sistemas de inyeccion diesel...
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MAQUINAS TERMICAS
SISTEMAS DE INYECCION DIESEL
INTRODUCCION
En el ciclo Diesel, el combustible se auto enciende, al ser inyectado en
la cámara de combustión al encontrar en esta una atmosfera a elevada
temperatura y presión.
Como el combustible es inyectado en el final de la carrera de
compresión, la bomba inyectora deberá no solo vencer la alta presión que
existe en ese momento en el cilindro, sino que además deberá realizarlo a una
presión tal que produzca una fina atomización o pulverización del mismo,
tendiente a optimizar la combustión, generando gotitas del menor diámetro
posible, con lo cual se aumenta la superficie de contacto combustible
comburente, mejorando su evaporación y posterior combustión.
Para generar estas presiones se utilizan los siguientes sistemas:
Sistema INYECTOR BOMBA.
Sistema de BOMBA LINEAL.
Sistema de BOMBA ROTATIVA.
Sistema COMMON RAIL.
SISTEMA INYECTOR BOMBA
Este sistema consiste en que la bomba y el inyector están integrados en
un solo bloque, siendo comandados por el árbol de levas del motor,
generalmente a través de una varilla.
Habrá una unidad inyector bomba por cada cilindro del motor,
montada directamente en la culata.
Generalmente es utilizado en grandes motores Diesel, por ejemplo de
buques, donde por su tamaño, los conductos que unirían las salidas de una
bomba inyectora lineal o rotativa con el inyector de cada cilindro sería de gran
longitud.
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Dada esta longitud, y a las presiones utilizadas, el combustible dentro
de cada cañería se podría llegar a comprimir algo, además los conductos
sufrirían una dilatación en su diámetro, con lo cual aumentaría el volumen
total de combustible en la cañería en cada ciclo de inyección.
Esto generaría un retraso en la inyección, y que esta sea despareja.
Este problema es solucionado con el sistema inyector bomba, ya que la
compresión e inyección del fluido combustible se realiza en el mismo
elemento.
A cada inyector bomba se le debe suministrar un caudal adecuado de
combustible, lo cual se genera por una bomba de baja presión.
A continuación se adjunta una fotografía de un inyector bomba de
accionamiento y regulación mecánica.
Sobre el resorte de la izquierda actuará la leva de accionamiento. En su
extremo derecho se puede observar el inyector en sí.
La regulación se realiza por medio de la palanca que se introduce en su
cuerpo central, la cual contiene una cremallera que hace rotar un piston
dentro del cilindro de compresión.
El sistema de regulación utilizado es el denominado “de rampa
sesgada”, el cual es compartido por el sistema de bomba lineal, por lo cual se
explicará su funcionamiento al estudiar esta última.
El sistema INYECTOR BOMBA, se ha empezado a utilizar en
automóviles de turismo. En estos casos la regulación es de tipo electrónica,
comandada por la unidad de control que opera una electroválvula.
A continuación se adjunta un esquema del último sistema mencionado.
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Referencias gráfico Inyector – Bomba
1.- Perno esférico 2.- Muelle de reposición 3.- Émbolo de bomba 4.- Cuerpo de bomba 5.- Conector 6.- Núcleo magnético 7.- Muelle de compensación 8.- Aguja de electro válvula 9.- Inducido 10.- Bobina de electroimán 11.- Retorno de combustible (parte de baja presión) 12.- Junta 13.- Taladros de entrada (aprox. 350 agujeros taladrados con láser como filtro) 14.- Tope hidráulico (unidad de amortiguación) 15.- Asiento de aguja 16.- Arandela estanqueizada 17.- Cámara de combustión del motor 18.- Aguja del inyector 19.- Tuerca de fijación 20.- Inyector integrado 21.- Culata del motor 22.- Muelle de compresión (muelle de inyector) 23.- Embolo acumulador (émbolo alternativo) 24.- Cámara acumuladora 25.- Cámara de alta presión (recinto del elemento) 26.- Muelle de electroválvula 27.- Árbol de levas de accionamiento 28.- Balancín de rodillo
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El gráfico que se adjunta a continuación corresponde al inyector bomba
de un automóvil de turismo, con árbol de levas a la cabeza, accionado por un
balancín. La gestión de este sistema es electrónico, accionado por medio de
una electro válvula.
