Diferencias entre preinyección y postinyección
Una mañana arrancamos un coche diésel moderno en un aparcamiento y puede ocurrir algo curioso: el motor sigue teniendo el sonido característico de un diésel, pero ya no suena tan áspero como los motores antiguos.
El traqueteo al ralentí es menor, las vibraciones se perciben menos y, en condiciones normales, tampoco es habitual ver una nube negra saliendo del escape cada vez que se acelera.
Parte de esta mejora viene del aislamiento acústico, de los soportes del motor y de una construcción más refinada. Sin embargo, una de las razones más importantes está dentro del propio proceso de combustión.
Los motores diésel modernos ya no inyectan necesariamente todo el combustible de una sola vez.
En su lugar, pueden dividirlo en varias pequeñas inyecciones dentro de un mismo ciclo.
Una pequeña cantidad se inyecta antes de la inyección principal. Es la preinyección o Pilot Injection.
Después llega la inyección principal, encargada de producir la mayor parte del par motor.
Y, en determinadas condiciones, también puede producirse una inyección adicional después de la principal. Es la postinyección o Post Injection.
Aunque ambas parecen simples inyecciones adicionales, su función es muy diferente.
La preinyección ayuda a suavizar el inicio de la combustión y reducir el ruido.
La postinyección, por su parte, puede intervenir en la combustión tardía, la temperatura de los gases de escape, las partículas y la regeneración del filtro DPF.
Para entender realmente cómo funciona un diésel moderno, conviene ver estas tres etapas como partes de una misma estrategia.
Qué diferencia hay entre la preinyección y la postinyección
Antes de entrar en detalles, hay que recordar cómo funciona un motor diésel.
En un motor de gasolina convencional, la mezcla de aire y combustible suele encenderse mediante una chispa generada por la bujía.
En un motor diésel ocurre algo diferente.
El cilindro primero comprime una gran cantidad de aire.
Al comprimirse, su temperatura aumenta considerablemente.
Después se inyecta combustible diésel a alta presión dentro de ese aire caliente.
El combustible se atomiza, se mezcla con el oxígeno y termina encendiéndose por efecto de la alta temperatura.
A este principio se le llama encendido por compresión.
Sin embargo, el combustible no empieza a arder exactamente en el mismo instante en que sale del inyector.
Existe un intervalo muy corto llamado retraso de ignición, o Ignition Delay.
Durante ese tiempo, el combustible se pulveriza, se mezcla con el aire y alcanza las condiciones necesarias para comenzar la combustión.
Si durante ese retraso se acumula demasiado combustible, una gran cantidad puede empezar a quemarse casi al mismo tiempo.
Eso provoca una subida muy brusca de la presión dentro del cilindro.
Y esa subida repentina es una de las causas del conocido ruido metálico de los motores diésel.
Por eso los motores modernos dividen la inyección en varias fases.
| Tipo de inyección | Nombre en inglés | Momento aproximado | Función principal |
|---|---|---|---|
| Preinyección | Pilot Injection | Antes de la principal | Suavizar el inicio de la combustión |
| Inyección principal | Main Injection | Durante la combustión principal | Generar par y potencia |
| Postinyección | Post Injection | Después de la principal | Controlar combustión tardía, escape y DPF |
No se trata únicamente de decidir cuánta cantidad de combustible entra en el motor.
También importa cuándo entra y cuántas veces se divide esa cantidad.
Qué es la preinyección
La preinyección consiste en introducir una pequeña cantidad de combustible justo antes de la inyección principal.
Su finalidad no es producir una gran cantidad de energía.
Su función principal es preparar la cámara de combustión.
Cuando esa pequeña cantidad de combustible se enciende, la temperatura y la presión dentro del cilindro comienzan a aumentar de manera progresiva.
Después llega la inyección principal.
Como el interior del cilindro ya se encuentra en unas condiciones más favorables para la combustión, el combustible principal puede empezar a arder de una forma más controlada.
Esto reduce la violencia del inicio de la combustión.
Dicho de forma sencilla: la preinyección evita que todo ocurra de golpe.
