Sistemas de Combustible EFI y La Inyección Directa GDI GRUPO 02

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5/19/2018 SistemasdeCombustibleEFIyLaInyeccinDirectaGDIGRUPO02-slidepdf.com http://slidepdf.com/reader/full/sistemas-de-combustible-efi-y-la-inyeccion-directa-gdi-grupo- 1 Universidad Católica de Santa María FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA- ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA TECNOLOGÍA AUTOMOTRIZ I INFORME: SISTEMAS DE COMBUSTIBLE EFI Y LA INYECCIÓN DIRECTA GDI REALIZADO POR: CASTRO TORRES Lino Jose CONDORI QUISPE Alex MEDINA ZEBALLOS Diego Alonso TALAVERA LLERENA Raúl HUAMALI OVALLE Rodolfo Arequipa-Perú Abril-2014

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    Universidad Catlica de Santa Mara

    FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERAS FSICAS Y FORMALES

    PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA, MECNICA-

    ELCTRICA Y MECATRNICA

    TECNOLOGA AUTOMOTRIZ I

    INFORME:

    SISTEMAS DE COMBUSTIBLE EFI Y LA INYECCIN

    DIRECTA GDI

    REALIZADO POR:

    CASTRO TORRES Lino Jose

    CONDORI QUISPE Alex

    MEDINA ZEBALLOS Diego Alonso

    TALAVERA LLERENA Ral

    HUAMALI OVALLE Rodolfo

    Arequipa-Per

    Abril-2014

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    SISTEMAS DE COMBUSTIBLE EFI

    A diferencia del sistema convencional a carburador , donde la bomba de

    gasolina es mecanica, en el sistema EFI , se utiliza una bomba de

    gasolina electronica que mantiene suficiente presion continua de gasolina

    a manera que llege esta a unos inyectores que son accionados

    electronicamente abriendo y cerrando (PULSANDO) a gran velocidad , ,

    por la orden de un cerebro electronico llamado computadora.

    Esta gasolina es atomizada y mezclada con el aire que penetra a las

    camaras de combustion . esto es posible debido a la utilizacion de

    SENSORES Y ACTUADORES que se conectan con el modulo de control

    electronico del motor ECM ( engine control module) y combinandose selogra estyablecer una mezcla estequiometrica de aire / gasolina de 14.7

    partes a una.

    Esta mezcla se considera como una formulacion adecuada para permitir

    la optima combustion de la gasolina, sin perder la potencia y ganando al

    la economia de la misma.

    En un carburador , la garganta es usadaa para controlar el flujo del aire ,

    la velocidad y fuerza del motor , contrariamente , en un sistema EFI , alabrirse esta garganta o estrangulador , la computadora utiliza la

    informacion de uno o dos sensores para mantener abiertos los inyectores

    por mas tiempo , permitiendo tener atomizada la gasolina y para su

    maximo aprovechamiento.

    VENTAJAS

    Existen muchas ventajas comparativas del sistema EFI en relacion con el

    sistema convencional de carburador , como por ejemplo:

    1) En el sistema EFI existe un mejor aprovechamiento de la gasolina,

    porque debido a la accion atomizadora del inyector y al flujo de electrico,

    las gotas de gasolina se dividen en minusculas particulas formando una

    niebla muy fina , practicamente gas.

    2) En el sistema EFI existe una mejor distribucion de la gasolina y la

    mezcla llega mas pareja a cada cilindro.

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    3) Existen menores emiciones de hidrocarburo no quemado por lo que

    ayuda en mucho a mejorar el mantenimiento del medio ambiente.

    4) Permite una mejor conduccion del vehiculo en tiempo frio.

    5) El sistema permite darle mayor potencia al motor

    6) El diagnostico y reparacion del sistema es mas sencillo y practico que

    en un sistema a carburador , por el menor numero de partes y por que

    las partes mecanica no se pueden revisar con equipos exactamente y el

    sistema EFI si, siempre y cuando se comprendan adecuadamente los

    fundamentos del sistema EFI y se tenga el equipo requerido .