El funcionamiento del inyector bomba de gestión electrónica es el
siguiente.
Cuando la leva comienza a desplazar el pistón, como la electro válvula
se encuentra abierta, el volumen desplazado por el pistón es impulsado hacia
la zona de alimentación que posee menor presión que la ejercida por el resorte
que mantiene cerrada la aguja del inyector.
Del caño de alimentación de baja presión, el combustible es enviado a
través del retorno al tanque de combustible.
Cuando la unidad de control del sistema (computadora), da la orden,
en función de los valores que le entregan los distintos sensores y su
programa, el solenoide de la electroválvula se activa y ésta se cierra.
La presión entonces sube fuertemente dentro del cilindro, y el
combustible es enviado al inyector, donde vence el resorte que mantiene
cerrada la aguja, comenzando entonces la inyección.
De igual manera cuando la unidad de control decide que debe cesar la
inyección, desenergiza el solenoide de la electroválvula, abriéndose y enviando
el resto del combustible que es barrido por el pistón en el cilindro a la zona de
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baja presión, bajando bruscamente la presión en el cilindro y terminando la
inyección.
O sea que la unidad de control, a través de la electro válvula, controla
el momento de inicio, tiempo, y final de la inyección, variando estos
parámetros en función de la información que le aportan los distintos sensores
del sistema.
SISTEMA BOMBA LINEAL
Esta bomba es de pistón alternativo, siendo cada uno de ellos una
bomba en si. Cada uno de estos atenderá un cilindro del motor, por lo que la
bomba inyectora tendrá tantos cilindros, como cilindros posea el motor.
La disposición de este tipo de bomba en un motor de seis cilindros, se
da a continuación en la figura 1.
Figura 1
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En la figura anterior se puede apreciar la bomba en sí, los inyectores,
los filtros de gas oil y las resistencias de arranque, por lo que se deduce que el
motor posee inyección de tipo indirecta o con precámara.
Es importante destacar que las cañerías entre la bomba y cada uno de
los cilindros deben tener todas la misma longitud, ya que a la presión que se
trabaja, el material con que están construidos, a pesar de su rigidez se
deforma aumentando su diámetro, hecho que se puede corroborar al tocarlos
con la mano ya que siente la pulsación.
Al aumentar su diámetro en cada ciclo de inyección, aumenta el
volumen total del fluido en su interior. Si tuvieran las cañerías distinta
longitud, el volumen en su interior variaría de una a otra, en consecuencia se
tendría una inyección despareja entre distintos cilindros.
En la figura 2 se observa un esquema del sistema. El combustible es
succionado del depósito de combustible por una bomba de baja presión que
forma parte del cuerpo de la bomba. Antes de ingresar a ésta, el combustible
debe ser filtrado para quitarle toda impureza, ya que dado el estrecho huelgo
con que trabajan los distintos elementos de la bomba, un cuerpo extraño
podría destruirla.
También se le debe quitar el agua que pudiera contener el combustible,
ya que todos los elementos de la bomba se lubrican con el mismo gas oil, el
cual posee propiedades lubricantes.
Si entrara agua dentro de la bomba, no se lubricaría adecuadamente, y
además, al estar los materiales totalmente desprotegidos contra la corrosión,
en pocas horas aparecería ésta, y trabaría los pistones de la bomba contra
sus cilindros.
La bomba también posee un bombín a pistón para purgar el sistema en
caso de apertura por reparación.
De la bomba sale una cañería de retorno de combustible al tanque de
gas oil. La necesidad de este retorno se explicara al estudiar el
funcionamiento del sistema.
En la parte derecha o anterior de la bomba se encuentra la regulación,
mientras que n la parte izquierda o posterior el avance centrífugo.
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Figura 2
Figura 3
En la figura 3 puede apreciarse un corte de la bomba, donde se destaca
la leva de accionamiento, con botadores a rodillo, los pistones dentro de sus
cilindros, y la cremallera de regulación accionada por el acelerador.
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En la parte inferior del dibujo se observa la trampa de agua encargada
de que ésta no ingrese a la bomba. Si ésta posee agua, será visualizada
rápidamente, y se procederá a limpiarla.
Funcionamiento del sistema
El funcionamiento esta referido a la figura 4 que a continuación se
inserta.
