Übersetzung El motor de gasolina de inyección directa un proyecto con futuro

Transcripción

1 Übersetzung El motor de gasolina de inyección directa un proyecto con futuro Redactado por Stephan Hauri Introducción Un largo camino hacia el éxito A carga parcial... mezcla pobre A plena carga... mezcla rica Adiós a la válvula de mariposa? Propuestas de solución para motores híbridos Introducción Con el lanzamiento del modelo de clase media conocido con el nombre de Carisma GDI se convierte Mitsubishi en el primer fabricante capaz de desarrollar un motor de gasolina (motor otto) de inyección directa preparado para ser producido en serie y que además las restrictivas normas sobre los gases de escape. De igual forma existen otros fabricantes que observan proyectos similares. En teoría para el investigador del campo de los motores apenas existe algo mejor que el motor de gasolina de inyección directa. Con esta idea lo que se hace es combinar las grandes prestaciones del motor otto con el ejemplar comportamiento del motor Diesel en cuanto a consumo de combustible. Bien es verdad que ya hace mucho tiempo que los ingenieros dedicados a la investigación consiguieron controlar la mezcla elaborada en los motores otto de inyección directa el tiempo necesario para poder conseguir un comportamiento de marcha y rendimiento satisfactorio; sin embargo hace menos tiempo han fracasado dichos motores por problemas en la calidad de los gases de escape así como en la dilución del aceite. Los mejores ejemplos de tales motores pioneros son el Gutbrod Superior de 0.7 litros de cilindrada y 30 CV y el legendario Mercedes 300 SL Alas de Gaviota de 3 litros de cilindrada y 215 CV ambos de los años 50. Un largo camino hacia el éxito Más adelante? por motivos técnicos y económicos se impusieron los motores PW con carburador y más tarde aún aquellos con inyección indirecta (en el conducto de admisión). Sin embargo después de que los ingenieros de los pasados decenios discutieran una y otra vez

2 sobre la combustión pobre en el motor de gasolina y que sobre todo los japoneses nos hicieran llegar continuamente desde los años 70 sus nuevos y parciales éxitos en el campo de la carga estratificada (Honde CVCC y VTEC-E Mitsubishi Vertical Vortex Toyota Magermix) actualmente existen más fabricantes capaces de controlar la combustión pobre y el tratamiento ulterior de los gases de escape en el motor de gasolina de inyección directa de manera que dicho motor baste para cumplir con las normas de emisión de gases. A diferencia del motor diesel el motor otto necesita una mezcla homogénea en el área estequiométrica (de combustión??). La forma más óptima de tratar tal carga es mezclando ya en el conducto de admisión el combustible con el aire debidamente filtrado. Más tarde gracias al control lambda (razón aire-combustible) así como al catalizador de tres vías tampoco la purificación de humos presenta un gran problema. Sin embargo en lo que se refiere a la optimización del consumo en este tipo de motores lambda nos encontramos enseguida con límites reales ya que dichos motores no se pueden accionar con una mezcla muy pobre. En ese momento es cuando el técnico se remite al motor diesel y a la combustión de garantizada calidad del autoinflamador donde la mezcla es rica sólo si hay una gran necesidad de potencia. En el funcionamiento a carga parcial el motor diesel tiene una potencia muy baja por lo que también consume poco además de que no requiere válvula de mariposa. Gracias a la inexistencia de ésta (y sus posibles mermas)? se evitan otro tipo de deterioros importantes para la eficiencia de este sistema. A carga parcial... mezcla pobre Pero para que una mezcla muy pobre en motores otto lleguen con seguridad a inflamarse y quemarse completamente se requiere un gran número de nuevas técnicas. Regla fundamental: la combustión ha de comenzar ya con una cierta mezcla rica y las turbulencias que tienen lugar en el interior de la cámara de combustión son responsables de garantizar el término de aquella. En principio Mitsubishi soluciona el problema de la combustión de mezcla pobre en el Motor GDI (Inyección Directa de Gasolina) distinguiendo entre dos conceptos diferentes de inyección y combustión por una parte el régimen de ahorro para la marcha en vacío y el área inferior de carga parcial y por otra el régimen de máxima potencia para el área superior de carga parcial y para la plena carga?. En el régimen de ahorro en el que se queman mezclas pobres en una proporción de hasta 40:1 (40 gramos de aire por 1 de gasolina) el aire que llega a la cámara de combustión a través del casi perpendicular canal de aspiración experimenta una gran turbulencia. Al finalizar el ciclo

