Mantenimiento
Los motores a GNC y los bicombustible (gas-nafta) utilizan inyectores de comando electromagnético o piezoeléctrico. Controles y mantenimiento.
Inyectores para GNC
Los equipos de GNC de reciente generación utilizan sistemas de inyección del gas natural en el múltiple de admisión a través de dispositivos inyectores de comando electromagnético. Asimismo se verifica una tendencia en los sistemas más avanzados de instalar inyectores de GNC del tipo piezoeléctricos. En los motores bi-combustible actuales se utiliza la inyección individual, también llamada multipunto, es decir un inyector de combustible por cilindro. En los motores GNC-nafta hay un inyector de gas y otro de combustible líquido por cilindro, ambos colocados en el múltiple de admisión. Los más avanzados diseños ya disponen de inyectores que inyectan directamente en la cámara de combustión. Entonces, la inyección puede ser indirecta, con los inyectores montados en el múltiple de admisión, o directa, cuando los inyectores proyectan el carburante en la cámara de combustión de manera directa.
Inyectores específicos de GNC
Los inyectores para GNC tienen un diseño especial y se utiliza material específico debido al bajo poder lubricante que tiene el combustible gaseoso con relación a la nafta. Entonces se hace necesario instalar componentes internos a base de elastómeros especiales (caucho sintético) que eviten el contacto metal-metal en su extremo inferior, es decir en la tobera, dentro de la cual se desplaza un perno con aguja. Estos inyectores especiales pueden operar sin problemas durante 400 millones de ciclos y suelen incorporar un filtro interno. Dicho de otra manera, la aguja metálica del inyector no asienta en una parte metálica, sino en una pieza de plástico especial, logrando un cierre perfecto sin que se produzcan desgastes excesivos. Con relación al arranque de un motor bicombustible GNC-nafta, por lo general hay que apagar y arrancar el motor en el modo nafta cuando la planta motriz no ha sido específicamente concebida para operar con GNC. Esto obedece a un tema de duración de auxiliares mecánicos más que al motor en sí, aunque muchos motores no específicos no arrancan en frío con GNC. Se ha comprobado que la vida útil de los motores a GNC se puede extender a los 500.000 kilómetros (cuando operan exclusivamente con gas), cuanto un motor a nafta orilla los 300.000 kilómetros. El arrancar y apagar a nafta lo que persigue es lograr quemar unos litros por semana, para que el sistema de
alimentación de combustible (carburador en autos de anteriores generaciones, inyectores en los más modernos, bombas de pique y de nafta) queden libres de residuos (que produce la misma nafta en su evaporación) y que se “piquen” los diafragmas de las bombas antes mencionadas. Entonces es cierto que se debe emplear el modo nafta por lo menos una vez a la semana, en motores que podríamos denominar como “adaptados” al sistema bicombustible, pero, si el motor se ha diseñado desde el comienzo para operar a GNC y se halla en buenas condiciones mecánicas y eléctricas, con su sistema de combustible y de encendido operando perfectamente y con su batería completamente cargada, es posible arrancar y apagar el motor en el modo GNC, como lo demuestran los vehículos que sólo operan con este combustible gaseoso, con temperaturas mínimas de 5 grados sobre cero. Los motores específicos para GNC también arrancan sin mayores problemas entre los 5 grados bajo cero y los 15 grados bajo cero. Pero se puede recurrir a dispositivos auxiliares para el arranque, principalmente los que operan con electricidad, para calentar el agua del radiador, por ejemplo. Y si no es posible tomar la corriente de la batería se puede conectar el dispositivo calentador en una toma corriente externa de uso domiciliario. También es muy importante evitar que los inyectores de GNC se congelen, porque el gas natural, con relación a la nafta, produce un 35 por ciento más de agua durante su combustión con el oxígeno del aire.
Conducto común e inyectores electromagnéticos
En los motores modernos bicombustible tanto los inyectores de nafta como los de GNC son alimentados por una rampa o conducto común (common-rail). La bomba de nafta eléctrica está sumergida en el tanque, y envía el combustible a la rampa, pero antes debe pasar por un filtro. La rampa posee también un regulador de presión del combustible. El inyector electromagnético contiene una aguja de válvula con inducido magnético. La aguja está conducida con gran precisión en el cuerpo de la válvula. En estado de reposo, un resorte helicoidal presiona la aguja de válvula sobre el asiento del cuerpo de válvula y cierra así la abertura de salida de combustible hacia el múltiple de admisión. El inyector es comandado desde la ECU ( Electronic Control Unit, unidad electrónica de control) del motor. En cuanto la ECU activa la bobina, se levanta el inducido magnético con la aguja de válvula por valor de 60/100 micrones, pudiendo salir entonces el combustible a través de una abertura calibrada. Para cada caso de aplicación existen diversos tipos de inyectores: “top-feed”, en este inyector el combustible llega a su parte superior, o bien “bottom-feed”, donde la entrada de combustible se encuentra lateralmente. Por lo general, los inyectores para GNC son del tipo “bottom-feed”. Hay también inyectores con asistencia de aire, que proviene del múltiple de admisión y que tiene por objetivo mejorar la inyección del combustible.
