Inyectores de combustible para motores de gasolina y diésel - información general

Inyectores - un actuador diseñado para atomizar combustible en el tracto de admisión del sistema de combustible o en los cilindros de un motor de combustión interna. Existen los siguientes tipos de estos dispositivos: mecánicos, electromagnéticos, hidráulicos, piezoeléctricos. Los inyectores para motores de gasolina y diésel difieren en la forma en que funcionan. Además, en diferentes marcas de automóviles, los inyectores funcionan con diferentes voltajes y presiones. Te contamos todo esto y mucho más en este material.

De que hablaremos:

  • Tipos de boquillas
  • Inyección directa
  • Ventajas y desventajas
  • Ubicación de boquillas
  • Limpiar los inyectores
  • Voltaje del inyector
  • Control de inyectores

Inyectores de combustible

Tipos de boquillas

Caractericemos cada uno de los tipos enumerados por separado y comencemos con inyectores electromagnéticos... Se instalan en motores de gasolina. Las boquillas se componen de los siguientes componentes: una válvula solenoide, una aguja de pulverización y una boquilla.

Boquilla electromagnética

Boquilla de inyección electromagnética

Boquilla electrohidráulica

Boquilla electrohidráulica diésel

El principio de su trabajo es bastante simple. Cuando se recibe un comando de la ECU del automóvil, se aplica voltaje a la válvula solenoide, por lo que se crea un campo magnético en ella, que atrae la aguja, liberando así el canal en la boquilla. En consecuencia, el combustible pasa a través de él. Tan pronto como desaparece el voltaje en la válvula, la aguja, bajo la influencia del resorte de retorno, cierra la boquilla nuevamente y ya no se suministra gasolina a los cilindros.

Se suministran diferentes voltajes a los inyectores de diferentes fabricantes de vehículos. Esto debe tenerse en cuenta al reemplazar y limpiar inyectores.

El siguiente tipo es boquillas electrohidráulicas... Se utilizan en motores diésel, incluidos los basados ​​en el sistema Common Rail. Tales boquillas tienen un diseño más complejo. En particular, incluyen estranguladores de admisión y drenaje, una válvula solenoide y una cámara de control. El inyector funciona de la siguiente manera.

Boquilla piezoeléctrica

Boquilla piezoeléctrica

El movimiento se basa en el uso de la presión del combustible tanto durante la inyección como cuando se detiene. En la posición inicial, la electroválvula se desactiva y, en consecuencia, se cierra. En este caso, la aguja de la boquilla se presiona contra su asiento bajo la presión natural del combustible en el pistón en la cámara de control. Es decir, no hay inyección de combustible. Dado que el diámetro de la aguja es mucho más pequeño que el diámetro del pistón, hay más presión sobre él.

Cuando se aplica una señal de la ECU a la válvula solenoide, se abre el acelerador de drenaje. En consecuencia, el combustible comienza a fluir hacia la línea de drenaje. Sin embargo, el acelerador de admisión evita una rápida compensación de presión entre la cámara de control y el colector de admisión. En consecuencia, la presión sobre el pistón disminuye lentamente, pero la presión sobre la aguja no cambia. Por lo tanto, la aguja se eleva bajo la presión diferencial y se produce la inyección de combustible.

El tercer tipo es boquillas piezoeléctricas... Se consideran los más avanzados y se utilizan en motores diesel equipados con un sistema de combustible common rail. El diseño de dicha boquilla incluye un elemento piezoeléctrico, un empujador, una válvula de conmutación y una aguja.

La resistencia eléctrica de los inyectores piezoeléctricos es de varias decenas de kOhmios.

En el momento en que el combustible no fluye a través de la boquilla, su aguja se asienta firmemente en su asiento, ya que la presión alta del combustible la presiona. Cuando se recibe una señal de la ECU al elemento piezoeléctrico, que es un actuador, en este momento aumenta de tamaño (longitud) y, por lo tanto, empuja el pistón.Como resultado, la válvula se abre y, a través de ella, el combustible ingresa a la línea de drenaje. La presión en la parte superior de la aguja disminuye y la aguja aumenta. En este caso, se inyecta combustible.

La principal ventaja de los inyectores piezoeléctricos es alta velocidad de su respuesta (aproximadamente 4 veces más rápido que el hidráulico). Esto hace posible realizar múltiples inyecciones de combustible en un ciclo de motor. En el proceso de alimentación, la cantidad de combustible suministrado se puede controlar de dos formas: el tiempo de exposición al elemento piezoeléctrico, así como la presión del combustible en el riel. Sin embargo, los inyectores piezoeléctricos tienen un inconveniente importante: no son reparables.

