Sistemas de alimentación Diesel
De Ustea
== SISTEMAS DE ALIMENTACION DIESEL
Tabla de contenidos |
UN POCO DE HISTORIA
El origen del motor diesel guarda relación con el señor Rudolf Diesel, quien en el año 1892, inventó y luego patentó este motor. Su primera aparición fue en la Feria Internacional de París en 1900, y fue presentado como el primer motor para biocombustibles; fue diseñado para la combustión de aceite de palma con un 100% de pureza. El funcionamiento de un motor diesel comienza con la ignición sin chispa de la mezcla de aire con gas.Como se mencionaba anteriormente, es necesaria la elevación de la temperatura para la compresión delaire, lo que se produce en el denominado segundo tiempo motor, la compresión. Posteriormente, el combustible es inyectado en la parte superior de la cámara de compresión. Este proceso se realiza a una gran presión, lo que permite que el combustible se atomice y se mezcle con el aire. Todo este proceso produce la quema de la mezcla en forma rápida, lo que hace que el gas que se ha acumulado en la cámara se expanda, haciendo que el pistón se mueva hacia abajo. El movimiento del pistón es transmitido a otras estructuras que hacen que este movimiento lineal se transforme en uno de rotación. Los motores diesel resultan de gran utilidad, ya que, debido a su bajo consumo de combustible, resultan en el mediano y largo plazo bastante más baratos que los motores a gasolina. Debido a esto se ha incrementado la demanda de este tipo de motores para los automóviles, por lo tanto, el precio del diesel se ha ido acercando cada vez más al de la gasolina, situación que ha generado ciertos problemas, sobretodo, en el rubro de los transportes.
SISTEMAS DE BOMBA INYECTORA
BOMBAS LINEALES
Esta bomba está formada por tantos elementos de bombas como cilindros tiene el motor. El combustible pasa aun 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.
Los pistones de la bomba de inyección tienen el 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 bomba de gasoil. Al ser impulsado el pistón por la leva, comprime el gasoil y venciendo la resistencia de la válvula, lo envía al inyector. De la posición que tenga el pistón dentro del cuerpo de bomba, depende la cantidad de gasoil que se envía al cilindro, que será mayor o menor según la rampa sesgada se presente antes o después frente a la lumbrera de admisión. Este movimiento de giro en el émbolo se realiza por medio de la cremallera que engrana con los sectores dentados de cada uno de los elementos de bomba, de forma que cualquier desplazamiento en la misma hace que todos los émbolos giren simultáneamente para que la entrega y el caudal de combustible sean idénticos en cada uno de los cilindros del motor. El control de la varilla de regulación se efectúa a través del pedal acelerador, el cual, con su desplazamiento, determina la mayor o menor cantidad de combustible a inyectar para obtener la potencia deseada.
Antiguamente para parar el motor se empleaba un tirador que actuaba sobre la cremallera. Actualmente, se consigue automáticamente mediante una válvula cónica accionada por un relé que lleva la bomba conectado a la llave de contacto, cortando el paso del gasoil a los inyectores.
BOMBAS ROTATIVAS
A diferencia de la bomba de inyección en linea, la rotativa del tipo VE no dispone mas que de un solo cilindro y un solo émbolo distribuidor, aunque el motor sea de varios cilindros. La lumbrera de distribucción asegura el reparto, entre las diferentes salidas correspondientes al nº de cilindros del motor, del combustible alimentado por el émbolo de la bomba.
En el cuerpo cerrado de la bomba se encuentran reunidos los siguientes componentes con sus respectivas funciones: 1.- Bomba de alimentación de aletas: aspira combustible del deposito y lo introduce al interior de la bomba de inyección. 2.- Bomba de alta presión con distribuidor: genera la presión de inyección, transporta y distribuye el combustible. 3.- Regulador mecánico de velocidad: regula el regimen, varia el caudal de inyección mediante el dispositivo regulador en el margen de regulación. 4.- Válvula electromagnética de parada: corta la alimentación de combustible y el motor se para. 5.-Variador de avance: corrige el comienzo de la inyección en función del régimen (nº de rpm motor).
Estructura El eje de accionamiento de la bomba va alojado en el cuerpo de ésta. Sobre el va dispuesta en primer lugar la bomba de alimentación de aletas (tambien llamada bomba de transferencia). Detras del eje se encuentra el anillo de rodillos, que no es solidario con el eje de accionamiento aunque se encuentra alojado, asi 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 simultaneamente 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 dispósitivo electrico de parada mediante corte de la alimentación de combustible, el tapon 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 centrifugos y el manguito regulador. El mecánismo 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 actua 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 actua 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 regimen.
