¿Por qué la inyección no consigue utilizar toda la carrera de admisión?

Hasta donde yo sé, los inyectores de combustible electrónicos solo conocen dos estados discretos, encendido o apagado. Bajo carga ligera (es decir, bajas rpm y aceleración) el inyector no tiene que suministrar mucho combustible. Entonces, naturalmente, el tiempo de inyección es corto para entregar poco combustible, porque el flujo de combustible es siempre el mismo. Esto lleva a que la inyección solo ocurra durante una fracción de la carrera de admisión.

En consecuencia, obtienes una parte superrica de la mezcla junto con solo aire en el cilindro. Estos todavía tienen que mezclarse/homogeneizarse en el cilindro para conseguir una buena combustión. Este proceso lleva tiempo y posiblemente no le proporcione el mejor rendimiento. Entonces, ¿por qué no hay inyectores que puedan variar su flujo de combustible? La ECU puede derivar la duración de la carrera de admisión a partir de las rpm y, en consecuencia, puede usar todo ese tiempo para hacer que el inyector entregue su combustible durante toda la carrera de admisión. De esta forma, la mezcla que entra en el cilindro ya está casi completamente homogeneizada.

¿Qué piensan ustedes? ¿Idea estúpida o inteligente, o ya existe? Entiendo que diseñar nuevos inyectores que puedan hacer esto (si aún no existen) cuesta dinero, pero en la interminable batalla contra las regulaciones de emisiones constantemente se exige más innovación.
Cualquier aporte es bienvenido.

No estoy exactamente seguro de dónde se dispara el inyector durante la carrera de admisión, pero apostaría a que lo hace en la primera parte. Esto permitiría la mejor mezcla homogénea que apostaría. @Zaid puede tener una respuesta definitiva para usted.
@Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2 en ​​reposo (~700 RPM) aproximadamente 30 ms antes del evento de chispa. así que justo al comienzo del golpe de admisión, creo. y se disparará durante unos 3 ms, suponiendo que el ajuste de combustible sea normal.
Estoy bastante seguro de que su sugerencia y lo que existe actualmente logran el mismo resultado. Me imagino que un inyector con diferentes pasos para el pintle sería un grado más complejo y requeriría un paquete más grande, etc.
¿Tenía en mente la inyección por puerto o la inyección directa cuando hizo esta pregunta? En el caso de la inyección de puerto, el aire y el combustible se mezclan antes de llegar a la válvula de admisión. Los sistemas de inyección directa son bastante capaces de funcionar en modo homogéneo , por lo que diría que ambos escenarios abordan la preocupación de la mezcla deficiente resaltada en su pregunta.
@Zaid Tenía en mente la inyección de (múltiples) puertos, pero lo mismo podría contar para DI. Usted dice que se mezclan correctamente antes de pasar la válvula de admisión, pero esa es mi duda. Supongo que todavía necesitan algo de tiempo para completar el proceso de homogeneización en el cilindro, porque la mezcla en el colector de admisión no se completó al 100%. Me baso en el hecho de que también usan formas de superficie de pistón avanzadas para mejorar el remolino y la homogeneización. Eso significaría que hay un beneficio real en una mayor homogeneización, de lo contrario no lo harían.
Creo que la razón por la que el combustible se inyecta bajo presión en lugar de "gotear" es que promueve la atomización del combustible. Si baja la presión, es probable que el combustible "caiga" y se acumule en el fondo de la cámara de combustión.
@SteveMatthews ese es un buen punto, y también puede causar un búfer de combustible local (al menos ese es el nombre que conozco) Por lo tanto, reducir la presión del riel no es una opción. Sin embargo, la apertura/orificio variable del inyector no tendría este problema y aún puede ser una opción.

