12a. sistemas de inyección para mec
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Introducción El pistón comprime el aire:
28 bar, 520ºC con una relación aproximada de 12
70 bar, 720ºC con una relación aproximada de 20
La presión de inyección según el sistema de inyección está entre 200 a 2000 bares Para vencer la presión del aire en el cilindro
Para pulverizar mejor y disminuir el tiempo de retraso
Disminuir los inquemados y las emisiones contaminantes
El rango de velocidades de inyección (DI) está entre 150 y 500 m/s
Requerimientos de un sistema de inyección Dosificar la cantidad exacta de combustible que ha de ser
inyectado según los requerimientos de carga y velocidad Sincronizar la inyección con el funcionamiento del motor. Los
tiempos de inyección deberán variar para los requerimientos de carga y velocidad
Regular la velocidad de la inyección o caudal de combustible Pulverizar el combustible, o sea dividirlo en partículas muy finas
para garantizar una mezcla rápida Distribuir adecuadamente el combustible en la cámara de
combustión La distribución del combustible inyectado para multicilindros
debe ser uniforme para cada cilindro El peso y tamaño de los sistemas de inyección debe ser mínimo El tiempo de vida del sistema debe ser compatible con la del
motor
Sistema de inyección
Elementos del sistema de inyección
Filtros
Tipos de bombas de inyección
Aplicaciones
Tipos de bombas de inyección Tipos de bomba BOSCH
Inyección
Presión max (bar)
Caudal (mm^3)
Mecánica Electrónica
DI /IDI
Bomba inyectora en línea (PE) 500 a 1300 60 a 250 Mecánica & Electrónica
DI /IDI
Bomba inyectora monocilíndrica (PF) 800 a 1500 150 Mecánica & Electrónica
DI /IDI
Bomba distribuidora (rotativa axial, VE)
1200 a 1400 70 a 120 Mecánica & Electrónica
DI /IDI
Bomba distribuidora de pistones radiales (VR)
1700 135 Mecánica & Electrónica
DI
Sistema de presión modulada Common Rail
1350 a 1800 100 a 400 Electrónica DI
Conjunto UIS 1600 a 2050 160 a 400 Electrónica DI
Conjunto UPS 1600 a 1800 150 a 400 Electrónica DI
Bombas de inyección en línea Tienen por cada cilindro del motor un elemento
bomba que consta de cilindro y émbolo. El árbol de levas de la bomba mueve los émbolos en dirección de suministro accionado, este es accionado por el motor, y retrocede empujado por el muelle del émbolo
Elementos dispuestos en línea (bomba lineal), carrera del émbolo invariable, carrera útil variable.
Variación del caudal depende del ángulo de giro del émbolo ranurado.
Entre cámara de alta presión y las tuberías de impulsión existen válvulas de presión adicionales para garantizar el inicio y término de inyección a los niveles de presión requeridos.
Consta de: Bomba de émbolos Regulador mecánico del número de revoluciones Variador de avance Bomba de alimentación
Bombas de inyección en línea
Bomba lineal de combustible
Dosificación de combustible
Regulación de combustible
Regulación de combustible
Dosificación de combustible
Válvula de presión Evita inyecciones ulteriores en el inyector y procuran un campo característico
uniforme de bomba
Bomba de alimentación
Bomba de alimentación- Simple efecto
Bomba de alimentación
Bomba de alimentación – Doble efecto
Variador de avance
Variador de avance Mediante un dispositivo
centrífugo, se regula el avance de la inyección
Usando la fuerza centrífuga creciente con el aumento de las rpm cambia la posición relativa en sentido angular entre el cuerpo exterior acoplado al motor y el eje de salida acoplado a la bomba
Bombas rotativas En una bomba de inyección por distribuidor rotativo, el combustible es
bombeado por un solo elemento, cualquiera que sea el número de cilindros del motor. El combustible se distribuyen a cada cilindro por turno mediante un distribuidor rotativo, que es a la vez elemento de bombeo, y que forma parte de la bomba.
Se sirven de un regulador de revoluciones mecánico para regular el caudal de inyección así como de un regulador hidráulico para variar el avance de la inyección
Estas bombas rotativas pueden emplearse generalmente en motores de cilindrada unitaria de hasta algo más de 2 litros. La posición de montaje de la bomba puede ser cualquiera, y su peso y volumen son reducidos.
El interior del cuerpo de la bomba esta siempre lleno de combustible a una ligera sobrepresión, lo que impide la penetración del aire, del polvo y evita la condensación del agua.
El combustible en exceso recorre continuamente el interior de la bomba y proporciona una refrigeración y un engrase total propio.
