Ensayos de Motores de Combustión Interna
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERIA MECANICA – ELECTRICA ELECTRICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA
CURSO DE: ENSAYOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA LABORATORIO N° 4 TEMA: DETERMINACION DE LA DESIGUALDAD DE SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE EN UNA BOMBA DE INYECCION LINEAL
REALIZADO POR: ARENAS MAMANI ROGER ALBERT Docente: M.Sc. Ing.: Juan David Chávez Cuellar Fecha de realización:
Fecha de entrega:
28 de Mayo
04 de Junio
Nota
AREQUIPA – PERÚ PERÚ 2013
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 1
Ensayos de Motores de Combustión Interna
Determinar la desigualdad de suministro de combustible con una bomba de inyección lineal en régimen nominal y en régimen de vacío.
Como se sabe, los dos principales parámetros de las bombas de inyección, la desigualdad de suministro de combustible y la calidad de combustible que suministra la bomba por ciclo. La desigualdad de suministro de combustible tanto en el régimen nominal como en el ralentí se determinó en un banco de pruebas, usando adicionalmente inyectores especialmente acondicionados. Bajo estas condiciones, la desigualdad de suministro de combustible no debe exceder del 3%. Algunos fabricantes realizan una segunda prueba en otro banco y otros inyectores, también especialmente acondicionados. En este caso la diferencia de resultados para ambos bancos no debe ser mayor del ±2%. Las desviaciones mayores a las indicadas, al realizar las regulaciones de las bombas de inyección, cualquiera sea los tipos, aumenta el número de fallas de los motores de inyección, cualquiera sea los tipos d, aumenta el número de fallas de los motores durante las pruebas; por lo que se recomienda respetar las magnitudes máximas de desviaciones de dichos parámetros en condiciones explotacionales, como de fábrica. En condiciones explotacionales, se permite hasta un 6% de desigualdad de suministro de combustible en el régimen nominal y de ralentí. Investigaciones realizadas con motores rápidos han establecido que la válvula impelente juega un papel muy importante en la igualdad de suministro de combustible, tanto como una regulación correcta de la cremallera de la bomba. La igualdad de suministro de combustible se rompe cuando las superficies de precisión de los émbolos-buzos y válvulas impelentes sufren un desgaste, que provocan un aumento de las holguras entre sus superficies de trabajo. Experimentalmente se ha observado que las superficies de trabajo tanto del embolo-buzo como de la válvula impelente de la bomba de inyección sufren desgaste abrasivo. El carácter y magnitud del desgaste está en función de las condiciones de empleo, del material de dichos elementos, de la calidad de fabricación de las piezas de precisión de la bomba de inyección y del estado técnico de los filtros del combustible.
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 2
Ensayos de Motores de Combustión Interna Las existencias que se dan para las desviaciones de la igualdad del combustible en el régimen de ralentí también son importantes para el régimen nominal. Esto se debe principalmente a que el arranque del motor depende en gran medida del funcionamiento de la bo mba de inyección en el régimen de ralentí . La cantidad de combustible por ciclo que debe suministrar la bomba de inyección depende fundamentalmente de la bomba impelente y del embolo-buzo. Ambos pares de piezas aseguran en primer lugar, una dosis exacta de combustible por cada cilindro y en segundo lugar el momento más oportuno para realizar la inyección. Este último parámetro también depende del estado del árbol de levas de la bomba de inyección. La desigualdad de suministro de combustible se determina según los valores del suministro máximo y mínimo (Vcmax y Vcmin, respectivamente) de la bomba ensayada y se calcula por la siguiente formula:
(%)
La desigualdad de suministro se puede obtener no solo para los regímenes de regulación (nominal y ralentí) sino también para cualquier otro régimen de velocidad o carga tal como se puede apreciar en la fig. 1 250
200 hp=15.5
150
hp=17 100
hp=18.5 hp=20
50
0 0
200
400
600
800
1000
1200
Fig. 1: variación de la desigualdad de suministro en función de la velocidad de rotación (n), para diferentes posiciones de la cremallera (hc).
