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RAE 1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el ttulo de INGENIERO MECATRONICO 2. TTULO: DISEO Y SIMULACION DE BANCO DE PRUEBAS DE INYECTORES DIESEL PARA VEHICULOS DE CARGA PESADA 3. AUTORES: Rafael Eduardo Garzn Torres, Jess Arturo Ramrez 4. LUGAR: Bogot, D.C. 5. FECHA: Junio de 2013 6. PALABRAS CLAVE: Banco de pruebas, diseo, diagnostico, sistema de inyeccin, inyector, fallos comunes en el inyector, tobera, puntas. 7. DESCRIPCIN DEL TRABAJO: El objetivo principal de este proyecto es el diseo de un banco que entrega el diagnstico del funcionamiento del inyector en los dos sistemas de inyeccin (Common Rail y Heui )y la simulacin del modelo matemtico del inyector en cada sistema, esto se debe a que a nivel nacional no existen Bancos de Pruebas que evalen las marcas de inyectores diesel electrnicos ms usados en Colombia y actualmente en la mayora de centros de mantenimiento el diagnostico se realiza artesanalmente y se basa en la comparacin visual y tanteo por parte del tcnico 8. LNEAS DE INVESTIGACIN: Lnea de Investigacin de la USB: Tecnologas actuales y Sociedad. Sub linea de la Facultad de Ingeniera: Instrumentacin y Control de Procesos. Campo Temtico del Programa: Automatizacin de Procesos y Robtica. 9. FUENTES CONSULTADAS: BURNS, Ralph. Fundamentos de quimica. Pearson Education 2003.COUGHLIN, Robert Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales. Prentice Hall HispanoamericaS.A. 1993. CREUS SOLE, Antonio. Instrumentacin Industrial.Alfaomega Grupo Editor 1998 DENTON, Tom. Advance Automotive Faults Diagnosis Elservier 2006. HART, Daniel. Electrnica de Potencia. Pearson, 2001 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TCNICAS Y CERTIFICACIN. Trabajos escritos: presentacin y referencias bibliogrficas. ICONTEC, 2008. 110 p. ISENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Robert Bosch, 1999 MALVINO. Albert Paul Principios de Electrnica. MacGraw-Hill. 2000. MORA. 10. CONTENIDOS: El inyector funciona sometido a severas condiciones de operacin, generadas por las propias sustancias qumicas que maneja y por las altas temperaturas y presiones que se encuentran en el medio donde trabaja. Adicionalmente esta situacin es agravada por la contaminacin producida en el motor, motivada por un inadecuado mantenimiento de ste y del propio sistema de inyeccin; por si fuera poco, tambin lo exponemos a la contaminacin del combustible producto de un inadecuado transporte y almacenamiento del mismo. Estas condiciones generan en el inyector sustancias contaminantes diversas que van desde xidos de hierro y otros metales, hasta resinas pesadas y carbn, las cuales se van depositando en los conductos internos, boquilla y filtro del inyector, obstruyendo el paso del combustible 11. METODOLOGA: Es de carcter emprico-analtico, 12. CONCLUSIONES: Al realizar el estudio en el inyector fue posible no solo determinar el modelo del inyector si no su patrn de comportamiento, con el nico fin de analizar sus fallos y la mejora de su funcionamiento, se concluye que el inyector heui por sus caractersticas fsicas expulsa mayor cantidad de combustible al mismo rgimen de operacin que los dems, por lo cual es ampliamente utilizado en vehculos como tractomulas y tractores. Se concluye por los mtodos estadsticos un intervalo de comparacin para discriminar el posible fallo, si lo hay, debido al volumen de combustible expulsado.

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DISEO Y SIMULACIN DE BANCO DE PRUEBAS DE INYECTORES DIESEL PARA VEHCULOS DE CARGA PESADA

RAFAEL GARZN TORRES JESS ARTURO RAMREZ RINCN

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERA

PROGRAMA DE INGENIERA MECATRNICA

BOGOT D.C - 2013

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DISEO Y SIMULACIN DE BANCO DE PRUEBAS DE INYECTORES DIESEL PARA VEHCULOS DE CARGA PESADA

RAFAEL GARZN TORRES JESUS ARTURO RAMREZ RINCN

Trabajo presentado como requisito parcial para optar al ttulo de profesional en Ingeniera Mecatrnica

Asesor Ingeniero Msc. Pedro Nel Martnez

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERA INGENIERA MECATRNICA

BOGOT D.C. 2013

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Nota de Aceptacin _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________

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Presidente del Jurado

_________________________________ Jurado

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Jurado

Bogot D.C., 20 de junio de 2013

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Este trabajo de grado se lo quiero dedicar a Dios y a mis Padres quienes son todo en mi vida, quienes con mucho cario y esfuerzo me han hecho quien soy, por todo y por ms este logro es suyo, mis viejos.

RAFAEL GARZN TORRES

Esta tesis es dedicada a mis padres que me han apoyado siempre para poder llegar a esta instancia de mis estudios, ellos han estado presentes en toda circunstancia apoyndome moral y ticamente. Tambin la dedico a mi hijo quien ha sido la mayor motivacin para nunca rendirme y poder llegar a ser un ejemplo para l; a mi mujer quien ha sido un apoyo incondicional para culminar mis estudios.

JESS RAMREZ

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AGRADECIMIENTOS Quiero expresar mis agradecimientos a Dios, mi familia por apoyarme en cada momento, a mis maestros; quienes con su conocimiento y paciencia fueron de vital importancia para culminar este trabajo especialmente al ingeniero Alcy y al ingeniero Pedro; a LUBRIFRENOS CAR. DE. COL. por sus asesoras y su gran disposicin por ayudarnos, al Servicio Nacional de Aprendizaje por sus asesoras y capacitaciones, y quiero agradecer especialmente a alguien quien siempre me apoyo, sin importar la decisin siempre estuviste ah, por tu comprensin y cario, por tu ayuda oportuna y desinteresada a ti carito te agradezco por todo lo que haces.

RAFAEL GARZON TORRES El agradecimiento de mi tesis es principalmente a DIOS quien me ha guiado y me ha dado la fortaleza de seguir adelante y no desfallecer. A LUBRIFRENOS CAR. DE. COL. Por qu ha sido un apoyo incondicional, a los profesores como el ING. PEDRO NEL y el ING.ALCY que con sus asesoras, conocimientos y apoyo hemos podido desarrollar la tesis de manera especial sin tener obstculo alguno.

JESUS RAMIREZ

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CONTENIDO

pg. INTRODUCCIN 22 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 23 1.1 ANTECEDENTES 23 1.2 DETERMINACIN DEL PROBLEMA 23 1.3 JUSTIFICACIN 24 1.4 OBJETIVO 25 1.4.1 Objetivo General 25 1.4.2 Objetivos Especficos 25 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 25 1.5.1 Alcances 25 1.5.2 Limitaciones 25 2. MARCO DE REFERENCIA 27 2.1FUNDAMENTOS TERICOS 27 2.2.1Tanque de combustible 27 2.2.2 Bomba succionadora 28 2.2.3 Filtro de combustible. 29 2.2.4 Bomba elevadora de presin 30 2.2.5 EDC 32 2.2.6 Inyeccin del combustible 35 2.2.7 Inyector common rail 36 2.2.8 Inyectores HEUI 42 2.2.9 Diagnostico mecnico de inyectores 56 2.2.10 Verificacin y limpieza del inyector 57 3. METODOLOGIA 62 3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIN 62 3.2 LNEA DE INVESTIGACIN DE USB / SUB-LNEA DE FACULTAD / CAMPO TEMTICO DEL PROGRAMA 62 3.3 TCNICAS DE RECOLECCIN DE INFORMACIN 62 4. DISEO INGENIERIL 63 4.1 DISEO DEL SELECTOR PARA RECONOCIMIENTO DEL INYECTOR 63 4.2 DISEO DEL SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOS PARA LOS DOS (2) TIPOS DE INYECTOR 64 4.2.1 Diseo Experimental 64 4.2.2 Calculo del sistema de apertura y cierre del inyector 64 4.2.3 Generacin del tren pulsos 80 4.2.4 Diagrama de flujo del programa 81 4.2.5 Adquisicin de datos del sensor (Celda de carga). 81

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4.3 DISEOE IMPLEMENTACIN DEL SISTEMA PARA EL PROCESAMIENTO DE SEALES SEGN LOS NMEROS DE RESPUESTA DE OPERACIN DEL INYECTOR 84 4.3.1 seleccin de la variable de respuesta 84 4.3.2 mtodo de comparaciones pareadas en el Banco de Pruebas. 99 4.4 DISEO DEL BANCO 110 4.4.1 Diseo mecnico del banco de pruebas. 110 4.5 SIMULACIN DEL INYECTOR 133 4.5.1 Graficas de Simulacin de Inyectores 140 5. CONCLUSIONES 168 BIBLIOGRAFIA 169 ANEXOS 171

