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Universidad Técnica Federico Santa MaríaÁrea Mecánica
T.U Mecánica Automotriz
Profesor: David PadillaAlumnos: Francisco San Martín
Jonathan ValdésPablo Paredes Víctor Arias
Fecha: 04/11/14
Combustión Interna
Sistema de Alimentación Diésel
ÍndiceIntroducción.......................................................................................................................................3
Componentes Sistema De Alimentación Diésel..................................................................................4
Filtro De Combustible.....................................................................................................................4
Filtro Simple:..............................................................................................................................5
Filtro Doble:................................................................................................................................5
Bomba Inyectora............................................................................................................................6
Bomba Lineal:.............................................................................................................................6
Bomba Alimentadora:................................................................................................................7
Bomba Rotativa:.........................................................................................................................8
Inyectores.......................................................................................................................................9
Porta Inyector o Porta Tobera:.....................................................................................................10
Inyector o Tobera:........................................................................................................................10
Bujía De Incandescencia o De Precalentamiento.........................................................................11
Cañerías De Presión.....................................................................................................................12
Funcionamiento Del Circuito De Alimentación Diésel......................................................................13
Finalidad Del Sistema De Alimentación........................................................................................13
Circuito De Baja Presión...............................................................................................................13
Bomba de alimentación de aletas:...........................................................................................13
Válvula reguladora de presión:.................................................................................................14
Estrangulador de rebose:.........................................................................................................14
Depósito De Combustible.........................................................................................................15
Circuito De Alta Presión................................................................................................................16
Bomba De Inyección Lineal......................................................................................................16
Émbolo de bombeo:.................................................................................................................18
Fases De La Generación Y Distribución Del Combustible A Alta Presión:.....................................18
1. Entrada de combustible........................................................................................................18
2. Alimentación de combustible...............................................................................................18
3. Fin de alimentación..............................................................................................................19
4. Entrada de combustible........................................................................................................19
Válvula de presión (de aspiración)...........................................................................................19
Funcionamiento.......................................................................................................................19
Estrangulador de retroceso......................................................................................................20
1
Especificaciones Y Descripciones De Tipos De Inyecciones..............................................................21
Bomba de inyección en línea (PE):...............................................................................................21
Aplicaciones de las bombas de inyección en línea:..................................................................21
Funcionamiento:......................................................................................................................23
Funcionamiento de la regulación del caudal de combustible:..................................................26
Lubricación de la bomba:.........................................................................................................28
Puesta a punto de la bomba en el motor:................................................................................29
Bomba rotativa de inyección, tipo VE...........................................................................................30
Aplicaciones:............................................................................................................................30
Generalidades:.........................................................................................................................30
Estructura:................................................................................................................................30
Accionamiento de la bomba:....................................................................................................31
Bomba rotativa de inyección de émbolos radiales.......................................................................31
Funciones:................................................................................................................................32
Funciones básicas:....................................................................................................................33
Funciones adicionales:.............................................................................................................33
Common rail.................................................................................................................................34
Descripción del sistema:...........................................................................................................34
Funciones:................................................................................................................................34
Funciones básicas:....................................................................................................................36
Funciones adicionales:.............................................................................................................36
UIS / UPS......................................................................................................................................37
Portainyectores e inyectores........................................................................................................42
Tipos de Inyectores......................................................................................................................43
Portainyectores estándar.........................................................................................................43
Portainyectores escalonados....................................................................................................46
Inyectores de orificios..............................................................................................................47
Inyector de taladro ciego..........................................................................................................48
Inyector de taladro en asiento.................................................................................................51
Regulación electrónica Diésel (EDC).............................................................................................52
Conclusión........................................................................................................................................55
2
Introducción
Dentro de la mecánica automotriz, existen 2 ciclos de combustión por
antonomasia, en el parque automotriz mundial, los cuales son, el ciclo Otto
(gasolina), y el ciclo diésel (alimentado por diésel), cada uno con sus distintos
principios de funcionamiento, que les dan las características necesarias, para ser
utilizados en distintos tipos de trabajos y funciones que se necesite realizar.
El diésel y su sistema de combustión, tiene ciertas características de
funcionamiento especifico, que son de conocimiento bastante general, que no es
necesario ser un gran especialista para saberlo, (trabaja a menores RPM, sus
motores son más robustos, sus relaciones de compresión son mayores al de ciclo
Otto, son motores de autoencendido, su combustible es mucho más económico en
comparación de la gasolina). Bueno en este trabajo de investigación, intentaremos
de profundizar y de reforzar los conocimientos generales que se puedan tener
sobre el sistema diésel, su funcionamiento, sistemas de inyección, distintos tipos
de inyección, elementos, sus características, partes y la evolución que ha ido
teniendo este sistema con el pasar del tiempo y del desarrollo de distintas
tecnologías dentro de este, como han servido para mejorar aspectos
fundamentales de un motor (rendimiento, eficiencia, eficacia, emisiones de gases
y contaminación), que van marcando la diferencia y dando plusvalía a este
sistema por sobre otros.
3
Componentes Sistema De Alimentación Diésel
Filtro De CombustibleLos filtros de combustible tienen como objetivo evitar el ingreso de partículas
sólidas tanto como a la bomba, los inyectores y el motor. Los contaminantes
vienen del surtidor, sus estanques, los recipientes usados para transportar el
combustible y corrosión del mismo estanque. Los estudios demuestran que más
de 90% de los problemas de inyectores son causados por combustible sucio.
Los factores más importantes en la filtración del combustible son la eficiencia y el
flujo. Un buen filtro se tapona con partículas que dañarían los inyectores. Es
importante filtrar el combustible antes de colocarlo en el equipo o vehículo.
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Filtro Simple:El funcionamiento de estos filtros es similar al del filtro de aceite, solamente a la
diferencia de que tiene la capacidad de retener el agua que pueda entrar en el
sistema.
Filtro Doble:La funcionalidad es igual al del anterior con la diferencia de que el combustible
circula primero por el filtro primario, que es encargado de retener partículas
gruesas, y luego el secundario, que se encarga de retener las partículas más
minúsculas y realizar una filtración más completa.
Para que los componentes de los sistemas de inyección alcancen el desempeño
deseable, es necesario que el combustible que se va a inyectar este
completamente libre de impurezas. Polo tanto es de suma importancia la función y
eficacia filtro de combustible. Cuanto más limpio este el combustible, más larga
será la durabilidad de los componentes de la inyección y del motor en sí. Por eso
5
el mantenimiento del filtro de combustible son de extrema importancia para la
durabilidad y eficacia en la combustión.
Bomba InyectoraLas bombas de inyección fueron inventadas a principios del siglo 1927 por Robert
Bosch.
La bomba de inyección Diésel es uno de los elementos más importantes del
sistema de inyección de un coche y sus principales funciones son la de elevar la
presión hasta un nivel lo bastante elevado como para que al ser inyectado en el
motor esté lo suficientemente pulverizado para que se adecue al ritmo de trabajo
de los inyectores, dosificar la cantidad de combustible que se inyecta a los
cilindros y regular tanto las velocidades máximas como las mínimas en el motor.
Además distribuyen el combustible a los diferentes cilindros en función del orden
de funcionamiento de los mismos.
La bomba de inyección diésel es una pieza de extremada precisión que es clave
en el sistema de inyección Diésel de un vehículo. Está sincronizada con el
movimiento del motor mediante un acoplamiento en la distribución.
Bomba Lineal:Las bombas inyectoras están ubicadas a
un costado del motor. Se trata
esencialmente de una bomba de pistones
situados en línea que se encargan de
alimentar a los inyectores con un caudal
variable que circula a través de un
émbolo por cada uno de los cilindros.
Emplean un regulador de revoluciones
mecánico que se encarga de distribuir el caudal inyectado, así como un regulador
hidráulico que se encarga de variar el avance de la inyección.
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Los émbolos de los cilindros se accionan por la presión del combustible y a través
del árbol de levas, que se desplaza con un ángulo de giro exactamente igual al
ángulo de cada pistón del motor haciendo que la inyección suceda en el mismo
momento tanto en los pistones como en los inyectores. Este tipo de bombas son
las más utilizadas dónde cada inyector está conectado con un cilindro.
Al comenzar a girar el árbol de levas se empiezan a mover los impulsadores y los
émbolos que están ubicados en los cilindros de la bomba mientras se oprime el
acelerador, que acciona la cremallera haciendo girar el helicoidal y suministrando
más cantidad de combustible a los cilindros de la bomba por medio de los
émbolos, que envían el carburante a los inyectores mediante la cámara de
combustión del motor.
