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An�lisis de los sistemas modernos de inyecci�n a gasolina

 

Analysis of modern gasoline injection systems

 

An�lise de sistemas modernos de inje��o de gasolina

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: kevin.tulcanaz843@ist17dejulio.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 23 de agosto de 2022 *Aceptado: 28 de septiembre de 2022 * Publicado: 01 de octubre de 2022

 

 

        I.            Instituto Superior Tecnol�gico 17 de Julio, Urcuqu�, Ecuador.

     II.            Instituto Superior Tecnol�gico 17 de Julio, Urcuqu�, Ecuador.

   III.            Instituto Superior Tecnol�gico 17 de Julio, Urcuqu�, Ecuador.

 

 

 

 

Resumen

La tecnolog�a automotriz ha dado avances sorprendentes, si bien es cierto que los autos mantienen en esencia la mayor�a de sus componentes iniciales, tambi�n lo es el hecho de que muchos componentes han sido sustituidos al pasar de los a�os, todo esto por m�ltiples factores, entre los que destacan por ejemplo el motor por combustibles f�siles por un motor el�ctrico, el uso de las computadoras como centros de mando del veh�culo y el carburador por un sistema de inyecci�n, estos cambios sin duda obedecen no solo a los avances tecnol�gicos que sin duda han sido determinantes pero tambi�n se debe a las grandes y da�inas emisiones de gases de combusti�n que han afectado al planeta tierra. El objetivo de esta investigaci�n es aanalizar los sistemas modernos de inyecci�n a gasolina, en el cual mediante una metodolog�a de revisi�n bibliogr�fica en la que, por medio de diferentes tipos de documentos digitales disponibles en diferentes revistas cient�ficas, tesis de grado y publicaciones en repositorios universitarios se pudo conocer lo referente a la informaci�n m�s relevante sobre este tipo de equipos. Se concluye que los sistemas de inyectores de gasolina resultaron de los avances en la electr�nica, e intentan recrear un sistema mucho m�s �ptimo y limpio, que le permitir� al veh�culo y sus nuevos componentes electr�nicos acoplarse de tal manera que sean m�s r�pidos y efectivos sus procesos.

Palabras claves: Combustible; Inyectores; Combusti�n; Veh�culo.

 

Abstract

Automotive technology has made surprising advances, although it is true that cars essentially maintain most of their initial components, it is also true that many components have been replaced over the years, all this due to multiple factors, among those that stand out, for example, the fossil fuel engine for an electric motor, the use of computers as vehicle control centers and the carburetor for an injection system, these changes are undoubtedly due not only to technological advances that have undoubtedly been decisive but it is also due to the large and harmful emissions of combustion gases that have affected planet earth. The objective of this research is to analyze modern gasoline injection systems, in which, through a bibliographic review methodology in which, through different types of digital documents available in different scientific journals, degree theses and publications in university repositories it was possible to know what refers to the most relevant information on this type of equipment. It is concluded that gasoline injector systems resulted from advances in electronics, and try to recreate a much more optimal and clean system, which will allow the vehicle and its new electronic components to be coupled in such a way that their processes are faster and more effective.

Keywords: Fuel; injectors; Combustion; Vehicle.

 

Resumo

A tecnologia autom�vel tem feito avan�os surpreendentes, embora seja verdade que os carros mant�m essencialmente a maioria dos seus componentes iniciais, tamb�m � verdade que muitos componentes foram substitu�dos ao longo dos anos, tudo isto devido a m�ltiplos fatores, entre os que se destacam, por exemplo, o motor de combust�vel f�ssil para um motor el�trico, o uso de computadores como centros de controle de ve�culos e o carburador para um sistema de inje��o, essas mudan�as se devem sem d�vida n�o apenas aos avan�os tecnol�gicos que foram indubitavelmente decisivos, mas tamb�m devido ao grande e emiss�es nocivas de gases de combust�o que afetaram o planeta Terra. O objetivo desta pesquisa � analisar sistemas modernos de inje��o de gasolina, em que, por meio de uma metodologia de revis�o bibliogr�fica em que, por meio de diferentes tipos de documentos digitais dispon�veis em diferentes peri�dicos cient�ficos, teses de gradua��o e publica��es em reposit�rios universit�rios foi poss�vel conhecer o que se refere �s informa��es mais relevantes sobre este tipo de equipamento. Conclui-se que os sistemas injetores de gasolina resultaram dos avan�os da eletr�nica, e tentam recriar um sistema muito mais otimizado e limpo, que permitir� que o ve�culo e seus novos componentes eletr�nicos sejam acoplados de forma que seus processos sejam mais r�pidos e eficazes.

