacemos nada al respecto, el cilindro dejará de funcionar a causa de la obstrucción del inyector, lo que conlleva menor potencia  al anular un cilindro.

Si esto sucede, ya no podrá suministrarle combustible al motor, y notaremos que éste no funciona con normalidad.

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Inyectores obstruidos: Síntomas 

Antes de llegar a esta situación, podemos observar si nuestro vehículo muestra alguno de los siguientes síntomas:

• El inyector puede entregar menos combustible debido a la obstrucción o suciedad.
• El inyector puede tener fuga constante de combustible generando un consumo excesivo.
• El inyector puede no tener un patrón de pulverización correcto.
• El inyector puede tener varios de los problemas anteriores.
• Si en algún momento notamos alguno de estos 4 síntomas, es hora que vayamos al taller a realizar el mantenimiento correspondiente, para  prevenir males mayores, lo que conllevaría a reparaciones innecesarias.

Además de tomar las medidas necesarias haciendo uso de una mecánica preventiva tal y como os hemos comentado, es recomendable que limpiemos los inyectores cada 100.000 kilómetros por primera vez aproximadamente, y después cada 50.000 kms, de manera que podamos alargarles la vida útil al permitirles funcionar correctamente durante más tiempo.

Métodos de limpieza más comunes 

Limpieza con aditivos 

Consiste en añadir al depósito de combustible líquidos limpiadores que destapan los inyectores. Es el método más económico y sencillo de usar, pero no todos los fabricantes de vehículos están de acuerdo con su uso ya que la agresividad de las sustancias químicas que llevan que a largo plazo puede acabar por deteriorar los inyectores.

Limpieza por barrido 

En este sistema se acopla un estanque con el líquido de limpieza al vehículo. Una vez conectado el sistema, se hace funcionar el motor para que la solución circule por el riel de combustible hasta que se agota la botella. Al no diluirse el limpiador, es más potente que los aditivos antes mencionados, pero debido al proceso de limpieza, existe un mayor riesgo de dañar los inyectores.

Limpieza por ultrasonido 

Con este método, tenemos que extraer los inyectores y colocarlos en un banco de pruebas donde se van lavando y midiendo diferentes características como la resistencia, estanqueidad, patrón de pulverización y  caudal. Es el método más eficaz ya que nos permite corregir de forma individual el posible defecto de cada inyector Por supuesto, antes de reinstalar los inyectores, tanto  los sellos como juntas que se colocan son nuevos.

La mayor desventaja, aparte del coste, es que temporalmente te quedas sin el vehículo, ya que los inyectores son retirados y hay que enviarlos al laboratorio.

Para Finalizar

Seguro que ahora te resultará más sencillo comprender la tarea que cumplen los inyectores diésel y el papel que desarrolla el sistema de inyección dentro de nuestro automóvil. Esperemos que esta sencilla guía que preparamos para ti haya cumplido tus expectativas.