DESMONTAJE EXPLORATORIO DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

1. INTRODUCCIÓN

1.1 ANTECEDENTES

El ejercicio activo de la observación y su documentación: planilla de trabajo, manual de procedimiento, son la forma más objetiva de comprender y entender la mecánica del motor de combustión interna.

1.2. OBJETIVOS.

- Adquisición objetiva y detallada de las características constructivas específicas de un MCI.- Ejercitar las habilidades básicas de

Desmontaje, montaje y exploración de MCI’s.Reporte técnico documentado de procedimientos.Manejo apropiado de herramientas.

1.3. FUNDAMENTO TEORICO

La característica genética de estos motores esta basada en la termodinámica referencial de cada uno de estos, que desembocan en características tan específicas como sus sistemas de alimentación de combustible, así como en las características estructurales en el uso de materiales y de sus proporciones en la construcción de estos motores, y en definitiva la referencia termodinámica a definido y define las características de los sistemas de apoyo mecánico para el funcionamiento cíclico y continuo de estos sistemas de transformación energética.

1.3.1 Clasificación de los sistemas de alimentación y dosificación de combustible (propuesta)

1.3.1.1 Clasificación de los sistemas de alimentación y dosificación de combustible (Gasolina).

1.3.1.1.1 Sistemas de inyección monopunto

Este sistema apareció por la necesidad de abaratar los costes que suponía los sistemas de inyección multipunto en ese momento (principios de la década de los 90) y por la necesidad de eliminar el carburador en los coches utilitarios de bajo precio para poder cumplir con las normas anticontaminación cada vez mas restrictivas. El sistema monopunto consiste en único inyector colocado antes de la mariposa de gases, donde la gasolina se a impulsos y a una presión de 0,5 bar.

Fig. 1.1 Esquema básico de un sistema de inyección monopunto

Los tres elementos fundamentales que forman el esquema de un sistema de inyección monopunto son el inyector que sustituye a los inyectores en el caso de una inyección multipunto. Como en el caso del carburador este inyector se encuentra colocado antes de la mariposa de gases, esta es otra diferencia importante con los sistemas de inyección multipunto donde los inyectores están después de la mariposa. La dosificación de combustible que proporciona el inyector viene determinada por la ECU la cual, como en los sistemas de inyección multipunto recibe información de diferentes sensores. En primer lugar necesita información de la cantidad de aire que penetra en el colector de admisión para ello hace uso de un caudalimetro, también necesita otras medidas como la temperatura del motor, el régimen de giro del mismo,

la posición que ocupa la mariposa de gases, y la composición de la mezcla por medio de la sonda Lambda. Con estos datos la ECU elabora un tiempo de abertura del inyector para que proporcione la cantidad justa de combustible.

Fig. 1.2 Esquema básico de un sistema de inyección monopunto

El elemento distintivo de este sistema de inyección es la "unidad central de inyección" o también llamado "cuerpo de mariposa" que se parece exteriormente a un carburador. En este elemento se concentran numerosos dispositivos como por supuesto "el inyector", también tenemos la mariposa de gases, el regulador de presión de combustible, regulador de ralentí, el sensor de temperatura de aire, sensor de posición de la mariposa, incluso el caudalímetro de aire en algunos casos.

Fig. 1.3 Unidad central de inyección o cuerpo de mariposa

El regul a dor de pr e si ó n es del tipo mecánico a membrana, formando parte del cuerpo de inyección donde esta alojado el inyector. El regulador de presión esta compuesto de una carcasa contenedora, un dispositivo móvil constituido por un cuerpo metálico y una membrana accionada por un muelle calibrado. Cuando la presión del carburante sobrepasa el valor determinado, el dispositivo móvil se desplaza y permite la apertura de la válvula que deja salir el excedente de carburante, retornando al depósito por un tubo. Un orificio calibrado, previsto en el cuerpo de mariposa pone en comunicación la cámara de regulación con el tubo de retorno, permitiendo así disminuir la carga hidrostática sobre la membrana cuando el motor esta parado. La presión de funcionamiento es de 0,8 bar.

Fig. 1.4 Esquema del regulador de presión.

El motor paso a paso o también llamado posicionador de mariposa de marcha lenta, sirve para la regulación del motor a régimen de ralentí. Al ralentí, el motor paso a paso actúa sobre un caudal de aire en paralelo con la mariposa, realizando un desplazamiento horizontal graduando la cantidad de aire que va directamente a los conductos de admisión sin pasar por la válvula de mariposa. En otros casos el motor paso a paso actúa directamente sobre la mariposa de gases abriendola un cierto ángulo en ralentí cuando teóricamente tendría que estar cerrada.El motor paso a paso recibe unos impulsos eléctricos de la unidad de control ECU que le permiten realizar un control del movimiento del obturador con una gran precisión. El motor paso a paso se desplaza en un sentido o en otro en función de que sea necesario incrementar o disminuir el régimen de ralentí.Este mecanismo ejecuta también la función de regulador de la puesta en funcionamiento del sistema de climatización, cuando la unidad de control recibe la información de que se ha puesto en marcha el sistema de climatización da orden al motor paso a paso para incrementar el régimen de ralentí en 100 rpm.

El motor

Fig. 1.5 Esquema del motor paso a paso.

Fig. 1.6 Esquema del Cuerpo de mariposa.

1.3.1.1.2 Sistema Bosch Mono-Jetronic

Una vez mas el fabricante Bosch destaca con un sistema de inyección, en este caso "monopunto", donde se encuentran los componentes mas característicos de este sistema así como los componentes comunes con otros sistemas de inyección multipunto, siendo el mas parecido el L-Jetronic.