Respuestas (4)

Tenga en cuenta que con cargas altas/WOT, el inyector puede estar abierto casi constantemente, durante las cuatro carreras. (Ciclo de trabajo del inyector >90%)

De hecho, muchos sistemas cambian de puerto secuencial a banco y luego disparan continuamente (todos los inyectores disparan al mismo tiempo) cuando se requieren altas demandas de combustible.

La dificultad es equilibrar las necesidades de WOT con el ralentí con un solo inyector. Las boquillas y los orificios de las boquillas grandes significan un mayor flujo, pero también agregan masa y latencia a la operación. Además, la eficiencia de atomización se ve afectada drásticamente por el tamaño crítico del orificio y no tanto por la caída de presión. Una manguera contra incendios es excelente para combatir incendios, pero no es tan útil cuando agrega una gota de agua a su whisky escocés.

No conozco un inyector "variable" que sea rentable en todos los modos. Sin embargo, la nueva tecnología GDI obvia muchas de esas necesidades y también tiene la ventaja de no inyectar en una válvula fría y destruir gotas de tamaño pequeño y agradable. También tiene la belleza de no preocuparse por la posición del lóbulo de la válvula/leva. Puede inyectar una carga muy pobre y luego una pequeña bolsa de mezcla estequimétrica inmediatamente antes (¡y tal vez incluso durante!) del encendido.

Así que mi cuasi-respuesta es que puedo lograr mucho más con la inyección directa de gasolina, que aunque su idea es destacada, creo que esos magos IC ya han ido mucho más allá de esas ideas. De hecho, solo están arañando la superficie. Me invitaron a un seminario web llamado "Dr. Stochiometric is Dead". No podía pagarlo, pero mi punto es que espero que la eficiencia de IC mejore dramáticamente en los próximos cinco años. Solo tengo que lidiar con el calor y los NOx... ¡Lean es lo nuevo!

En edición:

Para aclarar, solo quiero decir que un inyector de estilo encendido/apagado que está optimizado para inactivo puede no tener suficiente flujo final para WOT. Albiet WOT es raro (bueno, para algunos... no especificaré en qué categoría cumplo condena) el problema es que simplemente no puedes ir malvado sin terribles consecuencias.

Un buen compromiso podría ser un inyector de orificio pequeño de clavija pequeña para ralentí, junto con otro inyector: mi proverbial "manguera contra incendios" para tomas de agujeros. Esto, por supuesto, sería problemático en cuanto a gastos de ingeniería y producción.

Esta es la razón por la que soy un gran defensor de GDI, que permite una gran flexibilidad en el programa de inyección, independientemente de la posición de la válvula o de la carrera en la que se encuentre.

La idea de un riel de combustible de presión variable es loable, si tan solo funcionara. Como mencioné antes, cuando observa la atomización optimizada basada en un orificio "crítico", hay algo de física extraña involucrada. El tamaño del orificio gobierna y la caída de presión se vuelve casi fija. Una vez que un orificio es "crítico", aumentar la presión de alimentación no tiene el efecto lineal que cabría esperar. (Dejando de lado la inyección de diesel; ese es un animal completamente diferente...) Además, no estoy listo para admitir (¡como si entendiera!) que la inyección durante un ciclo de admisión completo conduce a una mezcla más homogénea (después de la compresión) que simplemente un rocío corto.

Las emisiones inactivas están en su punto más bajo. En Los Ángeles, las emisiones del tubo de escape al ralentí son valores de NOx más bajos que el aire de admisión.

Mire a GDI y alguna tecnología de transmisión de energía loca y perversa para cambiar las reglas . Ejecute su IC en una banda de par dulce, muy delgada, y permita una transmisión de potencia sin interrupciones con pérdidas bajas para asignar el par. Guarde la estequiometría para los semáforos y cuando esté tratando de impresionar a una chica...

(No, no voy a comprar un Nissan... En mi opinión, son prácticamente imposibles de manejar y demasiado frustrantes para comprender...)

