Se que os he tenido un poco abandonados la semana anterior, pero ya que es lunes de una nueva semana, pues nuevo artículo.
En el anterior, si recordais, os hablé del funcionamiento básico del sistema de alimentación, desde que el combustible sale del depósito hasta la cámara de combustión, pero, como os dije, lo que os conté no es del todo cierto para vehículos con motor Diésel.
En un Diésel, y debido a la naturaleza de funcionamiento (recordad de anteriores artículos), se extrae el combustible con una bomba aspirante, igual que en el Otto, pero la inyección del combustible se realiza a mucha más presión que en el Otto y eso requiere otros sistemas de inyección del combustible, además de sistemas de precalentamiento del mismo. Bien, para no hacer mucho lio os diré que vamos a comenzar hoy desde que el combustible ha sido filtrado y aspirado desde el depósito y lo dirigimos a la cámara de combustión.
Hay dos sistemas principales de inyección Diésel, inyección indirecta e inyección directa.
- Inyección indirecta: Como su propio nombre indica, este sistema no inyecta el combustible directamente en la cámara de combustión, sino que se hace la inyección en una precámara de combustión o una cámara de turbulencia o una cámara de reserva de aire o acumulador.
- Inyección directa: Al contrario que el anterior caso, el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión, a mayor presión que el anterior caso.
Bien, pero centrémonos en la bomba de inyección Diésel. Vamos a empezar por el primer tipo de bomba de inyección mecánica, la bomba de inyección de pistones en línea. Unos ejemplos gráficos y la explicación:
Como se puede observar en la fotografía como en el esquema, la bomba tiene tantos elementos de bomba como cilíndros el motor, los elementos de bomba son cada cilíndro que se observa en la imagen, con su orificio de salida. El eje que contiene abajo y que acciona cada elemento se llama árbol de levas, y es el que comanda cada elemento de bomba para que la inyección se realice en el orden correcto en cada cilíndro, conocido como orden de inyección. En este tipo de bomba el giro del árbol de levas se consigue porque el cigüeñal del motor está conectado mediante engranajes a dicho árbol. Dentro de cada cilindro hay un pistón que se mueve con movimiento alternativo, el cúal es producido gracias al contacto de las levas sobre los empujadores los cuales mueven los pistones y comprimen el combustible desde unos 4 bares aproximadamente hasta la presión necesaria, contienen una válvula antiretorno que hace que una vez que el combustile sale fuera de la bomba no regrese. El empujador está en continuo contacto con la leva gracias a una arandela que conecta a un muelle que ejerce la fuerza para que no se pierda el contacto, para que el pistón baje en cada ciclo. El pistón a su vez tiene un movimiento de rotación provocado por un engranaje que a su vez conecta con una cremallera dentada (de ahí que transmita movimiento) que se acciona por medio del acelerador.
¿Porqué este movimiento de rotación? En un motor Diésel, al contrario que en un Otto, la regulación de la cantidad de combustible es lo que nos determina las rpm a las que funciona nuestro motor, es decir que cuanto más combustible inyectamos mayores son las rpm que alcanzamos. El pistón, o émbolo de cada cilíndro de la bomba, tiene practicada una hendidura y dos orificios, debido a esto si lo giramos puede empujar más o menos cantidad de combustible. Esto se comanda gracias al pedal del acelerador, y así ordenamos mayor o menor giro del pistón.
Otro problema es que debemos inyectar el combustible en el momento adecuado, antes de que el pistón alcance su PMS, pero no mucho antes. ¿Cómo se consigue esto? Pues gracias a que el árbol de levas de nuestra bomba lleva cierto desfase con respecto al giro del cigüeñal del motor, y la velocidad de giro del árbol es menor que la del cigüeñal. Esto se controla desde un dispositivo de regulación mecánica, llamado regulador de avance.
Hay otro dispositivo de regulación de la velocidad del motor, de las rpm,m al lado opuesto de la regulación de combustible. Tiene dos cometidos importantes de regulación, regular la velocidad de rotación al ralentí (velocidad mínima) y la velocidad de rotación máxima (velocidad máxima). Los hay de dos tipos mecánicos:
- Regulador de velocidad centrífugo: Está basado en el efecto de la fuerza centrífuga que produce el árbol de levas de nuestra bomba sobre dos contrapesos alojados en el mismo eje. El movimiento de los contrapesos se transmite a la cremallera, y a su vez aumenta o disminuye el caudal de inyección, independientemente de la posición del acelerador.