Por qué la preinyección reduce el ruido del motor diésel
En un motor diésel no solo importa la presión máxima dentro del cilindro.
También importa la velocidad a la que esa presión aumenta.
Este parámetro suele denominarse Pressure Rise Rate o tasa de aumento de presión.
Si la presión crece demasiado rápido, se producen esfuerzos muy bruscos sobre el pistón, la biela, el cigüeñal y el bloque del motor.
Parte de esas vibraciones termina convirtiéndose en el típico ruido duro del diésel.
La preinyección crea una pequeña combustión previa.
Gracias a ella, el aumento de presión no empieza de forma tan repentina cuando llega la inyección principal.
El proceso se vuelve más progresivo.
Por eso los motores common rail modernos suelen sonar mucho más suaves que los antiguos motores diésel con sistemas de inyección mecánicos.
La diferencia puede apreciarse especialmente durante el arranque en frío y al ralentí.
La preinyección no tiene por qué producirse una sola vez
Al escuchar la palabra preinyección, es fácil imaginar una única pequeña inyección antes de la principal.
Pero los sistemas modernos pueden ser mucho más complejos.
Dependiendo de las condiciones del motor, la centralita puede ordenar varias inyecciones pequeñas.
Por ejemplo:
Primera preinyección
↓
Segunda preinyección
↓
Inyección principal
↓
Postinyección
También puede utilizarse otro patrón:
Preinyección
↓
Inyección principal
↓
Primera postinyección
↓
Segunda postinyección
Este tipo de estrategia recibe nombres como Multiple Injection o Split Injection.
El número exacto de inyecciones depende del diseño del motor, las revoluciones, la carga, la temperatura, la presión del combustible y la estrategia de emisiones.
Por eso ya no resulta correcto pensar que un ciclo de combustión diésel siempre tiene una única inyección.
Qué función tiene la inyección principal
La inyección principal es la fase que produce la mayor parte del par y de la potencia del motor.
Cuando el pistón se acerca al punto muerto superior, conocido como TDC o Top Dead Center, el inyector pulveriza combustible diésel a alta presión.
Ese combustible se mezcla con el aire comprimido y comienza la combustión.
La presión dentro del cilindro aumenta.
Esa presión empuja el pistón hacia abajo.
La biela transmite el movimiento al cigüeñal y finalmente se genera el movimiento rotativo que impulsa el vehículo.
Por tanto, podemos verlo de esta manera.
La preinyección prepara.
La inyección principal produce la mayor parte del trabajo.
La postinyección se encarga de ajustar lo que ocurre después.
Qué es la postinyección
La postinyección consiste en introducir combustible después de la inyección principal.
Su función es diferente de la preinyección.
Mientras la preinyección modifica principalmente el inicio de la combustión, la postinyección puede utilizarse para controlar etapas posteriores.
Entre sus posibles funciones están:
control de partículas PM,
oxidación del hollín,
modificación de la combustión tardía,
aumento de la temperatura de escape,
regeneración del DPF,
gestión del sistema de tratamiento de gases.
Una de sus aplicaciones más conocidas en los vehículos diésel modernos es la regeneración del filtro de partículas.
Por qué la postinyección puede ayudar a reducir el hollín
La combustión dentro de un cilindro diésel no es completamente uniforme.
En algunas zonas hay suficiente oxígeno.
En otras pueden aparecer mezclas temporalmente muy ricas en combustible.
Cuando el combustible se quema en una zona con poco oxígeno, aumenta la posibilidad de que se forme hollín.
Ese hollín forma parte de las partículas conocidas como PM, Particulate Matter.
Una postinyección correctamente calculada puede modificar las condiciones de la combustión tardía y favorecer la oxidación de ciertas partículas.
Pero hay un detalle muy importante.
Más postinyección no significa automáticamente menos contaminación.
Si la inyección se produce demasiado tarde o se introduce demasiado combustible, parte de ese combustible puede no quemarse completamente.
Eso puede aumentar los hidrocarburos sin quemar, denominados HC.
También puede empeorar el consumo y provocar otros efectos secundarios.