    SISTEMAS DE INYECCION ELECTRONICA GASOLINA

    Actualmente existen dos sistemas de inyeccion electronica de gasolina

    tales como:

    -inyeccion de punto unico

    -inyeccion de puntos multiples

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    SISTEMAS DE LA INYECCIN DIRECTA GDI

    Objetivos

    Las emisiones contaminantes de hidrocarburos, xidos ntricos y monxido de

    carbono se reducen hasta un 99% con la mediacin de un catalizador de tres

    vas.

    Por su parte, el dixido de carbono (CO2) que se produce con motivo de la

    combustin, siendo el causante del efecto invernadero, slo se puede reducir

    a base de disminuir el consumo de combustible.

    Teniendo en cuenta estos factores vemos que los sistemas de inyeccin con

    formacin externa de la mezcla (inyeccin en el colector de admisin MPi) no

    sirven para cumplir estos objetivos, por eso la necesidad de desarrollar un

    sistema capaz de cumplir con estos compromisos. Este sistema es el motor

    de inyeccin directa de gasolina.Con lo motores de inyeccin directa de gasolina se consiguen dos objetivos

    principales que estan vigentes para hoy y con vistas al futuro, estos objetivos

    son: reducir el consumo de combustible y con este tambin las emisiones

    contaminantes de escape.

    Las diferentes marcas de automviles cada vez mas se estn decidiendo por

    equipar sus modelos de gasolina con motores de inyeccin directa. Primero fue

    la marca japonesa Mitsubishi con los motores GDi, ahora le siguen Renault con

    los motores IDE, el grupo PSA con los motores HPi, y Volkswagen con los

    motores FSi.

    Si comparamos el sistema de inyeccin en los colectores (inyeccin indirecta

    tambin llamados MPI) con la inyeccin directa de gasolina, entendemos

    porqu esta ultima es superior a la primera. Los inyectores de un motor degasolina (MPI) suelen estar ubicados en el colector de admisin, lo que explica

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    la denominacin de estos sistemas. El combustible es inyectado por delante de

    una vlvula cerrada o bien encima de la vlvula abierta y es mezclado de forma

    casi completa con el aire de admisin en cada una de las toberas del colector

    de admisin. Pero esta mezcla de aire y neblina de combustible inyectado no

    permite su perfecta explosin en el cilindro si no est preparada conforme a

    una exacta relacin estequiomtrica comprendida en unos lmites muy

    especficos (1/14,7). En el caso de los motores dotados de un catalizador de

    tres vas es vlida la ideal ecuacin de lambda igual a uno.

    Esta precisa relacin de aire/combustible tiene que ser ajustada durante cada

    uno de los ciclos del motor cuando la inyeccin tiene lugar en el colector de

    admisin. El problema de estos sistemas de inyeccin (indirecta) viene dado

    principalmente a cargas parciales del motor cuando el conductor solicite una

    potencia no muy elevada, por ejemplo, (acelerador a medio pisar). Los efectos

    se podran comparar con una vela encendida dentro de un envase que se vatapando poco a poco por su apertura superior: la llama de la vela va

    desapareciendo conforme empeoran las condiciones de combustin. Esta

    especie de estrangulacin supone un desfavorable comportamiento de

    consumo de un motor de ciclo Otto en los momentos de carga parcial.

    Es aqu donde se declaran las grandes virtudes de la inyeccin directa de

    gasolina. Los inyectores de este sistema no estn ubicados en las toberas de

    admisin, sino que estn incorporados de forma estratgica con un

    determinado desplazamiento lateral por encima de las cmaras de combustin.

    La inyeccin directa de la gasolina posibilita una definicin exacta de los

    intervalos de alimentacin del carburante en cada ciclo de trabajo de los

    pistones as como un preciso control del tiempo que se necesita para preparar

    la mezcla de aire y combustible. En unas condiciones de carga parcial del

    motor, el combustible es inyectado muy cerca de la buja y con una

    determinada turbulencia cilndrica (efecto tumble) al final de la fase de

    compresin mientras el pistn se est desplazando hacia su punto muertosuperior. Esta concentrada carga de mezcla puede ser explosionada aunque el

    motor se encuentre en esos momentos en una fase de trabajo con un

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    determinado exceso de aire (1/12.4). Su grado de efectividad termodinmica es

    correspondientemente ms alto. Comparado con un sistema de inyeccin en el

    colector de admisin (MPI) se obtienen unas importantes ventajas de consumo

    de combustible merced a la eliminacin de la citada estrangulacin.