El funcionamiento de la boquilla electromagnética del motor de inyección.

El funcionamiento del inyector en el sistema Common Rail

Dado que el principio de funcionamiento de los inyectores diesel es algo más complicado que el de los de gasolina, tiene sentido considerar con más detalle el algoritmo de su funcionamiento utilizando el ejemplo de los inyectores Common Rail de lanzamientos tempranos.

¿Cómo funciona un inyector diésel?

Según la información recibida, la ECU controla varios elementos del motor, incluidos los inyectores de combustible. En particular, durante qué período de tiempo y cuándo exactamente abrirlos (el momento de apertura).

El inyector diésel funciona en tres fases:

Boquilla de la bomba

Boquilla de la bomba

  • Preinyección... Es necesario para que la mezcla de aire y combustible tenga la calidad y la relación deseadas. En esta etapa, se introduce una pequeña cantidad de combustible en la cámara de combustión para aumentar la temperatura y la presión en ella. Esto se hace para acelerar el encendido del combustible durante la inyección principal.
  • Inyección principal... A partir de la alta presión obtenida en la etapa anterior, se crea una mezcla combustible homogénea de alta calidad. Su combustión completa asegura la máxima potencia del motor y reduce las emisiones de gases nocivos.
  • Inyección adicional... En esta etapa, se limpia el filtro de partículas diesel. Después de la inyección principal, la presión en la cámara de combustión cae bruscamente y la aguja del inyector vuelve a su lugar. Como resultado, el combustible deja de fluir hacia la cámara de combustión.

A continuación, pasemos a considerar el algoritmo de acuerdo con el cual opera el inyector del motor diesel:

  1. La leva del árbol de levas mueve el émbolo del inyector, liberando sus canales de combustible.
  2. El combustible entra en el inyector.
  3. La válvula se cierra, el combustible deja de fluir y la presión comienza a acumularse en el inyector.
  4. Cuando se alcanza la presión límite (para cada modelo es diferente y asciende a varios MPa), la aguja de la boquilla se eleva y se produce una inyección preliminar (en algunos casos puede haber dos inyecciones preliminares).
  5. La válvula se abre de nuevo y finaliza la preinyección.
  6. El combustible ingresa a la línea, su presión disminuye.
  7. La válvula se cierra, como resultado de lo cual la presión del combustible comienza a aumentar nuevamente.
  8. Cuando se alcanza la presión de funcionamiento (más que con la inyección preliminar), se suelta el resorte de la aguja del inyector y se lleva a cabo la inyección principal de combustible. Cuanto mayor sea la presión en la boquilla, más combustible entrará en la cámara de combustión y, en consecuencia, se desarrollará una mayor potencia del motor.
  9. La válvula se cierra, la fase de inyección principal termina, la presión cae, la aguja del inyector vuelve a su posición original.
  10. Se produce una inyección de combustible adicional (normalmente hay dos).

Cualquier inyector de combustible se caracteriza por los siguientes parámetros técnicos:

  • Rendimiento. Este es el parámetro más importante que caracteriza la cantidad de combustible que pasa el inyector por unidad de tiempo. Por lo general, se mide en centímetros cúbicos de combustible por minuto.
  • Rango dinámico de trabajo... Este indicador caracteriza el tiempo mínimo de inyección de combustible. Es decir, el tiempo entre la apertura y el cierre del inyector de combustible. Normalmente se mide en milisegundos.
  • Ángulo de pulverización... De ello depende la calidad de la mezcla de combustible formada en la cámara de combustión. Indicado en grados.
  • Gama de antorcha de pulverización... Este indicador determina la fracción en la que se ubicarán las partículas de combustible atomizadas y cómo se introducirán en la cámara de combustión. En consecuencia, este indicador también es crítico para la formación de una mezcla de combustible de alta calidad. Medida como distancia convencional en milímetros o sus derivadas.
Cada fabricante de inyectores tiene sus propias designaciones para cifrar los datos técnicos de sus productos. Por lo tanto, al comprar, solicite al vendedor la información relevante o en Internet.

Si al menos uno de los parámetros enumerados supera los límites permitidos, el inyector funcionará incorrectamente y formará una mezcla de aire y combustible de mala calidad. Y esto, a su vez, afectará negativamente el funcionamiento del motor de su automóvil.

También hay un tipo separado de inyectores para motores de inyección directa. Su principal diferencia es su alta velocidad de respuesta, así como el aumento de voltaje al que operan. Considérelos con más detalle.

