sesión 07 técnico mecánico utfsm mantenimiento de motores
TRANSCRIPT
Sesión 07Mantenimiento de MotoresHugo González CifuentesTécnico Mecánico UTFSM
Unidad 5.2:
Combustión en los Motores : el sistema de alimentación de combustible
Contenidos:
El combustible usado en vehículos
Combustión MECH
Combustión MEC
Sistemas de combustible MECH
Sistemas de combustible MEC
Mantenimiento y Diagnóstico
Como ya comprendemos, el combustible constituye el aporte energético latente que entregamos al motor de combustión interna para que desarrolle su trabajo.
A nivel automotriz se utilizan gasóleos (diesel), gasolina, gas natural comprimido (GNC) y gas licuado de petróleo (GLP); nos concentramos en los sistemas de gasolina para motores Otto y gasóleo para motores Diesel, pues las aplicaciones GNC y GLP son adaptaciones para motores Otto originalmente de gasolina.
Los combustibles poseen algunas características que les hacen adecuados para la aplicación MECH y MEC, y que debemos comprender.
El combustible
El combustible
Estado Físico
La gasolina es un líquido fluido verde (hoy). El vapor se mezcla fácilmente con el aire y puede generar mezclas explosivas.
El gasóleo, gasoil, petróleo Diesel o sencillamente Diesel, es un líquido ligeramente viscoso marrón, de olor característico.
El combustible
Punto de ebullición
Cuando el agua comienza a hervir a los 100°C ha llegado a su punto de ebullición, y cambia del estado líquido al gaseoso, a presión atmosférica.
En el caso del Diesel, se evapora entre 282 - 338°C.
La gasolina en tanto se evapora desde los 20 hasta los 200°C; tal característica la clasifica como altamente volátil, es decir, a temperatura ambiente puede liberar constantemente vapores, en este caso altamente explosivos. Sin embargo, esta cualidad es fundamental para el desarrollo del ciclo Otto en motores encendidos por chispa.
Punto de inflamación
El punto de inflamación es la temperatura desde la que el combustible, en condiciones adecuadas de presión, se vaporiza lo suficiente para encenderse ante la presencia de una llama, y se mantiene encendida al retirar la fuente del calor.
El Diesel tiene su punto de inflamación desde los 52°C por lo que se clasifica como líquido combustible.
El punto de inflamación de la gasolina es de -21°C, por lo que su clasificación es de líquido explosivo.
El combustible
El combustible
Temperatura de autoencendido
A presión atmosférica, la temperatura de autoencendido es el punto en el cual el combustible comienza el proceso de combustión sin la necesidad de contacto con una fuente de calor adicional.
En la gasolina está aproximadamente en 250°C; a esta temperatura ya está completamente vaporizada.
El Diésel se autoenciende entre los 254-285°C, vale decir, se autoenciende en estado líquido (punto ebullición 282-338°C)
Resistencia o Facilidad de autoencendido
Para el uso en MCI, se considera la resistencia al autoencendido en la carrera de compresión de la gasolina, y se indica con un número de octano (u octanaje) que señala una mayor resistencia a medida que aumenta su valor (93>95>97)
En el Diésel en tanto se mide la facilidad de autoencendido durante la inyección, y es señalado mediante un número de cetano (cetanaje); a nivel comercial se trabajan índices de 45 a 47 cetanos.
El combustible
Combustión MECH
Admisión y Compresión
La mezcla de aire y combustible se prepara en el sistema de admisión, ingresando a través de la válvula de admisión al cilindro y aprovechando la turbulencia de los gases, se distribuye homogéneamente.
Durante la compresión, los gases son comprimidos a presiones de hasta 15 bar, elevando la temperatura de los gases; este proceso ayuda a la vaporización del combustible aún líquido, pero no llega a su punto de autoignición.
Combustión MECH
Combustión
El proceso comienza algunos grados antes del PMS, cuando salta una chispa eléctrica entre los electrodos de una bujía de encendido, que aporta el calor inicial a la mezcla explosiva.
Desde aquí (bujía) se inicia el proceso de combustión que se desarrolla en la cámara a través de un frente de llama, que avanza a medida que se desarrolla la combustión.
https://youtu.be/jdW1t8r8qYc
Sistema de combustible MECH
Estructura
Para mantener un suministro contínuo de gasolina se dispone de un sistema de almacenamiento, bombeo y limpieza del combustible en el vehículo; también se dispone de un sistema de recuperación de los vapores que libera la gasolina.
A través de los años la estructura no ha cambiado significativamente, incorporando: estanque de combustible, bomba de combustible, filtro de combustible, líneas (cañerías) de alimentación y retorno, línea de vapores y canister, y el dispositivo de dosificación del combustible correspondiente (carburador, inyección monopunto o multipunto)
Sistema de combustible MECH
Estanque de combustible
El combustible debe ser transportado junto al vehículo para que pueda llegar de manera continua al motor. Para ello se dispone de un estanque de combustible, que además incorpora el sistema de llenado de gasolina, el medidor de nivel y las conexiones para la salida y el retorno de combustible, así como para la línea de vapores; en ocasiones incorporan también el filtro y la bomba de combustible.