GDI suena increíble en muchos sentidos, pero el único inconveniente es la acumulación de carbono.
La forma en que describe GDI suena igual que una combinación de inyección estratificada y piloto para mí, donde construye una mezcla relativamente rica alrededor de la bujía para encender fácilmente la mezcla base más pobre en el resto del cilindro. ¿Estos dos difieren en naturaleza? No entiendo tu punto sobre WOT, una situación que no tienes muy a menudo. Diría que el consumo de combustible y las emisiones en ese punto son inferiores a obtener potencia. Son las condiciones de carga ligera las que deben optimizarse para las emisiones y el consumo de combustible IMO.
Es muy plausible que "ellos" no implementen ciertas innovaciones todavía, en aras de poder implementarlas directamente, listas para usar, cuando las regulaciones de emisiones se vuelven más exigentes. Tengo la idea de que esa es toda la filosofía actual de gestión de emisiones de las empresas automovilísticas, para ralentizar las normas de emisión tanto como sea posible cumpliendo sin mantener el margen más pequeño.

En consecuencia, obtienes una parte superrica de la mezcla junto con solo aire en el cilindro. Estos todavía tienen que mezclarse/homogeneizarse en el cilindro para conseguir una buena combustión.

Esto ya lo manejan ambos tipos de inyección de combustible pulsada:

  • Inyección en puerto

    El combustible y el aire se mezclan antes de ingresar a la válvula de admisión, por lo que la carga entrante ya está bastante homogeneizada.

  • En inyección directa

    En funcionamiento homogéneo, se inyecta combustible durante la carrera de admisión y el giro y remolino del cilindro hace el resto.

Como destaca @SteveRacer en su respuesta , esta es una preocupación para las configuraciones de inyección de puerto cuando el motor está frío, porque el combustible no se atomiza bien. La "solución" tradicional es funcionar un poco más rico anticipando que no todo el combustible se quemará debido a una atomización deficiente.

Entonces, ¿por qué no hay inyectores que puedan variar su flujo de combustible?

Lo más probable es que esto sea más por la simplicidad del sistema de control que por cualquier otra cosa. Compara estos dos escenarios:

  1. Administre la cantidad de combustible inyectado a través del ancho de pulso del inyector (tiempo) mientras mantiene constante la presión del riel de combustible y la característica de flujo del inyector

  2. Administre la cantidad de combustible inyectado a través del ancho de pulso del inyector y la variación de la presión del riel de combustible/característica de flujo del inyector

Ambos enfoques le darán el mismo resultado, pero el último es mucho más complicado para implementar un sistema de control (sin mencionar la necesidad de un hardware más sofisticado).

Como nota al margen, hay fabricantes de inyectores que afirman proporcionar la capacidad de variar la tasa de flujo de combustible mediante el uso de múltiples clavijas (me viene a la mente Injector Dynamics). Sin embargo, no estoy en condiciones de validar la veracidad de sus afirmaciones.

La ECU puede derivar la duración de la carrera de admisión a partir de las rpm y, en consecuencia, puede usar todo ese tiempo para hacer que el inyector entregue su combustible durante toda la carrera de admisión. De esta forma, la mezcla que entra en el cilindro ya está casi completamente homogeneizada.

El sistema de gestión de combustible ya hace esto de forma implícita al recibir información del sensor de posición del cigüeñal (RPM) y combinarla con información sobre la carga del motor.

Tenga en cuenta, sin embargo, que si la intención es controlar la AFR, las RPM por sí solas no son suficientes para determinar cuánto combustible debe inyectarse. Un automóvil manual a 2500 RPM en 3ra marcha quemará combustible a un ritmo diferente que cuando está en 2da marcha a la misma velocidad del motor.