Componentes de una bomba VE: 1.- Válvula reguladora de presión en el interior de la bomba. 2.- Grupo regulador del caudal de combustible a inyectar. 3.- Estrangulador de rebose (retorno a deposito). 4.- Cabezal hidráulico y bomba de alta presión. 5.- Bomba de alimentación de aletas. 6.- Variador de avance a la inyección. 7.- Disco de levas. 8.- Válvula electromagnética de parada.
Montado en sentido transversal al eje de accionamiento de la bomba, en la parte inferior de la bomba va alojado el variador de vance 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 diesel y la misma velocidad que la del árbol de levas. El accionamiento de las bombas es forzado y, ademas se realiza, de forma que el eje conductor de la bomba gira en perfecto sincronismo con el movimiento del pistón del motor. Este movimiento sincronico se consigue mediante correa dentada, piñon de acoplamiento, rueda dentada o cadena. Hay bombas rotativas de inyección para giro a derechas o a izquierdas. El orden de inyección depende, por tanto, del sentido dee rotación, pero las salidas inyectan siempre el combustible según el orden geometrico 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.
SISTEMAS ELECTRONICOS
La disminución del consumo de combustible combinado con el aumento de simultáneo de potencia o del par motor, determina el desarrollo actual en el sector de la técnica Diesel. Esto ha traído en los últimos años una creciente aplicación de motores diesel de inyección directa (DI), en los cuales se han aumentado de forma considerable las presiones de inyección en comparación con los procedimientos de cámara auxiliar de turbulencia o de precamara. De esta forma se consigue una formación de mezcla mejorada y una combustión mas completa. Debido a la formación de mezcla mejorada y a la ausencia de perdidas de descarga entre la precamara y la cámara de combustión principal, el consumo de combustible se reduce hasta un 10.... 15% respecto a los motores de inyección indirecta (IDI) o precamara.
unidad de control de un sistema EDC
Relación general del sistema La regulación electrónica Diesel EDC (Electronic Diesel Control) a diferencia de los motores equipados con bombas convencionales de inyección (bombas en linea y bombas rotativas), el conductor no tiene ninguna influencia directa sobre el caudal de combustible inyectado (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 (ejemplo: estado de servicio, deseo del conductor, emisiones contaminantes, etc.). Esto requiere un extenso concepto de seguridad que reconoce averías que se producen y que aplica las correspondientes medidas conforme a la gravedad de una avería (ejemplo: limitación del par motor o marcha de emergencia en el margen del régimen de ralentí). La regulación electrónica diesel permite también un intercambio de datos con otros sistemas electrónicos (ejemplo: sistema de tracción antideslizante, control electrónico de cambio) y, por lo tanto, una integración en el sistema total del vehículo.
Procesamiento de datos del sistema EDC
Señales de entrada Los sensores constituyen junto con los actuadores los intermediarios entre el vehículo y la unidad de control UCE. Las señales de los sensores son conducidas a una o varias unidades de control, a través de circuitos de protección y, dado el caso, a través de convertidores de señal y amplificadores:
- Las señales de entrada analógicas (ejemplo: la que manda el caudalimetro o medidor de caudal de aire aspirado, la presión del turbo, la temperatura del motor etc.) son transformadas por un convertidor analógico/digital (A/D) en el microprocesador de la unidad de control, convirtiendolas en valores digitales.
- Las señales de entrada digitales (ejemplo: señales de conmutación como la conexión/desconexión de un elemento o señales de sensores digitales como impulsos de revoluciones de un sensor Hall) pueden elaborarse directamente por el microprocesador.
- Las señales de entrada pulsatorias de sensores inductivas con informaciones sobre el numero de revoluciones y la marca de referencia, son procesadas en una parte del circuito de la unidad de control, para suprimir impulsos parasitos, y son transformadas en una señal rectangular.
Según el nivel de integración, el procesamiento de la señal puede realizarse parcialmente o también totalmente en el sensor.
Preparación de señales Las señales de entrada se limitan, con circuitos de protección, a niveles de tensión admisibles. La señal se filtra y se libera ampliamente de señales perturbadoras superpuestas, y se adapta por amplificación a la tensión de entrada de la unidad de control.
