Carril común

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Inyector de combustible diesel instalado en un motor MAN V8 Diesel

La inyección directa de combustible por riel común es un sistema de inyección directa de combustible construido alrededor de válvulas solenoides de alimentación de riel de combustible de alta presión (más de 2000 bar o 200 MPa o 29 000 psi), a diferencia de una inyección de combustible directa de baja presión. Inyectores de la unidad de alimentación de la bomba de combustible a presión (o boquillas de la bomba). La inyección de alta presión ofrece beneficios de potencia y consumo de combustible en comparación con la anterior inyección de combustible a menor presión, al inyectar combustible en forma de un mayor número de gotas más pequeñas, lo que proporciona una relación mucho mayor entre superficie y volumen. Esto proporciona una vaporización mejorada desde la superficie de las gotas de combustible y, por tanto, una combinación más eficiente del oxígeno atmosférico con el combustible vaporizado, lo que proporciona una combustión más completa.

La inyección Common Rail se utiliza ampliamente en motores diésel. También es la base de los sistemas de inyección directa de gasolina utilizados en los motores de gasolina.

Historia

Sistema de combustible de ferrocarril común en un motor de camión Volvo

Vickers fue pionero en el uso de inyección common rail en motores submarinos. Los motores Vickers con sistema de combustible common rail se utilizaron por primera vez en 1916 en los submarinos de clase G. Utilizaba cuatro bombas de émbolo para entregar una presión de hasta 3000 libras por pulgada cuadrada (210 bar; 21 MPa) cada 90 ° de rotación para mantener la presión del combustible adecuadamente constante en el riel. El suministro de combustible a cilindros individuales podría cerrarse mediante válvulas en las líneas de los inyectores. Doxford Engines utilizó un sistema common rail en sus motores marinos de pistones opuestos de 1921 a 1980, donde una bomba de combustible alternativa de varios cilindros generaba una presión de alrededor de 600 bares (60 MPa; 8700 psi), y el combustible se almacenaba en botellas acumuladoras. El control de la presión se logró mediante una carrera de descarga de la bomba ajustable y una "válvula de derrame". Se utilizaron válvulas de sincronización mecánicas accionadas por árbol de levas para alimentar los inyectores Brice/CAV/Lucas accionados por resorte, que inyectaban a través del costado del cilindro en la cámara formada entre los pistones. Los primeros motores tenían un par de levas de sincronización, una para marcha adelante y otra para marcha atrás. Los motores posteriores tenían dos inyectores por cilindro y la serie final de motores turboalimentados de presión constante estaba equipada con cuatro inyectores por cilindro. Este sistema se utilizó para la inyección tanto de diésel como de fueloil pesado (600cSt calentado a una temperatura cercana a los 130 °C).

Los motores Common Rail se han utilizado en aplicaciones marinas y de locomotoras desde hace algún tiempo. El Cooper-Bessemer GN-8 (circa 1942) es un ejemplo de motor diésel common rail operado hidráulicamente, también conocido como common rail modificado.

El prototipo del sistema common rail para motores de automóviles fue desarrollado a finales de la década de 1960 por Robert Huber de Suiza, y la tecnología fue desarrollada adicionalmente por el Dr. Marco Ganser en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich, más tarde de Ganser-Hydromag AG. (fundada en 1995) en Oberägeri.

El primer motor diésel common-rail utilizado en un vehículo de carretera fue el motor MN 106 del VEB IFA Motorenwerke Nordhausen de Alemania del Este. Fue integrado en un solo IFA W50 en 1985. Debido a la falta de financiación, el desarrollo se canceló y nunca se logró la producción en masa.

El primer uso exitoso en un vehículo de producción en masa comenzó en Japón a mediados de los años 1990. El Dr. Shohei Itoh y Masahiko Miyaki de Denso Corporation, un fabricante japonés de piezas de automóviles, desarrollaron el sistema de combustible common rail para vehículos pesados y lo convirtieron en un uso práctico en su sistema common rail ECD-U2 montado en el camión Hino Ranger. y vendido para uso general en 1995. Denso reclama el primer sistema comercial de riel común de alta presión en 1995.

