Mayo 2011MANUAL DEL ESTUDIANTE Sistema de inyección de combustible Komatsu - HPCR Mayo 2011 Agenda Día 1: Mañana: 08:00 10:15 10:45 11:30 01:00 02:00 03:45 04:00 05:45 am am am am pm pm pm pm pm Tarde Presentación y módulo 1 Módulo 1 Break Módulo 1 Almuerzo Módulo 1 Break Módulo 1 Fin Día 2: Mañana: Tarde 08:00 10:15 10:45 11:30 01:00 02:00 03:45 04:00 05:45 08:00 10:15 10:45 11:30 01:00 02:00 03:45 04:00 05:45 am am am am pm pm pm pm pm am am am am pm pm pm pm pm Feedback y módulo 2 Módulo 2 Break Módulo 2 Almuerzo Módulo 2 Break Módulo 2 Fin Día 3: Mañana: Tarde Feedback y módulo 3 Módulo 3 Break Módulo 3 Almuerzo Módulo 3 Break Módulo 3 Exámen Final 5.1. Sistema Common Rail Composición del Sistema Common Rail Líneas de baja y alta presión Bomba de transferencia. 3. según lo crea conveniente.4. Presentación. 3.3. La problemática de las emisiones Reducción del ruido Contaminantes Módulo 2: Composición y funcionamiento del sistema 2.2.4. 1. 2. 3. El programa del curso se desarrolló para usarse con los materiales de referencia y herramientas indicados en las páginas siguientes.7. 1. 2. 3.9. 1. Módulo 1: Introducción y evolución del motor.10. 3. 3.7.3. Bomba de alta presión Actuador de la bomba Inyector Riel común Filtro Sensores Unidad de Control Módulo 3: Sistema de combustible en los motores 107-114 3. El estudiante aprenderá a identificar la bomba de inyección de combustible HPCR.8.3.6. 2. 3.Mayo 2011 Temario Este curso presenta al estudiante el sistema de combustible usado en los motores Komatsu. 2.5. El instructor puede.2. 2.9. así como conocer el principio de funcionamiento de sus componentes.11.2.5. 3. 1.4. 2. 2. incluir otro tipo de material o de herramientas. 2.8. 2.10. 3.6.1. Arquitectura General Flujo de Combustible Diagrama de Flujo Filtro de Combustible Bomba de Cebado Bomba de Cebado Eléctrico Válvula de Retención de Placa de Enfriamiento Actuador de Combustible Bomba de Alta Presión Inyector .1. Evolución del motor diésel hasta la llegada del Common Rail. 2. 1. Mayo 2011 3 3 3 3 . . .16.11.14. . Línea de Retorno Válvula de Alivio de Alta Presión Falla: Inyector Atascado Abierto Procedimientos de pruebas y ajustes .15. explicar su operación y realizar los procedimientos de pruebas y ajustes. e. Objetivo 4 Disponiendo un motor SAA6D114E-3 y la información técnica necesaria. Después de terminar los módulos de este curso. explicar la función de los siguientes componentes de la bomba HPCR. Filtro primario d. Objetivo 2 Identificar . Inyector c. ECM Objetivo 5 Contando con la hoja de trabajo. Identificación del flujo de combustible en el motor. Actuador de la bomba d. el estudiante tendrá un amplio conocimiento de los Sistemas de Combustible Komatsu. identificar y explicar la función de los siguientes componentes: a. como se indican en este curso. Objetivo 3 Desarmar. Desmontaje y montaje de la bomba de combustible HPCR. el técnico participante estará apto para desarrollar las siguientes competencias. desarrollar correctamente las competencias que se efectuaron durante los practicas de clase: a. c. Identificación de sensores del motor b. el estudiante podrá identificar los componentes específicos del sistema de combustible. Objetivo 1 Conocer la evolución del motor con sistema de combustible HPCR. Válvula TWV c. Identificación de la línea de baja y alta presión. d. Turbo b. Filtro secundario e. Usando las publicaciones de servicio y las herramientas adecuadas. Sensor de efecto Hall Objetivo 6 Disponiendo un motor SAA6D114E-3 y la información técnica necesaria. que le ayudará en su trabajo diario. . describir el funcionamiento y características técnicas de los componentes que conforman la bomba de combustible HPCR. Desmontaje y montaje de inyectores.Mayo 2011 Objetivos Al terminar el curso. a. Válvula PCV b. identificar y armar los componentes de la bomba de Combustible HPCR. Manual del sistema de inyección diesel por acumulador Common Rail ± BOSCH EDICIÓN 2005.html.micoche.com.mecanicavirtual.pdf .google.gif&imgrefu rl. Manual Common Rail DELPHI ± Principios de funcionamiento ± 09/2007.com/qs2/portal/service/index.2010 MECANICA Virtual. la web de los estudiantes de automoción http://www.Mayo 2011 Literatura de servicio https://quickserve.cummins.com/e s/pool/de/Diesel.org/imagesdiesel/commonrail. http://www. Brouchure de la Excavadora PC220LC-8.1(S). http://www.com/revistapdf/Views_2005_No.com/articulos/2001/2001_53_2.komatsuklc.pe/imgres?imgurl=http://rbkwin.bosch.jpg http://www. por lo que este tipo de motores eran poco aptos para ser utilizados en automoción. 