Inyección directa Common Rail

El sistema de inyección directa common rail o inyección directa de alta presión (en inglés common rail o DCI para "  Direct Injection Common Rail  ") es una versión moderna del motor diesel con inyección directa . El inventor es el grupo Fiat , cuyas patentes llevan el número EP 0385399 A2 (obtenido el3 de marzo de 1989) y EP0548916 A1 (obtenido el24 de diciembre de 1991).

Fiat ya se había distinguido con Croma TDid, el primer sedán del mundo que se benefició en 1988 de un motor diésel de inyección directa. Pero el primer vehículo de pasajeros equipado con un motor de este tipo fue el Toyota Land Cruiser HJ61 4x4 en 1986.

Después de haber presentado las patentes de common-rail, Fiat, en medio de las dificultades económicas, las vendió a Bosch, que luego pudo suministrar sistemas a muchos grupos automotrices. Podemos citar a PSA, Mercedes-Benz, BMW ... El primer turismo equipado con common rail proviene del Grupo Fiat, ya que es el Alfa Romeo 156, presentado en el otoño de 1997.

Caracteristicas

La principal característica de un sistema de inyección common rail reside en la presencia de un único acumulador de alta presión, que puede llegar hasta los 2200  bares a plena carga, para alimentar los inyectores. En motores anteriores, con inyección directa o indirecta, una bomba de baja presión llevaba el combustible a los inyectores unitarios a través de un conducto, este último accionado por un árbol de levas.

Los sistemas de inyección Common Rail utilizan principalmente inyectores piezoeléctricos o de solenoide que permiten un control muy preciso de la cantidad y la sincronización de la inyección de combustible en cada cilindro. El control de este tipo de inyectores se realiza eléctricamente y por tanto permitió la introducción del procesamiento de datos para esta tecnología, lo que trae múltiples ventajas.

Dado que la presión de inyección se da aguas arriba, deberíamos hablar de "válvula de inyección", aunque todavía se utiliza el término "inyector".

Las válvulas de inyección solenoide o piezoeléctrica permiten el control electrónico de la duración de la inyección y, por tanto, de la cantidad exacta de combustible que se pulveriza en la cámara de combustión. Además, la alta presión permite una mejor distribución de la nube de combustible en cada cilindro. Para reducir el ruido de funcionamiento del motor, se inyecta una pequeña cantidad de combustible antes de la inyección principal. Esta solución, denominada preinyección, permite que el combustible comience a arder en un punto determinado de la cámara de combustión, a diferencia de los motores diésel que no la tienen, en los que existen varios puntos de encendido no controlados. Como resultado, los motores equipados con el sistema common rail son más silenciosos y ya no experimentan picos de presión, obteniendo una combustión mucho más regular; permiten una clara reducción de las emisiones de gases no quemados y del consumo en torno al 15% con un aumento de los servicios del 12% . El sistema de preinyección hace que el riel común se sienta mucho más similar a los motores de encendido por chispa, como los motores de gasolina tradicionales.

Los motores más sofisticados pueden realizar hasta ocho inyecciones por ciclo, se denominan "  Multijet  ", así nombrados por su inventor Fiat y Magneti-Marelli .

El ingeniero italiano Alessandro Tripodi, del consorcio Fiat / Magneti-Marelli , es el inventor del sistema common-rail . El Alfa Romeo 156 es el primer automóvil del mundo equipado con este revolucionario sistema. PSA y Mercedes Benz serán los primeros fabricantes extranjeros en poder utilizar el common rail , en 1997, unos meses después que el grupo Fiat.

Histórico

En el pasado, se han utilizado motores con principios pre- common rail en motores marinos y ferroviarios, en algunas locomotoras. El motor Cooper-Bessemer GN-8 de 1942 es un ejemplo típico del motor diesel de riel común hidráulico más conocido.

