Artículo Científico / Scientific Paper

Página 1 ENERGÍA MECÁNICA, INNOVACIÓN

Y FUTURO

No.4 Vol 1, 2015 (10)

ISNN : 1390 - 7395

INYECCIÓN DIRECTA DE GASOLINA (GDI)

GASOLINE DIRECT INJECTION (GDI)

German Erazo1, Henry Gonzalo Pabón Quito2

1 Universidad de Fuerzas Armadas ESPE – Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica, Quijano y Ordoñez y Marques de Maenza s/n.

e – mail : 1wgerazo@espe.edu.ec1, 2hgpabon@espe.edu.ec

Materia de Autotrónica III. 2016

Resumen Abstract

Las metas principales de la industria automotriz;

alta potencia, bajo consumo específico de

combustible, bajas emisiones, bajo ruido y mejor

confort de conducción. Con el creciente número de

vehículos, el rol de los vehículos en la

contaminación del aire ha ido creciendo

significativamente día tras día. Las agencias de

protección ambiental han bajado los límites de

emisiones anualmente. Además, el constante

incremento en el precio de los combustibles hace

necesario mejorar la eficiencia del motor. Como los

motores de carburador no pueden mantener la

relación de la mezcla cerca de la estequiométrica al

en diferentes condiciones de funcionamiento, los

convertidores catalíticos no pueden ser usados en

estos motores. Por lo tanto estos motores tienen altos

valores de emisiones y baja eficiencia. Los sistemas

PFI controlados electrónicamente en lugar del

sistema de combustible con carburador han sido

usados desde los ochentas. En los sistemas de

inyección de combustible, el aire que entra se puede

medir con precisión y el combustible es inyectado en

el colector de admisión.

Los motores controlados con sistema inyección

directa de gasolina empezaron a ser usados en lugar

los sistemas PFI desde los años noventa.

Palabras Clave: inyección directa, gasolina,

motores de gasolina.

The basic goals of the automotive industry; a high

power, low specific fuel consumption, low emissions,

low noise and better drive comfort. With increasing

the vehicle number, the role of the vehicles in air

pollution has been increasing significantly day by

day. The environment protection agencies have

drawn down the emission limits annually.

Furthermore, continuously increasing price of the fuel

necessitates improving the engine efficiency. Since

the engines with carburetor do not hold the air fuel

ratio close to the stoichiometric at different working

conditions, catalytic converter cannot be used in these

engines. Therefore these engines have high emission

values and low efficiency. Electronic controlled Port

Fuel Injection (PFI) systems instead of fuel system

with carburetor have been used since 1980’s. In fuel

injection systems, induced air can be metered

precisely and the fuel is injected in the manifold to air

amount.

The electronic controlled gasoline direct injection

systems were started to be used instead of port fuel

injection system since 1990’s.

Keywords: direct injection, petrol, gasoline, petrol

engines.

Artículo Científico / Scientific Paper

Página 2 ENERGÍA MECÁNICA, INNOVACIÓN

Y FUTURO

No.4 Vol 1, 2015 (10)

ISNN : 1390 - 7395

1. Introducción

La inyección directa de gasolina es un tipo de

sistema de inyección que atomiza la gasolina

directamente en la cámara de combustión. Como

en los motores equipados con inyección

multipunto (MFI), hay un inyector separado para

cada cilindro del motor. Pero en lugar de montar

los inyectores en el colector de admisión para que

los inyectores atomicen el combustible en los

puertos de admisión en la cabeza de cilindros, los

inyectores GDI están montados en la cabeza de

cilindros y rocían el combustible directamente en

la cámara de combustión en lugar del puerto de

admisión.

El combustible pasa junto a las válvulas de

admisión y entra al cilindro como rocío a alta

presión. El combustible puede ser inyectado en

cualquier punto durante la carrera de admisión, o

si el motor funciona en modo ultra-pobre, el

combustible podría no ser inyectado hasta algún

punto durante la carrera de compresión.

La mezcla/aire combustible es comprimida y

encendida por una chispa cuando el pistón se

aproxima al punto muerto superior. La mezcla

explosiva de aire/combustible genera calor y

presión que empuja al pistón abajo durante la

carrea de expansión. Los gases quemados del

escape se empujan fuera del cilindro durante la

carrera de escape.

Figura 1. Motor de cuatro tiempos con inyección directa de

gasolina Fuente: Aa1car.com,. (2016).

2. Inyección de combustible a alta

presión

La inyección directa requiere de presiones de

operación extremadamente altas (sobre los 2200

psi) comparado con los sistemas de inyección

multipunto convencionales que típicamente

requieren solo de 40 a 60 psi. La inyección directa

requiere de mayor suministro de presión para

superar la presión de compresión dentro del

cilindro y suministrar un mayor volumen de

combustible en un período de tiempo más corto.

