Inyector unitario

Un inyector unitario ( UI ) es un sistema de inyección directa de combustible integrado de alta presión para motores diésel , que combina la boquilla del inyector y la bomba de inyección en un solo componente. La bomba de émbolo utilizada suele estar accionada por un árbol de levas compartido . En un inyector unitario, el dispositivo suele estar lubricado y refrigerado por el propio combustible.

La inyección a alta presión ofrece ventajas en términos de potencia y consumo de combustible en comparación con la inyección de combustible a menor presión anterior, ya que inyecta combustible en una mayor cantidad de gotas más pequeñas, lo que da como resultado una relación mucho mayor entre área superficial y volumen. Esto proporciona una mejor vaporización desde la superficie de las gotas de combustible y, por lo tanto, una combinación más eficiente del oxígeno atmosférico con el combustible vaporizado, lo que proporciona una combustión más completa y limpia.

En 1911, se le concedió a Frederick Lamplough una patente en Gran Bretaña para un inyector unitario similar a los que se utilizan hoy en día . ^[1]

El uso comercial de inyectores unitarios en los EE. UU. comenzó a principios de la década de 1930 en los motores Winton que impulsaban locomotoras, barcos e incluso submarinos de la Marina de los EE. UU . ^[2] y en 1934, Arthur Fielden recibió la patente estadounidense n.º 1.981.913 ^[3] sobre el diseño de inyector unitario ^[4] que luego se utilizó para los motores diésel de dos tiempos de General Motors . La mayoría de los motores diésel de tamaño medio usaban una sola bomba e inyectores separados, pero algunos fabricantes, como Detroit Diesel ^[5] y Electro-Motive Diesel, se hicieron conocidos por favorecer los inyectores unitarios, en los que la bomba de alta presión está contenida dentro del propio inyector. La presentación de ASME de 1951 de EW Kettering detalla el desarrollo del inyector unitario moderno. ^[6] También Cummins PT (presión-tiempo) es una forma de inyección unitaria donde los inyectores de combustible están en un riel común alimentado por una bomba de baja presión y los inyectores son accionados por un tercer lóbulo en el árbol de levas. La presión determina la cantidad de combustible que reciben los inyectores y el tiempo lo determina la leva.

En 1994, Robert Bosch GmbH suministró el primer inyector unitario electrónico para vehículos comerciales y pronto otros fabricantes siguieron su ejemplo. En 1995, Electromotive Diesel transformó sus motores diésel 710 a inyección electrónica de combustible, utilizando un EUI que reemplaza al UI.

En la actualidad, los principales fabricantes incluyen a Robert Bosch GmbH , CAT , ^[7] Cummins , ^[8] Delphi , ^{[9] [10]} Detroit Diesel y Electro-Motive Diesel . ^[11]

El diseño del inyector unitario elimina la necesidad de tuberías de combustible de alta presión y, con ello, las fallas asociadas, además de permitir que se produzca una presión de inyección mucho mayor. El sistema de inyector unitario permite una sincronización de inyección precisa y un nivel de control como en el sistema de riel común . ^[12]

El inyector unitario está instalado en la culata del motor , donde el combustible se suministra a través de conductos integrales mecanizados directamente en la culata. Cada inyector tiene su propio elemento de bombeo y, en el caso del control electrónico, también  una válvula solenoide de combustible. El sistema de combustible se divide en el sistema de suministro de combustible de baja presión (<500 kPa ) y el sistema de inyección de alta presión (<2000  bar ). ^[13]

This list needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources in this list. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Unit injector" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (November 2020) (Learn how and when to remove this message)

Características técnicas:

• La característica especial del sistema de inyección unitaria es que a cada cilindro se le asigna una bomba individual.
• De este modo, la bomba y la boquilla se combinan en un conjunto compacto que se instala directamente en la culata.
• El sistema de inyección unitaria permite altas presiones de inyección de hasta 2.200 bar.

Ventajas:

• Alto rendimiento para un motor limpio y potente
• Alta potencia del motor equilibrada con un bajo consumo y bajas emisiones del motor.
• Alto grado de eficiencia gracias a su diseño compacto
• Bajo nivel de ruido gracias al montaje directo en el bloque del motor
• Presiones de inyección de hasta 2.200 bar para la combinación ideal de mezcla aire-combustible.

El funcionamiento básico se puede describir como una secuencia de cuatro fases separadas: la fase de llenado , la fase de derrame , la fase de inyección y la fase de reducción de presión .

Una bomba de suministro de combustible de baja presión suministra combustible diésel filtrado a los conductos de combustible de la culata y a cada puerto de combustible del inyector de émbolo de la bomba de carrera constante, que funciona mediante un árbol de levas en cabeza .

Fase de llenado

El elemento de bomba de carrera constante en el camino hacia arriba extrae combustible del conducto de suministro hacia la cámara y, mientras la válvula solenoide eléctrica permanezca desenergizada, la línea de combustible está abierta.