Palavras-chave: Combust�vel; injetores; Combust�o; Ve�culo.

 

Introducci�n

Las tecnolog�as han avanzado de una manera impresionante, la electr�nica y rob�tica hoy ocupan un lugar principal entre la vida cotidiana de todo ser humano, tiempo atr�s resultaba inconcebible que algo tan peque�o como por ejemplo un micro procesador pudiese controlar maquinas, sistemas enteros de comunicaci�n, sat�lites, entre otros. Afortunadamente para el hombre y su forma de vida, en gran parte el avance del ser humano se ha dado gracias a su inventiva y creatividad, pero m�s en sus necesidades, esta ha sido el motor principal que ha impulsado la resoluci�n de diferentes problemas que se les ha presentado a la humanidad.

En el caso particular de este art�culo, en el que se habla acerca de uno de los componentes de un motor de combustibles f�siles, como lo es el inyector, el cual sustituyo al alternador, esto en gran parte porque el rendimiento de los motores fue cambiando de acuerdo a los nuevos y mejorados componentes electr�nicos, que poco a poco se fueron integrando en el �rea automotriz, esto sin duda ha representado un cambio en la concepci�n de un veh�culo, ya que los sistemas electr�nicos ahora han suplido a la gran mayor�a de los componentes de un veh�culo.

En este sentido, los nuevos sistemas de combusti�n de un veh�culo se hacen realidad gracias a la implementaci�n de los inyectores, los cuales son los encargados de pulverizar la cantidad optima de gasolina que va hacia los motores, O�ate y Frias (2019) mencionan al respecto, que la carburaci�n como ciencia, nace en 1795, por Robert Street, quien consigui� evaporar la trementina y el aceite de alquitr�n en un motor que funcionaba sin compresi�n (atmosf�rico). Para el a�o1824 Samuel Morey, inventor estadounidense y el abogado de patentes Erskine Hazard, crearon el primer carburador con un sistema de precalentamiento que facilitaba la evaporaci�n.

El carburador fue el m�todo m�s utilizado para preparar la mezcla aire-gasolina, siendo un sistema totalmente mec�nico, el cual, con los distintos avances tecnol�gicos y el progreso de la electr�nica, este sistema cambio hacia el uso de la inyecci�n de gasolina en el colector de admisi�n (Simba�a et al., 2022). La emisi�n de gases de escape de los procesos de combusti�n, es el proceso central y m�s importante dentro de la cadena de emisi�n, transmisi�n y entrada de contaminantes. Asimismo destaca que las emisiones antropog�nicas (producidas o influencias por los humanos), como lo son: la generaci�n de energ�a, el trafico (transporte), la industria, los hogares, la agricultura, entre otros, son uno de los mayores generadores de contaminaci�n en la actualidad�(Soca, 2021).

Por lo cual, en el siguiente articulo se trataran puntos relativos a la combustion de los motores, los sistemas de inyeccion y su funcionamiento, tipos de inyectores, con la finalidad de comprender los sistemas de inyectores a gasolina, asi como su gran utilidad e importancia para cualquier automotor, para determinar su estado y realizar los ajustes en el inyector que sean necesarios para su correcto funcionamiento, contribuyendo asi al ambiente.

 

Metodolog�a

La metodolog�a empleada es la investigaci�n bibliogr�fica de tipo documental, en la cual se han revisado las diferentes bases de datos acad�micas disponibles en la web, en las que se pueden revisar informaci�n de fuentes confiables y de reconocida rigurosidad cient�fica, publicaciones de investigaciones de universidades, revistas de investigaci�n cient�fica, tesis de grado, entre otras publicaciones que sirven de soporte a la investigaci�n planteada.