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Bomba celular de rodillo de la electrobomba de combustible 28 Figura 2. Bomba celular de rodillos de la electrobomba de combustible 29 Figura 3.Filtro de combustible 30 Figura 4. Bomba celular de rodillos de la electrobomba de combustible 31 Figura 5.Sensor de presin mltiple 33 Figura 6.Sensor de revoluciones y posicin 34 Figura 7.Sensor de posicin del embolo 34 Figura 8.Sensor de posicin acelerador 35 Figura 9.Inyector (Esquema) 39 Figura 10.Sistema de inyeccin 40 Figura 11.Rail o acumulador de presin 41 Figura 12.Inyector HEUI 43 Figura 13.Diagrama de Componentes de los Inyectores Unitarios Electrnicos de Accionamiento Hidrulico (HEUI) 47 Figura 14.Bomba de alta presin 49 Figura 15.Inyector HEUI (Esquema) 51 Figura 16.Conjunto de la boquilla 53 Figura 17.Inyector HEUI (inyeccin piloto) 55 Figura 18.Proceso de llenado de aire de la cmara 56 Figura 19.Proceso de limpieza del inyector 57 Figura 20. Software de diagnsticolubrifrenoscar.de.col 63 Figura 21. Circuito equivalente del inyector Bosch 66 Figura 22. Diagrama de bloques circuito equivalente, inyector Bosch 68 Figura 23. Corriente del circuito 68 Figura 24.Circuito equivalente del inyector Delphi 69 Figura 25.Corriente del circuito 71 Figura 26.Corriente del circuito 72 Figura 27. Circuito de apertura y cierre del inyector 73 Figura 28.Circuito convertidor AC/DC 74 Figura 29.Voltaje de salida del circuito rectificador con filtro RC 74 Figura 30.Circuito convertidor AC/DC (ORCAD) 77 Figura 31.Seal de salida de voltaje 77 Figura 32.CaractersticasMosfet SSP45N20B 78 Figura 33.Circuito de acople y proteccin 78 Figura 34.Seal de salida de voltaje 79 Figura 35. Circulo fuente voltaje 80 Figura 36. Diagrama de flujo 81 Figura 37. Amplificador rectificador de presin 83 Figura 38.Ecuacin caracterstica de la lnea de datos 87 Figura 39.Ecuacin caracterstica de la lnea de datos 89 Figura 40.Ecuacin caracterstica de la lnea de datos 90 Figura 41.Tabla ANOVA 92

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Figura 42.Cantidad de combustible expulsado 92 Figura 43.Grafica de las medias de los todos los datos en los inyectores 93 Figura 44.Tabla ANOVA 95 Figura 45.Cantidad de combustible expulsado 95 Figura 46.Grafica de las medias de los todos los fallos posibles 96 Figura 47. Tabla Anova 98 Figura 48.Cantidad de combustible expulsado 98 Figura 49.Grafica de las medias de los todos los fallos posibles 99 Figura 50.Bomba de alta presin 111 Figura 51. Tubera interna de banco (esquema) 111 Figura 52. Motor 114 Figura 53. Motor Bomba Cummins 115 Figura 54. Diagrama de carga en la viga 120 Figura 55. Diagrama de esfuerzo cortante 121 Figura 56.Diagrama de momento 121 Figura 57. Seleccin del perfil metlico 122 Figura 58.Caractersticas del perfil metlico 122 Figura 59. Tubo cuadrado 123 Figura 60.Diagrama de deformacin 124 Figura 61. Simulacin descarga en la columna (MD SOLID) 125 Figura 62.Imgenes Diseo del banco 126 Figura 63. Diseo 127 Figura 64. Seleccin tipo de inyector 128 Figura 65. Seleccin del Icono 128 Figura 66. Resultado 129 Figura 67. Fallo en las puntas Inyector Bosch 129 Figura 68. Fallo en la tobera inyector Bosch 130 Figura 69. Inyector Delphi nuevo 130 Figura 70. Inyector Delphi con fallo en las puntas 131 Figura 71. Inyector Delphi con fallo en la tobera 131 Figura 72. Inyector en perfecto estado 132 Figura 73. Inyector Heuicon fallo en las puntas 132 Figura 74. Inyecto Heui con fallo en la tobera 133 Figura 75.rea de contacto entre la aguja y el conducto 134 Figura 76. Esquema de simulacin inyector BOSCH 137 Figura 77. Esquema de simulacin inyector DELPHI 138 Figura 78. Esquema de simulacin HEUI 139 Figura 79. Grafica de caudal a 2 ms 140 Figura 80. Grafica de volumen para un intervalo de 2 ms 141 Figura 81. Grafica de caudal por el inyector en un intervalo de 6 milisegundos 142 Figura 82. Grafica de volumen por el inyector a 6 milisegundos 142 Figura 83. Grafica de caudal por el inyector en un intervalo de10 milisegundos 143 Figura 84. Grafica de volumen a 10 milisegundos 143 Figura 85. Grfica de caudal a 2milisegundos 144 Figura 86.Grafica de volumen en 2 milisegundos 144 Figura 87. Grfica de caudal a 5milisegundos 145

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Figura 88. Grafica de volumen a 5 milisegundos 145 Figura 89. Grafica de de caudal a 10 milisegundos 146 Figura 90. Grafica de volumen 10 milisegundos 146 Figura 91. Grafica de caudal en 2 milisegundos 147 Figura 92. Grafica de volumen a 2 milisegundos 147 Figura 93. Grafica de caudal para 6 milisegundos 148 Figura 94. Grafica de volumen para 6 milisegundos 148 Figura 95. Grafica de caudal para 10 milisegundos 149 Figura 96. Grafica de volumen para 10 milisegundos 149 Figura 97. Grafica de caudal para 2 milisegundos 150 Figura 98. Grafica de volumen para 2 milisegundos 150 Figura 99. Grafica de caudal para 6 milisegundos 151 Figura 100. Grafica de volumen para 6 milisegundos 151 Figura 101. Grafica de caudal para 10 milisegundos 152 Figura 102. Grafica de volumen para 10 milisegundos 152 Figura 103. Grafica de caudal para 2 milisegundos 153 Figura 104. Grafica de volumen para 2 milisegundo 153 Figura 105. Grafica de caudal para volumen de 6 milisegundo Error! Marcador no definido. Figura 106. Grafica de volumen para 6 milisegundo 154 Figura 107. Grafica de caudal para 10 milisegundo 155 Figura 108. Grafica de volumen para 10 milisegundo 155 Figura 109. Grafica de caudal para 2 milisegundos 156 Figura 110. Grafica de volumen para 2 milisegundo 156 Figura 111. Grafica de caudal para 6 milisegundo 157 Figura 112. Grafica de volumen para 6 milisegundo 157 Figura 113. Grafica de caudal para 10 milisegundo 158 Figura 114. Grafica de volumen para 10 milisegundo 158 Figura 115. Grafica de caudal para 2 milisegundos 159 Figura 116.Grafica de volumen para 2 milisegundos 159 Figura 117. Grafica de caudal para 6 milisegundos 160 Figura 118. Grafica de volumen para 6 milisegundo 160 Figura 119. Grafica de caudal 10 milisegundo inyector en perfecto estado 161 Figura 120.Grafica de volumen para 10 milisegundo 161 Figura 121. Grafica de volumen a 2 milisegundos 162 Figura 122. Grafica de volumen a 2 milisegundos 162 Figura 123. Grafica de caudal a 06 milisegundos 163 Figura 124. Grafica de volumen a 06 milisegundos 163 Figura 125. Grafica de caudal a 10 milisegundos 164 Figura 126.Grafica de volumen a 10 milisegundos 164 Figura 127.Grafica de caudal a 2 milisegundos 165 Figura 128. Grafica de volumen a 2 milisegundos 165 Figura 129. Grafica de caudal a 6 milisegundos 166 Figura 130. Grafica de volumen a 6 milisegundos 166 Figura 131. Grafica de caudal a 10 milisegundos 167 Figura 132. Grafica de volumen a 10 milisegundos 167

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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1.Valores obtenidos en los solenoides de los inyectores 65 Tabla 2.Valores promedios en los solenoides de los inyectores 65 Tabla 3.Relacin de peso-Voltaje 84 Tabla 4.Datos en inyectores COMMON RAIL BOSH. 85 Tabla 5.Valores promedio 85 Tabla 6.Mtodo mnimos cuadrados 86 Tabla 7. Nuevos valores promedio 87 Tabla 8.Datos obtenidos en inyectores nuevos 88 Tabla 9. Nuevos valores promedio 89 Tabla 10. Nuevos valores promedio 90 Tabla 11.Tiempo de expulsin del inyector Bosch 91 Tabla 12.Tiempo de expulsin del inyector Delphi 94 Tabla 13.Tiempo de expulsin del inyectorCummins 97 Tabla 14.Datos en un inyector nuevo Bosch estndar 99 Tabla 15.Inyector 1 Nuevo 100 Tabla 16.Comparacin Inyector estndar vs inyector nuevo 101 Tabla 17.Comparacin entre el inyector estndar e inyector con fallo en los orificios de expulsin 102 Tabla 18.Comparacin de inyector estndare inyector con fallos en la tobera 103 Tabla 19.Comparacin entre inyector nuevo Delphi e inyector estndar 104 Tabla 20.Comparacin de inyector estndar vs inyector con fallo en las puntas u orificios de expulsin 105 Tabla 21. Comparacin inyector estndar Delphi e inyector con fallo tobera 106 Tabla 22.Comparacin entre inyector estandardelphi e inyector nuevo 107 Tabla 23. Comparacin entre inyector estandarheui e inyector con fallo en las puntas u orificios de expulsin 108 Tabla 24. Comparacin entre Inyector Estandar e Inyector con Fallo en Tobera 109 Tabla 25. Tipos de correas y sus caractersticas 116 Tabla 26.Aumentos de longitud para correas 117