Fig. 1.7 Esquema de un sistema de inyección Bosch Mono-Jetronic.

Sistema de admisiónEl sistema de admisión consta de filtro de aire, colector de admisión, cuerpo de mariposa/inyector (si quieres ver un despiece del cuerpo mariposa/inyector h) y los tubos de admisión conectados a cada cilindro. El sistema de admisión tiene por misión hacer llegar a cada cilindro del motor la cantidad de mezcla aire/combustible necesaria a cada carrera de explosión del pistón.

Cuerpo de la mariposaEl cuerpo de la mariposa (figura 1ª aloja el regulador de la presión del combustible, el motor paso a paso de la mariposa, el sensor de temperatura de aire y el inyector único. La ECU controla el motor paso a paso de la mariposa y el inyector. El contenido de CO no se puede ajustar manualmente. El interruptor potenciómetro de la mariposa va montado en el eje de la mariposa y envía una señal a la ECU indicando la posición de la mariposa. Esta señal se convierte en una señal electrónica que modifica la cantidad de combustible inyectado. El inyector accionado por solenoide pulveriza la gasolina en el espacio comprendido entre la mariposa y la pared del venturi. El motor paso a paso controla el ralentí abriendo y cerrando la mariposa. El ralentí no se puede ajustar manualmente.

CaudalímetroLa medición de caudal de aire se hace por medio de un caudalímetro que puede ser del tipo "hilo caliente", o también del tipo "plato-sonda oscilante". El primero da un diseño mas compacto al sistema de inyección, reduciendo el numero de elementos ya que el caudalímetro de hilo caliente va alojado en el mismo "cuerpo de mariposa". El caudalimetro de plato-sonda forma un conjunto con la unidad de control ECU (como se ve en la figura inferior)..

Interruptor de la mariposaEl interruptor de la mariposa es un potenciómetro que supervisa la posición de la mariposa para que la demanda de combustible sea la adecuada a la posición de la mariposa y al régimen del motor. La ECU calcula la demanda de combustible a partir de 15 posiciones diferentes de la mariposa y 15 regímenes diferentes del motor almacenados en su memoria.

Sensor de la temperatura del refrigeranteLa señal que el sensor de la temperatura o sonda térmica del refrigerante envía a la ECU asegura que se suministre combustible extra para el arranqueen frío y la cantidad de combustible más adecuada para cada estado de funcionamiento.

DistribuidorLa ECU supervisa el régimen del motor a partir de las señales que transmite el captador situado en el distribuidor del encendido.

Sonda LambdaEl sistema de escape lleva una sonda Lambda (sonda de oxígeno) que detecta la cantidad de oxigeno que hay en los gases de escape. Si la mezcla aire/combustible es demasiado pobre o demasiado rica, la señal que transmite la sonda de oxígeno hace que la ECU aumente o disminuya la cantidad de combustible inyectada, según convenga.

Unidad de control electrónica (ECU)La UCE está conectada con los cables por medio de un enchufe múltiple. El programa y la memoria de la ECU calculan las señales que le envían los sensores instalados en el sistema. La ECUdispone de una memoria de autodiagnóstico que detecta y guarda las averías. Al producirse una avería, se enciende la lámpara de aviso o lámpara testigo en el tablero de instrumentos.

Sistema de alimentaciónEl sistema de alimentación suministra a baja presión la cantidad de combustible necesaria para el motor en cada estado de funcionamiento. Consta de depósito de combustible, bomba de combustible, filtro de combustible, un solo inyector y el regulador de presión. La bomba se halla situada en el depósito de la gasolina y conduce bajo presión el combustible, a través de un filtro, hasta el regulador de la presión y el inyector. El regulador de la presión mantiene la presión constante a 0,8-1,2 bar, el combustible sobrante es devuelto al depósito. El inyector único se encuentra en el cuerpo de la mariposa y tiene una boquilla o tobera especial, con seis agujeros dispuestos radialmente, que pulverizala gasolina en forma de cono en el espacio comprendido entre la mariposa y la pared del venturi. El inyector dispone de una circulación constante de la gasolina a través de sus mecanismos internos para conseguir con ello su mejor refrigeración y el mejor rendimiento durante el arranque en caliente. El combustible pasa del filtro al inyector y de aquí al regulador de presión.La bobina (4) recibe impulsos eléctricos procedentes de la unidad de control ECU a través de la conexión eléctrica (1). De este modo crea un campo magnético que determina la posición del núcleo (2) con el que se vence la presión del muelle (5). Este muelle presiona sobre la válvula de bola (7) que impide el paso de la gasolina a salir de su circuito. Cuando la presión del muelle se reduce en virtud del crecimiento del magnetismo en la bobina, la misma presión del combustible abre la válvula de bola y sale al exterior a través de la tobera (6) debidamente pulverizado, se produce la inyección.

Fig. 1.8 Esquema de un de inyector monopunto.

La apertura del inyector es del tipo "sincronizada", es decir, en fase con el encendido. En cada impulso del encendido, la unidad de control electrónica envía un impulso eléctrico a la bobina, con lo que el campo magnético así creado atrae la válvula de bola levantándolo hacia el núcleo. El carburante que viene de la cámara anular a través de un filtro es inyectado de esta manera en el colector de admisión por los seis orificios de inyección del asiento obturador.Al cortarse el impulso eléctrico, un muelle de membrana devuelve la válvula de bola a su asiento y asegura el cierre de los orificios.El exceso de carburante es enviado hacia el regulador de presión a través del orificio superior del inyector. El barrido creado de esta manera en el inyector evita la posible formación de vapores.

