UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAUNI FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA MOTOR DE COMBUSTION INTERNA I Informe: SISTEMAS DE INYECCION DIESEL Alumno: Rivas Ordoñez Jefferson Miguel Docente: Ponce Galiano Jorge Sección: “E” 2017-II RESUMEN El presente informe de laboratorio tiene como finalidad poder conocer sobre el funcionamiento del sistema de inyección de combustible en un motor Diésel. El primer sistema de inyección Diésel fabricado en línea de producción en 1927, fue el sistema con bomba de inyección en línea, luego apareció el sistema con bomba de inyección rotativa, y actualmente el sistema más utilizado es el “Common-Rail” (Riel común). La experiencia de este laboratorio, consister en llegar a conocer a detalle los componentes de una bomba rotativa tipo VE y su funcionamiento, el procedimiento para realizar la experiencia y finalmente las observaciones y conclusiones respectivas sobre la experiencia ............................................................................ 17 ...................................................................................................... 5 a) Sistemas con bomba de inyección lineal ......................................... 12 CONCLUSIONES ...................................................................................................................................................... 1 SISTEMAS DE INYECCIÓN DIÉSEL .................................................................................................................................................................. 2 ETAPA DE ALTA PRESIÓN .................................. ÍNDICE OBJETIVOS ..................................................................................... 8 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................................................... 3 TIPOS DE SISTEMAS DE INYECCIÓN ..................................... 16 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................................................................... 16 ANEXOS .......................................... 1 MARCO TEÓRICO ............. 5 b) Sistema de inyección de acumulador COMMON RAIL ......................................................................................................................................................................... 1 ETAPA DE BAJA PRESIÓN ............................................................................................ o Entregar a las gotitas del chorro de combustible la energía cinética suficiente para lograr penetrar en la masa de aire comprimido. y así no quedar zonas de aire no utilizado.FIM 1 . Como la penetración es menor cuando mayor es la pulverización. Armar la bomba de inyección rotativa axial de tipo VE con fines didácticos. SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I OBJETIVOS Conocer los diversos tipos de inyección Diésel así como su uso. El sistema de inyección Diésel se compone de una etapa de baja presión y otra de alta. Conocer el funcionamiento del sistema Common-Rail (el más usado en la actualidad) así como explicar su correcto uso. pues se facilita el encendido. Esto pues cuando la inyección está demasiada adelanta respecto al PMS. MARCO TEÓRICO SISTEMAS DE INYECCIÓN DIÉSEL El sistema de inyección tiene como función introducir el combustible en el cilindro en las condiciones necesarias para lograr una combustión lo más regular y eficaz para el desarrollo del ciclo. o Difundir lo más uniformemente posible las partículas de combustible en el aire de la cámara de forma que cada una de estas pueda reaccionar con el oxígeno necesario para la combustión. ésta genera la UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . lo que afecta la potencia desarrollada. o Pulverización del combustible lo más fina y uniforme posible. Desarmar la bomba de inyección rotativa axial de tipo VE que se encuentra en el laboratorio de motores. la presión y la temperatura del aire en la cámara de combustión no son todavía suficientes para determinar el encendido. o Suministrar el combustible en el instante preciso. es necesario encontrar para cada motor un equilibrio. una parte del combustible se quema durante la carrera de expansión. Para ello debe satisfacer ciertas condiciones: o Dosificar de combustible a cada cilindro y para cada ciclo la cantidad necesaria a la carga y a la velocidad del motor. Mientras que cuando la inyección se retrasa. en la que se encuentra la bomba inyectora. ETAPA DE BAJA PRESIÓN También denominado sistema de alimentación. Esta bomba aspira el combustible del depósito a través del filtro y lo envía por el circuito de baja presión. la bomba inyectora es alimentada a través del circuito de baja presión. o Unidad de refrigeración del combustible de retorno (opcional) o Bomba de alimentación de combustible (baja presión) Son bombas eléctricas en sistemas de inyector unitario (UIS) y en sistemas Common Rail. o