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LISTA DE ANEXOS

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Anexo A. Cdigo Programa Arnudio 172 Anexo B. Tabla de caractersticas de la tubera de acero 175 Anexo C. Rugosidad del Material. 176 Anexo D. Propiedades mecnicas de algunos alambres para resorte. 177 Anexo E. Diagrama de Moody. 178 Anexo F. Tabla para el coeficiente k, contraccin sbita. 179 Anexo G. Coeficiente de resistencia de entradas 180 Anexo H. Coeficiente de resistencia para vlvulas y acoplamientos. 181 Anexo I. Longitudes normales L, y factores de correccin de longitud k1 para bandas V inglesas* de tipo comn para servicio pesado 182 Anexo J. Longitudes de pago estndar Lp y factores de correccin de longitud Ks para bandas V comunes si de servicio pesado 183 Anexo K. Requisitos de los combustibles Diesel extra y Diesel corriente 184

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GLOSARIO

ANUNCIADOR TOTAL: El anunciador total lleva un registro del nmero total de cambios realizados en todos los parmetros del sistema. BOMBA DE ACEITE DE ALTA PRESIN: la bomba de aceite de alta presin es una bomba de pistones axiales impulsada por engranajes. La bomba de aceite de alta presin se usa para aumentar la presin de aceite del motor a fin de activar los inyectores unitarios. La presin de aceite necesaria para activar los inyectores unitarios se denomina presin de accionamiento. CALIBRACIN: la calibracin es un ajuste electrnico del serial de un sensor. CAMBIOS PROGRESIVOS: los cambios progresivos consisten en cambios ascendentes rpidos que recorren las velocidades inferiores. Los cambios se efectan por encima del par mximo pero por debajo de las rpm nominales. La operacin innecesaria del motor en gamas de velocidad mayores antes de cambiar a la marcha siguiente malgasta combustible. Esta modalidad de operacin tampoco se aprovecha del aumento de par del motor. CIRCUITO ABIERTO: un circuito abierto es una conexin elctrica interrumpida. La seal o el voltaje de suministro no pueden llegar al destino pretendido. CIRCUITO DE DERIVACIN: un circuito de derivacin es un circuito usado como sustituto de un circuito existente. Se usa tpicamente como circuito de prueba. CDIGO DE DIAGNSTICO: a veces se denomina cdigo de falla. Un cdigo de diagnstico es una indicacin de un problema o suceso de los sistemas elctricos del motor. CONTRASEA: una contrasea es un grupo de caracteres numricos o alfanumricos. Est diseada para limitar el cambio de informacin en el ECM. Los sistemas elctricos del motor requieren contraseas correctas del cliente para cambiar los parmetros especificados por el mismo. Los sistemas elctricos del motor requieren contraseas correctas de fbrica para borrar ciertos sucesos registrados. Las contraseas de fbrica tambin son necesarias para cambiar ciertas especificaciones del motor. CONTROL DE LA RELACIN DE COMBUSTIBLE (FRC): el FRC es un lmite basado en el control de la relacin de combustible a aire. Se usa para controlar las emisiones. Cuando el ECM detecta una mayor presin de salida del turbocompresor, el ECM aumenta el lmite para que el FRC permita la entrada de ms combustible en los cilindros.

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CONTROL ELECTRNICO DEL MOTOR: el control electrnico del motor es un sistema electrnico completo. El control electrnico del motor supervisa y tambin controla la operacin del motor en todas las condiciones. CORRIENTE CONTINUA (CC): la corriente continua es un tipo de corriente que circula uniformemente en un mismo sentido. CORTOCIRCUITO: un cortocircuito es un circuito elctrico conectado errneamente a un lugar que no se desea. Por ejemplo, se produce un contacto elctrico siempre que un cable al descubierto roce contra el bastidor del vehculo. DISPOSITIVO COMERCIAL: un dispositivo comercial es un dispositivo o accesorio instalado por el cliente una vez que se haya entregado el vehculo. FABRICANTE DE EQUIPO ORIGINAL: se trata del fabricante de un vehculo que utiliza un motor Caterpillar. GAMA DE CONTROL DE CRUCERO: la gama de control de crucero establece la gama de velocidad del vehculo para la operacin del control de crucero. La gama se limita normalmente a la gama de velocidad anticipada en carretera abierta, HERTZIO (Hz): Hz es la medida de la frecuencia en ciclos por segundo. IDENTIFICADOR DE MODALIDAD DE FALLA (FMI): el FMI describe el tipo de falla experimentada por el componente. Los cdigos para el FMI se adoptaron de las prcticas normales de SAE (diagnstico J1587). IDENTIFICADOR DEL PARMETRO (PID): un PID es un cdigo numrico que contiene dos o tres dgitos. Se asigna un cdigo numrico a cada componente. El cdigo numrico identifica los datos por medio del enlace de datos al ECM. LUZ DE DIAGNSTICO: la luz de diagnstico se llama a veces la luz de comprobacin del motor. Se usa para advertir al operador sobre la presencia de un cdigo de diagnstico activo. MAZO DE CABLES: el mazo de cables es un haz de cables que se conecta a todos los componentes del sistema elctrico del motor. MAZO DE CABLES EN T: este mazo es un mazo de prueba diseado para permitir simultneamente la operacin normal del circuito y la medicin del voltaje. Normalmente, el mazo de cables se inserta entre los dos extremos de un conector. MDULO DE CONTROL ELECTRNICO (ECM): el ECM es la computadora que controla el motor. Alimenta los componentes electrnicos y supervisa los datos que constituyen la entrada procedente de los sensores del motor. El ECM se comporta como un regulador para controlar las rpm del motor.

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MODULACIN DE DURACIN DE IMPULSOS (PWM): se trata de una seal electrnica de tipo digital que corresponde a la variable medida. La duracin del impulso (seal) es controlada por la variable medida. La variable es cuantificada por una cierta relacin. Esta relacin es el porcentaje de "tiempo activada" dividida por el porcentaje de "tiempo desactivada". El sensor de posicin del acelerador genera una seal PWM. MDULO DE PERSONALIDAD: el mdulo de personalidad es el mdulo en el ECM que contiene todas las instrucciones (software) para el mismo y los mapas de rendimiento para una familia especfica de potencias. Las actualizaciones y los cambios de valores nominales se logran programando los nuevos datos de forma electrnica (programacin flash). Esto se efecta usando un instrumento de servicio electrnico. MODULO DEL PROGRAMA DE SERVICIO (SPM): el SPM es un programa de software en un chip de computadora programada en fbrica. El chip de computadora est diseado para adaptar un ECAP a una cierta aplicacin. MLTIPLE DE ACEITE DE ALTA PRESIN: el mltiple de aceite de alta presin es un conducto de aceite que se agrega a la culata para suministrar aceite de alta presin a los inyectores. PARMETRO: un parmetro es un valor programable que afecta las caractersticas o el comportamiento del motor o del vehculo. PARMETROS ESPECIFICADOS POR EL CLIENTE: un parmetro especificado por el cliente es un parmetro que puede variarse. Su valor lo fija el cliente. Estos parmetros estn protegidos por contraseas del cliente. POSENFRIADOR DE AIRE A AIRE (ATAAC): un pos enfriador de aire a aire es un dispositivo usado en motores turbo comprimidos para enfriar el aire de admisin comprimido. El aire de admisin se enfra despus de que el aire atraviese el turbocompresor. El aire de admisin atraviesa un pos enfriador (intercambiador de calor) que usa aire del ambiente para su enfriamiento. El aire de admisin enfriado avanza al mltiple de admisin. POSICIN DEL ACELERADOR: la posicin del acelerador es la interpretacin del ECM sobre el serial a partir del sensor de posicin del pedal del acelerador. La posicin del acelerador puede usarse como parte de un control de la toma de fuerza. POSICIN DEL COMBUSTIBLE: la posicin del combustible es una seal dentro del ECM. La seal procede del regulador electrnico. La seal pasa al control de inyeccin de combustible. La seal se basa en la velocidad deseada del motor, el FRC, la posicin nominal y la velocidad real del motor.

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POSICIN NOMINAL DEL COMBUSTIBLE ("posicin nominal del combustible" en el ECAP): la posicin nominal del combustible indica la posicin mxima permisible del combustible (impulso de inyeccin ms largo). La posicin nominal de combustible producir una potencia nominal para dicha configuracin del motor. RPM DESEADAS: las rpm deseadas constituyen la entrada al regulador electrnico dentro del ECM. El regulador electrnico usa la seal del sensor de posicin del pedal del acelerador, del sensor de velocidad del motor, del control de crucero y los parmetros del cliente para determinar las rpm deseadas. SALTO DE VELOCIDAD: un salto de velocidad es un cambio breve y repentino en las rpm del motor. SEAL: un serial es un voltaje u onda usada para transmitir informacin, tpicamente de un sensor al ECM. SEAL DE ACTIVACIN DEL FRENO DE ESCAPE: la seal de activacin del freno de escape conecta el ECM con el retardador del motor. Esto impide la operacin del freno del escape en condiciones de operacin del motor que no sean seguras. SENSOR: un sensor se usa para detectar un cambio de presin, temperatura o movimiento mecnico. Cuando se detecta cualquiera de estos cambios, un sensor convierte el cambio en una seal el6ctrica. SENSOR DE POSICIN DEL PEDAL DEL ACELERADOR: este sensor es un sensor electrnico conectado al pedal del acelerador, El sensor de posicin del pedal del acelerador enva un serial de modulacin de duracin de impulsos al ECM. Antes del centro superior: son los 180 grados de giro del cigeal antes de que el pistn alcance la posicin central superior en el sentido normal de giro. SENSOR DE PRESIN DE ACCIONAMIENTO DE INYECCIN: el sensor de presin de accionamiento de inyeccin es un sensor que mide la presin del aceite hidrulico. El sensor tambin enva una seal al mdulo de control electrnico (ECM). SENSOR DE PRESIN DE REFUERZO: el sensor de presin de refuerzo mide la presin del aire del mltiple de admisin. El sensor de presin de refuerzo enva una seal al mdulo de control electrnico (ECM). SENSOR DE SINCRONIZACIN DE VELOCIDAD - El sensor de sincronizacin de velocidad es un sensor que enva un serial de modulacin de duracin de