    Ventajas

    Desestrangulacin en los modos operativos con mezcla "estratificada".

    En estos modos operativos se trabaja con un valor lambda comprendido

    entre 1,55 y 3. Esto permite abrir ms la mariposa y aspirar mas aire, por

    que tiene que superar una menor resistencia que provocaba la valvula

    de mariposa al estar medio cerrada

    .

    En el modo estratificado el motor trabaja con un valor lambda desde 1,6

    hasta 3, consiguiendo una reducion de consumo de combustible

    considerable.

    Menores prdidas de calor cedido a las paredes de los cilindros Esto es

    debido a que en el modo de mezcla "estratificada" la combustin

    nicamente tiene lugar en la zona prxima de la buja, esto provoca

    menores prdidas de calor cedido a la pared del cilindro, con lo cual

    aumenta el rendimiento trmico del motor.

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    Debido al movimiento intenso de la mezcla en el modo homogneo, el

    motor posee una alta compatibilidad con la recirculacin de gases de

    escape, equivalente hasta un 25%.

    Para aspirar la misma cantidad de aire fresco que cuando trabaja con

    bajos ndices de recirculacin de gases se procede a abrir la mariposa

    de gases un tanto ms. De esa forma se aspira el aire superando una

    baja resistencia y disminuyen las prdidas debidas a efectos de

    estrangulamiento.

    Con la inyeccin directa del combustible en el cilindro se extrae calor del

    aire de admisin, producindose un efecto de refrigeracin de ste. La

    tendencia al picado se reduce, lo que permite aumentar a su vez la

    compresin. Una mayor relacin de compresin conduce a una presin

    final superior en la fase de compresin, con lo cual tambin aumenta el

    rendimiento trmico del motor.

    Es posible reducir el rgimen de ralent, y se facilita el arranque en frodebido a que al reanudar la inyeccin el combustible no se deposita en

    las paredes de la cmara de combustin.

    La mayor parte del combustible inyectado puede ser transformada de

    inmediato en energa utilizable. El motor funciona de un modo muy

    estable, incluso al trabajar con regmenes de

    ralent ms bajos.

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    Inconvenientes

    Uno de los problemas principales que plantea la inyeccin directa de

    gasolina es el tratamiento de los gases de escape para cumplir las

    normativas anticontaminacin. Los xidos ntricos que se producen con

    motivo de la combustin en el modo "estratificado" y en el modo

    "homogneo-pobre" no pueden ser transformados suficientemente en

    nitrgeno por medio de un catalizador convencional de tres vas. Slo

    desde que ha sido desarrollado el catalizador-acumulador de

    NOx tambin se cumple la norma de emisiones de escape EU4 en estos

    modos operativos. Los xidos ntricos se acumulan internamente en esecatalizador y se transforman en nitrgeno mediante medidas especficas

    para ello.

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    Otro inconveniente reside en los problemas que plantea el azufre en la

    gasolina. Debido a la similitud qumica que tiene con respecto a los

    xidos ntricos, el azufre tambin se almacena en el catalizador-

    acumulador de NOx y ocupa los sitios destinados a los xidos ntricos.

    Cuanto mayor es el contenido de azufre en el combustible, tanto ms

    frecuentemente se tiene que regenerar el catalizador-acumulador, lo

    cual consume combustible adicional.

    En la grfica inferior se compara distintas clases de gasolinas que hay

    en el mercado y se aprecia la influencia que tiene el contenido de azufre

    sobre la capacidad de acumulacin del catalizador-acumulador de NOx.

