Inyección K Jetronic e inyección KE Jetronic (I)

Hemos decidido incluir este artículo en la sección de “Nuevas tecnologías”, aunque actualmente no lo sea, dando un salto en el tiempo.

En las fechas en que se presentó la inyección K Jetronic, 1973, la alimentación de combustible era masivamente mediante carburación, también había sistemas de inyección electrónica bastante costosos lo que limitaba su implantación para todos los automóviles.

Las aportaciones y soluciones de la inyección mecánica continua K Jetronic representaban entonces una interesante “nueva tecnología”, que por sus costes era accesible a automóviles que no fuesen de alta gama, que también la utilizaron e incluso deportivos.

Proponemos leer y ver las animaciones de este artículo como si estuviésemos en los años de su presentación, y después de haberlo hecho, volver a la actualidad; en la que la tecnología del automóvil está en busca de nuevas alternativas para su desplazamiento sin emisión de gases contaminantes por la energía que utilice.

La gasolina ha sido el primer combustible utilizado masivamente por el motor térmico de combustión interna, luego han llegado otros.

La alimentación de gasolina, que ha de mezclarse con el aire en proporción determinada, tiene que realizarse mediante sistemas que aporten más gasolina según entra más aire al motor para mantener la citada proporción de mezcla aire – gasolina, que está en el entorno de 15 gramos de aire por 1 gramo de gasolina, en realidad 14,57 y se denomina dosado.

Si esta proporción varia un poco se altera la combustión, el rendimiento del motor y la emisión de gases contaminantes, si la alteración es mayor el motor deja de funcionar al no producirse la explosión.

Para la alimentación de gasolina se utilizó durante bastantes años el carburador, con sistemas mecánicos y neumáticos de aportación del combustible, con variaciones de proporción de mezcla sobre todo en aceleraciones transitorias.

En el carburador, la gasolina es succionada por el paso del aire de admisión.

Para mejorar el rendimiento del motor se diseñó la inyección de gasolina que la suministra a presión en el colector de admisión.

Con el paso del tiempo, y la llegada de las directivas anticontaminación, se hizo necesario reducir las emisiones contaminantes, para lo que es preciso mantener la proporción aire – gasolina (dosado) constante; y eso es algo que el carburador no puede hacer.

Entonces la inyección era la solución con diferentes sistemas y evoluciones técnicas.

En el periodo intermedio antes de las directivas anticontaminación se desarrolló un sistema de inyección mecánica continua, que sin excesivos costes permitía mejoras en el rendimiento y en el consumo, es la inyección K Jetronic que ha sido muy utilizada.

Cuando llegó la necesidad de reducir sensiblemente los gases contaminantes que salen al exterior, la inyección K Jetronic tenía ciertas limitaciones, más apreciables en aceleraciones transitorias.

Evolucionó entonces con la incorporación de cierto control electrónico, inyección KE Jetronic, pero los inyectores seguían siendo mecánicos con aportación continua variable de gasolina.

La protección que esta inyección KE Jetronic ofrecía al catalizador, imprescindible para reducir los gases contaminantes, no era suficiente lo que llevó a prescindir de este sistema de inyección y ser sustituido por inyectores controlados electrónicamente, así como también el acelerador.

En este artículo vamos a desarrollar el contenido de esta introducción, comparando dos tipos diferentes de carburadores con la inyección mecánica continua, sin entrar en la evolución de la alimentación de gasolina de la que ya hemos hablado en otros artículos.

Alimentación de gasolina al motor por succión del aire con carburador o a presión con inyección

Vamos a resumir las dos formas de suministrar gasolina al motor en el colector de admisión:

Motor de 4 cilindros en línea con carburador

  • Carburador en el colector de admisión, centrado en el colector para repartir lo mejor posible la mezcla a los cilindros
  • Cuenta con varios circuitos de salida de gasolina a la admisión; y mariposa de gases accionada mecánicamente por el pedal del acelerador, para ir aumentando el paso de aire al acelerar
  • Filtro de aire en la entrada del carburador
  • Desde la bomba de gasolina llega combustible a baja presión para mantener el carburador lleno de gasolina
  • Con el motor en marcha, la aspiración de los cilindros en admisión succiona gasolina desde diferentes puntos de salida del carburador según sea la posición de la mariposa, y la mezcla entra en cada cilindro en su tiempo de admisión
  • Al pasar el aire por el tubo del carburador, la gasolina es succionada por la depresión generada y se va mezclando con el aire antes de entrar a los cilindros