La aceptación de estas bombas se debe a: su rapidez de respuesta, menor precio, poco peso, tamaño reducido, simplicidad y facilidad de adaptación a los motores Diesel rápidos de pequeño tamaño
Son usadas en motores Diesel de tamaños pequeño y medio
Bomba rotativa de émbolos axiales (VE)
Partes de la Bomba VE
Partes de la Bomba VE
Bomba de alimentación La bomba de aletas aspira combustible del depósito y lo
suministra al interior de la cámara de la bomba. La presión en la cámara es proporcional a la velocidad del
motor
Bomba de paletas (baja presión)
Bomba de alta presión El émbolo distribuidor central que gira mientras que un disco de
levas asume la generación de presión Durante una vuelta del eje el émbolo realiza tantas carreras como
cilindros del motor a de abastecer La leva se desliza sobre el anillo de rodillos originan el movimiento
axial, adicional al de rotación
Bomba de alta presión
Funcionamiento Alta Presión
Funcionamiento Alta Presión
Válvula de Re-aspiración o impulsión
Descarga la tubería de inyección tras concluir la fase de alimentación de la bomba, extrayendo un volumen exactamente definido de la tubería para:
Mantener la presión en la tubería
Asegurar el cierre inmediato del inyector, evitando cualquier mínima salida de combustible
Conjunto de cabeza y émbolo distribuidores
1.-Cabeza distribuidora; 2.- Embolo distribuidor; 3.- Racor de impulsión; 4.- Válvula de reaspiración (también llamada de impulsión); 5.- Corredera de regulación.
Regulador centrífugo Esta tarea es realizada mediante por el regulador de
rotaciones
Avance de la inyección
Avance de la inyección
Bomba Rotativa Radial
Bomba rotativa radial La presión se genera por el movimiento de los émbolos
radiales (un o dos pares generalmente) hacia el centro del eje de la bomba
Número de lóbulos de la corona de levas determina el número de cilindros (generalmente ≤ 6)
Una válvula solenoide controla la cantidad de combustible inyectado
Bomba Rotativa Radial
Bomba Rotativa Radial
Suministro de presión
Common Rail (Riel Común) Crecientes exigencias respecto al menor consumo, menos
contaminantes en gases de escape y un funcionamiento más silencioso no se puede cumplir con los Sist. Inyección Mecánica, se requiere mayores presiones de inyección
Características Permite presiones muy elevadas de hasta 1800 bares
La presión de inyección es independiente de la velocidad del motor, es regulable de modo flexible entre 150 y 1800 bares
Es un sistema completamente controlado electrónicamente
La bomba de alta presión alimenta continuamente
Permite generar inyecciones múltiples, inyección piloto.
Composición del sistema 1. Bomba eléctrica de
cebado de baja presión
2. Bomba de alta presión que suministra la presión al sistema
3. Regulador de presión 4. Acumulador común
o riel común 5. Inyectores 6. Sistema de control
electrónico
Funcionamiento 1. La bomba de alimentación suministra diesel a la bomba
de alta presión 2. La bomba de alta presión comprime el combustible y lo
envía al acumulador o riel común 3. El acumulador atenúa las pulsaciones de presión y 4. La computadora mide la presión y suministra el diesel a
los inyectores 5. La computadora elabora la información recibida de los
sensores y envía el mando eléctrico para la apertura del inyector
6. El electroimán del inyector abre la servoválvula que regula la apertura del inyector
7. Cuando termina el mando eléctrico el inyector se cierra
Sistema de inyección Common Rail
Regulación de Presión La presión de diseño se genera
independientemente de la cantidad del régimen del motor y del caudal de inyección controlado por el ECU, ECM o EDC.
