Carril común

La inyección directa de combustible common rail es un sistema de inyección directa de combustible basado en un riel de combustible de alta presión que alimenta válvulas solenoides . Esta presión suele ser superior a 2000 bar , 200 MPa o 29 000 psi . Un sistema common rail contrasta con la bomba de combustible de baja presión que alimenta los inyectores unitarios (o boquillas de la bomba). La inyección de alta presión ofrece ventajas en potencia y consumo de combustible con respecto a la inyección de combustible de menor presión anterior, al inyectar el combustible en forma de un mayor número de gotas más pequeñas, lo que proporciona una relación superficie-volumen mucho mayor. Esto proporciona una mejor vaporización de la superficie de las gotas de combustible y, por lo tanto, una combinación más eficiente del oxígeno atmosférico con el combustible vaporizado, lo que produce una combustión más completa .   

La inyección common rail se utiliza ampliamente en motores diésel . También es la base de los sistemas de inyección directa de gasolina que se utilizan en los motores de gasolina .

En 1916, Vickers fue pionera en el uso de sistemas common rail mecánicos en los motores de submarinos de clase G. Por cada 90° de rotación, cuatro bombas de émbolo permitían una presión de inyección constante de 3000 libras por pulgada cuadrada (210 bar; 21 MPa) , con el suministro de combustible a cilindros individuales cerrado por válvulas en las líneas de inyección. ^{[ 1 ]} De 1921 a 1980, Doxford Engines utilizó un sistema common rail en sus motores marinos de pistones opuestos , donde una bomba de combustible reciprocante multicilíndrica generaba una presión de alrededor de 600 bares (60 MPa; 8700 psi) , con el combustible almacenado en botellas acumuladoras. ^{[ 2 ]} El control de la presión se lograba mediante una carrera de descarga de la bomba ajustable y una "válvula de derrame". Se utilizaban válvulas de sincronización mecánicas operadas por el árbol de levas para alimentar los inyectores Brice/CAV/Lucas cargados por resorte, que inyectaban a través del lateral del cilindro en la cámara formada entre los pistones. Los primeros motores contaban con un par de levas de sincronización, una para la marcha hacia adelante y otra para la marcha atrás. Los motores posteriores tenían dos inyectores por cilindro, y la última serie de motores turboalimentados de presión constante estaba equipada con cuatro. Este sistema se utilizaba para la inyección tanto de diésel como de fuelóleo pesado (600 cSt calentado a una temperatura cercana a los 130 °C).     

Los motores common rail se han utilizado en aplicaciones marinas y ferroviarias desde hace tiempo. El Cooper-Bessemer GN-8 ( alrededor de 1942) es un ejemplo de un motor diésel common rail de accionamiento hidráulico, también conocido como common rail modificado.

El prototipo del sistema common rail para motores de automóviles fue desarrollado a finales de la década de 1960 por Robert Huber, de Suiza, y la tecnología fue desarrollada posteriormente por el Dr. Marco Ganser en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich, más tarde en Ganser-Hydromag AG (fundada en 1995) en Oberägeri.

El primer motor diésel common rail utilizado en un vehículo de carretera fue el motor MN 106 de la empresa alemana oriental VEB IFA Motorenwerke Nordhausen . Se instaló en un único IFA W50 en 1985. Debido a la falta de financiación, el desarrollo se canceló y nunca se logró la producción en masa. ^{[ 3 ]}

El primer vehículo de producción en masa con sistema common rail se vendió en Japón en 1995. El Dr. Shohei Itoh y Masahiko Miyaki de la Corporación Denso desarrollaron el sistema common rail ECD-U2, montado en el camión Hino Ranger . ^{[ 4 ]} Denso afirma haber desarrollado el primer sistema common rail de alta presión comercial en 1995. ^{[ 5 ]}

Los sistemas common rail modernos están controlados por una unidad de control del motor , que controla los inyectores eléctricamente en lugar de mecánicamente. Fueron prototipados en la década de 1990 por Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat en Bari y Elasis, con un desarrollo posterior por parte del físico Mario Ricco Fiat Group . Desafortunadamente, Fiat se encontraba en una situación financiera precaria en ese momento, por lo que el diseño fue adquirido por Robert Bosch GmbH para su perfeccionamiento y producción en masa. ^{[ 6 ]} El primer automóvil de pasajeros en utilizar este sistema fue el Alfa Romeo 156 de 1997 con un motor JTD de 2.4 L , ^{[ 7 ]} y más tarde ese mismo año, Mercedes-Benz lo introdujo en su modelo W202 . En 2001, la inyección common rail llegó a las camionetas pickup con la introducción del motor Duramax LB7 V8 de 6.6 litros utilizado en la Chevrolet Silverado HD y la GMC Sierra HD. En 2003, Dodge y Cummins lanzaron motores common rail, y Ford hizo lo propio en 2008 con el Powerstroke de 6.4 litros. Hoy en día, casi todos los vehículos diésel no comerciales utilizan sistemas common rail.