Procesamiento de señales en la unidad de control Los microprocesadores en la unidad de control elaboran las señales de entrada, casi siempre de forma digital. Necesitan para ello un programa que esta almacenado en una memoria de valor fijo (ROM o Flash-EPROM). Ademas existen una parte del programa que se adapta a las características del motor en particular (curvas características especificas del motor y campos característicos para el control del motor) almacenados en el Flash-EPROM. Los datos para el bloqueo electrónico de arranque, datos de adaptación y de fabricación, así como las posibles averías que se producen durante el servicio, se almacenan en una memoria no volátil de escritura/lectura (EEPROM). Debido al gran numero de variantes de motor y de equipamientos de los vehículos, las unidades de control están equipadas con una codificación de variantes. Mediante esta codificación se realiza, por parte del fabricante del vehículo o en un taller, una selección de los campos característicos almacenados en el Flash-EPROM, para poder satisfacer las funciones deseados de la variante del vehículo. Esta selección se almacena también en el EEPROM. Otras variantes de aparato están concebidas de tal forma que pueden programarse en el Flash-EPROM conjuntos completos de datos al final de la producción del vehículo. De esta forma se reduce la cantidad de tipos de unidades de control necesarios para el fabricante del vehículo.
Una memoria volátil de escritura/lectura (RAM) es necesaria para almacenar en memoria datos variables, como valores de calculo y valores de señal. La memoria RAM necesita para su funcionamiento un abastecimiento continuo de corriente. Al desconectar la unidad de control por el interruptor de encendido o al desenbornar la batería del vehículo, esta memoria pierde todos los datos almacenados. Los valores de adaptación (valores aprendidos sobre estados del motor y de servicio) tienen que determinarse de nuevo en este caso, tras conectar otra vez la unidad de control. Para evitar este efecto, los valores de adaptación necesarios se almacenan en el EEPROM, en lugar de en una memoria RAM.
Señales de salida Los microprocesadores controlan con las señales de salida etapas finales que normalmente suministran suficiente potencia para la conexión directa de los elementos de ajuste (actuadores). Las etapas finales están protegidas contra cortocircuitos a masa o a tensión de batería, así como contra la destrucción debida a la destrucción debida a una sobrecarga eléctrica. Estas averías, así como cables interrumpidos, son reconocidas por las etapas finales y son retransmitidas al microprocesador. Adicionalmente se transmiten algunas señales de salida, a través de interfaces, a otros sistemas.
TDI
1- Eje de arrastre
2- Bomba de alimentación
3- Regulador de avance a la inyección
4- Plato de levas
5- Válvula magnética
6- Corredera de regulación
7- Válvula de reaspiración
8 y 10- Salida hacia los inyectores
9- Pistón distribuidor
11- Entrada de combustible al pistón
12- Electrovalvula de STOP
13- Servomotor
14- Retorno de gas-oil al deposito de combustible.
15- Sensor de posición
16- Perno de excéntrica
17- Entrada de combustible
18- Plato porta-rodillos
19- Sensor de temperatura de combustible
VW ha develado la avanzada tecnología TDI, consistente en un motor diesel turboalimentado con inyección directa de combustible. Esta tecnología logra un funcionamiento igual a la de un motor de gasolina comparable, y ofrece la ventaja sobre otras plantas de fuerza diesel que es más limpio (incluso más limpio que muchos motores de gasolina) y al mismo tiempo proporciona un consumo de combustible más económico.
Tradicionalmente las limitaciones de los motores diesel se han concentrado en sus grandes emisiones de escape y, sobre todo, la baja potencia, si se le comparaba con su equivalente en cilindrada y desplazamiento de gasolina, pero ya esto ha sido superado en el TDI.
En cuanto a la inherente economía de consumo de todas las plantas diesel, del TDl se puede decir que ha registrado marcas en la vecindad de los 20,4 km/l (48 mph), en el modelo Golf TDI. Esto se traduce en que el alcance de recorrido del Golf con un tanque de combustible se estima en 1.126 km (700 millas).
El motor instalado en el Golf, con desplazamiento de 1,9 litro tiene una clasificación de potencia de 90 caballos de fuerza y le permite desarrollar una velocidad máxima de 178,6 km/h (111 mph). Su excepcional rendimiento sobre la banda completa de rpm es producto de una curva de torsión sorprendentemente plana, la que logra su cúspide de 149 libraspié a sólo 1.900 rpm.
En cuanto al hecho del funcionamiento ruidoso y lleno de vibraciones de las plantas de fuerza diesel, la tecnología TDI también supera esta condición, ya que es tan silencioso y de funcionamiento tan suave como un motor regular de gasolina. EI motor TDI de cuatro cilindros cumple con las estrictas regulaciones europeas sobre las emisiones de escape e incluso libera un 20% menos de dióxido de carbono que la mayor parte de los motores de gasolina. EI dióxido de carbono es el principal gas que absorbe calor, y el que los científicos identifican como el principal responsable por el efecto de invernadero en nuestro planeta.