El funcionamiento de la bomba de inyección diésel lineal es parecido al conjunto
móvil de un motor corriente puesto que, tal y cómo hemos comentado
anteriormente, gracias a la conexión del árbol de levas con el motor se permite
sincronizar la bomba de inyección con respecto al funcionamiento de éste.
Bomba Alimentadora:Para los motores con bomba inyectora en línea, es necesario una bomba
alimentadora para que suministre combustible al circuito bajo presión y que
garantice el llenado completo de los cilindros.
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Bomba Rotativa:Las bombas rotativas o distribuidoras consisten en una bomba de aletas que
aspira el combustible del depósito y lo introduce en el interior de la cámara de
bomba. Estas bombas requieren de tolerancias y regulaciones muy estrictas para
obtener una inyección precisa.
El diseño y funcionamiento de estas bombas es completamente distinto al de las
bombas en línea, principalmente porque utiliza un solo embolo para obtener la
presión necesaria, con el movimiento rotativo un mismo orificio común coincide
con las cañerías para enviar el combustible a alta presión hacia los inyectores, ese
movimiento coordina la secuencia de inyección.
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En los motores de cuatro tiempos, la velocidad de funcionamiento de la bomba
inyectora es a la mitad de la velocidad de giro del cigüeñal, por lo tanto la bomba
inyectora gira a la par con el árbol de levas. El accionamiento de la bomba
inyectora se realiza en sincronización con el movimiento del pistón y la apertura y
cierre de válvulas a través de una correa dentada, cadena o directamente entre
engranajes. Hay bombas rotativas de giro horario o anti horario, dependiendo del
orden de encendido del motor para accionar el correspondiente inyector.
El campo de aplicación del a bomba de inyección rotativa viene designado por el
número de rpm, potencia y el tipo de construcción del motor diésel. Se utilizan
principalmente en vehículos de turismo, vehículos utilitarios y motores
estacionarios.
A diferencia de la bomba de inyección en línea, la rotativa no dispone de más de
un cilindro y un embolo.
InyectoresLa misión del inyector es introducir el combustible pulverizado a alta presión en la
cámara de combustión del motor diésel. El conjunto inyector/porta inyector va
montado en la culata.
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Porta Inyector o Porta Tobera:Los porta inyectores son dispositivos que aparte de alojar los inyectores sirven
para acoplar en inyector a la culata y retenerlo en la cámara de combustión,
además para conducir el combustible proveniente desde las cañerías hasta los
inyectores.
Inyector o Tobera:Son componentes de extremada precisión, responsables finalmente de ingresar el
combustible pulverizado a la cámara de combustión del motor diésel.
Cuanto mejor sea la pulverización del combustible, mayor será el rendimiento del
motor, en consecuencia se obtiene más economía de combustible y menor
emisiones de gases nocivos.
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Bujía De Incandescencia o De Precalentamiento
La misión de la bujía de incandescencia es precalentar la cámara de combustión
cuando el motor se encuentre frio y lograr que el arranque sea más rápido y
menos forzoso para el motor y el sistema de inyección.
El calentador cilíndrico está compuesto esencialmente por el
cuerpo del calentador, la varilla calentadora con espiral
calentadora y reguladora, así como el bulón de conexión. La
varilla incandescente está presionada a prueba de gas dentro
de la carcasa. Adicionalmente se aísla el calentador con una
junta tórica o una pieza de plástico en el elemento de
conexión. El calentador recibe la energía eléctrica de la
batería. Un equipo electrónico controla el tiempo de
incandescencia.
El principio básico de un moderno calentador cilíndrico es la
combinación de una espiral calentadora y reguladora para
que formen un elemento común de resistencia. La espiral calentadora está
fabricada con material resistente a altas temperaturas, cuya resistencia eléctrica
es principalmente independiente de la temperatura. Forma junto con la parte
delantera de la varilla calentadora la zona de calentamiento. La espiral reguladora
está sujeta en el bulón de conexión y conductor de corriente y su resistencia
presenta un gran coeficiente de temperatura. Toda la espiral está envuelta en un
polvo cerámico comprimido, eléctricamente aislante pero muy apto para la
conducción del calor.
En el precalentamiento fluye al principio corriente intensa a través del bulón de
conexión y la espiral reguladora a la espiral calentadora. Esta se calienta
rápidamente y transmite la incandescencia a la zona de calentamiento. La
incandescencia se extiende de inmediato y al cabo de dos a cinco segundos, la
varilla calentadora está incandescente hasta cerca del cuerpo del calentador. De
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esta forma se incrementa adicionalmente la temperatura de la espiral reguladora
ya calentada mediante la corriente. Por ello se incrementa su resistencia eléctrica
y la corriente se reduce hasta tal punto que no se pueda dañar la varilla
incandescente. Por ello no es posible que se sobrecaliente el calentador. Si no se
produce ningún arranque, el calentador es desconectado después de un cierto.
Cañerías De PresiónLas cañerías de presión son responsables de conducir el combustible diésel desde
la bomba inyectora a los porta inyectores, a elevada presión.
El paso del combustible por el interior de las cañerías es de una presión elevada
que puede alcanzar hasta los 1250bar.
Uno de los fenómenos que debe ser capaz de soportar las cañerías es la
cavitación, la cavitación es una forma de erosión que desgasta internamente el
tubo y desprende partículas, este fenómeno puede obstruir los orificios de los
inyectores e ingresar partículas al motor diésel. Por lo tanto la calidad del material
de fabricación debe ser acero de alta dureza ya que desprende menor cantidad de
partículas.
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Funcionamiento Del Circuito De Alimentación Diésel
Finalidad Del Sistema De Alimentación
La alimentación en estos motores se realiza introduciendo el aire en el interior del
cilindro, perfectamente filtrado y una vez comprimido introducimos a gran presión
el combustible (en este caso diésel), mezclándose ambos en la cámara
de combustión. El aire se comprime a gran presión en el interior de la cámara de
combustión, de este modo alcanza la temperatura adecuada para la inflamación
del combustible (llegando hasta los 600ºC), introducido en la cámara de
combustión a gran presión.
Este inyector está debidamente regulado para que la cantidad de combustible y el
momento en que debe ser inyectado sean precisos, obteniendo una mezcla
perfecta y por consiguiente un buen funcionamiento del motor. Dentro de este
sistema de alimentación existen una serie de elementos que hacen posible todo lo
anteriormente citado: bomba inyectora, filtros, tuberías, depósito, inyectores, cable
de acelerador, etc.
Circuito De Baja Presión.Su misión es llevar el diésel desde el depósito de combustible hasta la bomba
inyectora pasando antes por distintos elementos:
Sección de baja presión
Los elementos que forman la parte de baja presión en las bombas rotativas son:
- bomba de alimentación de aletas.
-válvula reguladora de presión.
-Estrangulador de rebose
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Bomba de alimentación de aletas:El combustible llega al cuerpo de la bomba de inyección a través del canal de
alimentación y pasa, por una abertura en forma de riñón. Por efecto de la rotación,
el combustible que se encuentra entre las aletas, es transportado hacia el recinto
superior y penetra en el interior de la bomba de inyección a través de un taladro.
Al mismo tiempo, a través de un segundo taladro, una parte del combustible llega
la válvula reguladora de presión.
Válvula reguladora de presión:Esta válvula es de corredera, tarada por muelle,
con lo que se puede variar la presión en el
interior de la bomba de inyección según el
caudal de combustible que se alimente.
Si la presión del combustible excede un
determinado valor, el embolo de la válvula abre
el taladro de retorno, de forma que el
combustible pueda retornar a la entrada de la bomba de alimentación de aletas. La
presión de apertura de la válvula la determina la tensión previa del muelle de
compresión.
Estrangulador de rebose:
Permite el retorno de un caudal variable de combustible al depósito, a través de un
pequeño orificio (diámetro 0.6 mm.).
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El taladro ofrece una resistencia a la salida de combustible, por lo que se mantiene
la presión en el interior de la bomba. Como en el recinto interior de la bomba se
necesita una presión de combustible exactamente definida de acuerdo con el
régimen, el estrangulador de rebose y la válvula reguladora de presión están
coordinados entre sí en lo que al funcionamiento se refiere.
