¿Qué es la inyección múltiple en un automóvil?
Cuando pensamos en un inyector de combustible, es fácil imaginar un proceso muy simple.
El pistón se mueve, el inyector pulveriza combustible una vez, se produce la combustión y el motor genera potencia.
Durante mucho tiempo, esta imagen fue suficiente para comprender de forma básica cómo funcionaba un motor.
Sin embargo, los motores modernos trabajan de una manera bastante más sofisticada.
En un solo ciclo de combustión, el inyector puede abrirse y cerrarse varias veces. Primero puede introducir una cantidad mínima de combustible, después realizar la inyección principal y, en determinadas condiciones, volver a inyectar una pequeña cantidad cuando la combustión principal ya ha comenzado o incluso está terminando.
A primera vista parece innecesariamente complicado.
Si el motor necesita una determinada cantidad de combustible, ¿por qué no inyectarla toda de una sola vez?
La respuesta está en cómo ha evolucionado el control electrónico del motor.
Hoy no solo importa cuánto combustible entra en el cilindro.
También importa cuándo entra, cuánto se inyecta en cada momento, cuánto tiempo pasa entre una inyección y otra, cómo aumenta la presión dentro del cilindro y qué efecto tiene todo ello sobre la potencia, el ruido, el consumo y las emisiones.
Ese principio es la base de la inyección múltiple.
¿Qué es la inyección múltiple de combustible?
La inyección múltiple es una estrategia en la que la cantidad de combustible necesaria para un ciclo de combustión se divide en dos o más inyecciones independientes.
En documentación técnica también pueden encontrarse términos como Multiple Injection o Split Injection.
En lugar de ordenar al inyector que entregue todo el combustible en un único pulso, la unidad de control del motor, conocida como ECU, divide esa cantidad en varios eventos separados.
En un motor diésel moderno, por ejemplo, la secuencia puede incluir los siguientes tipos de inyección.
| Tipo de inyección | Función principal | Objetivo habitual |
|---|---|---|
| Inyección piloto | Pequeña cantidad antes de la principal | Reducir ruido y brusquedad |
| Preinyección | Inyección adicional previa | Preparar la combustión |
| Inyección principal | Mayor parte del combustible | Generar par y potencia |
| Inyección posterior | Pequeña cantidad después de la principal | Ajustar combustión y emisiones |
| Postinyección | Inyección más tardía | Elevar temperatura de escape y ayudar al postratamiento |
Esto no significa que todos los motores utilicen siempre cinco inyecciones.
La estrategia cambia constantemente.
La ECU puede modificar el número de inyecciones según las revoluciones del motor, la carga, la temperatura del refrigerante, la presión del combustible, la masa de aire admitida y el estado de los sistemas anticontaminación.
Por eso, la inyección múltiple no debería entenderse como “inyectar tres o cinco veces siempre”.
Es una herramienta para darle a la ECU libertad a la hora de diseñar la combustión.
¿Por qué no se inyecta todo el combustible de una sola vez?
Supongamos que un cilindro necesita 20 mg de combustible en una determinada condición de funcionamiento.
Con una inyección sencilla podría recibir:
20 mg
Pero con una estrategia de inyección múltiple esa misma cantidad podría dividirse así:
2 mg + 16 mg + 2 mg
O incluso:
1 mg + 2 mg + 15 mg + 2 mg
El combustible total puede ser prácticamente el mismo.
Lo que cambia es la manera en la que se desarrolla la combustión.
Este detalle resulta especialmente importante en un motor diésel.
En un motor de gasolina convencional, la mezcla de aire y combustible se enciende mediante una bujía.
El diésel funciona de otra manera.
El aire dentro del cilindro se comprime intensamente hasta alcanzar una temperatura elevada. Después se inyecta el gasóleo y este se enciende debido a la temperatura y presión existentes dentro de la cámara.
Entre el comienzo de la inyección y el inicio efectivo de la combustión existe un pequeño retraso.
A este fenómeno se le denomina retraso de encendido o Ignition Delay.
Si durante ese periodo se acumula una cantidad importante de combustible, una gran parte puede comenzar a quemarse casi simultáneamente cuando se produce la autoignición.
