Historia de la alimentación de gasolina

El motor de gasolina ha sido el primero utilizado habitualmente en el automóvil, después apareció el diésel, siendo ambos los dos principales representantes del motor térmico.

Para iniciar la explosión de la mezcla en el motor de gasolina es necesaria la chispa en la bujía, el sistema de encendido. La evolución de las tecnologías de alimentación de gasolina y de los sistemas de encendido han ido más o menos a la par. Para no alargar más este artículo, que ya lo es, no se contempla la evolución del sistema de encendido, se puede consultar en otros artículos del blog indicados al final, así como otros temas relacionados.

Se representan en los diferentes carburadores de este artículo tres circuitos de paso de gasolina al colector de admisión, en realidad hay más e incluso complementos para tratar de mantenerlo durante más tiempo vigente al endurecerse las normas anticontaminación.

Al no poder mantener uniforme la mezcla en aceleraciones transitorias, el carburador llegó a su fin de vida en Europa a finales de 1992, siendo sustituido por la inyección, con diversas tecnologías, evoluciones, posiciones, sistemas y tipos.

La razón es que para cumplir las directivas anticontaminación es necesario el catalizador, muy costoso, y que es especialmente sensible a las alteraciones de la proporción aire–gasolina en la mezcla que entra al motor, también al plomo, por lo que se eliminó de la composición de la gasolina.

Se van a explicar los diferentes tipos de carburadores y de sistemas de inyección de gasolina en este artículo, por orden de evolución técnica y no de aplicación cronológica, pues sistemas más sofisticados de inyección, se ha montado en automóviles de gamas altas o deportivos conviviendo con otros más sencillos en automóviles generalistas.

Se representan modelos de automóviles para explicar los sistemas de alimentación de gasolina que los han utilizado o utilizan, indicando la fecha aproximada de su aplicación.

Carburador vertical directo sin bomba de gasolina (Ford T, 1908)

Es el primer sistema de alimentación de gasolina generalizado en el automóvil.

    • La implantación es de motor longitudinal delantero, con cuatro cilindros en línea y propulsión (tracción trasera).
    • Colector de admisión.
    • Debajo del colector de admisión está el carburador. En la cuba del carburador se almacena gasolina, se ve la mariposa de gases (acelerador) y los tres circuitos que comunican la cuba con la admisión.
    • A continuación del carburador está el filtro de aire.
    • Depósito de gasolina situado a más altura que el carburador, lo que permite que le suministre gasolina por gravedad.
    • El flujo de aire desde el filtro al carburador es horizontal. El flujo de la mezcla de aire–combustible desde el carburador al motor por el colector de admisión es vertical de abajo a arriba y se denomina vertical directo.
    • La cuba del carburador recibe gasolina desde el depósito, como se ha comentado, por gravedad. No hay bomba de gasolina.
    • Detalles de funcionamiento del carburador.
      • Hay tres circuitos de paso de gasolina desde la cuba al interior del carburador, que actúan según la apertura de la mariposa.
      • El flujo de la mezcla hacia el motor es de abajo a arriba, y al ser el primer sistema se identifica como vertical directo.
      • Al llegar la gasolina desde la cuba al interior del carburador por diferentes circuitos, que van interviniendo al abrirse la mariposa, la aportación de mezcla al motor no es continua, alterándose mucho sobre todo en aceleraciones transitorias.
      • El reparto de mezcla en motores de varios cilindros no es uniforme, al haber diferente distancia entre el carburador y los cilindros, en este caso recibirían más mezcla los dos cilindros centrales.

 

Este tipo de carburador se puede montar en la parte horizontal después del filtro, pero la mezcla para llegar a los cilindros ha de hacer un recorrido igualmente de abajo a arriba.

Como la gasolina pesa más que el aire cuesta hacerla subir hasta el motor, lo que implica que se aporte más cantidad para evitar fallos y tirones. Al necesitar más gasolina aumenta el consumo, y se produce dilución de gasolina desde los cilindros al aceite del cárter, siendo necesario cambios de aceite frecuentes.

Carburador vertical invertido con bomba de gasolina (Seat 600, 1957)

El siguiente paso de la alimentación con carburador es invertir el flujo de paso de mezcla para que sea más fácil el paso de gasolina, mejorando los consumos.