En el circuito de alimentación de los motores diésel, el combustible es aspirado del
depósito mediante la bomba de alimentación de aletas y transportado al interior de
la bomba de inyección. Para obtener en el interior de la bomba una presión
determinada en función del régimen (nº de rpm), se necesita una válvula
reguladora de presión que permita ajustar una presión definida a un determinado
régimen. La presión aumenta proporcionalmente al aumentar el nº de rpm, es
decir, cuanto mayor sea el régimen, mayor será la presión en el interior de la
bomba. Una parte del caudal de combustible transportado retorna, a través de la
válvula reguladora de presión a la entrada de la bomba de aletas. Además, para la
refrigeración de aire de la bomba de inyección, el combustible retorna al depósito
de combustible a través del estrangulador de rebose dispuesto en la parte superior
de la bomba.
Depósito De Combustible
Es un recipiente de chapa o de plástico. Tiene un tubo que se comunica con el
exterior para el llenado del mismo, lleva un tapón de cierre para evitar que el
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gasoil se derrame. Este tapón tiene una salida al exterior para facilitar la salida del
aire y así no crear un vacío interno. El depósito lleva un tubo pequeño cogido por
un taladro por donde sale el combustible y que se conecta en la bomba de
combustible. En su interior lleva un filtro de combustible para separar los
pequeños residuos o impurezas que pueda tener el líquido y también lleva un
indicador de combustible que actúa dentro del depósito como si fuera la bolla de
una cisterna. El depósito va colocado generalmente debajo del asiento trasero,
alejado del motor. La capacidad de dicha pieza depende del fabricante pero debe
permitir una autonomía de unos 500 km.
En el circuito de alta presión, los tubos entre la bomba de inyección y los
inyectores se fabrican siempre de acero, a causa de las altas presiones que
alcanza el combustible durante el funcionamiento del motor. Para asegurar el
ajuste correcto de cada cilindro y una capacidad de inyección uniforme para todos
los inyectores, los tubos deben tener la misma longitud entre sí, ya que el cambio
de longitud altera el punto de inyección de un cilindro respecto a los demás.
Generalmente se emplean tubos de alimentación de 8mm de diámetro para
bombas de inyección cuyos émbolos no sobrepasan los 11mm de diámetro. Para
émbolos de bomba entre 12 y 15mm el tubo a utilizarse es de 10mm. Para tubos
de retorno el diámetro utilizado suele ser de 4.5mm
Circuito De Alta Presión
En el tiempo de combustión del ciclo de un motor diésel, el combustible se inyecta
en el aire comprimido y caliente a una fuerte presión (de 150 a 300 kg/) y a una
cantidad apropiada. Todo ello se consigue con el equipo de inyección, compuesto
de una bomba y de un inyector por cada cilindro, que distribuye, dosifica, da
presión y envía el gasoil pulverizado a los cilindros en la cantidad y presión
adecuada. Por lo tanto el circuito de alta presión lo componen la bomba inyectora
y el inyector.
Bomba De Inyección Lineal
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Esta bomba está formada por tantos elementos de bombas como cilindros tiene el
motor. El combustible pasa a un colector al que asoman las lumbreras de cada
uno de los elementos de la bomba. Cada elemento está constituido por un cuerpo
de bomba y su correspondiente émbolo, movido por una leva (tantas como
cilindros), montada sobre un árbol de levas que recibe el movimiento del cigüeñal
mediante engranajes de la distribución o correas dentadas.
Si el filtro de combustible está en las proximidades inmediatas del motor, pueden
formarse burbujas de gas dentro del sistema de tuberías. Para evitar esto resulta
necesario "barrer" la cámara de admisión de la bomba de inyección. Esto se
consigue instalando una válvula de descarga en la cámara de admisión de la
bomba de inyección. En este sistema de tuberías, el combustible sobrante vuelve
al depósito de combustible a través de la válvula de descarga y de la tubería de
retorno.
Si en el vano del motor hay una temperatura ambiente elevada, puede utilizarse
un circuito de alimentación como el representado en la figura inferior derecha. En
este circuito el filtro de combustible va instalada una válvula de descarga a través
de la cual una parte del combustible retorna al depósito del mismo durante el
funcionamiento, arrastrando eventuales burbujas de gas o vapor. Las burbujas de
gas que se forman en la cámara de admisión de la bomba de inyección son
evacuadas por el combustible a través de la tubería de retorno. El barrido continuo
dela cámara de admisión refrigera la bomba de inyección e impide que se formen
burbujas de gas.
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Émbolo de bombeo:Cuando la leva gira el resorte mantiene
apretado el seguidor junto con el pistón
copiando su perfil, de esta manera el pistón
sube y baja constantemente. Cuando el
pistón está en la posición mostrada se ha
abierto el paso a la parte superior desde la
cámara de alimentación visto en el punto
anterior. En la carrera de ascenso el propio
pistón cierra el paso al bloquear el
conducto de entrada lateral y el combustible atrapado sobre la su cabeza no tiene
otra posibilidad que levantar la válvula de descarga y salir por el tubo al inyector.
Los pistones de la bomba de inyección tienen en la parte superior una ranura
vertical y seguidamente un corte sesgado (inclinado) o bisel, colocados de forma
que regulan la cantidad de gasoil que impulsa la bomba de inyección. El pistón se
mantiene en su parte inferior por la acción de un resorte, llenándose el cuerpo de
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bomba de gasoil. Al ser impulsado el pistón por la leva, comprime el gasoil y
venciéndola resistencia de la válvula, lo envía al inyector.
Fases De La Generación Y Distribución Del Combustible A Alta Presión:
1. Entrada de combustible
Con el émbolo en posición PMI, el combustible entra al recinto de alta presión, a
través del canal de entrada y la ranura de control.
2. Alimentación de combustible
Durante la carrera de PMI hacia PM, Si el émbolo cierra el canal de entrada,
sometiendo a presión al combustible que se encuentra en el recinto de alta
presión. Durante el movimiento giratorio del embolo la ranura de distribución
coincide con uno de los orificios que tiene la cabeza distribuidora y que alimenta a
uno de los inyectores.
3. Fin de alimentación
La alimentación de combustible concluye en cuanto la corredera de regulación
abre los orificios de descarga.
4. Entrada de combustible
Cuando el émbolo retorna de PM, y va hacia PMI en su movimiento alternativo y
sumando a este el movimiento rotativo se cierra la ranura de distribución y se abre
el canal de entrada para volverse a llenar de combustible el recinto de alta presión.
Válvula de presión (de aspiración)
Esta válvula aísla la tubería que
conecta la bomba con el inyector de la
propia bomba de inyección. La misión
de esta válvula es descargar la tubería
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de inyección tras concluir la fase de alimentación de la bomba, extrayendo un
volumen exactamente definido de la tubería para por una parte mantener la
presión en la tubería (así la próxima inyección se realice sin retardo alguno), y por
otra parte debe asegurar, igualmente, la caída brusca dela presión del combustible
en los conductos para obtener el cierre inmediato del inyector, evitando así
cualquier minina salida de combustible, unida al rebote de la aguja sobre su
asiento.
Funcionamiento
Al final de la inyección por parte del elemento bomba, la válvula de presión
desciende bajo la acción del muelle. El macho de válvula se introduce en el porta-
válvula, antes de que el cono de válvula descienda sobre su asiento, aislando el
tubo de alimentación de inyector. El descenso final de la válvula realiza una
respiración de un determinado volumen dentro de la canalización, lo que da lugar
a una expansión rápida del combustible provocando, en consecuencia, el cierre
brusco del inyector cortando así la alimentación de combustible al cilindro del
motor evitando el goteo.
El émbolo de descarga cuando se cierra la válvula de presión aspira un pequeño
volumen de combustible, que provoca el cierre rápido del inyector. Este volumen
de combustible está calculado para una longitud determinada de tubería, por lo
que no se debe variar la longitud de esta en caso de reparación. Para conseguir
una adaptación deseada a los caudales de alimentación, en determinado casos
especiales se utilizan válvulas compensadoras que presentan un tallado adicional
en el émbolo de descarga.
Estrangulador de retroceso
Está situado entre la válvula
de presión y la tubería que
alimenta al inyector, puede
instalarse en el racor de
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impulsión acompañando a la válvula de presión. Este elemento se utiliza para
reducir en el sistema de alta presión fenómenos de desgaste producidos por los
cambios rápidos de presión (cavitación). Durante la alimentación la presión del
combustible es tan alta que la placa de la válvula es comprimida contra la fuerza
del muelle, con lo que el combustible puede fluir hacia el inyector sin obstáculos.