Inyectores piezoeléctricos
En estos inyectores la bobina y el sistema electromagnético son reemplazados por un actuador piezoeléctrico, y son particularmente indicados para los equipos bicombistible a GNC. El efecto piezoeléctrico es conocido desde hace más de un siglo. En efecto, el científico francés Pierre Curie (Premio Nobel de Física junto con su mujer Marie en 1903) y su hermano Jacques, publicaron en 1880 una memoria científica donde demostraban un efecto tal que denominaron piezoelectricidad, palabra tomada del griego “ppecho”, (estrujar o apretar). Es un fenómeno presentado por determinados cristales, como el cuarzo, que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa y es el utilizado en los inyectores de combustible: esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas
internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma. Jacques y Pierre Curie usaron el efecto mencionado para construir un electrómetro capaz de medir pequeñas cargas eléctricas. La esposa de Pierre se valió posteriormente del electrómetro para sus experimentos para la radiactividad. Marie Curie recibió su segundo Premio Nobel, esta vez de Química, en 1911. Técnicamente hablando, pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma natural (cuarzo, turmalina, topacio, sal de Rochelle) y los llamados ferroeléctricos, que presentan propiedades piezoeléctricas tras ser sometidos a una polarización (cerámicas especiales y ciertos polímeros). Cabe destacar que los modernos inyectores piezoeléctricos no serían una realidad si no fuera por los extraordinarios esfuerzos que realizaron los científicos japoneses en el periodo comprendido entre 1965 y 1980, cuando lograron crear un muy efectivo material piezocerámico a base de titanato de bario, que rápidamente se adoptó para fabricar filtros de señales, de amplia aplicación en radio y televisión y telecomunicaciones. Desde entonces y hasta la actualidad, hay miles de dispositivos que trabajan con elementos piezocerámicos, desde los encendedores para los mecheros de gas de nuestras cocinas, estufas y calefones hasta el encendido electrónico en motores de automóviles, los sensores de la vibración del motor presentes en varios tipos de propulsores; el sistema de advertencia para el estacionamiento con ultrasonidos, los transductores ultrasónicos de aire para los controles remotos y los sistemas anti-robos y hasta en la suspensión inteligente en algunos modelos de automóviles. Los motores actuales a nafta empiezan a adoptar la inyección directa, mientras que la inyección directa de GNC será introducida en los próximos años. El sistema de inyección es, en la mayoría de los casos, por conducto común (common-rail). A todos los sistemas se los puede dotar de inyectores piezoeléctricos, que básicamente están integrados por las siguientes piezas y elementos: conexiones para la entrada de combustible y para su retorno al tanque; módulo del actuador piezoeléctrico elaborado en cerámica especial del tipo multicapas; amplificador hidráulico; émbolo con válvula de actuación; y tobera de inyección de orificios múltiples y aguja dosificadora, con su resorte; conexiones eléctricas para la computadora de mando del motor; conductos internos. Todo está contenido en un elemento compacto de bajo peso y que no ofrece la posibilidad de ser desarmado (tobera integrada). Cuando llega el impulso eléctrico inicial de 70 V desde la computadora de gestión motriz, el módulo
piezocerámico y multilaminado comienza a vibrar rápidamente, elevándose la tensión a 140 V y su estructura se deforma de manera imperceptible pero real, de modo tal que actúa sobre los elementos internos del inyector (amplificador hidráulico) para abrir la válvula de la tobera y permitir que se produzca el chorro de combustible. Este inyector consume unos 7 amperios de corriente y abre a los cuatro milisegundos. El actuador piezoeléctrico es más rápido que los electroinyectores empleados hasta ahora y responde al impulso eléctrico en 10 milisegundos, la mitad de tiempo al compararlo con los electromagnéticos.
El mantenimiento
A veces se traba un inyector (de GNC o de nafta) y el motor comienza a funcionar mal. En los talleres especializados de GNC pueden controlar y eventualmente reparar los inyectores electromagnéticos, pero no así los piezoeléctricos, que deben ser reemplazados. Lo mejor que puede hacer el automovilista para cuidar sus inyectores (y los restantes componentes del sistema, como el regulador de presión y diversas válvulas) es cambiar el filtro principal del GNC y el filtro de nafta (en los modelos bicombustible) a los intervalos recomendados en el manual del propietario del automóvil y en el manual del equipo de GNC, haciendo instalar piezas originales u otras de primera calidad. El cambio del filtro GNC se realiza a los primeros 25.000 kilómetros recorridos, y luego cada 75.000 kilómetros. El de nafta se cambia por lo general cada 20.000 kilómetros. De este modo se evitará tener que hacer realizar muy costosas reparaciones en los sistemas de ambos combustibles. En los motores bi-combustible más modernos es común ver dos conductos comunes (common-rail), uno para el carburante gaseoso y otro para la nafta. En los modelos dedicados que solo queman GNC, los menos utilizados hasta el momento, se debe reemplazar el filtro del gas natural a presión una vez realizado su trabajo a través del kilometraje estipulado.