La misión de la inyección es de hacer llegar a cada cilindro el combustible exactamente necesario para las necesidades del motor en cada momento. La supresión del carburador permite un diseño óptimo de las vías de aspiración que favorece el mejor llenado de los cilindros. El combustible se inyecta directamente delante de las válvulas de admisión pues a través de estas solo se suministra aire al motor. Estas tuberías de admisión pueden diseñarse de forma que favorezcan el flujo,
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 3
Ensayos de Motores de Combustión Interna para conseguir una adecuada distribución del aire y un llenado óptimo de los cilindros; logrando una elevada potencia específica y una evolución del par motor adecuada a la práctica.
Los procedimientos de inyección general pueden ser de dos clases:
Este sistema introduce en cada cilindro un chorrito de gasolina a una presión superior a 40 atmósferas (40kg/cm 2 ). Es el más adecuado para los automóviles de competición porque siendo el más caro es el que más potencia ofrece (hasta 12 CV por litro de cilindrada) y funciona con gran seguridad hasta 9000 rpm del motor.
Pulveriza la gasolina en l tubería de aspiración de cada cilindro, frente y cerca de la válvula de admisión. Presión entre 12 y 17kg, el equipo es menos costoso que el anterior y produce menos dilución de aceite que con los carburadores aunque el rendimiento es inferior que el de inyección directa. Los métodos de envío y medida pueden ser:
Inyección continua y constante de la gasolina mediante envío de presión por una bomba medidora.
No se inyecta de forma continua la gasolina, si no que el suministro se hace mediante la válvula de admisión de cada cilindro.
La bomba alimenta un colector de gasolina, desde el cual va el combustible a cada uno de los inyectores.
La bomba envía gasolina a presión a los inyectores de manera intermitente por vuelta del cigüeñal. Ventajas de la Inyección de combustible
La inyección de combustible ofrece las siguientes ventajas:
Con los carburadores, el paso del aire tiene que ser siempre rápido, incluso en la pequeña aspiración cuando el motor gira despacio para mantener la succión en los surtidores y evitar las gotitas de gasolina, más pesadas que el aire.
Como no es necesario que haya puntos calientes en el colector para vaporizar la gasolina, el aire puede entrar más frío, y por tanto, en mayor cantidad a cada listonada, con lo que el llenado de cilindros es más completo.
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 4
Ensayos de Motores de Combustión Interna
Si la inyección pulverizada se hace en el cilindro (inyección directa) el tiempo de contacto entre las gotitas de la niebla y el aire es mucho menor que en el caso de los carburadores.
El suministro de combustible puede ser perfectamente medido y recibir todos ellos la misma cantidad, mientras que con los carburadores hay desigualdades de hasta un 30%.
Algunas gasolinas actuales llevan más o menos tetraetilo de plomo que por ser menos volátil que la gasolina resulta aún peor repartido sufriendo excesivos depósitos de plomo que tienden a quemar las válvulas de escape y sus asientos y a ensuciar las bujías, todo esto no ocurre con la inyección que dosifica exactamente el combustible a cada cilindro sin que los aditivos tengan tiempo ni ocasión de separarse.
La aceleración y desaceleración son más rápidas porque al contrario de lo que ocurre en los carburadores, la cantidad de gasolina inyectada varía instantáneamente según la posición del acelerador.
Como puede cortarse totalmente el suministro de cuando se levanta el pie del acelerador se ahorra el combustible que siguen gastando los carburadores por el sistema de ralentí.
Por último se obtiene una notable elasticidad del motor, que por ejemplo pasara de 600 a 6000rpm en directa y pisando a fondo sin golpeo ni vibraciones, con franca superioridad a los carburadores.