Sistema Bosch Mono-MotronicLa diferencia fundamental con el sistema anterior es que integra en la misma unidad de control (ECU) la gestión de la inyección de gasolina así como la del encendido. Este sistema se puede equiparar al sistema de inyección multipunto Motronic por la forma de trabajar y por los elementos comunes que tienen. Dentro de este sistema podemos encontrar dos esquemas: los que utilizan encendido con distribuidor (figura del final de pagina)y los que utilizan encendido estático o sin distribuidor (como el de la figura inferior). La unidad central de inyección o cuerpo de mariposa funciona igual que la utilizada en el sistema Mono-Jetronic así como el sistema de alimentación de combustible y el sistema de admisión de aire.

Fig. 1.9 Esquema de un de inyector Mono-Motronic.

Fig. 1.10 Esquema de un de inyector Mono-Motronic.

Fig. 1.11 Esquema de un de inyector Mono-Motronic.

En la figura i n ferio r podemos ver como elemento fundamental unidad central de inyección o también llamado cuerpo de mariposa (1) sobre la cual se aplica la carcasa del filtro de aire (2). El paso de aire viene regulado, en estos equipos, por una caja termostatica (3) que distribuye la entrada de aire caliente o frió, según la estación del año, de la forma ya conocida en muchos motores de todas las marcas.La unidad de inyección se ajusta al colector de admisión (4) a través de una brida (5) y sus elementos de sujeción. Se ve también que se utiliza el calentador del aire de admisión (6) conocido normalmente con el nombre de "erizo" propio de los motores de la marca Seat y Volkswagen.Otros elementos importantes son: la unidad de control ECU (7) con su conector (8), también esta el sensor de temperatura del liquido refrigerante (9) en contacto con el refrigerante (10) en la culata, y la sonda de oxigeno Lambda (11) junto con su enchufe y conector de cuatro bornes (12) que atiende también a la calefacción de la misma sonda.En (13) tenemos la toma de depresión para el servofreno. En (16) tenemos el tubo que va hacia la válvula electromagnética para el depósito de carbón activo o canister.

Fig. 1.12 Esquema de un del cuerpo de mariposa del inyector Mono-Motronic.

En la figura i n ferio r tenemos un esquema de un sistema de inyección Mono-Motronic, así como la parte de componentes que forman el sistema de encendido de un vehículo de la marca SEAT.La unidad de control ECU, a través de los cables que se derivan de su conector (2) controla por igual tanto el sistema de inyección como el sistema de encendido a través de su modulo electrónico o amplificador (4). Este modulo integra a su vez la bobina de encendido. El modulo esta conectado con la ECU a través del conector (5). Desde aquí recibe las ordenes necesarias (teniendo en cuenta el régimen de giro del motor y la carga) procedentes de la ECU de forma que la transformación de la corriente en alta tensión se produce de acuerdo con las curvas memorizadas en la ECU y con un resultado de avance de encendido perfectamente adecuado a las necesidades variantes del motor, en condiciones similares o iguales a lo que ocurre en el Motronic multipunto. Los demás elementos del sistema de encendido están formados por las diferentes partes de distribuidor (7) con un generador de impulsos de efecto Hall (9), también tenemos la bujía (10) y los cables de alta tensión.

Fig. 1.13 Esquema de un sistema Bosch Mono-Motronic.

1.3.1.1.3 Sistema de inyección monopunto MULTEC de Opel

Es un modelo de inyección monopunto propio de Opel. Gestiona la inyección y el encendido. Este sistema lo encontramos en los modelos: Corsa (91),Corsa (93), Kadett (91), Astra (91), Astra-F (93), Vectra (91) y Vectra-B(98).

Como todos los sistemas, este también ha ido evolucionando desde su inicio hasta el final de su producción.Los primeros modelos disponían de un distribuidor con generador inductivo (como los Corsa 1.2,1.3 con carburador) y la memoria de programa PROM era insertable y sustituible en caso de avería. Después se cambió a distribuidor de efecto Hall y en los últimos modelos el encendido es con generador inductivo en el volante y bobinas DIS o distribuidor normal.

Fig. 1.14 Esquema de un sistema de inyección monupunto Multitec de Opel.

Fig. 1.15 Esquema de despiece de la unidad central de inyección de un sistema de inyección monupunto Multitec de Opel.

1.3.1.1.4 Sistema MAGNETI-MARELLI G6

Este sistema de origen Italiano es muy parecido al Mono-Motronic de Bosch, el G6 y sus derivados controlan conjuntamente la inyección y el encendido.

Fig. 1.16 Esquema del sistema de inyección monopunto MAGNETI-MARELLI G6

El funcionamiento por lo tanto es similar al ya estudiado para el Mono-Motronic pero vamos a destacar varias diferencias como es la forma de medir el aire de admisión por medio de un captador de presión.

Capt a dor d e pr e sión El captador de presión absoluta (MAP), viene a sustituir al conocido caudalímetro de "plato-sonda" oscilante o al de "hilo caliente". Por medio de este captador (11) la unidad de control ECU recibe permanente información sobre el estado de depresión reinante en el interior del colector de admisión. Los valores proporcionados pueden ser traducidos a valores relativos a la cantidad de aire que existe en el circuito y ello le permite a la ECU poder determinar con exactitud, y en cada caso, la dosificación de la mezcla, es decir, la cantidad de combustible inyectada a través del inyector.

