Common-rail

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Alfa Romeo 156 JTD, primer automóvil del mundo con motor common-rail

El sistema de common-rail o conducto común es un sistema electrónico de inyección de combustible para motores diésel de inyección directa en el que el gasóleo es aspirado directamente del depósito de combustible a una bomba de alta presión, y esta a su vez lo envía a un conducto común para todos los inyectores y a alta presión desde cada uno de ellos a su cilindro.

El prototipo del sistema common rail fue desarrollado a fines de los ’60 por Robert Huber en Suiza, y su tecnología fue desarrollada aún más por el Dr. Marco Raen en el Swiss Federal Institute of Technology en Zurich, y luego en el Ganser-Hydromag AG (1995) en Oberägeri. El primer uso exitoso en un vehículo de producción en serie se produjo en Japón a mediados de los ’90. El Dr. Shohei Itoh y Masahiko Miyaki de la Denso Corporation, un fabricante de autopartes japonés, desarrollaron un sistema common rail para vehículos de uso intensivo, y lo llevaron al uso práctico con el sistema ECD-U2 montado en el camión Hino Rising Ranger, que se puso a la venta al público en 1995. Denso afirma que el suyo fue el primer sistema common rail comercial de alta presión, en 1995. Los modernos sistemas de common rail, si bien funcionan bajo el mismo principio, están comandados por una ECU (engine control unit, o unidad de control del motor) que abre cada inyector eléctricamente, y no mecánicamente. Esto fue ensayado como prototipo extensamente en los ’90 como colaboración entre Magneti Marelli, el Centro Ricerche Fiat y Elasis. Luego de la investigación y desarrollo llevados a cabo por el Grupo Fiat, el diseño fue adquirido por la compañía alemana Robert Bosch GmbH para completar ese desarrollo y afinarlo para la producción en masa. En retrospectiva, la venta parece haber sido un error estratégico de Fiat, ya que la nueva tecnología demostró ser muy rentable. La empresa no tuvo más alternativa que venderle la licencia a Bosch, puesto que se encontraba en floja situación económica por ese entonces, y carecía de recursos como para completar el desarrollo por cuenta propia. En 1997 extendieron su uso a los autos de pasajeros. El primer coche en usar el sistema common rail fue el modelo Alfa Romeo 156 2.4 JTD, en 1997, y más tarde en el mismo año el Mercedes-Benz C 220 CDI.

Concepto[editar]

Esquema básico del common rail

La idea esencial que rige el diseño es lograr una pulverización mucho mayor que la obtenida en los sistemas de bomba inyectora anteriores, para optimizar el proceso de inflamación espontánea de la mezcla que se forma en la cámara al inyectar el diésel, principio básico del ciclo Diesel. Para ello se recurre a hacer unos orificios mucho más pequeños, dispuestos radialmente en la punta del inyector (tobera), compensando esta pequeña sección de paso con una presión mucho mayor.

Es esencialmente igual a la inyección multipunto de un motor de gasolina, en la que también hay un conducto común para todos los inyectores, con la diferencia de que en los motores diésel se trabaja a una presión mucho más alta.

Funcionamiento[editar]

El combustible almacenado en el depósito de combustible a baja presión es aspirado por una bomba de transferencia accionada eléctricamente y enviado a una segunda bomba, en este caso, de alta presión que inyecta el combustible a presiones que pueden variar desde unos 300 bar hasta entre 1500 y 2000 bar al cilindro, según las condiciones de funcionamiento.

La bomba de transferencia puede ir montada en la propia bomba de alta presión, accionada por el mecanismo de distribución y sobre todo en el interior del depósito de combustible. El conducto común es una tubería o "rampa" de la que parte una ramificación de tuberías para cada inyector de cada cilindro.

La principal ventaja de este sistema es que permite controlar electrónicamente el suministro de combustible permitiéndo así realizar hasta 5 pre-inyecciones antes de la inyección principal, con lo que se consigue preparar mejor la mezcla para una óptima combustión. Esto genera un nivel sonoro mucho más bajo y un mejor rendimiento del motor.