Inyectores de motor de inyección directa

Inyector FSI

Dispositivo inyector FSI

Estos inyectores también tienen otro nombre: GDI (FSI). Fue inventado en las entrañas de Mitsubishi, cuando sus ingenieros comenzaron a producir motores con inyección directa de combustible, funcionando con mezclas súper magras... Su trabajo se basa en la sincronización precisa de la actuación de subir y bajar la aguja de trabajo.

Entonces, en los motores de inyección convencionales, el tiempo de apertura del inyector es de aproximadamente 2 ... 6 ms. E inyectores en motores que operan con mezclas súper magras: aproximadamente 0,5 ms. Por lo tanto, el suministro habitual de 12 V estándar al inyector ya no puede proporcionar la velocidad de respuesta requerida. Para realizar esta tarea, trabajan en Tecnologías Peak-n-Hold, que significa "tensión máxima y retención".

La esencia de este método es la siguiente. Alta tensión aplicada al inyector (por ejemplo, se suministra una tensión de unos 100 V a los inyectores de dicha empresa Mitsubishi). Como resultado, la bobina alcanza la saturación muy rápidamente. Al mismo tiempo, su bobinado no se quema debido a la fem trasera existente. Y para mantener el núcleo en la bobina, se necesita un campo magnético con un valor más bajo. En consecuencia, se necesita menos corriente.

Gráfico de corriente y voltaje del inyector GDI

Gráfico de corriente y voltaje en el inyector GDI

Es decir, la corriente de funcionamiento en la bobina primero aumenta muy rápidamente y luego cae rápidamente. En este punto, comienza la fase Hold. Es decir, el tiempo de inyección de combustible es desde el inicio del pulso hasta la segunda ráfaga inductiva. Estos métodos son utilizados por los fabricantes de automóviles Mitsubishi y General Motors.

Sin embargo, los fabricantes Mercedes y VW utilizan los desarrollos de la empresa BOSCH. Según su método, el sistema no reduce el estrés, sino que utiliza modulación de ancho de pulso (PWM). La tarea de implementar este algoritmo se asigna a un bloque especial: Driver Injector. Como regla general, se encuentra cerca de los inyectores (por ejemplo, las empresas Toyota y Mercedes colocan la unidad en una posición horizontal en el área de la copa del amortiguador, que es la solución óptima en la actualidad).

Modulación de ancho de pulso del inyector FSI

PWM en inyector FSI

Todos los motores FSI de más de 90 CV equipado con un sistema de combustible mejorado. Su diferencia es:

  • partes de la bomba de alta presión y las rampas de inyección tienen un recubrimiento anticorrosión especial que las protege de la exposición a combustibles con un contenido de etanol de hasta el 10%;
  • control de la bomba de alta presión cambiado;
  • la tubería de drenaje de combustible (al tanque), que goteaba a lo largo del émbolo, se eliminó por innecesaria;
  • El combustible descargado a través de la válvula de seguridad montada en el riel del inyector se desvía a través de una tubería relativamente corta hacia el circuito de baja presión, aguas arriba de la bomba de alta presión.

En cuanto al funcionamiento de los motores GDI, vale la pena señalar que es muy sensible a la calidad del combustible, el reemplazo oportuno del filtro de combustible. No olvide limpiar el sistema de combustible y cambiar el aceite de manera oportuna.

Ventajas y desventajas de los inyectores de combustible

Sin duda, los inyectores de combustible ofrecen ventajas sobre el carburador tradicional.En particular, incluyen:

  • ahorro de combustible gracias a una medición precisa;
  • bajo nivel de emisiones de gases de escape a la atmósfera, alto respeto al medio ambiente (lambda está en el rango de 0,98 ... 1,2);
  • aumento de la potencia del motor;
  • facilidad para arrancar el motor en cualquier clima;
  • no es necesario el ajuste manual del sistema de inyección;
  • amplias posibilidades para controlar el motor en diferentes modos (es decir, mejorando sus características dinámicas y de potencia);
  • la composición de los gases de escape de los motores de inyección cumple los requisitos modernos en relación con este parámetro y la nocividad para el medio ambiente.

Sin embargo, las boquillas también tienen sus inconvenientes. Entre ellos:

  • alta probabilidad de que se obstruyan cuando se usa combustible de baja calidad;
  • alto costo en comparación con los sistemas de carburador antiguos;
  • baja mantenibilidad de la boquilla y sus unidades individuales;
  • la necesidad de diagnósticos y reparaciones utilizando equipos costosos especiales;
  • alta dependencia de la disponibilidad constante de suministro de energía en la red del automóvil (en sistemas modernos controlados por dispositivos electrónicos).