    • En este automóvil el motor de cuatro cilindros en línea es longitudinal trasero, por detrás del eje, y son motrices las ruedas traseras.
    • Colector de admisión.
    • Sobre el colector de admisión está el carburador y encima el filtro de aire.
    • Depósito de gasolina, desde el que se aporta el combustible al carburador por medio de la bomba mecánica de gasolina movida por el motor.
    • El flujo de aire desde el filtro al carburador es vertical de arriba a abajo, y en el mismo sentido el de la mezcla del carburador a la entrada del colector de admisión. Al ser estos flujos opuestos al original se identifica como invertido, denominándose carburador invertido.
    • La gasolina pasa desde la cuba al interior del carburador por diferentes circuitos según va abriendo la mariposa de gases, alterando la aportación de mezcla en aceleraciones transitorias, pero supone mejoras con relación al carburador directo al no tener que hacer subir la gasolina.

 

La bomba mecánica de gasolina permite mejorar las posiciones relativas del carburador y depósito, y mantener constante el paso de gasolina al carburador mejorando los resultados.

Se sigue produciendo dilución de gasolina en el aceite, sobre todo al arrancar el motor en frío y en aceleraciones, el fabricante lo tiene en cuenta para determinar los periodos de cambio de aceite.

Carburador vertical invertido de doble cuerpo (Citroën DS19 a 21, 1955)

El carburador invertido ha aportado ventajas en el rendimiento del automóvil. Para lograr mejores resultados y equilibrar el reparto de mezcla entre los cilindros se diseña el carburador de doble cuerpo.

    • El motor de cuatro cilindros en línea es longitudinal delantero por detrás del eje y tracción (delantera).
    • Colector de admisión que tiene dos entradas.
    • Sobre estas se acopla un carburador con una cuba y dos conductos que comunica cada uno con una entrada del colector de admisión.
    • Sobre el carburador de dos conductos se representan dos filtros de aire, uno para cada una de estos. Lo más frecuente es que el filtro sea común para las dos entradas del carburador.
    • El flujo de aire desde el o los filtros al carburador y el de la mezcla desde los dos conductos del carburador a las entradas del colector de admisión es vertical invertido (de arriba abajo).
    • La alimentación de gasolina desde el depósito al carburador es mediante bomba mecánica accionada por el motor.
    • Los dos pasos de mezcla del carburador al colector de admisión son los cuerpos, y al ser dos se identifica como carburador de doble cuerpo.
    • Cada cuerpo se representa con su mariposa de gases y los tres circuitos que comunican la cuba común con cada cuerpo.
    • Con este carburador es más equilibrado el reparto de mezcla entre los cilindros.
    • Hay dos formas de accionar las mariposas de gases de cada cuerpo.
      • Apertura diferenciada.
        • Un cuerpo tiene los tres circuitos de gasolina (izquierdo en la imagen), aportando a ralentí gasolina este, el otro cuerpo tiene solamente dos circuitos y su mariposa a ralentí no comunica ninguno de los circuitos con la admisión, no aporta gasolina (derecho en la imagen).
        • Al acelerar la mariposa del primer cuerpo (izquierdo) va comunicando los otros dos circuitos con la admisión, y a partir de cierta apertura de la mariposa del primer cuerpo comienza a abrir la del segundo, aportando gasolina por sus dos circuitos.
        • La aportación de mezcla es más progresiva, aumentado al subir de RPM, lo que permite mejorar el rendimiento sin que aumente el consumo hasta medias RPM.

 

    • Apertura simultánea.
      • Los dos cuerpos del carburador son iguales, cada uno tiene los tres circuitos.
      • A ralentí un circuito de cada cuerpo comunica con la admisión.
      • Según se acelera se abren a la vez las dos mariposas, entrando en acción los otros dos circuitos de cada cuerpo simultáneamente.
      • Se obtienen mejores prestaciones con algo más de consumo de gasolina.

Con el carburador de doble cuerpo se mejora el rendimiento del motor, y el reparto de mezcla, más si la apertura es simultánea, según los objetivos buscados. Pero en aceleraciones transitorias la mezcla no se puede controlar provocando picos de más dilución de aceite en el cárter y más contaminación, que en ese momento no estaba estrictamente controlada legislativamente.

Aplicaciones de carburadores invertidos de doble cuerpo (BMW 328, 1936 y Lamborghini Miura, 1970)

La idea de repartir mejor la mezcla entre los cilindros continua con hacer que cada cilindro disponga de una entrada de mezcla, se podría lograr con un carburador mono-cuerpo por cilindro, pero es más habitual utilizar otras soluciones.