Figura 4
Posición 1: El émbolo está en el P.M.I., los orificios de alimentación están, descubiertos. El combustible entra en el cilindro y la válvula de descarga permanece cerrada.
Posición 2: El émbolo ha girado a la posición de descarga nula. Durante toda la carrera el canal vertical está enfrente de un orificio de alimentación. El combustible puede así fluir libremente a través del mismo. La válvula de descarga permanece cerrada porque no hay presión en el cilindro.
Posición 3: El émbolo está en la posición de iniciar la descarga y girado para el caudal que se desea. El plano superior del émbolo han superado los orificios de alimentación, los cuales quedan cerrados. El émbolo en su carrera ascendente ha generado una presión en el interior del cilindro que inicia la alzada de la válvula de descarga.
Posición 4: Descarga plena. Al continuar la carrera ascendente del émbolo completa la abertura de la válvula de descarga. También la parte cilíndrica de la misma ha dejado su asiento y el combustible contenido en el cilindro forma, con aquel de la tubería, una sola columna líquida que se desplaza hacia el pulverizador, del cual sale pulverizado.
Posición 5: Fin de descarga. Un trozo de la hélice de regulación (para la hélice normal) o el borde inferior del émbolo (para la hélice in-vertida) han superado y dejado descubiertos los orificios por los que el combustible puede así fluir libremente a través del canal vertical del émbolo. La presión del cilindro ha caído, terminando la inyección.
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Al igual que en el ciclo Otto donde se debe adelantar el encendido, en el
ciclo Diesel se debe adelantar la inyección, esto se realiza por medio de un
mecanismo centrifugo que consta de dos mazas que se separan de su eje en
función de la velocidad de giro. Este sistema puede observarse en las figuras 2
y 3.
Figura 2
Figura 3
La más conocida de este tipo de bomba es de la marca Bosch Alemana.
Entre los vehículos que han traído este tipo de bombas en el mercado local, se
cuentan los motores Mercedes Benz y Deutz.
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SISTEMA BOMBA ROTATIVO
Este tipo de bomba data de la década de 1940, y fue utilizada por el
camión Bedford y el motor Perkins de amplia difusión en nuestro mercado en
la década del 60 y 70.
El principio de funcionamiento de las bombas rotativas actuales no se
diferencia de aquellas que utilizaron los motores mencionados en el párrafo
anterior, con la diferencia que los elementos de control actuales, en lugar de
ser mecánicos son electrónicos.
Entre sus ventajas es que son muy compactas, no poseen órganos
alternativos y pueden funcionar a altas revoluciones, lo que las hacen ideales
para los motores Diesel ligeros, utilizados actualmente en la industria
automotriz.
Para tener una idea, un motor Diesel de un camión actual puede girar
a una velocidad máxima que va de los 1800 a 2500 RPM, mientras que el
mismo tipo de motor, pero en el caso de un automóvil de última generación,
su velocidad máxima de rotación oscilará en los 4000 a 4500 RPM.
Funcionamiento de la bomba rotativa
Al igual que otros tipo de bomba inyectoras, requieren de una bomba
de baja presión que tome el combustible del depósito y presurice todo el
sistema.
El corazón de este tipo de bomba se encuentra en dos cilindros
concéntricos, el primero (1-figura 2) se encuentra fijo, mientras el segundo (2-
figura 2), gira dentro del anterior, generalmente comandado por una correa
dentada..
El cilindro exterior posee un orificio radial hasta el centro del mismo (3-
figura 2).
El cilindro interior posee dos orificios radiales ubicados a 90º, que
pasan de lado a lado (4-figura 2). Estos orificios se encuentran en el mismo
plano, por lo que se cruzan en el eje del cilindro. Además se encuentran en el
mismo plano que el orificio del cilindro fijo (3), por lo que al girar el cilindro
interior, los orificios que este posee, se irán alineando uno a uno con el del
cilindro fijo.
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El combustible, presurizado por la bomba externa a este sistema,
ingresa al cilindro exterior (1), por el orificio radial (3-figura 2).
Cuando uno de los orificios marcados con (4) en la figura 2 se alinea
con el (3), el combustible ingresa en el número (4). El combustible no saldrá
por el otro extremo del orificio ya que encuentra la pared interior del cilindro
exterior, siendo los huelgos lo suficientemente estrechos como para impedir
cualquier fuga de combustible.
