miércoles, 10 de abril de 2013

Sistema de Inyección Diesel

SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL
Los motores Diésel son actualmente algo irrenunciable en  el  mundo  moderno  y  tan  técnico.

El  rendimiento  fiable y económico de los  motores  Diésel requiere  sistemas  de  inyección  que  trabajen  con  elevada precisión.

Con  estos  sistemas, se inyecta  en  los cilindros del motor a la presión necesaria y en el momento adecuado el caudal de combustible requerido para que alcance una determinada potencia.
COMPONENTES DEL SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL

 FIG.01.- SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL
1.   Tanque de combustible.
2.   Bomba de transferencia de combustible (bomba manual).
3.   Filtro de combustible.
4.   Bomba de inyección.
5.   Dispositivo eléctrico de corte de combustible.
6.   Sensor de temperatura del combustible.
7.   Sensor de recorrido de la cremallera de control.
8.   Solenoide actuador de la cremallera.
9.   Sensores de revoluciones y sensores de ángulo de giro.
10. Tobera de inyección.
11. Sensor de la temperatura del refrigerante.
12. Sensor de posición  del acelerador.
13. Switch de retraso de embragado.
14. Unidad del operador.
15. Lámpara de advertencia y conexión para diagnóstico.
16. Odómetro.
17. ECU (unidad electrónica de control-computadora).
18. Sensor de temperatura del aire de admisión.
19. Sensor de presión sobrealimentación.
20. Turbocompresor.
21. Batería.
22. Switch de encendido y bujía de precalentamiento.
23. Válvula de presión.
24. Tubos de presión (cañerías).
25. Porta válvulas (A y P).

martes, 9 de abril de 2013

Componentes

Descripción de los elementos que componen el sistema de inyección diésel.


Descripción de partes del Sistema de Inyección Diesel

1._ Tanque de combustible:

Es un contenedor seguro para líquidos inflamables, que suele formar parte del sistema del motor, y en el cual se almacena el combustible, que es propulsado (mediante la bomba de combustible) o liberado (como gas a presión) en un motor. Los depósitos de combustible varían considerablemente de tamaño y complejidad, desde un diminuto depósito de butano para un mechero hasta el depósito externo de combustible criogénico multicámara de un transbordador espacial.


FIG.02.- TANQUE DE COMBUSTIBLE


2._ Bomba de transferencia de combustible (bomba manual):

La bomba manual está instalada junto a la bomba alimentadora y sirve para eliminar burbujas de aire del sistema diésel, lo que comúnmente se conoce por “sangrar el sistema diésel”.
FIG.03.- BOMBA MANUAL



3._ Filtro de combustible:

Sirven para que los componentes del sistema de inyección alcancen el desempeño deseable, por lo que es necesario que el combustible que se va a inyectar esté completamente libre de impurezas siendo que vehículos pesados necesitan filtros dobles, por la densidad del diésel.




FIG.04.-FILTROS.


4._ Bomba de inyección:

Las bombas de inyección en línea están instaladas junto al motor, y son accionadas por el mismo motor del vehículo.

Cada cilindro del motor está conectado a un elemento de la bomba que están dispuestos en línea, por eso se llama “bomba en línea”; y su función es suministrar de combustible (DIESEL) al motor.

FIG.-05.1-BOMBA DE INYECCIÓN LINEAL



Después marcas de componentes como BOSCH, CAV desarrollaron las bombas de inyección rotativas que se adaptaban mejor al mayor numero de revoluciones de los motores de los automóviles y tenían con respecto a las bombas en linea las siguientes ventajas:



Menor peso y volumen.
  • Los caudales inyectados en cada cilindro son iguales. 
  • La velocidad de rotación máxima es elevada. 
  • La inversión del giro del motor es imposible. 
  • Menor precio.
FIG.-05.2-BOMBA DE INYECCIÓN ROTATIVA



5._ Dispositivo eléctrico de corte de combustible:

Sirve para evitar que el motor se revolucione excesivamente al tener el vehículo con el motor o desacelerar, para aumentar la retención y evitar el gasto innecesario de combustible.

