Conducto común o rail
La misión del acumulador de alta presión es almacenar el combustible a alta presión
generado por la bomba. Debe amortiguar también las oscilaciones producidas por el
ciclismo de la bomba de alta presión, así como compensar las caídas de presión
producidas por la apertura de los inyectores. La presión del raíl debe ser constante
incluso al extraer una gran cantidad de combustible. Incorpora también el sensor de
presión del rail, así como el regulador de presión del mismo. En cada uno de los
conductos de salida de combustible incorpora también los limitadores de flujo,
elementos encargados de cortar la alimentación a los inyectores en caso improbable
de quedar uno de ellos completamente abierto.
Válvula reguladora de presión
Alojada en la propia bomba o en el conducto común, es la encargada de, por medio
de una señal de mando desde la unidad de mando del motor, establecer la presión del
sistema en dependencia del régimen de giro del motor y carga. Su misión es poner en
comunicación la presión del rail con el retorno al depósito.
En caso de no excitar la electroválvula, el muelle incorporado de compensación
garantiza una presión en el rail de 100 bar. aproximadamente. Al recibir señal desde
la unidad de mando la fuerza electromagnética del electroimán se añade a la presión
generada por el muelle, por lo que cierra el paso de combustible hacia el conducto de
retorno, obligando así a la bomba a generar una mayor presión en el rail. El caudal de
combustible sobrante retorna al depósito de combustible.
Sensor de presión de rail
Alojado en el rail de combustible, es el encargado de informar a la unidad de mando
de la presión existente en el rail. Consta de un sensor piezo resistivo y una electrónica
de control asociada. El elemento sensor está en contacto con la presión del
combustible, modificando su resistencia en función del valor existente. La electrónica
de control, alimentada desde la unidad de mando, evalúa la variación de resistencia
del sensor y devuelve una señal a la unidad de mando en dependencia de la presión
del rail. La unidad de mando utiliza esta señal para actuar sobre la válvula reguladora
de presión y, si es necesario, reducir la presión por medio del desactivador de émbolo.
Inyectores
Al contrario que en los sistemas tradicionales de inyector y portainyector, el sistema
Common Rail utiliza un tipo de inyector que asocia los dos elementos en uno, el
inyector. Alojado sobre la culata es el encargado de introducir en la cámara de
combustión la cantidad precisa de combustible en el momento correcto, por lo que es
un elemento preciso del sistema.
El combustible a alta presión es conducido, en el mismo inyector, hacia la tobera de
inyección y a la cámara de control, gracias al estrangulador de entrada. La bola de
válvula es la encargada de cerrar el paso de combustible hacia la zona de retorno por
medio del estrangulador de salida. La bola de válvula es presionada contra su asiento
por la acción ejercida desde la bobina electromagnética del inyector. Este bobinado
recibe alimentación desde la unidad de mando en el momento de apretura del orden
de 80 Volts y 20 Amp. En la tobera de inyección se mecanizan 6 orificios de inyección
de 0,16 mm de diámetro.
En la posición de reposo el combustible a presión es introducido en la celda del
inyector y en la cámara de control. El muelle de la electroválvula mantiene la bola de
válvula presionada, cerrando el paso a l combustible, por lo que la presión existente
en la cámara de control y la presión realizada por el muelle de la tobera del inyector
mantienen cerrada la aguja del mismo. El muelle de la tobera logra mantener la aguja
del inyector cerrada hasta una diferencia de presión de 40 bar. entre la celda del
inyector y la cámara de control.
Al aplicar la corriente de excitación a la electroválvula supera la fuerza en sentido
contrario realizada por el muelle y se abre. En ese caso el volumen de la cámara de
control se amplifica, pues el diámetro del estrangulador de entrada es menor que el de
salida, por lo que el combustible se expande y la presión ejercida en la parte superior
del émbolo disminuye. La diferencia de presión entre el combustible existente entre la
tobera de inyección y la cámara de control se sitúa a 160 bar, lo que provoca la
apertura de la aguja del inyector. La velocidad de apertura del inyector depende del
nivel de señal aplicado a la electroválvula. Si la señal de apertura del inyector es
máxima, el recorrido del vástago de la electroválvula también lo es, por lo que el
combustible es introducido en el cilindro a una presión igual a la presión del Rail. Para
realizar pequeñas inyecciones, como pre inyecciones, o post inyecciones, la señal
enviada desde la unidad de mando es extremadamente breve, de manera que la aguja
del inyector se eleve solo parcialmente.