El cilindro interior posee en su eje otro orificio (5-figura 2), que conecta
uno de los extremos del cilindro con otro orificio, también radial (6-figura 2),
este último no es pasante de lado a lado, solo conecta el orificio central con la
superficie del cilindro rotante.
El combustible que llega al orificio central (5), se dirigirá hacia ambos
lados, pero como el orificio (6) se encuentra obstruido por la pared interior
del cilindro exterior (recordar que el juego entre ambos cilindros es muy
estrecho), no podrá avanzar, viéndose obligado a dirigirse hacia la parte
izquierda en el esquema.
En esta parte del sistema, la bomba posee un cilindro con dos pistones
radiales de escaso diámetro (8-figura 2).
Cuando el combustible ingresa en la cámara que se forma entre la
cabeza de ambos pistones, empujan a estos hacia los lados. Esto se puede
apreciar claramente, al igual que el camino seguido en estas instancias por el
combustible, en el dibujo superior de la figura 2 y 3.
Estos pistones y el cilindro que los contienen, giran solidarios al
cilindro interior.
Del otro lado de la cámara de compresión (9-figura 4), se encuentran
unos cilindros (10-figura 4), que ruedan sobre una leva invertida (11-figura 4).
Esta leva tendrá tantos valles y crestas como cilindros tenga el motor,
de esta manera, cuando los cilindros (10) pasan por un valle de la leva, los
cilindros (8) se desplazaran en forma radial hacia afuera empujados por el
combustible que ingresa a la cámara de compresión (9), llenándola en función
de la posición del acelerador.
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Al girar todo el dispositivo, y encontrar los rodillos (10) una cresta de la
leva, los pistones se ven obligado a desplazarse hacia el eje del cilindro (2),
comprimiendo el combustible que se ve obligado a retroceder por el orificio
central por el que ingresó.
Como los orificios (4), al haber girado el cilindro interior, están
bloqueados por la pared interior del cilindro exterior, el combustible se ve
obligado a desplazarse hacia el orificio el orificio (6), que en estos momentos
se encuentra alineado con el (7), el cual se encuentra conectado al inyector de
uno de los cilindros del motor.
Esta posición de trabajo se puede apreciar en los dibujos inferiores de
las figuras 2 y 3.
De la observación de la figura 2, se deduce que el orificio (6) se
comporta como un verdadero distribuidor al ir alineándose con los orificios
(7), conectados a los inyectores.
La salida de los orificios marcados con (7), deben estar conectados
según el orden de inyección, en este caso siendo el motor de cuatro cilindros,
deberá ser 1-3-4-2.
Respecto de la regulación de la cantidad de combustible a enviar al
inyector, esta se realiza por medio de una válvula comandada por el
acelerador y que se encuentra antes de la entrada del combustible a la
bomba por el orificio 3.
Al estar la válvula mencionada estrangulada (carga parcial), el caudal
será menor y por lo tanto la cámara de compresión (9-figura 3), no se llenará
completamente, impidiendo que los pistones (8) se desplacen hasta su
máxima carrera, así cuando los rodillos (10) pasen por una cresta de la leva
(11), primero alcanzaran la cabeza superior de los pistones (8), y recién allí
empezará el trabajo efectivo de compresión de estos.
En resumen, en cargas parciales la carrera de trabajo efectiva de los
pistones (8) será menor a plena carga.
Como puede observarse de lo analizado anteriormente y las figuras
adjuntas, el principio de funcionamiento de este tipo de bomba es muy simple
y bastante segura.
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Figura 2 Figura 3
Figura 4
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5
8
2
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SISTEMAS DE INYECCIÓN ELECTRÓNICA
EN MOTORES DIESEL
Introducción
Los motores diesel tradicionales utilizaban dos sistemas de inyección :
1) Inyección indirecta con precamara: Es la más antigua. Por poseer
mayor perdida de calor por la superficie adicional de la precamara de
combustión, son de peor rendimiento que las de inyección directa. Se
utilizaban en pequeños motores de uso en automóviles por que su
funcionamiento era más suave con menor cantidad de vibraciones, y el
consumo extra debido al mal rendimiento de la cámara de combustión
no influía mayormente ya que eran motores de baja potencia.
