Jueves de mecánica: la inyección directa, una novedad en los motores de gasolina

Toda la industria se mueve hacia esta tecnología que en pocos años se volverá un lugar común, como hoy lo es la tradicional inyección indirecta.

Redacción Motor

04:29 p.m. 29 de julio del 2014

La inyección directa

Cada vez son más los motores de gasolina de los carros que se venden en Colombia que vienen con el sistema de inyección directa de combustible, que produce muchas ventajas en potencia, emisiones y consumos.

El sistema de inyección del combustible en los motores de gasolina de los automóviles no era algo común en Colombia hasta cuando en los años 90 se impusieron normas muy estrictas de emi­siones que sacaron de un portazo a todos los motores carburados del mercado nacional. Y, mucho antes, del internacional.

Además la palabra inyección vino acompañada por el término 'electrónica', que no dejaba de tener su connotación misteriosa pues era una tecnología poco usual en la mecánica del automóvil criollo. De una vez, el asunto dio origen a varias interpretaciones concep­tuales como 'full inyección' y a muchas más diversas expresiones ortográficas de las dos palabras.

No era para tanto, pues el sistema de inyección de combus­tibles era más que conocido y manipulado en el país porque todos los motores diésel son inyectados. Y, además, en todos los diésel el combustible es agregado directamente en las cámaras, lo cual ahora –aplicado a los carros con mo­tores de gasolina y de producción y venta masiva desde modelos de costo bajo– aparece como gran novedad con el nombre de 'Direct Injec­tion', con su obvia traducción al castellano.

¿Por qué con bastante más de un siglo de atraso con respecto al invento de la in­yección directa, esta es una novedad en los motores de gasolina?

Si bien en 1955 el Mercedes 300 SL, el famoso 'alas de gaviota', ya tenía inyección directa, y desde finales del siglo pasado comenzaron a salir má­quinas con este sistema, solo ahora las normas más cerradas de emisiones y la necesidad de producir más potencia con menor cilindrada y consumo, los fabricantes masivos recurrieron a este mecanismo que tenían guardado en la gaveta de las posibilidades y retraído por los costos de implementarlo.

La inyección de la gasolina, directa o indirecta, siempre tuvo sus restric­ciones porque se hacía con bombas mecánicas de alta presión que dispa­raban el combustible a las cámaras de manera lineal, es decir, a la par de las revoluciones del motor que movía una bomba pero sin mayores posibilidades de control de las cantidades y momen­tos del disparo, dependiendo de las alturas de uso del motor, la tempera­tura, el encendido en frío y las demás variables requeridas para el ajuste au­tomático de la máquina. Por ejemplo, el humo negro de los diésel es a causa de la poca opción de calibración ajuste de sus sistemas de combustible.

Esto se solucionó cuando se aplicó un control electrónico a los inyecto­res, que a su vez abrían y cerraban con un mecanismo electromecánico. De ahí en adelante, un computador conocedor de todas esas necesidades y con las respuestas almacenadas en sus memorias hizo en un día lo que el sistema mecánico tenía limitado. La fabricación masiva de todos es­tos componentes bajó rápidamente los costos y el carburador pasó al museo en un par de aceleradas de la nueva tecnología.

¿Entonces, cuál es el nuevo cuento de la inyección directa?

Lo tradicional es que el inyec­tor o boquilla por la cual se entre­ga la gasolina a los cilindros es­tuviera colocada en alguna zona del múltiple de admisión, luego el combustible entra a las cámaras ya mezclado con el aire y el paso de la mezcla es controlado por una válvula que maneja el eje de levas. Ese inyector puede ser común pa­ra todo el motor (monopunto) o individual por cilindro, conocido como multipunto. Pero ambos en­tregaban su cuota de gasolina an­tes de la válvula de admisión, en lo cual radica la gran diferencia.

La inyección directa dispara la gasolina dentro de la cámara, su­pongamos en un sitio similar al que usa la bujía. Para que eso suceda se necesita que la gasolina llegue a una presión altísima para que supere la que hay dentro del motor cuando se comprime el aire que ha aspirado el pistón.

En los diésel inventaron una cá­mara común para todos los pistones donde reside el Acpm a alta presión que pasa a los cilindros cuando cada inyector se abre. Es lo que se llama ahora 'common rail', que también se volvió un mecanismo común y corriente.