Sin embargo, a pesar de los inconvenientes existentes, hoy en día los inyectores se utilizan en la mayoría de los motores de gasolina y diésel de los automóviles como sistemas de inyección de combustible más tecnológicamente avanzados y respetuosos con el medio ambiente. En cuanto a los motores diésel, se sustituyeron los antiguos inyectores mecánicos por unos más nuevos con control electrónico.

Ubicación de boquillas

Según el tipo de inyectores y el método de inyección, la ubicación de los inyectores puede variar. En particular:

  • Si el auto usa inyección central de combustible, entonces se utilizan una o dos boquillas para esto, ubicado dentro del colector de admisión, en las proximidades de la válvula de mariposa. Este sistema se utilizó en automóviles más antiguos en un momento en que los fabricantes comenzaron a abandonar los motores de carburador en favor de los de inyección.
  • Con inyección distribuida El combustible para cada cilindro tiene su propio inyector. En este caso, se puede ver en la base del colector de admisión.
  • Si el motor usa inyección directa de combustibleentonces las boquillas están ubicadas en el área superior de las paredes del cilindro... En este caso, inyectan combustible directamente en la cámara de combustión.

Independientemente de dónde esté instalada la boquilla, se ensucia durante su funcionamiento. Por tanto, es necesario comprobar periódicamente su estado y funcionamiento. En los artículos relevantes en el sitio, puede encontrar en detalle: cómo verificar el estado de los inyectores diesel de riel común, verificar los inyectores de la bomba o verificar las boquillas de inyección.

Limpiar los inyectores

Para limpiar las boquillas, se utilizan dos métodos: ultrasónico y químico limpieza. Cada uno de estos métodos se puede utilizar en diferentes condiciones. Entonces, en el proceso de contaminación del sistema de combustible y, en particular, las boquillas, se forman depósitos duros y blandos en las paredes. Al principio, aparecen los suaves, que se lavan fácilmente bajo la influencia de productos químicos. Cuando se compactan los depósitos blandos, se vuelven duros y solo se pueden eliminar con la ayuda de una limpieza ultrasónica.

Idealmente, la limpieza en seco de las boquillas debe realizarse aproximadamente cada 20 mil kilómetros. Y ultrasónico no más de 1-2 veces durante todo el período de operación, ya que destruye el aislamiento del devanado.

Si se usó la boquilla más de 100 mil kilómetros, entonces la limpieza química no solo es impráctica para él, sino también dañino... En su proceso, las partículas grandes de depósitos sólidos pueden desprenderse y, cuando salen, simplemente pueden obstruir la aguja. Esto es especialmente cierto para los inyectores con inyección directa de combustible.

Limpiar los inyectores

Comparación de boquillas limpias (izquierda) y sucias (derecha)

Al utilizar la limpieza ultrasónica, es importante saber a qué voltaje de funcionamiento normal está funcionando la boquilla. El hecho es que el voltaje estándar de 12 V no proporciona una alta velocidad de apertura y cierre del inyector. Por lo tanto, hoy en día muchos fabricantes de automóviles utilizan subtensión. Por ejemplo, los inyectores Toyota funcionan a 5 V, mientras que los inyectores Citroen funcionan a 3 V. Por lo tanto, no se pueden suministrar con el voltaje común de 12 V, ya que simplemente se quemarán. Hablaremos sobre el voltaje a través de los inyectores un poco más abajo.

La mejor limpieza será uso constante del método de limpieza ultrasónica y química... Entonces, en la primera etapa, los depósitos duros se convierten en blandos y, en la segunda, se eliminan con la ayuda de productos químicos.

También hay especiales aditivos para agregar al tanque de combustible... Su función es lavar los inyectores cuando el combustible con un agente de limpieza pasa a través de ellos.

El período entre el uso periódico de dichos aditivos difiere y depende de la marca de automóvil específica y del combustible utilizado. Sin embargo, debe comprender que este método es menos efectivo que los descritos anteriormente. Tiene sentido usarlo al reemplazar los filtros de combustible o periódicamente después de varios miles de kilómetros. Puede encontrar más información sobre cómo limpiar una boquilla con sus propias manos aquí.

Voltaje del inyector

Detengámonos con más detalle en la cuestión de qué voltaje se suministra a los inyectores del motor. En primer lugar, debe comprender que están controlados por impulsos eléctricos. Además, "+" de la batería se alimenta directamente al inyector a través del fusible, pero "-" controla la ECU. Es decir, en diferentes momentos el voltaje a través del inyector es constante. Sin embargo, si se mide con osciloscopio (el multímetro en este caso puede no mostrar nada, ya que los pulsos son de muy corta duración), entonces este dispositivo mostrará el valor promedio. Dependerá de la frecuencia con la que se envíen los pulsos al inyector.

