MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

TERMINO II - 2014-2015

INYECCION

• SISTEMA DE INYECCION

• CLASES DE INYECCION

• INYECCION SÓLIDA

SISTEMA DE INYECCION

• Funciones :

1. Medir la cantidad correcta de combustible inyectado

2. Inyectar en el tiempo correcto

3. Controlar la razón de inyección

4. Atomizar el combustible en partículas finas de acuerdo al tipo de cámara de combustión.

5. Distribuir el combustible en la cámara de combustión

Requisitos adicionales

El sistema de inyección, en especial la bomba de alta presión debe ser tal que:

1)Mantenga su calibración

2)Que no se falle la calibración por la vibración del motor

3)Económico para la potencia deseada

4)Liviano y no muy voluminoso

5)Operación silenciosa

(1) Medir la cantidad correcta de combustible

Para una calibración de la cremallera debe ingresar igual cantidad de combustible a cada cilindro en cada evento de potencia, el motor opere a velocidad y potencia uniforme

• El volumen de combustible inyectado es muy pequeño comparado con el volumen de desplazamiento del cilindro.

• Con el motor a plena carga el volumen de fuel es 1/20,000 del desplazamiento del cilindro.

• Con el motor en vacío es 1/5 del volumen a plena carga (1/100,000).

(2) Inyectar en el tiempo correcto. (Timing).

Si se inyecta en el momento correcto• a) esencial para obtener máxima potencia• b) asegurar economía de combustible• c) buena combustión.

Si se inyecta muy temprano• a) encendido se retarda porque la temperatura del aire

dentro de la cc, a este punto, no es suficientemente alta.

Si se inyecta muy tarde.• a) operación es ruidosa y áspera.• b) se pierde combustible por cuanto se humedece la corona del

pistón y las paredes del cilindro• c) pobre economía de combustible • d) temperatura gases de descarga muy altos• e) humo en la descarga

(3) Controlar la razón de inyección.

• Es tan importante como el tiempo de encendido

• Si el tiempo de la inyección es correcto y la razón es muy alta el resultado será similar a una inyección muy temprana.

• Si la razón es muy baja el resultado será similar a una inyección muy tardía.

• La razón de elevación de presión se controla por la razón de inyección

(4) Debe ser atomizado apropiadamente:

• De acuerdo al tipo de cámara de combustión: Unos requieren atomización muy fina otros atomización gruesa.

• Facilita el proceso de encendido y asegura que cada partícula de combustible sea encerrada por el oxigeno que debe combinar para combustionar

(5) Distribución

• Que el combustible penetre a todas partes en la carrera de compresión donde hay oxigeno disponible para la combustión.

• Si el combustible no es distribuido adecuadamente, parte del oxígeno disponible no será utilizado y la potencia del motor será menor.

SISTEMA DE INYECCION

Categorías:

• Inyección con aire

• Inyección sólida (o mecánica)

Inyección con Aire

• Fue usado en los primeros motores a diesel.

• El combustible se introduce al cilindro por medio de aire comprimido, esto significa que la energía potencial del aire comprimido es convertida en energía cinética.

• El sistema consiste de cuatro elementos principales:

1. La bomba, para medir la cantidad de combustible2. El compresor, para alimentar de aire de inyección al sistema3. La válvula atomizadora4. La leva de combustible y el mecanismo de actuación

• El sistema es poco usado, requiere de compresor de estados múltiples.

• Incrementa el peso del motor y reduce la potencia al freno.

• Una ventaja del sistema es la buena calidad de mezcla del aire con el combustible que resulta en mejor presión media efectiva.

• Habilidad de usar combustibles de alta viscosidad

Inyección sólida

Consiste de:

a) Bomba de alta presión (desplazamiento positivo)

b) Inyector que permite que el combustible ingrese al

cilindro.