Están construidos de metal o plástico resistente, y son diseñado con divisiones internas (rompeolas) para reducir el movimiento del combustible. Son ubicados de manera protegida y alejados del calor del motor.
Bomba de combustible
El combustible debe ser trasvasado desde el estanque hacia el sistema de dosificación; para tal efecto se dispone de una bomba de combustible que mantiene una presión estable de alimentación.
En vehículos carburados, las bombas mecánicas trabajan entre 6-8 psi (0,5 bar). Actualmente, los sistemas de inyección están provistos de bombas eléctricas que mantiene la presión del combustible entre 30-55 psi (2-3,5 bar); esta alta presión es necesaria para la posterior pulverización adecuada del combustible.
Sistema de combustible MECH
Sistema de combustible MECH
Filtro de combustible
Para lograr un pulverizado correcto, los sistemas de dosificación disponen agujeros muy pequeños por donde se atomiza el combustible; por lo tanto, cualquier contaminación puede resultar letal.
Se utiliza un filtro de partículas en el combustible, ubicándolo después de la bomba en la línea de alimentación. De esta manera, el filtro contiene la mayor parte de la contaminación que pueda traer el combustible.
Deben ser reemplazados de manera preventiva, y sus períodos varían entre los 40.000 y 120.000 km.
Líneas de combustible y vapores
Para hacer llegar el combustible hasta el dispositivo dosificador, se disponen cañerías metálicas (o de plástico resistente) que recorren el vehículo desde la ubicación del estanque. Se reconocen tres conductos: el primero lleva el combustible hacia el motor, el segundo es un conducto que permite el retorno del exceso de combustible al estanque. La tercera línea es para dirigir los vapores del combustible hacia el canister, para hacer su recuperación.
Especial cuidado ha de tenerse con las conexiones en los extremos y su manipulación, pues son excelentes en maniobrabilidad pero muy delicadas.
Sistema de combustible MECH
Sistema de combustible MECH
Sistema EVAP
El combustible evaporado en el estanque sale por su parte superior y es dirigido al canister de gases.
Este dispositivo acumula los vapores del combustible en su interior, que tiene carbón activado (poroso, gran capacidad de absorción) donde son controlados y liberados hacia el múltiple de admisión en las condiciones apropiadas de funcionamiento del motor.
Así se evita la contaminación al ambiente y se aprovecha el poder de este combustible en la cámara de combustión.
Sistema de combustible MECH
Dosificación del combustible
El motor encendido por chispa necesita que el aire de admisión sea “carburado”, se le adicione la cantidad adecuada de combustible para que la RAC esté cerca de su valor estequiométrico 14,7:1.
Tal misión se ha desarrollado con distintos mecanismos a través del tiempo; durante el siglo XX predominó el uso del carburador y hacia fin de siglo, debido al fuerte impacto en la contaminación de los motores en general, se implementaron diversos tipos de inyección de combustible (K-Jetronic, Monotronic, L-Jetronic) hasta llegar al uso estándar del sistema MOTRONIC (MPFI) durante el siglo XXI.
Sistema de combustible MECH
Sistema de Inyección Multipunto (MPFI)
Un sistema de inyección de combustible está configurado para entregar un chorro de gasolina pulverizada al aire que va en camino al cilindro, en el múltiple de admisión, usando un inyector.
El inyector es una válvula electromagnética, controlada electrónicamente, que recibe el combustible a una presión estabilizada por un regulador, y controla el paso del combustible a través de su boquilla, donde debe pasar por pequeños agujeros para pulverizar el líquido y que esta “neblina” se mezcle de la mejor forma posible en la cámara de combustión.
Sistema de combustible MECH
Motronic
Esta denominación designa el sistema electrónico de control utilizado para MECH más implementado.
Mide la cantidad de aire que ingresa al motor, y calcula en función del giro del cigüeñal y de la aceleración requerida la cantidad precisa de combustible a inyectar para cada cilindro.
Controla también el punto de encendido y recibe retroalimentación mediante una sonda de oxígeno en el escape.
Combustión MEC
Admisión y Compresión
El aire ingresa al motor a través de la válvula de admisión, para luego ser altamente presionado en la carrera de compresión.
Esta elevada compresión permite que la temperatura del aire se eleve sobre el punto de autoencendido del gasoil (sobre 300°C), de manera que cuando el pistón está algunos grados antes del PMS se inyecte una cantidad determinada de combustible.
Para mejorar las condiciones de arranque en frío de estos motores, se incorpora una bujía incandescente que eleva la temperatura inicial del cilindro.
Combustión MEC
Combustión
En los motores de compresión se requiere una mezcla heterogénea de aire y combustible, de manera que se vayan quemando las partículas de gasoil pulverizadas al momento de entrar en contacto con el aire caliente, y éste encendido ayude a quemar el resto del combustible a inyectar.
