miniaturadeimagen|El motor V12 del Peugeot 908 HDi FAP HDi (acrónimo de high presure direct injection) es la denominación comercial utilizada por el Groupe PSA para designar a sus motores diésel de inyección directa y turbocompresor,Micoche.com dotados de la tecnología common-rail inventada en su día por Magneti Marelli, susibiaria de Fiat S.p.A.. En el caso de PSA los equipos son suministrados por Siemens/Continental, Bosch o Delphi en distintas generaciones de sus propias versiones de la tecnología common-rail en función de cada motorización.
En 1998 el Groupe PSA llega a un acuerdo de empresa conjunta con Ford Motor Company para la producción de estos nuevos motores de diésel de inyección directa, conocidos como HDi de "segunda generación" en el caso de PSA y como TDCi en el caso de Ford. De este modo los motores montados por las marcas del Groupe PSA son idénticos a los montados por la marca Ford y Volvo cars aunque la denominación comercial varía en cada marca, como Tdci en Ford, D4 en Volvo o CRTD en Mazda. Los motores se montan en las plantas del Groupe PSA en Trémery y Douvrin en Francia, así como en las plantas de Dogenham en Inglaterra y en Skövde en Suecia.
En función de los acuerdos comerciales entre ambos grupos y con terceros, mecánicas HDi desarrolladas por PSA han sido montadas por Opel, Fiat, Suzuki, Zastava Automobili, Mazda, Volvo Cars, Land Rover, Jaguar Cars o MINI. Reciprocamente determinadas motorizaciones montadas por PSA y denominadas HDi provienen de otros fabricantes como Ford o Iveco.
Antecedentes: los motores PSA de inyección indirecta
Tradicionalmente, los motores diésel ofrecen un rendimiento calorífico superior a los motores de gasolina lo que implica un menor consumo, generalmente a cambio de un mantenimiento mayor.
Sin embargo de cara a su utilización en turismos, los motores de combustión interna presentan una importante desventaja frente a los motores de explosión, pues a diferencia de estos el momento exacto en el que se produce la combustión es difícil y costoso de controlar.
Hasta la aparición de los inyectores con actuadores electromecánicos, los motores diésel utilizaban para ello complejas bombas de inyección distribuidoras, en las que la propia bomba era capaz de proporcionar a cada inyector una determinada cantidad de combustible en un determinado momento. Estas bombas, rotativas o lineales, eran sustancialmente distintas de las empleadas en los motores de explosión, puesto que controlaban mecánicamente la duración y la presión de la inyección de cada inyector, funcionando en el caso de las bombas lineales como auténticos motores invertidos. Al ser los líquidos incompresibles, la presión de salida que proporcionaba la bomba se transmitía a través de cada conducto y era suficiente para vencer la resistencia del muelle del inyector, desplazando la aguja que tapaba la tobera produciéndose la inyección.
Sin embargo el sistema tenía sus limitaciones. En un motor de explosión convencional alimentado por carburador o inyección indirecta, el ciclo de trabajo está controlado con total precisión por una chispa eléctrica y se dispone de la totalidad de la carrera de admisión para realizar la aspiración o la inyección de combustible en el colector de admisión. En cambio en el ciclo diésel el motor solamente aspira y comprime aire, debiendo realizarse la inyección exactamente cuando este haya alcanzado la temperatura y presión necesarias. Por esta razón en motores diésel de pequeño tamaño se utilizaban sistemas de inyección indirecta.
Estos motores recurren a situar el inyector fuera del cilindro, aunque no en el colector de admisión como en los motores de inyección indirecta de gasolina, sino en una precámara comunicada con el cilindro mediante una lumbrera. De este modo durante el ciclo de compresión el aire adquiere la presión y temperatura necesarias en el interior esta cámara, cuya forma es la ideal para que se inicie la combustión que posteriormente se extiende al cilindro a través de la lumbrera. Gracias al empleo de precámara se logran buenas prestaciones con bajas presiones de inyección sin ser necesaria una gran precisión por parte del inyector, que actúa como un simple "tapón" de la presión enviada por la bomba. PSA había desarrollado los motores TUD, XUD y DJ/DK con precámaras esféricas tipo Ricardo-Comet V, referentes mundiales en cuanto a motores de inyección indirecta mecánica.
En motores mayores se venía utilizando desde siempre la inyeccion directa, mediante inyectores o bomba-inyectores situados en el interior del cilindro y cámaras de combustión labradas en la cabeza del pistón, consiguiéndose rendimientos térmicos superiores al no desperdiciarse inútilmente calor a través los conductos de refrigeración de la culata y producirse el frente de la llama en la zona óptima. Sin embargo las presiones requeridas eran mucho mayores y la precisión difícil de lograr, lo que encarecía los equipos de inyección y aumentaba la rumorosidad y vibraciones del motor.
Popularización de la inyección directa y distintos sistemas de inyección electrónica diésel
A partir de la segunda mitad de los años 80, los avances en tecnología diésel combinados con la ventajosa fiscalidad del combustible en Europa, donde salvo excepciones no existe combustible profesional, hicieron que las matriculaciones de vehículos diésel se disparasen. En Francia la situación no era nueva y PSA mantenía una cómoda posición dominante basada en sus excelentes TUD, XUD y DJ/DK de inyección indirecta mecánica en todos los segmentos del mercado, desde los pequeños Peugeot 106 a los grandes Citroën XM.