Como consecuencia, la presión dentro del cilindro puede aumentar con mucha rapidez.
Ese rápido aumento de presión está relacionado con parte del característico sonido metálico o áspero de algunos motores diésel.
Dividir el combustible en varios eventos permite controlar mejor esa transición.
Por qué la inyección piloto reduce el ruido de un motor diésel
La inyección piloto es uno de los mejores ejemplos para comprender la utilidad de la inyección múltiple.
Antes de realizar la inyección principal, el inyector introduce una cantidad muy pequeña de combustible.
Ese combustible comienza a arder primero.
Como consecuencia, la temperatura y la presión dentro de la cámara de combustión aumentan ligeramente antes de que llegue la mayor cantidad de combustible.
Después se produce la inyección principal.
De esta forma, la combustión no tiene que pasar repentinamente de una cámara sin combustión a una liberación de energía muy intensa.
Uno de los conceptos técnicos importantes aquí es la tasa de aumento de presión dentro del cilindro, conocida como Pressure Rise Rate.
Cuando la presión sube demasiado rápido, el ruido de combustión y las vibraciones pueden aumentar.
Si la presión crece de una manera más progresiva, el motor puede funcionar con mayor suavidad.
Esta es una de las razones por las que un diésel common rail moderno puede resultar considerablemente más silencioso que muchos antiguos motores diésel con sistemas de inyección mecánicos.
Por supuesto, también han mejorado los soportes del motor, el aislamiento acústico y el propio diseño del bloque.
Pero la gestión de la combustión mediante inyecciones pequeñas y precisas tiene una importancia enorme.
La inyección principal es la que genera la mayor parte del par
Si la inyección piloto prepara la combustión, la inyección principal es la encargada de aportar la mayor parte del combustible necesario para producir potencia.
Cuando el conductor pisa el acelerador, la ECU calcula cuánto par necesita generar el motor.
Para hacerlo no analiza únicamente la posición del acelerador.
También puede considerar:
- revoluciones del motor
- masa de aire de admisión
- presión del turbo
- presión del rail de combustible
- temperatura del refrigerante
- temperatura del aire
- funcionamiento del sistema EGR
- demanda de par de la transmisión
- estado del sistema de emisiones
- límites de protección del motor
Con todos estos datos, la ECU calcula la cantidad de combustible y el momento adecuado para iniciar la inyección.
El instante de inyección es fundamental.
Si se realiza demasiado pronto, la presión de combustión puede desarrollarse cuando el pistón todavía no se encuentra en la posición más favorable.
Si se produce demasiado tarde, una parte importante de la combustión tendrá lugar cuando el pistón ya haya descendido, reduciendo la capacidad de convertir el calor de la combustión en trabajo mecánico.
Por eso el objetivo no es simplemente “inyectar más”.
El objetivo es conseguir que la liberación de energía ocurra en el momento más útil del movimiento del pistón.
La inyección múltiple también permite controlar la tasa de inyección
Hay otro aspecto importante.
La inyección múltiple no controla únicamente la cantidad total de combustible.
También modifica cómo se entrega esa cantidad a lo largo del tiempo.
Esto se conoce como tasa de inyección o Injection Rate.
En antiguos sistemas diésel mecánicos, la generación de presión y el funcionamiento de la bomba estaban estrechamente relacionados con el régimen del motor.
La capacidad de modificar de forma independiente la presión, el momento y la cantidad de combustible era mucho más limitada.
Los sistemas common rail cambiaron esta situación.
Una bomba de alta presión envía combustible a un acumulador común denominado rail.
El combustible permanece allí a alta presión y queda disponible para cada inyector.
La ECU puede entonces controlar electrónicamente cuándo abre cada inyector y durante cuánto tiempo.
Esto permite ajustar:
- presión del rail
- momento de inicio de la inyección
- duración de cada inyección
- número de inyecciones
- intervalo entre ellas
- cantidad suministrada en cada pulso
Esa flexibilidad ha convertido la inyección de combustible en una de las áreas más sofisticadas de los motores modernos.