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impulsos al ECM. El ECM interpreta esta seal como la posicin del Cigela y la velocidad del motor. SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIN: el sensor de temperatura del aire de admisin es un sensor que mide la temperatura del aire de admisin. El sensor tambin enva una seal al mdulo de control electrnico (ECM). SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE: el sensor de temperatura del refrigerante mide la temperatura del refrigerante del motor. El sensor enva un serial al mdulo de control electrnico (ECM). La temperatura del refrigerante del motor se usa para operar en la modalidad en fro, La temperatura del refrigerante tambin se usa para optimizar el rendimiento SENSOR DE VELOCIDAD EL VEHCULO: el sensor de velocidad del vehculo es un sensor electromagntico que mide la velocidad del vehculo a partir de la rotacin de los dientes de los engranajes en el tren de impulsin del vehculo. SINCRONIZACINDINMICA ESTIMADA: la sincronizacin dinmica estimada es la estimacin del ECM de la sincronizacin real de la inyeccin. SISTEMA DE INYECTORES UNITARIOS ELECTRNICOSHIDRULICOS (HEUI): el sistema HEUI es un sistema de combustible que usa un inyector unitario accionado hidrulicamente y controlado electrnicamente. El sistema combina el bombeo, la dosificacin electrnica del combustible y los elementos de inyeccin en una sola unidad. SUBSISTEMA: un subsistema es una parte del sistema del motor relacionada con una cierta funcin. TRANSDUCTOR: un transductor es un dispositivo que convierte una seal mecnica en una seal elctrica. TOMA DE FUERZA: la toma de fuerza se opera con los interruptores de control de crucero o entradas de toma de fuerza especializadas. Esta modalidad de operacin permite establecer las rpm constantes del motor cuando el vehculo no se mueve o se mueve a baja velocidad. VLVULA DE CONTROL DE PRESIN DE ACCIONAMIENTO DE INYECCIN: la vlvula de control de presin de accionamiento es una vlvula variable. La vlvula se usa para mantener la presin de aceite apropiada en el conducto de aceite de alta presin del motor. La vlvula es controlada por el ECM. VOLTAJE DE REFERENCIA: el voltaje de referencia es un voltaje regulado usado por el sensor para generar un voltaje de seal.

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VOLTAJE DE SUMINISTRO: el voltaje de suministro es un voltaje constante suministrado a un componente para proporcionar corriente elctrica para la operacin. El voltaje de suministro puede ser generado por el ECM. El voltaje de suministro tambin puede ser el voltaje de la batera del vehculo suministrado por los cables del vehculo.

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RESUMEN

El objetivo de este trabajo fue investigar y disear un banco de pruebas que entregara un diagnstico en inyectores (Common Rail y Heui). Para ello se inicia con capacitacin por parte del SENA y de LUBRIFRENOS CAR.DE.COL en el funcionamiento del sistema de inyeccin en vehculos de carga pesada, sus componentes y los diferentes tipos que existen. Se realizaron pruebas en un banco mecnico para determinar qu cantidad de combustible expulsa el inyector en buen estado y la cantidad en los que presentan los fallos ms comunes y as comparar las mediciones y determinar el fallo en el inyector si lo hay. Una vez se obtienen los datos se propone dos mtodos estadsticos (anlisis de varianza (ANOVA) y comparaciones pareadas) que comparan los datos de dos o ms muestras y determina si hay o no correlacin entre ellos. Se tuvo en cuenta para el diseo, emular el funcionamiento real de un sistema de inyeccin, para ello se trat en lo posible de usar esos mismos elementos en el banco como la bomba de inyeccin, y el sistema de apertura en inyectores, tanto Heui y Common Rail. Los dems componentes se disearon teniendo en cuenta las caractersticas para dar un diagnostico confiable y bajo los patrones de Diseo que se usan hoy en da en Ingeniera. Una vez finalizado este diseo se procede a realizar la simulacin del banco, para ello se tom el modelo matemtico del inyector y se usa la herramienta de MATLAB, SIMULINK para comprobar la curva y el nivel que debe expulsar un inyector en buen estado y en cada uno de los fallos. Trminos clave: Banco de pruebas, diseo, diagnostico, inyector

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ABSTRACT

The main object of this work was to investigate and design a test that gives a diagnosis in an injector knowing the injection system operation in heavy vehicles, their components, the maintenance and diagnosis of injectors nowadays in Colombia. The principal object of the bank is the diagnosis in an injector; it means to know how much fuel must be ejected in good conditions and to know that, is necessary make a test on a mechanical bank as people do in the maintenance shop. Once the data are obtained, we investigated a method that discriminates if there is any fault or not. the industry test various elements of post-production to check the quality of the lot, they study their behavior under certain conditions and the only way, is use a statistical methods like analysis of variance (ANOVA) and paired comparisons the same idea apply to the design. The design of the test machine was thought in emulate the actual operation of an injection system in heavy vehicles but is not necessary design some parts like the injection pump and the injectors opening system to the Heui and Common Rail because it already are made and works perfect. Once this design is applicable, the simulation of the bank checks and confirms the right injectors operation, this was done with mathematical models and MATLAB, SIMULINK software, the simulation in our case replaces the construction. Key terms: Bank of testing, design, diagnosis, injector

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INTRODUCCIN

Actualmente las fbricas a nivel general estn implementando mejores diseos que no solo sean ms eficientes sino que no afecten al medio ambiente. La industria automotriz est dedicada a disear vehculos de carga pesada , ha desarrollado nuevos sistemas que cumplen con estos parmetros; uno de estos sistemas corresponden a los de inyeccin de combustible, este ha sido sin duda uno de los ms grandes retos dado que es el factor fundamental en el funcionamiento del vehculo y sin duda el que ms contamina, por eso es de vital importancia llevar un control del estado del mismo. En Colombia, la mayora de los mecanismos con los que se cuenta para hacer un mantenimiento de este sistema ya sea preventivo o correctivo, son sencillos y artesanales, dejando su resultado en la experiencia del operario, sin contar con un medio de comparacin ms que los sentidos y el tanteo, por consiguiente surge la necesidad de innovar para mejorar los procesos existentes. Con los nuevos sistemas de mercadeo cada vez es ms fcil adquirir un nuevo vehculo y renovar el parque automotor, esto hace que los centros de mantenimiento se vean en la necesidad de agilizar y garantizar sus resultados.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 ANTECEDENTES A nivel nacional no existen Bancos de Pruebas que evalen las marcas de inyectores diesel electrnicos ms usados en Colombia. En lo que se ha investigado estos Bancos de Pruebas existen pero a nivel mecnico.

Es comn que los centros de diagnstico usen bancos de pruebas mecnicos, dado que adquirir un banco importado generara una inversin que esta fuera de las posibilidades econmicas del centro, adems que solo evala una sola marca, como el caso del banco de pruebas Bosch teniendo en cuenta esto; es necesario disear e implementar un banco que cumpla con las exigencias para dar un excelente diagnstico y pueda ser adquirido con mayor facilidad por los diferentes centros. 1.2 DETERMINACIN DEL PROBLEMA De todas las partes que conforman el sistema de inyeccin, el inyector es el ms conocido y el que quizs da ms dolores de cabeza. El inyector funciona sometido a severas condiciones de operacin, generadas por las propias sustancias qumicas que maneja y por las altas temperaturas y presiones que se encuentran en el medio donde trabaja. Adicionalmente esta situacin es agravada por la contaminacin producida en el motor, motivada por un inadecuado mantenimiento de ste y del propio sistema de inyeccin; por si fuera poco, tambin lo exponemos a la contaminacin del combustible producto de un inadecuado transporte y almacenamiento del mismo. Estas condiciones generan en el inyector sustancias contaminantes diversas que van desde xidos de hierro y otros metales, hasta resinas pesadas y carbn, las cuales se van depositando en los conductos internos, boquilla y filtro del inyector, obstruyendo el paso del combustible. Esta obstruccin produce una notable reduccin del combustible dosificada al motor, perdindose as la eficiencia original del sistema para producir una perfecta mezcla de aire - combustible. Cuando se sospecha que el inyector est trabajando mal, la mejor manera de saberlo es sacarlo del vehculo y ponerlo en un banco de prueba, que es una mquina especializada con la que se puede detectar la falla y limpiar los inyectores. La prueba consiste en medir el patrn de rociado, patrn de goteo, si lo hay, y los niveles en centmetros cbicos de escala uno de los inyectores, los cules deben estar lo ms nivelados posibles, aunque es aceptado un margen de tolerancia del 20 a 30% de diferencia. Tambin se puede determinar con esta prueba el bajo o elevado nivel de inyeccin