Voltaje del inyector

Gráficos de impulsos de voltaje en inyectores.

Los gráficos que se muestran en la figura nos ayudarán a responder la pregunta: qué voltaje se suministra al inyector. Cuanto más largos sean los pulsos de voltaje aplicados al inyector, mayor será el voltaje de funcionamiento promedio. (la duración del pulso para la mayoría de las máquinas está en el rango de 1 ... 15 ms). Y se dan impulsos largos a altas velocidades de funcionamiento del motor. Por consiguiente, cuanto más altas sean estas mismas velocidades, mayor será el voltaje operativo promedio en los inyectores. Es decir, se suministran 12 V en funcionamiento a los inyectores (de hecho, un poco menos debido a una ligera caída de voltaje en el transistor de control), sin embargo, en un pulso.

Algunos propietarios de automóviles intentan abrir el inyector simplemente aplicando corriente de la batería para limpiarlo. Debe entenderse que el estrés no se puede alimentar directamente al inyector desde la batería, ya que existe el riesgo de que falle (su bobinado se queme). Se suministra un pulso al dispositivo a través de un interruptor de transistor. Actúa por poco tiempo, ya que el devanado de la boquilla se calienta rápidamente y puede simplemente quemarse. En el proceso de funcionamiento del motor, el tiempo de apertura es controlado por la ECU, y su enfriamiento natural, aunque insignificante, lo realiza el combustible entrante.

Como se mencionó anteriormente, los fabricantes de automóviles utilizan inyectores con diferentes voltajes de funcionamiento. Por lo tanto, la solución ideal sería mirar esta información en manual de coche o en el sitio web del fabricante. Si no puede encontrar esta información, entonces la selección de voltaje para abrir el inyector debe abordarse con cuidado.

En la práctica, los automovilistas experimentados recomiendan utilizar un soporte especial para abrir el inyector.Sin embargo, puede arreglárselas con dispositivos más simples. Por ejemplo, compre una fuente de alimentación china con un voltaje de salida ajustable entre 3 ... 12 V (generalmente en pasos de 1,5 V). El diagrama de conexión debe tener necesariamente un botón sin una posición estable (por ejemplo, de un timbre de apartamento). Para abrir el inyector, primero aplique el voltaje más pequeño, incrementándolo si el inyector no se abrió.

Si tiene inyectores de baja resistencia, puede abrirlos literalmente durante una fracción de segundo. Las boquillas con alta resistencia se pueden mantener abiertas más tiempo: 2 ... 3 segundos.

También puede utilizar una batería de destornillador. Después de haberlo desmontado, verá los llamados "bancos": baterías pequeñas. Cada uno de ellos produce un voltaje de 1.2 V. Al conectarlos en serie, puede lograr el voltaje requerido para abrir el inyector.

Control de inyectores

Como se mencionó anteriormente, los inyectores están controlados por la unidad de control electrónico (ECU) del vehículo. Basado en información de numerosos sensores, su procesador toma decisiones sobre qué pulsos aplicar al inyector. La velocidad del motor y su modo de funcionamiento dependen de esto.

Entonces, los datos de entrada para el controlador son:

Quemador de combustible
  • posición y velocidad del cigüeñal;
  • cantidad másica de aire consumida por el motor;
  • temperatura refrescante;
  • la posición del acelerador;
  • contenido de oxígeno en los gases de escape (en presencia de un sistema de retroalimentación);
  • la presencia de detonación en el motor;
  • voltaje en el circuito eléctrico del automóvil;
  • velocidad de la máquina;
  • posición del árbol de levas;
  • funcionamiento del acondicionador de aire;
  • temperatura del aire entrante;
  • conducción en carreteras irregulares (con un sensor de carreteras irregulares).

El programa integrado en el controlador de la ECU le permite seleccionar el modo de funcionamiento óptimo del motor para ahorrar combustible, seleccionar el modo de funcionamiento nominal del motor y garantizar un funcionamiento cómodo del automóvil.

Conclusión

A pesar de la simplicidad de su dispositivo, los inyectores de combustible, si se mantienen incorrectamente, pueden traer muchos problemas al propietario del automóvil. Entonces, si están obstruidos, el automóvil perderá sus características dinámicas, aparecerá un consumo excesivo de combustible y habrá una gran cantidad de quemaduras en los gases de escape. Por lo tanto, le recomendamos que controle el estado de los inyectores de combustible del motor de su automóvil y que los limpie periódicamente. Recuerde que el mal funcionamiento de estas piezas esencialmente triviales y baratas puede convertirse en problemas con las piezas más caras de su automóvil.