• Dependiendo de la ubicación de la bomba e inyector; de la agrupación y método de actuación de la bomba; y del método de medir el combustible, se clasifican en:

1. Conducto Común o de presión constante (Riel común-CRDi)

2. Inyector unitario

3. Bomba individual y tobera

SISTEMA DE INYECCION

• De acuerdo como comienza y como termina la inyección

• Comienzo variable - termina constante.• Comienzo constante - termina variable (*)• Comienzo variable - termina variable• Comienzo constante - termina constante

(*) Permite variaciones de carga y tiempo• Grupo generador constante - variable

Atomización • El combustible líquido, a alta presión, pasa por uno o

varios orificios de la tobera a la cámara de combustión que está a una presión menor.

• El flujo de combustible desarrolla una gran velocidad lo que crea fricción entre el combustible y el aire en la cámara de combustión.

• Debido a la fricción el combustible se descompone en partículas finas.

Distribución

• Se obtiene por penetración y turbulencia del aire.

• La penetración es la distancia que llegan las

partículas de combustible.

• La turbulencia es independiente del sistema de inyección y depende de la configuración de la cámara de combustión.

Conducto Común CRDi • Bomba de alta presión, carrera y caudal constante. • Deposito (conducto) común.

• Válvula de alivio (resorte) mantiene la presión constante en el conducto.

• La tobera de inyección es operada mecánicamente, permite que el combustible ingrese al cilindro.

• La cantidad de combustible entregado se regula variando la posición de la cuña.

CONDUCTO COMUN

CUANDO LA CUÑA SE EMPUJA A LA DERECHA:

• El claro disminuye

• El movimiento del seguidor se transmitirá mas temprano a la barra de empuje.

• La válvula aguja abre mas temprano y cierra mas tarde

• La altura de alzada será ligeramente mayor

• Se inyecta mas combustible por ciclo

Ver fig. siguiente

CONDUCTO COMUN

CUANDO LA CUÑA SE EMPUJA A LA IZQUIERDA:

• El claro aumenta

• La válvula aguja abre mas tarde y cierra mas temprano.

• Se introduce menos combustible por ciclo

CONDUCTO COMUN

• La posición de la cuña se cambia por la acción de un regulador de velocidad (governor), o manualmente.

• La presión de inyección se ajusta cambiando la presión del resorte (3200 – 5000 psi).

• El acumulador reduce las presiones de fluctuación e incrementa el volumen de combustible en el sistema.

INYECTOR UNITARIO

• Es aquel en que la bomba y la tobera se combinan en un solo cuerpo.

• Cada cilindro tiene su inyector unitario.

• El combustible llega al inyector por la acción de una bomba de baja presión.

• A su debido tiempo un balancín actuara en el embolo (plunger) y así inyecta el combustible en el cilindro.

INYECTOR UNITARIO

• La cantidad de combustible se regula por medio de la cremallera la cual hace variar la carrera del embolo.

• En el inyector unitario el combustible ingresa por el elemento de filtro, pasa por unos pasajes a la cámara de alimentación (área entre el bocín del embolo y el deflector de exceso (conducto de retorno) bajo el embolo dentro del bocín.

• El embolo opera alternativamente en el bocín, el cual tiene dos lumbreras para el abastecimiento de combustible.

INYECTOR UNITARIO• Además de su movimiento alternativo, el embolo

puede ser rotado durante su operación con respecto a su eje por medio del piñón que se acopla a la cremallera (aceleración o desaceleración).

• Para medir el combustible se han maquinado una helicoidal superior e inferior en la parte interior del embolo. La relación de las dos lumbreras con la helicoidal cambia con la rotación del embolo.

• Los inyectores unitarios se clasifican además de acuerdo al diseño de la válvula de inyección en: válvula alta, válvula esférica, válvula aguja.

BOMBA INDIVIDUAL Y TOBERA

• En este sistema, cada cilindro tiene una bomba y un inyector.

• Cada bomba puede estar cerca al cilindro que alimenta o pueden estar formando un bloque.

• El embolo de alta presión es actuado por una leva y produce la presión necesaria para levantar la válvula aguja del inyector en el momento correcto.

• La cantidad de combustible inyectado depende de la carrera efectiva del embolo.

• Las presiones que se usan para operar los inyectores están entre los 2000 y 20.000 psi, pero lo normal esta entre 2000 a 4000 psi.