Regulador de velocidad centrífugo, va adosado en la bomba de inyección
Esquema del regulador centrífugo anterior
- Regulador de velocidad hidráulico: Se diferencia del anterior caso sólo en el control de velocidad, el resto es igual. El control se facilita debido a la variación de la presión de transferencia del combustible con la velocidad de giro de la bomba.
- Regulador de velocidad por depresión: En este caso encontramos una curiosidad, y es que contrariamente a lo habitual aquí el acelerador gobierna una mariposa de entrada de aire (al igual que en el Otto) en el colectro de admisión. Pero, a su vez por mando neumático, también controlamos la cremallera de control del combustible. Por medio del efecto venturi, la mariposa a través del sistema neumático comanda la cremallera, abriendo más o menos el paso del combustible y por medio de topes controlamos el régimen máximo y mínimo del motor. Es muy importante mantener el filtro de aire limpio para que se produzca un buen venturi y así funciona correctamente este regulador. Dispone de una palanaca para el corte de inyección de combustible:
Regulador de velocidad por depresión
El otro tipo de bombas, mas moderno y muy usado en motores Diésel ligeros es el de bombas rotativas y que han sustituido por completo a las anteriores debido a su simplicidad, gran estanqueidad (pueden ir en vertical u horizontal según convenga), menor tamaño y peso. El mismo combustible les asegura la lubricación, y una ligera sobrepresión existente en su interior impide el paso de elementos extraños al interior. Una fotografía y esquema:
Sólo usan un único elemento de bombeo para comprimir y distribuir el combustible a la presión correcta a cada uno de los cilindros del motor. Llevan, como en el caso de las bombas lineales, un regulador del avance de inyección, por lo que dijimos del orden de inyección y un regulador de velocidad, que puede ser centrífugo o hidráulico. Su movimiento lo recibe, como se explica en la bomba lineal, del árbol de levas del motor, o bien de un sistema de mando que gira, también, a la mitad de vueltas que el cigüeñal, un regulador de avance automático.
Bien hasta aquí el bombeo hacia la cámara de combustión, pero a través del tubo no podremos inyectar el combustible, ¿cómo lo hacemos? Pues aquí entra el juego otro elemento muy importante, llamado inyector de combustible.
Inyector Diésel completo Formación del cono de aerosol
Aquí podemos observar como son y funcionan los inyectores de combustible Diésel. Como he dicho anteriormente en el artículo, los motores Diésel necesitan que el combustible sea inyectado a mayor presión que en un Otto, debido a la naturaleza de funcionamiento. El inyector es el último paso para obtener la dosificación adecuada antes de introducir el combustible. En el caso del inyector mecánico podemos observar que es el propio combustible y su presión los que logran la apertura del orificio que tapa la aguja, a su vez conectada con un muelle de retorno. La presión del combustible es la que consigue hacer la fuerza para que el muelle se comprima. Cuando el combustible correspondiente deja de fluir, la aguja baja y tapa el inyector.