Pero adicionalmente VW ha empleado grandes innovaciones y mejoras en este nuevo motor. En el TDI, la fábrica VW es la primera en combinar la inyección directa de combustible con un control diesel electrónico. En lugar de usar un sistema de inyección controlado mecánicamente, en esta tecnología se emplea un sofisticado sistema de control electrónico que regula la sincronización de la inyección de combustible y la cantidad de éste, que turbo-carga la presión de refuerzo y hace recircular los gases del escape.
Esta tecnología de control electrónico le permite al motor inyectar el combustible directamente dentro de tos cilindros del motor, en donde hace combustión. Tradicionalmente, los motores diesel para los autos de pasajeros usaban una cámara para encender la mezcla de aire y combustible, lo que daba como resultado una importante pérdida de calor, a medida que la mezcla en combustión era transferida al cilindro. EI proceso de inyección directa del motor TDI elimina esta pérdida, siendo el resultado una alta eficiencia de consumo de combustible (casi un 20% superior que la mayoría de los diesel)
Aunque es sabido que la inyección directa es muy eficiente, no es menos cierto que puede ser ruidosa y causar muchas vibraciones (las clásicas características negativas de los motores diesel). Pero virtualmente VW eliminó el ruido y consiguió una baja eliminación de hollín, lo que parcialmente es conseguido con el sistema de inyección de combustible en dos etapas, y es posible gracias a la bomba de distribución controlada electrónicamente. Un inyector con cinco agujeros es utilizado para rociar con gran precisión en dos fases el combustible dentro de la cámara de combustión del cilindro. Esta tecnología ayuda a que el motor funcione con mayor eficiencia, más suavemente y con mucho menos ruido y hollín que los motores diesel convencionales.
El aire para la combustión es comprimido por el turbocargador, enfriado en el cargador enfriador de aire y dirigido entonces hacia la cámara de combustión a través de una lumbrera de admisión, con una forma especial para producir un remolino. La forma de esta lumbrera creadora de remolinos, más la cámara de combustión en la corona del pistón, tienen un efecto definitivo sobre el proceso completo de combustión del diesel inyectado directamente, ofreciendo el balance ideal entre torsión , potencia, consumo de combustible, emisiones del escape, ruido y las características del arranque en frío.
Y el sistema de control electrónico es vital para el funcionamiento del sistema TDI. En el mismo se emplean sensores múltiples y 25 rutas alternas para asegurar el mejor rendimiento posible del motor en cada situación de funcionamiento. Por lo tanto el sistema toma en cuenta la posición del acelerador, la velocidad del motor, las temperaturas del refrigerante y del combustible, la cantidad de aire y de presión de la admisión, y entonces le da instrucciones a la bomba que distribuya la cantidad correcta de combustible en el momento preciso.
INYECTOR BOMBA
El sistema bomba-inyector de Bosch, se incorporó en el vehículo Volkswagen Passat a finales de 1998 con una nueva generación de motores diesel de inyección directa, que dan altas prestaciones (ejemplo los 150 CV de potencia que alcanzan motores con una cilindrada menor de 2000 cc), así como mantener 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.
Unidad bomba inyector
Sus ventajas con respecto a otros dispositivos de inyección son: -Se utiliza tanto en turismos como en vehículos comerciales e industriales. También se utiliza este sistema en motores en locomotoras y barcos. -Alta presión de inyección hasta 2050 bar. -Comienzo de inyección variable. -La posibilidad de una inyección previa. 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 de la inyección así como el tiempo durante el cual esta activada la electroválvula determina el caudal de inyección. El momento y la duración de la activación son determinados por la unidad electrónica de control de acuerdo con los patrones 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 liquido 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 momento adecuado, la cantidad exacta y con la mayor presión posible, asegurando así el buen funcionamiento del motor con máximas prestaciones, minino consumo, menos emisiones nocivas y comportamiento silencioso.