2. el motor diesel tenía en comparación con el motor Otto las ventajas de bajo consumo. Las mejoras introducidas en la inyección de combustible han sido la clave del auge de la tecnología diésel en la automoción en los últimos años. Detallar la normativa tier3 del motor y diferenciar con anteriores clasificaciones. La unidad de control registra con la ayuda de sensores ubicados por todo el vehículo el deseo del conductor (posición del pedal del acelerador). Identificar los componentes y explicar el principio de funcionamiento del sistema de inyección de combustible Common Rail. La unidad de control tiene grabados en la memoria un conjunto de mapas y curvas característicos del motor expresado como un conjunto de matrices numéricas con las que se define el comportamiento de cada variable presente en un sistema Common Rail. la evolución del motor diésel ha sido igualmente notable.Mayo 2011 Módulo 1: Introducción y evolución del motor 1. Objetivos del Modulo Al finalizar el presente modulo el participante estará apto para lo siguiente: 1. tenían un régimen de giro excesivamente bajo. 3. La unidad de control procesa las señales generadas por los sensores operando mediante la lógica correspondiente los datos de entrada. 4. cumpliendo las estrictas normativas sobre el particular. Como contrapartida. definiéndose para cada punto de funcionamiento del motor el comportamiento de cada variable . el comportamiento de servicio del motor y las condiciones externas.Presentación Desde sus inicios.1. En lo relativo a emisiones contaminantes. los primitivos motores diesel eran ruidosos. Con el paso de los años el motor diésel ha evolucionado notablemente. ha sido necesario el desarrollo de sistemas de control electrónico integrados en el grupo de inyección. Para lograr estas mejoras. Conocer la evolución del motor diésel hasta la llegada del Common Rail. de tal forma que el funcionamiento del motor es regulado en todo momento por un pequeño ordenador denominado unidad de control. producían vibraciones y su funcionamiento era poco flexible. eliminando inconvenientes que limitaban su aplicación. alta potencia y la posibilidad de utilizar combustibles más económicos. Identificar la problemática de las emisiones 1. 2. obteniendo como resultados la disminución de los contaminantes. en base a los datos provenientes del sensor de temperatura del motor o de las condiciones atmosféricas. de manera que el motor funcione en cualquier estado de servicio con una combustión óptima. la unidad de control enviará a los actuadores la señal correspondiente con la orden de funcionamiento. En comparación con el ya acreditado motor de explosión Otto. el estudio de geometrías de cilindro y pistones y demás líneas de desarrollo posibilitan la entrada en el mercado del primer motor diésel de inyección directa. avances en cuanto a sistemas turboalimentados. Controlando el momento y la cantidad de inyección de combustible de manera muy precisa para que facilite el mejor quemado posible de la mezcla. Realizando diferentes inyecciones (sistemas multi-inyección) que permitirán una combustión más gradual. Los motores de gasoil no eran en sus inicios aptos para montarse en vehículos. su bajo régimen de giro. En 1986. este motor tenía las ventajas de consumir mucho menos y de poder funcionar con un combustible relativamente barato. El estudio de los parámetros que rigen la inyección de combustible ha sido la gran clave del auge de la tecnología diésel en la automoción. . 