El captador de presión detecta las variaciones y presión en el interior del colector de admisión según los cambios de carga y velocidad de rotación del motor. Este sistema permite conjuntamente con el valor de temperatura de aire saber el peso del aire que entra en el colector de admisión y así poder establecer con exactitud la cantidad de gasolina a inyectar para conseguir una determinada relación de mezcla.El captador esta constituido por un diafragma realizado en materia aislante dentro del cual están emplazadas unas resistencias que forman un puente de medida.El puente de resistencias esta formados por sensores piezoelectricos que son sensibles a las deformaciones mecánicas.El diafragma esta unido mediante un tubo al colector de admisión de manera que las variaciones de presión actúan directamente sobre el diafragma provocando su deformación. Esta deformación actúa sobre el puente de resistencias variando la tensión de salida.La tensión de salida del puente es ajustada a las escalas de trabajo deseadas de manera que se obtiene una tensión final de salida comprendida entre 0 y 5 V. siguiendo de manera lineal las variaciones de presión.

Fig. 1.17 Esquema de funcionamiento del sensor de presión

Sens o r de r p m Para conocer el nº de rpm del motor y la posición de los pistones con respecto al PMS se utiliza un sensor de rpm que se enfrenta a los dientes del volante motor. Con esta información la unidad de control sabe el nº de rpm del motor así como el momento de hacer saltar la chispa en la bujía de acuerdo con el avance de encendido mas conveniente.

Can i ster Este sistema también lleva incorporado una válvula electromagnética (14 )para el control del canister. El canister es el filtro de carbón activo que controla los gases producidos por los vapores del combustible que se encuentra en el interior del circuito de combustible sobre todo en el depósito (16). La presencia de la válvula electromagnética permite a la ECU abrir paso de estos gases en precisas y determinada circunstancias. Cuando el motor esta parado, por ejemplo. Los gases quedan almacenados en el filtro o canister, hasta que el motor se pone en funcionamiento en cuyo momento la ECU puede dar orden de abertura a la válvula electromagnética y efectuar una purga del canister. De esta forma se aprovecha el combustible y se evita la salida al exterior la salida de los gases nocivos. Esta válvula también es conocida con el nombre de "válvula de aireación" y al canister se le suele llamar también"filtro de carbón activo".

Fig. 1.18 Esquema eléctrico de una inyección monopunto

1.3.1.1.5 Sistema de inyección monopunto de Ford.

Este sistema que pertenece en concreto al modelo Ford Escort, esta provisto de un captador de presión absoluta para la medida del aire que entra en los cilindros del motor.En la parte superior tenemos los elementos clásicos de un sistema de inyección, es decir, la electrobomba (1) sumergida en el depósito de combustible (2). La gasolina pasa a través del filtro (3) y va a parar directamente al inyector (4). Como en casos similares, la presión del circuito esta controlada por un regulador de presión (5).La unidad de control ECU (6), que es del tipo EEC IV, de forma que ejerce un perfecto control tanto de la inyección como del encendido. La ECU recibe información del régimen de giro del motor a través de una toma que se encuentra en la base del bloque, que no es otro que el captador de posición del cigüeñal (7), y el estado de la temperatura del motor a través del sensor (8). También recibe información del estado de giro de la mariposa de gases a través del sensor de posición de la mariposa (9).La medición del caudal de aire se lleva a cabo por medio de un captador de la presión absoluta (10) que trabaja en contacto con el interior del colector de admisión a través del tubo o toma de depresión (11).

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Fig. 1.19 Esquema inyección Ford monopunto

También recibe información la ECU de la sonda de temperatura de aire (12) y de la sonda Lambda (13), además de la llegada de la corriente directa procedente de la batería (14) o de la llave de contacto (15) cuando este esta conectado. El relé general de alimentación (16) suministra tensión a la ECU.La ECU controla a su vez: el inyector (4) a través de una resistencia compensadora (17), también controla la electrobomba de combustible (1) a través del relé (18) y el circuito de encendido representado por el módulo de encendido (19) desde el que se ejerce el control sobre la bobina (20), de doble arrollamiento (chispa perdida) para encendido simultáneo. Por ultimo tenemos la válvula de ralentí y calentamiento (21) constituida por un motor paso a paso.Los sistemas de inyección utilizados por la casa Ford están provistas también de un sistema canister que se aplica incluso para las instalaciones mas modestas, como es el caso general de los sistemas monopunto. El canister (22) es controlado por la electroválvula de purga (23).

1.3.1.2 Clasificación de los sistemas de alimentación y dosificación de combustible (Diesel).

El motor diesel es un motor estructuralmente mas robusto que los de gasolina, las altas presiones del ciclo termodinámico de estos motores son el motivo principal para esta robustez.

La característica genérica de estos motores es el sistema de inyección del diesel que hace posible pulverizar el combustible de tal forma que pueda aproximarse lo más posible a las características del estado gaseoso, condición fundamental para garantizar una optima combustión.

Para la fina pulverización de los sistemas de inyección tienen que funcionar a altísimas presiones: entre unos 1000 bares en los sistemas con bombas de inyección mecánicas lineales hasta unos 2000bares el los sistemas modernos. EDI, VAG.

A lo largo de todo este tiempo se han ido desarrollando y sofisticando los sistemas de inyección desde los puramente mecánicos hasta los sistemas de inyección de control electrónico. Es en este marco que los criterios de clasificación bajo los cuales se pueden cubrir prácticamente todo el universo de esta tecnología son: según el punto de inyección (directa, indirecta), según el tipo de bomba, según el sistema de control, según el tipo de relación bomba-inyector, según el tipo de inyectores, etc.

MEC 3337 “A” Máquinas Térmicas II Pag. 13 de 211.3.1.2.1 Sistema de inyección.

Para realizar la combustión es necesario inyectar una determinada cantidad de combustible finamente pulverizado en la cámara de combustión, en la cual se encuentra el aire comprimido y caliente. Dicha misión está encomendada a los inyectores, que reciben el combustible de la bomba de inyección.