Inyección en el cilindro
Parte de alta presión: La parte de alta presión de un sistema UIS lo forma la unidad bomba-inyector que es quien tiene la misión de inyectar el combustible, en el interior del cilindro del motor en el momento determinado por la unidad de control en una cantidad exacta y a la presión necesaria. Hay una unidad bomba-inyector (7) por cada cilindro del motor, montada sobre la culata. El inyector (4) de la unidad bomba-inyector penetra directamente en la cámara de combustión (8). El árbol de levas (2) del motor tiene para cada unidad de bomba-inyector una leva de accionamiento. La carrera de leva es transmitida por un balancín (1) al embolo de la bomba (6) para que este suba y baje y con ello bombee el combustible y lo aspire de la alimentación. El comienzo de la inyección y el caudal de inyección dependen de la activación eléctrica (5) de la electroválvula (3) y de la velocidad actual del embolo de la bomba, la cual es determinada por la forma de la leva. Por ello el árbol de levas debe estar fabricado con precisión. Las fuerzas que actúan durante el servicio generan esfuerzos oscilantes, que hay que tener en cuenta en las tolerancias de caudal y la presión. En nuestro modelo, la velocidad del embolo de la bomba se impondrá a partir de una función dada, simplificando tanto el árbol de levas como los balancines. Además no se considerará la inyección previa que sí se da en la realidad, por no aportar cualitativamente nada nuevo a la simulación. La unidad bomba-inyector se divide en las siguientes unidades funcionales. Generación de alta presión: Los componentes principales a la generación de alta presión son el cuerpo de la bomba con el embolo de la bomba y el muelle de reposición. Electroválvula de alta presión: Tiene la misión de determinar el momento de inyección y la duración de la inyección. Consta de los componentes principales bobina, aguja de electroválvula, inducido, núcleo magnético y muelle de electroválvula Inyector: El inyector pulveriza y distribuye el combustible exactamente dosificado en la cámara de combustión y conformar así el desarrollo de la inyección. El inyector esta adosado al cuerpo de la unidad bomba-inyector mediante la tuerca de fijación.
Funcionamiento:
A efectos de simulación, vamos a simplificar el sistema para observar los fenómenos físicos que ocurren en él de forma más evidente. El funcionamiento del sistema es el siguiente:
Carrera de aspiración (a) El émbolo de la bomba (2) se mueve hacia arriba mediante el muelle de reposición (3). El combustible, que se encuentra permanentemente bajo sobrepresión, fluye desde la parte de baja presión de la alimentación de combustible, a través de los taladros de entrada integrados en el bloque del motor y el canal de entrada de combustible, a la cámara de baja presión (6) también llamada cámara de electroválvula. La electroválvula está abierta. El combustible llega a través de un taladro de comunicación a la cámara de alta presión (4, llamada también recinto del elemento).
Carrera previa (b) El émbolo de bomba baja debido al giro de la leva de accionamiento (1). La electroválvula está abierta y el combustible es presionado por el émbolo de bomba, a través del canal de retorno de combustible, a la parte de baja presión de la alimentación de combustible.
Carrera de alimentación y proceso de inyección (c) La unidad de control suministra corriente a la bobina del electroimán (7) en un momento determinado, de modo que la aguja de la electroválvula es atraída al asiento (8), por la fuerza electromotriz, cortándose la comunicación entre la cámara de alta presión y la parte de baja presión. Este momento se denomina "comienzo de inyección eléctrico". La presión del combustible en la cámara de alta presión aumenta debido al movimiento del émbolo de la bomba y con ello aumenta también la presión en el inyector. Al alcanzarse la presión de apertura de inyector de aprox. 300 bar se levantará la aguja del inyector (9) y el combustible se inyecta en la cámara de combustión ("comienzo de inyección real") o comienzo de alimentación. A causa del elevado caudal de alimentación del émbolo de bomba sigue aumentando la presión durante todo el proceso de inyección.
Carrera residual (d) Si se desconecta la bobina del electroimán (7), la electroválvula se abre después de un breve tiempo de retardo y habilita nuevamente el paso a través de la comunicación entre la cámara de alta presión y la parte de baja presión. En la fase de transición entre la carrera de alimentación y la carrera residual se alcanza la presión punta. Esta varía, según el tipo de bomba, entre 1800 y 2050 bar como máximo. Después de estar abierta la electroválvula, la presión cae rápidamente. Al haberse quedado debajo del valor de la presión de cierre de inyector, el inyector se cerrará y finalizará el proceso de inyección. El combustible restante, suministrado por el elemento de bomba hasta la cúspide de la leva de accionamiento, es presionado hacia la parte de baja presión a través del canal de retorno.
Los sistemas de bomba-inyector son seguros intrínsecamente, o sea que en caso de un fallo, sumamente improbable, no se podrá producir más que una sola inyección descontrolada. Puesto que la unidad de bomba-inyector está montada en la culata, está expuesta a temperaturas elevadas. Para mantener en el nivel más bajo posible las temperaturas en la unidad de bomba-inyector, se refrigera mediante el combustible que retorna a la parte de baja presión.
En la simulación trataremos de obtener unas curvas parecidas a las de la figura anterior, partiendo de una función en la velocidad del cilindro (constante o senoidal) y una función tipo escalón para la tensión en la bobina de la electroválvula.