1. por el ruido.Evolución del motor diésel hasta la llegada del Common Rail El motor diésel nace en 1897. obteniéndose para cada caso las mejores prestaciones ajustándose a las emisiones permitidas. Una vez realizados los cálculos pertinentes. es decir. avances tecnológicos en los equipos de inyección. obteniendo como resultado una pulverización más fina y presiones mayores. el FIAT Croma Tdi. ya que el gasoil tenía que hacer muchas cosas antes que arder. la unidad de control puede adaptar a las condiciones en las que se encuentre los valores teóricos sobre el control de la inyección del combustible. y lo más primordial. vibraciones. se trataba de un motor de encendido por compresión. asegurando un mayor aprovechamiento del aire teniendo un control más preciso de las temperaturas desarrolladas en la cámara de combustión. cuando el ingeniero alemán Rudolf Diesel (1858-1913) presenta su invento al mundo científico en la Asamblea General de Ingenieros Alemanes celebrada en la ciudad de Kassel. Algunas de las mejoras en la inyección diésel que han favorecido la optimización de la mezcla son: Desarrollo de equipos de inyectores y bombas de inyección. Se trataba de un motor térmico de combustión interna en el cual el encendido se lograba por la temperatura elevada producto de la compresión del aire. siendo posible además alcanzar potencias muy superiores. el ruido y el consumo y mejorando el comportamiento en general del vehículo.Mayo 2011 (momento preciso de inyección con el caudal y presión adecuados al funcionamiento del motor). mejorando de esta manera la difusión del combustible. Así. con una respuesta tan brillante como la de los propulsores de gasolina y mostraba. basado en la tecnología Common Rail. de manera que el resto de fabricantes de automóviles han ido accediendo a la tecnología del Common Rail. una mejora media de las prestaciones del 12%. Para lograr estos hitos. Fig. de tal forma que el funcionamiento del motor es regulado en todo momento por una unidad de control. Así. régimen de marcha. ha sido necesario el desarrollo de sistemas de control electrónico integrados en el grupo de inyección. La conclusión del desarrollo e industrialización de este sistema fue llevada a cabo sin embargo por el fabricante de inyección Robert Bosch. el trabajo de los ingenieros de investigación del Grupo Fiat lleva a la aparición del sistema de inyección Unijet. además de una reducción de los consumos del 15%. obteniendo excelentes resultados. 1. demanda del usuario (posición del acelerador) así como las propiedades que el aire tenga en cada momento para poder integrar los datos obtenidos en los cálculos de las acciones que el sistema debe llevar a cabo para optimizar prestaciones y consumo en cada situación. Estos resultados supusieron una gran revolución en el mercado de los motores diésel. el Alfa 156 JTD. que compara las distintas señales que recibe del exterior (sensores) con un programa interno grabado en memoria y como resultado genera unas señales de control para el motor. En 1997 se comercializa el primer automóvil con esta tecnología.2. Se trataba de un motor increíblemente silencioso.Mayo 2011 Desarrollo de sistemas de captación de datos de funcionamiento. respecto a un motor de pre cámara análogo.1 Bomba-Inyector ±Common Rail . de manera que se obtengan medidas sobre el estado del motor en cuanto a temperaturas. Mayo 2011 1. Los automóviles contribuyen de manera importante a la contaminación atmosférica y al agotamiento de las reservas de combustibles fósiles del planeta. Con una tradición en la construcción de motores que se extiende 70 años a partir de 1935. Representa un importante paso hacia adelante en la lucha contra el calentamiento del planeta. 1. ya que contiene objetivos obligatorios y cuantificados de limitación y reducción de gases de efecto invernadero. Fig. Los principales compuestos contaminantes en los gases de escape son: dióxido de carbono (CO2).1 Normativa de emisiones para equipo de construcción y minería . los motores Komatsu han ganado una reputación destacada en el mercado. son los NOx y las emisiones de partículas el mayor problema de los motores diesel. hidrocarburos (HC). monóxido de carbono (CO).3 La problemática de las emisiones El 11 de diciembre de 1997 se aprueba el Protocolo de Kioto. Komatsu comenzó a introducir sus motores que cumplen con Tier III a medida que transcurría el año 2006. de ahí que el futuro de la tecnología automotriz esté supeditada a su capacidad para reducir sus emisiones.3. ya que al reducir los NOx se crean más partículas. De los mencionados anteriormente. El reto al que se enfrentan los diseñadores y calibradores de motores diesel reside en la dificultad de reducir las partículas sin aumentar los