Por eso la postinyección depende de una calibración muy precisa.
La reflexión intermedia de Kori
Cuando pensamos en un inyector, es fácil imaginar que su trabajo consiste simplemente en decidir cuánta cantidad de combustible debe entrar.
Pero al estudiar la preinyección y la postinyección se ve que la realidad es mucho más interesante.
No importa únicamente la cantidad.
Importa el instante exacto, la presión y el número de veces que se divide esa cantidad.
En un motor moderno, unos pocos grados de cigüeñal pueden cambiar el ruido, las emisiones y hasta la temperatura del escape.
Qué relación existe entre la postinyección y la regeneración del DPF
El DPF, o Diesel Particulate Filter, es el filtro de partículas de los motores diésel.
Su trabajo consiste en atrapar una gran parte del hollín antes de que salga por el tubo de escape.
El problema es que el filtro no puede acumular partículas indefinidamente.
Con el tiempo necesita eliminar parte del material que ha quedado atrapado.
Ese proceso se denomina regeneración del DPF.
Durante trayectos largos, especialmente cuando el motor y el escape alcanzan temperaturas adecuadas, parte del hollín puede oxidarse de manera natural.
Pero los coches que circulan principalmente por ciudad pueden tener más dificultades para alcanzar esas condiciones.
Aquí entra en juego la regeneración activa.
Cuando la centralita considera que el DPF ha acumulado suficiente hollín, puede modificar la estrategia de inyección para elevar la temperatura del escape.
La postinyección puede formar parte de esa estrategia.
Parte de la energía del combustible deja de utilizarse exclusivamente para producir trabajo sobre el pistón y pasa a contribuir al aumento de temperatura en el sistema de escape.
Esa temperatura adicional facilita la oxidación del hollín acumulado dentro del filtro.
Ejemplo real: un SUV diésel utilizado solo para trayectos cortos
Imaginemos un SUV diésel que realiza únicamente recorridos urbanos de cinco o seis kilómetros.
El conductor arranca por la mañana, conduce unos diez minutos y aparca.
Por la tarde vuelve a repetir prácticamente el mismo trayecto.
En este tipo de utilización, el sistema de escape puede pasar poco tiempo a temperaturas elevadas.
Mientras tanto, el DPF sigue reteniendo partículas.
La centralita calcula la carga de hollín utilizando información procedente de diferentes sensores y modelos de cálculo.
Puede tener en cuenta:
la presión diferencial del DPF,
la temperatura de los gases,
la distancia recorrida,
el consumo de combustible,
el flujo de aire,
el régimen del motor,
los ciclos de regeneración anteriores.
Cuando la carga estimada supera cierto nivel y las condiciones lo permiten, comienza una regeneración activa.
En ese momento, el conductor puede notar algunas cosas.
El ralentí puede subir ligeramente.
El consumo instantáneo puede empeorar.
Los ventiladores pueden funcionar durante más tiempo.
El sonido del motor puede cambiar.
El escape puede generar más calor de lo habitual.
No significa necesariamente que exista una avería.
Puede ser simplemente una regeneración del DPF en curso.
Consejo en una línea
La preinyección prepara una combustión más suave; la postinyección ayuda a controlar lo que ocurre al final de la combustión y en el sistema de escape.
Diferencias entre preinyección y postinyección
| Comparación | Preinyección | Postinyección |
|---|---|---|
| Momento | Antes de la inyección principal | Después de la inyección principal |
| Objetivo principal | Suavizar el inicio de combustión | Gestionar combustión tardía y escape |
| Reducción de ruido | Muy importante | Menos directa |
| Regeneración DPF | No suele ser su función principal | Puede ser fundamental |
| Temperatura de escape | Efecto secundario | Puede ser un objetivo |
| Control del aumento de presión | Muy importante | Menor influencia |
| Posibles inconvenientes | Compromiso entre eficiencia y emisiones | HC, consumo y dilución de aceite |
La diferencia más importante no es simplemente que una ocurra antes y otra después.
La verdadera diferencia está en su función.
La preinyección controla principalmente cómo empieza la combustión.
