La última estación del sistema de regulación de presión de combustible diésel

Las innovaciones que los fabricantes se han visto obligados a realizar para reducir su consumo de combustible de los motores diésel provocan un aumento de las emisiones de óxidos de nitrógeno NOx.

La necesidad de cumplimento de la normativa europea de emisiones implica una mayor exigencia todavía mayor al funcionamiento de los dispositivos anticontaminación y se constituye como una limitación al aumento de la eficiencia energética y a la escalada de potencia que venía produciéndose en los motores diésel en los últimos años.

En los motores diésel, la combustión se produce al inyectar una determinada cantidad de combustible en la cámara de combustión, en la cual el aire se encuentra previamente comprimido a gran temperatura. La inyección en esas condiciones permite la pulverización del combustible, que aumenta de temperatura hasta iniciar la combustión en condiciones óptimas.

Para que cada partícula encuentre una cantidad apropiada de oxígeno en la turbulencia de aire y, de esta manera, se queme todo el combustible inyectado en la cámara, se hace necesario que el inyector sea capaz de pulverizar convenientemente el combustible y que la cantidad de aire sea superior a la necesaria en los motores de gasolina, con un consumo teóricamente inferior.

El sistema precisa de un inyector por cada cilindro, de un sistema de baja presión para el suministro de combustible y de una bomba de alta presión. Las bombas de alta presión, cuya estructura puede ser de émbolo en línea o rotativas con émbolo deslizante o distribuidor, incorporaban dispositivos centrífugos de avance y dosificador mecánico de caudal, a los que posteriormente se añadieron dispositivos de arranque en frío y electroválvulas de parada.

Entre finales de los 80 y principio de los 90, la evolución técnica de los motores diésel provocó un gran aumento de las ventas de los automóviles propulsados por gasóleo. La incorporación masiva del turbocompresor y la introducción de la electrónica en las funciones de regulación de caudal y avance mediante electroválvulas permitieron que la economía en el consumo de combustible se mantuviera, pero las prestaciones y la suavidad de funcionamiento casi se igualaron a las de los motores de gasolina.

Fue entonces cuando la inyección directa de combustible, que ya estaba disponible en motores de vehículos industriales, se comenzó a popularizar en conjunción con la aplicación de la electrónica en la gestión de las bombas de alta presión. La inyección de forma directa en la cámara de la cabeza del pistón posibilitaba una mayor pulverización, un mayor rendimiento térmico y un menor consumo específico de combustible, y, en contrapartida, una mayor rumorosidad y una menor suavidad de funcionamiento.

La aparición del sistema de raíl común de alta presión de combustible unos años más tarde supuso un antes y un después términos de rendimiento, eficiencia energética, y también en regularidad cíclica y disminución de vibraciones; presenta una estructura similar a la inyección electrónica de gasolina, donde se añade una bomba de alta presión recibe el combustible de la bomba de baja, a una presión de 2,5 bares, y una electroválvula regula la presión de salida de combustible entre los 230 y los 1.350 bares. Este combustible se introduce en el raíl común, en el que se acoplan un sensor de presión y unos inyectores electromagnéticos, cuyo avance y tiempo de apertura son comandados por la unidad de control motor.

Las generaciones posteriores del sistema de raíl común incorporaron una segunda electroválvula, la de caudal, que posibilita una regulación más precisa y un mayor aprovechamiento energético, a la que se añadieron los inyectores piezoeléctricos, diseñados para una mayor velocidad de apertura y cierre que los inyectores electromagnéticos a los que sustituyeron, aunque de menor fiabilidad y de reparación más compleja.

En los años posteriores, algunos fabricantes recuperaron una antigua técnica como alternativa al raíl común, a la que añadieron una serie de mejoras en diseño y materiales, y, sobre todo, el control electrónico: el inyector-bomba, el cual integra a la bomba de alta presión y al inyector en un mismo componente, y se encuentra ubicado en la culata, accionado por el árbol de levas.