Como se ha expuesto los tres subconjuntos a tener en cuenta son el émbolo, la electroválvula y la aguja del inyector. El funcionamiento del émbolo es obvio y vendrá impuesto por la velocidad que le comunique el árbol de levas. No obstante, se pasará a describir más en detalle la electroválvula y el inyector.
Electroválvula de alta presión:
La electroválvula de alta presión tiene la función de iniciar la inyección en el momento correcto y de garantizar una dosificación exacta del caudal de combustible a través de una duración precisa de la inyección. Se divide en dos grupos constructivos: válvula e imán.
La válvula consta de la aguja de válvula, el cuerpo de válvula (12) integrado en el cuerpo de la bomba y el muelle de la válvula (1). El asiento de cierre del cuerpo de válvula se fabrica con rectificado cónico (10) y la aguja de la válvula posee igualmente un asiento de cierre cónico (11). El ángulo del cono de la aguja es algo mayor que el del cuerpo de la válvula. Así, cuando la válvula se cierra, la aguja presiona contra el cuerpo de válvula haciendo contacto únicamente sobre una línea: el asiento de válvula. Por ello la válvula produce una estanqueización muy buena (estanqueización por cono doble). El imán lo forman la culata magnética fija y el inducido móvil (16). La culata magnética es un núcleo magnético (15) y una bobina (6), con los contactos eléctricos correspondientes, junto con el conector (8), que alimenta la tensión del circuito. El inducido está fijado en la aguja de la válvula. Entre la culata magnética y el inducido hay, en la posición de reposo, un entrehierro inicial. El funcionamiento es sencillo. La electroválvula cuenta con dos posiciones: abierta o cerrada. La válvula está abierta si no hay corriente atravesando la bobina del imán y está cerrada cuando la unidad de control activa la bobina dándole tensión.
Válvula abierta La fuerza ejercida por el muelle de válvula en la aguja empuja esta contra el tope. De este modo queda abierta la sección de paso (9) entre la aguja y el cuerpo de la válvula en la zona del asiento de la válvula. En definitiva están comunicadas entre si las zonas de alta presión y baja presión de la bomba. En esta posición de reposo puede fluir el combustible, tanto en una dirección como en la otra.
Válvula cerrada Cuando se ha de efectuar la inyección, se activa la bobina. La corriente de excitación genera un flujo magnético en las piezas que componen el circuito magnético (núcleo magnético e inducido). Este flujo magnético genera una fuerza electromotriz que atrae el inducido hacia la culata, hasta el punto en el que hacen contacto la aguja y el cuerpo de la válvula en el asiento de cierre. Entre el inducido y la culata magnética continua habiendo un entrehierro residual. La válvula esta cerrada. La fuerza magnética no sólo tiene que atraer el inducido sino que también tiene que vencer la fuerza ejercida por el muelle de la válvula, y seguir resistiendo a la misma. Además se requiere que la fuerza magnética junte las superficies estanqueizantes entre si, por lo que también ha de soportar la fuerza que ejerce la presión del combustible. La fuerza en el inducido persiste mientras haya corriente que fluya a través de la bobina. Cuando la inyección tenga que concluir, se desconecta la corriente que atraviesa la bobina, con lo que se perderán el flujo magnético y en consecuencia la fuerza magnética. El muelle presiona en la aguja de la válvula, llevándola a la posición de reposo. El asiento de la válvula esta abierto.
Inyector:
Los inyectores son elementos esenciales en un motor Diesel. Influyen en la combustión y, por tanto, en la potencia del motor, sus gases de escape y los ruidos y vibraciones originados. La misión de estos dispositivos es: -El dar al desarrollo de la inyección (distribución exacta de la presión y del caudal por cada grado de giro del ángulo del cigüeñal). -La pulverización y distribución del combustible en la cámara de combustión. -El estanqueizado del sistema de combustible contra la cámara de combustión.
A través de las toberas o agujeros de inyección (5) se inyecta el combustible en la cámara de combustión del motor Diesel. En los sistemas de inyección de alta presión Common Rail y unidad de bomba-inyector, la tobera se encuentra integrada en el inyector y debe de estar adaptada a las diferentes condiciones del motor. La espiga de presión (1) es la encargada de abrir las toberas si la presión del combustible es la adecuada. Sobre esta espiga, además de la presión del sistema (Fd), actúa la fuerza (Fm) del muelle de compresión (o muelle de inyector). Está calibrado de forma que se abra con una presión de aprox. 300 bar(3*107 Pa). El caudal de inyección se determina por el tamaño de las toberas y la duración de la inyección. 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.