La postinyección ayuda a controlar cómo termina y qué ocurre en el escape.
Por qué el common rail hizo posible la inyección múltiple
La evolución del sistema common rail cambió profundamente los motores diésel.
En este sistema, una bomba de alta presión envía combustible a una rampa común.
Esa rampa mantiene el combustible a alta presión y lo distribuye hacia los inyectores.
La centralita electrónica controla cuándo y durante cuánto tiempo debe abrir cada inyector.
Esto permite separar la presión del combustible del momento exacto de la inyección mucho mejor que en los antiguos sistemas mecánicos.
Gracias a ese control electrónico, pueden realizarse pequeñas inyecciones en intervalos extremadamente cortos.
Sin esta precisión sería muy difícil hacer una preinyección, una inyección principal y una postinyección dentro del mismo ciclo de forma repetible.
Por qué la presión de inyección también es tan importante
La presión no solo sirve para introducir combustible dentro del cilindro.
También influye en la atomización.
Cuando el combustible sale por los pequeños orificios del inyector a alta presión, se divide en gotas muy pequeñas.
Cuanto más pequeñas sean las gotas, mayor será la superficie de contacto con el aire.
Esto favorece la mezcla entre combustible y oxígeno.
Y una mejor mezcla puede permitir una combustión más rápida y controlada.
Por eso el comportamiento de un diésel moderno depende de varias variables al mismo tiempo.
Presión de inyección.
Momento de inyección.
Duración.
Número de inyecciones.
Caudal de aire.
Presión del turbo.
Tasa de EGR.
Temperatura de combustión.
La ECU ajusta continuamente todos estos parámetros.
Por qué el momento de inyección se mide en grados del cigüeñal
La combustión ocurre demasiado rápido como para describirla cómodamente en segundos.
Por eso los ingenieros utilizan el ángulo del cigüeñal.
Cuando el pistón se encuentra en su posición más alta se dice que está en el punto muerto superior o TDC.
La inyección puede expresarse como determinados grados antes o después del TDC.
Un cambio de solo unos grados puede modificar la presión dentro del cilindro, la temperatura, el ruido, las emisiones e incluso el consumo.
Por eso no existe un único ángulo válido para todas las preinyecciones o postinyecciones.
La centralita cambia constantemente el momento según las revoluciones, la carga, la temperatura del refrigerante, la presión del rail y la estrategia de emisiones.
Qué relación tiene la preinyección con los NOx
Los motores diésel deben controlar dos grandes grupos de contaminantes.
Los óxidos de nitrógeno, conocidos como NOx.
Y las partículas PM.
El problema es que muchas veces las condiciones que reducen uno pueden favorecer el otro.
Las temperaturas de combustión muy elevadas suelen favorecer la formación de NOx.
Pero si se reduce demasiado la temperatura o aparecen zonas con poco oxígeno, puede aumentar la formación de hollín.
Por eso el control moderno de emisiones utiliza varias tecnologías al mismo tiempo.
Preinyección.
EGR.
Control del turbo.
Presión de combustible.
DPF.
SCR.
La preinyección influye en el desarrollo inicial de la presión y la temperatura, pero no debe entenderse como una solución independiente para eliminar los NOx.
Cómo trabajan juntos EGR, DPF, SCR e inyección de combustible
Un diésel moderno no puede dividirse claramente entre “motor” y “sistema anticontaminación”.
Todo funciona como un conjunto.
El EGR recircula parte de los gases de escape hacia la admisión.
Eso puede reducir la temperatura máxima de combustión y ayudar a disminuir los NOx.
El DPF retiene las partículas.
El SCR utiliza un agente reductor, normalmente una solución de urea conocida en muchos mercados como AdBlue, para transformar parte de los NOx en compuestos menos perjudiciales.
Todos estos sistemas dependen también de la temperatura del escape.
Y ahí vuelve a aparecer la estrategia de inyección.
La centralita coordina la inyección de combustible, la EGR, el turbo, el flujo de aire, la presión del rail, la temperatura de escape y el estado del DPF.
Por eso la postinyección puede ser tan importante.