Esa presión no es cualquier 'em­pujoncito' como el que dan las bom­bas tradicionales. Hablamos de 2.500 libras o más generadas por una bom­ba muy especial y delicada que va colocada cerca del motor y a la cual llega la gasolina desde el tanque im­pulsada por otra bomba, de mucha menor presión pero de gran caudal.

La inyección directa tiene enor­mes ventajas que han justificado sus mayores costos. Una de ellas es la mejor combustión, pues en el siste­ma indirecto, una vez que el cilindro se llena (apenas se alcanza aproxi­madamente a un 90 por ciento de la capacidad) se inicia la carrera de compresión, cuyo máximo momen­to coincide con el pistón en el punto muerto superior. Si en este instante salta la chispa de la bujía, la llama se demora bastante en alcanzar todo el volumen y se pierde recorrido del pistón bajando antes de que reciba todo el empuje de la combustión. De ahí que, a medida que las revolucio­nes de un motor aumentan, hay que adelantar el momento en que salta la chispa para ganarle tiempo a esa fase ineficaz del motor.

Hay otro límite. Si se quiere más potencia, hay que aumentar esa presión en los cilindros (relación de compresión), pero como en la inyección indirecta en esa mezcla está la gasolina, si hay mucha pre­sión sube la temperatura y se en­ciende antes de que salte la chispa (preignición).

Si comprimimos solo aire, no hay este problema, y si agregamos la gasolina en el último momento de una manera mejor dispersada en la cámara se consigue una mayor relación de compresión sin necesi­dad de octanajes superiores (caso del Mazda SkyACtiv), por ende más potencia con menor consumo, ya que el combustible se usa de una manera más eficiente.

A esta ventaja básica se agregan otras como que la mezcla es más fría por el agregado posterior de la gasolina, por lo tanto es más densa y genera más energía. Esto, combi­nado con un turbocargador, hace de los motores con estas inyecciones el punto de referencia actual y ha­cia el cual tendrá que moverse la tecnología de todas las marcas para cumplir con las normas de consu­mo y emisiones, cada vez más duras de alcanzar.

La inyección directa

Los elementos diferentes

Con respecto a la inyección normal, la directa re­quiere componentes diferentes. Por ejemplo: los inyectores, como van metidos en las cámaras, están expuestos a la temperatura de combustión, por lo cual generalmente tienen sus boquillas en cerámica.

La bomba de alta presión es una pieza costosa de alta tecnología y muy susceptible a cualquier impureza de la gasolina o el Acpm, en ese caso. Es por eso que se necesita un combustible diésel especial para que fun­cionen los motores diseñados bajo la norma Euro V.

Las tuberías por las cuales viaja la gasolina a esa pre­sión son especiales y blindadas.

El diseño de las cabezas de los pistones es muy es­pecial para que generen una alta turbulencia en la cual se 'incruste totalmente' la gasolina pulverizada cuando llega a la cámara y su combustión sea com­pleta y mucho más rápida y homogénea.

¿Es su carro obsoleto?

¿Si el carro nuevo que va a comprar no tiene inyección di­recta está pasado de moda y no funciona bien?

No hay que ser tan radicales porque los motores de inyec­ción clásica siguen siendo totalmente válidos y eficientes, pero la tendencia de la industria será hacia el nuevo siste­ma descrito acompañado de turbocargadores.

Será un cambio en el largo plazo que no va a sacar corrien­do lo que tenemos, como no ha pasado con los motores de 4 válvulas por cilindros contra los de solo 2 (lo que se conoce como 16 u 8 válvulas en un 4 pistones). Ambos sistemas conviven, sin embargo es claro que el siguiente paso será hacia lo más moderno y, gradualmente, lo que hoy son avances aislados se convierten en una norma co­mún. Por consiguiente si en un futuro cercano su marca no habla de esto, es porque se está quedando atrás.

DATOS
Este sistema viene desde hace muchísimos años en los motores para diésel, como los turbo, pero solo ahora se comienza a implementar en serie para las máquinas de gasolina.

Las formas especiales de las cabezas de los pistones son el complemento necesario para que la gasolina se mezcle plenamente con el aire que ya está en las cámaras.

El disparo de la gasolina dentro del cilindro lleno de aire se puede hacer por pasos sucesivos para conseguir la mejor combustión de la mezcla.

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