    La marca Mitsubishifue la primera en construir motores de inyeccin directa

    de gasolina. En este motor la gasolina es inyectada directamente en el cilindro,

    con lo que se eliminan perdidas y se mejora el rendimiento. La cantidad exacta

    de gasolina se introduce con una temporizacin muy precisa, consiguiendo una

    combustin completa. Las innovaciones tecnolgicas que presentan estos

    motores son:

    - Colectores de admisin verticales.

    - Pistones con una forma especial (deflector).

    - Bomba de combustible de alta presin.

    - Inyectores de alta presin.

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    Esquema general de funcionamiento

    En la figura inferior tenemos el esquema general de los diferentes elementos

    que forman el sistema de inyeccin directa de gasolina. En el se ve el circuito

    de admisin de aire y el circuito de suministro de combustible.

    El circuito de admisin de aire empieza con el sensor (1) encargado de medir la

    cantidad de aire que, en funcin de la carga, entra en el motor. Tambin

    dispone de unas electrovlvulas colocadas en by-pass en dicho circuito y que

    actan; la (2) en compensacin de la necesidad de aire adicional debido alaccionamiento de elementos auxiliares del motor y la (3) en caso de un control

    de todo o nada. La vlvula reguladora de ralent (4) es la encargada de

    mantener el rgimen de giro del motor constante y acta controlando el paso

    del flujo de aire despus de la mariposa. Finalmente, la vlvula EGR (5) realiza

    la funcin de recircular los gases de escape cuando las altas temperaturas y

    presiones de combustin provocan la aparicin de los peligrosos xidos de

    nitrgeno en los gases de escape. Podemos ver tambin la posicin vertical de

    los colectores de admisin que permiten, gracias a la longitud y su cuidado

    pulimentado, aumentar el rendimiento volumtrico.

    En el circuito de suministro de combustible al motor la gasolina parte del

    depsito (6) gracias a una bomba previa (7) de baja presin que pasa por un

    filtro y un regulador de presin (8) y se conduce a un conjunto hidrulico (9)

    que incorpora una bomba de alta presin. Un conjunto regulador de alta

    presin (10) mantiene la presin de inyeccin en su ultimo tramo hacia el

    inyector (11). La bomba inyecta carburante a una presin de 50 bar y utiliza un

    sensor de presin de combustible para el control preciso de la alimentacin. En

    el escape del motor se incorpora un convertidor cataltico (12) para eliminar los

    restos de NOx cuando el motor trabaje con mezcla pobre o estratificada.

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    El colector de admisin vertical

    Con este tipo de colector se consigue crear un flujo de aire en la admisin del

    tipo giratorio en sentido de las agujas del reloj, con el que se consigue unmayor rendimiento. La ventaja de este sistema de flujo giratorio respecto al

    turbulento utilizado en la manera clsica (inyeccin indirecta), es que en este

    ultimo tiende a concentrarse el combustible en la periferia del cilindro y por

    tanto alejado de la buja, en cambio el giratorio permite concentrarlo en el lugar

    que mas interesa para una mejor combustin: alrededor de la buja. El hecho

    de que se realice siguiendo el sentido horario obedece a la necesidad de evitar

    que por medio de la inyeccin directa de gasolina choque con la buja, ya que

    esto crea una acumulacin de holln que provoca falsas explosiones. Si el flujo

    girara hacia la izquierda no dara el tiempo suficiente para conseguir que elchorro de gasolina inyectado directamente se vaporizase.

    El ngulo relativamente grande del inyector ayuda a asegurar que tambin

    tendr tiempo suficiente para que el chorro pulverizado se combustible se

    vaporice, incluso cuando se inyecta durante la carrera de compresin. El

    deflector del pistn ayuda a concentrar la mezcla de aire/gasolina rica

    alrededor de la buja.

    Esta mezcla estratificada de forma ideal, rica alrededor de la buja, pobre en la

    periferia, permite que el motor GDI de Mitsubishi funcione suavemente en el

    modo de combustin ultra-pobre, con la asombrosa relacin de aire 40/1, con lo

    cual se consigue una importante economa de combustible.