    • El automóvil de la imagen superior tiene motor longitudinal delantero de seis cilindros en línea y propulsión (tracción trasera), y bomba de gasolina mecánica.
      • Colector de admisión con seis entradas, una por cilindro.
      • Se acoplan tres carburadores invertidos de doble cuerpo, cada cuerpo comunica con un cilindro. Hay tres filtros de aire, uno por carburador de doble cuerpo, puede ser un filtro común para los tres.
    • El automóvil de la imagen inferior tiene el motor de 12 cilindros en V situado en posición central transversal, y son motrices las ruedas traseras.
      • El colector de admisión está en el centro de la V, con una entrada para cada uno de los 12 cilindros.
      • En los colectores de admisión de cada uno de los dos cilindros enfrentados de cada bloque, se colocan los seis carburadores de doble cuerpo, y sobre estos los correspondientes filtros de aire, que puede ser uno para todos.
      • La disposición en estas dos implantaciones de un cuerpo de carburador por cada entrada de admisión, con aperturas simultáneas de las mariposas, tiene como principal objetivo las prestaciones, quedando en un segundo plano el consumo de gasolina, la contaminación entonces no era prioritaria.

 

Como se ve en las imágenes la bomba de gasolina es mecánica. Otra posible utilización de carburador de más de un cuerpo sería con tres cuerpos, si se aplica en los dos coches que se han visto el de seis cilindros en línea tendría dos, uno para cada tres, y el de 12 en V necesitaría cuatro carburadores de tres cuerpos, uno para cada tres cilindros de cada bloque. Con más de un carburador, la puesta a punto para equilibrar el funcionamiento del motor, sobre todo a ralentí y bajas RPM ha de ser frecuente.

Otro aspecto a tener en cuenta es que al aportar los diferentes carburadores gasolina por sus circuitos, el descontrol de proporción de mezcla aire–gasolina en aceleraciones transitorias hace aumentar la dilución de gasolina en el aceite del cárter, lo que requiere sustituir el aceite del motor también con más frecuencia.

Carburador invertido de cuatro cuerpos (Cadillac Fleetwood, 1959)

Con más cuerpos en el carburador, alimentados por una cuba de gasolina común, en vez de varios carburadores, la puesta a punto del reparto de mezcla entre cilindros requiere algo menos mantenimiento, vamos a ver una aplicación que ha sido muy frecuente en determinados modelos con grandes motores.

    • Se ve un automóvil norteamericano de la época de los grandes modelos con la implantación tradicional de motor delantero longitudinal y propulsión.
    • El motor frecuente entonces era el de 8 cilindros en V.
    • La alimentación de combustible utilizaba normalmente un carburador invertido de cuatro cuerpos con apertura simultanea de las cuatro mariposas, un cuerpo para cada dos cilindros, como se ve en la animación, y encima del carburador de cuatro cuerpos está el filtro de aire.

 

La bomba de gasolina es mecánica para llenar la cuba del carburador. Se mantiene el desequilibro de aportación de mezcla en aceleraciones transitorias, con aumento de la contaminación, dilución de gasolina en el aceite y el consumo.

La contaminación se empezó a medir y controlar en el estado norteamericano de California en 1966, pasando dos años después a otros estados. La incorporación del catalizador como solución anticontaminante supuso el fin del carburador, siendo sustituido por la inyección tras algunos intentos de prolongar su vigencia.

En Europa, con motores de menor cilindrada y mejor rendimiento no se incluyó el catalizador hasta 1992, año hasta el que se siguió utilizando el carburador.

Carburador horizontal (Fiat 131 Abarth,1977)

Tratando de mejorar en lo posible el rendimiento del carburador hay más ideas, una busca facilitar el recorrido del aire y mezcla hasta los cilindros, este carburador es un ejemplo.

    • La implantación técnica de este automóvil es motor de cuatro cilindros en línea longitudinal delantero y propulsión (tracción trasera).
    • La alimentación desde el depósito al carburador es por bomba mecánica de gasolina.
    • Se ve el detalle del motor de lado y de frente; en la misma línea horizontal de los colectores de admisión se ubican dos carburadores horizontales de doble cuerpo, y en su entrada un filtro de aire.
    • El flujo de aire desde el filtro a cada carburador y el de mezcla desde estos al motor es horizontal, facilitando el recorrido de los gases, lo que mejora el llenado del motor, más según sube de RPM. El objetivo es más prestaciones.

 

Al ser un automóvil deportivo la apertura de las cuatro mariposas es simultánea. Con varios circuitos comunicando las dos cubas con los cuatro cuerpos de los dos carburadores, y la entrada de gasolina por las variaciones de velocidad del paso del aire y depresión, se sigue con alteraciones de mezcla muy especialmente en aceleraciones transitorias y los consiguientes efectos negativos en contaminación, dilución de gasolina en el aceite y consumo de gasolina, aunque este último factor en un coche deportivo no es relevante.

Carburador horizontal SU (Mini Morris,1959)

Hemos dejado para el final un tipo de carburador que por su funcionamiento se puede considerar didácticamente como el inicio del concepto de inyección.