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Una forma comn para determinar si hay falla en los inyectores es cuando se presenta un mal olor en los gases de escape, que indica que hay una mala combustin, por un inyector que est funcionando mal. Si al determinar que tenemos una falla en un inyector electrnico el paso a seguir depende del sistema de inyeccin que tenga el automotor, si es sistema multipunto observar slo una falla similar a la de una buja que no trabaja; esto no impide que el motor siga funcionando. Si el sistema es central o TBI, como tambin se le conoce, el motor presentar una falla bastante acentuada y tratar de apagarse en mnimo por lo cual el motor tiene que mantenerse revolucionado. Por lo consiguiente se va a disear un banco de pruebas para inyectores electrnicos; ya que en este momento los que existen son mecnicos y no son lo suficientemente adecuados para el mantenimiento preventivo o correctivo de los inyectores electrnicos HEUI y COMMON RAIL; y al finalizar se pueda dar buen diagnstico, adems que minimice los costos tanto para el cliente como para la industria automotora. La empresa LUBRIFRENOS CAR. DE. COL. Se ha visto en la necesidad de implementar un banco de pruebas de inyectores electrnicos ya que ellos se especializan en el mantenimiento general de vehculos de carga pesada, por lo tanto brindan la oportunidad y la facilidad de desarrollar la investigacin en esos tipos de vehculos donde el inters son los inyectores electrnicos de los motores. 1.3 JUSTIFICACIN El Banco de pruebas se diseara debido a que en la tecnologa de la Industria Automotora ha generado la necesidad de conocer el motivo exacto de la falla en un Inyector Electrnico, as el cliente pueda tener la certeza del estado de los inyectores de su vehculo, en un diagnstico ms efectivo reduciendo el tiempo y el trabajo tanto del cliente como del tcnico. Dado que en este momento el reporte se basa en un mantenimiento preventivo mecnico del vehculo desconociendo el dao exacto del inyector. En la actualidad, la empresa LUBRIFRENOS CAR. DE. COL, est interesada en apoyar el desarrollo de un Banco de Pruebas para inyectores electrnicos dada la importancia en su negocio y en el inters de apoyar el desarrollo mecatrnico en la industria automotriz. Teniendo en cuenta todo lo anterior; es claro la necesidad de realizar el diseo y la simulacin de un banco de pruebas para inyectores electrnicos en vehculos de carga pesada.

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1.4 OBJETIVO

1.4.1 Objetivo General. Realizar el diseo y la simulacin de un Banco de Pruebas para inyectores electrnicos HEUI y COMOON RAIL Para vehculos de carga pesada. 1.4.2 Objetivos Especficos

Disear el selector para el reconocimiento del inyector

Disear el sistema de adquisicin de datos para los dos (2) tipos de inyector.

Disear un sistema para el procesamiento de seales segn los nmeros de respuesta de operacin del inyector.

Disear el sistema y software para el diagnstico y operacin del inyector

Disear el sistema para la visualizacin de variables y salida de datos segn diagnostico 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 1.5.1 Alcances. El principal alcance que puede lograr este proyecto es mejorar un proceso existente el cual ha sido usado durante muchos aos en esta empresa que es netamente mecnico y se realiza de forma manual, todo esto busca obtener un avance tecnolgico a fin de mejorar el proceso existente en este campo. Es aqu donde se debe hablar de reingeniera para poder innovar con propuestas de gran creatividad a nivel industrial y ser ms competitivos a nivel nacional. Por otra parte Las empresas que se han aventurado en este mercado el cul es sumamente competitivo no tienen muchas veces los suficientes recursos econmicos para contar con maquinaria extranjera y por esta razn se delimita el proceso, el no poder brindar un diagnstico preciso puede llevar a un dao de inyectores posteriores generando un costo innecesario al dueo del vehculo, por estas razones se implementan los conocimientos mecatrnicos los cuales lograran un avance en el proceso de mantenimiento preventivo dando un diagnstico ms confiable y menor tiempo. 1.5.2 Limitaciones

Los resultados obtenidos de la investigacin que se entrega a la universidad solo sern con fines educativos.

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El resultado final del proyecto solo ser el estudio, diseo y simulacin del proyecto.

El modelo del inyector ser solo en estado estacionario debido a las condiciones para adquirir un sensor ptimo para realizar la medicin.

Teniendo en cuenta las propiedades fsico-qumicas del Diesel las bombas, sern de alta presin hechas por BOSH y CUMMINS.

Solo se emplearan inyectores Bosch, Delphi y Cummins dado que son los ms comunes en el mercado Colombiano.

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2. MARCO DE REFERENCIA 2.1FUNDAMENTOS TERICOS

La movilidad conforme a la poca es tambin una cuestin de conciencia ecolgica y economa, la tcnica hace razonables consideraciones para tener un menor consumo de combustible, menores contaminantes en los gases de escape y un funcionamiento ms silencioso del motor, por eso se desarroll un sistema que permite todo esto en un mayor nivel. Un sistema de inyeccin de combustible puede ser clasificado en dos categoras, inyeccin unipunto e inyeccin multipunto, depende de la tecnologa, de la velocidad en ralent y de la mezcla de combustible, puede ser controlado electrnica o mecnicamente. El proceso de alimentacin de combustible es almacenado en una parte de ROM chip en el ECU (Unidad de Control Electrnica en sus siglas en ingles).Cuando el ECU ha determinado el valor de combustible necesario (tiempo de abertura del inyector) se puede agregar correcciones a esta cifra teniendo en cuenta el voltaje de la batera, temperatura, cambio de posicin del acelerador o del combustible a cortar. La velocidad en ralent y en general en cualquier velocidad es generalmente controlada por la ECU con el actuador adecuado que opera en lazo cerrado con el sistema electrnico de inyeccin. Una sonda Lambda permite un control muy preciso de la riqueza de la mezcla entre aire y combustible.1 En pocas palabras un sistema de inyeccin es un conjunto de elementos mecnicos y electrnicos que operan solidariamente para inyectar combustible al motor. Este sistema lo conforma: 2.2.1Tanque de combustible. Es el primer eslabn en la secuencia del sistema de inyeccin, es el lugar donde est alojado el combustible, el tamao y propiedades del material en el tanque depende del diseo y consideracin de la fbrica de vehculos. Los depsitos de combustible deben ser resistentes a la corrosin y mantenerse estancos incluso a una sobrepresin de servicio doble, pero por lo menos hasta 0.3 bar de sobrepresin. La sobrepresin producida debe ser poder escapar por si misma a travs de aberturas apropiadas. Vlvulas de seguridad o similares.

El combustible no debe salir de la tapa de la boca de llenado por los dispositivos para compensacin de presin, incluso en posicin inclinada, circulando por

1DENTON, Tom. Advance Automotive Faults Diagnosis,SecondEdtion :Published by Elservier,2006.p.123.

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curvas o en caso de choques. Los depsitos de combustible deben estar separados del motor de tal forma que no sea de esperar una inflamacin2 2.2.2 Bomba succionadora. La bomba previa como tambin se le conoce, es una electrobomba de combustible con filtro previo o una bomba de combustible de engranes, aspira el combustible extrayndolo del depsito de combustible y transporta continuamente el caudal de combustible necesario en direccin a la bomba de alta presin. Existen dos tipos de bombas de succin: - Bomba celular de rodillos. Consta de una cmara dispuesta excntricamente, en la que gira un disco ranurado, en cada ranura se encuentra un rodillo conducido suelto. Por la rotacin del disco ranurado y por la presin del combustible se empujan los rodillos contra la pista de deslizamiento de rodillos situada exteriormente y contra los flancos propulsores de las ranuras. Los rodillos actan como juntas en rotacin, formndose una cmara entre cada dos rodillos del disco ranurado y la pista de deslizamiento. El efecto de bombeo se produce por el hecho que el volumen de la cmara se reduce continuamente tras cerrase la abertura de entrada en forma de rin. Despus de abrir la abertura de salida el combustible atraviesa el electromotor y abandona la bomba celular de rodillos por la tapa de conexin del lado de la presin.

Figura 1. Bomba celular de rodillo de la electrobomba de combustible

Fuente: ISENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Canad: Edicin Robert Bosch, 1999.p.15

2SENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Canad : Edicin Robert Bosch,

1999.p.15

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- Bomba de combustibles de engranes. Esta bomba va integrada en la bomba de alta presin y presenta accionamiento comn con ella, o bien est fijada al motor y tiene accionamiento propio. Las formas de accionamiento convencionales son acoplamiento, rueda dentada o correa dentada. La lnea de contacto de ruedas dentadas realiza el estanqueizado entre el lado de aspiracin y el lado de impulsin e impide que el combustible pueda fluir hacia atrs. El caudal de suministro es aproximadamente proporcional al nmero de revoluciones del motor. Por este motivo la regulacin del caudal se realiza bien por regulacin de estrangulacin en el lado de aspiracin o bien por una vlvula de descarga en el lado de impulsin. La bomba de combustibles de engranes funciona exenta de mantenimiento.3

Figura 2. Bomba celular de rodillos de la electrobomba de combustible

Fuente: ISENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Canad: Edicin Robert Bosch, 1999.p.15.

2.2.3 Filtro de combustible. Debido a las holguras tan pequeas tanto en la bomba de inyeccin como en los inyectores se precisa de un combustible muy limpio sin impurezas ni agua, este filtro posee un elemento filtrante como papel plegado o empaque de algodn y fieltro los cuales permiten como lmite mximo que partculas menores a 5 micras ingresen a la bomba de inyeccin.

3SENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Canad: Edicin Robert Bosch,

1999.p.12.

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Figura 3.Filtro de combustible

Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogot.2010 .p.11.