FIG.06.-DISPOSITIVO ELÉCTRICO DE CORTE DE COMBUSTIBLE





6._ Sensor de temperatura del combustible:

Este sensor proporciona una señal a la ECM para optimizar el consumo de combustible. La ECM utiliza la señal de temperatura del combustible para ajustar los cálculos de la proporción del consumo de combustible por cambios en la densidad del combustible en función de la temperatura.

FIG.07.- SENSOR DE TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLE

7._ Sensor de recorrido de la cremallera de control:

Un sensor de anillo de cortocircuito (short-circuiting-ring-sensor) indica la posición de la varilla o cremallera de control a la unidad de control del motor de forma que se establece un control de lazo cerrado. El sensor también llamado sensor de recorrido de la varilla de control.

FIG.08.- SENSOR DE RECORRIDO DE LA CREMALLERA DE CONTROL


8._ Solenoide actuador de la cremallera:

La función principal de solenoide es accionar la cremallera mediante un engranaje para permitir el paso correcto del combustible.

FIG.09.- SOLENOIDE ACTUADOR DE LA CREMALLERA

9._ Sensores de revoluciones y sensores de ángulo de giro:


Miden el número de revoluciones actual de la bomba rotativa, determinan la posición del ángulo momentáneo bomba/árbol de levas del motor y Miden la posición de regulación momentánea del variador de avance.


FIG.10.- SENSORES DE REVOLUCIONES Y SENSORES DE ÁNGULO DE GIRO

10._ Tobera de inyección:


Las toberas son componentes de extremada precisión, responsables de pulverizar finamente el combustible en la cámara de combustión del motor.


Cuanto mejor es la pulverización, mayor será el rendimiento del motor, en consecuencia se obtiene más economía de combustible con menor emisión de gases contaminantes.

FIG.11.- TOBERA DE INYECCIÓN

11._ Sensor de la temperatura del refrigerante (C1TS):

Este sensor activará el sistema de protección del motor si la temperatura del refrigerante cae o aumenta bajo o sobre las especificaciones programadas en la ECM.

FIG.12.- SENSOR DE LA TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE

12._ Sensor de posición del acelerador (TPS):

Este sensor es parte del acelerador de pedal del conductor que reemplaza la cabina mecánica a la unión del acelerador del motor. Este sensor convierte el movimiento que realiza el operador en el acelerador en una señal para la ECM, mediante un potenciómetro, esta señal se desglosa de un potenciómetro de 1023 “counts” (fases distintas). Este sensor ofrece las ventajas de una auto-calibración, no requiere lubricación y la eliminación de problemas de uniones no deseadas por congelación de sus componentes.

FIG.13.- SENSOR DE POSICIÓN DEL ACELERADOR

13._ Switch de retraso de embragado:

Este dispositivo permite al ECU saber el momento justo a presionar el embrague (pedal) o si este llega a tener un retraso para de esta manera tener sincronizado el sistema de inyección.



FIG.14.- SWITCH DE RETRASO DE EMBRAGADO


14._ Unidad del operador:

El operador de un motor equipado con DDEC debe saber la importancia del sistema de advertencia de este vehículo para poder detener el vehículo con seguridad en caso de un mal funcionamiento del motor. El operario al verse enfrentado a una situación de disminución de la potencia sin saber cómo funciona el sistema, pudiera dar lugar a una parada del vehículo en un lugar inseguro, con la posibilidad de daño del vehículo y peligro para la seguridad del operador.

FIG.15.- UNIDAD DEL OPERADOR


15._ Lámpara de advertencia y conexión para diagnóstico:

La señal de ADVERTENCIA llama la atención a los procedimientos que se deben de seguir al pie de la letra porque da aviso que un elemento del sistema tiene algún defecto en el funcionamiento.