Estas bombas disponen por cada cilindro del motor de un elemento de bombeo que consta de cilindro de bomba y de émbolo de bomba. El émbolo de bomba se mueve en la dirección de suministro por el árbol de levas accionado por el motor, y retrocede empujado por el muelle del émbolo. Los elementos de bomba están dispuestos en línea. La carrera de émbolo es invariable. Para hacer posible una variación del caudal de suministro, existen en el émbolo aristas de mando inclinadas, de forma tal que al girar el émbolo mediante una varilla de regulación, resulte la carrera útil deseada. Entre la cámara de alta presión de bomba y el comienzo de la tubería de impulsión, existen válvulas de presión adicionales según las condiciones de inyección. Estas válvulas determinan un final de inyección exacto, evitan inyecciones ulteriores en el inyector y procuran un campo característico uniforme de bomba.
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 5
Ensayos de Motores de Combustión Interna El comienzo de suministro queda determinado por un taladro de aspiración que se cierra por la arista superior del émbolo. Una arista de mando dispuesta de forma inclinada en el émbolo, que deja libre la abertura de aspiración, determina el caudal de inyección. La posición de la varilla de regulación es controlada con un regulador mecánico de fuerza centrífuga o con un mecanismo actuador eléctrico.
Durante el desarrollo de los ensayos es imprescindible asegurar que el sistema de inyección trabaje en un determinado régimen de velocidad y carga. Además de estabilizar el régimen de trabajo es necesario medir la velocidad de rotación del eje de la bomba y también medir el suministro de combustible, por secciones, durante un determinado número de ciclos. El banco de la fig. 2 para la determinación de la uniformidad o desigualdad del sumi8nistro de combustible, por secciones de la bomba, se compone del banco propiamente dicho y del sistema de inyección ensayado. Es necesario indicar la necesidad de desconectar el regulador centrífugo de velocidad, mientras que la posición de la cremallera de la bomba debe fijarse por un tornillo micrométrico, el cual nos permitirá cambiar la posición de la cremallera y establecer un suministro cíclico determinado.
Tipo: estacionario Alimentación de la tensión: 380V
Potencia instalada del banco: 16.5KW
Potencia del motor hidráulico: 15.0 KW
Variación de la frecuencia de rotación: 70 – 3000 rpm
Tamaño del banco: 190*70*190cm
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 6
Ensayos de Motores de Combustión Interna
Masa seca del banco: 1100 kg
Volumen del banco de combustible: 45 lts
Volumen del tanque del sistema hidráulico del banco: 20lts
Número máximo de secciones de la bomba a probar simultáneamente: 12
Banco de Pruebas
Probetas graduadas
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 7
Ensayos de Motores de Combustión Interna
Frecuencia nominal de rotación: 1100 rpm
Corte completo del suministro del combustible: 1210 rpm
Inicio de funcionamiento del gobernador: 115 – 1125 rpm
Suministro nominal del combustible para 1100rpm y 1000 emboladas: 75+/- 1cm 3
Suministro de combustible en rpm máximo de ralentí: menor a 27 cm 3
A fin de llevar a cabo los ensayos con los sistemas de inyección es necesario previamente verificar el estado técnico del banco y asimismo dejar funcionar el sistema para su calentamiento previo de 10 a 20 minutos, para que así se logre el nivel térmico requerido.
1) Numero de revoluciones por minuto de la bomba de inyección. 2) Volumen inyectado en las pruebas en función del tiempo.
Para determinar la desigualdad de suministros de una bomba determinada, se debe llevar a cabo los siguientes pasos: 1. Determinar el régimen de trabajo es decir la velocidad de rotación (n) y la posición de la cremallera (hc).
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 8
Ensayos de Motores de Combustión Interna
2. Fijar el número de ciclos con que debe trabajar la bomba, para hacer las mediciones correspondientes: n = 1000 – 500 ciclos para pequeños suministros de combustible; n = 250 – 100 ciclos para suministros grandes.
3. Prender el motor eléctrico y asegurarse que la cremallera de la bomba de inyección este en su posición de corte de combustible y además las velocidades de la bomba deben ser las mínimas.