Motor de 4 cilindros en línea con inyección

  • Se ha representado este motor con colector de admisión diferente al anterior, en cuya entrada exterior está el filtro de aire, pues la aportación de gasolina es independiente para cada cilindro
  • Hay en el colector de admisión un inyector para cada cilindro
  • Cada inyector recibe gasolina a presión de inyección; no va ser succionada por el aire de admisión
  • Al funcionar el motor aspira aire en el tiempo de admisión, y la gasolina es suministrada a presión por cada inyector en el flujo de aire
  • En esta inyección multipunto secuencial, el aire es succionado por los cilindros, y la gasolina se inyecta a presión en el colector de admisión de entrada a cada cilindro
Inyección K Jetronic y KE Jetronic (1/10)

 

Seguidamente se explica el funcionamiento de este carburador, y también otro de distinto tipo, los vamos a utilizar como base para la inyección que vamos a ver.

Se ha representado un motor con un inyector por cilindro, multipunto, y en el colector de admisión, antes de la válvula, por tanto inyección indirecta.

Se aprecia como cada inyector aporta gasolina de forma independiente de los demás abriendo y cerrando, es inyección secuencial.

Si todos los inyectores abriesen y cerrasen a la vez sería inyección simultánea.

Y si se mantienen los inyectores permanentemente abiertos, variando el caudal de inyección, es inyección continua, y así es cómo funciona la K Jetronic que vamos a explicar.

En caso de que el inyector esté en el interior del cilindro, después de la válvula de admisión, es inyección directa.

Hay motores de gasolina que combinan las dos inyecciones, indirecta y directa, de estos sistemas no trata este artículo.

Carburador con varios circuitos o uno variable

Tomamos estos dos tipos de carburadores para resaltar de cada uno similitudes con la inyección mecánica continua, tema de este artículo.

De uno de estos carburadores, la bomba de aceleración que inyecta gasolina, y del otro el circuito único variable de gasolina.

Carburador con varios circuitos

  • Se representa el pistón, colector y válvula de admisión del motor
  • Se acopla el carburador al colector de admisión y sobre este el filtro de aire
  • Llega gasolina al carburador a baja presión desde la bomba, se almacena en la cuba y el flotador mantiene el nivel de gasolina según se va consumiendo
  • Desde la cuba pasa gasolina por vasos comunicantes a los pozos de alta o principal y de baja o ralentí
  • La mariposa de gases regula el caudal de aire que pasa a los cilindros, y es accionada mecánicamente por el acelerador

Con el motor en marcha sin acelerar:

  • Sale gasolina succionada por el aire aspirado solamente por el conducto libre bajo la mariposa, es el circuito de ralentí, entra poco aire y poca gasolina para mantener el dosado

Al iniciar la marcha acelerando:

  • Abre algo más la mariposa y deja descubierto otro punto de salida de gasolina a la admisión, en el circuito de progresión, más aire y más gasolina para mantener el dosado

Al acelerar progresivamente más:

  • La mariposa se va abriendo y llega a succionar gasolina del circuito de alta, que desemboca en un estrechamiento que aumenta la velocidad de paso del aire, es el difusor
  • Aumenta bastante el caudal de aire y también el de gasolina en proporción para mantener el dosado
  • Al acelerar progresivamente, los circuitos van interviniendo consecutivamente, pero hay cierto solape para evitar fallos de alimentación de gasolina, lo que implica alteraciones variables del dosado
  • Como curiosidad, al entrar en acción el circuito de alta podría vaciarse el pozo de ralentí, lo que implicaría que en deceleraciones bruscas se llegue a calar el motor
  • Se evita mediante el circuito de irreversibilidad, que cuenta con un conducto desde la parte alta del pozo de ralentí a una zona próxima al difusor, la aspiración en alta en este punto mantiene en equilibrio el nivel de gasolina en el pozo de ralentí

Sistema de arranque en frío:

  • Para la puesta en marcha de motor se ha de aportar más gasolina, pues parte se condensa en los colectores y se necesita más para que la mezcla explote al saltar la chispa en la bujía
  • Lo más habitual, es que se realice incorporando otra mariposa adicional sobre el carburador, encima del difusor, es el estrangulador de aire accionado por el conductor, también ha habido sistemas controlados por elementos termostáticos de funcionamiento mecánico
  • Con el estrangulador cerrado, pasa bastante menos aire, y se abre mecánicamente algo la mariposa de gases
  • La aspiración de los cilindros toma gasolina de prácticamente todos los circuitos, ralentí, progresión e incluso alta aportando más cantidad de gasolina, que es lo que se busca
  • El dosado es excesivamente rico, mucha gasolina
  • Con el motor en marcha se ha de ir abriendo progresivamente el estrangulador, cuanto antes mejor, para evitar que el exceso de gasolina dificulte la explosión y parte escurra por los cilindros al cárter, disminuyendo el engrase pistón – cilindro y provocando desgastes prematuros del aceite