COMMON RAIL
Estos sistemas tienen cierto parecido con un sistema de inyección de gasolina, se hace llegar el combustible a alta presión a una rampa de inyección (de ahí el nombre de common rail) de esta salen los conductos hacia los inyectores mandados electrónicamente y que se encuentran justo encima de cada cilindro.
La presión de trabajo es muy elevada comparada con los apenas 6 kg/cm2 de un sistema de gasolina llegando a 1350 kg/cm2, entrando el combustible finamente pulverizado, mejorando el proceso de combustión y reduciendo el ruido, que son las causas por las que se abandono este sistema de inyección al introducir estas mecánicas en los automóviles.
Las preinyección y la alta presión mejoran el proceso de quemado y la reducción de la superficie de la cámara ( al prescindir de la precámara) y mejora el rendimiento térmico.
Elementos de que se compone:
* Inyectores que se conectan a la rampa * Regulador de presión que controla la presión en l a rampa * Sensor de presión en la rampa de inyectores de tipo piezoeléctrico, que informa de la presión a la centralita de inyección * Unidad de control que actúa sobre el tiempo de apertura de los inyectores, y sobre el regulador de presión tomando en * consideración todos los datos * Sensor de temperatura en la rampa de inyección para informar a la centralita * Bomba de transferencia de gasoil (eléctrica)desde el tanque hasta la bomba de alta presión
Además de estos se dispone de elementos tradicionales en los sistema de inyección como:
* Caudalímetro de aire de entrada, Normalmente de hilo caliente * Temperatura del aire de entrada * Captador de presión del aire de admisión en el colector * Sensor de revoluciones y posición del cigüeñal informa del regimen y del P.M.S. * Temperatura del motor * Posición del acelerador normalmente electrónico , ya que no se precisa unión fícica ni mariposa, como en un motor Otto * Filtro que limpia de impurezas muy importante por lo declicado de las piezas
En el filtro se dota de una válvula que regula la presión de la bomba de trasferencia a 2.5 kg/cm2 y de una válvula termostática que en caso de baja temperatura (15º) desvía el gasoil para su calentamiento a la bomba de agua del motor, de esta forma se evita la congelación del gasoil a bajas temperaturas y se favorece la vaporización del mismo al entrar en la camara.
Los retornos desde el filtro y la bomba de alta presión se refrigeran, para mantener el gasoil con las propiedades adecuadas de lubricación debido a los esfuerzos que se generan en la bomba para elevar la presión, hay que considerar que con presiones tan elevadas la mayor fluidez del gasoil al elevarse la temperatura incide en piezas con tolerancias tan ajustadas, es curioso la preocupación por mantener el gasoil no solo caliente para evitar el problema de las parafinas, sino refrigerado para no exceder unos valores adecuados.
La bomba de alta presión se ve accionada por el motor y suministra el combustible entre 200 a 1500 bares, este tipo de bomba no tiene que distribuir el gasoil solo elevar la presión, por lo que no se precisa del calado entre motor y bomba
La rampa tiene la misión de amortiguar las pulsaciones creadas por las aperturas de los inyectores, debiendo adaptarse su volumen en el diseño con la cilindrada del motor.
LA BOMBA DE ALTA PRESIÓN
Consta de tres elementos de bombeo, uno de los cuales puede ponerse fuera de servicio por la unidad de control, estos elementos se accionan por un árbol de levas ( en la misma)y consisten en pistones de desplazamiento positivo, La inhibición mediante una solenoide de uno de los cuerpos, se realiza dejando abierta la válvula de entrada; por lo que el desplazamiento del liquido no genera sino una entrada y salida continua de fluido consumiendo menos potencia la bomba en ese momento lo cual es muy útil en cargas parciales.
Para el ajuste de presión, se usa el regulador de presión ; el cual alivia a partir de 100 kg/cm2 el gasoil evitando exceder esta presión, accionado electrónicamente mediante una solenoide, la cual aumenta la presión del muelle que presiona la bola que controla la fuga, Actuando sobre la solenoide se eleva paulatinamente el valor de la presión, hasta el valor calculado.
En la centralita se jugará con el tiempo de apertura de los inyectores, así como sobre la presión en función de la carga y las revoluciones del motor, para dosificar adecuadamente el combustible.
LOS INYECTORES
En los motores de inyección directa se usan inyectores de orificios que generan una pulverización más fina y completa que la de tetón o espiga usados en la inyección indirecta, el recelo mayor que genera este hecho al menos a mí, cuando comencé a oír hablar de ellos era la fiabilidad de una solenoide que movía una tobera la cual debía cerrar un inyector, en un circuito de 1350 bares.