En caso de desaparecer la señal de excitación de la electroválvula, el muelle de la
misma oprime el vástago de la electroválvula y éste cierra la cámara de control por
medio de la bola de válvula. La presión en la cámara de control aumenta, por lo que
asociada a fuerza ejercida por el muelle de la tobera cierra la aguja. En contra de los
sistemas tradicionales de inyección el cierre de la aguja es inmediato, produciendo un
final nítido de la inyección.
INYECTOR BOMBA
Un inyector bomba es una bomba de alta presión asociada a un inyector que forma un
solo conjunto. En los sitemas de inyección diesel por medio de inyector bomba existe
un elemento por cada uno de los cilindros del motor. Su ubicación es montado sobre
la culata, accionado por un eje de balancines específico solidario al árbol de levas.
Con el montaje por sistema de inyección bomba se elimina así la bomba tradicional
rotativa y los conductos de presión hasta los inyectores consiguiendo ventajas como:
Generar
la alta presión de inyección.
Inyectar
la cantidad precisa de combustible en cada momento.
Es importante respetar la posición y forma de montaje, pues las elevadas presiones y
fuerzas existentes en este tipo de inyección pueden dañar el elemento bomba inyector
en caso de un mal montaje.
Sobre el árbol de levas tradicional se montan levas adicionales que comunican la
fuerza necesaria desde el cigüeñal hasta el propio inyector bomba. La cantidad de
levas depende del número de cilindros que incorpora el motor.
Exigencias planteadas
En un motor diesel es requisito primordial la buena formación de la mezcla para así
poder obtener los mejores resultados de la combustión. Para ello se necesita una gran
presión de inyección del combustible en el cilindro, así como una fina pulverización
del mismo y la adecuación de un momento óptimo para la inyección. Si éstos
parámetros no son respetados se traduce en una falta de rendimiento del motor, así
como una elevada generación de gases de escape contaminantes y un elevado
consumo de combustible. Para el desarrollo de la combustión en un motor diesel es
importante que el retraso de la inyección, tiempo transcurrido desde la inyección de
combustible hasta el comienzo de la autoignición, sea lo más corto posible. Si en el
momento de la inyección principal se inyecta una gran cantidad de combustible la
combustión producida será excesivamente ruidosa, debido al incremento brusco de
presión en el cilindro. En el sistema inyector bomba, la inyección se divide en varias
fases.
fases de inyeccion en el motor
Pre inyección
Al igual que en otros motores diesel en este sistema se produce una inyección previa.
Su funcionalidad es la de adecuar la cámara de combustión para efectuar la inyección
principal. Con la existencia de una inyección previa de una pequeña cantidad de
combustible conseguimos aumentar la presión el cámara de combustión así como la
temperatura de la misma, evitando así puntas de presión importantes en la inyección
principal y ruidos de combustión, aumentando el rendimiento del motor y el confort de
conducción.
Inyección principal
En este momento es cuando se inyecta la mayor cantidad de combustible. Para que la
combustión sea lo más perfecta posible es necesario que la mezcla sea lo más
homogéneo posible, por lo que es importante la alta presión de inyección, pues así se
consigue una máxima pulverización del combustible y una mezcla idónea con el aire
existente en el cilindro. Una completa combustión del combustible se traduce en un
perfecto comportamiento del motor y una muy baja emisión de contaminantes.
Tiempo de reposo
Es el tiempo transcurrido desde la inyección previa hasta la inyección principal. Una
vez realizada la inyección principal la presión en la cámara de compresión baja en
este tiempo, adecuándose así a las necesidades relativas a presión del motor diesel.
Fin de la inyección
Es importante que una vez realizada la inyección principal la presión de inyección se
reduzca rápidamente, cerrándose así la aguja de inyección en un breve tiempo. Si
esta condición no se cumpliera se introducirían en la cámara de combustión grandes
gotas de combustible que reducirían la presión en la cámara de combustión,
reduciendo el rendimiento del motor y empeorando los gases de escape en forma de
partículas.
Inyeccion
La cámara de compresión se llena
En el proceso de llenado, debido a la fuerza ejercida por el muelle, el émbolo
asciende, generando un aumento de la capacidad de la cámara de alta presión. En
este instante la electroválvula no es excitada por la unidad de mando, por lo que la
aguja de la electroválvula se encuentra en reposo, abriendo así el paso del
combustible desde la zona de alimentación hasta la cámara de alta presión, debido a
que el combustible se encuentra a presión gracias a una bomba adicional.