Pero el inyector no inyecta en estos casos (los inyectores mecánicos) el combustible en la cámara de combustión directamente (recordamos que es inyección indirecta), sino que se hace en una antecámara conectada a la cámara de combustión propiamente dicha. Son 3 tipos fundamentales:
- Sistema de precámara o precombustión: El combustible se introduce en una cámara que se comunica con la cámara de combustión por unos orificios muy finos, para que se inflame parte del mismo introduciéndolo a una presión desde 80 a 100 atm (1 atmósfera es aproximadamente 1 bar). El resto del combustible sin inflamar termina saliendo a la cámara y termina de inflamarse por completo. Este sistema tiene la desventaja de que consume más combustible que la inyección directa y además necesitamos una bujía de precalentamiento para arranque en frío. Como ventajas sin embargo encontramos un menor ruido, menor presión de inyección, utilización de inyector de agujero único, más difícil de obstruir y menor desgaste de los órganos mecánicos por tener menor presión en la cámara de combustión. Un ejemplo gráfico:
- Sistema de cámara de turbulecia, combustión separada o cámara auxiliar: Lo normal es que esta cámara este alojada en la culata del motor, pero a veces lo esta en el bloque. Ejemplo:
Cuando el pistón sube y comprime el aire, este pasa en su mayoria a la cámara de turbulencia, generándose un movimiento de torbellino favorecido a su vez por la forma de la cabeza del pistón. Cuando esto sucede se inyecta combustible, y la ignición es inmediata, quemándose todo el combustible y pasando los gases de manera violenta a la cámara de combustión propiamente dicha. La violencia con la que los gases salen queda disminuida por culpa de la propia cámara auxiliar y del tubo que conecta con la cámara propiamente dicha. La cámara de turbulencia representa aproximadamente 2/3 del volumen total de la cámara de combustión (recordemos que es en el momento de subir el pistón). Se suele situar en una parte no refrigerada del motor, como la culata porque el combustible necesita de muy altas temperaturas para combustionar. Las ventajas frente al sistema anterior es que conseguimos menor consumo de combustible, y una mejor marcha, más suave y sin traqueteos molestos. Los inconvenientes son que necesitamos mayor relación de compresión (recordad, partes de aire/partes de combustible).
- Sistema con cámara de reserva o acumulador de aire: Un ejemplo gráfico primero y será más fácil:
El aire es comprimido en A, cuando el pistón sube lo fuerza a entrar a través del venturi o difusor V. El combustible es inyectado directamente en el difusor, produciéndose un aumento de la presión y temperatura grandes, pero entonces el pistón baja produciendo una depresión y se produce una turbulencia que hace que la combustión sea completa. Las principales ventajas son que la presión de inyección es menor que en los anteriores, menor presión dentro de la cámara de combustión y el consumo es equiparable al sistema de inyección directa. Los inconvenientes son el ruido, algo mayor, y la relación de compresión que tiene que ser de al menos 20:1.
Por último os pongo un esquema completo del recorrido del combustible, sea cual sea el sistema de inyección indirecta, y la bomba utilizada:
Como la calidad de la imagen no es muy buena, os explico. Desde (D) pasando por el filtro (P) aspiramos con la bomba de aspiración (A) el combustible. El combustible bombeado pasa de nuevo por otro filtro (F) hasta la bomba de inyección (B). De la bomba y a través de los conductos (T) dirigimos el combustible hasta los inyectores (I). Los inyectores "inyectan" (valga la redundancia) el combustible y el sobrante vuelve al depósito a través del conducto (R).
Bien espero que os haya quedado un poco más claro como funciona el sistema de alimentación de un motor Diésel. Para todo aquel que se haya quedado con dudas o quiera saber más, le remito a la bilbiografía consultada y a la posibilidad de dejarme comentarios en el mismo artículo. En próximos artículos explicaré la inyección directa.
Hasta pronto, esta vez espero publicar mucho antes.
A continuación la bibliografía:
- http://www.sabelotodo.org/automovil/inyectores.html
- http://www.sabelotodo.org/automovil/regulador.html
- http://www.boschservice.com.pe/productos_bosch/repuestos_automotrices/paginas/diesel.asp?npagina=7
- http://www.bosch.com.ve/autopartes/produtos/sistemas_diesel/inyeccion_diesel.htm
- http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/449e8d7ce2899.pdf
- http://www.manualespdf.es/manual-mecanica-automotriz/
- http://reguladoresdiesel.blogspot.com.es/2008/07/reguladores_17.html
- http://www.highrate.es/Speed_Governor.html
- http://html.rincondelvago.com/bomba-inyectora.html
- http://rb-kwin.bosch.com/mx/es/powerconsumptionemissions/dieselsysteme/dieselsystem/passenger-car/technology/injection_systems/inlinefuelinjectionpump.html
- http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_inyectora
- http://mimotor-diesel.blogspot.com.es/2009/03/inyeccion-indirecta.html
- http://movimientodiesel.blogspot.com.es/2012/03/el-motor-diesel.html
- http://www.microcaos.net/ocio/motor/los-sistemas-de-alimentacion-en-los-motores-diesel/
- http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/motores/temas/alimentacion_diesel.pdf
No hay comentarios:
Publicar un comentario