Fase de derrame

El elemento de la bomba está bajando y mientras la válvula solenoide permanezca desenergizada, la línea de combustible está abierta y el combustible fluye hacia el conducto de retorno.

Fase de inyección

El elemento de la bomba todavía está descendiendo, el solenoide ahora está activado y la línea de combustible se cierra inmediatamente. El combustible no puede volver al conducto de retorno y ahora es comprimido por el émbolo hasta que la presión excede la presión de "apertura" específica y la aguja de la boquilla del inyector se levanta, lo que permite que se inyecte combustible en la cámara de combustión .

Fase de reducción de presión

El émbolo todavía está bajando, la ECU del motor desactiva el solenoide cuando se suministra la cantidad necesaria de combustible. La válvula de combustible se abre, el combustible puede fluir de regreso al conducto de retorno, lo que hace que la presión caiga. Esto, a su vez, hace que la aguja de la boquilla del inyector se cierre; por lo tanto, no se inyecta más combustible.

Resumen

El inicio de una inyección está controlado por el punto de cierre del solenoide, y la cantidad de combustible inyectado está determinada por el tiempo de cierre, que es el tiempo que el solenoide permanece cerrado. El funcionamiento del solenoide está totalmente controlado por la ECU del motor.

El uso de control electrónico permite funciones especiales, como sincronización de inyección controlada por temperatura, balanceo de cilindros (ralentí suave), apagado de cilindros individuales bajo carga parcial para una mayor reducción de emisiones y consumo de combustible e inyección multipulso (más de una inyección durante un ciclo del motor).

Los sistemas de combustible con inyectores unitarios se utilizan en una amplia variedad de vehículos y motores; vehículos comerciales de fabricantes como Volvo , Cummins , Detroit Diesel , CAT , Navistar International y vehículos de pasajeros de fabricantes como Land Rover y Volkswagen Group , entre otros, y locomotoras de Electromotive Diesel.

Las principales marcas del Grupo Volkswagen utilizaron sistemas de inyectores unitarios (denominados "Pumpe Düse" , ^[14] comúnmente abreviados como "PD" ) en sus motores diésel de inyección diésel de succión (SDI) e inyección directa turboalimentada (TDI) , ^[15] sin embargo, este método de inyección de combustible ha sido reemplazado por un diseño de riel común, como el nuevo 1.6 TDI.

En América del Norte , los Volkswagen Jetta , Golf y New Beetle TDI 2004-2006 son Pumpe Düse ^[16] (disponibles en las generaciones MK4 y MK5, con códigos de motor BEW y BRM respectivamente, los modelos más antiguos usan una bomba de inyección accionada por correa de distribución). ^{[ cita requerida ]}

Los motores TDI que incorporaban sistemas de inyección unitaria PD fabricados por el Grupo Volkswagen también se instalaron en algunos automóviles vendidos en Europa y otros mercados donde el combustible diésel tenía un precio conveniente, entre ellos algunos automóviles Chrysler/Dodge de la era DaimlerChrysler, por ejemplo, el Dodge Calibre (MY07 BKD, MY08 BMR), Dodge Journey , Jeep Compass , Jeep Patriot .

Scania AB, fabricante de camiones y motores diésel con importantes participaciones del Grupo Volkswagen, también utiliza el sistema de inyección unitaria, al que denominan “ Pumpe-Düse-Einspritzung ” o “PDE” .

En 1993, CAT e International Truck & Engine Corporation ^[17] introdujeron la "inyección unitaria electrónica accionada hidráulicamente" (HEUI), donde los inyectores ya no funcionan con el árbol de levas y pueden presurizar el combustible independientemente de las RPM del motor. Disponible por primera vez en el motor diésel V8 de 7,3 L/444 pulgadas cúbicas de Navistar . HEUI utiliza la presión del aceite del motor para impulsar la inyección de combustible a alta presión, donde el método habitual de funcionamiento del inyector unitario es con el árbol de levas del motor .

Las aplicaciones HEUI incluyeron el Ford Power stroke de 7,3 L y 6,0 L utilizado entre mayo de 1993 y 2007. International también utilizó el sistema HEUI para varios motores, incluidos los motores DT 466E , DT 570, T-444E , DT-466–570, MaxxForce 5, 7, 9, 10, MaxxForce DT y VT365. ^{[ dudoso – discutir ]} Caterpillar incorporó sistemas HEUI en los motores 3116, 3126, C7, C9, entre otros, y el motor Daimler-Detroit Diesel Serie 40 suministrado por International también incorporó un sistema de combustible HEUI. Isuzu instaló un sistema HEUI en su motor 3.0 LTR 4JX1 instalado en el Trooper y sus variantes. El sistema HEUI ha sido reemplazado por muchos fabricantes con soluciones de inyección common rail , una tecnología más nueva, para cumplir con una mejor economía de combustible y los nuevos estándares de emisiones que se están introduciendo.

• Válvula antigoteo
• bomba unitaria