Generación de presión y pre inyección
Debido a la forma de la leva característica obliga al balancín a realizar un movimiento
descendente del émbolo de la cámara de alta presión. El combustible así comprimido
es obligado a circular hacia la zona de alimentación mecanizada en la culata. En el
momento preciso la unidad de mando excita la electroválvula, cortando el paso de
combustible hacia la zona de alimentación y comprimiéndose éste el la cámara de alta
presión, que está comunicada con la aguja del inyector. Al alcanzar la presión
aproximada de 180 bar. la presión del muelle cede, por lo que la aguja del inyector se
abre, dando lugar a la pre inyección.
Cese de la pre inyección
El proceso de la pre inyección viene determinado por la configuración interna del
inyector bomba. Para ello existe una zona llamada colchón hidráulico.
Una vez que el muelle cede y la aguja del inyector se abre, el émbolo amortiguador
asciende y desaloja el combustible ubicado en la zona marcada como carrera no
amortiguada. Al seguir subiendo el émbolo tapona el paso de combustible a la zona
del muelle del inyector, dejando solo un paso calibrado, de manera que creamos una
zona como colchón hidráulico sobre el émbolo, que limita la carrera de la aguja del
inyector.
El incremento de presión en la cámara de alta presión hace que el émbolo de evasión
se desplace hacia abajo, consiguiendo un incremento de volumen de la cámara de
alta presión, por lo que la presión reinante desciende un breve instante, suficiente
para que la aguja del inyector cierre de nuevo. Así mismo, al desplazarse el émbolo
de evasión, se modifica el tarado del muelle del inyector, por lo que la presión
necesaria para la apertura de la aguja será ahora mucho más elevada. El tiempo
transcurrido desde la apertura de la aguja hasta el fin de la pre inyección es mínimo.
Inyección principal
Pasada la pre inyección el émbolo de la bomba sigue descendiendo, por lo que la
presión el la cámara de alta presión sigue aumentando. La unidad de mando sigue
excitando la electroválvula, por lo que ésta sigue cerrada. Bajo estas condiciones la
presión aumenta y, aproximadamente a 300 bar., la presión ejercida en la aguja del
inyector vence la fuerza del muelle del inyector y ésta se abre, comenzando así la
inyección principal. Mientras el combustible se inyecta a través de los orificios
mecanizados en el inyector, el émbolo de bomba sigue su movimiento de descenso.
La cantidad de combustible inyectado es menor que la contenida en la cámara de alta
presión, por lo que la presión de la misma puede aumentar hasta los 2040 bar. La
presión máxima es así obtenida en los casos en los que el motor la necesita, gran
cantidad de combustible inyectado y un alto régimen de motor.
Fin de inyección
La unidad de mando reconoce cada una de las fases de inyección por medio de un
control preciso de la corriente de excitación de la electroválvula. Una vez que la
unidad determina que la cantidad de combustible inyectado es la adecuada, finaliza la
inyección actuando sobre la electroválvula y abriendo la misma. En ese preciso
instante la aguja de la electroválvula vuelve a posición de reposo, por lo que se
establece de nuevo comunicación entre la cámara de alta presión y la alimentación de
combustible. Esta acción produce una disminución de la presión del combustible, por
lo que la presión del muelle del inyector oprime la aguja con la fuerza necesaria para
producir el cierre de la misma, el émbolo de evasión retorna a su posición inicial y
finaliza el proceso de inyección principal.
El circuito de retorno de combustible
El sistema de retorno de combustible es utilizado aquí para diferentes funciones:
Como
refrigeración del propio inyector bomba. Por medio de pasos calibrados
mecanizados en el propio inyector se crea un baño de combustible en el mismo. Este
baño se comunica con el retorno de combustible, refrigerando así el mismo.
Desalojando
el combustible que fuga sobre las mecanizaciones del émbolo de
bomba.
Eliminando
la posible aparición de burbujas de vapor en la zona de alimentación de
combustible, enviándolas a través de los estranguladores hacia la zona de retorno de
combustible.
Alimentacion de combustible
El circuito de alimentación de combustible comprende una electrobomba sumergida
en el depósito, encargada de suministrar la presión previa de elevación de
combustible. Una bomba de aspiración por paletas es la encargada de generar la
presión suficiente para la alimentación el circuito de combustible mecanizado en la
culata. El circuito de retorno está también mecanizado en la culata y comprende
también un refrigerador de carburante. Una sonda de temperatura de combustible está
incorporada también en el circuito, de manera que la unidad de mando pueda adaptar
el caudal en relación a la densidad del mismo. Diversas válvulas se encuentran
repartidas por el circuito, indicándose en el gráfico adjunto la misión asumida por cada
una.
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