    • Tiene este automóvil motor delantero transversal y tracción (delantera). Dispone de cuatro cilindros en línea, que no se ven al representarse en vista lateral.
    • Colector de admisión en el motor.
    • Carburador horizontal SU y filtro de aire,
    • Una bomba de gasolina mecánica alimenta la cuba del carburador.
    • La comunicación entre la cuba y el paso de aire de admisión no se hace por varios circuitos, es un circuito únicamente que puede variar de forma continua el paso de gasolina mediante la actuación de una cápsula de depresión sobre el carburador.
    • Se ve en el detalle ampliado el paso variable de gasolina de la cuba a la admisión controlado por un elemento móvil de forma cónica, este está sometido al equilibrio entre la fuerza de un muelle y la depresión generada por el motor en un conducto situado entre la mariposa y la entrada de admisión.
    • A ralentí la depresión vence al muelle cerrando lo más posible el paso de gasolina desde la cuba a la admisión, la reducida aportación de gasolina mantiene el ralentí.
    • Al ir acelerando la depresión disminuye en la cápsula haciendo que el muelle vaya teniendo más empuje, lo que supone que el paso de gasolina a la admisión vaya aumentando en proporción al mayor caudal de aire.
    • Queda en posición de ralentí el carburador.
    • Se representan dos posiciones más, aceleración media y a fondo resaltando el incremento de paso de gasolina a la admisión.
    • El carburador SU tiene flujo de mezcla horizontal y variación continua del paso de gasolina.

 

Este carburador parece una solución ideal, al no haber varios circuitos podría ser que en aceleraciones transitorias se adapte mejor a mantener la proporción más adecuada de mezcla, pero en realidad el funcionamiento mecánico y neumático, con sus inercias y limitaciones, reduce su rendimiento teórico y se mantienen los efectos con el motor frío y en aceleraciones transitorias; consumo, contaminación y dilución de gasolina en el aceite.

Comentarios finales sobre alimentación por carburador; la gasolina pesa más que el aire y cuesta más desplazarla, aunque se trate de dividir en gotas muy finas su aportación para que la mezcla con el aire sea más homogénea. Esto supone que con carburador al acelerar se ha de añadir más gasolina para evitar fallos y tirones, lo que implica más consumo, contaminación y dilución. A velocidad mantenida, sin mover el acelerador, se lograrían excelentes resultados, pero durante las aceleraciones se producen los efectos transitorios ya conocidos por las alteraciones de la mezcla, más contaminación, dilución de gasolina en el aceite y consumo. La idea es hacer que la gasolina se aporte a presión, sin que sea succionada por el aire de admisión, es lo que hace la inyección.

Inyección de gasolina

La aportación de gasolina a presión, inyección, sin depender de ser succionada por el aire, permite mejor pulverización y poder adaptar la mezcla y controlarla para que se mantenga en aceleraciones transitorias, con mejores resultados según aumente la eficacia de control de la inyección.

Se divide genéricamente la inyección por su funcionamiento en mecánica o electrónica, y por la ubicación del inyector en indirecta o directa, respectivamente el inyector en admisión antes de la válvula o dentro del cilindro después de la válvula.

    • Inyección mecánica de gasolina.
      • Cuerpo del inyector con dos canalizaciones, una lateral por donde llega la gasolina a presión desde una bomba, y otra inferior por donde sale la gasolina inyectada hacia el motor.
      • En el interior del cuerpo del inyector hay un pistón empujado por un muelle que mantiene cerrada la comunicación entre las dos canalizaciones. La forma del pistón por su parte inferior es cónica, lo que permite que haya gasolina.
      • Al aumentar la presión de gasolina que entra al inyector por la canalización lateral desde la bomba, se vence la fuerza del muelle haciendo que el pistón suba.
      • Al subir el pistón se comunican la canalización lateral con la de salida hacia el motor, inyectándose la gasolina con la presión de llegada de la bomba.
      • Se mantiene la inyección mientras dura la llegada de presión de la bomba, cuando se corta la llegada el muelle empuja al pistón cerrando el inyector.
      • Se ven tres posiciones del inyector mecánico; cerrado, no hay presión de gasolina, comienza a abrir cuando llega presión y se produce la inyección durante el tiempo que se mantiene la presión.
    • Inyección electrónica de gasolina.
      • Alrededor del cuerpo del inyector hay un bobinado eléctrico con un cable de llegada de señal eléctrica.
      • En el interior del cuerpo del inyector hay un núcleo de hierro, el conjunto del bobinado y el núcleo de hierro conforman un electroimán.
      • El pistón no tiene la parte cónica inferior y por la presión del muelle incomunica la llegada por la canalización lateral de gasolina desde la bomba de la salida de inyección, está el inyector cerrado.
      • Al recibir el bobinado eléctrico la señal, con el núcleo de hierro se excita el efecto electroimán que atrae al pistón superando la fuerza del muelle, al subir el pistón se produce la inyección a la presión de la bomba que dura lo mismo que la señal eléctrica.
      • Al cortar la señal eléctrica se anula el efecto electroimán empujando el muelle al pistón que supera la presión de la llegada de gasolina desde la bomba, cerrando el inyector.
      • Se representan tres posiciones del inyector electrónico; cerrado sin señal eléctrica, comienza a abrir al recibir señal eléctrica e inyección al mantenerse la señal eléctrica por el efecto electroimán