• 1930: El principio del motor de inyección directa common rail fue desarrollado por investigadores del Politécnico de Zurich a partir de la década de 1930, pero nunca había funcionado en motores de pequeña cilindrada.
• 1960: El prototipo del sistema common rail fue desarrollado a finales de la década de 1960 por el suizo Robert Huber. A continuación, la tecnología fue desarrollada por D r Marco Ganser de ETH Zurich, después Ganser-Hydromag AG (est. 1995) en Oberägeri.
• 1988-1989: Fiat presente enAbril de 1988, en el Salón del Automóvil de Turín , el primer automóvil equipado con un motor diésel de inyección directa, el Fiat Croma TDid . Desde finales de la década de 1980, los ingenieros de Fiat y Magneti Marelli han estado trabajando en la adaptación del common rail a los motores diésel de pequeña cilindrada. En 1996, preindustrializaron un sistema common rail adaptado a los motores de los automóviles. Una bomba, independientemente de la velocidad del motor, inyecta combustible diesel a alta presión en un conducto, el common rail o colector, que se convierte en un acumulador hidráulico, es decir, un tanque de combustible presurizado listo para ser inyectado en los cilindros del motor.
• 1990-1997: la preindustrialización del sistema common rail se inició en 1990 en los laboratorios conjuntos de investigación y desarrollo de las empresas Magneti-Marelli, Centro Ricerche Fiat y Elasis . Aprovechando la investigación y las experiencias previas del Grupo Fiat, se asignó una licencia en el mes deAbril de 1994a la empresa alemana Robert Bosch GmbH que utiliza patentes de Fiat. Después de treinta meses de desarrollo, Bosch lleva a cabo la producción en masa y la comercialización.
• 1995: El primer uso exitoso en un vehículo de producción comenzó en Japón a mediados de la década de 1990. Shohei Itoh y Masahiko Miyaki de Denso Corporation , un fabricante japonés de piezas de automóviles, desarrollaron el sistema common rail del sistema de combustible ferroviario para vehículos pesados ​​y lo hicieron práctico. uso de él con su sistema de riel común ECD-U2 instalado en el camión Hino Ranger y vendido para uso general en 1995. Denso reclama el primer sistema de riel común comercial de alta presión para camiones en 1995.
• 1997: Alfa Romeo comercializa el primer coche equipado con un motor con sistema common rail con el 156 .
• A partir de 2005, el grupo VW aprovechó una renovación de su gama de motores con una reducción de la cilindrada de sus motores de cuatro cilindros para reemplazar gradualmente los motores TDI equipados con la solución “injector-pump” (“PDE” en alemán) donde cada El cilindro está equipado con este tipo de producto. A partir deseptiembre 2008toda la gama del grupo está equipada con tecnología common rail , no pudiendo los motores equipados con sistemas “bomba-inyector” cumplir con la norma de emisiones Euro 4 .
• Período contemporáneo: los sistemas de inyección common rail equipan todos los motores diésel de serie y la mayoría están equipados con la tercera generación con 2.500  bares de presión.

Descripción

Un sistema de inyección directa diesel common rail se compone de:

• una bomba de combustible de baja presión , denominada booster independiente del motor, alimentada con 12  V , que succiona el combustible del tanque para llevarlo al sistema de inyección;
• una válvula solenoide ubicada entre la bomba de combustible y la bomba de alta presión, que controla el flujo de combustible;
• una bomba de alta presión , impulsada por el motor, que suministra combustible al common rail;
• un limitador de presión con ajuste mecánico o pilotado, que controla la presión en el common rail;
• un acumulador hidráulico , denominado “common rail”, que constituye una reserva de combustible a alta presión para los inyectores;
• un inyector por cilindro, desempeñando el papel de válvulas controladas electrohidráulicamente.

Este conjunto está controlado por:

• un sensor de presión en el riel común;
• un sensor de temperatura del combustible;
• una computadora de inyección electrónica (comúnmente llamada "ECU" por "  Electronic Control Unit  " en inglés) que controla los actuadores  : los inyectores, la válvula solenoide de control de flujo y posiblemente el ajuste del limitador de presión, a partir de la información medida por los sensores.

El calculador de inyección utiliza la información de los sensores del motor:

• posición del pedal del acelerador;
• presión de aire en el colector de admisión;
• temperatura y caudal del aire de entrada;
• temperatura del agua en la culata;
• velocidad del motor y posición angular medida en el árbol de levas y / o en el cigüeñal  ;
• así como posiblemente la aceleración medida en el bloque de cilindros.

Notas y referencias

1. "  Inyección de diesel de alta presión Common Rail  " [PDF] , Educauto.org (consultado el 24 de diciembre de 2012 ) .
2. (in) "  Electrognetic fuel injection valve  " , Google Patents (consultado el 22 de diciembre de 2019 ) .
3. (en) Bob McDonald, "  Common Rail Injection History  " , Engine Builder,20 de agosto de 2012(consultado el 5 de junio de 2017 ) .
4. (in) "Common Rail System" (versión del 7 de agosto de 2011 en Internet Archive ) , Denso Corporation ,2005 (versión archivada).

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