Fuera de Francia sin embargo una serie de acontecimientos precipitan el fin de era de la inyección con precámara, obligando a PSA a posicionarse en el mercado: En 1985 Perkins desarrolla el pequeño motor 2.0 MDI de inyección directa con bomba rotativa Bosch sobre la base del motor Serie O de Austin/Rover. Montado inicialmente en el Austin Maestro Van en versión naturalmente aspirado, el motor conocido luego como Prima recibiría posteriormente un turbocompresor e introduciría el control electrónico del caudal y el avance de la bomba en sucesivas versiones. En 1986 Fiat desarrolla el Fiat Croma 1.9 D i.d con inyección directa mediante una bomba rotativa Bosch VE e inyectores mecánicos, lejano antecedente de los JTD de Fiat. En 1989 Audi lanza en el Audi 100 el motor 2.5 R5 TDI, motor de cinco cilindros en línea con inyección directa alimentada por una bomba radial con gestión electrónica del caudal y el avance e inyectores mecánicos de doble fase, capaces de realizar una preinyección mecánicamente. En 1991 aparece la versión cuatro cilindros del motor, dando lugar al 1.9 TDI que haría mundialmente famosa la denominación "TDI" como alternativa prestacional a sus propios "GTI" de gasolina. Con el cambio de siglo VAG comienza a sustituir la bomba radial por dos sistemas distintos, por un lado presenta en 1999 el motor 3.3 V8 TDI con inyección common-rail mientras que en el 2000 los motores 1.9, junto con el nuevo 1.4 pasan a utilizar inyectores-bomba controlados electrónicamente, sistema que VAG abandonará en 2009 en favor del common-rail en todos sus TDI. El éxito del concepto TDI llevaría a la industria a registrar múltiples denominaciones similares tales como "HDi", "TDdi", "TDCi", "Di", "CDTi", "dTi", "dCi", "CDI", "JTD", "CRDi", "DI-D", "D4D", etc. En general todas estas denominaciones son, como en el caso de VAG, puramente comerciales, englobando en muchos casos tecnologías totalmente distintas. A partir de 1991 BMW introdujo la inyección diésel indirecta controlada electrónicamente tds en el motor M51 de 2.5 litros. Sería el canto del cisne de la tecnología de inyección indirecta en los automóviles de turismo, siendo sustituidos años después por los motores d con inyección directa common-rail Bosch similar a la empleada por PSA.
La irrupción del control electrónico para el control de las bombas y posteriormente de los inyectores, supuso añadir a las ventajas tradicionales un consumo de combustible menor (20% menos que un Diésel clásico con prestaciones equivalentes) y un aumento del confort y el placer de conducción. Por su parte el sistema common-rail simplifica enormemente el diseño de la bomba inyectora que prescinde de mecanismos de distribución, avance y control del ralentí, mientras que la inyección directa a altas presiones es suficiente para provocar la combustión del gasoil, de modo que las bujías de precalentamiento por lo general no son imprescindibles para el arranque en frío, aunque su funcionamiento se mantiene para contribuir a la reducción de ruidos y facilitar la regeneración de los filtros de partículas.
Motores HDi
La aparición de las mecánicas HDi supuso la respuesta del grupo PSA a la proliferación de motores diésel de inyección directa en la última década del siglo XX. Sustituyeron a los populares XUD y TUD, con los que convivirían algunos años.
Desde su aparición en 1998, el grupo ha utilizado esta denominación comercial en sucesivas generaciones de sus mecánicas diésel de inyección directa. A diferencia de fabricantes como General Motors o Grupo Volkswagen que emplearon otros sistemas de inyección como bomba distribuidora o inyector unitario en sus primeros motores diésel de inyección directa, Groupe PSA ha utilizado exclusivamente variantes de la tecnología common-rail a lo largo de su evolución.
Gracias a este entonces novedoso sistema, se conseguía por fin independizar la presión de inyección de las revoluciones del motor, uno de los principales inconvenientes de la tecnología diésel tradicional, aumentando tanto el confort como las prestaciones del motor, con hasta un 50% de par motor suplementario a bajo régimen.
Para ello se recurrió a inyectores activos, capaces de inyectar el combustible almacenado a alta presión en la rampa común según la orden comandada por una centralita electrónica, de modo que el momento timing de la inyección dejaba de depender de la bomba de inyección o del árbol de levas como en los motores con bombas distribuidoras o bombainyectores.
El mecanismo de inyección consiste, como en los inyectores convencionales, en el desplazamiento de una aguja cónica dentro del inyector que al moverse pone en comunicación el circuito de alta presión con unos o varios orificios en la punta del inyector. Sin embargo a diferencia de estos, el desplazamiento de la aguja no se consigue venciendo la resistencia de un muelle mediante el aumento de la presión proporcionada por la bomba sino al contrario, mediante la súbita pérdida de presión en una cámara de control que por diferencia de presiones hace al muelle empujar la aguja.
Para liberar esa presión de la cámara de control, cada inyector incorpora una electroválvula solenoide o un actuador piezoeléctrico que al abrirse ponen en comunicación la cámara de control con el circuito de retorno, liberando una pequeña cantidad de combustible para elevar indirectamente la aguja durante fracciones de tiempo imposibles de conseguir con medios puramente mecánicos. El sistema era controlado por una centralita electrónica que mandaba a los inyectores la orden de abrirse electrohidráulicamente, con presiones de según generación y con tal precisión que podía llevarse a cabo no solamente la inyección de combustible, sino varias pre y post inyecciones para reducir ruido y vibraciones.