2) Inyección directa : Esta es más moderna, de mejor rendimiento y
menor consumo que la anterior pero su funcionamiento provocaba
mayor cantidad de vibraciones, por lo que quedaba su utilización
restringida a vehículos industriales, donde el consumo es fundamental
y el confort pasa a segundo término.
En ambos casos se busca la mayor turbulencia posible en la cámara de
combustión para que el combustible queme en la mejor forma posible. El
control del sistema era totalmente mecánico en ambos métodos.
Con el avance de la electrónica, se combino la mayor eficiencia de la
cámara de combustión de inyección directa, con los sofisticados elementos de
control que le aporta la electrónica, pudiendo así eliminar las desventajas que
este tipo de cámara poseía.
Los sistemas de inyección actuales que utilizan el tipo de cámara de
combustión directa son básicamente dos :
1) Sistema EDC (Electronic Diesel Control)
2) Sistema Common Rail
Ambos sistemas combinan alto rendimiento, bajo consumo específico y
alta cupla con gran suavidad de marcha.
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I SISTEMA EDC
Este sistema utiliza una bomba del tipo rotativa con gestión electrónica.
Es utilizada entre otros por la empresa VW.
Utiliza un conducto de admisión espiroidal para mejorar la turbulencia
del aire que ingresa en la cámara de combustión. Con el mismo propósito, la
cabeza del pistón se encuentra tallado.
El inyector que utiliza es de cinco orificios para mejorar la pulverización,
obteniendo así gotas mas finas, lo que mejora la combustión. Esto implica
tener una presión de inyección más alta.
Los inyectores son del tipo bimuelle, esto hace que cuando la presión que
genera la bomba se va incrementando, abre primero el de menor espesor,
venciendo el resorte de menor tensión, inyectando una pequeña cantidad de
gas oil, para luego, cuando la presión de la bomba es máxima, vence el
segundo muelle inyectando el resto del combustible, o sea se inyecta el
combustible dentro del cilindro en dos etapas..
Con lo anterior se logra un aumento de presión dentro de la cámara de
combustión más suave, lo que a su vez implica un funcionamiento mas parejo
del motor con menor sonoridad y un incremento más suaves de las cargas
mecánicas sobre los cojinetes.
Sensores del sistema
Transmisor de la carrera de la aguja : El inyector del cilindro 3 posee
un transmisor de carrera que registra el inicio de la inyección. Cuando esto
ocurre, manda, una señal a la computadora.
El sistema consiste en un bobinado, en el interior de este existe un
perno solidario a la aguja.
Si se mueve la aguja, también se moverá el perno, modificando el campo
magnético y variando la tensión en la bobina. Esta será la señal que se envía
a la unidad de control del sistema.
Si este sensor fallara, la unidad de control toma un valor estándar para
que pueda seguir funcionando, aunque no en las condiciones ideales. Esto se
denomina “Función supletoria”
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Medidor de masa de aire : A diferencia del carburador en el ciclo Otto,
que mide caudal volumétrico de aire, este sistema mide la masa de aire que
circula instante a instante.
Un sistema muy usado es el denominado de película caliente, sistema
también utilizado por la inyección de gasolina.
El método consiste en una superficie calefaccionada, la película caliente,
se mantiene regulada a temperatura constante. El aire aspirado pasante por
esta, enfría la película caliente, la corriente eléctrica que se necesita para
mantener constante la temperatura de esta película, se emplea como medida
de la masa del aire aspirado.
Si se avería este medidor, la unidad de control asigna un valor fijo, o sea
que posee una función supletoria.
Entre las ventajas del dispositivo, se encuentra que la masa de aire se
registra sin censores adicionales para presión atmosférica y temperatura del
aire, lo que implica una baja resistencia al flujo, etc.
En el caso que la masa de aire fuese demasiado escasa, el sistema limita
la cantidad inyectada al grado de que no produzca humo negro.
En la figura 1 se puede observar este dispositivo.
Figura 1
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Regulador de recorrido de corredera de regulación : Informa a la
Unidad de control sobre la posición del actuador de dosificación en la bomba
de inyección.
Regulación de dosificación de combustible : Se realiza electrónicamente
en función de la información de los censores. La Unidad de Control calcula la
cantidad correcta y transmite una señal al dosificador en la bomba. No existe
comunicación mecánica entre el pedal del acelerador y la bomba inyectora.