 

Estos dos sistemas genéricos de inyección han ido evolucionando para controlar con la mayor precisión posible los instantes de apertura, duración y cierre de la inyección. El objetivo es poder adaptarse lo más posible para lograr la mejor mezcla durante las aceleraciones transitorias.

El inyector electrónico tiene muchas más posibilidades de control y actuación, siendo el utilizado actualmente, pero hay otros sistemas que se van a ver a continuación.

Al mejorar el control de gasolina aportada al motor con inyección la dilución en el aceite es menor, lo que permite incrementar el espacio entre cambios de aceite, proporcionalmente a la eficacia del control de la inyección.

Inyección indirecta mecánica distributiva de gasolina (BMW 2002 Tii, 1970)

Inyección mecánica indica que los inyectores abren por la presión de gasolina, distributiva que cada inyector recibe la presión desde la bomba independientemente de los demás, por conducto y tiempo.

    • El automóvil de la imagen tiene motor delantero longitudinal de cuatro cilindros en línea y propulsión (tracción trasera).
    • Colector de admisión con filtro de aire y mariposa de gases.
    • Bomba mecánica de inyección accionada por el motor, tiene salidas independientes para cada uno de los inyectores.
    • Los inyectores están en el colector de admisión, inyección indirecta.
    • La alimentación de gasolina desde el depósito a la bomba de inyección mecánica distributiva es por bomba eléctrica de gasolina.
    • Se ve ampliado el motor y la inyección; al girar la bomba de inyección va enviando presión cíclicamente a cada uno de los inyectores, que inyectan gasolina finamente pulverizada más o menos cuando va a abrir su válvula de admisión.
    • La inyección se produce en el colector de admisión y al abrir las válvulas entra a cada cilindro la mezcla que le corresponde.

 

La pulverización de la gasolina en la salida de los inyectores propicia que se mezcle rápidamente con el aire, para que al saltar la chispa en la bujía la mezcla sea homogénea generando explosiones lo más completas posible.

Comparado con la carburación este sistema de inyección, anterior a las normas anticontaminación, aporta mejoras según los objetivos; menos consumo y contaminación o mantener el consumo y mejorar las prestaciones. La dilución de gasolina en el aceite disminuye, en mayor o menor medida según los objetivos prestacionales.

Esta inyección mecánica distributiva es la adaptación para motores de gasolina de la utilizada en los motores diésel en esos años.

Se ha representado este sistema de inyección con bomba eléctrica de gasolina, puede no ser necesaria y que la bomba de inyección succione la gasolina del depósito.

Este sistema de inyección mecánico no es compatible con el catalizador, que llegó en 1992 como elemento imprescindible en Europa para cumplir las directivas anticontaminación, siendo sustituido por la inyección electrónica. En realidad la sustitución en los automóviles con inyección fue anterior por el mejor rendimiento de la inyección electrónica.

Inyección directa mecánica de gasolina (Mercedes 300 SL, 1954)

En los motores de gasolina atmosféricos (sin sobrealimentación) de altas prestaciones se necesitan elevados valores de relación de compresión, lo que implica riesgo de detonación “picado de biela”, que provoca graves daños en el motor sobre todo a altas RPM.

Una forma de reducir el riesgo de detonación es demorar la inyección de gasolina hasta casi el instante de la chispa, y se puede lograr con el inyector dentro del cilindro, con inyección directa. Esta es la primera aplicación en el automóvil.

    • El motor es longitudinal delantero de seis cilindros en línea y propulsión (tracción trasera),
    • Colector de admisión, filtro de aire y mariposa de gases.
    • Bomba de inyección mecánica accionada por el motor con seis salidas independientes de inyección.
    • Los inyectores están dentro de los cilindros, después de las válvulas de admisión, inyección directa.
    • La alimentación de la bomba mecánica de inyección desde el depósito de combustible es por bomba eléctrica de gasolina.
    • Al funcionar el motor, la bomba mecánica de inyección envía la presión a cada inyector al final de admisión o comienzo de compresión, según el orden de encendido. La presión de inyección es bastante alta para pulverizar en gotas muy finas la gasolina y que la mezcla sea homogénea cuando salta la chispa en la bujía.
    • Al reducir el riesgo de detonación se puede lograr más par y potencia.