NOx. partículas (PM) y óxidos de nitrógeno (NOx). que tenía como objetivo la lucha contra el cambio climático mediante una acción internacional de reducción de las emisiones de determinados gases de efecto invernadero responsables del calentamiento del planeta. momento en que las normativas se introducirán gradualmente. d. Este aumento de presión se debe a una inflamación brutal de la mezcla aire/combustible.4. El aumento de la presión del cilindro durante la inflamación del combustible provoca un ruido de combustión más o menos elevado en función de la cantidad inyectada previamente. Disminución de las cantidades inyectadas Precalentamiento Recalentamiento del aire de sobrealimentación Multiinyección (Añadido de una inyección antes de la inyección principal) Las normas de anticontaminación regulan los contaminantes siguientes: Fig. En un motor diesel.4 REDUCCIÓN DEL RUIDO El ruido de combustión resulta del aumento rápido de la presión en el cilindro. El ruido de combustión es especialmente audible al ralentí y en las zonas de poca carga. Para disminuir el ruido de combustión. b. c. Para ello son posibles varios métodos: a. la combustión no empieza inmediatamente después de la inyección del combustible en el cilindro. hay que reducir pues el plazo de inflamación. 1.1 Norma de partículas contaminantes Nota: Estas normas se expresan en gramos por kilómetro (g/km) .Mayo 2011 1. Este retraso se llama el retraso de inflamación. 2 Las partículas PM Los humos y los hollines pueden ser el resultado: a. de los hollines y de las inestabilidades del motor debidas a la falta de aire fresco. la parte central de la gotita no tendrá tiempo de vaporizarse. las moléculas de combustible no vaporizadas sufren un cracking. Si este plazo se vuelve demasiado importante. b.5 CONTAMINANTES 1.Mayo 2011 1. Una cámara de combustión compacta cuyas paredes son suficientemente cálida para evitar la formación de residuos no quemados. Se evita así la formación de las zonas ricas donde nacen los residuos no quemados. 1.5. Si esta cantidad es demasiado baja. se constata un aumento de los humos. Los HC resultan de una falta de oxígeno local (mal reparto del combustible) o de una inyección del combustible en zonas frías de la cámara de combustión (típicamente cuando el combustible empapa las paredes). 1. b. En caso contrario. La falta de aire no permite una combustión completa y favorece la formación de partículas. Los NOx se producen por la oxidación del nitrógeno del aire.1 Los óxidos de nitrógenos NOx. De una mezcla demasiado rica. Para limitar las emisiones de óxidos de nitrógeno. Bajo el efecto de la altísima temperatura que reina en la cámara de combustión. De una mala pulverización del combustible en la cámara de combustión. La cámara de combustión toroideal y los nuevos sistemas de admisión (swirl) combinadas con la inyección directa permiten obtener: a. Un tipo de turbulencias muy elevado que garantiza un muy buen reparto del combustible en la cámara de combustión. . se utiliza un dispositivo que permite enviar hacia la admisión una parte de los gases de escape para limitar la cantidad de aire fresco admitido en el motor. Esta reacción sólo se produce a muy alta temperatura cuando el exceso de aire es importante. Este dispositivo llamado EGR del inglés "Exhaust Gas Recirculation" permite controlar la cantidad de gas de escape enviado hacia la admisión.5. Este fenómeno físico produce compuestos carbonosos muy duros que constituyen los hollines y otras partículas características de los motores diesel. la eficacia del sistema no es optimizada.5.3 Los hidrocarburos no quemados HC. Cuanto más grande es el tamaño de las gotitas. mayor es el tiempo necesario para su vaporización. se obtiene una presión de inyección constante que no dependa del número de revoluciones. que se convierte en acumulador hidráulico (rail).1 Sistema Common Rail El sistema Common Rail se basa en la introducción de combustible en el interior de un depósito. La unidad de control procesa las señales generadas por los sensores y transmitidas a través de líneas de datos. una reserva de combustible a presión disponible rápidamente. En base a los valores del sensor de temperatura del líquido refrigerante y de temperatura de aire. la UCM puede adaptar a las condiciones de . se obtiene una combustión más gradual. es capaz de influir sobre el vehículo y especialmente sobre el motor. controlándolo y regulándolo. Conocer las características de los componentes del sistema de inyección de combustible Common Rail. a temperaturas bajas y motor frío. 3. Módulo 2: Composición y funcionamiento del sistema 2. 