El combustible debe ser inyectado en la cámara de combustión en forma bien definida, pues el correcto funcionamiento de un motor Diesel depende en gran parte de una inyección correcta. Las condiciones esenciales son:

- Suministrar a cada cilindro y en cada ciclo la cantidad de combustible justa, adecuándola a las condiciones de marcha del motor.

- Iniciar la inyección en el momento preciso, de forma que la combustión se realice de forma correcta y por completo, variando el punto de inyección a medida que el régimen de giro del motor y las condiciones de carga varían

- Pulverizar el combustible, de forma que se reparta en minúsculas gotas para facilitar su inflamación.- Dar a esas gotas la suficiente capacidad de penetración en la cámara donde se encuentra el aire

comprimido.- Difundir de manera uniforme las partículas de combustible en el aire de la cámara de combustión.

Los elementos encargados de cumplir estas necesidades son la bomba de inyección, que se encarga de dar combustible a cada inyector en el momento oportuno y a la presión requerida, en una cantidad determinada para cada condición de funcionamiento del motor, y los inyectores, que pulverizan el combustible en el interior de las cámaras de combustión de forma uniforme sobre el aire comprimido que las llena.

Los tipos de bomba de inyección empleados en el mundo del automóvil se dividen en dos grupos:

- Bombas de elementos en línea.- Bombas rotativas.

1.3.1.2.2 Bomba de inyección de elementos en línea.

En esta bomba se dispone un elemento de bombeo para cada cilindro, de carrera total constante y de carrera de trabajo variable.Los elementos de esta bomba se alojan en una carcasa y reciben movimiento del árbol de levas de la propia bomba, a través de un impulsor de rodillo.Dicho árbol de levas gira a la mitad de vueltas que el cigüeñal, para que se produzca una inyección por cilindro cada dos vueltas del cigüeñal. Cada una de las levas acciona un taqué, que gracias a un rodillo se aplica contra la leva, obligado por un muelle. El empujador a su vez acciona el émbolo en el interior del cilindro, que recibe el gasóleo a través de varias canalizaciones.

1.3.1.2.3 Bomba de inyección rotativa.

Este tipo de bomba comienza a surgir en los años 60, ya que son más adecuadas para motores de pequeña cilindrada y elevado régimen de giro, como los de los turismos, quedando las bombas lineales relegadas a los motores de aplicación industrial o agrícola, o a motores de vehículos pesados.Este tipo de bomba presenta las siguientes ventajas respecto a la bomba de elementos en línea convencional:

- Menor peso.- Caudales inyectados rigurosamente iguales para todos los cilindros.- Velocidad de rotación elevada.- Menor precio de costo.- Menor tamaño.- Mayor facilidad de acoplamiento al motor.

Estas bombas suelen incluir la bomba de alimentación en su cuerpo.

Bomba rotativa Bosch.

Dispone de un solo elemento de impulsión para todos los cilindros del motor. Se procede a detallar su estructura:Sobre el árbol de mando se dispone la bomba de transferencia, que es del tipo de paletas, que en su giro aspira el combustible desde el depósito, para enviarlo a presión hasta el variador de avance y al interior del cuerpo de bomba. La presión de impulsión está regulada por la válvula, que vierte el combustible sobrante al lado de aspiración de la bomba.Desde el interior del cuerpo de bomba, el combustible pasa al cuerpo de bombeo a través del conducto que desemboca por debajo de la electroválvula. En este cuerpo, el émbolo somete al combustible a una elevada presión, para hacerlo salir en el momento adecuado hacia el inyector correspondiente, a través de la válvula de retención.

MEC 3337 “A” Máquinas Térmicas II Pag. 14 de 21La válvula electromagnética corta la alimentación de combustible hacia el cuerpo de bombeo en la parada del motor.El movimiento de rotación del émbolo de bombeo se logra por medio de un enlace estriado con el árbol de mando. El desplazamiento del mismo en el interior de la cabeza hidráulica lo proporcionan las levas o salientes del plato, que gira solidario con el eje de mando del émbolo, mientras que los rodillos del plato permanecen quietos. De esta manera, cada vez que se presenta un saliente al rodillo, es empujado el plato de levas hacia la derecha, contra la acción del muelle, que tiende a aplicarlo contra el rodillo. El acoplamiento estriado permite este deslizamiento.Con esta transmisión de movimiento, el émbolo se desplaza en el interior de la cabeza hidráulica hacia adelante y hacia atrás, al mismo tiempo que gira en su interior. Con ello se consigue bombear el gasóleo hacia los inyectores, como se verá posteriormente.

Bomba rotativa CAV.

En estos modelos de bomba rotativa, el rotor distribuidor está dotado de un elemento de bombeo único, compuesto por dos émbolos de carrera opuesta. Un conjunto de rodillo-zapata, movido por el relieve interior de un anillo de levas fijo acciona los émbolos.El volumen de combustible adecuado a las condiciones de marcha del motor es distribuido a cada uno de los inyectores en el orden preciso y en el instante deseado, por medio de un sistema de orificios taladrados en el rotor y el cabezal hidráulico, dosificado con exactitud a su llegada al dispositivo de bombeo.La bomba está dotada de un regulador mecánico centrífugo y un variador del inicio de la inyección, que actúan del modo ya conocido en los otros tipos de bomba rotativa.En la bomba CAV, el elemento de bombeo está situado dentro de un orificio transversal, en un eje rotativo central que actúa como distribuidor y que gira dentro de la cabeza hidráulica.

Los inyectores.