2.2.4 Bomba elevadora de presin. La bomba de inyeccin es considerada el corazn del sistema Diesel, la cual debe cumplir con algunas condiciones bsicas: Inyectar combustible a muy alta presin, en cantidad muy dbil y muy bien dosificada (por ejemplo para quemar un gramo de combustible son exactos 32 gramos de aire, es decir 25 litros de aire). El principio de la inyeccin est basado en el desplazamiento de un pistn en el interior de un cilindro muy preciso, este desplazamiento es provocado por una leva de mando. La misin esencial del pistn es elevar la presin de combustible de 8 bares hasta 1600 bares. En el sistema de inyeccin existen dos sistemas bsicos de inyeccin: bombas de lnea y bombas rotativas para nuestro caso es claro resaltar por que se escoge una dada las caractersticas de cada una: - Bomba de alta presin. La bomba de alta presin se encuentra en la interseccin entre la parte baja presin y la parte de alta presin. La bomba tiene la misin de poner siempre a disposicin suficiente combustible comprimido, en todos los mrgenes de servicio y durante toda la vida til del vehculo. Esto incluye el mantenimiento de una reserva de combustible necesaria para un proceso de arranque rpido y un aumento de rpido de la presin. La bomba de alta presin est montada preferentemente en el mismo lugar de los motores Diesel que las bombas de inyeccin rotativas convencionales. La bomba es accionada por el motor, a travs de un acoplamiento, rueda dentada, cadena o correa dentada con 3000 min-1 como mximo, la bomba se lubrica con combustible. Segn el espacio de montaje, la vlvula reguladora de presin esta

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adosada directamente a la bomba de alta presin o se instala por separado. El combustible se comprime dentro de la bomba de alta presin con tres mbolos de bomba dispuestos radialmente. Estos mbolos estn desfasados entre s 120 grados. Con tres carreras de suministro por cada vuelta resultan pares mximos de accionamiento reducidos y una solicitud uniforme de accionamiento de la bomba. El par de giro alcanza con 1nm solo aproximadamente 1/9 del par de accionamiento necesario para una bomba de inyeccin rotativa comparable.

Figura 4. Bomba celular de rodillos de la electrobomba de combustible

Fuente: ISENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Canad: Edicin Robert Bosch, 1999.p.15.

Funcionamiento: la bomba previa transporta combustible a travs de un filtro con separador de agua, hacia la vlvula de seguridad, la bomba impulsa el combustible a travs de un taladro de estrangulacin de la vlvula de seguridad, hacia el circuito de lubricacin y refrigeracin de la bomba de alta presin. El eje de accionamiento con su leva excntrica mueve los tres mbolos de bomba hacia arriba y hacia abajo en correspondencia con la forma de leva. Si la presin de suministro sobrepasa la presin de apertura de la vlvula de seguridad (0.5 BAR.1,5BAR) la bomba previa puede impulsar el combustible a travs de la vlvula de entrada a la bomba de alta presin, hacia el recinto del elemento en el que el embolo de la bomba se mueve hacia abajo.(carrera de aspiracin).Cuando se sobrepasa el punto muerto inferior del embolo de la bomba, la vlvula de entrada cierra y el combustible , y el combustible en el elemento ya no puede salir. Solamente puede ser comprimido superando la presin de suministro de la bomba previa. La presin que se forma abre la vlvula de salida en cuanto se

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alcanza la presin en el rail, el combustible comprimido entra en el circuito de alta presin. El embolo de la bomba transporta continuamente combustible hasta que se alcanza el punto muerto superior (carrera de suministro).A continuacin disminuye la presin, de forma que cierra la vlvula de salida. El combustible residual se descomprime; el embolo de la bomba se mueve hacia abajo. Cuando la presin en el recinto del elemento es inferior a la presin de la bomba previa, abre otra vez la vlvula de entrada y el proceso comienza nuevamente. Relacin de desmultiplicacin: el caudal de suministro de una bomba de alta presin es proporcional a su velocidad de rotacin. Esta depende a su vez del nmero de revoluciones del motor. En la aplicacin del sistema de inyeccin al motor se establece la velocidad de rotacin mediante la relacin de desmultiplicacin, de forma tal que, por una parte no sea demasiado grande el excedente de caudal de combustible transportado en baja carga y por otra parte quede cubierta la demanda de combustible del motor en servicio a plena carga, las posibles desmultiplicaciones de 1:2 y 2:3 referidas al cigeal.4 2.2.5 EDC. La disminucin del consumo de combustible con un aumento simultneo de la potencia o del par del motor, determina el desarrollo actual en el sector de la tcnica Diesel. Esto condujo en los ltimos aos a una creciente aplicacin de motores diesel de inyeccin directa, en los cuales se han aumentado de forma considerable las presiones de inyeccin en comparacin con los procedimientos de cmara auxiliar de turbulencia o de antecmara. Actualmente se ha tratado de hacer eficiente el sistema de inyeccin, permitiendo una relacin adecuada entre cantidad de combustible y trabajo del motor adems del control de otras variables como, regulacin del rgimen en ralent independiente de la carga, regulacin de velocidad en marcha, tolerancias reducidas y alta precisin durante la vida til. La regulacin electrnica diesel EDC (Electronic Diesel Control) es capaz de cumplir las exigencias mencionadas, gracias al rendimiento de clculo fuertemente incrementado en los ltimos aos de microprocesadores disponibles Contrariamente a vehculos Diesel con bombas convencionales de inyeccin rotativas o en lnea, en un sistema EDC el conductor no tiene ninguna influencia directa sobre el caudal de combustible inyectado. La regulacin electrnica Diesel permite un intercambio de datos con otros sistemas electrnicos y por lo tanto una integracin en el sistema total del vehculo. El EDC toma sus decisiones en base a ciertos sensores que le indican en que ritmo de trabajo se encuentra el vehculo y as determinar el tiempo de inyeccin y hacer el sistema lo ms eficiente posible. Estos elementos son:

4SENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Canad: Edicin Robert Bosch,

1999.p.18.

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- Sensor de presin mltiple. Utilizado para transformar la presin del mltiple de admisin en seal elctrica hacia el EDC. Su utilizacin est destinada a los motores diesel que tienen turbo alimentador. En los motores atmosfricos existe un sensor de temperatura de aire que junto con otras informaciones, el EDC puede recalcular el flujo de aire hay que tener en cuenta que la variacin de rgimen en el motor diesel se realiza modificando el caudal de combustible y no del aire.

Figura 5.Sensor de presin mltiple

Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogot.2010 .p.11.

- Sensor de flujo de aire. Debido a que el motor Diesel no posee caja de mariposa, el aire de admisin que ingresa al motor es todo el que pueda aspirar en el tiempo de admisin. De esta manera sera casi imposible determinar un buen dosado del combustible en los variados regmenes de funcionamiento. Por este motivo es necesario medir la cantidad de aire que aspira el motor. Para lo cual existe el medidor de flujo colocado generalmente entre el filtro de aire y el mltiple de admisin. - Sensor de revoluciones y posicin. Es un sensor generador de seales a partir de la variacin de un campo magntico, en efecto su construccin dispone de un imn permanente el cual est enfrentado al dentado del volante del motor. El imn posee su propio campo el cual se ver afectado cuando pasa cerca un elemento ferroso. El volante motor hecho de hierro, posee en su periferia una serie de dientes maquinados al fabricarlo, para tener una gua hay un diente ms grande el cual da el punto de inicio, toda la informacin es enviada al EDC.

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Figura 6.Sensor de revoluciones y posicin

Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogot.2010 .p.13

- Sensor de posicin del embolo de la bomba. Este sensor informa de la posicin exacta y enva la informacin al EDC, Su funcionamiento consiste de dos embobinados independientes, en donde el primer embobinado es pilotado con una frecuencia de corriente determinada siempre constante, el segundo bobinado es activado por la actividad magntica creando una frecuencia determinada, hay un ncleo entre los dos bobinados el cual desequilibra las frecuencias en las bobinas y el EDC calcula esas diferencias para determinar su posicin.

Figura 7.Sensor de posicin del embolo

Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogot.2010 .p.13

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- Sensor de posicin acelerador. Ubicado en el pedal de aceleracin, es un potencimetro de pista simple o pista doble, al mover el peal de aceleracin mecnicamente el potencimetro va cambiando su valor de resistencia proporcionalmente con el movimiento del pedal. El EDC alimenta el elemento con 5 voltios, la variacin de voltaje al pisar el pedal es tomado por el EDC para convertir la accin mecnica en seal elctrica, equivalente a la posicin del pedal, esta informacin es tomada en cuenta para determinar el caudal de inyeccin.

Figura 8.Sensor de posicin acelerador

Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogot.2010 .p.16.

