Sistemas de Inyección con Inyector Bomba: Características, Componentes y Funcionamiento
El objetivo de estos sistemas es generar una alta presión de inyección y controlar de forma precisa la cantidad inyectada, instalando la bomba y el inyector en un único conjunto. La bomba unitaria UPS es una bomba de alta presión para cada cilindro, conectada mediante una tubería al portainyector correspondiente. Esta bomba es accionada por el árbol de levas y, en sistemas modernos, una electroválvula permite el paso de combustible hacia el inyector. Es el sistema más usado en turismos diésel con inyección directa y cuenta con control electrónico EDC.
Sistema de Alimentación de Combustible
La bomba de alimentación es movida por el árbol de levas, el cual también acciona el depresor.
Depresor (Servofreno)
Está formado por una aleta que gira dentro de un cuerpo o estator con forma elíptica. Incluye una válvula de lámina metálica para limitar el flujo de aire desde la bomba hacia el motor y otra que regula la depresión. Se introduce una pequeña cantidad de aceite que lubrica y mejora la estanqueidad; este aceite vuelve al motor con el aire expulsado por la válvula de lámina metálica.
Bomba de Alimentación
Es de aletas con cierre integrado, ya que estas se ajustan contra las paredes del rotor por acción de un muelle. Se consigue así que tenga capacidad de aspiración desde el arranque. El rotor siempre está inundado de combustible. Cada aleta de cierre genera dos celdas: una aspirante y otra impelente. El combustible se aspira y se impele en cada celda de forma continua.
Tubo Distribuidor
Distribuye el combustible hacia los inyectores-bomba. El combustible procedente de la bomba de alimentación fluye por el interior del tubo distribuidor. Gracias a unos taladros, pasa a una ranura anular que se genera entre el tubo distribuidor y la culata, mezclándose con el combustible caliente del retorno de los inyectores-bomba, lo que permite homogeneizar la temperatura del combustible.
Refrigeración del Combustible
El sistema utiliza un intercambiador aire-combustible (un radiador donde el aire de la marcha enfría el combustible de camino al depósito) y un sistema agua-combustible. En este último, el combustible que retorna de los inyectores-bomba pasa por un radiador sobre el filtro, donde cede calor al refrigerante del motor. Cuando la temperatura supera los 70 ºC, se pone en marcha una bomba eléctrica adicional que hace circular el refrigerante hacia un radiador adicional.
Componentes y Funcionamiento del Inyector-Bomba
El conjunto está compuesto por una bomba de alta presión, una electroválvula de control y un inyector. En el árbol de levas se monta una leva adicional encargada de impulsar la bomba de alta presión. Esta leva tiene un flanco de ataque muy pronunciado para accionar la bomba a gran velocidad y aumentar la presión, mientras que el flanco de salida posee un perfil suave para no generar burbujas de aire.
Fases del Ciclo de Inyección
- Alimentación de combustible: El émbolo de la bomba asciende ayudado por un muelle cuando la leva ataca al balancín por el círculo base. Aumenta el volumen de la cámara de alta presión. Como la electroválvula está en reposo, el combustible fluye desde el conducto de alimentación hasta la cámara.
- Preinyección: Para suavizar el proceso de combustión y el ruido del motor, es preciso disminuir el tiempo de retraso. Se introduce una pequeña cantidad de combustible a baja presión (180 bar) para aumentar la presión y temperatura en la cámara de combustión. La leva ataca al balancín por el flanco más plano, haciendo que el émbolo descienda. La Unidad de Control (UC) alimenta la electroválvula y esta cierra el paso de combustible. Al alcanzar los 180 bar, se levanta la aguja del inyector. La preinyección dura muy poco y el movimiento de la aguja se limita a un tercio de su carrera total por un amortiguador. El inyector se cierra tras una caída brusca de presión.
- Inyección principal: El émbolo sigue descendiendo con la electroválvula cerrada. Cuando la presión supera los 300 bar, se vence el muelle y comienza la inyección. La cámara comprime más combustible del que sale, elevando la presión hasta los 2000 bar. Termina cuando la UC deja de alimentar la electroválvula, permitiendo que el combustible se dirija al conducto de alimentación. El muelle del inyector provoca su cierre y el émbolo de evasión recupera su posición original.
- Retorno de combustible: A la cámara de alta presión se le suministra siempre más combustible del necesario. El sobrante vuelve al depósito a través del conducto de retorno, el cual recoge el combustible caliente, elimina burbujas de aire mediante estranguladores y refrigera el inyector-bomba por recirculación.
Gestión del Sistema: Sensores
- Medidor de masa de aire: Instalado en el conducto de admisión, es de película caliente con detección de reflujo.
- Sensor de régimen de giro: De tipo inductivo, situado en el bloque motor. Informa sobre el régimen de giro y la posición del cigüeñal para establecer el inicio y duración de la inyección.
- Sensor Hall: Capta la señal de la rueda generatriz del árbol de levas. Es necesario en la fase de arranque para detectar qué cilindro está al final de la fase de compresión.
- Sensor de posición del acelerador / Kick-down / Conmutador de ralentí: Instalados en un único elemento accionado por el pedal.
- Sensor de temperatura del líquido refrigerante: La UC lo usa para modificar la cantidad de combustible inyectado.
- Sensor de presión y temperatura en el colector de admisión: Conjunto que regula la presión de soplado y corrige la sobrealimentación.
- Sensores de luz y pedal de freno: Informan sobre la activación del freno.
- Conmutador del pedal de embrague: Informa si el motor está embragado; se reduce momentáneamente la cantidad de combustible inyectado para suavizar el cambio.
- Sensor de temperatura de combustible: Resistencia NTC en el retorno. Modifica el avance, el tiempo de inyección y corrige variaciones de densidad.
- Sensor de altitud: Informa de la presión atmosférica para corregir la presión de soplado y los gases de la EGR.
Actuadores del Sistema
- Electroválvula de inyector-bomba: La UC gobierna el inicio y la cantidad de combustible. La UC monitoriza la corriente de excitación para detectar el BIP (Beginning of Injection Period), que es el momento real en que la aguja impacta contra el asiento.
- Testigo de precalentamiento: Se ilumina en la fase de precalentamiento y parpadea en caso de avería.
- Electroválvula reguladora de presión de sobrealimentación: Regula la presión de soplado del turbo.
- Electroválvula del sistema EGR: Parte del sistema anticontaminación encargado de reducir los óxidos de nitrógeno.
- Electroválvula de conmutación para chapaleta en colector de admisión: Aplica vacío para cerrar el paso de aire al parar el vehículo, reduciendo las vibraciones del motor.
- Relé de bomba de agua adicional: Activa la bomba eléctrica del sistema de refrigeración del combustible.