2. las emisiones de CO quedan pues reducidas. Es posible reducirlas más eliminando las zonas ricas de la cámara de combustión. generándose presión dentro del mismo depósito.4 El monóxido de carbono CO Su presencia en los gases de escape resulta de la oxidación incompleta del carbono contenido en el gasóleo. Objetivos del Modulo Al finalizar el presente modulo el participante estará apto para lo siguiente: 1. A partir del control electrónico se puede dividir la cantidad a inyectar total en varias inyecciones muy próximas entre sí. ajustándose a los requerimientos de reducción de contaminantes. Al estar la generación de presión separada de la dosificación y de la inyección de combustible.5. El sistema Common Rail ofrece a los motores diesel una gran flexibilidad. siendo capaces de desarrollar todo su potencial en todo el mapa delimitado por revoluciones y posición del acelerador. Explicar el sentido del flujo de combustible. Para ello. Con las informaciones obtenidas. de manera que aunque la cantidad quemada sea la misma. 2. es necesario optimizar la aerodinámica interna de la cámara de combustión para generar un tipo de turbulencias muy elevado.Mayo 2011 1. Identificar los componentes y explicar el principio de funcionamiento del sistema de inyección de combustible Common Rail. es decir. Esta oxidación incompleta es la consecuencia de una combustión que se desarrolla global o localmente en mezcla rica. El motor diesel funciona con un exceso de aire importante. 2.3 Un Actuador Baja Presión llamado IMV (Inlet Metering Valve) Permite controlar la cantidad de combustible enviado hacia la bomba de alta presión en función de las necesidades del motor.2.2 Una Bomba Alta Presión alimentada por combustible desde la presión de transferencia. 2.5 Unos Inyectores que pulverizan la cantidad deseada de combustible en la cámara de combustión en el instante deseado. 2.2.4 Un Raíl que constituye una reserva de combustible a presión.2...2. . Suministra a muy alta presión en el raíl.7 Una válvula de alivio de Alta Presión Está colocado en el raíl y permite controlar la sobrepresión existente en el raíl. 2.Mayo 2011 servicio los valores teóricos sobre el control de la inyección del combustible (momento preciso con el caudal y presión adecuados al funcionamiento del motor).2.6 El ECM (Módulo de control electrónico) que controla la inyección (caudal.2 Composición del sistema El sistema de inyección Common Rail se compone de los siguientes elementos (Fig.1-1): 2. Fig.) y la presión del raíl en función de las condiciones de funcionamiento del motor. 2.1 Una Bomba de Transferencia integrada en el cuerpo de la bomba de Alta Presión 2. 2. 2.1 Sistema Common Rail 2.2. avance. inyección múltiple.1. 2. 8 Sensor de presión del raíl.8 Sensores permiten conocer en cada instante las informaciones necesarias para asegurar el control de la inyección: 2.2. Sensor barométrico.1 Líneas de baja y alta presión La instalación de un sistema Common Rail se estructura en dos partes fundamentales.7 2.8.8. Sensor de presión de refuerzo del turbo.2.2.8. 2.8. La parte de baja presión consta de: 1.8.2. Depósito de combustible con filtro previo. Sensor de posición del cilindro. Un sensor de velocidad del motor. Sensor de temperatura del aire de admisión. . la parte que suministra el combustible a baja presión y la que suministra el combustible a alta presión.2.8. 3. Sensor de temperatura del refrigerante. Fig.2. Bomba previa.2 2.2. Sensor de temperatura de combustible.2.1 2.2-1 Composición del Sistema de Combustible 3.Mayo 2011 2.8.2.3 2.6 2. Tuberías de combustible de baja presión.4 2. 4.8. Filtro de combustible.5 2. 2. 