En este sentido, Tramullas (2020) afirma que las revisiones bibliogr�ficas resultan clave para identificar tendencias y nuevas �reas de investigaci�n, pero tambi�n para sintetizar y disponer de fundamentos sobre los cuales consolidar el corpus de una disciplina. Esto facilita su progreso te�rico y conceptual, no debiendo tampoco obviarse el papel que desempe�an en la difusi�n del conocimiento cient�fico y en la mejora de la pr�ctica profesional.

La revision se baso en identificar las palabras claves como inyectores, combustion, motores a gasolina, entre otras que sirvieron para la correcta ubicaci�n de los articulos o publicaciones que contenian la informacion pertinente para nutrir la investigacion.

 

Resultados y discusi�n

 

Nociones del sistema de inyecci�n

El control electr�nico del sistema de inyecci�n de combustible sirve para determinar la dosis inyectada sobre la base del flujo de aire en masa y otros par�metros del motor se est� aplicando actualmente, en este sentido, la cantidad de combustible se ajusta a una se�al recibida del sensor de ox�geno, esta se�al del sensor de ox�geno correlacionada con la informaci�n sobre la posici�n instant�nea del cig�e�al, corrige la cantidad de combustible en el cilindro (Dziubinski et al., 2017).

El sistema de inyecci�n, comandado por la unidad de control electr�nico (ECU) es el encargado de medir y monitorear el funcionamiento del motor, en particular el caudal de aire atmosf�rico aspirado para dosificar la cantidad de combustible adecuada en cada r�gimen del motor, para que la combusti�n sea lo m�s completa posible, es decir una mezcla estequiom�trica lo m�s cercana a lo ideal, hablando del par�metro pertinente, el factor lambda debe estar cerca de 1�(Paspuel, 2021).

De igual manera el mismo autor menciona que el sistema de inyecci�n electr�nica a gasolina, funciona por un computador principal conocido como ECU (unidad de control electr�nico) mismo que es el encargado de receptar las se�ales el�ctricas emitidas por los sensores, para compararlas con los par�metros que se encuentran establecidos por el fabricante, y determinar las correcciones necesarias que se deben ejercer sobre los actuadores (inyectores) para lograr un �ptimo desempe�o del motor�(Paspuel, 2021).

Seguidamente, en la figura 1 se puede apreciar un esquema del sistema de inyecci�n a gasolina.

 

Fuente: (Paspuel, 2021)

Figura 1: Sistema de Inyecci�n

 

En la figura se puede apreciar las entradas de los sensores de caudal de aire, temperatura de motor y temperatura, as� como los sensores de mariposa.

Es importante conocer lo que realmente significa un inyector, al respecto Castro y Gonzalez (2018) mencionan en su articulo que es un componente o elemento electrohidr�ulico de inyecci�n de combustible y est� compuesto por una v�lvula el�ctrica solenoide, aguja y una tobera. La tobera del inyector se abre cuando la v�lvula solenoide es activada por la ECU para inyectar directamente combustible a la c�mara de combusti�n del motor. Cuando la tobera se abre, el remanente de combustible despu�s de la inyecci�n retorna al tanque de combustible a trav�s de la l�nea de retorno.

Para Granja (2019) El sistema de inyecci�n es un elemento a trav�s del cual se alimentan los motores de combusti�n interna, y estos han sustituido al carburador, sin embargo, para los veh�culos con motor Diesel, este sistema es el que se usa regularmente, ya que se debe inyectar el combustible en la c�mara al momento de la combusti�n. En la actualidad para los motores que utilizan gasolina se ha dejado de utilizar el uso del carburador, en este sentido, la inyecci�n admite una mejor distribuci�n del combustible, permitiendo la regularizaci�n de las distintas fases de funcionamiento, acopl�ndose a las necesidades del conductor y acatando las normas de contaminaci�n ambiental (Simba�a et al., 2022).

De igual manera, Garcia (2021) se�ala que existen varios tipos de inyectores, los cuales son:

- Inyector solenoide: El principio de estos inyectores se refiere a que el momento en que el combustible es insertado, este se distribuye entre dos conductos: uno que lleva a la tobera y el otro a un volumen de control sobre el pist�n-aguja. La salida del volumen de control se abre a trav�s de un solenoide el cual se acciona por medio de una se�al el�ctrica. La depresi�n que se genera hace bajar la aguja que cubre el orificio de la tobera, para luego revelarla y producir la inyecci�n. La se�al el�ctrica es la que permite el paso del combustible cuando este activa, esta controla el inicio y el final de la inyecci�n, lo cual representa par�metros primordiales dentro del proceso y son constantemente calculados por la ECU del motor.