La presión se genera mediante una bomba de alta presión
Regulación: Regulación de presión en el
lado de alta presión
Regulación de caudal en el lado de aspiración
Sistema doble de regulación
Comportamiento del sistema En sistemas convencionales (bombas lineales o
rotativas) tienen los siguientes inconvenientes:
La presión de inyección aumenta con la velocidad y el caudal de combustible
Durante la inyección la presión del diesel es variable
Número de inyecciones Inyección previa
Se origina un “acondicionamiento previo” de la cámara de combustión lo que conlleva a:
Menores picos de presión
Combustión suave, menos ruido del motor
Inyección principal
Se aporta la energía para el trabajo a ser realizado por el motor
Bombas de alimentación
Bomba de alta presión
Bomba de alta presión
Válvula de regulación Válvula de presión
Válvula de dosificación de caudal
Riel o acumulador común Almacena el combustible
a alta presión
Amortigua las oscilaciones de presión con el volumen acumulado, garantizando una presión constante aún cuando se extrae combustible para inyección
Partes del Riel Limitador de presión
Limitador de flujo
Inyectores Los inyectores se ubican
en la culata del motor y son accionados hidráulicamente por el combustible que entrega la bomba de alta presión
Existen distintos tipos de inyectores pero casi todos se basan en este principio
Inyectores El muelle de compresión, mediante el perno de
presión, presiona sobre la aguja del inyector (la tensión del muelle determina la presión de apertura)
El recorrido del fluido es conducido desde el taladro de entrada hacia el disco intermedio, y desde allí mediante el cuerpo del inyector al asiento de la aguja del inyector
El proceso de inyección se levanta la aguja del inyector debido a la presión de inyección y el combustible se inyecta por los agujeros de inyección en la cámara de combustión
La inyección concluye cuando la presión ha disminuido de tal manera que el muelle presiona nuevamente la aguja contra su asienteo
Tipos de toberas Tobera con boquilla de aguja Tobera de boquilla con orificios múltiples
Inyección Electrónica
Inyectores Control Electrónico accionamiento eléctrico
1. Cuerpo de tobera
2. Aguja de tobera
3. Tuerca de tobera
4. Cuerpo del inyector
5. Pasador Intermedio
6. Resorte de tobera
7. Cuerpo de la Válvula
8. Pistón de la Válvula
9. Sello de anillo
10. Bola de Válvula
11. Tornillo retenedor (Tuerca)
1
4
2
3
5
8 6
9
7
10
12
1
4
16
18 20
22 24
25
23
21
19
17 15 1
3 11
26. Perno del Inducido
27. Fijador de Bola
28. Guía de Inducido
29. Arandela de soporte
30. Anillo-O
31. Placa de Soporte
32. Tueca de Tensión
12. Disco Espaciador
13. Disco Espaciador
14. Disco Espaciador
15. Placa del Inducido
16. Resorte del Inducido
17. Lamina de Arandela
18. Anillo Fijador
19. Núcleo de Imán
20. Tubo
21. Anillo-O
22. Pieza Intermedia
23. Sello de bola
24. Resorte de Válvula
25. Base Conector de Ensamblado
29 27
30
31 32
26
28
Efecto Piezoeléctrico Fenómeno presentado por determinados cristales que
al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencial de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico.
Inyectores piezoeléctricos
Inyectores piezoeléctricos
Inyector Piezoeléctrico
Ventajas de inyectores piezoeléctricos Son más ligeros y reaccionan el doble de rápido que las válvulas
magnéticas convencionales. Por ello, la válvula de inyección se conecta cinco veces más rápido y dirige con mayor exactitud tanto la cantidad inyectada como el proceso de inyección. Se trata, pues, de otro criterio importante a tener en cuenta para obtener una combustión eficiente, suave y poco contaminante.
En cifras, la inyección diesel con inyectores piezo-eléctricos frente a los sistemas actuales ofrece la posibilidad de reducir el consumo de combustible cerca del 3% aprox., de disminuir las emisiones contaminantes hasta un 20%, de aumentar la potencia motriz alcanzable hasta un 5% y de recortar el ruido del motor de hasta tres decibelios, a la mitad aproximadamente.
Sistemas de ayuda para arranque de MEC Motores de Inyección Directa (DI) arrancan
espontáneamente por encima de 0ºC (temperatura de autoinflamación del diesel aprox. 250ºC)
Los sistemas de Inyección Indirecta (IDI) necesitan un sistema de ayuda al arranque a cualquier temperatura (Bujía de espiga incandencente)
Bombas individuales Operan bajo los mismos principios de las bombas PE
(bombas lineales)
No tienen un eje de levas como las bombas lineales, las levas están ubicadas sobre el árbol de levas de las válvulas de admisión y expansión, por lo tanto no se puede realizar una regulación directa del avance (se puede instalar un balancín entre el eje de levas y el impulsor de rodillo)
Tipos (Bombas Bosch)
PF (Plunger Fuel Diesel Pump)
UIS
UPS
Sistema de inyección UIS La bomba y el inyector constituyen una
unidad.
Existe una unidad por cada cilindro montada en la culata, accionada mediante un empujador o por un balancín.
Debido a la supresión de tuberías de alta presión, es posible una presión de hasta 2000 bar (reducción de emisiones contaminantes)
Sistema de inyección UPS Trabaja según el mismo
procedimiento de la UIS, a diferencia que el inyector y la bomba están unidos por una tubería corta de inyección
HEUI