FIG.16.- LÁMPARA DE ADVERTENCIA Y CONEXIÓN PARA DIAGNÓSTICO


16._ Odómetro:

Es aquel que calcula la distancia total o parcial recorrida por el vehículo en la unidad de longitud en la cual ha sido configurado (metros, millas). Su uso está generalizadamente extendido debido a la necesidad de conocer distancias, calcular tiempos de viaje, o consumo de combustible.

FIG.17.-ODÓMETRO


17._ ECU:

Es una unidad de control electrónico que administra varios aspectos de la operación de combustión interna del motor determinan la cantidad de combustible, el punto de ignición y otros parámetros monitorizando el motor a través de sensores.
FIG.18. – ECU


18._ Sensor de temperatura de Aire de admisión (IAT):

El IAT detecta la temperatura del aire entrante. En los vehículos equipados con un sensor MAP, el IAT se encuentra en un paso de aire de admisión. En los vehículos con sensor de masa de aire, el IAT es parte del sensor MAF. El IAT está conectado a la terminal de THA en la ECM. El IAT se utiliza para la detección de la temperatura ambiente en un arranque en frío y la temperatura del aire de admisión mientras el motor calienta el aire entrante.

FIG.19.- SENSOR DE TEMPERATURA DE AIRE DE 
ADMISIÓN

19._ Sensor de presión sobrealimentación:

Este sensor mide la presión absoluta reinante en el tubo de admisión y el motor respecto a un vacío de referencia y no respecto a la presión ambiente. De este modo es posible determinar la masa de aire con toda exactitud y regular la presión de sobrealimentación con arreglo a la necesidad del motor.
FIG.20.- SENSOR DE PRESIÓN SOBREALIMENTACIÓN

20._ Turbocompresor:

Es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases. Este tipo de sistemas se suele utilizar en motores alternativos, especialmente en los motores diésel.

En los motores sobrealimentados mediante este sistema, el turbocompresor consiste en una turbina accionada por los gases de escape del motor de explosión, en cuyo eje se fija un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica después de pasar por el filtro de aire y luego lo comprime para introducirlo en los cilindros a mayor presión.

FIG.21.- TURBOCOMPRESOR

21._ Batería:

Las baterías (o acumuladores) son sistemas electroquímicos cuyo objetivo es almacenar energía. Podemos distinguir dos tipos de baterías:
Las baterías de arranque: Se usan en los vehículos convencionales (de motor de combustión interna), deben aportar mucha energía de golpe durante una corta duración (el arranque).
FIG.22.- BATERÍA

22._ Switch de encendido:

Es el interruptor que arranca el motor, ya bien sea a través llave (el más antiguo y habitual), o con la "novedosa" key card que tras introducirla en su ranura debida, si se pulsa el botón "start/stop", el motor se pone en marcha o se para.

FIG.23.- SWITCH DE ENCENDIDO

23._ Bujías de precalentamiento:

Las bujías de precalentamiento o bujías incandescentes son dispositivos dotados de una resistencia eléctrica y accionados desde la llave del encendido, que se utilizan para facilitar el arranque en frío de los motores de combustión interna, especialmente los Diésel. Al arrancar, el motor diésel necesita comprimir el aire admitido y calentarlo alrededor de 900 °C, para que se inicie la combustión.


FIG.24.- BUJÍAS DE PRECALENTAMIENTO

24._ Válvula de presión:

Está instalada sobre el elemento, y su función es permitir el paso de combustible del elemento hacia las cañerías de presión.

Cuando se apaga el motor, la válvula cierra para impedir el retorno de combustible al interior de la bomba, manteniendo la cañería llena, lo que facilita el siguiente arranque.

Los problemas con este componente harán que el motor tarde mucho para arrancar, perjudicando la batería y el motor de arranque.

Es un componente de mucha precisión, que se desgasta con el uso.
FIG.25.- VÁLVULA DE PRESIÓN

25._ Tubos de presión (cañerías):

Los tubos son responsables de conducir el combustible diésel de la bomba a los porta inyectores, a elevada presión.