Los sistemas common rail modernos, aunque funcionan según el mismo principio, se rigen por una unidad de control del motor, que abre cada inyector eléctricamente en lugar de mecánicamente. Este prototipo se desarrolló ampliamente en la década de 1990 con la colaboración de Magneti Marelli, el Centro Ricerche Fiat en Bari y Elasis. Después de la investigación y el desarrollo por parte del físico Mario Ricco del Grupo Fiat, el diseño fue adquirido por la empresa alemana Robert Bosch GmbH para completar el desarrollo y perfeccionarlo para la producción en masa. En retrospectiva, la venta pareció ser un error estratégico por parte de Fiat, ya que la nueva tecnología resultó ser muy rentable. La empresa no tuvo más remedio que vender una licencia a Bosch, ya que en ese momento se encontraba en una mala situación financiera y carecía de recursos para completar el desarrollo por sí sola. En 1997 ampliaron su uso a los turismos. El primer automóvil de pasajeros en utilizar el sistema common rail fue el modelo Alfa Romeo 156 de 1997 con un motor JTD de 2,4 L, y ese mismo año, Mercedes-Benz lo introdujo en su modelo W202. En 2001, el common rail llegó a las camionetas con el Duramax LB7 V8 de 6,6 litros utilizado en los modelos Chevrolet Silverado y GMC Sierra HD. Dodge y Cummins implementaron esto en 2003, y Ford adoptó esta tecnología en 2008 con el motor Powerstroke de 6.4L construido por Navistar. Hoy en día, todas las camionetas diésel utilizan sistemas common rail.

Aplicaciones

El sistema common rail es adecuado para todo tipo de vehículos de carretera con motor diésel, desde coches urbanos (como el Fiat Panda) hasta coches ejecutivos (como el Audi A8). Los principales proveedores de sistemas common rail modernos son BOSCH, Delphi Technologies, Denso y Siemens VDO (ahora propiedad de Continental AG).

Siglas y marcas utilizadas

Inyector de combustible diesel ferroviario común Bosch de un motor de camión Volvo

Los fabricantes de automóviles se refieren a sus motores common rail con sus propias marcas:

  • Ashok Leyland: CRS (utilizado en U Truck y E4 Busses)
  • Audi: TDI, BiTDi La "Bi" significa BiTurbo
  • BMW Group (BMW y Mini): d (también utilizado en el Land Rover Freelander como TD4 y el Rover 75 y MG ZT como CDT y CDTi), D y SD
  • Chrysler CRD
  • Citroën: HDi, e-HDi y BlueHDi
  • Cummins and Scania: XPI (desarrollado bajo empresa conjunta)
  • Cummins: CCR (Bomba de minas con inyectores Bosch)
  • Daimler: CDI
  • Fiat Group (Fiat, Alfa Romeo y Lancia): JTD (también marcado como MultiJet, JTDm, y por los fabricantes suministrados como TDi, CDTi, TCDi, TiD, TTiD, DDiS y Quadra Jet)
  • Ford Motor Company: TDCi (Duratorq y Powerstroke) y EcoBlue Diesel
  • GM: VCDi (con licencia de VM Motori) y Duramax Diesel
  • Honda: i-CTDI y i-DTEC
  • Hyundai, Kia y Génesis: CRDi
  • IKCO: EFD
  • Isuzu: iTEQ, Ddi y DI TURBO
  • Jaguar: d
  • Jeep: CRD y EcoDiesel
  • Komatsu: Tier3, Tier4, 4D95 y superiores HPCR- Series
  • Land Rover: TD4, eD4, SD4, TD6, TDV6, SDV6, TDV8, SDV8
  • Lexus: d (por ejemplo 450d y 220d)
  • Mahindra: CRDe, m2DiCR, m Águila, m Hawk, m Falcon y mPower (Trucks)
  • Maserati: Diesel
  • Mazda: MZR-CD y Skyactiv-D (son fabricados por el Ford y PSA Peugeot Citroën joint venture) y anteriormente DiTD
  • Mercedes-Benz: CDI y d
  • Mitsubishi: Di-D
  • Nissan: DDT i
  • Opel/Vauxhall: DTI, CDTI, BiTurbo CDTI, CRI, Turbo D y BiTurbo D
  • Porsche: Diesel
  • Proton: SCDi
  • Groupe PSA (Peugeot, Citroën y DS): HDi, e-HDi o BlueHDi (desarrollado bajo empresa conjunta con Ford) – Véase PSA Motor HDi
  • Renault, Dacia y Nissan: dCi y BLUEdCi (Infiniti utiliza algunos motores dCi como parte de la Alianza Renault-Nissan, marca d)
  • Saab: TiD (El motor diesel turbo 2.2 también se llamaba "TiD", pero no tenía ferrocarril común) y TTiD El doble "T" significa Twin-Turbo
  • SsangYong: XDi, eXDI, XVT o D
  • Subaru: TD, D o BOXER DIESEL (enero de 2008)
  • Suzuki: DDiS
  • Tata: 2.2 VTT DiCOR (utilizado en gran clase SUV como Safari), VARICOR (utilizado en gran clase de SUV como Safari Storme, Aria y Hexa),1.05 Revotorq CR3 (utilizado en Tiago y Tigor) 1.5 Revotorq CR05 (utilizado en Nexon y Altroz), 1.4 CR4 (utilizado en Indica, Indigo), 3.0 CR4 (utilizado en oro sumo1.3 Quadrajet (suministrado por Fiat y utilizado en Indica Vista, Indigo Manza y Zest), y 2.0 Kryotec (también suministrado por Fiat y utilizado en SUV Harrier y All new Safari),3.3 L Turbotronn y 5L Turbotronn (utilizado en camiones M.HCV).
  • Toyota: D-4D y D-CAT
  • Volkswagen Group (Volkswagen, Audi, SEAT y Škoda): TDI (los modelos más recientes utilizan carril común, en lugar de los motores de inyección de unidad anteriores). Bentley denomina su diesel Bentayga simplemente Diesel
  • Volvo: D, D2, D3, D4 y D5 motores (algunos son fabricados por Ford y PSA Peugeot Citroën), motores Volvo Penta D-series

