Bombas de Inyección Electrónica Diesel BOMBAS DE INYECCION ELECTRÓNICA DIESEL
1. INTRODUCCION
El mercado automotriz está cada día más exigente respecto a la seguridad de los vehículos, a un excelente desempeño, al confort, a la economía y al cuidado con el medio ambiente.
Los nuevos Sistemas de Inyección Diesel Electrónicos fueron desarrollados para las nuevas necesidades, buscando siempre menores emisiones de gases contaminantes con mayor economía de combustible.
Bosch mantiene su posición de liderazgo en innovación, ofreciendo a las ensambladoras y al mercado de reposición los más novedosos y eficientes sistemas de Inyección Diesel, siempre buscando atender a las especificaciones que exigen los nuevos motores.
Bombas de Inyección Electrónica Diesel Dentro de los motores de inyección directa hay que distinguir tres sistemas diferentes a la hora de inyectar el combustible dentro de los cilindros.
Mediante bomba de inyección rotativa.
Common Rail.
Inyector-bomba.
2. TIPOS DE BOMBAS DE INYECCION ELECTRONICA DIESEL
2.1.
BOMBA DE INYECCION ROTATIVA ELECTRONICA
Las bombas de inyección diesel utilizadas en motores con Gestión Electrónica se denominan "bombas electrónicas" que la marca Bosch les ha dado la denominación "VP". Su constitución se basa en las bombas utilizadas en motores diesel sin Gestión electrónica, las cuales se denominan "bombas mecánicas" y que han sido modificadas para adaptarlas a las exigencias que requiere la gestión electrónica. Como se ve la constitución de ambas bombas es muy parecida en sus partes comunes. Cambia la forma de dosificar el combustible a inyectar en los cilindros, así como el control del avance a la inyección. Las bombas electrónicas se pueden dividir en dos tipos según el sistema de bombeo de combustible: las bombas de embolo axial y la bomba de émbolos radiales.
Bombas de Inyección Electrónica Diesel
Las bombas electrónicas tienen las siguientes ventajas con respecto a las bombas mecánicas:
No es necesario girar la bomba para encontrar el ajuste del ángulo de inyección. Por lo tanto la bomba tiene una posición fija a la hora de montarla en el motor.
No hay ningún sistema de articulaciones entre el pedal del acelerador y la bomba de inyección.
No necesita dispositivo de arranque en frió.
No necesita corrector de sobrealimentación para turbo.
No es necesario ajustar el ralentí.
Dispositivo de regulación del caudal de comb ustible
La bomba electrónica regula la cantidad de combustible a inyectar en los cilindros por medio de un motor de calado o "servomotor", situado en la parte alta de la bomba. Este motor está controlado electrónicamente por medio de la unidad de control ECU que le hace girar, moviendo mediante su eje una pieza excéntrica que convierte el movimiento giratorio del motor en un movimiento lineal para desplazar la "corredera de regulación"
Bombas de Inyección Electrónica Diesel Dispositivo variador de avance de la inyección
El ajuste de inyección de hace por medio del variador de avance que es muy similar a los utilizados en las bombas mecánicas. Está compuesto por un embolo que se mueve en el interior de un cilindro empujado por un lado por un muelle y por el otro lado por la presión del gas-oíl que se encuentra en el interior de la bomba, la presión en el interior de la bomba depende del nº de rpm del motor cuanto mayor es este mayor es la presión. El movimiento axial del embolo se transmite al anillo porta rodillos lo cual hace que la situación del disco de levas respecto al anillo porta rodillos se modifique, de forma que los rodillos del anillo levanten con cierta antelación el disco de levas consiguiendo un adelanto en el comienzo de la inyección. Este adelanto o avance puede ser hasta 12 grados de Angulo de leva, lo que supone en un motor de cuatro tiempos 24 grados de ángulo de cigüeñal.
La electroválvula es el elemento que diferencia el variador de avance de una bomba electrónica de una bomba mecánica. Esta válvula está controlada electrónicamente por medio de la ECU y se encarga de controlar la presión que hace el gasoil sobre el embolo del variador. Cuando la válvula esta en reposo es decir no recibe señales de la ECU permanecerá cerrada y se produce un adelanto en el comienzo de la inyección. Cuando la válvula reciba
Bombas de Inyección Electrónica Diesel ordenes de la ECU de abrirse, la presión sobre el embolo disminuye y por lo tanto se produce un retraso en el comienzo de la inyección.
2.2.
BOMBA DE INYECCION DE ALTA PRESION COMMON RAIL
Funciones de la Bom ba de Alta Presión Comm on Rail
La bomba de alta presión se encuentra en la intersección entre la parte de baja presión y la parte de alta presión. La bomba tiene la misión de poner siempre a disposición suficiente combustible comprimido, en todos los márgenes de servicio y durante toda la vida útil del vehículo.
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.