Para lograr una buena combustión, es necesario que el combustible sea inyectado en el interior del cilindro muy finamente pulverizado, con el objetivo de lograr una mejor y más rápida combustión.El inyector es el elemento que cumple los requisitos necesarios para conseguir la pulverización del combustible en la medida idónea y distribuirlo uniformemente por la cámara de combustión. Es por eso que sus características dependen del tipo de cámara en que esté montado.El inyector, cualquiera que sea su tipo, se fija a la cámara de combustión por medio del portainyector, que está formado por un cuerpo al que se acopla el inyector en sí, o como también se le llama, tobera. Éste último lo compone el cuerpo y la aguja.Una tuerca es la realizada de fijar la unión.En el interior del cuerpo se aloja la varilla, aplicada contra la aguja por la acción del muelle, cuya fuerza es regulable por medio del tornillo y la contratuerca.Su funcionamiento es el siguiente: el combustible llega al portainyector por una canalización que llega de la bomba, y pasa al inyector a través de un conducto lateral. El sobrante de combustible circula alrededor de la varilla empujadora, lubricándola, para salir por la canalización que lo lleva al depósito de combustible por el circuito de retorno.En la parte superior del portainyector se encuentra el sistema de reglaje de la presión de tarado del inyector. Dicha presión puede variarse actuando sobre el tornillo que actúa contra el muelle.El sistema se encuentra protegido por un tapón.Debe comprenderse que las superficies de unión del inyector al portainyector deben tener un mecanizado perfecto, pues si no fuese así se producirían fugas de combustible, lo cual reduciría el caudal inyectado y haciendo que el motor funcione de forma defectuosa.El inyector en sí está formado por dos partes, aguja y cuerpo. Estas dos piezas están apareadas y presentan un juego de acoplamiento del orden de 2 a 4 micras. El cuerpo lleva un taladro en el que se aloja la aguja, que en su parte inferior está provista de dos superficies cónicas, de las cuales una apoya en un asiento formado en el cuerpo y la superior, que es la que recibe el empuje del líquido que provoca el levantamiento de la aguja. Alrededor del cono se forma una cámara, a la que llega el combustible a presión por un conducto procedente de la bomba de inyección. La salida del combustible se realiza por un orificio.El portainyector se fija al la culata en la cámara de combustión, por medio de una brida, o bien roscado a ella.

Control electrónico de la inyección Diesel.

La inyección electrónica Diesel puede ser dividida en tres bloques: los sensores, la unidad de mando y control y los elementos actuadores.Los sensores registran las condiciones operativas del motor y transforman diversas magnitudes físicas en señales eléctricas. Un sensor integrado directamente en el portainyector capta el comienzo de la inyección registrando el movimiento de la aguja, que reproduce el momento de la inyección. La presión en el colector de admisión es detectada por un sensor manométrico, que envía la correspondiente señal a la unidad de control, al igual que las de los otros sensores.

MEC 3337 “A” Máquinas Térmicas II Pag. 15 de 21El captador de régimen motor y posición es de tipo inductivo, similar al que se dispone en los sistemas de inyección electrónica de gasolina, funcionando de la forma ya conocida. Para la medida de la masa de aire aspirado se utiliza un caudalímetro, que incorpora una sonda de temperatura cuya señal corrige la del caudalímetro adecuándola en función de la temperatura del aire aspirado. La temperatura del motor es medida a través de una termistancia emplazada en el bloque motor, en contacto con el líquido de refrigeración. La posición del pedal del acelerador es detectada por un sensor potenciométrico, que incorpora un interruptor para captar la posición de reposo que sería la que correspondiese al ralentí.En la bomba de inyección se incorpora una sonda de temperatura del gasóleo y un potenciómetro que detecta el recorrido del tope de regulación de caudal.Todas las señales de los diferentes sensores son enviadas a la UCE, que es la unidad de control electrónico, estructurada en técnica digital, que contiene varios microprocesadores y unidades de memoria.En la unidad de control se procesa la información y se calculas las magnitudes de las señales de salida de conformidad con las características almacenadas en la memoria.Dicha UCE suele estar en el habitáculo de los pasajeros para estar más protegida de los agentes externos. En ella hay memorizados diferentes campos característicos que actúan en dependencia de diversos parámetros, como la carga del motor, el régimen, la temperatura del motor, caudal de aire...Los circuitos electrónicos están protegidos contra perturbaciones de la red del vehículo en forma de picos de tensión o interferencias. Cualquier anomalía de funcionamiento detectada queda grabada en la memoria y puede ser leída posteriormente a través del conector de diagnóstico.En los casos de avería, la UCE establece un funcionamiento en fase degradada del motor que permite circular con el vehículo hasta el taller más próximo.Desde la UCE se maneja también la caja de precalentado.Las señales eléctricas de salida de la UCE son transformadas por los distintos actuadores en magnitudes mecánicas.

Bomba rotativa Bosch con gestión electrónica.

Básicamente es igual a uno del tipo convencional, solo que en este modelo se ha sustituido el grupo regulador mecánico de caudal por un sistema electromecánico que realiza las mismas funciones.El tope de regulación de caudal es similar a las bombas convencionales y funciona de la misma manera, pero ahora está comandado por una unidad electromagnética capaz de posicionar el tope de regulación adecuadamente en función de la cantidad de combustible que se vaya a inyectar.Para la variación del punto de inicio de la inyección se dispone de una electroválvula, que comandada desde el calculador electrónico regula la presión de transferencia del combustible que se aplica al variador de avance, mediante el cual se hace variar la posición del anillo de levas y con ello del avance de la inyección.Esta electroválvula funciona comandada por impulsos eléctricos, cuya relación tiempo abierta / tiempo cerrada determina el caudal de paso del combustible y con ello la presión aplicada al variador de avance.La unidad de regulación de caudal la constituyen un electroimán fijo y un imán permanente rotativo unido a un eje que en su extremo inferior forma la rótula excéntrica acoplada al tope de regulación de caudal.Por tanto, regulando adecuadamente la frecuencia de los impulsos enviados desde la UCE, se consigue posicionar convenientemente el tope de caudal para adecuar el suministro de combustible a las necesidades del motor en cada una de las condiciones de funcionamiento del mismo.