Bomba de aceleración

  • Al acelerar rápidamente desde bajas RPM se abre la mariposa y entra más aire, pero la aportación de gasolina es más lenta, lo que puede reducir la respuesta del motor, se evita con la bomba de aceleración
  • Es una cámara comunicada con la cuba por un conducto, cuenta con una membrana y un muelle que mantiene la cámara llena con poca aceleración
  • Un conducto comunica la cámara de la bomba de aceleración con la parte superior del carburador, encima del difusor
  • Al acelerar rápidamente, un sistema de varillaje mecánico desde la mariposa empuja a la membrana que envía gasolina a presión sobre el difusor, se inyecta gasolina a presión, no se aporta directamente por la succión del motor, así se reduce el tiempo de respuesta al acelerar, dando tiempo a que vayan entrando en acción los demás circuitos del carburador
  • Al actuar la bomba de gasolina se enriquece puntualmente la mezcla

Carburador con un circuito y caudal variable

  • Se ve el carburador en el colector de admisión horizontal con la mariposa, y en la entrada exterior está el filtro de aire
  • También se representa el estrangulador de aire para el arranque en frío, está abierto y se cerraría para la puesta en marcha a baja temperatura, abriéndose mecánicamente algo la mariposa
  • Llega gasolina a baja presión de la bomba, entra a la cuba y se mantiene el nivel mediante el flotador
  • La cuba comunica con admisión por un paso cónico, controlado por una aguja de la misma forma, según sea su posición así será la sección de paso entre cuba y admisión
  • La parte superior de la aguja está en una cápsula, y en su interior se acopla a una membrana con un muelle que empuja hacia abajo
  • En la zona del muelle hay un conducto que lleva a la admisión bajo la mariposa
  • Del equilibrio entre la depresión en el colector de admisión y la fuerza del muelle depende la posición de la aguja
  • Con el motor en marcha a ralentí, la depresión bajo la mariposa es máxima, se vence la fuerza del muelle subiendo la aguja lo que hace que la sección de comunicación con la cuba sea mínima, el aire succiona poca gasolina, manteniendo el dosado
  • Al acelerar, la depresión bajo la mariposa disminuye pudiendo el muelle ir empujando hacia abajo la aguja, lo que implica que aumente el paso de gasolina de la cuba a la admisión, más aire y más gasolina para mantener el dosado
  • Los movimientos de la mariposa al acelerar implican variación de posición de la aguja, modificando la aportación de gasolina de forma continua por un único circuito
Inyección K Jetronic y KE Jetronic (2/10)

 

El estrangulador de aire, como ya indica su denominación, reduce el paso de aire lo que provoca que se aporte más gasolina.

Hay otro sistema que mantiene el paso de aire y suministra más gasolina por un circuito adicional para arrancar con el motor en frío, es el estárter, y es así es como se identifica habitualmente el sistema de arranque en frío con carburador, aunque sea mediante estrangulador de aire.

En el carburador, con un paso variable de gasolina también se necesita sistema de arranque en frío, se ve en la imagen el estrangulador de aire, y según los objetivos prestacionales se puede añadir algún sistema que aporte más gasolina al acelerar, como la bomba de aceleración o similar.

Al no poder mantener el control de la proporción de mezcla aire – gasolina en aceleraciones transitorias, y el exceso de combustible durante el arranque en frio y fase de calentamiento del motor con carburación, tanto con varios circuitos como uno variable, parte de la gasolina escurre por las paredes de los cilindros alterando su lubricación y la del pistón, además de acabar cayendo al cárter lo que degrada prematuramente el aceite al diluirse con este, por lo que ha de ser sustituido el aceite tras cortos recorridos para evitar graves daños al motor.

Aplicaciones de carburadores en automóviles

La carburación ha tenido muchas formas de implantarse en automóviles, tanto con el sistema de varios circuiticos o uno de caudal variable, como en el número y posición de los carburadores.