El sistema common rail es adecuado para todo tipo de vehículos de carretera con motores diésel, desde coches urbanos (como el Fiat Panda ) hasta coches ejecutivos (como el Audi A8 ). Los principales proveedores de sistemas common rail modernos son Bosch , Delphi Technologies , Denso y Siemens VDO (ahora propiedad de Continental AG ). ^{[ 8 ]}

Los fabricantes de automóviles se refieren a sus motores common rail por sus propias marcas comerciales :

• Ashok Leyland : CRS (utilizado en camiones U y autobuses E4)
• Audi : TDI , BiTDi. La sigla "Bi" significa BiTurbo.
• BMW Group ( BMW y Mini ): d (también utilizado en el Land Rover Freelander como TD4 y en el Rover 75 y MG ZT como CDT y CDTi), D y SD
• Chrysler CRD
• Citroën : HDi , e-HDi y BlueHDi
• Cummins y Scania : XPI (desarrollado en una empresa conjunta)
• Cummins : CCR ( bomba Cummins con inyectores Bosch )
• Daimler : CDI
• Grupo Fiat ( Fiat , Alfa Romeo y Lancia ): JTD (también comercializado como MultiJet , JTDm y, según los fabricantes que lo suministran, como TDi , CDTi , TCDi , TiD , TTiD , DDiS y QuadraJet )
• Ford Motor Company : TDCi ( Duratorq y Powerstroke ) y EcoBlue Diesel
• GM : VCDi (con licencia de VM Motori ) Duramax Diesel , Diesel y CTDI
• Honda : i-CTDI e i-DTEC
• Hyundai , Kia y Génesis : CRDi
• IKCO : EFD
• Isuzu : iTEQ , Ddi y DI TURBO
• Jaguar : d
• Jeep : CRD y EcoDiesel
• Komatsu : Serie HPCR Tier3 , Tier4 , 4D95 y superiores
• Land Rover : TD4 , eD4, SD4, TD6, TDV6, SDV6, TDV8, SDV8
• Lexus : d (por ejemplo, 450d y 220d)
• Mahindra : CRDe , m2DiCR , mEagle , mHawk , mFalcon y mPower (camiones)
• Maserati : Diésel
• Mazda : MZR-CD y Skyactiv-D (algunos motores MZR-CD son fabricados por la empresa conjunta Ford y PSA Peugeot Citroën ) y DiTD anterior.
• Mercedes-Benz : CDI y d
• Mitsubishi : Di-D
• Nissan : DDTi
• Opel / Vauxhall : DTI , CDTI , BiTurbo CDTI , CRI , Turbo D y BiTurbo D
• Porsche : Diésel
• Protón : SCDi
• Grupo PSA (Peugeot, Citroën y DS) : HDi , e-HDi o BlueHDi (desarrollado en colaboración con Ford ) – Ver motor PSA HDi
• Renault , Dacia y Nissan : dCi y BLUEdCi (Infiniti utiliza algunos motores dCi como parte de la Alianza Renault-Nissan , bajo la marca d ).
• Saab : TiD (el motor diésel turbo de 2.2 litros también se llamaba "TiD", pero no tenía Common Rail) y TTiD. La doble "T" significa Twin-Turbo.
• SsangYong : XDi , eXDI, XVT o D
• Subaru : TD , D o BOXER DIESEL (a partir de enero de 2008)
• Suzuki : DDiS
• Tata : 2.2 VTT DiCOR (utilizado en SUV grandes como el Safari ), VARICOR (utilizado en SUV grandes como el Safari Storme , Aria y Hexa ), 1.05 Revotorq CR3 (utilizado en Tiago y Tigor ) , 1.5 Revotorq CR05 (utilizado en Nexon y Altroz ), 1.4 CR4 (utilizado en Indica , Indigo ), 3.0 CR4 (utilizado en Sumo Gold ), 1.3 Quadrajet (suministrado por Fiat y utilizado en Indica Vista , Indigo Manza y Zest ), y 2.0 Kryotec (también suministrado por Fiat y utilizado en el SUV Harrier y el nuevo Safari ), 3.3 L Turbotronn y 5L Turbotronn (utilizados en camiones M&HCV).
• Toyota : D4-D
• Grupo Volkswagen ( Volkswagen , Audi , SEAT y Škoda ): TDI (los modelos más recientes utilizan common rail, a diferencia de los motores anteriores con inyector unitario ). Bentley denomina a su Bentayga diésel simplemente Diesel.
• Volvo : motores D , D2 , D3 , D4 y D5 (algunos fabricados por Ford y PSA Peugeot Citroën ), motores Volvo Penta serie D.