La bomba genera permanentemente la presión del sistema para el acumulador alta presión (Rail). Por este motivo, en comparación con sistemas de inyección convencionales, ya no es necesario que el combustible tenga que ponerse a disposición "altamente comprimido" especialmente para cada proceso de inyección en particular.
Bombas de Inyección Electrónica Diesel
Estructura de la Bom ba de Alta Presión Comm on Rail
La bomba de alta presión está montada preferentemente en el mismo lugar del motor diesel que las bombas de inyección rotativas convencional. La bomba es accionada por el motor, a través de acoplamiento, rueda dentada, cadena o correa dentada, con 3000 rpm como máximo. La bomba se lubrica con combustible.
Según el espacio de montaje, la válvula reguladora de presión esta adosada directamente a la bomba de alta presión o se instala por separado. El combustible se comprime dentro de la bomba con tres émbolos de bomba dispuestos radialmente. Estos émbolos están desfasados entre si 120º. Con tres carreras de suministro por cada vuelta resultan pares máximos de accionamiento reducidos y una solicitud uniforme del accionamiento de la bomba. El par de giro alcanza con 16 Nm (newton x metro) solo aproximadamente un 1/9 del par de accionamiento necesario para una bomba de inyección rotativa comparable. Por lo tanto, el Common Rail plantea exigencias menores al accionamiento de bomba que los sistemas de inyección
Bombas de Inyección Electrónica Diesel convencionales. La potencia necesaria para el accionamiento de bomba aumenta proporcionalmente a la presión ajustada en el Rail y a la velocidad de rotación de la bomba (caudal de suministro).
En un motor de 2 litros, el régimen de revoluciones nominal y con una presión de 1350 bar en el Rail, la bomba de alta presión consume una potencia de 3.8 kW (con un grado de rendimiento mecánico de aprox. 90%). La mayor demanda de potencia tiene sus causas en los caudales de fugas y de control en el inyector y en el retorno de combustible a través de la válvula reguladora de presión.
La relación de desmultiplicación de estas bombas con respecto al nº de revoluciones del cigüeñal suele ser de 1:2 o 2:3.
Funcionamiento d e la Bom ba de Alta Presión Comm on Rail
La bomba previa transporta el combustible a través de un filtro con separador de agua, hacia la válvula de seguridad. La bomba impulsa el combustible a través del taladro de estrangulación de la válvula de seguridad (11), hacia el circuito de lubricación y refrigeración de la bomba de alta presión. El eje de
Bombas de Inyección Electrónica Diesel accionamiento (1) con la leva excéntrica (2) mueve los tres émbolos de bomba (3) hacia arriba y hacia abajo, en correspondencia con la forma de la leva.
Si la presión de suministro sobrepasa la presión de apertura de la válvula de seguridad (0,5.... 1,5 bar), la bomba previa puede impulsar el combustible a través de la válvula de entrada de la bomba de alta presión, hacia el recinto del elemento en el que el elemento de la bomba se mueve hacia abajo (carrera de aspiración). Cuando se sobrepasa el punto muerto inferior, la válvula de entrada cierra, y el combustible en la cámara de aspiración o compresión (4) ya no puede salir. Solamente puede ser comprimido superando la presión de suministro de la bomba previa. La presión que se forma en la válvula de salida (7), en cuanto se alcanza la presión en el Rail, el combustible comprimido entra en el circuito de alta presión.
El émbolo de la bomba transporta continuamente combustible hasta que se alcanza el punto muerto superior (carrera de suministro). A continuación disminuye la presión, de forma que cierra la válvula de salida. El combustible residual se descomprime; el émbolo de la bomba se mueve hacia abajo.
Cuando la presión en la cámara de aspiración o compresión es inferior a la presión de la bomba previa, abre otra vez la válvula de entrada y el proceso comienza nuevamente.
Bombas de Inyección Electrónica Diesel Potencia de suministro de la Bomb a de Alta Presión Commo n Rail
Como la bomba de alta presión esta dimensionada para grandes caudales de suministro, al ralentí y en el margen de carga parcial, existe un exceso de combustible comprimido.
Este combustible transportado en exceso es conducido otra vez al depósito de combustible a través de la válvula reguladora de presión. Ya que el combustible comprimido se descomprime cuando llega de nuevo al depósito, se pierde la energía aportada para la compresión. Además de calentarse el combustible, disminuye con ello el grado de rendimiento total. Un remedio parcial es posible adaptando la potencia de suministro a la demanda de combustible, mediante la desconexión de un elemento bomba (émbolo). Desconexión de elemento:
Al desconectar un elemento de bomba (émbolo) (3) se reduce el caudal de combustible
transportado
al
acumulador de alta presión. Para ello se mantiene abierta continuamente la válvula de aspiración (5). Al activarse la electroválvula de desconexión del elemento, una espiga adosada a su inducido presiona continuamente la válvula de aspiración manteniéndola abierta. De esta forma, el combustible aspirado no puede ser comprimido en la carrera de suministro. Como consecuencia no se forma presión en el recinto del elemento, ya que el combustible aspirado retorna otra vez al canal de baja presión continuamente el combustible, sino que lo hace con una pausa en el suministro.