TOBERA DEL INYECTOR

• La atomización, la distribución del combustible y el mezclado con el aire debe ser realizado dentro de la cámara de combustión.

• Este proceso afecta tanto a la potencia de salida como a la economía del combustible, por lo tanto debe ser efectuada de la forma más eficiente posible.

• El combustible líquido del sistema de inyección pasa a la cámara de combustión a través de la tobera del inyector.

TOBERA DEL INYECTOR

La tobera debe ser diseñada de forma tal que, en conjunto con la presión de inyección, esta puedaefectuar las siguientes funciones:

a) Atomizar el combustible.b) Distribuir el combustible a las áreas requeridas de la

cámara de combustión.c) Evitar que el combustible choque directamente con las paredes de la cámara de combustión o la corona

del émbolo.d) En la cámara de combustión del tipo no turbulenta, “mezclar” el combustible con el aire.

TOBERA DEL INYECTOR

• El diseño debe ser tal que, el liquido forzado por la tobera se rompa en gotas finas, o atomizada.

• Esta es la primera fase en obtener la mezcla apropiada del combustible y aire en la cámara de combustión.

• El combustible debe ser distribuido o dispersado en las áreas deseadas de la cámara de combustión.

• En esta fase, la presión de inyección, la densidad del aire en el cilindro, las cualidades físicas del combustible usado, y el diseño de la tobera, son los factores importantes.

TOBERA DEL INYECTOR• Alta presión de inyección resulta en una excelente

dispersión así como en gran penetración a las áreas deseadas de la cámara de combustión.

• También produce unas gotas muy finas (niebla) que ayudan a la mezcla con el aire.

• Cuanto mayor es la densidad del aire comprimido en la cámara de combustión, mayor la resistencia al viaje de las gotas de combustible por la cámara, esto resulta en mejor dispersión del combustible.

• Las cualidades físicas del combustible tales como: viscosidad, tensión superficial, etc., forman parte de la habilidad de dispersión del combustible.

TOBERA DEL INYECTOR

• La tobera debe atomizar el combustible en la cámara de tal manera que la cantidad de combustible que llegue a las paredes del cilindro sea mínima.

• Cualquier combustible que llegue a las paredes tiende a descomponerse, produciendo depósitos de carbón, mal olor, humo en la descarga, y un incremento en el consumo de combustible.

• El diseño de la tobera esta relacionada con el tipo de cámara de combustión usada.

TOBERA DEL INYECTOR

• La cámara de combustión del tipo turbulenta depende de la turbulencia de la cámara para mezclar el combustible con el aire.

• En la cámara de combustión del tipo no turbulenta, la mezcla depende completamente tanto del diseño de la tobera como de la presión de inyección, que permita la mezcla deseada, lo que significa que en este tipo de cámara la tobera hace el trabajo de mezclar el combustible con el aire.

TOBERA DEL INYECTOR• Tipos de toberas:

ORIFICIO SIMPLE, ORIFICIO MÚLTIPLE, Y MACHO (PINTLE).

• La tobera de orificio simple tiene un solo agujero al extremo de la tobera, por donde pasa el combustible a la cámara.

• La tobera de orificios múltiples tiene varios pasajes.

• La tobera tipo Macho consiste de un embolo pequeño ubicado en el pasaje de combustible, el movimiento de este embolo controla el flujo de combustible a la cámara.

TOBERA DEL INYECTOR

•Las toberas de orificio simple y múltiple son usadas con las cámaras de combustión del tipo no turbulento.•Los orificios de estas toberas son muy pequeños susceptibles a taponarse por medio de las partículas de carbón, que por un lado puede interferir con el buen funcionamiento del chorro de la tobera o puede taponar completamente el flujo a través de los orificios. Este tipo de tobera requiere de un mayor cuidado de mantenimiento y altos costos operativos.

•La tobera tipo Macho se usa en cámara del tipo turbulento, que utilizan presiones de inyección bajas. •Debido al trabajo del macho estas toberas son menos susceptibles de taponarse por lo que el mantenimiento es menos caro.