Principios

Diagrama del sistema ferroviario común

Las válvulas solenoides o piezoeléctricas permiten un control electrónico preciso sobre el tiempo y la cantidad de inyección de combustible, y la mayor presión que la tecnología common rail pone a disposición proporciona una mejor atomización del combustible. Para reducir el ruido del motor, la unidad de control electrónico del motor puede inyectar una pequeña cantidad de diésel justo antes del evento de inyección principal (inyección "piloto"), reduciendo así su explosividad y vibración, además de optimizar sincronización y cantidad de inyección para variaciones en la calidad del combustible, arranque en frío, etc. Algunos sistemas avanzados de combustible common rail realizan hasta cinco inyecciones por carrera.

Los motores Common Rail requieren un tiempo de calentamiento muy corto o nulo, dependiendo de la temperatura ambiente, y producen menos ruido y emisiones que los sistemas más antiguos.

Históricamente, los motores diésel han utilizado diversas formas de inyección de combustible. Dos tipos comunes incluyen el sistema de inyección unitaria y los sistemas de distribuidor/bomba en línea. Si bien estos sistemas más antiguos proporcionan un control preciso de la cantidad de combustible y del tiempo de inyección, están limitados por varios factores:

  • Son impulsados por la cámara, y la presión de inyección es proporcional a la velocidad del motor. Esto normalmente significa que la presión de inyección más alta sólo se puede alcanzar a la velocidad más alta del motor y la presión de inyección máxima alcanzable disminuye a medida que disminuye la velocidad del motor. Esta relación es verdadera con todas las bombas, incluso las utilizadas en los sistemas de ferrocarriles comunes. Con sistemas de unidad o distribuidor, la presión de inyección está ligada a la presión instantánea de un solo evento de bombeo sin acumulador, por lo que la relación es más prominente y problemática.
  • Son limitados en el número y el tiempo de los eventos de inyección que pueden ser ordenados durante un solo evento de combustión. Mientras que múltiples eventos de inyección son posibles con estos sistemas antiguos, es mucho más difícil y costoso conseguir.
  • Para el sistema típico de distribuidor/inline, el inicio de la inyección se produce a una presión predeterminada (a menudo llamada presión pop) y termina a una presión predeterminada. Esta característica resulta de los inyectores de "dumb" en la cabeza del cilindro que se abren y cierran a presiones determinadas por la precarga de primavera aplicada al émbolo en el inyector. Una vez que la presión en el inyector alcanza un nivel predeterminado, se levanta el émbolo y se inicia la inyección.

En los sistemas common rail, una bomba de alta presión almacena un depósito de combustible a alta presión, hasta 2000 bares (200 MPa; 29 000 psi) y más. El término "carril común" se refiere a que todos los inyectores de combustible son alimentados por un riel de combustible común que no es más que un acumulador de presión donde se almacena el combustible a alta presión. Este acumulador suministra combustible a alta presión a múltiples inyectores de combustible. Esto simplifica el propósito de la bomba de alta presión en el sentido de que solo necesita mantener una presión objetivo (ya sea controlada mecánica o electrónicamente). Los inyectores de combustible normalmente están controlados por la unidad de control del motor (ECU). Cuando los inyectores de combustible se activan eléctricamente, se abre mecánica o hidráulicamente una válvula hidráulica (que consta de una boquilla y un émbolo) y se pulveriza combustible dentro de los cilindros a la presión deseada. Dado que la energía de la presión del combustible se almacena de forma remota y los inyectores se accionan eléctricamente, la presión de inyección al inicio y al final de la inyección está muy cerca de la presión en el acumulador (riel), lo que produce una tasa de inyección cuadrada. Si el acumulador, la bomba y las tuberías tienen el tamaño adecuado, la presión y la velocidad de inyección serán las mismas para cada uno de los múltiples eventos de inyección.

Los motores diésel common rail de tercera generación ahora cuentan con inyectores piezoeléctricos para una mayor precisión, con presiones de combustible de hasta 2500 bar (250 MPa; 36 000 psi).

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