No solo se controla la combustión dentro del cilindro.
También se controla la cantidad de energía térmica que llega al escape.
La postinyección aumenta el consumo de combustible
Puede hacerlo, especialmente durante una regeneración activa del DPF.
Parte del combustible añadido durante la postinyección no genera una cantidad significativa de par motor.
Su energía se utiliza para elevar la temperatura del sistema de escape.
Eso puede empeorar temporalmente el consumo.
Sin embargo, no es correcto considerar ese combustible como totalmente desperdiciado.
Si el DPF acumula demasiado hollín, aumenta la contrapresión del escape.
Puede aparecer pérdida de rendimiento.
También pueden encenderse testigos de avería y ser necesaria una regeneración forzada en taller.
En casos más graves, el filtro puede acabar dañado.
Por tanto, ese combustible adicional forma parte del coste necesario para mantener el sistema de emisiones funcionando correctamente.
Por qué la postinyección puede diluir el aceite del motor
Uno de los posibles inconvenientes de una postinyección muy tardía es la dilución del aceite con combustible.
Si parte del combustible no se quema completamente, puede alcanzar la pared del cilindro.
Ese combustible puede atravesar parcialmente la película de aceite y llegar al cárter.
Cuando el gasóleo se mezcla con el aceite del motor, puede modificar su viscosidad.
Esto puede afectar a su capacidad de lubricación.
El problema puede ser más relevante en vehículos que realizan regeneraciones frecuentes o interrumpidas, dependiendo del diseño del motor.
Por eso no solo hay que preocuparse cuando el nivel del aceite baja demasiado.
Un nivel que aumenta de forma anormal también merece atención.
En determinadas situaciones puede indicar contaminación del aceite con combustible.
Qué síntomas pueden aparecer cuando el sistema de inyección no funciona bien
La preinyección y la postinyección no son componentes independientes.
Son estrategias controladas por la ECU.
Por eso no existe una pieza llamada simplemente “módulo de preinyección” que se cambie cuando aparece un problema.
El diagnóstico puede involucrar:
inyectores,
bomba de alta presión,
sensor de presión del rail,
regulación de presión,
cableado,
ECU,
compresión de cilindros,
sistema de admisión,
EGR.
Si un inyector pierde precisión y ya no puede dosificar correctamente cantidades muy pequeñas, la preinyección puede dejar de funcionar como estaba previsto.
Los síntomas pueden incluir:
más ruido en frío,
ralentí irregular,
vibraciones,
dificultad de arranque,
aumento del consumo,
pérdida de potencia,
más humo.
Sin embargo, estos síntomas también pueden aparecer por otras averías.
Por eso nunca debería diagnosticarse un inyector únicamente por el sonido del motor.
En un diagnóstico real también se revisan las correcciones de los inyectores
En muchos motores common rail, una herramienta de diagnosis permite consultar valores de corrección de inyección por cilindro.
La ECU intenta que todos los cilindros generen un par parecido.
Si detecta que uno se comporta de manera diferente, puede corregir ligeramente la cantidad de combustible.
Cuando un valor de corrección se aleja demasiado del resto, puede ser una pista.
Pero no demuestra automáticamente que el inyector esté defectuoso.
Una mala compresión, problemas de admisión o irregularidades en la presión de combustible también pueden obligar a la ECU a corregir.
Por eso estos valores deben interpretarse junto con otras pruebas.
También existe inyección múltiple en los motores de gasolina
Sí.
Los motores modernos de gasolina con inyección directa también pueden dividir el combustible en varias inyecciones dentro de un mismo ciclo.
Sin embargo, no debe asumirse que su estrategia es idéntica a la de un diésel.
Un motor diésel utiliza encendido por compresión.
Un motor de gasolina convencional utiliza encendido por chispa.
Por eso cambian el momento de inyección, la preparación de la mezcla, la combustión y los objetivos de control.
Lo que sí comparten es una misma idea.
Dividir el combustible en varias inyecciones permite controlar el proceso con mucha más precisión que introducir toda la cantidad de una sola vez.
