12a. Sistemas de Inyección para MEC [PDF]

Zitiervorschau

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. 2.

3. 4. 5. 6.

Bomba eléctrica de cebado de baja presión Bomba de alta presión que suministra la presión al sistema Regulador de presión Acumulador común o riel común Inyectores Sistema de control electrónico

Funcionamiento 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7.

La bomba de alimentación suministra diesel a la bomba de alta presión La bomba de alta presión comprime el combustible y lo envía al acumulador o riel común El acumulador atenúa las pulsaciones de presión y La computadora mide la presión y suministra el diesel a los inyectores La computadora elabora la información recibida de los sensores y envía el mando eléctrico para la apertura del inyector El electroimán del inyector abre la servoválvula que regula la apertura del inyector 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)

12. Disco Espaciador 13. Disco Espaciador 14. Disco Espaciador 15. Placa del Inducido 16. Resorte del Inducido 17. Lamina de Arandela

28 26 10

16 32 22 18 20 1 4

31 24 25

12 23

7

21

8

6 4

9 29

27 11

30 1 3

19 15 17

2 1 5 3

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

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

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