Bombas de Inyección Electrónica Diesel 2.3.
INYECTOR BOMBA ELECTRONICO DIESEL
La evolución de los motores Diesel de inyección directa ha venido de la mano del desarrollo de sistemas de inyección cada vez mas precisos y con presiones de inyección cada vez más elevadas. Los sistemas de inyección Unit Injector System UIS (también llamado unidad de bomba-inyector, PDE), y Unit Pump System UPS (también llamado bombatubería-inyector, PLD), son hoy en día los sistemas que permiten alcanzar las mayores presiones de inyección. El sistema bomba-inyector (UIS Unit Inyector System) de Bosch, se incorporo en el vehículo Volkswagen Passat a finales de 1998 con una nueva generación de motores diesel de inyección directa, que está 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.
Bombas de Inyección Electrónica Diesel Los sistemas UIS y UPS son sistemas con una unidad de inyección por cada cilindro del motor. Esto le permite una mayor flexibilidad a la hora de adaptarse al funcionamiento cambiante del motor, mucho mejor que los motores que están alimentados por "bombas rotativas" o "bombas en linea". Sus ventajas con respecto a otros dispositivos de inyección son:
o
Se utiliza tanto en turismos como en vehículos comerciales e industriales ligeros de hasta 30 kW/cilindro y vehículos industriales pesados de hasta 80 kW/cilindro. También se utiliza este sistema en motores en locomotoras y barcos, pero este no es tema de estudio en esta web.
o
Alta presión de inyección hasta 2050 bar.
o
Comienzo de inyección variable.
o
La posibilidad de una inyección previa.
La estructura básica de los sistemas UIS y UPS está formada:
Alimentación de combustible (parte de baja presión).
Alimentación de combustible (parte de alta presión).
Regulación electrónica Diesel ( Electronic Diesel Control EDC) dividida en tres bloques fundamentales sensores, unidad de control electrónica y actuadores.
Periferia (ejemplo: turbocompresor y retroalimentación de gases de escape EGR).
Montaje y accion amiento del Inyector Bo mb a
Hay una unidad bomba-inyector (7) por cada cilindro del motor montada directamente sobre la culata. El inyector (4) de la unidad bomba - inyector penetra directamente en la cámara de combustión (8). El árbol de levas (2) del motor tiene para cada unidad de bomba-inyector una leva de accionamiento. La carrera de leva es transmitida por un balancín (1) al embolo de la bomba (6) para que este suba y baje y con ello bombea el combustible.
Bombas de Inyección Electrónica Diesel
Además de la activación eléctrica (5) de la electroválvula (3) , el comienzo de inyección y el caudal de inyección dependen de la velocidad actual del embolo de la bomba, la cual es determinada por la forma de la leva.
Por ello el árbol de levas debe estar fabricado con precisión. Las fuerzas que atacan durante el servicio lo incitan a oscilaciones giratorias, lo que pueden ejercer una influencia negativa en la característica de inyección y la tolerancia de caudal.
Estructura del Inyector Bo mb a
El cuerpo (4) de la unidad de bomba - inyector sirve de cilindro de bomba: posee un brazo en el cual está integrada la electroválvula de alta presión (1). El cuerpo establece las comunicaciones internas mediante unos conductos que unen la cámara de alta presión (5) (llamada también recinto del elemento) con la electroválvula y el inyector (6). La parte exterior de la unidad bomba-inyector está dispuesta de tal forma que sea posible la fijación mediante garras (9) en la culata del motor (3). El muelle de reposición (2) presiona el embolo de la bomba contra el balancín (7), y este contra la leva de accionamiento (8). De este modo se evita durante el servicio la separación del embolo, el balancín y la leva. Una vez concluida la inyección, el muelle presiona el embolo de vuelta
Bombas de Inyección Electrónica Diesel a la posición inicial. La entrada de combustible (11) a la unidad bomba inyector el retorno de combustible (10).
La
unidad
bomba-inyector
se
divide
en
las
siguientes
unidades
funcionales:
Generación de alta presión
Los componentes principales a la generación de alta presión son el cuerpo de la bomba con el embolo de
la
bomba
y
el
muelle
de
reposición.
Elect ro válvu la de alta p resi ón
Tiene la misión de determinar el momento de inyección y la duración de la inyección. Consta de los componentes
principales
bobina,
aguja de electroválvula, inducido, núcleo
magnético
y
muelle
de
electroválvula
Inyector
El inyector pulveriza y distribuye el combustible exactamente dosificado en la cámara de combustión y conformar así el desarrollo de la inyección. El inyector esta adosado al cuerpo de la unidad bomba-inyector mediante la tuerca de fijación (12).