El sistema, que evolucionó con la incorporación de inyectores-bomba piezoeléctricos que propiciaban valores superiores a los 2.000 bares de presión, se encuentra actualmente en desuso por la dificultad de cumplimiento de la normativa de gases, por el elevado coste de fabricación y comercializacíon de los componentes por algunos problemas de fiabilidad intrínsecos y por la falta de suavidad de funcionamiento frente al sistema de raíl común.

Tanto en el raíl común de combustible como en el inyector-bomba, la unidad de control motor se encarga de realizar las funciones de preinyección y posinyección en determinadas fases de funcionamiento; dichas funciones tratan de reducir las emisiones contaminantes y la sonoridad, aumentando el rendimiento y la suavidad de giro.

Las anomalías más habituales del sistema de regulación de presión de combustible diésel son las siguientes:

• Defectos funcionales o eléctricos en los inyectores de los sistemas de raíl común o en los inyectores-bomba. El diagnóstico con el terminal de los parámetros de corrección de caudal de los inyectores permite una valoración de su funcionamiento al comparar la eficiencia de la combustión en cada cilindro, mientras que el desgaste interno se puede valorar mediante la prueba de caudal de retorno con las probetas calibradas.
• Funcionamiento incorrecto de las electroválvulas de presión o de caudal de combustible, lo que provoca una divergencia entre los valores teóricos y reales de presión y la entrada en fase de emergencia.
• Averías en las bombas de alta presión a consecuencia de un excesivo desgaste interno de los componentes, en muchos casos provocados por la escasa calidad del combustible.
• Durante la puesta en marcha del motor, la unidad de control puede inhibir la activación de las electroválvulas y de los inyectores si no se cumplen todas las condiciones para la puesta en marcha; estas son que la sincronización entre el árbol de levas y el cigüeñal sea la correcta, que el número de rpm en fase de arranque sea suficiente, que el inmovilizador autorice el arranque, que la presión de combustible medida supere el umbral mínimo, etc.
• Defectos en el sensor de presión de combustible, que pueden ocasionar correcciones incorrectas de las electroválvulas de caudal o de presión, o entradas en fase de emergencia que pueden incluso provocar la parada del motor.
• Pérdida del ajuste básico de los valores de aprendizaje del sistema de presión de combustible en la unidad de control de algunos modelos, generalmente debida a defectos de la alimentación eléctrica, para cuyo reaprendizaje se hace necesario utilizar un terminal de diagnóstico.
• Instalación eléctrica incorrecta de los sensores o actuadores a efectos de continuidad, aislamiento y conexionado.

En los siguientes enlaces se facilitan algunos ejemplos representativos, obtenidos en la actividad diaria de asistencia y documentación de la plataforma https://www.averiasresueltas.com:

• https://www.averiasresueltas.com/que-hacer-si-el-motor-da-tirones-pero-no-hay-senal-de-averia/
• https://www.averiasresueltas.com/funcionamiento-irregular-del-motor-a-ralenti-pudiendo-llegar-a-pararse-el-motor/
• https://www.averiasresueltas.com/irregularidad-del-motor-a-ralenti-y-sintomas-ocasionales-del-picado-de-biela/

Los próximos años presentan unas perspectivas nada halagüeñas para el futuro de los motores diésel. Las necesidades de eficiencia energética y economía de consumo exigen que la presión de inyección sea muy elevada para posibilitar un menor tamaño de las gotas de combustible y, por tanto, una combustión más completa. Pero las medidas destinadas a reducir el consumo de combustible realizan una aportación negativa a los dispositivos anticontaminación del motor: la temperatura tan elevada, y la presencia de oxígeno en exceso en la combustión provocan la formación de óxidos de nitrógeno NOx en los gases de escape.

Y es ahí donde reside la limitación técnica a la que se enfrentan los motores diésel: la restrictiva normativa en materia de emisiones de CO2 y NOx, cada vez más difícil de cumplir a pesar de la utilización de dispositivos como el EGR doble, el filtro de partículas, el AdBlue, etc., sumada a los demostrados efectos perniciosos de la combustión del gasoleo para la salud terminarán por limitar el uso de este combustible, que ya está siendo sustituido por los motores de inyección directa de gasolina de alta presión.