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    Los motores de inyeccin directa gasolina funcionan con dos tipos de mezcla

    segn sea la carga del motor: mezcla estratificada y mezcla homognea.

    Mezcla estratificada: el motor es alimentado con una mezcla poco enriquecida

    cuando el vehculo se desplaza en unas condiciones de carga parcial (pedal del

    acelerador a medio pisar). Para poder conseguir una mezcla pobre para

    alimentar el motor, ste debe ser alimentado de forma estratificada.

    La mezcla de aire y combustible se concentra en torno a la buja ubicada en

    una estratgica posicin central en las cmaras de combustin, en cuyas zonas

    perifricas se acumula prcticamente slo una capa de aire. Con esta medida

    se consigue la eliminacin de la mencionada estrangulacin para proporcionar

    un importante ahorro de combustible. La positiva caracterstica de economa de

    consumo es tambin una consecuencia de la disminuida dispersin de calor. El

    aire concentrado de la manera comentada en la periferia del espacio de

    combustin mientras se produce la explosin de la mezcla en la zona centralde la cmara proporciona una especie de aislamiento trmico. Con esta

    estratificacin especfica de la carga, el valor Lambda en el rea de combustin

    oscila entre 1,5 y 3. De este modo, la inyeccin directa de gasolina alcanza en

    el campo de carga parcial el mayor ahorro de combustible frente a los

    inyecciones convencionales : en marcha de ralent incluso un 40%.

    Durante la fase de admisin (1) figura inferior, el volumen de aire procedente

    de los colectores de admisin verticales recorre la superficie curvada del pistn

    (2) y refluye hacia arriba creando un potente flujo giratorio en el sentido de laagujas del reloj. El control del flujo es posible gracias a sensores de flujo de

    aire de tipo Karman, que controlan la contrapresin baja, y a dos selenoides de

    la vlvula by-pass que permiten que grandes cantidades de aire lleguen al

    cilindro con suavidad, lo que es importantsimo cuando se trata de funcionar

    con relaciones de aire/combustible extremadamente pobres de hasta 40/1.

    En la carrera de compresin del pistn la forma giratoria se descompone en

    pequeos y numerosos torbellinos. A continuacin, en la ultima fase de la

    carrera de compresin, el inyector de turbulencia de alta presin pulveriza el

    combustible (3) siguiendo una espiral muy cerrada. Este movimiento de

    turbulencia junto con la elevada densidad del aire comprimido y los pequeos

    torbellinos, mantienen compacto el chorro pulverizado de combustible. El

    combustible se concentra alrededor de la buja. La estratificacin es muy

    buena: la mezcla aire/combustible es rica en el centro y pobre en la periferia.

    Finalmente salta la chispa en la buja (4) y el potente producto de la combustin

    es controlado por la cavidad esfrica del pistn que se va extendiendo

    mediante una reaccin en cadena. El resultado de todo este proceso es una

    mejora del 20% en el ahorro de combustible.

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    Mezcla homognea: El control inteligente de la inyeccin permite disponer

    asimismo de una mezcla homognea en los regmenes ms elevados (cuando

    se exige potencia al motor). La inyeccin es adaptada de forma automtica y el

    combustible no es inyectado en las fases de compresin sino en las

    de admisin. Unas determinadas leyes de la termodinmica imponen, no

    obstante, un aumento del llenado de los cilindros y una disminucin de la

    temperatura de compresin en estas condiciones. Estos ajustes tienen unos

    efectos secundarios tambin muy positivos que se manifiestan en forma de

    unos elevados valores de potencia y par motor. Con una relacin de

    compresin alta por encima de 11 (11,5:1) ofrece un valor significativamente

    ms alto que un motor dotado de un sistema de inyeccin MPI (indirecta).

    Con mezcla homognea el combustible se inyecta durante al carrera de

    admisin para crear un efecto de refrigeracin, el inyector de alta presin

    cambia la forma de funcionar en este modo para alimentar el combustible

    mediante un chorro largo en forma de cono, con objeto de conseguir una

    dispersin en el cilindro. El efecto de refrigeracin evita las detonaciones o

    combustin espontnea en el cilindro que pueden producirse cuando el motor

    tiene una relacin de compresin alta y con un elevado calentamiento.