Pensamiento intermedio de Kori
Cuanto más se estudian los sistemas modernos de inyección, más interesante resulta una aparente contradicción.
La presión del combustible ha aumentado muchísimo, pero los fabricantes no utilizan esa presión simplemente para introducir una gran cantidad de combustible de golpe.
Ocurre casi lo contrario.
La alta presión permite trabajar con cantidades cada vez más pequeñas y con intervalos cada vez más precisos.
Al final, la evolución del motor moderno no consiste únicamente en producir más fuerza, sino en poder controlar esa fuerza con mucha más precisión.
Consejo en una línea: Para entender la inyección múltiple, es mejor preguntarse qué función tiene cada inyección que limitarse a contar cuántas veces pulveriza combustible el inyector.
¿Para qué sirve la postinyección?
La postinyección puede resultar extraña cuando se conoce por primera vez.
Si la combustión principal ya ha producido la mayor parte de la potencia, ¿para qué añadir más combustible?
Porque no todas las inyecciones se utilizan exclusivamente para generar par.
En algunos motores diésel, una inyección tardía puede utilizarse para modificar la temperatura de los gases de escape y ayudar al funcionamiento de los sistemas de postratamiento.
Un ejemplo típico es el filtro de partículas diésel, conocido como DPF.
El DPF atrapa las partículas de hollín presentes en los gases de escape.
Si esas partículas se acumulan indefinidamente, el filtro acabaría generando una elevada contrapresión.
Por esta razón necesita realizar periódicamente un proceso de regeneración.
Durante una regeneración, la temperatura del sistema de escape debe alcanzar un nivel suficiente para oxidar el hollín acumulado.
Algunos motores emplean estrategias de inyección tardía para ayudar a elevar esa temperatura.
Sin embargo, una postinyección mal controlada también puede tener inconvenientes.
Si el combustible se introduce demasiado tarde, una parte puede no quemarse completamente.
También puede aumentar la posibilidad de que combustible líquido llegue a las paredes del cilindro o termine diluyendo el aceite del motor.
Por eso la ECU coordina cuidadosamente el momento de inyección, la cantidad de combustible, la temperatura de escape y la carga calculada del DPF.
Los motores de gasolina GDI también utilizan inyección múltiple
La inyección múltiple no es una tecnología exclusiva de los motores diésel.
Los motores de gasolina de inyección directa, conocidos normalmente como GDI, también pueden dividir el combustible en varios eventos dentro de un mismo ciclo.
En un motor de inyección indirecta convencional, el inyector pulveriza gasolina en el conducto de admisión.
En un motor GDI, el inyector está instalado directamente en la cámara de combustión.
Esto da a la ECU mucho más control sobre la formación de la mezcla.
Por ejemplo, una parte del combustible puede inyectarse durante la carrera de admisión para disponer de más tiempo de mezcla.
En determinadas condiciones, puede añadirse una segunda inyección posteriormente.
| Objetivo en motores GDI | Función |
|---|---|
| Mejor formación de mezcla | Distribuir mejor aire y combustible |
| Reducir el mojado de paredes | Evitar exceso de combustible líquido sobre superficies |
| Reducir partículas | Limitar PM y número de partículas |
| Mejorar el arranque en frío | Estabilizar la combustión con motor frío |
| Calentar el catalizador | Alcanzar antes la temperatura de funcionamiento |
| Controlar la detonación | Optimizar la combustión con alta carga |
Esta estrategia resulta especialmente importante en motores modernos que combinan turboalimentación, altas relaciones de compresión e inyección directa.
El inyector ya no es únicamente un dispositivo encargado de suministrar gasolina.
Se ha convertido en una herramienta fundamental para construir la combustión.
La inyección múltiple diésel y la GDI no persiguen exactamente lo mismo
Aunque ambos sistemas pueden dividir el combustible en varias inyecciones, su funcionamiento no es idéntico.
La principal diferencia está en el sistema de encendido.
Los motores de gasolina utilizan normalmente encendido por chispa.
Los motores diésel emplean autoignición por compresión.