Sensores principales[editar]

  • Sensor de régimen o CKP para sincronizar las inyecciones a los ciclos del motor.
  • Sensor de fase o CMP para distinguir entre los cilindros gemelos (por.ej. el 2 y el 3) cuál de ellos está en fase de compresión y cuál en escape, para inyectar en el cilindro que corresponde.
  • Sensor de pedal de acelerador, para detectar la carga requerida por el conductor y según la pendiente.
  • Sensor de presión de Rail o RPS, para detectar la presión en cada instante.

Sensores secundarios[editar]

  • Sensor de temperatura del motor o ECT para compensar en el arranque en frío.
  • Sensor de temperatura del gasoil para compensar con gasóleo muy caliente.
  • Caudalímetro másico de aire o MAF para controlar el funcionamiento del EGR o Recirculación de gases de escape.
  • Sensor de presión de admisión del colector o MAP , para detectar la sobrealimentación del Turbo.

Actuadores principales[editar]

  • Inyectores hidráulicos de mando electromagnético, o piezoeléctrico.
  • Regulador de presión del raíl.
  • Regulador de caudal de entrada a la bomba de alta presión.


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Actuadores secundarios[editar]

  • Electroválvula de regulación del EGR.
  • Relé de control de los precalentadores.
  • Mariposa de parada.

Ventajas del common-rail[editar]

Bomba de alta presión radial
Inyector Common rail

La principal ventaja de este sistema es que se puede regular la presión en los inyectores en función de la carga motor, de una manera muy precisa, con lo que se obtiene una regulación del caudal óptima. Por ejemplo, al circular el vehículo subiendo a 2000 rpm por una ligera pendiente, la necesidad de par motor y por tanto de potencia = par motor x rpm es mayor que cuando el vehículo circula a las mismas 2000 rpm cuando baja la misma pendiente. En los sistemas mecánicos anteriores de inyección por bomba, la presión era prácticamente la misma y había que variar el caudal mediante variación del tiempo de inyección actuando sobre el tiempo de compresión de la bomba inyectora.

Valores típicos de presión son 250 bar a ralentí, hasta 2000 bar a plena carga (no necesariamente a revoluciones máximas).

La óptima atomización del combustible por parte de los inyectores hidráulicos de mando electrónico, controlados por una centralita de inyección electrónica, y la alta presión a la que trabaja el sistema hacen que se aumente el par y por tanto la potencia en todo el rango de revoluciones, se reduzca el consumo de combustible y se disminuya la cantidad de emisiones contaminantes, en especial los óxidos de nitrógeno, el monóxido de carbono y los hidrocarburos sin quemar.

Al no haber un mecanismo mecánico que rija cuándo se debe inyectar el combustible, se puede elegir libremente cuándo inyectar, incluso realizar varias inyecciones en un mismo ciclo. Esto permite la preinyección que se produce justo antes de la principal, aumentando la presión y temperatura dentro del cilindro, lo que mejora la combustión y disminuye el ruido característico de los diésel.

Common-rail en la actualidad[editar]

Actualmente, casi todos los automóviles nuevos fabricados en Europa con motor diésel incorporan common-rail identificados bajo distintas siglas según el fabricante (CDI, CDTI, CRDI, DCI, DTI, HDi, I-CTDI, I-DTEC, JTD, TDCI), actualmente se empieza a incorporar en todos los TDI, ....). Bosch, Siemens, Delphi y Denso son los fabricantes más importantes de estos sistemas. Entre los sistemas mencionados existen diferencias considerables en cuanto a la regulación de la presión y el funcionamiento eléctrico de los inyectores, pero básicamente se rigen por la misma forma de trabajo mecánico.

Desde 2003, los automóviles comercializados por Fiat Group Automobiles disponen de una variante más sofisticada del sistema common-rail denominada MultiJet. Esta tecnología desarrollada y patentada por Magneti Marelli (Fiat S.p.A.) permite un mejor control de la mezcla con hasta cinco inyecciones diferentes por ciclo, lo que conlleva mejoras en los consumos, prestaciones y menor impacto ambiental. En 2009 se comenzaron a comercializar automóviles con tecnología MultiJet II, una segunda versión de este sistema con hasta 8 inyecciones, mejorando todos los parámetros de la anterior y sin tener que recurrir a filtros de partículas de escape, como en la gran mayoría del resto de marcas automotrices.

Véase también[editar]

Referencias bibliográficas[editar]

Enlaces externos[editar]