El paso del combustible por el interior del tubo, bajo las elevadas presiones de inyección que alcanzan hasta 1.200 bar, pueden producir un fenómeno que se conoce por cavitación, producido por las burbujas de aire en el interior de la cañería.

La cavitación desprende partículas de metal del tubo y puede obstruir los orificios de los inyectores.

FIG.26.- TUBOS DE PRESIÓN (CAÑERÍAS)

26._ Porta válvulas (A y P):

Instalado sobre la carcasa de la bomba, su función es “acomodar” la válvula de presión, haciendo la conexión entre la bomba y la cañería.

Cuando presenta problemas, generalmente empieza la fuga (pérdida) del combustible diésel.
FIG.27.- PORTA VÁLVULAS (A Y P)

lunes, 8 de abril de 2013

Funcionamiento des SISTEMAS DE INYECCIÓN DIESEL

FUNCIONAMIENTO


Para que usted pueda conocer las particularidades básicas relacionadas que hacen complejo el funcionamiento del sistema de inyección, hagamos un análisis de los factores involucrados en el proceso.


Mecanismo de avance

El combustible que entra al cilindro lo hace de forma líquida, para que este combustible se inflame luego de entrar en contacto con el aire caliente capaz de inflamarlo, tiene que calentarse, evaporarse y mezclarse con el aire para que se produzca el encendido. Este proceso aunque breve, toma cierto tiempo, por lo que el comienzo de la inyección debe hacerse un determinado tiempo antes de que el pistón haya alcanzado el punto muerto superior, a fin de que el combustible se evapore, mezcle e inflame antes de que el pistón llegue al punto adecuado después del punto muerto superior, y aproveche al máximo el incremento de presión producto de la combustión para producir trabajo útil.
Como este tiempo de preparación de la mezcla dentro del cilindro, antes de producirse la inflamación es un tiempo fijo (en realidad cambia, pero muy poco) mientras el motor puede girar a velocidades notablemente diferentes entre ralentí y la velocidad máxima, el instante del comienzo de la inyección con respecto a la posición del pistón, debe ser diferente para cada régimen de velocidad y así poder lograr que en todo el rango de trabajo del motor, las presiones máximas del ciclo se produzcan en el instante adecuado a la posición del pistón una vez comenzada la inflamación.
Este tiempo de anticipación al punto muerto superior en que se comienza la inyección se mide en grados de ángulo de giro del cigüeñal y se conoce cono ángulo de avance a la inyección. En un motor Diesel rápido puede estar, para altas velocidades, en el orden de los 30 a 40 grados. Tenemos entonces que el sistema de inyección debe cumplir una primera condición.

Condición 1: El ángulo de avance a la inyección debe ser variable en función de la velocidad de giro del motor.

Pulverizado del combustible



Para que el proceso de evaporación, mezclado e inflamación del combustible sea lo mas eficiente, estable y corto posible, este debe ser inyectado en la cámara de combustión como uno o masaerosoles con partículas sumamente finas, a alta velocidad y bien dirigidas para que lleguen a todas partes de la cámara de combustión, con independencia de la velocidad de giro del motor. De esta forma se produce un mejor mezclado y un contacto íntimo con todo el aire caliente para aprovechar su calor en la evaporación y preparación de la mezcla del aire y el combustible tanto antes del comienzo de la inflamación, como después, durante el proceso de quemado en todo el rango de trabajo.
El comienzo y fin de la inyección (formación del aerosol) deben ser abruptos, veamos:
Las primeras gotas que salen del aerosol ya deben estar sumamente pulverizadas. Si esta condición no se cumple, y se producen al inicio, gotas grandes de combustible, estas demoran en evaporarse, y como el combustible se inyecta de manera continua, cuando se produzca el encendido se habrá acumulado mucho combustibles dentro del cilindro lo que produce una inflamación masiva de excesivo combustible con el consecuente incremento violento de la presión. Este incremento violento de la presión además de afectar las piezas del mecanismo pistón-biela-manivela reduce notablemente la eficiencia del motor.
Si el sistema de inyección interrumpe el aerosol de manera gradual, las últimas gotas producidas se han atomizado a baja presión y ya no son pequeñas, el proceso de evaporación se hace lento y el quemado de este combustible puede realizarse muy tarde en la carrera de fuerza e incluso no quemarse del todo con la consecuente pérdida de potencia y rendimiento del motor.

