Como hemos visto en otros sistemas de inyección como el utilizado por la marca Japonesa Mitsubishi (GDI), a los dos modos operativos de funcionamiento del motor denominados: «carga estratificada» y «carga homogénea» se agrega un tercer modo, se trata del denominado "homogéneo-pobre". Con este modo operativo se reduce una vez más el consumo de combustible en comparación con el funcionamiento a lambda = 1 con recirculación de gases de escape. La unidad de control del motor elige el modo operativo en función de las condiciones de régimen /potencia / gases de escape y seguridad.
Modo estratificado
El motor funciona en el modo estratificado en los regímenes medios de carga y revoluciones.
La estratificación de la mezcla en la cámara de combustión permite que el motor trabaje con un valor lambda total de aprox. lambda = 1,6 hasta 3
- En el centro de la cámara de combustión se encuentra una mezcla con buenas cualidades inflamables en torno a la bujía.
- Esta mezcla está rodeada de una capa exterior, que en el caso ideal está compuesta por aire fresco y gases de escape recirculados.
Modo homogéneo-pobre
El motor trabaja en el modo homogéneo-pobre durante la transición entre el modo estratificado y el homogéneo.
La mezcla pobre se encuentra distribuida de un modo homogéneo (uniforme) en la cámara de combustión. La relación de aire y combustible es de lambda 1,55, aproximadamente.
Modo homogéneo
A cargas y regímenes superiores, el motor funciona en el modo homogéneo.
La relación de aire y combustible en este modo operativo es de lambda = 1.
En los modos homogéneo y homogéneo-pobre el combustible se inyecta en el cilindro durante el ciclo de admisión y se mezcla allí uniformemente con el aire aspirado, como se hace en los sistemas de inyección en el colector de admisión (MPi).
En el modo estratificado la mezcla de combustible y aire se dispone en la zona de la bujía (figura inferior) por medio del método de combustión por movimiento cilíndrico de la carga de gases guiado por pared y aire (movimiento tumble). El inyector está dispuesto de modo que el combustible sea proyectado sobre el rebaje específico en la cabeza del pistón (guiado por la pared) y desde ahí sea conducido en dirección hacia la bujía. Con el mando de la chapaleta en el colector de admisión y el rebaje de turbulencia se produce en el cilindro un movimiento cilíndrico del aire (tumble). Con este flujo de aire (conducido a su vez por aire) se respalda el transporte del combustible hacia la bujía. La formación de la mezcla se realiza en el trayecto hacia la bujía.
Modo de carga estratificada
Para que la gestión del motor cambie al modo estratificado tienen que estar cumplidas, entre otras cosas, ciertas premisas importantes:
- El motor se encuentra en el régimen de carga y revoluciones que corresponde
- En el sistema no existe ningún fallo de relevancia para los gases de escape
- La temperatura del líquido refrigerante supera los 50 °C
- El sensor de NOx está dispuesto para el funcionamiento
- La temperatura del catalizador-acumulador de NOx se halla entre los 250 °C y 500 °C
Si están cumplidas estas condiciones resulta posible poner en vigor el modo estratificado.
Admisión
En el modo estratificado se abre la mariposa lo más posible, para mantener reducidas las pérdidas por estrangulamiento.
La chapaleta en el colector de admisión cierra el conducto inferior en la culata. Debido a ello el aire de admisión se acelera y fluye describiendo un torbellino cilíndrico (tumble) a través del
conducto superior hacia el cilindro.
Nota: No es posible abrir al máximo la válvula de mariposa, porque debe existir siempre una cierta depresión en consideración del sistema de carbón activo y de la recirculación de gases de
escape.
Flujo del aire
El flujo del aire describiendo un torbellino cilíndrico experimenta una intensificación en virtud de la geometría específica que tiene la cabeza del pistón.
Inyección
La inyección (figura inferior) se realiza en el último tercio del ciclo de compresión. Comienza unos 60° y finaliza unos 45° antes del PMS de encendido.
El momento de la inyección ejerce una influencia importante sobre la posición que adopta la nube de la mezcla en la zona de la bujía.
El combustible se inyecta en dirección hacia el rebaje para combustible. La propagación deseada de la nube de mezcla se consigue gracias a la geometría del inyector.
Por el efecto del rebaje para combustible y el movimiento descendente del pistón se conduce el combustible en dirección hacia la bujía. Esta operación se intensifica por el caudal de aire con turbulencia cilíndrica, que conduce asimismo el combustible hacia la bujía. En el trayecto hacia la bujía se mezcla el combustible con el aire aspirado.