2.2.6 Inyeccin del combustible. El ECM (mdulo de control electrnico) controla la cantidad de combustible que se inyecta variando la seal a cada uno de los inyectores unitarios. Los inyectores unitarios inyectan el combustible solamente mientras se energiza el solenoide del inyector unitario. El ECM enva una seal de 12 voltios al solenoide para energizar el solenoide del inyector. El ECM controla la sincronizacin de la inyeccin mediante el control de la sincronizacin de la seal de 12 voltios. El ECM controla la cantidad de combustible que se inyecta mediante el control de la duracin de la seal de 105 voltios. El ECM establece algunos lmites en cuanto a la cantidad de combustible que se puede inyectar. La posicin del control de la relacin de combustible (FRC) es un lmite basado en la presin de refuerzo para controlar la mezcla de combustible y aire para el control de las emisiones. Cuando el ECM detecta un aumento de la presin de refuerzo, aumenta la posicin del control de la relacin de combustible. La posicin nominal del combustible es un lmite basado en la clasificacin de potencia del motor. La sincronizacin de la inyeccin depende de los siguientes parmetros del motor: Velocidad del motor, carga del motor, y otros datos del motor. El ECM detecta el punto muerto superior del cilindro nmero uno a partir de la seal proporcionada

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por los sensores de velocidad/sincronizacin del motor. El ECM decide cundo debe ocurrir la inyeccin con relacin a esta posicin de punto muerto superior. El ECM proporciona la seal al inyector unitario en el momento deseado. Teniendo en cuenta que a nivel industrial existen estos dos tipos de inyectores electrnicos COOMON RAIL Y HEUI y segn la investigacin que se ha realizado hasta el momento; se tiene la certeza que ambos Inyectores electrnicos tienen la misma funcin pero diferente modo de inyeccin al momento de trabajar. Los sistemas de combustible de inyectores unitarios controlados electrnicamente representan una de las innovaciones ms significativas de la tecnologa diesel para motores de la ltima dcada. 2.2.7 Inyector common rail. Hay muchas maneras de proporcionar el control sobre variables en y alrededor del vehculo. Los actuadores es un trmino general que se utiliza para describir un control mecanismo Cuando es controlado elctricamente o bien trabaja por el efecto trmico o magntico. El trmino actuador ser utilizado para significar un dispositivo que convierte las seales elctricas en movimiento mecnico. La operacin bsica de los actuadores de solenoide es muy sencilla. "Solenoide" El trmino significa: "muchas bobinas de alambre enrollado en un tubo hueco '. Un buen ejemplo de un actuador de solenoide es un inyector. Cuando los devanados estn energizados la armadura es atrada por el magnetismo y se comprime. En el caso de un inyector de combustible, el movimiento se limita a aproximadamente 0,1 mm. El perodo que un inyector permanece abierto es muy pequeo, en virtud de diversas condiciones de funcionamiento entre 1,5 y 10 ms es tpico. Algunos sistemas utilizan resistencias en serie con lastre a los inyectores de combustible. Esto permite menor inductancia y arrollamientos de resistencia para ser utilizado, y as acelerar el tiempo de reaccin. Otros tipos de actuadores de solenoide, por ejemplo actuadores cerradura de puerta, tienen tiempos de reaccin menos crticas. Sin embargo, el principio bsico sigue siendo el mismo. El comienzo de inyeccin y el caudal de inyeccin se ajustan con el inyector activado elctricamente, el inyector sustituye la combinacin de porta inyector (inyector y porta inyector) de las instalaciones convencionales de inyeccin Diesel. Similarmente los porta inyectores existentes en motores Diesel con inyeccin directa DI (DirectInjection), los inyectores se aplican preferentemente con garras de fijacin en la culata. De esta forma los inyectores Common Rail son apropiados para el montaje en motores Diesel sin modificaciones esenciales en la culata.

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- Estructura. El inyector puede dividirse en distintos bloques funcionales:

Inyector de orificios

Servosistema hidrulico

Electrovlvula El combustible es conducido desde el empalme de alta presin, a travs de un canal de afluencia hacia el inyector, as como a travs del estrangulador de afluencia a la cmara de control de la vlvula. La cmara de control de la vlvula est unida con el retorno de combustible a travs del estrangulador de salida que puede abrirse por una electrovlvula. Cuando el estrangulador de salida est cerrado predomina la fuerza hidrulica sobre el embolo de control de la vlvula, respecto a la fuerza sobre el taln de presin de la aguja del inyector. Como consecuencia, la aguja del inyector es presionada contra su asiento y cierra hermticamente el canal de alta presin hacia el motor, de esta forma no puede entrar combustible en la cmara de combustin. Al activarse la electrovlvula se abre el estrangulador de salida. De esta forma disminuye la presin en la cmara de control de la vlvula y con ello tambin la fuerza hidrulica sobre el embolo de control de la vlvula. En cuanto la fuerza hidrulica es inferior a la fuerza sobre el taln de presin de la aguja del inyector, se abre la aguja del inyector, de forma que el combustible pueda entrar en la cmara de combustin a travs de los orificios de inyeccin .Esta activacin indirecta de la aguja del inyector mediante un sistema hidrulico amplificador de fuerza se aplica porque con la electrovlvula no pueden generarse directamente las fuerzas necesarias para abrir rpidamente la aguja del inyector .El llamado caudal de control requerido adicionalmente al caudal de combustible inyectado ,llega al retorno de combustible a travs de os estranguladores de la cmara de control. Adems del caudal de control existen caudales de fuga en el alojamiento de la aguja del inyector y del embolo de vlvula. Estos caudales de control y de fugas se conducen otra vez al depsito de combustible, a travs del retorno de combustible con una tubera colectiva a la que estn acopladas tambin la vlvula de descarga, la bomba de alta presin y la vlvula reguladora de presin. - Funcionamiento. La funcin del inyector puede dividirse en cuatro estados de servici, con el motor en marcha y bomba de alta presin funcionando:

Inyector cerrado (con alta presin presente)

Apertura inicial de inicial de inyeccin

Apertura total

Cierre de inyector

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Inyector cerrado. La electrovlvula no est activada en estado de reposo y se encuentra cerrada por lo tanto cuando est cerrado el estrangulador de salida, la bola del inducido se presiona por el muelle de vlvula contra el asiento en el estrangulador de salida. En la cmara de control de vlvula se forma la alta presin del Rail. La misma presin est presente tambin en el volumen de la cmara de la tobera. La fuerza aplicada por la presin Rail sobre la superficie frontal del embolo de mando y la fuerza de muelle del inyector mantienen cerrada la aguja del inyector contra la fuerza de apertura que acta sobre su nivel de presin. Comienzo de preinyeccin. El inyector se encuentra en posicin de reposo. La electrovlvula es activada con la llamada de corriente de excitacin que sirve para la apertura rpida de electrovlvula. La fuerza del electroimn activado ahora es superior a la fuerza del muelle de vlvula y el inducido abre el estrangulador de salida. En un tiempo mnimo se reduce la corriente de excitacin aumentada a una corriente de retencin del electroimn ms baja. Esto es posible porque es ahora menor el intersticio del circuito magntico. Con la apertura del estrangulador de salida puede fluir ahora combustible, saliendo del recinto de control de vlvula hacia el recinto hueco situado por encima y volver al depsito de combustible a travs del retorno de combustible. El estrangulador de entrada impide una compensacin completa de la presin y disminuye la presin en el recinto de control de vlvula. Esto conduce a que la presin sea menor que la presin en el volumen en la cmara de la tobera que todava tiene el nivel de presin del Rail. La presin disminuida en el recinto de control de vlvula conduce a una disminucin de la fuerza sobre el embolo de mando y da lugar a la apertura de la aguja del inyector. Comienza ahora la inyeccin. Inyeccin. La velocidad de apertura de la aguja del inyector queda determinada por la diferencia de flujo entre el estrangulador de entrada y de salida .El embolo de mando alcanza su tope superior y permanece all sobre un volumen de combustible de efecto amortiguador. Este volumen se produce por el flujo de combustible que se establece en el estrangulador de entrada y de salida. La tobera del inyector esta ahora totalmente abierta y el combustible es inyectado en la cmara de combustin con una presin que corresponde aproximadamente a la presin en el Rail. La distribucin de fuerzas en el inyector es similar a la existente durante la fase de apertura.

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Figura 9.Inyector (Esquema)

Fuente: ISENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Canad: Edicin Robert Bosch, 999.p.27.

Cierre del inyector. Cuando deja de activarse la electrovlvula, el inducido es presionado hacia abajo por la fuerza del muelle de vlvula y la bola cierra el estrangulador de salida. El inducido presenta una ejecucin de dos piezas, Aunque el plato del inducido es conducido hacia abajo por un arrastrador, puede

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sin embargo moverse elsticamente hacia abajo con el muelle de reposicin, sin ejercer as fuerza hacia abajo sobre el inducido y la bola. Al cerrarse el estrangulador de salida se forma de nuevo en el recinto de control una presin como en el Rail, a travs del estrangulador de entrada. Este aumento de presin supone un incremento de fuerza ejercido sobre el embolo de mando. Esta fuerza del recinto de control de vlvula y la fuerza del muelle, superan ahora la fuerza del volumen de cmara y se cierra la aguja del inyector. Figura 10.Sistema de inyeccin

Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogot.2010 .p.11 Existen tres tipos de inyectores:

Inyector con vlvula electromagntica e inducido de una sola pieza.

Inyector con vlvula electromagntica e inducido de dos piezas.

Inyector piezoelctrico

El funcionamiento es el mismo y operan bajos los mismos estndares en el common rail5.

5ISENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Canad: Edicin Robert Bosch, 999.p.21.

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- Inyeccin en sistema common rail. Un comportamiento de inyeccin COMMON RAIL ideal debe cumplir con las siguientes exigencias:

La presin de inyeccin ideal y el caudal de inyeccin deben poderse establecer independientemente entre s, para cada punto de servicio del motor.

El caudal de inyeccin debe ser al comienzo de la inyeccin lo ms reducido posible (durante el retraso del encendido, entre el comienzo de la inyeccin y el comienzo de la combustin).

En el sistema de inyeccin de acumulador COMMON RAIL con inyeccin previa e inyeccin principal, se cumplen esta exigencias, el sistema common rail est estructurado modularmente. Del comportamiento de inyeccin son responsables en primera lnea:

Inyectores controlados por la electrovlvula, que estn enroscados en la culata.