De aquí surge una segunda condición que se debe cumplir:

Condición 2: El combustible debe ser inyectado al cilindro como un aerosol muy fino, cuyo comienzo y fin debe ser abrupto.


Dosificación del combustible

Los motores Diesel al igual que cualquier otro motor funcionan en el automóvil en un rango amplio de entrega de potencia y velocidad de rotación, esta potencia se obtiene a expensas del combustible por lo que a mas potencia mas combustible. Esta potencia entregada por el motor se hace a voluntad del conductor oprimiendo mas o menos el pedal de acelerador de acuerdo a la necesidad del camino.
En el motor Diesel convencional, el conducto de entrada de aire al motor es siempre el mismo, sin nada que interfiera el libre paso del aire a no ser las propias pérdidas por rozamiento del conducto, de esta manera el cilindro del motor se llena siempre completamente de aire por lo que la entrega de potencia dependerá solo de la cantidad de combustible que se inyecte.
Durante el funcionamiento a las revoluciones de ralentí, solo hay que producir potencia para vencer las pérdidas internas del motor y las de los agregados acoplados (ventilador, generador etc.) durante este estado de trabajo la cantidad de combustible que se inyecta es un volumen muy pequeño, mientras que durante el trabajo a potencia máxima el volumen inyectado es muchas veces superior. La tercera condición que debe cumplir:

Condición 3: La cantidad de combustible inyectado debe ser exacta de acuerdo a la carga del motor.


Característica de inyección



El proceso de la inyección del volumen de combustible al cilindro comienza como ya hemos visto, algunos grados antes del punto muerto superior, como este proceso dura determinado tiempo y el cigüeñal está en constante giro, terminará algunos grados pasado el punto muerto superior y antes de acercarse al punto muerto inferior. La dinámica del mecanismo biela-cigüeñal determina la forma en que debe crecer la presión dentro del cilindro para que el trabajo del motor tenga la máxima eficiencia, al mismo tiempo que las piezas no estén sometidas a cargas excesivas.
Para adaptarse a los requerimientos óptimos del mecanismo biela-cigüeñal, la cantidad de combustible inyectado por unidad de tiempo durante el proceso de inyección debe cumplir ciertos requisitos. El comportamiento de la entrega de combustible al cilindro por unidad de tiempo se le llama característica de inyección.


En el gráfico inferior (figura 1) muestra la forma teórica óptima en que debe producirse la inyección.
El eje vertical representa el volumen de combustible inyectado y el eje horizontal el ángulo de giro del cigüeñal.
Pueden diferenciarse claramente dos zonas, nombradas como 1 y 2.
En la zona 1comienza abruptamente la inyección de una pequeña cantidad de combustible por unidad de tiempo durante un breve lapso de giro del cigüeñal. Este combustible en pequeña cantidad se inyecta durante el tiempo de demora de la inflamación a fin de preparar e iniciar el encendido sin que se acumulen grandes cantidades de combustible dentro del cilindro, luego, cuando ya se ha producido la inflamación, y dentro de la cámara de combustión hay alta temperatura y gases incandescentes que aceleran en mucho la velocidad de evaporación-inflamación del combustible, se aumenta al ritmo adecuado para su combustión gradual en la carrera de fuerza (zona 2). Finalmente y en el instante apropiado se interrumpe drásticamente la inyección.
En los motores reales esta condición teórica no se alcanza, pero los fabricantes de motores tratan de hacer sus sistemas que cumplan lo mejor posible esta condición. De aquí la cuarta condición:




Condición 4: El ritmo de la inyección debe cumplir con cierto patrón.