Gracias por la respuesta clara y explicativa. Usted dice "la carga entrante ya está bastante homogeneizada", esto sugiere que es posible (y beneficiosa) una mayor homogeneización, ¿verdad? Además, entiendo que los inyectores variables son menos simples y más caros, pero las regulaciones de emisiones cada vez mayores exigen mejores técnicas (más caras) de todos modos. Esto posiblemente podría ser una solución. Las técnicas utilizadas hoy en día tampoco eran rentables y demasiado complejas en los años 90. Ahora tenemos la desactivación de cilindros, que en aquel entonces era increíblemente compleja.
Por cierto, la inyección variable se puede lograr mediante una presión de riel variable, pero también mediante una apertura/orificio variable del inyector. Se podría implementar un modo ECO y Power donde la presión de combustible sea más baja o más alta, pero también un inyector que puede abrirse total o parcialmente. Cualquier método es más (costo) efectivo.
@Bart No estoy en desacuerdo con usted en que es posible una mayor homogeneización, pero ¿cómo ayudaría cambiar a medir la duración del trazo de ingesta aquí? Ya está implícitamente considerado por la gestión de combustible cuando lee las RPM del sensor de posición del cigüeñal
Bueno, digamos que la carrera de admisión dura 30 ms y se necesitan 10 uL de combustible. El inyector normalmente entrega 20uL por 30ms pero si lo abre al 50% entrega 10uL por 30ms. Exactamente lo que necesitas. De esta manera haces que el inyector arroje el combustible necesario durante toda la carrera de admisión, dando una carga mejor homogeneizada al entrar al cilindro. Esa era mi hipótesis.
@Bart, por lo que su objetivo es que la inyección se produzca siempre que el cilindro esté realizando su carrera de admisión. Traté de explicar por qué esto es inadecuado en el último párrafo. Puede tener diferentes cantidades de aire ingresando al cilindro para la misma duración de la carrera de admisión (30 ms en su ejemplo), dependiendo de la presión del colector de admisión. Inyectar combustible durante los mismos 30 ms daría como resultado diferentes AFR para diferentes presiones del colector, lo que significa que su AFR no se mantiene.
Sí, de hecho, el tiempo de inyección (o el combustible necesario) se basa en rpm y MAP o MAF. La duración de la carrera de admisión se puede determinar mediante las características de las rpm y la leva. Si conoce estos dos, puede distribuir la inyección a lo largo de la duración del golpe de admisión. Aproximadamente lo mismo se hace con la(s) inyección(es) piloto en los diésel DI, pero es diferente y se usa para calentar la sala de combustión. Pero espero que entiendas mi punto.
Lo siento @Bart, no te entendí. ¿En qué se diferencia lo que está sugiriendo del diseño GDI existente? Si no es diferente, supongo que no entendí bien tu pregunta.
Disculpas de mi parte también, es un poco difícil explicar comprensiblemente mi idea en inglés. Bueno, si distribuye la inyección en toda la carrera de admisión, en lugar de inyectarla toda de una vez tan pronto como comience la carrera de admisión y esperar que se mezcle completamente en el cilindro, obtendrá una mejor homogeneización, supongo. Para eso tendrías que abrir el inyector parcialmente. Supongo que las cosas son diferentes para los motores DI. Tal vez solo estoy pensando demasiado en las cosas y necesito parar. La discusión realmente no avanza si no puedo explicar las cosas claramente.
@Bart, si aún no lo ha hecho, le sugiero que lea las preguntas y respuestas que vinculé sobre los modos de operación homogéneos versus estratificados de GDI. No veo ninguna diferencia fundamental entre el enfoque sugerido y lo que GDI es capaz de hacer
Soy plenamente consciente y conozco esos fenómenos, mi pregunta aún difiere de ellos. Pero no creo que pueda explicarlo mejor, así que dejaré descansar esta pregunta. Una vez más, mi agradecimiento por sus esfuerzos y aportes.