- Inyector piezoel�ctrico: La respuesta de este tipo de inyector es mucho m�s r�pida, sin embargo el funcionamiento es muy similar al anterior. La diferencia entre ambos es que en vez de usar un solenoide la apertura del volumen es inducida por material piezoel�ctrico.

La principal caracter�stica de este tipo de sistemas es que la mezcla de aire-combustible que se logra es m�s homog�nea, lo que hace que la cantidad de combustible requerido sea exactamente lo necesario, por tanto, se genera un menor consumo del mismo adem�s que se obtiene mayor potencia, ya que el aire de la atmosfera es ingresado �nicamente al m�ltiple de admisi�n y al tener un aumento del di�metro del m�ltiple, mayor es la alimentaci�n y por tanto mayor es la potencia que se adquiere�(Otaiza, 2019).

Para lograr una mejor comprensi�n de lo que significa un sistema de inyecci�n, es importante conocer sus componentes y funcionalidad, lo que a continuaci�n se describir�. B�sicamente y seg�n Almendariz y Naranjo (2022) un inyector funciona de la siguiente manera:

La bomba de inyecci�n manda combustible por el riel com�n al inyector y va dirigido hacia el canal en la tobera hasta llegar a la c�mara peque�a yacente en la base, que bloquea la aguja del inyector situado sobre el asiento en forma de cono con la asistencia de un resorte, lo cual este est� ubicado en la parte superior de la aguja que conserva el grupo cerrado. El combustible bajo la presi�n eleva la aguja e inyecta en la c�mara de combusti�n al momento que la presi�n desciende, por el fin de la inyecci�n, el resorte regresa a la posici�n original a la aguja encima del asiento del inyector finalizando la inyecci�n (p. 37).

Un inyector est� compuesto de la siguiente manera:

 

Fuente: (Almendariz y Naranjo, 2022)

Figura 2: Partes de un Inyector

 

En la tabla 1 se describen los componentes del inyector.

 

Figura 3: Partes de un Inyector

Fuente: (Almendariz y Naranjo, 2022)

 

Los sistemas de inyecci�n se pueden dividir o clasificar seg�n su n�mero de inyectores multipuntos o monopuntos, seg�n su ubicaci�n respecto al cilindro, en directos o indirectos, y seg�n su forma de inyecci�n en secuencial, semi � secuencial o simult�neos (Paspuel, 2021).

En este sentido, Mora et al. (2022) especifica lo siguiente:

La inyecci�n monopunto se caracteriza por tener un solo inyector, este se encuentra colocado en el colector de admisi�n o m�ltiple de admisi�n e inyecta combustible con la frecuencia requerida para alimentar a todos los cilindros aspirando la mezcla en la carrera de admisi�n o tiempo. La inyecci�n indirecta multipunto consta de varios inyectores ubicados en el propio m�ltiple de admisi�n, lo que permite que el combustible se mezcle con el aire antes de entrar al cilindro. La inyecci�n directa multipunto se identifica por que utiliza un inyector para cada cilindro, posicionado directamente en la c�mara de combusti�n. El combustible se inyecta justo despu�s que el motor haya comprimido a alta presi�n el aire aspirado, logr�ndose obtener mayor relaci�n de compresi�n, mejor arranque en fr�o, menor ralent�, y menor temperatura del motor (P. 396).

Este tipo de sistemas presenta multiples ventajas, entre las que destacan las siguientes:

�         El suministro de combustible a cada cilindro puede ser determinado con precisi�n de forma que reciban misma cantidad de combustible.

�         El suministro de combustible se realiza por medio de una bomba sumergida en el dep�sito de combustible, encarg�ndose de enviar el combustible hacia los inyectores, v�lvulas mec�nicas o solenoides electr�nicos logran mantener la presi�n constante en el riel donde est�n ubicados los inyectores, a su vez, el riel permite retornar al dep�sito de combustible el excedente de combustible.