    Reduccin en las emisiones de gases contaminantesUno de los aspectos ms importantes del motor GDI es la menor emisin de

    gases contaminantes (C02, NOx e hidrocarburos).

    Si se quema gasolina se genera C02; por lo tanto, si se reduce la cantidad de

    gasolina quemada se reducir tambin la cantidad de C02. De este modo,

    disminuyendo el consumo de combustible en un 20%, en el motor GDI

    descienden tambin las emisiones de C02 en ese mismo porcentaje.

    Los catalizadores de tres vas no son eficaces en el motor GDI cuando funciona

    en el modo ultra-pobre de combustin. MITSUBISHI ha desarrollado un nuevo

    tipo de catalizador, denominado de reduccin selectiva, para ayudar a disminuir

    las emisiones de monxido de nitrgeno (NOx).

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    El fabricante Bosch lleva tiempo aplicando sus sistemas de inyeccin a los

    motores de inyeccin directa. Hace mas de 60 aos en los motores de aviacin

    y tambin en el renombrado Mercedes 300 SL del ao 1954, con las puertas

    abatibles en forma de alas de mariposa. Este sistema de inyeccin funcionaba

    igual que el utilizado por los motores Diesel, es decir, estaba dotado de una

    bomba de inyeccin en linea que tiene tantos elementos de bombeo como

    cilindros tiene el motor y accionados por un rbol de levas sincronizado con el

    cigeal. La presin de inyeccin con la que trabajaba este sistema es de 15 a

    20 kp/cm2, la cual si la comparamos frente a un Diesel (150 a 400) es muy

    baja, lo que hace que la precisin del equipo de bombeo no sea muy grande.

    Pero tenia el enorme inconveniente de la lubricacin, ya que la gasolina no es

    lubricante, implica la necesidad de lubricar la bomba lo que encarece su

    fabricacin. Tambin los inyectores deben lubricarse, lo cual lo complica en

    extremo. Los inyectores que estn en contacto con las altas presiones y la

    temperatura que se alcanza en la cmara de combustin del motor hacen que

    se deterioren rpidamente y requieren un gran mantenimiento por ello esta

    inyeccin directa solo se usaba en vehculos muy exclusivos o deportivos.

    Por las razones expuestas anteriormente Bosch aparco el desarrollo de esta

    tecnologa, hasta que la utilizacin masiva de la electrnica hizo mas fcil

    desarrollar un sistema lo suficientemente fiable y a un precio ajustado.

    El sistema de inyeccin directa de gasolina Bosch denominado MED trabaja

    segn el principio de funcionamiento del Common Rail utilizado para la

    inyeccin diesel. Es decir, un conducto o regleta distribuidora comn, de alta

    presin, alimenta con carburante todas las vlvulas de inyeccin; la presin

    regulada en el conducto distribuidor de combustible la origina una bomba de

    alta presin que puede alcanzar presiones de hasta 120 bar. Con las vlvulas

    de inyeccin accionadas de forma electromagntica, el inicio y la duracin delproceso de inyeccin es variable dentro de amplios lmites. El caudal de

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    inyeccin se mide exactamente, mientras que la geometra del chorro est

    sincronizada con las exigencias del motor. La forma y el ngulo el chorro, as

    como el tamao de las gotitas pulverizadas, constituyen tambin parmetros

    importantes para la formacin de la mezcla y determinar valores de emisin

    bajas y consumos favorables.

    BIBLIOGRAFA

    http://www.todoautos.com.pe/f9/motores-con-inyeccion-directa-de-

    gasolina-gdi-28986.html

    http://www.boschservice.com.pe/informaciones_tecnicas/pdf/sistemas

    _inyeccion_electronica.pdf

    http://www.marcadecoche.com/materiales-automovil.html

    http://es.wikipedia.org/wiki/Bloque_del_motor

    http://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-418817252-resortes-de-

    valvulas-comp-cams-conicos-_JM

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