Bomba - Inyector

Fig. 1.20 Esquema la bomba inyector

El sistema bomba-inyector (UIS Unit Inyector System) de Bosch, se introdujo en el Volkswagen Passat a finales de 1998 con una nueva generación de motores diesel de inyección directa, que esta teniendo una gran aceptación debido a las altas prestaciones que dan los motores alimentados con este sistema de inyección (ejemplo los 150 CV de potencia que alcanzan motores con una cilindrada menor de 2000 cc), así como alcanzar 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.

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Fig. 1.21 Esquema la bomba inyector

Fig. 1.22 Esquema de un sistema Bomba-inyector aplicado a un motor TDi.

La característica especial de esta tecnología es la incorporación de bomba e inyector en un único elemento, para conseguir una presión extremadamente alta de inyección de hasta 2000 bares, que por el momento no ha sido superada por ningún otro sistema. Combinado con orificios de salida del combustible en el inyector con diámetros tan pequeños como es actualmente posible, esta alta presión consigue una excepcional difusión del combustible y por lo tanto una combustión muy eficaz.

Fig. 1.23 Esquema de instalación en el motor: 1.- balancín; 2.- árbol de levas; 3.- electroválvula;

4.- inyector; 5.- conexión eléctrica; 6.- pistón de bomba; 7.- bomba-inyector; 8.- cámara de combustión.

Cada cilindro del motor tiene su propio inyector en el interior de la culata y actúa por medio del árbol de levas y los balancines. El control por electroválvula también significa un caudal de inyección exacto, y un avance

MEC 3337 “A” Máquinas Térmicas II Pag. 17 de 21correctamente sincronizado incluso bajo reducidas cargas. La Pre-inyección con pequeñas tolerancias consigue un inicio muy suave de la combustión, evitando el ruido de golpeteo tan familiar en los motores diesel. Otras características son el alto par motor conseguido a bajas revoluciones, las prestaciones máximas y un funcionamiento suave del motor.

Los sistemas de inyección de alta presión, con aporte exacto del caudal inyectado y con ajuste flexible del comienzo de la inyección son condiciones esenciales para conseguir motores diesel económicos, limpios, silenciosos y eficientes.

Fig. 1.24 Vista en corte del accionamiento de la bomba-inyector: 1.- electroválvula; 2.- muelle 3.-

culata; 4.- cuerpo de la bomba-inyector; 5.- cámara de alta presión; 6.- aguja; 7.- balancín; 8.- leva (árbol de levas); 9.- sujeción; 10.- retorno de combustible; 11.- entrada de combustible; 12.- tobera de inyección; 13.- válvula

El dispositivo bomba-inyector es un sistema seguro, en el caso de que se produzca un mal funcionamiento del dispositivo, lo mas que puede ocurrir es que se produzca una inyección incontrolada. En caso de que la electrovalvula quede siempre abierta (desactivada), al actuar el pistón de bombeo no se genera presión ya que el combustible se escapa por la cámara de baja presión hacia el exterior del dispositivo. En caso de que la electroválvula se quede siempre cerrada (activada), el combustible no puede entrar en la cámara de alta presión por lo que solo se puede hacer una primera inyección y ninguna mas.El sistema bomba-inyector es instalado en la parte superior del motor y esta sometido a muy altas temperaturas. Para mantener controlada la temperatura lo mas baja posible se utiliza el mismo combustible que alimenta el sistema y que fluye por su interior.Especial cuidado se tiene en estos sistemas de inyección en que las diferencias de temperatura del fuel a inyectar no varié de un cilindro a otro cilindro.

La alimentación de la bomba-inyector se hace por medio de una bomba de alimentación eléctrica que coge el combustible del depósito y lo bombea haciéndolo pasar después por un filtro para eliminar las impurezas y así llega a la bomba-inyector. Utiliza también una válvula reguladora de presión para mantener una presión constante en todo el circuito de alimentación.

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Fig. 1.25 Detalles de los elementos que forman la bomba-inyector

Bomba-tubería-inyector

Fig. 1.26

Como variante del sistema UIS (Unit Injector System) que hemos visto hasta ahora, existe el UPS (Unit Pump System) que es utilizado en vehículos comerciales (camiones, furgonetas. autobuses) y no en turismos como si se utiliza el sistema UIS. La diferencia principal del sistema UPS se presenta en que la bomba y el inyector no forman el mismo conjunto sino que están separados por un pequeño tubo que transmite el combustible a presión de la bomba al inyector, por eso a este sistema se le llama también "bomba-tubería-inyector".

Fig. 1.27

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Fig. 1.28 Esquema un sistema UPS: 1.- Inyector; 2.- Conexión de entrada al inyector; 3.- Tubo; 4.- Electroválvula; 5.- Válvula; 6.- Pistón de bombeo; 7.- Bobina; 8.- detalle de la válvula; 9.- rodillo empujado por la leva del arbol de

levas.

Características de los sistemas de inyección UIS y UPS.

Tipo del sistema de inyección

Caudal por carrera

Presión máxima(bar)

Sistema de control electrónico

Tipo de motorCon pre-inyección

numero de cilindros

numero de rpm max.

