Los inyectores diésel: tipos y funcionamiento
Los inyectores diésel son el corazón del sistema de inyección de combustible en motores diésel modernos.
Su misión principal consiste en pulverizar el gasóleo a alta presión dentro de la cámara de combustión, creando una niebla homogénea de finas gotitas que favorece una mezcla eficiente con el aire caliente y comprimido.
Un proceso de inyección preciso y controlado contribuye a optimizar el rendimiento del motor, reducir emisiones contaminantes y mejorar la economía de combustible.
Existen diversas tecnologías de inyectores diésel, cada una con particularidades en diseño, control y aplicación.
Principio básico de funcionamiento
Un inyector diésel está formado principalmente por:
Portatobera: bloque de acero que guía el combustible desde la línea de alta presión hasta la cámara de presión interna.
Válvula de aguja (o aguja inyectora): pistón cónico que cierra herméticamente los orificios de salida de la tobera en reposo.
Resorte: fuerza que mantiene la válvula cerrada hasta que la presión de combustible supera el umbral necesario para abrirla.
Tobera (o boquilla): pieza perforada por uno o varios orificios por donde se expulsa el combustible a altísima presión.
Bobina o cristal piezoeléctrico: actuador que, al recibir señal eléctrica, permite o impide la apertura de la válvula.
Racor de retorno: sella el inyector y evacua el exceso de combustible para la lubricación interna y el retorno al depósito.
En cada ciclo del motor, la bomba diésel genera presiones que pueden oscilar entre 100 y 2 000 bar. Cuando el combustible presurizado llega al portatobera y supera la fuerza del resorte, la aguja se eleva, liberando combustible a través de los orificios de la tobera. Al cesar la presión, el resorte empuja de nuevo la aguja contra su asiento hermético, interrumpiendo el flujo.
Inyectores electromagnéticos (solenoides)
Los inyectores de solenoide son los más comunes en motores diésel de generaciones anteriores. Su electroimán consta de una bobina de hilo de cobre que genera un campo magnético al recibir corriente eléctrica. Este campo vence la fuerza del resorte y levanta la aguja, iniciando la inyección.
Características:
Tiempo de apertura/cierre: del orden de 1 ms, suficiente para una sola etapa de inyección.
Control: gestionado por la unidad de mando (ECU) a través de pulsos eléctricos de ancho variable (PWM).
Ventajas: precio moderado, robustez y fácil integración en sistemas mecánicos y electrónicos.
Limitaciones: respuesta más lenta que piezoeléctrico; control de presión y cantidad menos preciso en inyecciones muy cortas.
Estos inyectores suelen emplearse en sistemas de inyección common rail de primera y segunda generación, donde la presión del riel es elevada, pero la ECU aún no demanda pulsos extremadamente breves o múltiples inyecciones en un solo ciclo.
Inyectores piezoeléctricos
Los inyectores piezoeléctricos representan la evolución más avanzada en tecnología de inyección diésel. En lugar de una bobina, utilizan cristales piezoeléctricos que, al aplicarse un pulso eléctrico, se deforman instantáneamente y transmiten fuerza directamente a la aguja.
Características:
Velocidad de respuesta: décimas de milisegundo, permitiendo múltiples eventos de inyección en un solo ciclo (preinyección, principal y postinyección).
Precisión: extrema exactitud en el control de la cantidad de combustible, optimizando la combustión y reduciendo emisiones de NOx y partículas.
Complejidad y costo: más caros y requieren circuitos electrónicos específicos en la ECU y una gestión térmica cuidadosa.
Aplicaciones: motores diésel de alta eficiencia y bajas emisiones (Euro 6 y superiores), turbodiésel de altas prestaciones.
Gracias a la capacidad de gestionar secuencias de inyección muy cortas, los inyectores piezoeléctricos permiten suavizar la combustión, reducir ruidos de motor y mejorar el confort acústico.
Inyectores mecánicos y sistemas bomba-inyector
Antes de popularizarse el common rail, los sistemas diésel usaban inyectores mecánicos en combinación con bombas distribuidoras o bombas unitarias:
- Bomba rotativa (distribuidor): una bomba genera alta presión y la distribuye a cada inyector secuencialmente mediante un rotor interno.
- Bombas invertidas (unit injectors): cada cilindro dispone de una bomba de alta presión integrada directamente sobre el inyector. La presión se genera localmente en cada unidad.
Características:
- Unidad bomba-inyector: compacta y capaz de alcanzar presiones moderadas (hasta 900 bar).
- Ventaja: elimina tubería de alta presión, reduce número de sellos y puntos de fuga.
- Desventajas: mayor peso, complejidad mecánica y ruido; control de inyección menos versátil que common rail.
Aunque actualmente están en desuso en turismos, los sistemas bomba-inyector siguen vigentes en aplicaciones industriales y maquinaria pesada por su simplicidad y tolerancia a combustibles de baja calidad.
Sistema Common Rail
El common rail revolucionó la inyección diésel a principios de los 2000. Su arquitectura separa la generación de presión de la dosificación de combustible:
- Riel común (“rail”): tubo acumulador que mantiene constante el combustible a alta presión (hasta 2 500 bar) para todos los cilindros.
- Bombas de alta presión independientes: elevan la presión hasta el riel.
- Inyectores solenoide o piezo: cada uno recibe combustible presurizado del rail y lo dosifica bajo control directo de la ECU.
Ventajas:
- Independencia entre presión de inyección y régimen del motor.
- Posibilidad de múltiples inyecciones finas por ciclo: mejora eficiencia, reduce emisiones sonoras y contaminantes.
- Flexibilidad: adaptación automática a condiciones de carga y temperatura.
El common rail es hoy en día el estándar en motores diésel de automoción por ofrecer la mejor combinación entre ahorro de combustible, prestaciones y cumplimiento de normativas medioambientales.
Mantenimiento y averías comunes
El estado de los inyectores impacta directamente en las prestaciones y longevidad del motor:
- Obstrucción o desgaste de la aguja/tobera: provoca pérdida de potencia, tirones y humo negro.
- Fugas internas o externas: consumo elevado de combustible y arranque en frío dificultoso.
- Averías eléctricas (solenoide quemado o cristal piezo dañado): fallo de sincronía y pérdida de inyección en uno o varios cilindros.
- Contaminación del combustible: sedimentos y agua dañan los componentes internos.
La era Common Rail (1997–actualidad)
Common Rail separa la generación de presión de la dosificación, revolucionando la inyección diésel:
- Finales de los 90: CR alcanza 140–160 MPa con bombas Bosch CP1 y CP2, permitiendo inyecciones dobles por ciclo.
- Segunda generación: presiones elevadas a 180–200 MPa y estrategia trifásica (pre, principal y postinyección) para tratar emisiones de partículas y NOx.
- Tercera generación: actuadores piezoeléctricos con tiempos de respuesta de 0,1 ms, habilitando hasta cinco inyecciones finas y atomización superior.
- Cuarta generación: presiones de hasta 250 MPa con refuerzo hidráulico interno en inyectores, mejor control de picos térmicos y emisiones ultrabajas【^10】.
Los sistemas CR actuales cumplen Euro 6 y futuras normativas, optimizando consumo, reduciendo ruidos y permitiendo downsizing con turbocompresores.