Por eso el momento de inyección tiene una influencia especialmente importante en el comienzo de la combustión diésel.
| Característica | Gasolina GDI | Diésel common rail |
|---|---|---|
| Tipo de encendido | Por chispa | Por compresión |
| Combustible | Gasolina | Gasóleo |
| Principales desafíos | Mezcla, detonación, partículas | Retraso de encendido, NOx, hollín |
| Inyección temprana | Formación de mezcla | Suavizar la combustión |
| Inyección principal | Generar par | Generar par |
| Inyección tardía | Catalizador y emisiones | DPF y temperatura de escape |
Por este motivo, cuando se habla de inyección piloto, principal y postinyección, estos términos aparecen especialmente asociados a los motores diésel common rail.
¿La inyección múltiple hace que las gotas de combustible sean más pequeñas?
No directamente.
Este punto suele generar bastante confusión.
La atomización del combustible depende principalmente de factores como:
- presión de inyección
- diseño de la boquilla
- diámetro y forma de los orificios
- propiedades del combustible
- presión dentro del cilindro
- movimiento del aire dentro de la cámara
La inyección múltiple controla cuánto combustible se entrega y en qué momento.
Una manera sencilla de distinguir ambos conceptos sería la siguiente:
La alta presión de inyección ayuda a pulverizar el combustible de forma más fina.
La inyección múltiple decide cuándo y en cuántas etapas se introduce ese combustible.
Son conceptos diferentes, pero están estrechamente relacionados.
Cuanto mayor es la capacidad del inyector para responder con rapidez y precisión, más pequeñas pueden ser las cantidades utilizadas en cada pulso.
Un ejemplo realista durante la conducción
Imaginemos un automóvil diésel en una mañana fría.
El motor, el bloque y la cámara de combustión se encuentran a baja temperatura.
La ECU comprueba la temperatura del refrigerante, la temperatura del aire de admisión, la presión del combustible y otras variables.
En lugar de utilizar la misma estrategia que aplicaría con el motor caliente, modifica la secuencia.
Puede realizar primero una pequeña inyección piloto.
Después llega la inyección principal, encargada de mantener el motor en marcha y producir par.
Una vez alcanzada la temperatura de funcionamiento, la estrategia cambia.
Ahora el conductor entra en una autopista y acelera con fuerza.
La demanda de par aumenta.
La ECU puede aumentar la cantidad de combustible principal y modificar la presión del rail.
El turbo también cambia su presión y la gestión de la EGR puede adaptarse.
Pero el motor sigue teniendo que respetar límites de presión de combustión, temperatura, NOx y partículas.
Más adelante, si el DPF acumula suficiente hollín y se cumplen las condiciones necesarias, el sistema puede iniciar una regeneración.
El mismo conjunto de inyectores que antes se utilizaba para conseguir un arranque suave ahora puede formar parte de una estrategia destinada a controlar la temperatura de los gases de escape.
Ahí se entiende de verdad la versatilidad de la inyección múltiple.
Un ejemplo sencillo con cantidades de combustible
Supongamos que en determinadas condiciones un cilindro necesita 20 mg de combustible.
Con una única inyección:
20 mg
Con inyección múltiple podríamos imaginar:
1 mg + 2 mg + 15 mg + 2 mg
Este ejemplo es únicamente didáctico y no representa el mapa real de un modelo concreto.
El primer miligramo podría funcionar como inyección piloto.
Los siguientes 2 mg como preinyección.
Los 15 mg serían la inyección principal.
Los últimos 2 mg podrían utilizarse como una inyección posterior.
La suma sigue siendo 20 mg.
Sin embargo, desde el punto de vista de la combustión, el resultado puede ser muy diferente.
Esta es la idea esencial.
La inyección múltiple no consiste necesariamente en utilizar más combustible.
Consiste en reorganizar ese combustible en el tiempo.
Por qué la velocidad del inyector es tan importante
Sobre el papel parece sencillo dividir una inyección en cuatro partes.
Dentro de un motor que gira a miles de revoluciones por minuto, la situación cambia por completo.
A 3.000 rpm, el cigüeñal realiza 50 revoluciones por segundo.
En un motor de cuatro tiempos, cada cilindro completa su ciclo de trabajo cada dos vueltas del cigüeñal.