Filtro de combustible: Su función es garantizar un nivel pureza del combustible que evite daños en el sistema de inyección. soportando además sobrepresión que puedan escapar por válvulas de seguridad. es más exigente para sistemas que trabajen a presiones más elevadas como el common-rail. su función es almacenar y filtrar el combustible requerido y abastecer de éste al sistema de inyección a la presión de operación requerida. pasando por el filtro principal. encargado de transportar el combustible desde el depósito y filtrarlo para garantizar que entre en el circuito de alta presión libre de impurezas y humedad. precalentador de combustible y bomba manual (estos últimos suelen ir integrados). El combustible no debe escaparse por la boca de llenado u otro dispositivo regulador de presión. filtro principal. Su diseño depende del tipo de sistema de inyección y de las condiciones de operación. o Bomba de pre alimentación (opcional. hasta la bomba de alta presión. Debe estar separado del motor y preparado para en caso de accidente no se produzcan incendios. e integrada en la bomba de alta presión en sistemas UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . la refrigeración de éste antes de devolverlo al depósito. en algunos casos. A continuación de relacionan los componentes esenciales del sistema: o Depósito de combustible: Debe ser resistente a la corrosión y estanco. El sistema de filtrado se compone por filtro preliminar (situado en el interior del depósito).FIM 2 . en curvas o al producirse golpes. separador de humedad. Además se encarga del retorno del combustible sobrante al depósito de combustible y. Bombas de engranaje en sistemas de inyección individuales (PF). A su vez. puede ir en el interior del depósito de combustible): Puede ser una bomba eléctrica o de accionamiento mecánico. incluso en posiciones inclinadas. El sistema de alimentación puede variar dependiendo del tipo de sistema de inyección y las características de la bomba inyectora.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I presión de inyección requerida y suministra el combustible al circuito de alta presión. mediante un controlador electrónico. La tobera es un elemento determinante en la formación de la mezcla y la combustión y.FIM 3 .1. flexibles e ignífugos. encargada de dar al combustible la presión adecuada. Están diseñados para ser lo más efectivos posibles. y cierra cuando la presión cae por debajo de este valor. Bombas de paletas integradas en el cuerpo de las bombas rotativas. en función del tipo UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . Fig. ambos están unidos por la línea de alta presión (excepto en los sistemas con bombas de inyección individuales). en el caso de los sistemas common-rail. por tanto. la tobera o boquilla del inyector deja pasar el combustible cuando se alcanza una determinada presión de apertura. su efecto es fundamental en las prestaciones del motor. Sólo se controla de forma externa. Así mismo tienen que estar preparados para no sufrir daños ante movimientos de torsión. En todos los casos la tobera de cada inyector sobresale dentro de la cámara de combustión de cada cilindro. y los inyectores. Los principales componentes son la bomba de inyección. Sistema de inyección de combustible con bomba de inyección en línea ETAPA DE ALTA PRESIÓN El sistema de inyección se encarga de inyectar la cantidad adecuada de combustible a alta presión dentro de la cámara de combustión en el momento adecuado. En la mayoría de los sistemas. o Válvula limitadora de presión (suele ir integrada en la bomba de alimentación) o Conductos de baja presión: Compuestos por tubos de metal.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I Common Rail. siendo difícil que se tapone. El extremo de la aguja y su asiento tienen forma de cono. de las características del sistema de inyección y de los requisitos del motor. Cuando se alcanza la presión de apertura (110-170 bares). Se distinguen dos tipos principales de inyectores según el diseño de la tobera: . Fig. ya que el aumento de la presión de combustión es progresivo. Tienen la ventaja de que permiten la orientación y reparto del UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . se inyecta una cantidad muy pequeña de combustible que irá aumentando a medida que se levanta más la aguja (efecto estrangulador). llegando a la máxima inyección de combustible cuando la aguja se levanta a su máxima apertura. que se va estrechando hacia la punta. Inyectores de orificios: Utilizado en los sistemas de inyección directa. 