�         La parte electr�nica, la computadora (ECU, ECM, PCM, UCE) dosifica la entrada de combustible, por lo tanto, el tiempo durante el cual deben permanecer abiertos los inyectores. Esta cantidad de combustible depende de varios factores como la temperatura del motor, velocidad del motor, carga y posici�n de la v�lvula mariposa, todos estos cambios son captados por sensores que env�an la informaci�n a la computadora.

�         Resulta importante realizar una clasificacion de los sistemas de inyeccion de combustibles, los cuales conforman una parte vital en las mezclas que se suministraran al motor para su funcionamiento, por lo cual a continuacion Sandovalin et al. (2022) realizan una clasificacion.

�         La cantidad de inyectores que tienen: el n�mero de inyectores puede variar de 1, 3, 4, 6 u 8 inyectores.

�         El lugar donde se realiza la inyecci�n: esta puede ser directa, cuando el combustible es inyectado en la c�mara de combusti�n o indirecta, cuando el combustible es inyectado fuera de la c�mara de combusti�n (en el colector de admisi�n).

�         La forma de inyecci�n: puede ser monopunto, cuando un solo inyector realiza la inyecci�n del combustible o multipunto cuando varios inyectores realizan la inyecci�n del combustible. � Las caracter�sticas de funcionamiento: Estas pueden ser mec�nicas, electromec�nicas o electr�nicas.

�         El n�mero de inyecciones que realiza y se clasifican en: o Inyecci�n continua: Siempre est� inyectando combustible.

o   Inyecci�n intermitente: La inyecci�n es intermitente por lapsos de tiempo.

o   Inyecci�n Secuencial: Cada inyector tiene un tiempo para la inyecci�n, la inyecci�n va de uno en uno.

o   Inyecci�n semisecuencial: Act�an dos inyectores al mismo tiempo en forma secuencial. o Inyecci�n simult�nea: Todos los inyectores trabajan al mismo tiempo.

Ahora bien, los inyectores y los sistemas que lo conforman pueden representar uno de los sistemas mas importantes de un automovil, ya que de su funcionamiento depende el suministro del combustible al motor, en torno a esto se han dise�ado multiples metodos para las pruebas antes y durante la puesta en marcha de estos componentes, se habla especificamente de un banco de pruebas, los cuales son un conjunto de elementos que conforman un aparato que es capaz de simular los procesos que se dan dentro de un motor, y son utilizados para realizar diagnosticos de fallas, asi como la calibracion de dichos elementos.

Un banco de pruebas de inyectores es una m�quina que es usada en los laboratorios para todo tipo de sistemas de inyecci�n, son usados para realizar el diagn�stico y la calibraci�n y puesta a punto de las bombas de inyecci�n, es un sofisticado m�todo que permite la adquisici�n de datos exactos, considerando los valores que indican en el banco de prueba se procede a realizar las calibraciones de la bomba, verificando las especificaciones del fabricante (Cajamarca y Arias, 2022).

Este tipo de aparatos son de suma importancia para lograr realizar las pruebas y mantenimineto de los inyectores, lo cual garantizaria que estos elementos puedan completar su importante funcionamiento en el vehiculo, al respecto Caro et al. (2019) describe lo siguiente:

Estas m�quinas, empezaron a generar un impacto alto debido a su gran eficiencia en el mantenimiento de un carro y por esto se convirti� en un instrumento importante en talleres de mec�nica automotriz. Debido a que este elemento tiene una frecuencia alta de uso, puede sufrir da�os al igual que quedar con impurezas de la gasolina en su interior que producen alguna falla en el funcionamiento (p. 6).

Las fallas que se presentan en los sistemas de inyeccion se debe en su gran mayoria a impurezas en sus componentes, es por esto que se deben realizar las pruebas diagnostico para determinar en que esta se encuentra el inyector, por lo cual se deben realizar continuas y regulares limpiezas para evitar fallos, entre las principales tecnicas se manejan las siguientes, seg�n lo describe Quinsasamin y Sa�aicela (2019):

- Limpieza con aditivos: El aditivo o agente limpiador se agrega directamente al dep�sito de combustible donde ambos se mezclan, as� sus componentes act�an sobre las part�culas contaminantes presentes en el dep�sito y en los circuitos.