Las válvulas solenoides o piezoeléctricas permiten un control electrónico preciso del tiempo y la cantidad de inyección de combustible, y la mayor presión que proporciona la tecnología common rail ofrece una mejor atomización del combustible . Para reducir el ruido del motor , la unidad de control electrónico del motor puede inyectar una pequeña cantidad de diésel justo antes de la inyección principal (inyección "piloto"), reduciendo así su explosividad y vibración, además de optimizar el tiempo y la cantidad de inyección para variaciones en la calidad del combustible, arranques en frío, etc. Algunos sistemas common rail avanzados realizan hasta cinco inyecciones por ciclo. ^{[ 9 ]}

Los motores common rail requieren un tiempo de calentamiento muy corto o nulo, dependiendo de la temperatura ambiente, y producen menos ruido y emisiones que los sistemas más antiguos. ^{[ 10 ]}

Históricamente, los motores diésel han utilizado diversas formas de inyección de combustible. Dos tipos comunes son el sistema de inyección unitaria y el sistema de distribuidor/bomba en línea . Si bien estos sistemas más antiguos proporcionan un control preciso de la cantidad de combustible y del momento de la inyección, presentan varias limitaciones:

• Funcionan mediante levas y la presión de inyección es proporcional a la velocidad del motor. Esto significa que la presión máxima de inyección solo se alcanza a la velocidad máxima del motor, y que esta disminuye a medida que disminuye la velocidad. Esta relación se cumple en todas las bombas, incluso en las utilizadas en sistemas common rail. En los sistemas unitarios o distribuidores, la presión de inyección está ligada a la presión instantánea de un único ciclo de bombeo, sin acumulador, por lo que esta relación es más pronunciada y problemática.
• Estos sistemas presentan limitaciones en cuanto al número y la sincronización de las inyecciones que se pueden programar durante una sola combustión. Si bien es posible realizar múltiples inyecciones con estos sistemas más antiguos, lograrlo resulta mucho más difícil y costoso.
• En el sistema típico de distribuidor/en línea, la inyección comienza y termina a una presión predeterminada (a menudo denominada presión de apertura). Esta característica se debe a los inyectores "simples" en la culata, que se abren y cierran a presiones determinadas por la precarga del resorte aplicada al émbolo del inyector. Una vez que la presión en el inyector alcanza un nivel predeterminado, el émbolo se eleva y comienza la inyección.

En los sistemas common rail, una bomba de alta presión almacena un depósito de combustible a alta presión, hasta 2000 bares (200 MPa; 29 000 psi) o más . El término "common rail" se refiere a que todos los inyectores de combustible se alimentan desde un conducto común, que no es más que un acumulador de presión donde se almacena el combustible a alta presión. Este acumulador suministra combustible a alta presión a múltiples inyectores. Esto simplifica la función de la bomba de alta presión, ya que solo necesita mantener una presión objetivo (controlada mecánica o electrónicamente). Los inyectores de combustible suelen estar controlados por la unidad de control del motor (ECU). Cuando los inyectores de combustible se activan eléctricamente, una válvula hidráulica (compuesta por una boquilla y un émbolo) se abre mecánica o hidráulicamente y el combustible se pulveriza en los cilindros a la presión deseada. Dado que la energía de la presión del combustible se almacena de forma remota y los inyectores se accionan eléctricamente, la presión de inyección al inicio y al final de la inyección es muy similar a la presión en el acumulador (riel), lo que produce una tasa de inyección cuadrada. Si el acumulador, la bomba y las tuberías tienen el tamaño adecuado, la presión y la tasa de inyección serán las mismas para cada uno de los múltiples eventos de inyección.  

Los motores diésel common rail de tercera generación ahora incorporan inyectores piezoeléctricos para una mayor precisión, con presiones de combustible de hasta 2500 bar (250 MPa; 36 000 psi) . ^{[ 11 ]}   

• Inyección electrónica de unidad accionada hidráulicamente
• Bomba unitaria
• Sensor de agua

• Sistema de inyección directa Common Rail o sistema CRDI: funcionamiento y ventajas
• Breve resumen sobre el funcionamiento del motor CRDI
• Animación que explica el funcionamiento del common rail.