En el ciclo de inyección se debe adelantar el inicio, producto de un retraso que existe entre este punto y el inicio de la combustión.
https://youtu.be/ivl2Qw6MAac
Sistema de combustible MEC
Estructura
En MEC se requiere que el combustible sea ingresado en la cámara de combustión en el momento final de la carrera de compresión, cuando la presión del aire es muy alta.
Además, se debe pulverizar muy finamente el combustible, para que estas pequeñas gotas se autoenciendan cuando entran en contacto con el aire caliente y permitan la reacción completa del petróleo con el aire.
Para ello dispone de un almacenamiento, un sistema de alimentación y filtrado de baja presión, un sistema de inyección de alta presión y sus líneas de alimentación y retornos.
Sistema de combustible MECH
Componentes
El sistema de alimentación moderno para motores diésel incluye el depósito para almacenaje y traslado, un sistema de bombeo de trasvase de baja presión, un fino sistema de filtrado y cebado de líneas de alimentación, estableciendo la sección de baja presión; luego, una bomba de alta presión que entrega el combustible comprimido a un riel común (common rail), que distribuye a inyectores de mando mecánico con control electrónico.
El combustible sobrante es devuelto al estanque mediante líneas de retorno desde diversos componentes del sistema.
Sistema de combustible MEC
Componentes
Los sistemas diesel modernos cuentan con estanques de combustibles y sistema de bombeo primarios similares a los motores de gasolina.
Los estanques cuentan con líneas de alimentación y retorno, además del tubo de carga, pero carece de una línea para vapores.
La bomba en tanto puede ir sumergida e incorporar sistemas de medición del nivel de combustible y de temperatura del mismo. También se dispone un filtro de partículas mayores en la entrada de la bomba.
Sistema de combustible MEC
Filtro de combustible
Los sistemas de inyección diesel utilizan el combustible como lubricante de sus piezas. Además, los pasajes y ductos de paso pueden ser muy pequeños, por lo que se debe eliminar cualquier impureza o suciedad que pudiera contener el combustible.
Para tal efecto se implementa uno o más filtros de papel, de paso calibrado en cerca de 2 micrómetros [𝝁m] (1 cm = 10.000 𝝁m), asegurando que contengan la suciedad.
También se diseña para lograr separar el agua que pudiese venir junto al combustible, aprovechando la diferencia entre las densidades de ambos líquidos.
Sistema de combustible MEC
Bomba de alta presión
Para un correcto desempeño del sistema, el combustible debe ser comprimido hasta rangos de 2.000 bar. Para lograra tal condición, se implementa una bomba de dos etapas, que por un lado trasvase el combustible a baja presión desde el filtro hacia la bomba de alta presión.
Para controlar el funcionamiento de la bomba, se dispone una válvula de control de caudal, que mantiene una cantidad estable de combustible en la bomba, de acuerdo a la carga del vehículo; es de accionamiento mecánico y controlada electrónicamente.
Sistema de combustible MEC
Riel común
El combustible con alta presión es acumulado en el riel de alimentación de los inyectores; dispone de una o más entradas de combustible, y tantas salidas como inyectores disponga el motor. En cada salida se implementa una válvula limitadora de flujo, en caso de que un inyector se quedase abierto.
Cuenta con un dispositivo electrónico de medición de presión en el riel, y otro de limitación de la presión máxima que retorna el exceso de combustible al tanque.
Sistema de combustible MEC
Inyectores
El riel de combustible alimenta continuamente a cada uno de los inyectores a una presión alrededor de 2.000 bar. Esta presión está presente el los extremos de la aguja del inyector.
Mediante un solenoide, se controla la presión de la cámara superior de la aguja; al accionarse el solenoide, se libera la presión en la parte superior, de manera que la mayor presión en la sección inferior de la aguja logrará levantarla y permitir el paso del combustible a través de la tobera atomizadora.
Al desenergizar el solenoide, se igualan presiones y el resorte de la aguja cierra la tobera, terminando la inyección.
Con esta sesión debemos lograr
Resumen● Reconocer los combustibles que son
utilizados en el rubro automotriz para los motores de combustión interna y sus características.
● Comprender los procesos de combustión en motores encendidos por chispa y motores encendidos por compresión.
● Identificar los sistemas de alimentación MECH y MEC, sus componentes y características.
● Comprender los procesos de mantenimiento preventivo relevantes y los síntomas de fallas en los sistemas de alimentación de combustible MECH y MEC.
Para reforzar los contenidos y completar los aprendizajes, desarrolla las siguientes actividades
Material de Apoyo- Desarrolle de manera grupal la guía de
trabajo 07; deberán revisar el video de “Inyección Diesel Toyota” disponible en Youtube (https://youtu.be/ivl2Qw6MAac) y contestar las preguntas relacionadas.La segunda parte corresponde a la búsqueda de información y análisis de los datos; buscarán un proceso de medición de presión de GASOLINA, y contestar las preguntas relacionadas
La actividad debe completarse antes del Miércoles 30 de Septiembre