2. la aguja sube y el tetón se separa de su asiento abriendo el orificio de salida.FIM 4 . La punta de la tobera tiene forma esférica. El inyector de tetón y el estrangulador asegura una combustión más suave y por consiguiente. se consigue que el caudal de inyección sea variable. Por esto es necesario un diseño diferente de los inyectores. Gracias a la forma del tetón. en su pared hay unos orificios que varían en número y diámetro dependiendo del diseño del inyector. Al abrir el inyector. de forma que aumenta a medida que sube la aguja. la presión de apertura del inyector puede estar entre 150 y 350 bar y las presiones de inyección son mucho más altas que en los sistemas de inyección indirecta. una marcha menos dura del motor (menor ruido de combustión). Tiene la válvula terminando en forma de espiga que sale y entra en el orificio de paso del combustible al cilindro. Inyectores de espiga o tetón: Es empleado particularmente en motores de inyección indirecta con cámara auxiliar y en general en todos los que el aire comprimido tiene una gran turbulencia. Sección de una tobera de inyector de tetón .SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I de cámara de combustión en el que se vayan a usar y del sistema de inyección. Para hacer posible una variación del caudal de suministro. Los elementos de bomba están dispuestos en línea. por tanto. El giro de los émbolos lo efectúa una cremallera o varilla de regulación que UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . 3. son sistemas con bombas lineales.FIM 5 . Fig. de forma tal que al girar el émbolo mediante una varilla de regulación. La ranura del émbolo y su ángulo de giro determinan el fin de la carrera útil y. con bombas rotativas. Estas válvulas determinan un final de inyección exacto y evitan inyecciones ulteriores en el inyector. que es cerrada por el émbolo cuando este empieza a subir. existen en el émbolo una rampa segada que pone en comunicación la salida de combustible antes o después. A continuación se detallará cada una: a) Sistemas con bomba de inyección lineal El elemento principal de bombeo de este tipo de bombas consta de un cilindro y un émbolo.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I combustible. asegurando una completa combustión aunque no haya gran turbulencia de aire. Éste se encarga de comprimir el combustible para que sea inyectado a una determinada presión. La carrera de émbolo es invariable. y un muelle que provoca el descenso. Entre la cámara de alta presión de bomba y el comienzo de la tubería de impulsión. o Bomba de inyección en línea estándar PE El comienzo de la inyección está determinado por una lumbrera de admisión situada en la parte inferior del cilindro. y el sistema Common Rail. existen válvulas de presión adicionales según las condiciones de inyección. El movimiento cada embolo es realizado por un árbol de levas accionado por el motor. Sección de una tobera de inyector de orificios TIPOS DE SISTEMAS DE INYECCIÓN Los tres principales tipos de sistema de inyección Diésel. el caudal de inyección. La bomba tiene tantos elementos de bombeo como cilindros el motor. resulte la carrera útil deseada. 1. existe una corredera de regulación que determina la carrera útil y dosifica el caudal de inyección. Sistemas con bomba de inyección rotativos En este caso. o con mecanismo actuador electrónico. se encarga de la generación de presión y la distribución a los diversos cilindros. el émbolo realiza tantas carreras como cilindros del motor a de abastecer. o Bomba de inyección rotativa de émbolo axial (VE) Lleva integrada una bomba de alimentación de paletas que aspira combustible del depósito y lo suministra al interior de la cámara de la bomba de inyección. o Bomba de inyección con válvula corredera Se distingue de la bomba de inyección convencional.FIM 6 . por un corredera que se desliza sobre el embolo de la bomba mediante un eje actuador adicional. y en el caso de bombas más modernas con un mecanismo actuador eléctrico (EDC). Un único émbolo distribuidor central que gira mediante un disco de levas. El comienzo de la inyección puede regularse mediante un anillo de rodillos (variador de avance). Las señales de control y regulación son procesadas en dos unidades de control electrónicas ECU (unidad de control de bomba y unidad de control UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . Las bombas rotativas solo tienen un elemento de bombeo de alta presión que distribuye el combustible a todos los inyectores. con el cual puede modificarse la carrera previa y con ello el suministro de inyección. Las bombas rotativas de émbolo axial convencionales con regulador de revoluciones mecánico de fuerza centrífuga.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I puede ser controlada por un regulador mecánico de fuerza centrífuga (fue el primer sistema diseñado). Durante una vuelta del eje de accionamiento. las bombas se sirven de un regulador de revoluciones mecánico para ajustar el caudal de inyección así como de un regulador hidráulico para variar el avance de inyección. Los resaltes de leva en el lado inferior del disco de leva se deslizan sobre los rodillos del anillo de rodillos y originan así en el émbolo distribuidor un movimiento de elevación adicional al movimiento de giro. existe una electroválvula de presión controlada de forma electrónica que sustituye a la corredera de regulación. Cuando el control es por regulador eléctrico. En bombas rotativas controladas electrónicamente se sustituyen los elementos mecánicos por actuadores electrónicos. Despiece del regulador UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . 