Departamento técnico: Explicación de los inyectores de combustible piezoeléctricos

Jun 12, 2023

Si alguna vez has visto las chispas creadas por alguien masticando Wint-O-Green Life Savers en una habitación oscura, habrás presenciado este fenómeno: ciertos materiales cristalinos, como el azúcar, producen pequeñas cantidades de electricidad cuando los aprietas. Incluso existe una palabra para describirlo: "piezoeléctrico", que describe la electricidad resultante de la presión. Pero el proceso también es reversible, ya que estos mismos materiales se expanden ligeramente cuando se les aplica electricidad. Hay numerosos lugares en un automóvil donde la expansión piezoeléctrica puede resultar útil.

Tomemos, por ejemplo, la medición precisa necesaria para el suministro de combustible actual. Bosch, Continental y Delphi, entre otros, han aprovechado esta peculiar propiedad del material piezoeléctrico en expansión (en lugar del electroimán habitual) para abrir la boquilla del inyector de combustible y rociar con precisión combustible en motores de gasolina y diésel. Sin embargo, hacer que estos dispositivos funcionen no es fácil.

Una razón es que la expansión de los cristales piezoeléctricos es minúscula. Una rebanada de material piezoeléctrico de dos centésimas de pulgada de espesor se expande sólo alrededor de 0,00002 pulgadas cuando recibe aproximadamente 140 voltios de electricidad. Esas dos centésimas de pulgada no son suficientes para mover el pivote de un inyector, que es la parte que sella la boquilla y debe abrirse para inyectar combustible.

El inyector Continental tiene cientos de pequeñas piezas piezoeléctricas apiladas unas encima de otras para que la expansión combinada aumente el movimiento total. La pila produce 0,004 pulgadas de movimiento, suficiente para mover el pivote lo suficiente como para inyectar combustible. Pero debido a que este movimiento está en la dirección incorrecta (hacia abajo, no hacia arriba), la adición de dos pequeñas palancas permite que la expansión de la pila piezoeléctrica haga que se levante el pivote y comience a rociar combustible. Cuando se completa la inyección, el voltaje se corta, la pila piezoeléctrica se contrae y un resorte cierra el pivote.

Los inyectores piezoeléctricos tienen algunos beneficios clave que justifican toda esta molestia. Por un lado, se abren y cierran mucho más rápido que los inyectores convencionales. Esto permite un control más preciso del intervalo de inyección, que determina cuánto combustible se rocía en el motor. Las unidades piezoeléctricas también proporcionan retroalimentación al producir pequeñas fluctuaciones en la electricidad utilizada para activarlas. Por ejemplo, si la computadora de control del motor solicita un tiempo de apertura del inyector de 0,5 segundos y la respuesta del inyector muestra que se abrió durante solo 0,496 segundos, la computadora puede agregar un poquito de tiempo al siguiente ciclo de inyección para compensar. Esta medición precisa del combustible mejora la combustión, lo que conduce a una mejor economía de combustible y a una reducción de las emisiones.

Los inyectores piezoeléctricos no sólo son más precisos que los inyectores sólidos convencionales, sino que también pueden realizar algunos trucos que están completamente más allá de las capacidades de sus predecesores. Por un lado, al aplicar un poco menos de electricidad, los cristales piezoeléctricos se expanden menos para que los inyectores puedan abrirse parcialmente. Una abertura más pequeña significa un tiempo de inyección más largo, lo cual es beneficioso cuando se intenta inyectar con precisión una pequeña cantidad de combustible, como cuando un automóvil está a punto de deslizarse. Debido a que actúan tan rápidamente, los inyectores piezoeléctricos también pueden inyectar varias veces (hasta siete en algunos motores diésel) durante un solo ciclo de combustión. Esta flexibilidad puede reducir las emisiones en todos los motores y limitar el hollín en los diésel.

Estos beneficios han asegurado un lugar para los inyectores piezoeléctricos en muchos de los últimos motores diésel y de gasolina de inyección directa. Y Continental, por ejemplo, dice que sus unidades piezoeléctricas no cuestan más que sus equivalentes convencionales, menos capaces. Los inyectores piezoeléctricos son uno de los dispositivos clave que mantendrán la combustión interna competitiva frente a estos molestos advenedizos eléctricos en los próximos años.

Csaba Csere se unió a Car and Driver en 1980 y nunca se fue. Después de desempeñarse como editor técnico y director, fue editor en jefe desde 1993 hasta su retiro del servicio activo en 2008. Continúa incursionando en el periodismo automotriz y las carreras de LeMons, además de cuidar su Jaguar E-type de 1965, 2017. Porsche 911 y un trío de motocicletas, cuando no está esquiando o haciendo senderismo cerca de su casa en Colorado.

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