10.1. Fig. 3.1-1 Líneas de baja y alta presión de Combustible 3. Válvula limitadora de presión y limitador de flujo.1 Parte de baja presión La parte de baja presión pone a disposición el combustible para la parte de alta presión. Tuberías de combustible de alta presión 7. Bomba de alta presión con válvula reguladora de presión. . Rail con sensor de presión del Rail. Al ser el caudal de suministro aproximadamente proporcional al número de revoluciones del motor.Mayo 2011 La parte de alta presión consta de: 5. Se trata de una bomba de combustible de engranajes accionada mecánicamente integrada en la bomba de alta presión. 9. La misión de la bomba previa es abastecer suficiente combustible a la bomba de alta presión. su regulación se realiza bien por regulación de estrangulación en el lado de aspiración. o bien por una válvula de descarga en el lado de impulsión. 6. recogiendo el combustible del depósito. Inyectores.Tuberías de retorno de combustible. 8. 1.2.Mayo 2011 Fig.2 Parte de alta presión La parte más crítica e importante del sistema Common Rail se encuentra casi toda en la zona de alta presión y en algunos elementos de control ajenos a las dos partes enunciadas anteriormente.1. Fig.1 Inyector ± Rail ± Componentes de alta presión . 3. 3.1 Bomba de Engranajes Bosch± Alimentador de baja presion 3.1.1. en todos los márgenes de servicio y durante toda la vida útil del vehículo. llamado bomba de transferencia.2.Mayo 2011 3. El combustible se comprime dentro de la bomba con tres émbolos de bomba dispuestos radialmente. La potencia necesaria para el accionamiento de . desfasados entre sí 120º. obteniéndose un par mucho menor que para una bomba de inyección rotativa comparable. a través del filtro y lo envía hacia la bomba principal a una presión.1 Bomba de transferencia 3. Por lo tanto. en comparación con sistemas de inyección convencionales. aspira el combustible a partir del depósito de combustible. 3. el Common Rail plantea exigencias menores al arrastre de bomba que los sistemas de inyección convencionales. Por este motivo. La bomba tiene la misión de poner siempre a disposición de los inyectores suficiente combustible comprimido. Fig. Esto incluye el mantenimiento de una reserva de combustible necesaria para un proceso de arranque rápido y un aumento rápido de la presión en el rail. ya no es necesario que el combustible tenga que ponerse a disposición ³altamente comprimido´ para cada proceso de inyección en particular. llamada presión de transferencia (aproximadamente 6 bar). Con tres carreras de suministro por cada vuelta resultan pares máximos de accionamiento reducidos y una solicitud uniforme del accionamiento de la bomba. La bomba genera permanentemente la presión del sistema para el acumulador alta presión (Rail).2 La bomba de transferencia Un primer nivel de bombeo.2 Bomba de alta presión Se encuentra en la intersección entre la parte de baja presión y la de alta presión. 13: Rail En el Rail se encuentra la válvula de sobrepresión.Mayo 2011 bomba aumenta proporcionalmente a la presión ajustada en el Rail y a la velocidad de rotación de la bomba (caudal de suministro). La presión en el distribuidor de combustible común para todos los cilindros se mantiene a un valor casi constante incluso al extraer grandes cantidades de MEMORIA 33 combustible. Solamente cuando se sobrepasa la presión máxima del sistema se abre la válvula y el combustible es conducido entonces por canales al depósito de combustible a través de una tubería colectora. Figura 2. Para cumplir esta misión.12: Bomba de alta presión Rail común El Rail tiene la misión de almacenar combustible a alta presión. deben amortiguarse mediante el volumen acumulado oscilaciones de presión producidas por el suministro de la bomba y la inyección. en caso de sobrepasarse el caudal de extracción máximo. Con esto se asegura que permanezca constante la presión de inyección al abrir el inyector. La válvula limitadora de presión limita la presión en el Rail dejando libre una abertura de salida en caso de un aumento demasiado grande de la presión. Al hacerlo. el limitador de flujo cierra la afluencia al inyector afectado. . Al salir combustible del Rail disminuye la presión de éste. Otro elemento de seguridad es el limitador de flujo que tiene la misión de evitar el caso poco probable de inyecciones permanentes en un inyector. Figura 2. Mayo 2011 . Mayo 2011 . Mayo 2011 . Mayo 2011 . Mayo 2011 . Mayo 2011 . Mayo 2011 . Mayo 2011 . Mayo 2011 . Mayo 2011 .
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