Parte de alta presión Common Rail segunda parte

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Inyectores

El inyector utilizado en los sistemas common-rail se activan 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 el combustible y se simplifica el sistema de inyección.

Estructura

La estructura del inyector se divide en tres bloques funcionales:

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

El combustible a 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».

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 y 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, 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 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 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». Ademas del caudal de control existen caudales de fuga en el alojamiento de la aguja del inyector y del embolo. Estos 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

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. 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. La electroválvula es activada con la llamada corriente de excitación que sirve para la apertura rápida de la electroválvula. 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, saliendo 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. 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 y da lugar a la apertura de la aguja del inyector.

Comienza ahora la inyección

La velocidad de apertura de la aguja del inyector queda determinada por la diferencia de flujo entre el estrangulador de entrada y de salida. 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. La tobera del inyector esta ahora totalmente abierta y el combustible es inyectado en la cámara de combustión con una presión que corresponde aproximadamente a la presión en el Rail. La distribución de fuerzas en el inyector es similar a la existente durante la fase de apertura.

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, puede 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. 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.

Inyectores de orificios

Funciones

Las toberas de inyección se montan en los inyectores Common Rail. De esta forma los inyectores Common Rail asumen la función de los portainyectores.

Aplicación

Para motores de inyección directa que utilizan el sistema Common Rail se emplean inyectores de orificios del tipo P con un diámetro de aguja de 4 mm.

Hay dos tipos de inyectores:

• Inyectores de taladro ciego
• Inyectores de taladro en asiento

Estructura

Los orificios de inyección se encuentran situados en el inyector de tal forma que al inyectar el combustible, el chorro forme un cono en la cámara de combustión. El numero y diámetro de los orificios de inyección dependen de:

• El caudal de inyección
• La forma de la cámara de combustión
• La turbulencia del aire (rotación) aspirado en la cámara de combustión.

Para emisiones reducidas de hidrocarburos es importante mantener lo mas reducido posible el volumen ocupado por el combustible (volumen residual) por debajo de la arista de asiento de la aguja del inyector. Esto se consigue de la mejor manera con inyectores de taladro en asiento.

Ejecuciones

Inyector de taladro ciego:

Tiene los orificios de inyección dispuestos en el taladro ciego. Estos inyectores se ofrecen en diversas dimensiones con las siguientes formas de taladro ciego:

• Taladro ciego cilíndrico.
• Taladro ciego cónico.

Inyector de taladro ciego con taladro ciego cilíndrico y casquete redondo:

Por la forma del taladro ciego que consta de una parte cilíndrica y una parte semiesférica, existe una gran libertad de dimensionamiento en lo referente a:

• Numero de orificios.
• Longitud de orificios.
• Ángulo de inyección.

El casquete del inyector tiene forma semiesférica y garantiza así, junto con la forma del taladro ciego, una longitud uniforme de orificios.

Inyector de taladro ciego con taladro ciego cilíndrico y casquete cónico: Este tipo de inyector solo se emplea para longitudes de orificio de 0,6 mm. La forma cónica del casquete aumenta la resistencia del casquete por un mayor espesor de pared entre curvatura de la garganta y el asiento del cuerpo del inyector.

Inyector de taladro ciego con taladro ciego cónico y casquete cónico: El volumen del taladro ciego en el inyector del taladro ciego con taladro ciego cónico es, debido a su forma cónica, inferior al de un inyector con taladro ciego cilíndrico. En cuanto al volumen de taladro ciego, se encuentra entre el inyector de taladro en asiento y el inyector de taladro ciego con taladro ciego cilíndrico. Para obtener un espesor de pared uniforme del casquete, el casquete esta ejecutado conicamente en correspondencia con el taladro ciego.

Inyector de taladro en asiento: para reducir al mínimo el volumen contaminante y con ello también la emisión de HC, el comienzo del orificio de inyección se encuentra en el cono del asiento del cuerpo del inyector y queda cubierto por la aguja cuando esta cerrado el inyector. De esta forma no existe ninguna comunicación directa entre el taladro ciego y la cámara de combustión.

El volumen contaminante esta muy reducido en comparación con el inyector de taladro ciego.

Los inyectores de taladro en asiento presentan un limite de solicitación mucho menor que los inyectores de taladro ciego y, por lo tanto, solo pueden ser ejecutados en el tamaño P con una longitud de orificio de 1 mm. La forma del casquete es cónica por motivos de resistencia. Los orificios de inyección están taladrados por regla general, de forma electroerosiva.