3 de compresión la gasolina se inyecta en la amplia cavidad del pistón que a su vez conduce la mezcla rica hacia el campo de electrodos de la bujía donde finalmente comienza la combustión con una fuerte chispa. Para que la gasolina inyectada alcance el movimiento cinético necesario la tobera de inyección de alta presión (50 bares) está equipada con una microplaca de turbulencias?. En el régimen o económico de ahorro el motor del Carisma deberá alcanzar velocidades que no superen los 140 km/h. A plena carga... mezcla rica En el régimen de máxima potencia sin embargo el motor funciona de forma completamente diferente: en este caso la inyección de combustible se produce ya en la fase de aspiración en un ancho cono de atomización. Gracias a la fina pulverización de la gasolina se puede extraer calor del aire lo cual a su vez hace posible un buen llenado. A través del enfriamiento que lleva consigo la combustión del aire aumenta la relación de compresión (en este caso en cuestión en una relación de 10.5:1 a 12.5:1) siendo éste una medida que naturalmente conlleva una optimización de la eficiencia. Finalmente durante el ciclo de compresión a la bujía le llega del pistón una mezcla homogénea cuya combustión crea un momento de torsión que supera a los motores convencionales en un 10% aproximadamente?. El Mitsubishi- DOHC-Vierventiler de 1834 cm3 y modelo de larga carrera de pistón produce en su momento máximo de torsión una cifra máxima de par de 174 Nm a 3750 rpm. Alcanza la cresta de potencia de 125 CV/92 Kw a 5500 rpm. Si de pronto se exige mucha potencia en el régimen de consumo reducido el sistema cambia a una inyección de dos etapas. Gracias al reducción de la emisión de gases de escape el motor GDI puede mantener la emisión cruda de óxido de nitrógeno a unos niveles comparativamente muy bajos. Con tasas de reducción de alrededor del 30% durante la marcha en vacío este motor supera con diferencia el sistema de inyección indirecta. Los motores convencionales...???? Adiós a la válvula de mariposa? En realidad también se debería poder accionar sin problemas el vehículo de gasolina de inyección directa sin necesidad de la válvula de mariposa como pasa con el diesel pero para ello se requieren aún ciertas medidas de desarrollo. De momento el motor GDI tal y como lo presenta Mitsubishi necesita aún la válvula de mariposa para controlar la reducción de los gases de escape así como para cumplir con otras normas de estricto cumplimiento. Sin embargo se prevé para el futuro la existencia de motores de gasolina sin esta válvula.

4 Entre los pioneros del desarrollo de motores de gasolina de inyección directa se encuentran Mitsubishi Toyota y Subaru habiendo propiciado éstos seguramente que otros muchos fabricantes de motores así como empresas suministradoras no hayan permanecido pasivos con respecto a esta tendencia. En el caso de Toyota la relación de compresión del? es de 10.0:1 y con ello hace posible la conducción con gasolina normal de 91 octanos que en Japón es considerablemente más barata que el combustible super. Asimismo Toyota establece una presión de servicio de 80 a 130 bares así como un 40% de tasa máxima de EGR. La válvula de mariposa del motor D-4 se coloca independientemente del pedal del acelerador Drive-bywire de la dirección del motor según un algoritmo de conducción especial para poder reaccionar lo más rápido posible a las exigencias repentinas de suministro de aire. Audi por su parte prevé como fuente de propulsión para el utilitario A12 Space-frame-aluminium? un motor de gasolina de inyección directa de tres cilindros 1 2-1? Que dispone de cinco válvulas por cilindro. Con presiones de cerca de 100 bares y un sistema innovador para el movimiento de carga variable el motor de metal ligero debe consumir en el área de carga parcial entre el 15 y 20% menos que un motor convencional de gasolina. Propuestas de solución para motores híbridos Honda Mazda y Nissan han presentado en la última feria del motor de Tokio los primeros motores de este tipo en parte como componentes de un motor híbrido. El motor DIATA (Direct Injection Aluminium Throuhg-bolt Assembly) de Ford una construcción de metal ligero de cuatro cilindros está asimismo pensado como base para futuros proyectos de motores híbridos. Por supuesto en el desarrollo de la gasolina de inyección directa encontramos en primera fila a la empresa suministradora Bosch. Para recopilar las primeras experiencias relacionadas con este desarrollo los fabricantes de Stuttgart han transformado un motor diesel en/de serie de Mercedes con cámara de precombustión 2 2-1?. Fiat propone como solución al problema de los niveles de emisión de gases de escape que va perfilándose con respecto a los valores límite Euro III y Euro IV la decisión por la inyección directa regulada de forma estequiométrica que sería financiada tomando algunos porcentajes sobre la reducción del consumo de combustible????. Con este sistema se conseguiría al menos una reducción del consumo del 7 al 10% para lo cual se produciría la combustión de la mezcla homogénea emitiendo una cantidad extremamente mínima de gases de escape. Fuente: Neue Zürcher Zeitung Nr. 53/5 Marzo 1998 Autopage Páginas oficiales listados... Dossieres dossieres dossieres

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