Portainyectores e inyectores

Los portainyectores y sus correspondientes inyectores son elementos esenciales en un motor Diesel. Influyen esencialmente en la combustión y, por tanto, en la potencia del motor, sus gases de escape y los ruidos y vibraciones originados. Para cumplir con estos objetivos hay distintos tipos de inyectores y portainyectores según el tipo de motor y el sistema de alimentación que se utilice. La misión de estos dispositivos son:

• El dar al desarrollo de la inyección (distribución exacta de la presión y del caudal por cada grado de giro del ángulo del cigüeñal).
• La pulverización y distribución del combustible en la cámara de combustión.
• El estanqueizado del sistema de combustible contra la cámara de combustión.

A través de las toberas se inyecta el combustible en la cámara de combustión del motor Diesel. Estos están montados mediante portainyectores en el motor. En los sistemas de inyección de alta presión Common Rail y unidad de bomba-inyector, la tobera se encuentra integrada en el inyector. En estos sistemas no se requiere ningún portainyector. La tobera se abre por la presión del combustible. El caudal de inyección se determina esencialmente por las aberturas de las toberas y al duración de la inyección.

La tobera debe estar adaptada a las diferentes condiciones del motor : – Procedimiento de combustión (antecámara, cámara de turbulencias o inyección directa).

• Geometría de la cámara de combustión.
• Forma del chorro de inyección y dirección del chorro.
• «Fuerza de penetración» y pulverización del chorro de combustible. – Duración de la inyección.
• Caudal de inyección por cada grado de ángulo del cigüeñal.

Las dimensiones y los grupos constructivos estandarizados permiten la flexibilidad necesaria con un mínimo de variantes de piezas individuales.

En la siguiente tabla se visualiza la utilización de inyectores y portainyectores según el sistema de inyección utilizado.

Portainyectores

Los portainyectores se pueden combinar con diversas toberas. Hay dos tipos:

• Portainyectores estándar (portainyectores de un muelle).
• Portainyectores de dos muelles

La versión escalonada es sumamente idónea cuando hay poco espacio disponible.

Los portainyectores se emplean con y sin sensor de movimiento de aguja. En los sistemas de unidad bomba-inyector (UIS) y Common Rail (CR) la tobera es parte integrante del portainyector. Estos sistemas no necesitan portainyectores.
Los portainyectores se pueden fijar a la culata mediante bridas, garras de fijación, tornillos de racor y con una rosca para enroscar. El empalme de presión esta ubicado de forma central o lateral.

Portainyectores estándar

Aplicación y estructura

Estos portainyectores presentan las siguientes características:

• Forma exterior cilíndrica con diámetros de 17, 21, y 26 mm.
•  Muelle situado abajo (con lo cual, pequeña masa desplazada).
•  Toberas fijadas para impedir su giro, para motores con inyección directa.
• Componentes estandarizados (muelles, perno de presión, tuerca de fijación del inyector), que posibilitan combinaciones.

La combinación de portainyectores se compone de inyector y portainyector. El portainyector consta de los siguientes componentes:

• Cuerpo soporte.
• Disco intermedio.
• Tuerca de fijación del inyector.
• Perno de presión.
• Muelle de compresión
• Arandela de compensación.
• Pasadores de fijación.

El inyector (tobera) se fija con la tuerca de fijación del inyector con el centro del cuerpo de soporte. Al atornillar el cuerpo de soporte y la tuerca de fijación del inyector, el disco intermedio presiona contra las superficies estanqueizantes del cuerpo de soporte y del inyector. El disco intermedio sirve como tope para la carrera de la aguja del inyector y centra, junto con los pasadores de fijación, el inyector respecto al cuerpo del portainyector.

El perno de presión centra el muelle de compresión, y la espiga de presión de la aguja del inyector asume la conducción del perno de presión. En el cuerpo de soporte el taladro de entrada (2) del portainyector conduce, a través del disco intermedio, hasta el taladro de entrada del cuerpo del inyector (tobera) y comunica así el inyector a la tubería de presión de la bomba de inyección. En caso necesario hay una varilla-filtro  integrada en el portainyector. Esta retiene las impurezas mayores que contiene el combustible.

Funcionamiento

El muelle de compresión en el cuerpo de soporte presiona, a través del perno de presión, sobre la aguja del inyector. La tensión previa de este muelle determina la presión de apertura del inyector. La presión de apertura puede ajustarse mediante una arandela de compensación (tensión previa del muelle de compresión).

El recorrido del combustible conduce a través de la varilla-filtro desde el taladro de entrada en el cuerpo de soporte, hacia el disco intermedio y, desde allí, a través del cuerpo del inyector , hasta el asiento del cuerpo de la tobera. En el proceso de inyección se levanta la aguja del inyector debido a la presión de inyección (aprox. 110- 140 bar en caso de inyectores con espiga estranguladora, y aprox. 150 – 300 bar en caso de inyectores de orificios). El combustible es inyectado por los agujeros de inyección en la cámara de combustión. La inyección ha concluido cuando la presión de inyección ha disminuido en tal medida que el muelle de compresión presiona otra vez la aguja del inyector contra su asiento. El comienzo de la inyección es controlado a través de la presión. El caudal de inyección depende esencialmente de la duración de inyección.