 

Este sistema de inyección directa mecánica de gasolina exige extrema precisión, lo que limita prácticamente su implantación a automóviles deportivos, ya que en los de calle al ser su utilización muy variable habría que reducir la eficacia con reglajes más abiertos por fiabilidad mecánica.

Es importante que la gasolina inyectada en el cilindro no llegue a las paredes, pues caería al cárter arrastrando aceite, lo que provoca desgastes mecánicos.

La inyección directa de gasolina no se ha utilizado habitualmente en automóviles hasta que el control electrónico de inyección aportó evoluciones que la hicieron viable con el catalizador.

Inyección mecánica continua de gasolina (Renault 5 TURBO, 1980)

Este sistema de inyección se utilizó con frecuencia antes de la llegada de las normas anticontaminación más exigentes de 1992 en Europa, siendo sustituida después por otros sistemas electrónicos más precisos.

    • En este automóvil la implantación técnica es; motor de cuatro cilindros en línea longitudinal central y propulsión (tracción trasera).
    • Colector de admisión, mariposa de gases y filtro de aire. Se ve una zona de mayor tamaño en el colector de admisión, es donde se va a ubicar el plato sonda como referencia de la depresión generada por el motor.
    • Conjunto dosificador – distribuidor; por la parte inferior el plato sonda desplaza una base que envía gasolina a presión a todos los inyectores a la vez.
    • Los inyectores están en el colector de admisión, inyección indirecta, y reciben la gasolina por conductos independientes desde el dosificador–distribuidor todos a la vez y el mismo caudal.
    • La gasolina llega desde el depósito al dosificador–distribuidor por una bomba eléctrica de gasolina.
    • Al acelerar, la variación de depresión en el colector de admisión hace subir al plato sonda que empuja a la base dentro del dosificador–distribuidor, aumentando el caudal de gasolina hacia los inyectores.
    • La inyección es mecánica continua, están los inyectores permanentemente abiertos con el motor en marcha, varía el caudal de gasolina inyectado según la aceleración, que modifica la depresión en el colector de admisión moviendo el plato sonda.
    • Se ven separados el dosificador–distribuidor y plato sonda.

 

Este sistema de inyección es, didácticamente, como la evolución del carburador SU, uno por cilindro, y haciendo que la gasolina salga a presión y no succionada por la depresión en el colector de admisión.

Tuvo esta inyección mecánica continua una aportación electrónica, añadiendo una “E” en su identificación, para tratar de mejorar el control de la inyección en aceleraciones transitorias y hacerla viable al llegar el catalizador, pero no fue posible.

Inyección electrónica monopunto y multipunto indirecta simultánea (Suzuki Samurái, 1990 y Suzuki Jimny, 2000)

Al no lograr controlar la mezcla en aceleraciones transitorias con inyecciones mecánicas de forma suficientemente precisa, se recurre a la electrónica al ser necesario incorporar el catalizador de tres vías en los motores de gasolina (1992), pues las alteraciones en la proporción de la mezcla le deterioran prematuramente.

    • Inyección electrónica monopunto (imagen superior).
      • Este automóvil con cuatro ruedas motrices es un todoterreno, el motor es longitudinal delantero con cuatro cilindros en línea.
      • Colector de admisión con mariposa de gases.
      • Sobre la mariposa está el inyector electrónico monopunto, uno para todos los cilindros.
      • La gasolina llega al inyector electrónico monopunto desde el depósito mediante una bomba eléctrica de gasolina.
      • Las secuencias de actuación del inyector monopunto las determina el calculador electrónico de inyección (y encendido); apertura, duración y cierre.
      • Sobre el inyector electrónico monopunto está el filtro de aire.
      • En la animación ampliada del motor e inyección se ve el funcionamiento; la gasolina se inyecta en el colector de admisión logrando una suficiente adaptación de la mezcla a las aceleraciones transitorias, lo que la hace válida para el catalizador. El inyector abre y cierra, la inyección es discontinua.
      • El reparto de mezcla no es el mismo para los cuatro cilindros al haber diferente distancia entre cada uno de estos y el inyector monopunto.
    • Inyección electrónica multipunto indirecta simultánea (imagen inferior).
      • Este 4×4 todoterreno es la evolución del anterior.
      • Motor longitudinal delantero con cuatro cilindros en línea.
      • Colector de admisión con mariposa de gases y filtro de aire.
      • Un inyector electrónico por cilindro en el colector de admisión, inyección electrónica multipunto
      • Desde el depósito de combustible una bomba eléctrica envía la gasolina a presión a un conducto o rampa que comunica con los cuatro inyectores electrónicos, que permanecen cerrados sin señal eléctrica.
      • El calculador electrónico de inyección (y encendido) controla las secuencias de inyección simultáneamente en los cuatro inyectores.
      • Se ve en la animación ampliada el funcionamiento; los cuatro inyectores inyectan gasolina a la vez en el colector de admisión, abriendo y cerrando simultáneamente, una de las inyecciones en cada inyector coincide con la apertura de su válvula de admisión. La gasolina se va homogeneizando con el aire por las turbulencias en el colector de admisión hasta que entra en cada cilindro, logrando un buen control de mezcla en aceleraciones transitorias. Además, al haber un inyector para cada cilindro el reparto de mezcla es bastante preciso y uniforme.
      • Queda un detalle, en aceleraciones enérgicas, al ser la inyección simultánea tarda unos instantes en aportar el caudal exacto en cada cilindro acorde a sus condiciones instantáneas durante la transición de la aceleración. Este aspecto no es muy relevante para la duración del catalizador, pero es una vía de mejora.