Al final de la carrera útil del elemento de bombeo, el cierre de la aguja del inyector
provoca una onda de presión en sentido contrario al de la alimentación. Esto
puede ser causa de cavitación. Al mismo tiempo, el muelle de presión empuja la
placa de válvula contra su asiento, por lo que el combustible tiene que retroceder
pasando por la sección del estrangulador, amortiguándose así la onda de presión,
haciéndola imperceptible.
Especificaciones Y Descripciones De Tipos De Inyecciones.
Bomba de inyección en línea (PE): Este tipo de bomba ideada por Robert Bosch a principios del siglo XX ha sido la
más utilizada por no decir la única que funcionaba sobre todo en vehículos
pesados, incluso se usó en turismos hasta la década de los 60 pero se vio
sustituida por las bombas rotativas más pequeñas y más aptas para motores
rápidos. Este tipo de bombas es de constitución muy robusta y de una fiabilidad
mecánica contrastada, sus inconvenientes son su tamaño, peso y que están
limitadas a un número de revoluciones que las hacen aptas para vehículos
pesados pero no para turismos. La bomba en línea está constituida por tantos
elementos de bombeo, colocados en línea, como cilindros tenga el motor. En su
conjunto incluye además de los elementos de bombeo, un regulador de velocidad
que puede ser centrifugo, neumático o hidráulico; un variador de avance
automático de inyección acoplado al sistema de arrastre de la bomba.
Aplicaciones de las bombas de inyección en línea: Estas bombas se pueden utilizar en motores con potencias que van desde 10
kW/cil, hasta 200 kW/cil, esto es posible gracias a la extensa gama de modelos de
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bombas de inyección en línea. Estas bombas se utilizan sobre todo en motores
Diésel instalados en camiones y autobuses. Pero también se utiliza en turismos,
tractores y máquinas agrícolas, así como en la maquinaria de construcción, por
ejemplo: en excavadoras, niveladoras y dumpers. Otro campo de aplicación de las
bombas de inyección en línea es en los motores navales y en grupos
electrógenos.
Bosch es el principal constructor de bombas de inyección en línea y las
denomina: PE. Existen bombas de distintos tamaños que se adaptan a la potencia
del motor que van alimentar. Los tipos de bombas se reúnen en series cuyos
rendimientos se solapan en los máximos y mínimos. Dentro de las bombas de
inyección en línea PE existen dos construcciones distintas. Por un lado tenemos
las denominadas "M" y "A" y por el otro las "MW" y "P".
Clasificación de la bombas de inyección en línea PE
Características: Tipos:
M A MW P3000 P7100
Presión de inyección (bar)
550 750 1100 950 1300
Aplicación
Turismos
y
vehículos
de
transporte
Camiones
ligeros y
medianos,
tractores,
motores
industriales
Camiones
de gran
tonelaje,
motores
industriales
Potencia por cilindro (kW/cilindro)
20 27 36 60 160
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La bomba de inyección tiene tantos elementos de bombeo como cilindros el motor.
Cada elemento de bombeo, está constituido por un cilindro y un pistón. Cada
cilindro, a su vez, está en comunicación con la tubería de admisión, por medio de
las lumbreras y con el conducto de salida por el inyector, por medio de una válvula
que es mantenida sobre su asiento por medio de un muelle tarado.
El pistón se ajusta en el cilindro con una precisión del orden de varias micras y
tiene una forma peculiar que estudiaremos a continuación. En su parte inferior el
pistón tiene un rebaje circular que comunica con la cara superior del pistón, por
medio de una rampa helicoidal y una ranura vertical.
En la parte inferior, el pistón lleva un dedo de mando o saliente (I- figura superior),
que encaja en la escotadura de un manguito cilíndrico, sobre el que se fija la
corona dentada, que engrana con la cremallera. El movimiento de la cremallera,
puede hacer girar el pistón un cierto ángulo sobre su eje vertical.
En ciertos tipos de bombas, la cremallera es reemplazada por una barra
corredera, que lleva unas escotaduras en las que encaja el dedo de mando que
forma el pistón en su parte inferior.
23
Funcionamiento: El pistón está animado de un movimiento de sube y baja en el interior del cilindro.
El descenso está mandado por el muelle (3) figura inferior, que entra en acción
cuando el saliente de la leva en su giro deja de actuar sobre el pistón (5). La
subida del pistón se produce cuando la leva en su giro actúa levantando el pistón
venciendo el empuje del muelle.
Cuando el pistón desciende en el cilindro crea una depresión que permite la
entrada del gasóleo cuando el pistón ha destapado las lumbreras
correspondientes (12). Debido a la presión reinante en el conducto de
alimentación (11), provocada por la bomba de alimentación, el cilindro se llena
totalmente de gasóleo.
La subida del pistón, produce la inyección del combustible. Al comienzo de esta
subida, las lumbreras no están tapadas y por ello, el gasóleo es devuelto en parte
hacia el conducto de alimentación (11).
24
Si la ranura vertical del pistón, está situada frente a la lumbrera de admisión, el
interior del cilindro comunica con el conducto de alimentación, por lo que, aunque
suba el pistón, no se comprime el combustible en el cilindro y, por lo tanto, no hay
inyección. Esta posición del pistón, corresponde al suministro nulo de la bomba de
inyección.
Si la ranura vertical no está frente a la lumbrera de admisión (12), entonces se
produce la inyección. El comienzo de está, se produce siempre en el mismo
instante o, mejor dicho, para la misma posición del pistón, pues a medida que va
subiendo, la presión aumenta en el interior del cilindro. Cuando el valor de esta
presión es superior a la fuerza que ejerce el muelle de la válvula (de reaspiración),
esta se abre venciendo la fuerza de su muelle, con lo cual, el combustible pasa al
circuito de inyección comprendido entre el elemento bomba y el inyector. En tanto
el combustible no salga por el inyector, la presión en todo el circuito ira
aumentando a medida que el pistón vaya subiendo. En el momento que esta
presión es superior a la del tarado del inyector, este permite el paso del
combustibles al cilindro del motor, comenzando en este momento la inyección,
cuyo final depende de la posición de la rampa helicoidal, pues, llegado el pistón a
cierta altura, pone en comunicación el cilindro con el conducto de alimentación,
con lo cual, desciende bruscamente la presión en el interior del cilindro.
25
Funcionamiento de la regulación del caudal de combustible: La cantidad de gasóleo inyectado, depende, por tanto, de la longitud de la carrera
efectuada por el pistón, desde el cierre de la lumbrera de admisión, hasta la
puesta en comunicación de esta con el cilindro, por medio de la rampa helicoidal.
Moviendo la cremallera en uno u otro sentido, pueden conseguirse carreras de
inyección más o menos largas que corresponden:
26
- Inyección nula
- Inyección parcial
- Inyección máxima
El cierre de la válvula de readmisión, debido a la acción conjunta de su muelle y
de la presión existente en el conducto de salida, mantiene en esta canalización
una cierta presión, llamada residual, que permite en el siguiente ciclo una subida
de presión más rápida y un funcionamiento mejor del inyector.
En el motor de gasolina, las variaciones de régimen y de potencia, se obtienen
modificando la cantidad de mezcla (aire/gasolina) que entra en el cilindro. En el
motor Diésel, estas variaciones se obtienen actuando únicamente sobre la
cantidad de gasóleo inyectado en el cilindro, es decir, modificando la duración de
la inyección.
El fin de la inyección depende de la posición de la rampa helicoidal con respecto a
la lumbrera de admisión. Esta posición puede ser modificada haciendo girar el
pistón sobre su eje vertical, por medio de una cremallera que engrana sobre la
corona dentada fijada sobre el casquillo cilíndrico, que a su vez mueve al pistón.
La cremallera es movida por el pedal del acelerador, o automáticamente por medio
de un regulador, y da movimiento simultáneamente a todos los elementos de
inyección de la bomba.
27
En un motor Diésel para provocar su paro debemos cortar el suministro de
combustible que inyectamos en sus cilindros, para ello los motores dotados con
bomba de inyección e línea llevan un dispositivo de mando accionado por un
tirador y cable desde el tablero de mandos del vehículo, el cual hace desplazar a
la cremallera hasta su posición de gasto nulo. Para la puesta en servicio de la
bomba y el arranque del motor, basta pisar el pedal acelerador, con lo cual se
anula el bloqueo del dispositivo de parada dejando a la cremallera en posición de
funcionamiento de ralentí.