5. El número de revoluciones es regulado mediante la activación apropiada del elemento actuador.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I de motor). Fig. 4. Componentes de una bomba rotativa tipo VE Fig.FIM 7 . que actúa como acumulador de alta presión común para todos los inyectores (a él se debe el nombre de "common rail". Componentes del sistema Common Rail Los sistemas Common Rail son de diseño modular. 6. los inyectores abren y cierran por medio de electroválvulas. un raíl y una unidad de control electrónica. en función de unos parámetros almacenados. del régimen del motor y de la carga gestiona la inyección actuando sobre las electroválvulas.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I b) Sistema de inyección de acumulador COMMON RAIL Fig. En los sistemas de inyección diésel convencionales. Desde ahí. que se encargan de inyectar en la cámara de combustión del cilindro. La bomba comprime el combustible y lo envía hasta el orificio del raíl mediante un conducto de alta presión. la generación y la inyección de presión se realizan por separado. es necesario que la presión del combustible se genere de forma individual en cada inyección.FIM 8 . raíl común). La unidad de control electrónica ECU. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . La generación de presión se lleva a cabo en la bomba de alta presión. esta presión es independiente del régimen de giro del motor y del caudal de inyección. en el sistema Common Rail. inyectores. Sin embargo. consigue reducir notablemente el consumo de combustible y las emisiones contaminantes. lo que significa que el combustible está siempre disponible y en la presión necesaria para su inyección. Debido al preciso control de la inyección. Cada sistema cuenta con una bomba de alta presión. el combustible se distribuye en cada inyector. Esto ha hecho que hoy en día el common-rail se haya convertido en el sistema de inyección directa más utilizado en los motores diésel modernos y de elevadas prestaciones. Una de las características principales de este sistema es que la presión puede variar dependiendo del punto de operación del motor . controlada por la ECU que recibe información del sensor de presión del acumulador. Lo constituyen una serie de sensores (medidor de masa de aire. compuesto por: bomba de alta presión. que pueden superar los 2000 bar en los sistemas de última generación. inyectores y líneas de alta presión. o Sistema de alta presión. ESTRUCTURA DEL SISTEMA Los componentes del sistema de inyección se pueden diferenciar en tres grupos principales o Etapa de baja presión: formada por los componentes que se encargan del suministro del combustible a la etapa de alta presión. o Comienzo variable de la inyección.El ajuste de la presión se efectúa mediante la válvula reguladora de presión o la unidad de dosificación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . la unidad de control ECU (Electronic Control Unit) y los actuadores. o Sistema de Regulación Electrónica EDC (Electronic Diesel Control). “raíl” o acumulador de combustible. Posibilidad de efectuar varias inyecciones previas y posteriores (incluso post-inyecciones muy retardadas).FIM 9 . o Presión de inyección adaptada al estado de servicio (200… 2000 bar). rendimiento reducción de emisiones. etc. Todo esto hace que se consiga esa mejora en cuanto a potencia.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I El sistema Common Rail ofrece una gran flexibilidad en lo relativo a la adaptación de la inyección al motor. sensor de velocidad del cigüeñal. Esto se consigue mediante: o Elevada presión de inyección. sensor del pedal del acelerador). SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I Fig. en comparación con sistemas de inyección convencionales. Además debe mantener una reserva de combustible necesaria para un arranque rápido del motor y para la elevar rápidamente la presión en el acumulador. acumulación de presión y dosificación del combustible. asegurando el momento y el volumen de inyección correcto. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . Todos los sectores están interconectados mediante tuberías de combustible de alta presión. Su función es suministrar la cantidad de combustible necesario a la presión adecuada para todas las condiciones de funcionamiento del motor. a) Bomba de alta presión La bomba de alta presión es el elemento que une las etapas de baja presión y de alta presión. 