Figura 2. Riel de combustible de inyección directa de gasolina

para un V6. Fuente: Aa1car.com,. (2016).

Con la inyección ordinaria MFI, el

combustible es rociado en el puerto de admisión

el cual está bajo vacío. La atomización de

combustible es absorbida a la cámara de

combustión junto con el aire entrante, se mezcan

durante la carrera de compresión, y luego se

encienden por la bujía. Con GDI, solo aire es

aspirado pasado las válvulas de admisión porque

el combustible se inyecta directamente en la

cámara de combustión durante la carrera de

compresión.

Pabón/ aplicación de los motores Wankel en la industria automotriz

3

Algunos motores con inyección directa de

gasolina no tiene un acelerador convenciaonal

porque el acelerador no se usa para controlar la

velocidad y potencia del motor. La computadora

del motor hace eso por medio de la variación del

tiempo y la cantidad de combustible que es

inyectado en cada cilindro. Eliminar la mariposa

de aceleración significa que no hay restricción del

aire entrante y poco o casi nada de vacío en el

colector de admisión. Esto reduce las pérdidas

normales de bombeo causadas por los platos

estranguladores y el vacío de admisión para una

eficiencia del motor mejorada.

A medida que el pistón asciende durante la

carrera de compresión, el combustible puede ser

inyectado en el cilindro en cualquier punto previo

al encendido. El momento de la inyección

dependerá de la velocidad del motor, la carga y

las condiciones de operación. En algunas

situaciones, el combustible podría no ser

inyectado hasta que el pistón casi haya alcanzado

el punto muerto superior en su carrera de

compresión. Pulsos adicionales de inyección de

combustible podrían también ser suministrados

una vez que la mezcla inicial haya sido encendida

para mantener la llama quemando durante la

carrera de expansión.

3. Ventajas de la inyección directa de

gasolina

Rociar el combustible directamente en la

cámara de combustión mientras se realiza la

compresión, y durante y después la combustión

inicial permite al motor generar mayor potencia

usando menos combustible. Los motores con GDI

pueden tolerar mezclas extremadamente pobres

(hasta 40:1) bajo condiciones de carga liviana o

velocidad crucero. El resultado neto es

típicamente entre 15 y 20 porciento mejor

economía de combustible comparado con la

inyección de combustible multipunto.

La habilidad de controlar de cerca la mezcla de

combustible y proveer al motor justo lo que

necesita en el momento indicado significa

también que los motores GDI pueden manejar

relaciones de compresión estáticas más altas. El

motor Buick de 3.6 L V6 tiene una relación de

compresión de 11.3 a 1, el cual ayuda a mejorar la

eficiencia de combustión y potencia. Los motores

Mazda Skyactiv-G de 2.0 L y 2.5 L tienen una

relación de compresión de 14:1 para eficiencia

aún más elevada. Los motores GDI usualmente

producen más potencia que aquellos con sistemas

de inyección multipunto.

4. Problemas de la inyección directa de

gasolina

Ninguna tecnología nueva está libre de

problemas y la inyección directa de gasolina no es

la excepción. Debido a que el combustible es

inyectado directamente en la cámara de

combustión en lugar de en el puerto de admisión,

el combustible provee poco o ningún “efecto de

limpieza” para evitar que el carbón y el hollín se

acumulen en las válvulas de admisión. A medida

que el recorrido crece, una capa de depósitos de

carbón se acumula en las válvulas de admisión.

Debido a que los depósitos se acumulan en la

cabeza de la válvula, podrían evitar que las

válvulas de admisión hagan sello causando

problemas de fugas de compresión, combustión

errónea y pérdida de potencia. Las acumulaciones

pesadas de carbón en las válvulas de admisión

pueden también restringir el flujo de aire,

afectando la potencia a altas revoluciones del

motor y causar caídas en la economía de

combustible y desempeño. Los depósitos de

carbón en las válvulas de admisión también

podrían desprenderse y pasar a través de la cámara

de combustión y al escape. Si el motor está

equipado con un turbocargador, existe la

posibilidad de que el carbón pueda dañar las aletas

de la turbina en el turbocargador.

4

Los problemas de hollín acumulados tienden

a ser peores en motores de inyección directa que

son usados en su mayoría para viajes cortos. Las

válvulas de admisión nunca se calientan tanto

para quemar estos depósitos. Y si los sellos de

guías de válvulas permiten que mucho aceite pase

por el vástago de la válvula, el carbón acumulado

se acumulará aún más rápido.

La solución para válvulas de admisión sucias

es limpiar las válvulas con algún tipo de químico

limpiador rociado en el cuerpo de aceleración,

colector de admisión o directamente en los

puertos de admisión. Otra opción de reparación en

algunos casos es remover el colector de admisión

y rociar solvente directamente en los puertos de

admisión de la cabeza de cilindros. Para depósitos

de carbón extremadamente pesados, puede ser

necesario remover la cabeza de cilindros para

limpiar las válvulas.