La bomba en línea además del "elemento de bombeo" necesita de otros
elementos accesorios para su correcto funcionamiento, como son un regulador de
velocidad que limite el número de revoluciones (tanto al ralentí como el número
máximo de revoluciones, corte de inyección), y de un variador de avance a la
inyección que en función del número de r.p.m. varia el momento de comienzo de
la inyección de combustible en los cilindros del motor.
Lubricación de la bomba: Estas bombas se lubrican por medio del circuito lubricante del motor. Se lubrica
tanto la parte de la bomba donde están los elementos de bombeo como el
28
regulador centrifugo de velocidad. Con este tipo de lubricación, la bomba de
inyección está exenta de mantenimiento. El aceite del motor filtrado se hace llegar
a la bomba de inyección y al regulador a través de una tubería, por un orificio de
entrada. En caso de fijación de la bomba al motor, en bandeja, el aceite lubricante
vuelve al motor a través de una tubería de retorno, mientras que en caso de
fijación mediante brida frontal lo hace a través del alojamiento del árbol de levas o
de orificios especiales.
En el caso de bombas de inyección sin conexión al circuito del aceite del motor, el
aceite lubricante se llena tras desmontar el capuchón de purga de aire o el filtro de
purga de aire existente en el tapón. El nivel de aceite se controla al mismo tiempo
que se realizan los cambios de aceite del motor previstos por el fabricante de este
último, aflojándose para ello el tornillo de control de aceite del regulador. El aceite
sobrante (por entrada de combustible de fuga) se evacua, mientras que si falta
tendrá que rellenarse.
El aceite lubricante se cambia cuando se desmonta la bomba de inyección o
cuando el motor se somete a una revisión general. Las bombas y los reguladores
con circuito de aceite separado poseen respectivamente una varilla para controlar
el nivel del aceite.
29
Puesta a punto de la bomba en el motor: Para hacer la puesta a punto, se recurre a las marcas del comienzo de la
inyección que se encuentran en el motor y en la bomba de inyección.
Normalmente se toma como base la carrera de compresión del cilindro nº 1 del
motor, pero por razones específicas de los motores pueden aplicarse también
otras posibilidades. Por esta razón deben tenerse en cuenta los datos facilitados
por el fabricante del motor.
En el motor Diésel, la marca del comienzo de la alimentación se encuentra
generalmente en el volante de inercia, en la polea de la correa trapezoidal o en el
amortiguador de vibraciones (dámper). En la bomba de inyección, el comienzo de
la alimentación para el cilindro de bomba nº 1 tiene lugar cuando la marca
practicada en la mitad no móvil del acoplamiento o bien en el variador de avance
coincide con la raya marcada en el cuerpo de la bomba. En las bombas abridadas,
las marcas están en la rueda dentada del accionamiento y en el piñón insertable.
La posición, la disposición y la designación de los cilindros del motor son indicadas
por el fabricante de éste y han de tenerse en cuenta en cualquier caso. El cilindro
de bomba nº 1 es el más próximo al accionamiento (polea) de la bomba de
inyección. Antes del montaje ha de hacerse coincidir, en sentido de giro, la marca
de comienzo de alimentación de la bomba de inyección con la raya marcada en el
cuerpo, o bien se ajustará el comienzo de la alimentación según el método de
rebose a alta presión.
30
Bomba rotativa de inyección, tipo VE
Aplicaciones: El campo de aplicación y el diseño de la bomba vienen determinados por el nº de
rpm, la potencia y el tipo de construcción del motor diésel. Las bombas de
inyección rotativas se utilizan principalmente en automóviles de turismo, camiones,
tractores y motores estacionarios.
Generalidades: A diferencia de la bomba de inyección en línea, la rotativa del tipo VE no dispone
más que de un solo cilindro y un solo émbolo distribuidor, aunque el motor sea de
varios cilindros. La lumbrera de distribución asegura el reparto, entre las diferentes
salidas correspondientes al nº de cilindros del motor, del combustible alimentado
por el émbolo de la bomba.
Estructura: El eje de accionamiento de la bomba va alojado en el cuerpo de ésta. Sobre él va
dispuesta en primer lugar la bomba de alimentación de aletas (también llamada
bomba de transferencia). Detrás del eje se encuentra el anillo de rodillos, que no
es solidario con el eje de accionamiento aunque se encuentra alojado, así mismo,
en el cuerpo de la bomba. Por medio del disco de levas que se apoya sobre los
rodillos del anillo y es accionado por el eje, se consigue un movimiento
31
simultáneamente rotativo y longitudinal, que se transmite al émbolo distribuidor, el
cual es guiado por la cabeza hidráulica, solidaria del cuerpo de la bomba. En este
van fijados el dispositivo eléctrico de parada mediante corte de la alimentación de
combustible, el tapón roscado con tornillo de purga y las válvulas de impulsión con
los correspondientes racores.
El grupo regulador es movido por el accionamiento correspondiente solidario del
eje conductor, a través de una rueda dentada. El grupo regulador va equipado con
pesos centrífugos y el manguito regulador. El mecanismo regulador, compuesto
por las palancas de ajuste, de arranque y tensora, va alojado en el cuerpo y es
giratorio. Sirve para modificar la posición de la corredera de regulación del émbolo
de bomba. En la parte superior del mecanismo regulador actúa el resorte de
regulación, unido a la palanca de control a través del eje de esta. El eje va alojado
en la tapa del regulador, mediante lo cual y a través de la palanca de control se
actúa sobre el funcionamiento de la bomba. La tapa del regulador cierra por arriba
la bomba de inyección. En el regulador van dispuestos, además, el tornillo de
ajuste del caudal de plena carga, el estrangulador de rebose y el tornillo de ajuste
de régimen.
Montado en sentido transversal al eje de accionamiento de la bomba, en la parte
inferior de la bomba va alojado el variador de avance hidráulico. Su
funcionamiento es influido por la presión interna de la bomba de inyección. La
presión depende del nº de rpm. a la que gire la bomba de alimentación de paletas
y de la válvula reguladora de presión.
Accionamiento de la bomba: En los motores de 4 tiempos, la velocidad de rotación de la bomba es la mitad de
la del cigüeñal del motor diésel y la misma velocidad que la del árbol de levas. El
accionamiento de las bombas es forzado y, además se realiza, de forma que el eje
conductor de la bomba gira en perfecto sincronismo con el movimiento del pistón
del motor. Este movimiento sincrónico se consigue mediante correa dentada,
piñón de acoplamiento, rueda dentada o cadena. Hay bombas rotativas de
inyección para giro a derechas o a izquierdas. El orden de inyección depende, por
32
tanto, del sentido de rotación, pero las salidas inyectan siempre el combustible
según el orden geométrico de disposición. Para evitar confusiones con la
designación de los cilindros del motor, las salidas de la bomba se designan con A,
B, C, etc.
Bomba rotativa de inyección de émbolos radiales
La bomba rotativa de inyección de émbolos radiales VR fue desarrollada por
Bosch especialmente para motores diésel de funcionamiento rápido con inyección
directa y una potencia de hasta 37 KW por cada cilindro. Esta bomba se
caracteriza por un mayor dinamismo en la regulación del caudal y del comienzo de
inyección, y por presiones en el inyector de hasta 1600 bar.
Funciones: Una instalación de inyección diésel con bomba rotativa de inyección de émbolos
radiales VR tiene dos unidades de control para la regulación electrónica diésel:
Una unidad de control del motor y una unidad de control de bomba. Esta división
es necesaria para evitar por una parte un sobrecalentamiento de determinados
componentes electrónicos y, por otra parte, para suprimir la influencia de señales
parásitas que pueden producirse debido a las intensidades de corriente
parcialmente muy elevadas (de hasta 20 A) en la bomba de inyección.
Mientras que la unidad de control de bomba registra las señales de los sensores
internos de la bomba respecto al ángulo de rotación y temperatura del
combustible, y las evalúa para la adaptación del momento de inyección, la unidad
de control del motor procesa sobre todo datos del motor y del entorno registrados
por sensores externos, y calcula a partir de ellos las intervenciones de ajuste a
realizar en el motor. En particular, los sensores registran todos los datos de
servicio necesarios como por ej.
la temperatura del aire aspirado, del líquido refrigerante y del combustible,
33
el número de revoluciones del motor,
la presión de sobrealimentación,
la posición del pedal acelerador,
la velocidad de marcha, etc.