No olvide que en condiciones estequiométricas (en las que todos los fabricantes de motores se esfuerzan por funcionar), la relación aire:combustible es bastante alta (14:1). Los inyectores se dimensionan comúnmente con esto en mente. En realidad, se requiere muy poco combustible para hacer una explosión lo suficientemente grande como para impulsar el pistón.
Un aspecto interesante es que los sistemas de inyección de combustible más antiguos en realidad usarían la mayor parte de la carrera de admisión, yla carrera de escape, para entregar la cantidad correcta de combustible. El motor 5M-GE de mi viejo Supra 1985 usa este sistema; los 6 inyectores disparan al mismo tiempo, una vez por revolución del motor. Durante un evento de inyección, las válvulas de admisión están abiertas y el aire de admisión recoge el combustible a medida que ingresa al colector de admisión. Durante el siguiente, la válvula se cierra, pero solo durante milisegundos como máximo (en ralentí, menos a RPM más altas). El combustible cae más en el colector, pero esto probablemente proporciona una buena mezcla cuando la válvula se abre nuevamente y la siguiente carga ingresa al cilindro. Casi como sembrar la mitad inferior de la corriente de aire, luego la mitad superior, para cada cilindro. Y debido a que los inyectores están ubicados lo más cerca posible de los puertos de admisión, hay muy poco tiempo para que el combustible salga de la corriente de aire antes de que ingrese al cilindro.
Existen nuevos diseños de motores de inyección directa que pueden realizar múltiples eventos de inyección por carrera de combustión: si el motor está funcionando con carga baja en un modo de mezcla pobre y el conductor pisa el acelerador, en lugar de aumentar el tamaño de la siguiente carga de combustible, la ECU puede disparar el inyector directamente a la mezcla en llamas para un aumento instantáneo de potencia. Este tipo de diseño permite que el motor queme muy poco combustible cuando no se necesita, pero aún responde. Si la memoria no me falla, la gama Ford EcoBoost tiene esta capacidad.

Umm stoich a 40:1?... es 14,7 a uno hasta donde yo sé. Además, stoich no es per se lo que buscan los fabricantes. Los motores de combustión pobre son algo cada vez más común, como usted mismo mencionó. Y sí, los sistemas de PD, si eso es lo que quiere decir, no inyectan a la misma velocidad en todo momento, pero creo que eso no es realmente utilizable como inyección variable. Sin embargo, su respuesta me dio una nueva perspectiva para ver las cosas, así que gracias.
@Bart parece que escuché mal, tienes razón, es 14.7, no 40. He corregido mi respuesta. Además, mientras que la mezcla pobre es deseable en condiciones de baja carga, cuando el motor está desarrollando potencia, el estoico es deseable, es a lo que me refería. Aunque tienes razón.
No estoy del todo seguro, pero creo que los motores de combustión pobre aún funcionan bastante delgados (es decir,> 14.7) cuando se demanda potencia. Nunca llegan a estoico. La respuesta de @SteveRacer parece confirmar esto, ya que quería ir al seminario web 'dr. La estequiometría está muerta'. Dice lo suficiente, creo! :) Supongo que la razón es que sería más fácil controlar y controlar las emisiones de una mezcla pobre. Escuché que hoy en día reducen el NOx con ureum. Técnica realmente interesante.

Hay; se llaman carburadores. Sin embargo, siempre que el combustible y el aire se mezclen adecuadamente en el punto en que se enciende la bujía, nada más importa.

Los carbohidratos son otra cosa. A continuación, la pregunta es exactamente sobre mi duda de que la mezcla se mezcle adecuadamente aún en el momento de la ignición.
La pregunta es sobre los sistemas de inyección de combustible. Los carbohidratos están fuera del alcance
Pero un carburador proporciona un flujo constante de combustible/aire mezclado a la velocidad adecuada.
Eso tampoco es del todo cierto. Un carburador de vacío constante se acerca bastante, pero el AFR de un carburador de vacío no constante también depende de, p. efecto bomba de aceleración.
¿Por qué la inyección no consigue utilizar toda la carrera de admisión?
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