Posición del acelerador :Este es el factor decisivo para calcular la
cantidad de combustible a inyectar, o sea es la intención del conductor
expresada a través del acelerador. El transmisor de posición del acelerador es
un potenciometro de contacto deslizante.
Temperatura de combustible y del líquido refrigerante : La cantidad a
inyectar se calcula en la unidad de control. Para el cálculo exacto tiene que
considerarse también la temperatura del líquido refrigerante y la densidad del
gas oil. Para ello se mide la temperatura del combustible.
Régimen de motor : Es una de las magnitudes más importantes que
procesa la unidad de control para dosificar la cantidad de la inyección.
Posición del pedal de embrague: Es una función de la regulación
cuantitativa, destinada a efectos de confort, consiste en suprimir sacudidas
del motor. Estando accionado el pedal de embrague se reduce por corto
tiempo la cantidad inyectada.
Posición del pedal de freno: Con esta información se evita una frenada
simultánea con una aceleración.
En la figura 2 se da un esquema de los censores presentes en el sistema.
Unidad de control
Esta procesa la información recibida, calcula la cantidad a inyectar, y
transmite la señal al actuador. También calcula el comienzo de la inyección.
Comienzo de la inyección
El comienzo de la inyección influye sobre una gran cantidad de cualidades
del motor (comportamiento de arranque, consumo de combustible, emisiones
de gases de escape, etc.).
El comienzo de la inyección es calculada por la Unidad de Control en
función de distintos parámetros:
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Masa de combustible : A medida que aumenta la cantidad inyectada y
el régimen del motor tiene que avanzarse el comienzo de la inyección por que
el ciclo de inyección tiene una mayor duración.
Régimen de motor : Nos da la velocidad de rotación de este.
Temperatura del líquido refrigerante : Cuando el motor esta frío, es
preciso inyectar más anticipadamente para compensar el retardo de
autoignición.
Comienzo de la inyección : Este se detecta a través de la señal dada por
el transmisor de carrera de la aguja.
Recirculación de gases de escape
Los sistemas de inyección directa trabajan a una temperatura mayor
que los sistemas con precamara (inyección indirecta).
A mayor temperatura y mayor exceso de aire, aumenta la generación
de óxidos nítricos (NOx).
Con la válvula AGR se agrega parte de los gases de escape al aire
fresco, en consecuencia se reduce el oxígeno presente en la combustión, y de
esta manera se reduce la cantidad de NOx generada.
Funcionamiento : A través de la señal del medidor de la masa de aire,
la unidad de control detecta si la masa de aire aspirada es excesiva para el
modo operativo momentáneo. Para compensar esa diferencia se agrega una
mayor cantidad de gas de escape. Estas acciones son ordenadas por la unidad
de control a partir de la información que a ella le llega a través de los
sensores respectivos.
Precalentamiento
En este tipo de motor el precalentamiento solo es necesario a
temperaturas inferiores a los –9 ºC, esta señal la recibe de la Unidad de
Control del líquido refrigerante. El tiempo de precalentamiento depende de la
señal emitida por el sensor del líquido refrigerante.
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Post calentamiento
Luego del precalentamiento, y luego del arranque del motor, se
encuentra la fase de post calentamiento. Esto produce una disminución de
sonoridad del motor, mejora la calidad de marcha en relenti y baja las
emisiones de hidrocarburos.
Autodiagnóstico
Durante el funcionamiento del motor, en función de la gravedad de la
falla el sistema reacciona con cuatro niveles:
Nivel 1: Si se avería algún sensor, el sistema trabajara con valores
supletorios o toma la información de otros sensores. No habrá mayor
diferencia en el funcionamiento del motor.
Nivel 2: Fallos de importancia. Se traduce en una reducción de
potencia y da un aviso al conductor por medio de un testigo luminoso.
Nivel 3 : En caso que el conductor no pueda administrar la potencia
por medio del acelerador, el sistema controla el motor a régimen de relenti
acelerado, de esta forma se mantienen las funciones servoasistidas, pudiendo
circular con restricciones.
Nivel 4 : Si el funcionamiento del motor fuese peligroso para si mismo,
el sistema parara el mismo.