Como ejemplos, de los muchos que hay, vamos a ver aplicaciones sobre cuatro automóviles con motores de cuatro cilindros en línea:

Dos carburadores de doble cuerpo con varios circuitos (Alfa Romero 1750)

  • Un cuerpo de carburador para cada uno de los cilindros
  • Los carburadores de doble cuerpo pueden ser de apertura diferenciada de la mariposa de cada cuerpo, o simultánea si el objetivo son las prestaciones
  • En este automóvil los dos carburadores de doble cuerpo son de apertura simultanea de las cuatro mariposas
  • Se representan los carburadores verticales, como los que se han explicado con varios circuitos, pero en este motor su ubicación real es horizontal
  • Funcionan de la misma forma y con los mismos circuitos que en posición vertical, pero los flujos de aire y mezcla está sometidos a menos cambios de dirección mejorando el llenado de los cilindros

Cuatro carburadores de un circuito variable (MG B modelos especiales)

  • Un carburador para cada uno de los cuatro cilindros, para aprovechar didácticamente esta solución comparándola con la inyección sería “carburación multipunto”
Inyección K Jetronic y KE Jetronic (3/10)

Un carburador de un circuito variable (Morris Mini)

  • El único carburador suministra gasolina a los cuatro cilindros
  • La aportación de gasolina es en el centro del colector de admisión, por lo que llega mejor la gasolina a los cilindros centrales, 2 y 3, que a los de los extremos, 1 y 4, lo que indica que el reparto de la mezcla difiere algo en el dosado
  • Siguiendo con el símil de inyección, este montaje sería “carburación monopunto”
  • Hay motores de inyección con un único inyector para todos los cilindros, se utilizó en los inicios de la implantación del catalizador como solución para no incrementar demasiado los costes de automóviles muy sensibles al precio de adquisición; la inyección monopunto
  • Siguiendo con las comparaciones entre inyección y carburación; las versiones Cooper de este modelo montaban dos carburadores de un circuito variable, seria “carburación bipunto”, y en inyección también se ha utilizado este sistema, inyección bipunto cuando hay dos inyectores para todos los cilindros

Cuatro carburadores de varios circuitos (Citroën BX Sport)

  • Un carburador para cada uno de los cilindros como en la implantación de cuatro carburadores de un circuito variable, sería “carburación multipunto” buscando un símil con la inyección
  • El ajuste de motores con más de un carburador es laborioso y precisa frecuentes mantenimientos para evitar vibraciones y desequilibrios sobre todo a ralentí y bajas RPM

En aceleraciones transitorias cualquier carburador es incapaz de poder mantener la proporción adecuada de mezcla, dosado, lo que repercute en el consumo de gasolina, prestaciones, rendimiento y generación de gases contaminantes

Al irse implantando normas anticontaminación más severas, se trató en lo posible de mejorar la respuesta relacionada con este aspecto del carburador, pero si se adaptaba, al menos parcialmente, para reducir la contaminación se presentaban ciertos inconvenientes como falta de prestaciones y tirones, y esto se sumaba al exceso de gasolina para el arranque en frío

Cuando las directivas solamente se podían cumplir implantando el catalizador de tres vías en el escape, lo que precisaba estricto control del dosado, el carburador dejó de ser utilizado

En estas fechas ya estaba implantada la inyección K Jetronic, que es nuestro tema y también se vio afectada

Consideramos que las explicaciones aportadas sobre carburación van a ser bastante útiles para entender y valorar lo que sigue sobre la inyección K Jetronic

Inyección mecánica y electrónica

Cuando la gasolina se suministra al motor a presión se denomina inyección, es como si se utilizase una bomba de aceleración similar a la explicada para carburación, capaz de inyectar la gasolina lo más pulverizada posible, y en la cantidad adecuada al funcionamiento del motor, es decir ha de poder variar el caudal inyectado en función del aire aspirado por el motor, para mantener el dosado.

Hay varios tipos de inyectores, vamos a explicar los dos básicos de los que uno es el que se utiliza en la inyección K y KE Jetronic.

Inyección mecánica

  • Se ve el cuerpo del inyector, hueco en su interior y con dos canalizaciones, la lateral es la llegada de gasolina a presión y la inferior desde el cuerpo hueco a la salida de inyección
  • La canalización lateral incide en una zona cónica de la aguja del inyector
  • En el interior del cuerpo del inyector hay un pistón, empujado por la presión de un muelle en su parte superior, de forma que el pistón corta la comunicación de la llegada y salida de gasolina, inyector cerrado
  • Cuando la presión de llegada de gasolina supera la fuerza del muelle el pistón sube comunicando la llegada y la salida de gasolina, que sale a presión hacia el motor, el inyector está abierto
  • Vemos en detalle las tres posiciones del inyector; cerrado cuando la presión de inyección no supera la fuerza del muelle, abriendo al superar la presión de gasolina a la del muelle y abierto al suministrar gasolina a presión al motor, es la fase de inyección