Portainyectores escalonados

Aplicación y estructura

Es especialmente en los motores de 4 válvulas para vehículos industriales, donde por razones de espacio se impone el montaje en posición vertical de la combinación de portainyectores e inyectores , en los que se aplican las combinaciones escalonadas.

La estructura y el funcionamiento concuerdan con el portainyector estándar: La diferencia esencial consiste en la modalidad de la conexión de la tubería de combustible: mientras que esta se atornilla céntricamente en el extremo posterior del portainyector estándar, en el portainyector escalonado, la misma se une al cuerpo de soporte mediante una tabuladura de presión. Mediante esta disposición es posible realizar, por regla general, unas longitudes de tubería de inyección sumamente cortas, lo que tiene una influencia positiva sobre el nivel de presión de inyección sumamente cortas, lo que tiene influencia positiva sobre el nivel de presión de inyección, debido a lo reducido del volumen muerto.

Inyectores de orificios

Aplicación

Los inyectores de orificios se emplean para motores que funcionan según el proceso de inyección directa. La posición de montaje viene determinada generalmente por el diseño del motor. Los agujeros de inyección dispuestos bajo diferentes ángulos tienen que estar orientados de forma idónea para la cámara de combustión. Los inyectores de orificios se dividen en:

• Inyectores de taladro ciego.
• Inyectores de taladro en asiento.

Ademas los inyectores de orificios se distinguen por su tamaño constructivo entre:

• Tipo P con un diámetro de aguja de 4 mm (inyectores de taladro ciego y de taladro en asiento)
• Tipo S con un diámetro de aguja de 5 y 6 mm (inyectores de taladro ciego para motores grandes).

En los sistemas de inyección unidad de bomba-inyector (UIS) y Common Rail (CR), las toberas de orificios están integradas en los inyectores. De esta forma asumen la función del portainyectores.

Estructura

Los agujeros de inyección se encuentran sobre la envoltura del casquete de inyector. La cantidad de orificios y el diámetro de los mismos depende de:

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

Los inyectores deben de estar adaptados esmeradamente a las condiciones presentes en el motor :

El dimensionado de los inyectores es decisivo también para: – La dosificación de la inyección (duración y caudal de inyección por cada grado de ángulo del cigüeñal).

• La preparación del combustible (numero de chorros, forma y pulverización del chorro de combustible).
• La distribución del combustible en la cámara de combustión.
• El estanqueizado contra la cámara de combustión.

El combustible que ocupa el volumen debajo del asiento de la aguja del inyector se evapora después de la combustión, contribuye así de forma esencial a las emisiones de hidrocarburos (HC) del motor. Por ello es importante mantener lo mas reducido posible este volumen (volumen residual o contaminantes). Esto se consigue de la mejor manera con inyectores de taladro en asiento.

Inyector de taladro ciego

Los agujeros de inyección del inyector de taladro ciego están dispuestos en torno a un taladro ciego. Existen inyectores con taladro ciego cilíndrico y cónico en diferentes dimensiones.

El inyector con taladro ciego cilíndrico y casquete redondo: compuesto por una parte cilíndrica y otra semiesférica, presenta una gran libertad de dimensionamiento respecto al numero de agujeros, longitud de agujero y ángulo del cono del agujero de inyección. El casquete del inyector tiene forma semiesférica y garantiza así, junto con la forma del taladro ciego, una longitud uniforme de orificios.

El inyector con taladro ciego cilíndrico y casquete cónico: La forma del casquete cónico aumenta la resistencia del casquete mediante un espesor de pared mayor entre el radio de garganta  y el asiento del cuerpo del inyector.

El inyector con taladro ciego cónico y casquete cónico: presenta un volumen residual menor que el inyector con taladro ciego cilíndrico. En cuanto al volumen de taladro ciego, se encuentra entre el inyector del 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 residual, y con el también la emisión de HC, el comienzo del agujero de inyección se encuentra en el asiento del cuerpo del inyector y queda cubierto ampliamente por la aguja cuando esta cerrado el inyector. No existe ninguna comunicación directa entre el taladro ciego y la cámara de combustión. El volumen del taladro ciego se ha reducido considerablemente en comparación con el inyector de taladro ciego. Los inyectores de taladro en asiento presentan, respecto a los inyectores de taladro ciego, un limite de carga notablemente inferior.

La forma del casquete es cónica por motivos de resistencia. Mediante unas geometrias especiales de los agujeros de inyección, una guía doble de aguja o unas geometrias mas complejas de las puntas del las agujas se puede mejorar aun mas la distribución del chorro de inyección, y de este modo la formación de la mezcla.

En los inyectores de orificios el limite superior de la temperatura se sitúa en 300 °C (termorresistencia del material). Para aplicaciones especialmente difíciles se dispone de manguitos termoprotectores, o para motores mayores incluso de manguitos de inyección refrigerados.