Formación de la mezcla
Para la formación de la mezcla en el modo estratificado solamente se dispone de un ángulo de cigüeñal de 40° a 50°. Esto es decisivo para la capacidad de ignición de la mezcla. Si el tiempo es más corto entre la inyección y el encendido, la mezcla no está preparada todavía lo suficiente para inflamarse de forma adecuada. Un tiempo más largo conduciría a una mayor homogeneización en toda la cámara de combustión.
Por ese motivo surge una nube de mezcla con una buena capacidad inflamable en el centro de la cámara de combustión, en torno a la bujía. Está rodeada de una capa exterior que, en el caso ideal, se compone de aire fresco y gases de escape recirculados.
La relación de aire y combustible en toda la cámara de combustión se halla entre: lambda = 1,6 y 3.
Combustión
Tras el posicionamiento exacto de la mezcla de combustible y aire en la zona de la bujía es cuando se produce el encendido. Durante esa operación sólo se inflama la nube de mezcla, mientras que los gases restantes actúan como un estrato aislante. Esto hace que se reduzcan las pérdidas de calor en las paredes y aumente el rendimiento térmico del motor. El momento de encendido se encuentra dentro de una estrecha ventana angular del cigüeñal, debido al final tardío de la inyección y al tiempo que transcurre para la formación de la mezcla al final del ciclo de compresión.
Nota: El par generado por el motor viene determinado en este modo operativo únicamente a través de la cantidad de combustible inyectada. La masa de aire aspirada y el ángulo de encendido tienen aquí solamente poca importancia.
Modo de carga homogenero-pobre
Está modo de funcionamiento se sitúa entre el modo estratificado y el modo homogéneo. En toda la cámara de combustión existe aquí una mezcla homogénea-pobre. La relación de combustible y
aire es de aprox. lambda = 1,55. Rigen aquí las mismas premisas que para el modo estratificado.
Admisión
Igual que en el modo estratificado, la válvula de mariposa se encuentra lo más abierta posible y la chapaleta del colector de admisión está cerrada. Debido a ello se reducen por una parte las pérdidas por estrangulamiento y por otra se consigue un flujo intenso del aire en el cilindro.
Inyección
El combustible se inyecta directamente en el cilindro a unos 300° APMS de encendido durante el ciclo de admisión. La unidad de control del motor se encarga de regular la cantidad inyectada de modo que la relación de combustible y aire sea de aproximadamente lambda = 1,55.
Formación de la mezcla
El momento de inyección tan temprano permite disponer de más tiempo para la formación de la mezcla hasta el momento del encendido. De esa forma se produce un reparto homogéneo (uniforme) en la cámara de combustión.
Combustión
Igual que en el modo homogéneo, es posible elegir libremente el momento de encendido, porque se tiene un reparto homogéneo de la mezcla. La combustión se realiza en toda la cámara.
Modo homogéneo
El modo homogéneo es comparable con el de funcionamiento de un motor con inyección en el colector de admisión.
La diferencia esencial consiste en que el combustible se inyecta directamente en el cilindro al tratarse de la versión de inyección directa de gasolina.
El par del motor viene determinado por el momento de encendido (corto plazo) y por la masa de aire aspirada (largo plazo). Para esta masa de aire se elige la cantidad necesaria a inyectar (lambda = 1).
Admisión
La válvula de mariposa abre en función de la posición del acelerador. La chapaleta en el colector de admisión se mantiene abierta o cerrada según el punto operativo momentáneo.
- En la gama media de cargas y regímenes está cerrada la chapaleta en el colector de admisión, haciendo que el aire aspirado fluya describiendo un torbellino cilíndrico hacia el cilindro, lo cual actúa de forma positiva en la formación de la mezcla.
- A medida que sigue aumentando la carga y el régimen, la masa de aire que sólo se puede aspirar a través del canal superior ya no resultaría ser suficiente para el proceso. En ese caso la chapaleta en el colector de admisión abre también el paso del conducto inferior.
Inyección
El combustible se inyecta aproximadamente a los 300° APMS de encendido, directamente en el cilindro, durante el ciclo de admisión.
La energía necesaria para la evaporación del combustible se extrae del aire encerrado en la cámara de combustión, con lo cual el aire se enfría. Debido a ello es posible aumentar la relación de compresión en comparación con un motor con la inyección en el colector de admisión.
Formación de la mezcla
Debido a la inyección del combustible durante el ciclo de admisión hay bastante tiempo disponible para la formación de la mezcla. Esto hace que en el cilindro se reparta una mezcla homogénea (uniforme), compuesta por el combustible inyectado y el aire aspirado.
La relación de combustible y aire en la cámara de combustión es de lambda = 1.
Combustión
En el modo homogéneo se influye esencialmente con el momento de encendido sobre el par del motor, el consumo de combustible y el comportamiento de las emisiones de escape.