Inyección electrónica

  • Hay un bobinado eléctrico alrededor del cuerpo del inyector
  • En su interior hay un núcleo de hierro
  • En conjunto, bobinado y núcleo conforman un electroimán, cuando pasa la electricidad por el bobinado
  • Por el canal lateral llega gasolina a presión de inyección, pero su paso hacia el interior del inyector está cortado por el pistón empujado por el muelle
  • Cuando el bobinado recibe señal eléctrica se genera un campo magnético haciendo que el electroimán resultante atraiga al pistón, que supera la fuerza del muelle y se levanta
  • Entonces queda comunicado el canal de llegada de presión de gasolina con el de salida produciéndose la inyección, que dura tanto como la señal eléctrica en el bobinado
  • Se representan tres posiciones del inyector electrónico; cerrado sin señal eléctrica, cuando comienza a llegar la señal y el efecto electroimán va abriendo el inyector, que se abre del todo a continuación mientras dura el efecto electroimán
Inyección K Jetronic y KE Jetronic (4/10)

 

La inyección mecánica puede ser secuencial, cuando el inyector recibe presión de combustible alternativamente, abriendo y cerrando.

Es el caso de los motores diésel y de gasolina con inyección directa y bomba mecánica, además de secuencial esta inyección es distributiva, pues ha de producirse en el momento preciso de funcionamiento del motor en cada cilindro.

Si la inyección mecánica mantiene permanentemente el inyector abierto, con variaciones de presión y caudal, la inyección es continua, y así funciona la K y KE Jetronic.

El control electrónico de los inyectores permite que abran según señales eléctricas, lo que aporta mucha más versatilidad para satisfacer objetivos exigentes, como conjugar menos consumo y contaminación manteniendo buenas prestaciones, bueno, para lograrlo, aunque colabore la inyección electrónica es imprescindible la sobrealimentación

Concepto de inyección K Jetronic

En la imagen inicial se ve el plato sonda de paso de aire y el dosificador – distribuidor de gasolina:

  • Se ve con más detalle para un motor de seis cilindros, llegada de presión de gasolina al dosificador – distribuidor y las canalizaciones de gasolina a los inyectores de los seis cilindros

Se pone en marcha el motor:

  • La presión de inyección llega desde el dosificador – distribuidor simultáneamente a los seis inyectores que abren y se mantiene abiertos con el motor en marcha, variando el caudal de gasolina según la presión de inyección que reciben
  • A continuación se representa en detalle una cámara de inyección del dosificador – distribuidor con el pistón de mando, un inyector y su conducto

Estos son sus componentes y funciones:

  • Plato sonda; es una placa circular en la admisión antes de la mariposa, está comunicada con el pistón de mando mediante un eje que pivota en un punto
  • La succión de los cilindros, según la posición de la mariposa de gases, determina la posición del plato sonda, y al pivotar su eje ejerce fuerza por la parte opuesta sobre la zona inferior del pistón de mando, que se equilibra más o menos con la presión de mando de gasolina sobre el pistón
  • Pistón de mando; comunica mediante su rebaje central las cámaras inferior y superior, variando el paso de gasolina entre una y otra según las presiones que recibe por debajo del plato sonda y por arriba la de mando de gasolina, que inducen variaciones de presión entre la cámara superior con su muelle y la inferior
  • Cámaras superior e inferior de inyección; en la inferior hay gasolina a presión y en la superior llega gasolina al subir el pistón de mando, cuando esta presión sumada a la del muelle es superior se deforma proporcionalmente la lámina o placa, enviando caudal variable de gasolina al inyector según la diferencia de presiones entre las cámaras
  • Lámina o placa flexible entre las cámaras; separa las cámaras de inyección y su deformación es proporcional al caudal de gasolina que sale hacia los inyectores
  • Inyección mecánica continua; el inyector recibe gasolina a presión, y según el valor de esta, así es el caudal de gasolina que aporta
  • Con el motor en marcha está el inyector perenemente abierto con adaptación del caudal de inyección a las condiciones de marcha
Inyección K Jetronic y KE Jetronic (5/10)

 

La placa o lámina flexible es una pieza que divide en dos el dosificador – distribuidor.

Hay tantas cámaras de inyección, con parte superior e inferior, como cilindros e inyectores.

La comunicación entre las dos partes de la cámara de inyección se hace por el rebaje del pistón de mando, si está hacia abajo menos presión/caudal y a la inversa.

El pistón de mando es empujado hacia arriba por el plato sonda y hacia abajo por la presión de mando, se explica a continuación.

De los valores de estas dos presiones depende del caudal y presión de gasolina que reciben todos los inyectores, que inyectan simultáneamente y están permanentemente abiertos con el motor en marcha.

Los inyectores reciben la gasolina desde las salidas situadas sobre la parte superior de las cámaras de inyección.

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