 

La inyección electrónica monopunto es una solución de compromiso para no encarecer en exceso los automóviles de gamas medias y bajas al tener que incorporar el catalizador. Se pasó en poco tiempo a la inyección electrónica multipunto indirecta simultánea que, como se ha comentado tiene posibilidades de mejora.

Con la inyección electrónica se controla mejor la mezcla, en arranque en frío y circulando, lo que reduce la dilución de gasolina en el aceite, permitiendo aumentar la distancia recorrida entre cambios de aceite, y más con la inyección multipunto al repartir mejor la mezcla.

Inyección electrónica multipunto indirecta secuencial y directa (BMW 330i, 2000 y BMW X6 xDrive 35i, 2008)

La inyección electrónica multipunto, como se ha comentado, tiene posibles mejoras que vamos a ver a continuación.

    • El automóvil de la imagen superior tiene motor de seis cilindros en línea longitudinal delantero y propulsión (tracción trasera).
      • Colector de admisión, filtro de aire y mariposa de gases.
      • Los inyectores electrónicos, uno por cilindro, están en el colector de admisión, inyección electrónica multipunto indirecta.
      • Desde el depósito de combustible una bomba eléctrica lleva la gasolina a presión al conducto común o rampa que alimenta a los inyectores, que al ser electrónicos requieren señal eléctrica para inyectar.
      • Calculador electrónico de inyección (y encendido); controla de forma independiente cada inyector que actúan secuencialmente no de forma simultánea.
      • Detalles de funcionamiento; el calculador determina para cada inyector las actuaciones más adecuadas en cada instante al producirse la inyección, cuando comienza a abrir su válvula de admisión. De esta forma se adapta con extrema precisión la aportación de mezcla en aceleraciones transitorias. La inyección es a más presión para favorecer la pulverización de la gasolina y homogeneizar la mezcla cuanto antes durante su entrada en el cilindro.
      • En aceleraciones, cada inyector aporta la gasolina con extrema precisión (apertura, duración y cierre) según sus particulares condiciones de funcionamiento.
    • En la imagen inferior el automóvil tiene motor delantero longitudinal de seis cilindros en línea y 4×4.
      • Colector de admisión, filtro de aire y mariposa de gases.
      • Los seis inyectores electrónicos están dentro de cada uno de los cilindros, inyección directa.
      • Una bomba mecánica movida por el motor aumenta sensiblemente la presión de gasolina que recibe mediante una bomba eléctrica desde el depósito, y la envía a la rampa de inyección que comunica con los seis inyectores.
      • El calculador electrónico de inyección (y encendido) controla los inyectores independientemente al ser inyección directa, estos solamente abrirán con señal eléctrica.

 

    • Detalle de funcionamiento; cada inyector inyecta dentro de su cilindro, según el orden de encendido del motor. La inyección es controlada con extrema precisión por el calculador. Se puede producir en una o más fases, es decir dividir el caudal de cada inyección en partes (extremadamente rápidas aperturas y cierres del inyector). La gasolina sale del inyector con elevada presión para pulverizarse en finísimas gotas que se mezclan con el aire muy rápidamente.
    • Este sistema de inyección electrónica directa es habitual actualmente para lograr un excelente rendimiento del motor, pudiendo reducir la contaminación.

Con estos sistemas de inyección se reduce mucho la dilución de gasolina en el aceite, pero no es adecuado, desde el punto de vista técnico, aumentar en exceso los recorridos entre cambios de aceite, pues en uso normal de un automóvil se producen situaciones de descontrol puntual de la mezcla que altera las explosiones, haciendo que inevitablemente caigan residuos al cárter. De hecho, el aceite del cárter es como el basurero que recoge los residuos.