Los circuitos de entrada de las unidades de control preparan estos datos y los
microprocesadores calculan a partir de ellos, con consideración del estado de
servicio, las señales de actuación para un servicio de marcha óptimo. Con la
«vinculación en red» de diversos componentes del sistema, es posible:
aprovechar varias veces las señales,
adaptar con precisión las intervenciones de ajuste,
ahorrar combustible
hacer que funcionen sin mucho desgaste todos los componentes que
participan en el servicio.
El intercambio de datos entre la unidad de control del motor y la unidad de control
de bomba se produce a través del sistema CAN Bus. La figura inferior muestra
como ejemplo una instalación de inyección diésel con la bomba rotativa de
inyección de émbolos radiales en un motor diésel de cuatro cilindros, con diversos
componentes.
34
Funciones básicas: Las funciones básicas controlan la inyección del combustible diésel en el momento
correcto, en la cantidad correcta y con la mayor presión posible. Aseguran así un
funcionamiento favorable del motor diésel en consumo, poco nocivo y silencioso.
Funciones adicionales: Funciones de control y regulación adicionales sirven para la reducción de las
emisiones de escape y del consumo de combustible, o aumentan la seguridad y el
confort. Ejemplos de ellas son:
Retroalimentación de gases de escape,
Regulación de la presión de sobrealimentación,
Regulación de la velocidad de marcha,
Inmovilizador electrónico, etc.
El sistema CAN Bus hace posible el intercambio de datos con otros sistemas
electrónicos del vehículo (p. ej. ABS; control electrónico del cambio). Un interface
de diagnóstico permite la evaluación de los datos del sistema almacenados en
35
memoria al realizar la revisión del vehículo. El capítulo «Control del sistema con
EDC» describe los procesos del registro electrónico de datos de servicio y su
procesamiento, así como el funcionamiento de los diversos sensores y elementos
actuadores.
Common rail
Descripción del sistema: La técnica utilizada en el diseño del "Common Rail" está basada en los sistemas
de inyección gasolina pero adaptada debidamente a las características de los
motores diésel de inyección directa. La palabra "Common Rail" puede traducirse
como "rampa de inyección", es decir, se hace alusión al elemento característico
del sistema de inyección gasolina. La diferencia fundamental entre los dos
sistemas viene dada por el funcionamiento con mayores presiones de trabajo en
los motores diésel, del orden de 1350 bar que puede desarrollar un sistema
"Common Rail" a los menos de 5 bar que desarrolla un sistema de inyección
gasolina.
Funciones: El sistema de inyección de acumulador "Common Rail" ofrece una flexibilidad
destacadamente mayor para la adaptación del sistema de inyección al
funcionamiento motor, en comparación con los sistemas propulsados por levas
(bombas rotativas). Esto es debido a que están separadas la generación de
presión y la inyección. La presión de inyección se genera independientemente del
régimen del motor y del caudal de inyección. El combustible para la inyección está
a disposición en el acumulador de combustible de alta presión "Rail". El conductor
preestablece el caudal de inyección, la unidad de control electrónica (UCE) calcula
a partir de campos característicos programados, el momento de inyección y la
presión de inyección, y el inyector (unidad de inyección) realiza las funciones en
cada cilindro del motor, a través de una electroválvula controlada.
La instalación de un sistema "Common Rail" consta:
36
- unidad de control (UCE),
- sensor de revoluciones del cigüeñal,
- sensor de revoluciones del árbol de levas,
- sensor del pedal del acelerador,
- sensor de presión de sobrealimentación,
- sensor de presión de "Rail",
- sensor de temperatura del líquido refrigerante,
- medidor de masa de aire.
La ECU registra con la ayuda de sensores el deseo del conductor (posición del
pedal del acelerador) y el comportamiento de servicio actual del motor y del
vehículo. La ECU procesa las señales generadas por los sensores y transmitidas a
través de líneas de datos. Con las informaciones obtenidas, es capaz de influir
sobre el vehículo y especialmente sobre el motor, controlando y regulando. El
sensor de revoluciones del cigüeñal mide el número de revoluciones del motor, y
el sensor de revoluciones del árbol de levas determina el orden de encendido
(posición de fase). Un potenciómetro como sensor del pedal acelerador comunica
con la UCE, a través de una señal eléctrica, la solicitud de par motor realizado por
el conductor.
37
El medidor de masa de aire entrega información a la UCE sobre la masa de aire
actual, con el fin de adaptar la combustión conforme a las prescripciones sobre
emisiones de humos. En motores equipados con turbocompresor el sensor de
presión de turbo mide la presión en el colector de admisión. En base a los valores
del sensor de temperatura del líquido refrigerante y de temperatura de aire, a
temperaturas bajas y motor frio, la UCE puede adaptar a las condiciones de
servicio los valores teóricos sobre el comienzo de inyección, inyección previa y
otros parámetros.
Funciones básicas: Las funciones básicas de un sistema "Common Rail" controlan la inyección del
combustible en el momento preciso y con el caudal y presión adecuados al
funcionamiento del motor.
Funciones adicionales: Estas funciones sirven para la reducción de de las emisiones de los gases de
escape y del consumo de combustible, o bien sirven para aumentar la seguridad y
el confort. Algunos ejemplos de estas funciones son: la retroalimentación de gases
de escape (sistema EGR), la regulación de la presión turbo, la regulación de la
velocidad de marcha, el inmovilizador electrónico de arranque, etc.
El sistema CANbus hace posible el intercambio de datos con otros sistemas
electrónicos del vehículo (p. ejemplo: ABS, control electrónico de cambio). Una
interfaz de diagnóstico permite al realizar la inspección del vehículo, la evaluación
de los datos del sistema almacenado en memoria.
UIS / UPS
La evolución de los motores Diésel de inyección directa ha venido de la mano del
desarrollo de sistemas de inyección cada vez más precisos y con presiones de
inyección cada vez más elevadas.
Los sistemas de inyección Unit Injector System UIS (también llamado unidad de
bomba-inyector, PDE), y Unit Pump System UPS (también llamado bomba-tuberia-
38
inyector, PLD), son hoy en día los sistemas que permiten alcanzar las mayores
presiones de inyección.
El sistema bomba-inyector (UIS Unit Inyector System) de Bosch, se incorporó en
el vehículo Volkswagen Passat a finales de 1998 con una nueva generación de
motores diesel de inyección directa, que está teniendo una gran aceptación debido
a las altas prestaciones que dan los motores alimentados con este sistema de
inyección (ejemplo los 150 CV de potencia que alcanzan motores con una
cilindrada menor de 2000 cc), así como alcanzar unos consumos bajos y una
reducción en las emisiones contaminantes. Este sistema de inyección se utiliza
tanto en motores de turismos como en vehículos comerciales.
La utilización de un sistema donde se une la generación de alta presión con la
inyección en una unidad independiente para cada cilindro, no es nueva, ya que los
americanos lo utilizaban sobre todo en vehículos industriales desde hace mucho
tiempo. El accionamiento de las unidades bomba-inyector viene dado por un árbol
de levas que se encarga además de dar el movimiento necesario para que la
bomba genere presión, sirve también para determinar el momento exacto de la
inyección en cada cilindro. El funcionamiento del sistema bomba-inyector
39
mecánico es similar a la forma de trabajar de las bombas de inyección en línea,
muy utilizadas en vehículos industriales.
Los sistemas UIS y UPS son sistemas con una unidad de inyección por cada
cilindro del motor. Esto le permite una mayor flexibilidad a la hora de adaptarse al
funcionamiento cambiante del motor, mucho mejor que los motores que están
alimentados por "bombas rotativas" o "bombas en línea".
Sus ventajas con respecto a otros dispositivos de inyección son:
Se utiliza tanto en turismos como en vehículos comerciales e industriales
ligeros de hasta 30 kW/cilindro y vehículos industriales pesados de hasta 80
kW/cilindro. También se utiliza este sistema en motores en locomotoras y
barcos, pero este no es tema de estudio en esta web.
Alta presión de inyección hasta 2050 bar.
Comienzo de inyección variable.
La posibilidad de una inyección previa.
40
La estructura básica de los sistemas UIS y UPS está formada:
Alimentación de combustible (parte de baja presión).
Alimentación de combustible (parte de alta presión).
Regulación electrónica Diesel (Electronic Diesel Control EDC) dividida en
tres bloques fundamentales sensores, unidad de control electrónica y
actuadores.
Periferia (ejemplo: turbocompresor y retroalimentación de gases de escape
EGR).