Potencia max. por cilindro (kW)

UIS 30 * 160 1600 electroválvulainyección directa

si 8 # 3000 45

UIS 31 * 300 1600 electroválvulainyección directa

si 8 # 3000 75

UIS 32 * 400 1800 electroválvulainyección directa

si 8 # 3000 80

UIS P1 ** 62 2050 electroválvulainyección directa

si 6 # 5000 25

UPS 12 *** 150 1800 electroválvulainyección directa

si 8 # 2600 35

UPS 20 *** 400 1800 electroválvulainyección directa

si 8 # 2600 80

UPS (PF(R)

3000 1400 electroválvulainyección directa

no 6....20 1500 500

Unidad bomba-inyector para vehiculos industriales.** Unidad bomba-inyector para turismos.*** Unidad bomba-tuberia-inyector para vehículos indutriales y autobuses. # Con dos unidades de control es posible controlar mas cilindros.

MEC 3337 “A” Máquinas Térmicas II Pag. 20 de 212. METODOLOGIA

Inspección exploratoria mediante el uso de herramienta, documentación del proceso de desmontaje y toma de datos vinculados con el cuestionario.

Trabajo de laboratorio por grupos de cuatro como máximo, preferible tres; informe individual.

2.1. EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS

- Motor Lister-Petter TS2 del laboratorio-- Juego de llaves de cubo- Juego de llaves mixtas (alternativamente juego de llaves de cubo)- Overol mecánico- Calibrador.Equipo o elementos a ser conseguidos por los alumnos.

2.2 PROCEDIMENTO

- Desmontaje confrontado y documentado de la culata.- Desmontaje confrontado y documentado de los ductos de aire para la refrigeración.- Desmontaje confrontado y documentado de los sistemas de alimentación y dosificación de

combustible.- Proceder al montaje completo a las condiciones iniciales del motor.

3. REGISTRO DE DATOS

Se desmonto solo la parte indicada por el jefe de laboratorio

No. AcciónElementos de

sujeciónHerramienta Tiempo Observaciones

1 Extracción tapa de balancín 4 tornillos M6 Llave No. 10 Faltan 4 tornillos M6

2Extracción de placa de

protección de la culata y el block1 tornillo M10, 2 pernos M6

Llave No. 15 (juego de dados)

Faltan 2 pernos M6

3Extracción de pernos de ajuste

entre culata y block2 pernos M10

Llave No. 18 (juego de dados)

4Extracción de conductos de

admisión y escape4 pernos M62 pernos M8

alicateFaltan 2 pernos M8 y

1 M6

5Extracción plancha lateral

conductora de aire de refrigeración

3 tornillos M51 tornillos M6

Llave No. 9Llave No. 10

Faltan 2 tornillos M5 y 1 M6

6Extracción tapa conducto de aire

de refrigeración4 tornillos M62 tornillos M8

Llave No. 10Llave No. 13

Faltan 4 tornillos M6

7 Extracción tapa de engrane final4 tornillos M6 x

25Llave No. 13 Faltan 2 tornillos M6

8 Extracción culata de un cilindro2 pernos M102 tornillos M10

Llave No. 17Llave No. 16

9Extracción inyector de

combustible1 tornillo M8

10Extracción del visor del

acelerador4 tornillos M6 x

12Llave No. 10

11Obtención de datos del cilindro y

la cámara de combustióncalibrador

Tabla 2.1 Procedimiento del desmontaje de la culata posterior

Para el montaje se procede en el mismo orden (inverso)

Diámetro del cilindro D = 95 mmCarrera S = 89 mmDiámetro de la cámara de combustión d = 44.8 mm.Altura de la cámara de combustión V = 14.6 mm.

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4. CÁLCULOS

4.1 En base al grupo de datos asignados en el Lab. 2, calcular cuantas TON de CO2/kW-hr produce el motor asignado.

5. CUESTIONARIO

5.1 Estructurar en el fundamento teórico del informe una propuesta teórico - gráfica de clasificación de los sistemas de alimentación y dosificación de combustible (gasolina y diesel).

Véase acápite 1.3.1

5.2 Confeccionar una planilla de trabajo (normalizada) donde cada una de las actividades de desmontaje, exploración y montaje realizadas queden documentadas detalladamente.

Véase acápite 3

5.3 En función a los criterios de clasificación a desarrollar en 5.1 clasificar cada uno de los sistemas de los motores de laboratorio.

Los motores lister-Petter que existen en el laboratorio son de tipo INYECCION DIRECTA, por que no existe ningún mecanismo antes del inyector y además esta directo a la cámara de combustión.

Los dos motores diesel CATERPILLAR, que existen en el laboratorio son de inyección electrónica directa con inyectores tipo inyecto-bomba

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Después de terminada la experiencia se tienen las siguientes conclusiones y recomendaciones:

Existen distintos tipos de inyección, los cuales han ido avanzando a la par de la electrónica, mejorando la cantidad y calidad de ingreso de combustible a los motores diesel para su mejor desempeño

Los motores diesel constan de un sistema de gobernación para que el motor no se “embale” o pueda consumir mayor combustible, y en nuestro caso , fue uno mecánico, pero en los tiempos actuales estos se dan con dispositivos electrónicos

Se adquirieron mas y nuevos conocimientos sobre el motor diesel, los sistemas de inyección y sus partes Se recomienda utilizar motores que su exploración no se complicada y que los elementos de sujeción este

lubricados, para el mejor desempeño en el desmontaje de los mismos.

7. BIBLIOGRAFÍA.

M.S. Jovac, Motores de automóvil. Editorial MIR, URSS, 1982Pagina de Internet: www.lister-petter.co.uk