Tal vez cambiar el aceite cada 15.000 km circulando entre ciudad y carretera es una buena solución. Circulando por carretera a velocidad mantenida, sin aceleraciones fuertes frecuentes, conduciendo suave en frío y con pocos arranques del motor es cuando hay menos dilución y generación de residuos.

Otra aportación de la inyección electrónica directa de gasolina es que permite que el motor funcione con mezclas “pobres”, menos gasolina, para lo que se requiere determinadas formas en la cabeza del pistón, generar turbulencias específicas y contar con sobrealimentación para no perder prestaciones.

Si este tema es de interés se explica en el artículo del blog “Inyección indirecta y directa en el motor de gasolina”, incluida su ubicación al final con otros como información complementaria.

Inyección electrónica multipunto indirecta secuencial y directa (Audi 2.0 TFSI, 2015)

La inyección electrónica secuencial es imprescindible, pero hay condiciones en que la indirecta aporta ventajas sobre la directa y a la inversa, la solución es montar las dos a la vez en el mismo motor.

    • La implantación técnica de este automóvil es motor longitudinal delantero de cuatro cilindros en línea, por delante del eje, y tracción (delantera).
    • Colector de admisión, inyectores en este colector (indirecta) y otros dentro de los cilindros (directa), calculador electrónico de inyección (y encendido), mariposa de gases, filtro de aire y bomba de presión de inyección para la inyección directa. Inyección indirecta y directa.
    • La gasolina sale del depósito por una bomba eléctrica que la envía a la rampa de inyección indirecta, y también a la bomba de presión de inyección, desde esta sigue a alta presión a la rampa de la inyección directa.
    • Se ve en el detalle ampliado a los dos grupos de inyectores electrónicos, inyección indirecta en el colector de admisión e inyección directa dentro de los cilindros.
    • El calculador electrónico de inyección (y encendido) controla a los ocho inyectores, haciendo que actúe la inyección indirecta, la directa o las dos según las diferentes condiciones de marcha, para lograr el mejor equilibrio entre contaminación, prestaciones y consumo.

 

Los inyectores electrónicos pueden mejorar su funcionamiento si se necesita que inyecten en fases con la tecnología de inyectores piezoeléctricos, en otro artículo del blog indicado a continuación se dispone de información.

Nuestros comentarios

La situación tecnológica actual de control de la inyección de gasolina permite excelentes resultados, pero al tratar obsesivamente de reducir la emisión de CO2 (es lo mismo que el consumo de combustible) por la legislación vigente, se generan otros contaminantes (principalmente óxidos de nitrógeno NOX y micropartículas) que requieren complejos y costosos sistemas anticontaminantes, que no serían necesarios con valoraciones más objetivas de la contaminación del motor de gasolina en su conjunto.

Enlaces relacionados en el blog

En la sección “Tecnologías limpias”

    • “Combustión HCCI” (10.07.2013)
    • “CO2 en motores de gasolina y diésel” (5.07.2017)

En la sección “Historia del automóvil”

    • “Jeep Willys” (4.02.2013, vídeo 5)
    • “Mini” (25.07.2013, vídeo 2)
    • “Ford T” (16.10.2013, vídeo 3)
    • “Pegaso Z102” (17.01.2014, vídeo 3)
    • “DeLorean DMC12” (19.03.2014, vídeo 5)
    • “Lada Niva” (3.12.2014, vídeo 2)
    • “Mercedes 300 SL” (20.01.2016, vídeo 4)
    • “Bugatti Type 35” (14.12.2016, vídeo 3)
    • “Historia de BMW II” (10.05.2017, vídeo 4)

En la sección “Actualidad”

    • “Inyección indirecta y directa en el motor de gasolina” (11.06.2014)
    • “Inyectores piezoeléctricos” (11.03.2015)
    • “Sensor de detonación” (8.04.2015)
    • “Sistemas de encendido en el motor de gasolina” (1.07.2015)
    • “El acelerador electrónico” (10.02.2016)
    • “Combinación de inyección indirecta y directa en el motor de gasolina (4.04.2016)
    • “NOX y CO2” (27.09.2017)

En la sección “Curso de tecnología básico”

    • “1.12.1 y 1.12.2 Alimentación y encendido del motor de gasolina” (2.09.2015 y 11.11.2015)

Otros enlaces a imágenes relacionadas

Carburador vertical directo

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Carburador vertical invertido

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Carburador vertical invertido de doble cuerpo

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Carburador vertical invertido de cuatro cuerpos

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Carburador horizontal

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Inyector mecánico

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Inyección indirecta y directa

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Inyección mecánica directa

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Inyección electrónica directa

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Inyección electrónica indirecta y directa combinadas

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