Los inyectores suelen tener unos 5 orificios haciendo de cierre una tobera, la cual dispone de una solenoide en su parte superior, el gasoil llega mediante un orificio que suministra gasoil a dos cámaras en el inyector, una en la parte superior de la tobera y otra en la inferior, justo antes de la aguja que hace el cierre; la tobera se mantiene cerrada por la presión de un muelle, que la presiona evitando la apertura de la misma, ya que las presión de las cámaras arriba y abajo se contrarrestan.
En la parte superior del inyector existe un orificio que comunica con el retorno de combustible la cámara superior de la tobera, el orificio esta cerrando mediante una bola presionada por un muelle, cuando la eletroválvula es accionada, esta no mueve la tobera como en uno de gasolina haría, sino que desplaza la bola que cierra el orificio de la cámara superior, generando la fuga del combustible de esta, hacia el retorno y reduciendo la presión de la cámara superior frente a la inferior . Al ser la presión de la cámara inferior mayor que la superior se desplaza la tobera y deja el camino para que el gasoil de suministro entre en el cilindro a través de los orificios ( de ahí que se diga que estos inyectores aunque con solenoides abren por presión) cuando cesa la excitación de la solenoide, el orificio cierra y la llegada de gasoil equilibra de nuevo las presiones y las fuerza del muelle desplaza la tobera cesando la inyección.
La cantidad de combustible inyectado depende del número y tamaño de los agujeros así como del tiempo de la inyección y de la presión en la rampa de combustible.
La alimentación de la electrovalvula se hace en dos fases:
* En la primera se aplican 80V con una intensidad de 20 A, lo que provoca una subida rápida de la aguja. * En la segunda fase se aplican 50V, con una intensidad de 12A, suficiente para mantener el solenoide actuada, evitando un consumo mayor y un mayor calentamiento.
La unidad de control se encarga de gestionar el accionamiento de los inyectores momento de apertura y tiempo del mismo, a la vez que acciona el tercer pistón de la bomba para reducir el consumo de potencia, la centralita almacena fallos en los sensores o malas respuestas de los mismos.
El funcionamiento del sistema de presurización se realiza en varias fases, siendo mas baja la presión y más largo el tiempo de apertura a bajas cargas.A altas cargas el tiempo es menor y la presión mas alta, básicamente se pueden modificar tres paramentos.
* Presión de inyección actuando sobre el regulador * El tiempo de apertura de los inyectores actuando sobre los mismos * El momento de la inyección en función de la posición del cigueñal
Retardando el momento de la inyección se puede dotar de mayor suavidad aunque menor rendimiento, decidiendo en función de la carga y revoluciones sobre que se actua en cada momento
El calculador establece una estrategia de presión de inyección que suele estar en torno a 240 bares en arranque, aumentando a 400 bares a cargas parciales y subiéndola a plena carga
En regímenes inferiores a 3000 r.p.m. se dota de dos inyecciones, una preinyección, donde no se inyecta mas de una décima parte del combustible total, cantidad que esta llamada a calentar la cámara para la inyección posterior donde se introduce la totalidad. Por encima de estas revoluciones no hay tiempo material para producir este efecto y la inyección principal y el total se realizan de una sola vez
En futuras realizaciones se espera trabajar con presiones de 1600 kg/cm2 a la vez que se reparte la inyección hasta en 5 fases ,de forma que el gasoil se quema mas paulatinamente, evitando picos grandes de presión en el cilindro y con ello ruido y vibraciones, a la vez que elevadas temperaturas max lo que genera gran cantidad de Oxidos nítricos, debido al exceso de oxigeno de estos motores, gran talón de Aquiles de los motores diesel.
Estas serie de inyecciones continuadas incluso en la carrera descendente suavizarán este tipo de motores y establecen la señal de diferencia con los de inyector bomba o bomba radial donde las preinyecciones se hacen con tarado de muelles en los propios inyectores , siendo prácticamente imposible llegar a este valor de fases en número.
Espero haber arrojado algo de luz en un tema un poco olvidado de la inyección common rail, cuando curiosamente están tan de moda.
En otra ocasión haremos lo mismo con el inyector bomba, que ahora sufren la euforia de las .com. a principios de años, pero que ya veremos que cuando los common rail lleguen ( en presiones) los inyectores-bomba seguramente serán historia. --Benjamin8 17:04 20 abr 2011 (UTC) BENJAMIN SANCHEZ, PROFESOR TECNICO FP
Sistemas de alimentación Diesel
En esta Wiki intento mostrar la evolución de los diferentes sistemas de alimentación Diesel.