- Limpieza por barrido: Su proceso es manual, el sistema implementa un l�quido de limpieza que se acopla al riel de inyectores donde se expulsa dicho l�quido mientras el motor est� encendido, logrando as� limpiar los inyectores mientras estos trabajan.

- Limpieza por ultrasonido: Es el sistema m�s efectivo, es necesario desmontar los inyectores y trabajar con ellos en un banco de pruebas para conocer la estanqueidad, pruebas de operaci�n, fallos frente a condiciones reales de trabajo, etc. Cuando se los ha analizado se proceder� a la limpieza sumergi�ndolos en una tina cubierta de un agente especial de limpieza donde se generar�n los pulsos de ultrasonido devolviendo as� sus condiciones normales de funcionamiento.

Por otro lado, Quinsasamin y Sa�aicela (2019) mencionan que las pruebas que se deben realizar en el inyector, luego de desmontarlo del vehiculos serian las siguientes:

- Prueba de estanqueidad: En este testeo se mantienen los inyectores cerrados, y se enviar� una presi�n de combustible por parte de la bomba para verificar posibles fugas presentes en los inyectores.

- Prueba de simulaci�n: En este testeo, los inyectores simulan el incremento de velocidades, de una velocidad baja a una velocidad alta, simulando el modo de operaci�n que tiene un motor de combusti�n interna en repetidas ocasiones.

- Analizador de diferencia volum�trica: En este testeo se podr� evidenciar las posibles desigualdades en la entrega de combustible causada por obstrucciones de suciedad en los inyectores.

- Analizador en funcionamiento: Este testeo, se usa para detectar fallas intermitentes de los inyectores, se analizar� los inyectores por un tiempo prolongado y simulando las condiciones reales de temperatura y trabajo.

En torno a esto, los inyectores deben tener un mantenimiento regular y optimo, y al no tener un correcto mantenimiento se podrian presentar los siguientes problemas, seg�n lo describe Quinsasamin y Sa�aicela (2019):

- El inyector entrega menos combustible debido a la obstrucci�n, causando p�rdida de potencia en el veh�culo.

- El inyector puede tener fugas, permitiendo p�rdidas de combustible.

- El inyector puede dejar de entregar combustible causando da�os al motor y mayor emisi�n de gases contaminantes.

Por otro lado, el mismo autor describe que al no usar un banco de pruebas para los inyectores, podria suceder lo siguiente:

- Realizar solo una limpieza superficial implica que los fallos seguir�n persistiendo.

- Al limpiarlo de forma manual el operario entra en contacto con sustancias de limpieza nocivas provocando afectaciones en la salud.

- No se puede verificar cuales inyectores poseen fallos, por lo que no se podr� sugerir el cambio de nuevos inyectores.

- Al no tener un limpiador adecuado no se podr� garantizar la limpieza del interior inyector donde se acumulas las part�culas contaminantes y cristalizadas.

 

Conclusi�n

La acelerada crisis clim�tica producida por la acci�n desmedida del hombre y su manipulaci�n a los recursos de la tierra ha provocado que en la actualidad la humanidad este en un colapso mundial gracias al cambio clim�tico. En torno a esto, m�ltiples acciones se han puesto en marcha para tratar de frenar o m�s ambiciosamente revertir la actual crisis. Sin duda una acci�n loable, pero con muchos puntos en contra.

Gracias a esto, los resultados de esas acciones correctivas se ven apuntados a la modificaci�n de los sistemas de transporte del ser humano, los cuales representan uno de los sectores m�s contaminantes del planeta, los veh�culos a combusti�n que usan combustibles f�siles.

Espec�ficamente, se pudo conocer la sustituci�n de un elemento netamente mec�nico, como lo es el carburador por un sistema netamente electr�nico como lo es los inyectores.

Los sistemas de inyectores de gasolina resultaron de los avances en la electr�nica, que intentan recrear un sistema mucho m�s �ptimo y limpio, que le permitir� al veh�culo y sus nuevos componentes electr�nicos acoplarse de tal manera que sean m�s r�pidos y efectivos sus procesos.

 

Referencias

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