Los sistemas UIS y UPS son elementos que controlan el tiempo de inyección a
través de unas electroválvulas que tienen integradas. El momento de activación de
la electroválvula determina el comienzo la inyección así como el tiempo en que
esta activada la electroválvula determina el caudal de inyección. El momento y la
duración de la activación son determinadas por la unidad electrónica de control de
acuerdo con los campos característicos que tenga programados en su memoria. Y
teniendo en cuenta el estado de servicio actual del motor a través de los diferentes
sensores.
Como datos importantes la unidad de control tiene en cuenta:
El ángulo del cigüeñal.
El nº de revoluciones del árbol de levas.
La posición del pedal del acelerador.
La presión de sobrealimentación.
La temperatura del aire de admisión, del líquido refrigerante y del
combustible.
La velocidad de marcha.
Las funciones básicas de un sistema EDC (regulación electrónica Diesel) están
dedicadas en controlar la inyección de combustible en los cilindros del motor en el
41
momento adecuado, la cantidad exacta y con la mayor presión posible.
Asegurando con esto el buen funcionamiento del motor con máximas
prestaciones, minino consumo, menos emisiones nocivas y comportamiento
silencioso.
Como funciones adicionales de control y regulación sirven también para reducir las
emisiones de gases de escape y el consumo de combustible, o bien aumentan las
la seguridad y el confort del vehículo.
Ejemplo de funciones adicionales son:
Retroalimentación de los gases de escape (EGR).
Regulación de la presión de sobrealimentación
Desconexión del cilindro.
Regulación de la velocidad de marcha.
Inmovilizador electrónico.
Otra función adicional lo forma el sistema CANbus que hace posible el intercambio
de datos entre los distintos sistemas electrónicos del vehículo (ejemplo: ABS, el
cambio electrónico, inmovilizador, etc.). Un conector de diagnóstico (OBD) permite
realizar a la hora de inspeccionar el vehículo, la evaluación de los datos del
sistema almacenados y de la memoria de averías.
42
Portainyectores e inyectores
Los portainyectores y los inyectores
son componentes muy importantes
en el motor diésel. Estas influyen en
la combustión del combustible, por
esto en la potencia del motor, gases
de escape y el ruido ocasionado.
Para cumplir de mejor manera con
su misión deben ser adaptados de
diferentes versiones.
Los objetivos de los portainyectores
son:
Dar forma al desarrollo de
inyección (distribución exacta
de la presión y caudal por
cada grado de ángulo del
cigüeñal).
Pulverización y distribución del combustible en la cámara de combustión.
El estanqueizado del sistema de combustible con la cámara de combustión
A través de las toberas se inyecta el combustible en la cámara de combustión de
los motores diésel. Estos están montados en los portainyectores. En sistemas
Common Rail y unidad de bomba-inyector, la tobera se encuentra dentro del
inyector, por esto en esos sistemas no requiere ningún portainyector. La tobera se
abre debido a la presión del combustible, y el caudal de inyección se determina
principalmente por las aberturas de las toberas y el tiempo de la inyección.
Las toberas están adaptadas a las diferentes condiciones del motor:
Procedimiento de combustión (antecámara, cámara de turbulencias o
inyección directa)
43
Forma de la cámara de combustión
Forma y dirección del chorro de inyección
“fuerza de penetración” y pulverización del chorro de combustible
Duración de la inyección
Caudal de inyección por grado de giro del cigüeñal
PortainyectoresLos portainyectores se pueden combinar con diversas toberas. Hay dos tipos:
- Portainyectores estándar (portainyectores de un muelle).
- Portainyectores de dos muelles
La versión escalonada es sumamente idónea cuando hay poco espacio disponible.
Los portainyectores se emplean con y sin sensor de movimiento de aguja.
En los sistemas de unidad bomba-inyector (UIS) y Common Rail (CR) la tobera es
parte integrante del portainyector. Estos sistemas no necesitan portainyectores.
Los portainyectores se pueden fijar a la culata mediante bridas, garras de fijación,
tornillos de racor y con una rosca para enroscar. El empalme de presión está
ubicado de forma central o lateral.
Tipos de Inyectores
Portainyectores estándarAplicación y estructura:
Estos portainyectores presentan las siguientes características:
- Forma exterior cilíndrica con diámetros de 17, 21, y 26 mm.
-Muelle situado abajo (con lo cual, pequeña masa desplazada).
- Toberas fijadas para impedir su giro, para motores con inyección directa.
- Componentes estandarizados (muelles, perno de presión, tuerca de fijación del
inyector), que posibilitan combinaciones.
44
La combinación de portainyectores se compone de inyector y portainyector. El
portainyector consta de los siguientes componentes:
- Cuerpo soporte.
- Disco intermedio (4).
- Tuerca de fijación del inyector (6),
- Perno de presión (3).
45
- Muelle de compresión (12).
- Arandela de compensación (13).
- Pasadores de fijación (11).
El inyector (tobera) se fija con la tuerca de fijación del inyector con el centro del
cuerpo de soporte. Al atornillar el cuerpo de soporte y la tuerca de fijación del
inyector, el disco intermedio presiona contra las superficies estanqueizantes del
cuerpo de soporte y del inyector. El disco intermedio sirve como tope para la
carrera de la aguja del inyector y centra, junto con los pasadores de fijación, el
inyector respecto al cuerpo del portainyector.
El perno de presión centra el muelle de compresión, y la espiga de presión (5) de
la aguja del inyector asume la conducción del perno de presión.
En el cuerpo de soporte el taladro de entrada (2) del portainyector conduce, a
través del disco intermedio, hasta el taladro de entrada del cuerpo del inyector
(tobera) y comunica así el inyector a la tubería de presión de la bomba de
inyección. En caso necesario hay una varilla-filtro (1) integrada en el portainyector.
Esta retiene las impurezas mayores que contiene el combustible.
Funcionamiento
El muelle de compresión en el cuerpo de soporte presiona, a través del perno de
presión, sobre la aguja del inyector. La tensión previa de este muelle determina la
presión de apertura del inyector. La presión de apertura puede ajustarse mediante
una arandela de compensación (tensión previa del muelle de compresión).
El recorrido del combustible conduce a través de la varilla-filtro (1) desde el taladro
de entrada (2) en el cuerpo de soporte (16), hacia el disco intermedio (4) y, desde
allí, a través del cuerpo del inyector (10), hasta el asiento del cuerpo de la tobera
(8). En el proceso de inyección se levanta la aguja del inyector (7) debido a la
presión de inyección (aprox. 110 a 140 bar en caso de inyectores con espiga
estranguladora, y aprox. 150 a 300 bar en caso de inyectores de orificios). El
combustible es inyectado por los agujeros de inyección (9) en la cámara de
combustión. La inyección ha concluido cuando la presión de inyección ha
disminuido en tal medida que el muelle de compresión (12) presiona otra vez la
46
aguja del inyector contra su asiento. El comienzo de la inyección es controlado a
través de la presión. El caudal de inyección depende esencialmente de la duración
de inyección.
Portainyectores escalonadosAplicación y estructura:
Es especialmente
en los motores de
4 válvulas para
vehículos
industriales, donde
por razones de
espacio se impone
el montaje en
posición vertical de
la combinación de
portainyectores e
inyectores, en los
que se aplican las
combinaciones
escalonadas.
La estructura y el
funcionamiento
concuerdan con el portainyector estándar: La diferencia esencial consiste en la
modalidad de la conexión de la tubería de combustible: mientras que esta se
atornilla céntricamente en el extremo posterior del portainyector estándar, en el
portainyector escalonado, la misma se une al cuerpo de soporte mediante una
tabuladura de presión. Mediante esta disposición es posible realizar, por regla
general, unas longitudes de tubería de inyección sumamente cortas, lo que tiene
una influencia positiva sobre el nivel de presión de inyecciones sumamente cortas,
lo que tiene influencia positiva sobre el nivel de presión de inyección, debido a lo
reducido del volumen muerto.
47
Inyectores de orificiosAplicación
Los inyectores de orificios se emplean para motores que funcionan según el
proceso de inyección directa. La posición de montaje viene determinada
generalmente por el diseño del motor. Los agujeros de inyección dispuestos bajo
diferentes ángulos tienen que estar orientados de forma idónea para la cámara de
combustión. Los inyectores de orificios se dividen en:
-Inyectores de taladro
ciego.
-Inyectores de taladro en
asiento.
Además los inyectores de
orificios se distinguen por
su tamaño constructivo
entre:
- Tipo P con un diámetro
de aguja de 4 mm
(inyectores de taladro
ciego y de taladro en
asiento).