En ese breve espacio de tiempo, el inyector puede tener que abrirse y cerrarse varias veces.
Además, el intervalo entre cada evento debe ser muy preciso.
El inyector tampoco reacciona de manera absolutamente instantánea a una orden eléctrica.
La presión del combustible, la temperatura, el desgaste, los depósitos y las tolerancias de fabricación pueden alterar la cantidad real inyectada.
Por esta razón, los motores modernos utilizan estrategias de corrección y calibración.
La inyección múltiple depende de todo el sistema:
Bomba de alta presión
↓
Rail de combustible
↓
Sensor de presión
↓
ECU
↓
Inyector de alta velocidad
↓
Combustión
No basta con disponer de un buen inyector.
Todo el conjunto debe trabajar de manera coordinada.
¿Qué síntomas pueden aparecer cuando el sistema tiene problemas?
Normalmente un conductor no verá un aviso que diga literalmente “fallo de inyección múltiple”.
Lo habitual es que aparezcan síntomas asociados a los componentes responsables de controlar la inyección.
| Posible problema | Síntomas habituales |
|---|---|
| Inyector sucio o desgastado | Ralentí irregular, vibraciones, pérdida de potencia |
| Presión del rail incorrecta | Arranque difícil, mala aceleración |
| Bomba de alta presión defectuosa | Incapacidad para alcanzar la presión requerida |
| Fuga de inyector | Mayor consumo, humo, problemas de arranque |
| Sensor incorrecto | Cálculo erróneo de cantidad o tiempo |
| Desequilibrio entre cilindros | Vibración y combustión irregular |
Las inyecciones piloto son especialmente sensibles porque trabajan con cantidades muy pequeñas.
Un pequeño error que apenas tendría importancia durante una inyección principal grande puede representar un porcentaje considerable de una inyección piloto.
Por eso, al diagnosticar un diésel moderno no basta con comprobar si el inyector “echa combustible”.
También pueden analizarse la presión solicitada y real del rail, los valores de corrección de los inyectores, el caudal de retorno y el equilibrio entre cilindros.
Inyección múltiple e inyección secuencial no significan lo mismo
Estos conceptos pueden confundirse.
La inyección secuencial se refiere normalmente a controlar los inyectores de cada cilindro de acuerdo con el orden de funcionamiento del motor.
La inyección múltiple significa que un solo cilindro puede recibir combustible varias veces durante un mismo ciclo de combustión.
Por ejemplo, un motor de cuatro cilindros podría tener un orden de encendido:
1 → 3 → 4 → 2
Eso describe el orden de funcionamiento de los cilindros.
Sin embargo, el cilindro número 1 podría recibir dentro de su propio ciclo:
Piloto
↓
Principal
↓
Postinyección
Eso sería inyección múltiple.
Ambos sistemas pueden coexistir en un mismo motor.
La inyección múltiple es una forma de diseñar la combustión en el tiempo
En un motor no importa únicamente la cantidad de combustible.
El tiempo es igual de importante.
Los ingenieros analizan la posición del cigüeñal utilizando conceptos como:
BTDC — antes del punto muerto superior
TDC — punto muerto superior
ATDC — después del punto muerto superior
La posición del pistón cuando comienza cada inyección cambia completamente el resultado.
Hay que decidir cuándo realizar la inyección piloto.
Cuándo debe comenzar la inyección principal.
Cuánto debe durar.
Y si resulta necesario añadir una inyección después del punto muerto superior.
Estas decisiones influyen directamente sobre:
- presión del cilindro
- ruido de combustión
- par motor
- temperatura de escape
- consumo de combustible
- partículas
- emisiones de NOx
- durabilidad de componentes
Visto de esta manera, la inyección múltiple es una tecnología que divide el combustible no solo en cantidad, sino también en tiempo.
La alta presión permite una buena atomización.
Los inyectores rápidos permiten colocar pequeñas cantidades de combustible exactamente donde se necesitan dentro del ciclo.
La combinación de ambos elementos hace posible el nivel de control que encontramos en los motores actuales.