Otro problema con la inyección directa de

gasolina es que como en la inyección diésel, el

combustible tiene menos tiempo de mezclarse con

el aire entrante antes de encenderse. El efecto de

carga estratificada que la inyección directa

produce también permite mezlcas más ricas cerca

de la bujía y el inyector, y mezclas más pobres

lejos de la bujía y el inyector. El resultado es que

el proceso de combustión puede formar partículas

más grandes de hollín similares a las de escape de

diésel. El tamaño y cantidad de estas partículas

varía dependiendo de la volatilidad del

combustible y otras condiciones de operación.

5. Aplicaciones de inyección directa de

gasolina

La inyección directa de gasolina es usada en

una variedad de modelos de motores: Audi,

BMW, GM, Ford, Hyundai, Kia, Lexus, Mazda,

MINI, Nissan, Porsche, VW y otros. Algunas

aplicaciones en Estados Unidos incluyen los

motores Ford Ecoboost (que también son

turbocargados) en el Focus & Edge 2010 y

Explorer 2011, y el motor DI 3.6 L V6L en el

Buick LaCrosse y Enclave, Cadillac STS 2010 y

CTS, Camaro V6 2010, Chevy HHR SS 2010,

Chevy Traverse 2010 y GMC Arcadia. El Corvtte

LT1 2014 también tiene inyección directa.

Para el 2016, al menos la mitad de los

vehículos nuevos en vendidos en Estados Unidos

se proyectan a tener motores con inyección

directa de gasolina.

Figura 3. Cámara de combustión de un Biuck 3.6 L V6.

Fuente: Aa1car.com,. (2016).

5. Conclusiones

Gracias a las múltiples inyecciones, por primera

vez es posible extender los modos de operación

con mezcla pobre a rpm y rangos de cargas más

altos.

En los motores GDI, mientras la bujía opera bajo

altas temperaturas, al fallar pueden causar fallas

en la combustión.

La presión pico del sistema es hasta 200 bar –

alrededor de 50 veces la presión de combustible

en un sistema de inyección de gasolina

convencional.

A pesar de que diferentes vehículos con

combustibles alternativos han aparecido, es

improbable que sustituyan a los vehículos

convencionales de gasolina y diésel, aún.

El costo de los motores GDI es alto en la

actualidad, pero los motores GDI con

Pabón/ aplicación de los motores Wankel en la industria automotriz

5

turbocargdor que tienen mayor economía de

combustible se espera que sean más baratos que

los motores diésel o híbridos en el futuro.

6. Referencias

[1] Aa1car.com,. (2016). Gasoline Direct

Injection. Retrieved 17 February 2016, from

http://www.aa1car.com/library/what_is_gaso

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[3] Bosch, R. (2002). Gestion Del Motor de

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Siano, Ed.) Turquía. Obtenido de

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http://www.delphi.com/manufacturers/auto/s

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[6] Domínguez, E. J., & Ferrer, J. (2013).

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Editex.

[7] Pardiñas, J. (2012). Sistemas de alimentación

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motor). Editex.

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http://www.renesas.com/applications/automo

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[9] Trinidad, O. (2011). Gasoline Direct

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Michigan, Estados Unidos: Southern Illinois

University Carbondale. Obtenido de

http://opensiuc.lib.siu.edu/cgi/viewcontent.cg

i?article=1024&context=auto_pres

BIOGRAFIA.

1 Germán Erazo nació en

Latacunga, Ecuador, es

Ingeniero Automotriz,

Ingeniero Industrial posee

estudios de Posgrado en

Autotrónica, Gerencia de

Marketing, Gerencia de

Proyectos, Diseño Curricular,

Administración de Empresas y Magíster en

Gestión de Energías. Especialista en Gerencia

de Proyectos. Técnico Máster CISE Electronics

en Electrónica del Automóvil y Vehículos

Híbridos. Docente en la Universidad de las

Fuerzas Armadas ESPE desde 1993. Imparte

servicios de asesoramiento y capacitación en

mecánica y electrónica automotriz.

2 Henry Pabón.- Nació en

Ibarra provincia de Imbabura

en Ecuador. Graduado en el

Colegio Fiscomisional San

Francisco de Ibarra-Ecuador,

en la especialidad de físico

matemático en el año 2010.

Actualmente se encuentra

finalizando sus estudios de Ingeniería

6

Automotriz en la Universidad De Las Fuerzas

Armadas – ESPE en la ciudad de Latacunga.

Autor para correspondencia:

hgpabon@espe.edu.ec

Registro de la publicación

Fecha recepción 19 feb 2016

Fecha aceptación 19 feb 2016