Regulación de la presión de sobrealimentación
A una altura superior a los 1500 metros, el sistema disminuye la
presión de sobrealimentación para evitar que se sobrerevolucione el
turbocompresor. Esto debido a que el aire a partir de esa altura posee menor
densidad.
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Figura 2
Sensores del sistema
SISTEMA COMMON RAIL
Introducción
El sistema esta compuesto de dos partes, uno de baja presión y otro de
alta presión.
La primera consta del depósito de combustible (1), filtro (2), bomba de
baja presión (3), filtro de combustible (4), tuberías de baja presión (5). Los
items corresponden a la figura 3 adjunta.
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Figura 3
Los depósitos de combustible deben estar separados del motor, para
dificultar su inflamación en caso de perdida o choque del rodado.
Las tuberías de baja presión (5), deben ser de acero, en el caso de los
elementos de estas de tipo flexible, serán con armadura de acero, para evitar
daños mecánicos.
La bomba de baja presión (3), es del tipo de engranajes o de rodillos.
Son eléctricas y van sumergidas en el depósito de combustible. El
combustible pasa a través del bobinado, por lo cual es utilizado para
refrigerar el motor.
Esta bomba extrae el combustible del depósito y presuriza todo el
sistema, alimentando de esta forma la bomba de alta presión con un caudal
suficiente.
Este elemento trabaja a velocidad constante y en forma permanente
durante la operación del motor, por lo que brinda un caudal también
constante.
Estando el encendido conectado y el motor parado, la bomba
permanecerá parada, esto por medio de un circuito de seguridad.
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Dada las estrechas tolerancias en la fabricación de la bomba de alta
presión e inyectores, cualquier impureza en el combustible puede afectar
estos elementos, por lo que el mismo, luego de ser impulsado por la bomba de
baja presión pasa a través de un filtro (4).
La parte de alta presión esta compuesta de la bomba (6), tuberías de
alta presión (7), acumulador de alta presión o “rail” (8), inyectores (9) y
tubería de retorno (10).
La bomba de alta presión eleva esta hasta un valor de 1350 bar,
poseyendo una válvula reguladora, esta montada en el mismo lugar que las
bombas rotativas, y es accionada generalmente por una correa dentada. Una
fotografía de la misma se da a continuación:
Fotografía 1
La bomba se lubrica con el mismo combustible. Posee tres émbolos
desfasados 120º, con lo cual por cada vuelta de su eje se logra tener tres,
logrando pares de accionamiento bajos y más uniformes. (Figura 4)
Figura 4
El par de accionamiento suele ser 1/9 del necesario para hacer rotar
una bomba de tipo rotativa.
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La potencia para accionarla en un motor de 2 litros de cilindrada y a
régimen nominal puede oscilar los 3.8 Kw con un rendimiento mecánico del
90%.
El fluido sale del cilindro de compresión hacia el acumulador a través
de una pequeña válvula esférica contenida en un canasto. Una fotografía de
este dispositivo desarmado se adjunta a continuación. Sirve de comparación
una moneda de 10 Cvos. Para dar idea del tamaño.
Fotografía 2
El acumulador de presión o rail (8), es un tubo, el cual esta sometido a
una presión máxima de 1500 bar. Este es alimentado por la bomba de alta
presión, la que a su vez alimenta los inyectores.
La presión dentro del rail se mantiene constante a través de una
válvula que limita la misma. Esto para evitar el envío excesivo de combustible
a los inyectores.
En la fotografía 3 se da la imagen de uno de estos inyectores.
Fotografía 3
El combustible sobrante en el inyector, es retornado al depósito de
combustible a través de una cañería colectora (10).
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Las tuberías de alta presión deben estar construidas para soportar las
presiones a que son sometidas, generalmente su diámetro interior es de 2.4
mm y el exterior es de 6 mm.
Las distancias de las cañerías entre el rail y los inyectores deben ser lo
más corta posible, e igual para todos los cilindros.
Por último todo el sistema es comandado por la unidad electrónica de
control (11).
FUNCIONAMIENTO DEL INYECTOR
El combustible a alta presión procedente del rail entra por "11" al interior del
inyector para seguir por el canal de afluencia "9" hacia la aguja del inyector
"10", así como a través del estrangulador de entrada "6" hacia la cámara de
control "12". La cámara de control "12" esta unida con el retorno de
combustible "1" a través del estrangulador de salida "7" y la electroválvula "3".