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 9
Ensayos de Motores de Combustión Interna
4. Con la volante del banco se fija el rango deseado de velocidades.
5. Fijar la cremallera con el micrómetro y girando al volante del banco obtener el régimen de velocidad deseado; luego conectar el sistema de corte automático y medir el volumen contenido en cada bureta.
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 10
Ensayos de Motores de Combustión Interna
6. Al final de la medición escribir los resultados y vaciar el combustible de las buretas.
Para cada régimen se llevan a cabo dos mediciones y se saca el promedio aritmético. Si la magnitud de estas mediciones se diferencian mucho una a otra entonces es necesario repetir esta varias veces. Para determinar el suministro cíclico se utiliza la siguiente formula:
̅
( 3 /ciclo) ∑
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 11
Ensayos de Motores de Combustión Interna Donde: m : número de ciclos establecidos Vci : volumen de combustible contenido con cada bureta (cm 3 ) Z : número de secciones de la bomba de inyección.
Se debe al continuo movimiento de las piezas en sus asientos y guías.
La igualdad de suministro de combustible se rompe cuando las superficies de precisión de los émbolos – buzos y válvulas impelentes sufren un desgaste, que provocan un aumento de las holguras entre sus superficies de trabajo.
La potencia disminuye ya que el motor no estaría trabajando en su punto de máxima eficiencia debido a que habría cilindros que producirían más potencia que otros dañando así las distintas partes del motor reduciendo la vida útil del mismo, al haber desigualdad indicaría que habría cilindros donde no habría una mezcla estequiometrica produciéndose una combustión incompleta excesiva produciéndose humeado en los motores diesel.
Se determina en régimen nominal para asegurar el adecuado funcionamiento del motor para un régimen normal de trabajo, pero en el régimen de ralentí es mayor debido a que en este momento el arranque depende principalmente del funcionamiento de la bomba de inyección, esto es porque en este régimen se necesita en el cilindro una carga rica en combustible.
Las diferencias cualitativas están principalmente en que las bombas rotatorias existe menos probabilidad de que exista desigualdad ya que todo el sistema seria uniforme y equitativo, en las bombas rotatorias no es necesaria la regulación ya que el desgaste de las mismas es casi uniforme.
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 12
Ensayos de Motores de Combustión Interna En una bomba rotativa la desigualdad no existe, solo se regula el mínimo y máximo de combustible.
Las perdidas serian diferentes en cada tubería provocando caídas de presiones diferentes.
Porque la válvula impelente impide sobre-inyecciones.
Todos nuestros resultados los llevaremos a una tabla (protocolo de pruebas). Y nuestros resultados de desigualdad de combustible tendremos que compararlos con los datos del fabricante. Si las magnitudes obtenidas superan los valores establecidos por las normas entonces se procede a regular la bomba de inyección. Para este ensayo lo que hicimos principalmente fue probar el sistema de inyección de una bomba lineal de 4 cilindros con sus inyectores, lo que se hizo fue probar el volumen de combustible inyectado, durante cien emboladas, en unas probetas graduadas a distintos rpm y distintas posiciones de la cremallera. Lo que se quiso fue comprobar la desigualdad que había en la inyección y para esto se tomaron los siguientes datos:
n (rpm)
Nª emboladas
hp (mm)
V 1
V 2
V 3
V 4
V max
V min
Vprom
% δ
(ml)
300
100
15.5
6
5,6
6
5,6
6
5,6
5,8
6,89655172
500
100
15.5
7,4
7,6
6,6
7
7,6
6,6
7,15
14,084507
700
100
15.5
7,8
8
7,6
7,4
8
7,4
7,7
7,79220779
900
100
15.5
8,2
8,4
7,8
8,2
8,4
7,8
8,15
7,40740741
1100
100
15.5
8,2
8,2
8
8
8,2
8
8,1
2,4691358
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 13
Ensayos de Motores de Combustión Interna n (rpm)
Nª emboladas
hp (mm)
V 1 (ml)
V 2
V 3
V 4
V max
V min
Vprom
% δ
300
100
17
3,2
2,8
2,8
3,4
3,4
2,8
3,05
19,3548387
500
100
17
4,6
4,2
4
5
5
4
4,45
22,2222222
700
100
17
5,4
5,4
5
5,8
5,8
5
5,4
14,8148148
900
100
17
5,2
5,6
6
6,2
6,2
5,2
5,75
17,5438596
1100
100
17
5,6
6
6,6
6
6,6
5,6
6,05
16,3934426
n (rpm)
Nª emboladas
hp (mm)
V 1 (ml)
V 2
V 3
V 4
V max
V min
Vprom
% δ
300
100
18,5
1
0,8
1
1,6
1,6
0,8
1,1
66,6666667
500
100
18,5
2,8
2,6
2,4
3,6
3,6
2,4
2,85
40
700
100
18,5
3
2,6
3,4
3,6
3,6
2,6
3,15
32,2580645
900
100
18,5
2,8
2,8
3,2
3,8
3,8
2,8
3,15
30,3030303
1100
100
18,5
3
3
4,2
3,8
3,8
3
3,5
23,5294118
n (rpm)
Nª emboladas
V 2
V 3
V 4
V max
V min
Vprom
% δ
hp (mm)
V 1 (ml)
300
100
20
0
0,2
0,4
0,2
0,4
0
0,2
200
500
100
20
0
0,2
0,8
1,6
1,6
0
0,65
200
700
100
20
0,2
0,1
1,4
1,6
1,6
0,2
0,825
155,555556
900
100
20
0,4
0,2
1,4
1,6
1,6
0,2
0,9
155,555556
1100
100
20
1
0,4
1,8
1,6
1,8
0,4
1,2
127,272727
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 14
Ensayos de Motores de Combustión Interna
hp=15.5mm 10 8 6 hp=15.5mm
4 2 0 0
500
1000
1500
hp=17mm 7 6 5 4 hp=17mm
3 2 1 0 0
500
1000
1500
hp= 18.5mm 4 3.5 3 2.5 2
hp= 18.5mm
1.5 1 0.5 0 0
500
1000
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
1500
página 15
Ensayos de Motores de Combustión Interna hp=20mm 1.4 1.2 1 0.8 hp=20mm
0.6 0.4 0.2 0 0
500
1000
1500
250
200
150
hp=15.5 hp=17
100
hp=18.5 hp=20
50
0 0
200
400
600
800
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
1000
1200
página 16
Ensayos de Motores de Combustión Interna
Se determinó la desigualdad de suministro de combustible con una bomba de inyección lineal en régimen nominal y en régimen de vacío. supresión del carburador permite un diseño óptimo de las vías de aspiración que favorece el mejor llenado de los cilindros
Inyección continua y constante de la gasolina mediante envío de presión por una bomba medidora.
Los pequeños pistones y sus asientos están hermanados, no se deben cambiar porque el desgaste uniforme es propio de cada uno.
Observamos que los volúmenes varían en cada probeta, esto indica que los inyectores están descalibrados.
El piñón de la bomba de inyección al igual que de los demás componentes del motor de combustión interna tiene marcas de sincronización, ya que es muy importante el orden de inyección para el correcto funcionamiento del motor
Se verifico la desigualdad del suministro de combustible mediante un banco de pruebas, midiendo los volúmenes obtenidos en cada probeta ; la medición se determinó fijando la cremallera con el micrómetro y girando el volante del banco fijándolo en el rango deseado de velocidades. La calibración de los inyectores en algunos casos se hace mediante el ojo chino de ajuste de la parte superior.
La lubricación de los elementos de la bomba se efectúa por medio del mismo combustible, la parte del regulador lo hace el mismo aceite proveniente del motor.
1. Motores del automóvil – Jovaj M. S. Editorial MIF. 1982. Moscú 2. Motores de combustión interna – Edward F. Obert. C.E.C.S.A. 1971
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
página 17