- Tipo S con un diámetro
de aguja de 5 y 6 mm
(inyectores de taladro ciego para motores grandes).
En los sistemas de inyección unidad de bomba-inyector (UIS) y Common Rail
(CR), las toberas de orificios están integradas en los inyectores. De esta forma
asumen la función del portainyectores.
Estructura:
Los agujeros de inyección se encuentran sobre la envoltura del casquete de
inyector. La cantidad de orificios y el diámetro de los mismos depende de:
48
- El caudal de inyección necesario
- La forma de la cámara de combustión.
- La turbulencia de aire (rotación) en la cámara de combustión.
Los inyectores deben de estar adaptados esmeradamente a las condiciones
presentes en el motor:
El dimensionado de los inyectores es decisivo también para:
- La dosificación de la inyección (duración y caudal de inyección por cada grado de
ángulo del cigüeñal).
- La preparación del combustible (número de chorros, forma y pulverización del
chorro de combustible).
- La distribución del combustible en la cámara de combustión.
- El estanqueizado contra la cámara de combustión.
El combustible que ocupa el volumen debajo del asiento de la aguja del inyector
se evapora después de la combustión, contribuye así de forma esencial a las
emisiones de hidrocarburos (HC) del motor. Por ello es importante mantener lo
más reducido posible este volumen (volumen residual o contaminantes). Esto se
consigue de la mejor manera con inyectores de taladro en asiento.
Inyector de taladro ciegoLos agujeros de inyección del inyector de taladro ciego están dispuestos en torno
a un taladro ciego.
Existen inyectores con taladro ciego cilíndrico y cónico en diferentes dimensiones.
49
50
El inyector con taladro ciego cilíndrico y casquete redondo: compuesto por una
parte cilíndrica y otra semiesférica, presenta una gran libertad de
dimensionamiento respecto al número de agujeros, longitud de agujero y ángulo
del cono del agujero de inyección. El casquete del inyector tiene forma
semiesférica y garantiza así, junto con la forma del taladro ciego, una longitud
uniforme de orificios.
El inyector con taladro ciego cilíndrico y casquete cónico: La forma del casquete
cónico aumenta la resistencia del casquete mediante un espesor de pared mayor
entre el radio de garganta (9) y el asiento del cuerpo del inyector (11).
El inyector con taladro ciego cónico y casquete cónico: presenta un volumen
residual menor que el inyector con taladro ciego cilíndrico. En cuanto al volumen
de taladro ciego, se encuentra entre el inyector del taladro en asiento y el inyector
de taladro ciego con taladro ciego cilíndrico. Para obtener un espesor de pared
uniforme del casquete, el casquete está ejecutado cónicamente en
correspondencia con el taladro ciego.
Inyector de taladro en asientoPara reducir al mínimo el
volumen residual, y con él
también la emisión de HC,
el comienzo del agujero de
inyección se encuentra en
el asiento del cuerpo del
inyector y queda cubierto
ampliamente por la aguja
cuando está cerrado el
inyector. No existe
ninguna comunicación
directa entre el taladro
ciego y la cámara de
combustión. El volumen
51
del taladro ciego se ha reducido considerablemente en comparación con el
inyector de taladro ciego. Los inyectores de taladro en asiento presentan, respecto
a los inyectores de taladro ciego, un límite de carga notablemente inferior.La forma
del casquete es cónica por motivos de resistencia.
Mediante unas geometrías especiales de los agujeros de inyección, una guía
doble de aguja o unas geometrías más complejas de las puntas de las agujas se
puede mejorar aún más la distribución del chorro de inyección, y de este modo la
formación de la mezcla.
En los inyectores de orificios el límite superior de la temperatura se sitúa en 300
ºC (termo resistencia del material). Para aplicaciones especialmente difíciles se
dispone de manguitos termos protectores, o para motores mayores incluso de
manguitos de inyección refrigerados.
Regulación electrónica Diésel (EDC)
La gestión electrónica de los motores Diésel así como la masiva aplicación de
motores de inyección directa en los automóviles, demando un sistema capaz de
controlar estos motores así como cumplir las exigencias de menor consumo mayor
potencia y par, así como cumplir con la normativa de emisiones contaminantes
cada vez más restrictivas. El sistema de regulación EDC debe cumplir con las
exigencias antes mencionadas y que las enumeramos seguidamente:
Altas presiones de inyección
Conformación del desarrollo de inyección
Comienzo de inyección variable
Inyección previa y, en su caso, inyección posterior.
Caudal de inyección, presión de sobrealimentación y comienzo adaptados a
todos los estados de servicio.
Caudal de arranque dependiente de la temperatura.
Regulación del régimen de ralentí independiente de la carga.
Regulación de la velocidad de marcha.
Retroalimentación regulada de gases de escape.
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Tolerancias reducidas del momento y caudal de inyección, y alta presión
durante toda la vida útil del automóvil.
A diferencia de los motores Diésel que montaban bombas convencionales de
inyección reguladas mecánicamente, en un sistema EDC, el conductor no tiene
ninguna influencia directa sobre el caudal de combustible inyectado, por ejemplo:
a través del pedal acelerador y un cable de tracción. El caudal de inyección se
determina por el contrario, a través de diversas magnitudes de influencia. Estas
son como ejemplo:
Deseo del conductor (posición del pedal del acelerador).
Estado de servicio.
Temperatura del motor.
Efectos sobre las emisiones contaminantes, etc.
El caudal de inyección es calculador en la unidad de control ECU a partir de estas
magnitudes. También puede variarse el momento de inyección. Esto requiere un
extenso concepto de seguridad que reconoce las desviaciones (averías) que se
producen y que aplica las correspondientes medidas conforme a sus
efectos conforme a la gravedad de una avería (ejemplo: limitación del par motor o
marcha de emergencia en el margen del régimen de ralentí).El sistema EDC
contiene por ello varios circuitos reguladores.
La regulación electrónica Diésel permite también un intercambio de datos con
otros sistemas electrónicos como por ejemplo: el control de tracción (ASR), control
electrónico de cambio (EGS) o el control de estabilidad (ESP). Con ello se puede
integrar el control del motor en el sistema total del vehículo (como ejemplo:
reducción del par motor al accionarse el cambio automático, adaptación del par
motor a la falta de tracción de las ruedas, activación de la inyección por el
inmovilizador, etc.).
El sistema EDC está completamente integrado en el sistema de diagnóstico del
vehículo.
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Cumple con todas las exigencias del OBD (On Board Diagnose) y EOBD
(European OBD).
La regulación electrónica diésel EDC (Electronic Diesel Control) se divide en tres bloques de sistema:
Sensores y transmisores de valor teórico para registrar las condiciones de servicio
(como ejemplo: número de revoluciones del motor) y valores teóricos (como
ejemplo: posición del pedal del acelerador). Estos elementos transforman diversas
magnitudes físicas en señales eléctricas.
La unidad de control para procesar las informaciones de los sensores y
transmisores conforme a determinados procesos de cálculo matemáticos
(algoritmos de cálculo), para formación de señales eléctricas de salida que activan
elementos actuadores mediante señales de salida electrices. La unidad de control
además es la unidad de intermediación con los demás sistemas de control (como
ejemplo: inmovilizador, ABS, etc.) y del sistema de diagnosis del vehículo.
Elementos actuadores para transformar las señales eléctricas de la salida de la
unidad de control ECU, en magnitudes mecánicas. (Cómo ejemplo: la
electroválvula de la unidad bomba-inyector, el sistema EGR, la electroválvula de
control de la presión del turbo).
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Conclusión
En este trabajo de investigación, logramos concluir lo siguiente:
Dentro de los distintos sistemas de inyección, se observa que dependiendo
la potencia y trabajo (turismo, carga, industrial etc.) a realizar hay distintas
especificaciones y bombas de inyección.
En los sistemas de inyección existen distintas formas de ingresar el
combustible a las cámaras de combustión (inyección), pero hay algo que
todas comparten y que es un principio fundamental, que es el sistema de
alta y baja presión del combustible, desde el estanque de combustible a él
inyector mismo.
Uno de las principales piezas para un óptimo funcionamiento, un alto
desempeño, una buena inyección, y un buen desempeño sin duda son los
inyectores, un desgaste en esta pieza o un mal funcionamiento nos conlleva
distintos problemas (mayor consumo, emisiones de gases, perdida de
potencia. etc.) y a generar indirectamente otras dificultades.
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