Cuando la electroválvula "3" no esta activada el combustible que hay en la
cámara de control "12" al no poder salir por el estrangulador de salida "7"
presiona sobre el embolo de control "8" que a su vez aprieta la aguja del
inyector "10" contra su asiento por lo que no deja salir combustible y como
consecuencia no se produce la inyección.
Cuando la electro válvula esta activada entonces se abre y deja paso libre al
combustible que hay en la cámara de control. El combustible deja de
presionar sobre el embolo para irse por el estrangulador de salida hacia el
retorno de combustible "1" a través de la electro válvula.
La aguja del inyector al disminuir la fuerza del embolo que la apretaba contra
el asiento del inyector, es empujada hacia arriba por el combustible que la
rodea por lo que se produce la inyección.
Como se ve la electro válvula no actúa directamente en la inyección sino que
se sirve de un servomecanismo hidráulico encargado de generar la suficiente
fuerza para mantener cerrada la válvula del inyector mediante la presión que
se ejerce sobre la aguja que la mantiene pegada a su asiento.
El caudal de combustible utilizado para las labores de control dentro del
inyector retorna al deposito de combustible a través del estrangulador de
salida, la electroválvula y el retorno de combustible "1".
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Figura 5
Funcionamiento del sistema
La bomba de baja presión toma el combustible del depósito y la hace
pasar por el filtro que retiene posibles gotas se agua.
El combustible entra en la bomba de alta presión donde es comprimida
a los valores mencionados anteriormente.
Como la bomba de alta presión esta dimensionada para grandes
caudales, en relenti o bajo cargas parciales, el exceso de combustible es
devuelto mediante una tubería de retorno al tanque de combustible.
Según lo anterior, en cargas parciales el rendimiento de la bomba
tiende a disminuir, por lo que suele desconectarse uno de los émbolos para
así disminuir la potencia de accionamiento y mejorar el rendimiento.
La desconexión de un émbolo se logra introduciendo una espiga que
mantiene la válvula siempre abierta, con lo que el mismo no comprimirá el
combustible.
El combustible ya a alta presión será transportado por la tubería de
alta presión (7) hasta el acumulador o rail (8), el cual alimenta cada inyector
(9).
Cuando la unidad de control le da la órden a la electro válvula que
posee el inyector, este deja pasar el combustible.
La unidad de control, al procesar la información de los distintos
sensores que posee el sistema, ordena el momento en que la electro válvula
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debe abrirse y el tiempo que deberá hacerlo, pudiendo entonces tener un
caudal y un adelanto de la inyección óptimo para cada estado de carga.
Al haber optimizado la inyección del combustible, se logra obtener altas
potencias con elevados valores de cupla y gran economía de funcionamiento,
los valores obtenidos son muy superiores a los viejos sistemas de inyección
indirecta con precamara.
Se adjunta a continuación una fotografía correspondiente a un motor
Toyota que utiliza este sistema de inyección.
Puede apreciarse claramente el “Rail” en el lado izquierdo del motor, la
bomba inyectora de alta presión y las cañerías que unen el “Rail” con los
inyectores.
Fotografía 4
A modo comparativo se adjunta a continuación los parámetros
principales del Peugeot 206 en versión nafta, Diesel con precamara y Diesel
sistema Common Rail, denominado comercialmente HDI por esta firma.
Rail
Bomba inyectora Alta presión
Cañería Rail-Inyectores
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PEUGEOT 206
Motor Nafta Diesel I.I. Diesel HDI
Cilindrada 1600 1900 2000 Cm3
Potencia 90 a 5600 70 a 4600 90 a 4000 CV - RPM
Par máx. 14 a 3000 13 a 2500 21 a 2000 Kgm – RPM
Alimentación Inyección Electrónica multipunto
Inyección indirecta
ID Common Rail - Turbo
Veloc. máx. 185 161 180 Km/h
Aceleración 11.7 Seg. 16.1 Seg. 12.8 Seg. 0 a 100Km/h
Consumo urbano
9.4 7.8 6.6 Lts./100Km
Consumo en ruta
5.6 4.5 4.1 Lts./100Km
MAQUINAS TERMICAS