Velocidad máxima

En el motor de gasolina existe un estrechamiento del conducto de admisión, este estrechamiento supone unas elevadas pérdidas por rozamiento durante el llenado del cilindro, por esta condición la velocidad final de giro del motor se auto limita, ya que a medida que crece la velocidad de giro, crece también la velocidad de entrada del aire y por consiguiente las pérdidas por rozamiento. Finalmente y a altas velocidades de giro, la cantidad de aire que entra al cilindro es muy pobre y la potencia que se obtiene solo alcanza para vencer las pérdidas mecánicas del propio motor. El motor no puede acelerar mas.
En el motor Diesel, el conducto de admisión se construye para que sus pérdidas por rozamiento sean lo menor posible y así lograr siempre un llenado máximo del cilindro, de esta forma la velocidad máxima de giro del motor no se auto limita como en el caso del motor de gasolina.
Como la velocidad de giro del motor Diesel no puede crecer indefinidamente debido a que dentro del motor se producen fuerzas crecientes con la velocidad, que ponen en peligro la integridad del motor, resulta imprescindible limitar la máxima velocidad de giro a un valor seguro. Esta regulación de la velocidad se consigue cortando la entrega de combustible.

Condición 5: El sistema de inyección debe garantizar una velocidad de giro máxima del motor aun sin carga.

Velocidad mínima

A menos que se desee lo contrario, cuando se suelta el acelerador de un motor Diesel este debe mantenerse funcionando a baja velocidad constante de rotación (ralentí). Como la carga del motor a la velocidad de ralentí puede variar considerablemente en diferentes momentos de uso, por ejemplo; puede que esté o no esté accionando un compresor de aire acondicionado, o de refrigeración, o de los frenos de vehículo, o un sistema de accionamiento hidráulico etc. no basta con establecer una cantidad fija de combustible inyectado para que se mantenga girando a velocidad estable en ralentí. Si se hiciera así el motor se aceleraría cuando baja la carga o se detendría cuando sube, por esta razón el sistema debe cumplir otra condición:

Condición 6: El sistema debe mantener fija la velocidad de rotación en ralentí con independencia de la carga del motor.

domingo, 7 de abril de 2013

Esquema

Esquema del sistema de inyección diesel


Durante el desarrollo del motor Diesel, los fabricantes han elaborado diferentes sistemas mecánicos que cumplen con los requisitos de trabajo descritos anteriormente, uno de los mas utilizados y del que nos ocuparemos aquí es el sistema Bosch.

En la figura inferior se representa de manera esquemática un sistema Bosh de inyección.
En él, una bomba capaz de dosificar y elevar la presión a los valores necesarios para la inyección y en el momento preciso del combustible, gira arrastrada por el motor a través de un acoplamiento, esta bomba es la bomba de inyección. Unos conductos de alta presión llevan el combustible hasta los inyectores, que son los encargados de producir el aerosol dentro del cilindro.
Una pequeña bomba adosada a la bomba de inyección y accionada por esta, trasiega el combustible desde el depósito y la alimenta haciéndolo pasar por un juego de filtros. La capacidad de bombeo de esta bomba de trasiego es muy superior a las necesidades del motor, lo que sirve para incluir un regulador de presión que adecua y estabiliza la presión de alimentación a la bomba de inyección, desviando por el retorno el combustible en exceso. Este combustible en exceso sirve además para refrigerar la bomba de inyección.
Un mecanismo especial encargado de regular el avance a la inyección se interpone entre el acoplamiento al motor y la bomba de inyección. Al final de la bomba y acoplado a ella, se encuentra el regulador de velocidad, este regulador incluye una palanca de accionamiento que se acopla al mecanismo del pedal del acelerador, desde donde el conductor puede aumentar y disminuir la potencia o velocidad de giro del motor.
Cada uno de los elementos integrantes del sistema se ha tratado en artículo aparte para no hacer muy extensa esta página. Pulse sobre alguno de los componentes para ir a esos artículos.