7. no es necesaria la compresión durante el proceso de inyección. Los inyectores se encargan de la dosificación exacta del combustible. en el cual está montado el sensor de presión y la válvula reguladora o limitadora de presión. La acumulación de la presión se efectúa en el “rail” o acumulador. La bomba genera permanentemente la presión necesaria en el acumulador. La generación de presión es realizada por la bomba de alta presión. Por lo cual. independientemente de la inyección de combustible. Sistema Common Rail Componentes de la etapa de alta presión La etapa de alta presión se divide en tres sectores: generación de presión.FIM 10 . Las bombas lubricadas con aceite poseen mayor robustez en caso de ser peor la calidad del combustible.FIM 11 . El volumen acumulado debe amortiguar las oscilaciones de presión producidas por el suministro pulsante de la bomba y por los procesos de inyección. a diferencia de los utilizados en otros sistemas que se activan mecánicamente.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I Las bombas de émbolos radiales de alta presión utilizadas en los turismos se lubrican con el combustible. b) Rail o Acumulador de alta presión Su función es almacenar combustible a alta presión. está construido de acero forjado para soportar las altas presiones a las que se ve sometido. Ambos tipos han manifestado tiempos de arranque breves y similares y hacen posible la preinyección. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . garantizando que la presión permanezca constante al abrirse el inyector. En los sistemas para vehículos industriales se utilizan bombas de émbolos radiales lubricadas con combustible o con aceite. Los inyectores con actuadores piezo son un poco más estrechos y el nivel de ruido que generan es especialmente bajo. Está instalado en todos los cilindros del motor y conectado al riel mediante un conducto corto de alta presión. Con esto se consigue más precisión a la hora de inyectar el combustible y se simplifica el sistema de inyección. la inyección principal y la inyección secundaria para garantizar un consumo de combustible limpio y eficiente en cada momento del funcionamiento. c) Inyectores Los inyectores utilizados en los sistemas common-rail se activan de forma eléctrica mediante electroválvulas o actuadores piezoeléctricos. El inyector está controlado por el sistema de Regulación Electrónica Diésel (EDC). El volumen debe ser lo suficientemente grande para satisfacer este requisito y a la vez lo suficientemente pequeño para garantizar una rápida generación de presión en el arranque. Fig.FIM 12 . Bomba de inyección rotativa tipo axial VE sobre la mesa Se identifica las partes de la bomba mientras se encuentra armada y se explica el funcionamiento correcto de cada una.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I PROCEDIMIENTO Se Identifica la bomba de inyección tipo VE en el presente laboratorio y se la coloca sobre la mesa para comenzar el desarme de la misma.9.8. Fig. Se procede a hacer el desarme de la bomba y separar cada una de las piezas que componen la bomba. Bomba de inyección rotativa tipo axial VE UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . Bomba de inyección rotativa tipo axial VE Se procede a colocar a identificar las principales piezas en la bomba desarmada Fig.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I Se ordena las piezas sobre la mesa de trabajo a fin de posteriormente poder realizar el armado con mayor facilidad.10.FIM 13 . Cubierta del regulador. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA .11. Fig. Anillo de rodillos Fig.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I Fig.14. Cabeza del distribuidor con los resortes del distribuidor.FIM 14 . Conjunto del contrapeso UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA .12.13. Fig. Envoltura de la bomba Se procede a realizar el armado de la bomba.FIM 15 .15.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I Se coloca el cuerpo desarmado sobre la mesa lista para realizar el rearme. Fig.16. Rearmado de la bomba UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . Fig. . Editorial Dossat. Lira G. tiene un funcionamiento fundamental de todos los conocimientos de ya adquiridos durante la formación académica por la que para poder reforzarlos se llevó a cabo esta experiencia. Arias Paz. 55° Edición. El armado y desarmado de la bomba rotativa axial. Wikipedia – Sistemas de inyección Diésel UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . Instituto de Motores de Combustión Interna.UNI.. Madrid-España. Experimentación y Cálculo de Motores de Combustión Interna.SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I CONCLUSIONES La bomba rotativa axial que desarmamos nos sirvió para comprender su funcionamiento mecánico y como funciona en el motor. 2004. Manual de automóviles. Los sistemas Common-Rail son los más utilizados ya que permiten controlar electrónicamente la presión de inyección lo cual permite una gran precisión a diferencia de nuestra bomba Rotativa. 1995. Lima.FIM 16 . BIBLIOGRAFÍA Lastra l. SISTEMAS DE INYECCION DIESEL – MOTORES DE COMBUSTION I Anexos UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA .FIM 17 .