Cómo cambiaron la preinyección y la postinyección a los motores diésel modernos
Los motores diésel antiguos tenían varias ventajas muy conocidas.
Buen par a bajas revoluciones.
Consumo relativamente bajo.
Gran durabilidad en muchos diseños.
Pero también tenían una reputación clara por su ruido, vibraciones y humo negro.
Los diésel actuales son mucho más complejos.
Utilizan common rail de alta presión, inyectores electrónicos, turbo de geometría variable en muchos modelos, EGR, DPF, SCR y numerosos sensores.
La inyección múltiple es una de las tecnologías que conecta todos esos sistemas.
La preinyección suaviza el comienzo de la combustión.
La inyección principal produce la mayor parte del par.
La postinyección ayuda a controlar las últimas fases de la combustión y las condiciones del escape.
Visto así, un inyector moderno ya no es simplemente una válvula que se abre una vez.
Es una herramienta de precisión con la que la ECU da forma a toda la combustión.
Para que la preinyección y la postinyección funcionen con precisión, no basta con que los inyectores estén en buen estado. El combustible debe salir del depósito, pasar por la bomba y el filtro, recorrer las líneas de combustible y llegar al common rail con la presión adecuada para que la ECU pueda controlar correctamente la cantidad y el momento de cada inyección.
Por eso, la inyección múltiple depende del funcionamiento conjunto de todo el sistema de alimentación. Si quiere entender el recorrido completo del combustible desde el depósito hasta los inyectores, la función de cada componente, los síntomas de avería y las principales pautas de mantenimiento, puede continuar con 「Sistema de combustible del automóvil｜Del depósito a los inyectores」
La opinión de Kori
La diferencia entre preinyección y postinyección puede parecer muy sencilla al principio.
Una ocurre antes y la otra después.
Pero cuando se mira con más detalle, se entiende por qué los motores diésel modernos necesitan tanta electrónica y tanta precisión.
La preinyección suaviza el inicio de la combustión.
La principal genera el trabajo útil.
La postinyección puede gestionar la combustión tardía, la temperatura del escape y la regeneración del DPF.
Por eso la cantidad de combustible ya no es la única variable importante.
También hay que decidir cuántas veces se inyecta.
En qué momento.
Durante cuánto tiempo.
Y a qué presión.
Cuando se entiende este proceso, tecnologías como common rail, DPF, EGR, SCR, NOx y PM dejan de parecer sistemas separados.
En realidad, todos forman parte de una misma estrategia de control del motor y de sus emisiones.
Diferencias entre preinyección y postinyección
Referencias
Bosch Mobility – Common Rail System
Bosch – Diesel Fuel Injection Technology
SAE International – Diesel Multiple Injection Research
U.S. Environmental Protection Agency – Diesel Emissions and Particulate Matter
DieselNet – Diesel Fuel Injection and Emission Control
AVL – Diesel Combustion and Injection System Research
Diferencias entre preinyección y postinyección
Preguntas frecuentes
P1. ¿Qué reduce más el ruido de un motor diésel, la preinyección o la postinyección?
La preinyección tiene una influencia más directa sobre el ruido de combustión.
Al introducir una pequeña cantidad de combustible antes de la inyección principal, ayuda a reducir la brusquedad del aumento inicial de presión dentro del cilindro.
Aun así, el ruido final también depende de la presión de inyección, la temperatura, la carga del motor, su diseño y muchos otros factores.
P2. ¿Si hay postinyección significa que el DPF está regenerándose?
No necesariamente.
La postinyección puede utilizarse durante una regeneración activa del DPF, pero también puede formar parte de otras estrategias de combustión y de control térmico del escape.
Por tanto, una postinyección no significa automáticamente que exista una regeneración en curso.
P3. ¿Puede el conductor controlar la preinyección o la postinyección?
En un vehículo de producción normal, no.
La ECU calcula automáticamente el número de inyecciones, su momento y la cantidad de combustible utilizando información de numerosos sensores.
Las revoluciones, la carga, la temperatura del refrigerante, el caudal de aire, la presión del rail, la temperatura del escape y el estado del DPF pueden modificar continuamente la estrategia.
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