¿Cómo funciona un inyector piezoeléctrico?

Actualmente los fabricantes utilizan más recursos en la aplicación de tecnología en los nuevos sistemas de inyección diésel (EDC), mejorando cada vez más la preparación del combustible. Esto es debido a que han de cumplir de forma estricta los valores indicados en la normativa Euro para que estén dentro de la competencia en el mercado automovilístico.

Cabe destacar que los sistemas de inyección diésel han evolucionado de la siguiente manera, primeramente fueron las bombas lineales, bombas rotativas, sistema Common-Rail e inyector-bomba.

En la actualidad el sistema más utilizado es el de  inyección Common-Raíl.

Los sistemas de inyección Common-Rail se pueden encontrar en diferentes marcas y tipos, como por ejemplo, Bosch EDC 15, EDC 16 y EDC 17, Delphi, Siemens y más marcas que son participe de utilizar dicho sistema.

En este post, se va a centrar en los inyectores piezoeléctricos utilizados en el sistema de Common-Raíl, se explicará tanto el principio de funcionamiento del elemento piezoeléctrico como el funcionamiento del inyector.

 Dichos inyectores se pueden encontrar a partir de las motorizaciones con sistema de inyección de tipo common-rail de 3era generación, con cuya fecha de producción desde 05-2003, cumpliendo con la normativa Euro 4.

Uno de los primeros inyectores piezoeléctricos, los fabricó Siemens y se instalaron en el motor diésel 1.4 HDI del grupo PSA.

¿Cómo es el principio de funcionamiento piezoeléctrico?

El principio de funcionamiento del inyector está basado en el efecto piezoeléctrico inverso. Dicho efecto consiste en aplicar tensión eléctrica a un conjunto de placas cristalinas, elemento piezoeléctrico -cuarzo o turmalina-, provocando de esta manera una dilatación del mismo. Al dilatarse se inicia el proceso hidráulico dentro del inyector.

Se pueden encontrar dos tipos de principios:

Principio piezoeléctrico

Si se comprime el cristal -cuarzo o turmalina-, se observa o genera una tensión en sus límites.

Si el material se estira se tendrá una tensión de sentido inverso.

Este tipo de principio se puede encontrar, por ejemplo, en los sensores de presión.

Principio piezoeléctrico inverso

Si se aplica una tensión polarizada al cristal -cuarzo o turmalina-, se produce un estiramiento del mismo.

Si la tensión aplicada sobre el material es de sentido inverso, se produce una compresión del cristal.

Al aplicar una tensión, las placas cristalinas realizan un recorrido de 0,03 mm. El actuador piezoeléctrico es excitado por la unidad de mando con una tensión continua de 70 a 140 Voltios en función del sistema y se inicia el proceso hidráulico dentro del inyector.

¿Cómo funciona un inyector piezoeléctrico?

Inyector cerrado – Inicio de inyección

Al no recibir excitación, el actuador piezoeléctrico se encuentra en estado de reposo y el inyector cerrado. Para iniciar la inyección, la unidad alimenta el actuador con positivo y negativo. Al recibir tensión y por efecto piezoeléctrico inverso, el actuador se  dilata y abre el inyector.

Inyector abierto - Inyección

Una vez abierto, deja de ser excitado. El actuador funciona como un condensador, reteniendo la carga eléctrica, permaneciendo dilatado y el inyector abierto. Por este motivo no se debe desconectar un inyector piezoeléctrico con el motor en marcha, puesto que puede quedarse abierto produciendo graves daños en el motor.

Inyector cerrado – Final de la inyección

Para cerrar el inyector la unidad actúa como un consumidor, descargando la tensión acumulada en el actuador.

*Al realizar la descarga la intensidad se invierte como se puede observar en la gráfica. Una vez descargado el actuador, el elemento piezoeléctrico recupera su posición de reposo, cerrando el inyector.

Con los inyectores piezoeléctricos es posible controlar de una forma más flexible y exacta las fases y cantidades de inyección. De esta forma se adapta el desarrollo del ciclo de la inyección a las exigencias que plantean las diferentes condiciones operativas del motor y se alcanzan las exigentes normas antipolución.

¿Qué ventajas tiene un inyector piezoeléctrico?

- Presión de inyección alta, de hasta 2000 bar.

- Los tiempos de conmutación muy cortos (sólo de 0,2 milisegundos como máximo).

- Son posibles varias inyecciones en cada ciclo de trabajo

- Cantidades de inyección exactamente dosificables.

¿Qué inconvenientes tiene un inyector piezoeléctrico?

- En caso de fallo del actuador piezoeléctrico, se puede quedar abierto el inyector provocando una avería grave de motor.

- Ruidos internos del inyector por elevada concentración de temperatura del actuador piezoeléctrico.

- Imposible su manipulación cuando está en funcionamiento.

En la actualidad, los fabricantes optan por equipar en sus sistemas de inyección inyectores electromagnéticos (con bobina), debido a los problemas que están teniendo al  ser más delicados y no rendir completamente al 100%.

Para más información, podéis consultar el siguiente post: http://www.blogmecanicos.com/2014/07/averia-en-el-inyector-piezoelectrico.html,

En dicho post, se refleja una avería de la marca Mercedes con este tipo de inyectores y nos facilita perfectamente las instrucciones para realizar una correcta comprobación.