Motor de inyección directa
Ante la creciente escasez de recursos petrolíferos y la demanda cada vez mayor de vehículos con bajo consumo, ha surgido un nuevo tipo de combustión para motores de gasolina: la tecnología de combustión pobre. La forma ideal de lograr esta combustión pobre es mediante la inyección directa (FSI) estratificada, es decir, la inyección directa de gasolina (GDI). En un motor de inyección directa, la gasolina se inyecta directamente en el cilindro; el inyector está instalado en la cámara de combustión, de modo que la gasolina se inyecta directamente en la cámara de combustión del cilindro. El aire entra en la cámara de combustión a través de la válvula de admisión y se produce la ignición de la mezcla de aire y combustible, un proceso similar al de los motores diésel de inyección directa; por lo tanto, la conversión de los motores de gasolina de inyección en el cilindro a la forma de los motores diésel ha sido una iniciativa de gran importancia.
La relación aire-combustible en los motores de inyección directa alcanza un 40:1, lo que permite ahorrar combustible, reducir las emisiones y mejorar el rendimiento dinámico; además, reduce las vibraciones del motor, mejora la precisión de la inyección de combustible y aumenta la durabilidad del motor, entre otras ventajas. Por ello, todos los fabricantes de automóviles han lanzado sus propios motores de inyección directa, como el FSI (Fuel Stratified Injection) de Volkswagen, el SIDI (inyección directa con encendido por chispa) de GM, el D-4S de Toyota, el HPI (inyección directa de alta presión) de BMW, el GDI (inyección directa de gasolina) de Mitsubishi, el DFI (inyección directa de combustible) de Porsche, etc.
La inyección directa, también conocida como FSI (Fuel Stratified Injection), es una tecnología que representa una evolución de los motores de gasolina convencionales. En los motores de gasolina convencionales, el sistema controla la posición de las levas mediante un sistema informático y las condiciones de funcionamiento del motor para que los inyectores pulvericen el combustible en el colector de admisión. Sin embargo, debido a la distancia que separa la boquilla de la cámara de combustión, a la mezcla de gasolina con aire provocada por el movimiento de la válvula de admisión y al impacto de partículas de aceite, tanto grandes como pequeñas, adsorbidas en la pared del conducto, se busca que los inyectores de combustible pulvericen el combustible directamente en el cilindro.
El sistema FSI, desarrollado por el Grupo Volkswagen para mejorar el funcionamiento de los motores de gasolina tradicionales, se basa en la tecnología de inyección directa en el cilindro y en la tecnología avanzada de inyección directa de gasolina, similar a la de los motores diésel, mediante la cual una bomba de pistón suministra la gasolina al cilindro a una presión superior a 100 bar, que se distribuye a los inyectores solenoides. A continuación, mediante un sistema controlado por ordenador, el combustible se inyecta en el momento más adecuado directamente en la cámara de combustión, con una precisión de control cercana al milisegundo; la clave está en tener en cuenta la ubicación de los inyectores, ya que el cilindro debe disponer de un espacio determinado en la parte superior izquierda. Dado que en la parte superior del cilindro se han dispuesto unas bujías muy respetuosas con el medio ambiente y varias válvulas del motor 1.4 TSI de uso común, el conjunto resulta muy compacto, por lo que se ha dispuesto cerca del lado de la válvula de admisión. Dado que los requisitos de diseño y fabricación de los inyectores son bastante elevados, si la disposición no es adecuada —sobre todo en lo que respecta a la precisión de fabricación— puede provocar fugas que causen más perjuicios que beneficios. Además, los requisitos de calidad del combustible para los motores FSI son relativamente elevados; es posible que el combustible nacional actual no cumpla los requisitos para estos motores, por lo que parte del montaje de los motores FSI de los Golf importados se ha adaptado a las condiciones locales.
Además, la tecnología FSI utiliza dos patrones de lubricación diferentes: el lubricado por capas y el lubricado uniforme. Modo de funcionamiento del motor a baja o media velocidad con lubricación estratificada. En este punto, el acelerador está parcialmente abierto y el aire procedente del colector de admisión que entra en el cilindro incide sobre la parte superior del pistón; el pistón, en su parte superior, tiene una forma especial diseñada para favorecer la formación de un vórtice cerca de la bujía. Hacia el final del proceso de compresión, el inyector expulsa una pequeña cantidad de combustible, lo que da lugar a la formación de gases combustibles. Este enfoque estratificado permite lubricar completamente el motor y mejorar el rendimiento, ya que, al ser la velocidad baja y la carga reducida, solo es necesario formar una mezcla de gases de alta concentración en torno a la bujía, mientras que en el resto de la cámara de combustión la mezcla contiene únicamente niveles más altos de aire; de este modo, el FSI se aproxima mucho al estado ideal. Cuando el acelerador está totalmente abierto y el motor funciona a alta velocidad, entra una gran cantidad de aire en el cilindro, formando un fuerte vórtice de alta velocidad que se mezcla con la gasolina. De este modo, se favorece la combustión del combustible y se mejora la potencia del motor. El ordenador modifica constantemente el modo de inyección de combustible en función de las condiciones de funcionamiento del motor, seleccionando siempre la forma más adecuada de inyección. El aprovechamiento total del combustible no solo mejora la eficiencia energética y la potencia del motor, sino que también reduce las emisiones.