Para que la inyección múltiple funcione con precisión, no basta con disponer de un buen inyector.
El combustible debe salir del depósito, pasar por la bomba y las líneas de alimentación, alcanzar el rail con la presión adecuada y llegar al inyector de forma estable antes de que la ECU pueda controlar correctamente la inyección piloto, la inyección principal y la postinyección.
Por eso, la inyección múltiple puede entenderse como la etapa final de un sistema de alimentación mucho más amplio.
Si quiere comprender cómo trabajan juntos el depósito, la bomba de combustible, el filtro, el rail y los inyectores, además de conocer los síntomas de avería y las pautas básicas de mantenimiento, puede continuar con 「Sistema de combustible del automóvil｜Del depósito a los inyectores」 para ver todo el sistema como un conjunto.
La opinión de Kori
Al principio, la inyección múltiple puede parecer un detalle menor.
Si finalmente entran aproximadamente los mismos miligramos de combustible, ¿realmente importa si llegan en una sola inyección o en varias?
Cuando se observa la combustión con más detalle, la diferencia se vuelve evidente.
Una pequeña inyección puede preparar el cilindro.
La inyección principal puede generar la mayor parte del par.
Una inyección posterior puede ayudar a controlar la temperatura de escape o el funcionamiento del sistema anticontaminación.
En los motores de gasolina GDI, dividir el combustible puede mejorar la formación de la mezcla y ayudar a reducir partículas.
En los motores diésel common rail, las inyecciones piloto, principal y posterior permiten equilibrar ruido, potencia, eficiencia y emisiones.
Por eso un inyector moderno no debería verse simplemente como un pulverizador de combustible.
Es un actuador de enorme precisión que responde a las órdenes de la ECU en fracciones de segundo.
Para comprender realmente un sistema moderno de combustible ya no basta con preguntar:
“¿Cuánto combustible se inyecta?”
También hay que preguntar:
“¿Cuándo se inyecta?”
“¿Cuántas veces?”
“¿Qué cantidad corresponde a cada evento?”
“¿Y qué función tiene cada una de esas inyecciones?”
Ahí está la verdadera lógica de la inyección múltiple.
¿Qué es la inyección múltiple en un automóvil? Referencias
Robert Bosch GmbH — Common-Rail System with Solenoid Injectors
Robert Bosch GmbH — Gasoline Direct Injection Systems
DENSO — Common Rail Fuel Injection System Technical Information
SAE International — Fuel Injection and Engine Combustion Technical Papers
Society of Automotive Engineers — Estudios técnicos sobre combustión e inyección de combustible
Documentación técnica de fabricantes de sistemas de inyección y motores
¿Qué es la inyección múltiple en un automóvil? Preguntas frecuentes
Q1. ¿La inyección múltiple hace que el motor consuma más combustible?
No necesariamente.
La inyección múltiple no significa añadir combustible de manera automática, sino dividir la cantidad necesaria entre varios eventos.
Si el motor necesita 20 mg, podría recibirlos en una sola inyección o repartidos entre varias.
El consumo real dependerá de la carga del motor, la eficiencia de la combustión, la estrategia de emisiones, las condiciones de conducción y numerosos factores adicionales.
Q2. ¿Por qué los motores diésel utilizan una inyección piloto?
La inyección piloto introduce una pequeña cantidad de combustible antes de la inyección principal.
De esta manera comienza una combustión inicial que modifica ligeramente la presión y la temperatura dentro del cilindro.
Cuando llega la inyección principal, el aumento de presión puede desarrollarse de forma más progresiva, lo que ayuda a reducir el ruido de combustión y las vibraciones típicas del diésel.
Q3. ¿Los motores de gasolina GDI también utilizan inyección múltiple?
Sí.
Un motor de gasolina de inyección directa puede dividir el combustible en varias inyecciones dependiendo de las condiciones de funcionamiento.
Estas estrategias pueden utilizarse para mejorar la formación de la mezcla, reducir el combustible depositado sobre las paredes, disminuir las partículas, estabilizar el arranque en frío, acelerar el calentamiento del catalizador y controlar mejor la detonación cuando el motor trabaja con alta carga.
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