Acumulador de presin (Rail)

Bomba de alta presin

Unidad de control electrnica

Sensor de revoluciones del cigeal

Sensor de revoluciones del rbol de levas6

La diferencia de este sistema con otros radica hay un acumulador comn para los inyectores es comn mente denominado RAIL.

Figura 11.Rail o acumulador de presin

Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogot.2010 .p.11

6ISENBURG, Ralf. Sistema de inyeccin de acumulador de Common Rail. Canad: Edicin Robert Bosch,

999.p.27

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Dentro del Rail, la presin del combustible se mantiene ,tambin tras la extraccin del caudal de inyeccin a un nivel casi constante , ya que surge un efecto de acumulacin debido a la elasticidad del combustible .La presin del combustible se mide mediante el sensor de presin de Rail y regula el valor deseado mediante la vlvula reguladora de presin. La vlvula limitadora de presin tiene la misin de limitar la presin de combustible en el rail hasta 1500 bar como mximo. En los sistemas aplicados en turismos, para la generacin de presin acta como bomba de alta presin una bomba de mbolos radiales. La presin se genera independientemente de la inyeccin. La velocidad de rotacin de la bomba esta acoplada al nmero de revoluciones del motor con una relacin fija de desmultiplicacin. Debido al suministro casi uniforme, la bomba de alta presin puede dimensionarse notablemente menor y con un momento de accionamiento en punta ms reducido que en los sistemas de inyeccin. Los inyectores que estn unidos al rail a travs de tuberas cortas, se compone esencialmente de un inyector y de una electrovlvula. La unidad de control suministra corriente a las electrovlvulas para su conexin, al desconectarse la corriente, concluye la inyeccin .El caudal de combustible inyectado es un con una presin determinada, proporcionar al tiempo de conexin d la electrovlvula y es independiente del nmero de revoluciones del motor o de la bomba. 2.2.8 Inyectores HEUI. El termino HEUI, Significa HIDRAULICAMENTE ACTUADA, ELECTRONICAMENTE CONTROLADA UNIDAD INYECTORA en sus siglas en ingles. Los sistemas tradicionales cumplieron a cabalidad con su funcin de dosificar pero este proceso se haca de una manera burda, pero en la continua bsqueda de sistemas ms eficientes, se empez por controlar y regular la cantidad de combustible, el primer sistema es el que vemos en la figura, donde un eje de leva acoplado al cigeal del motor presiona el cuerpo del inyector dosificando el combustible a razn de las revolucin del motor. En la bsqueda de optimizar el proceso, se elimin el eje de leva y se implement un solenoide que permite controlar independientemente el caudal de inyeccin, el sistema es muy similar al inyector COMMON RAIL como la muestra la figura.

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Figura 12.Inyector HEUI

Fuente. CATERPILA. Inyector HEUI. U.S.A: [24 agosto, 2012]. Disponible en Internet :

La entrega exacta de combustible controla el rendimiento del motor. Todos los sistemas de combustible de los motores diesel usan un embolo y un barril para introducir el combustible a alta presin en la cmara de combustin. En un sistema de combustible tpico el rbol de levas de la bomba inyectora se usa para ejercer mecnicamente una fuerza sobre el embolo, entonces el embolo empuja la cantidad precisa de combustible dentro de la cmara de combustin, en cambio el sistema HEUI usa el aceite del motor previamente presurizado por la bomba de alta presin para ejercer una fuerza sobre el embolo, el control del tiempo de inyeccin lo lleva a cabo EDC del motor. La operacin del sistema de combustible con Inyector Unitario Electrnico de Accionamiento Hidrulico (HEUI) es completamente diferente de la de cualquier otro tipo de sistema de combustible accionado mecnicamente. El sistema de

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combustible HEUI no necesita ajustarse en absoluto. No se pueden hacer ajustes de los componentes mecnicos. Los cambios en rendimiento se obtienen instalando un software diferente en el Mdulo de Control Electrnico (ECM).Este sistema de combustible consta de seis componentes bsicos: Inyector Unitario Electrnico de Accionamiento Hidrulico (HEUI) Mdulo de Control Electrnico (ECM) Bomba hidrulica Vlvula de control de la presin de accionamiento de la inyeccin. Bomba de transferencia de combustible. Sensor de la presin de accionamiento de la inyeccin - Descripcin de los componentes Inyector Unitario Electrnico de Accionamiento Hidrulico. El sistema de combustible HEUI utiliza un inyector unitario controlado electrnicamente y activado hidrulicamente. Todos los sistemas de combustible para motores diesel utilizan un mbolo y un pistn para bombear el combustible a alta presin dentro de la cmara de combustin. Este combustible se bombea dentro de la cmara de combustin en cantidades precisas a fin de controlar el rendimiento del motor. El HEUI utiliza el aceite del motor a alta presin para impulsar el embolo. Los dems sistemas de combustible utilizan un lbulo del rbol de levas de la bomba de inyeccin de combustible para impulsar el mbolo. Como el HEUI es muy diferente, los tcnicos tienen que utilizar distintos mtodos para la localizacin y solucin de problemas. El HEUI utiliza el aceite lubricante del motor que se presuriza desde 6 MPa (870 Ib/pulg2) hasta 24 MPa (3.500 lb/pulg2) para bombear combustible desde el inyector. El sistema HEUI opera de la misma forma que un cilindro hidrulico para multiplicar la fuerza del aceite a alta presin. Al multiplicar la fuerza del aceite a alta presin, el sistema HEUI puede producir presiones de inyeccin muy altas. Esta multiplicacin de la presin se alcanza al aplicar a un pistn la fuerza del aceite a alta presin. El pistn es aproximadamente seis veces ms grande que el embolo. El pistn, que est impulsado por el aceite lubricante del motor a alta presin, empuja el mbolo. A este aceite lubricante a alta presin se le llama la presin de accionamiento del aceite. La presin de accionamiento del aceite genera la presin de inyeccin que entrega el inyector unitario. Esa presin de inyeccin es aproximadamente seis veces mayor que la presin de accionamiento del aceite. La baja presin de accionamiento del aceite da corno resultado una baja presin de inyeccin del combustible. En condiciones de baja velocidad tales como la operacin en vaco y el arranque, se utiliza una baja presin de inyeccin.

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La alta presin de accionamiento del aceite da como resultado una alta presin de inyeccin del combustible. En condiciones de alta velocidad tales como la aceleracin y la alta en vaco, se utiliza una alta presin de inyeccin. Hay muchas otras condiciones de operacin en que la presin de inyeccin est6 comprendida entre el mnimo y el mximo. El sistema de combustible HEUI proporciona un control infinito de la presin de inyeccin, independientemente de la velocidad del motor. Mdulo de Control Electrnico (ECM). El Mdulo de Control Electrnico (ECM) est situado en el lado izquierdo del motor. Se trata de una computadora eficaz que proporciona un control electrnico total del rendimiento del motor. El ECM utiliza los datos de rendimiento del motor suministrados por varios sensores. Despus, el ECM utiliza estos datos para efectuar ajustes al suministro de combustible, la presin de inyeccin y la sincronizacin de la inyeccin. Contiene mapas de rendimiento programados (software) para definir la potencia, las curvas de par y las rpm. A este software se le llama comnmente mdulo de personalidad. Algunos motores utilizan Mdulos de Control Electrnico (ECM) con un chip de computadora reemplazable. El ECM registra las fallas en el rendimiento del motor. Tambin es capaz de efectuar automticamente varias pruebas de diagnstico cuando se utiliza el ECM con un instrumento de servicio electrnico tal como el ET o el Programador Analizador del Control Electrnico (ECAP). Bomba hidrulica. La bomba hidrulica (bomba de aceite de alta presin) est situada en la esquina delantera izquierda del motor. Se trata de una bomba de pistones que tiene un caudal fijo. La bomba hidrulica utiliza un pistn axial. La bomba hidrulica utiliza una parte del aceite lubricante del motor. La bomba hidrulica presuriza el aceite lubricante que se necesita para el funcionamiento de los inyectores HEUI. Vlvula de control de la presin de accionamiento de la Inyeccin (Vlvula de Control IAP). La vlvula de control de la presin de accionamiento de la inyeccin (Vlvula de Control IAP) est situada en el lado de la bomba hidrulica. En la mayora de las condiciones, la bomba produce un flujo de aceite excesivo. Esta vlvula de control descarga el exceso de flujo de la bomba hacia el drenaje para as controlar la presin de accionamiento de la inyeccin al nivel deseado. Se trata de una vlvula de alta precisin que controla la presin de accionamiento real. Los mapas de rendimiento del ECM contienen una presin de accionamiento deseada para cada condicin de operacin del motor. El ECM enva una corriente de control a esta vlvula. La corriente de control debe hacer que la presin de accionamiento real sea igual a la presin de accionamiento deseada. La Vlvula de Control IAP es un accionador. La vlvula de control IAP convierte una seal elctrica que llega del ECM en el control

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mecnico de una vlvula de carrete para controlar la presin de salida de la bomba. Bomba de transferencia de combustible. La bomba de transferencia de combustible est montada en la parte trasera de la bomba hidrulica. La bomba de transferencia de combustible se utiliza para extraer el combustible del tanque. Tambin se utiliza para presurizar el combustible hasta una presin de 450 kPa (65 lb/pulg2). El combustible presurizado se suministra a los inyectores. La bomba de transferencia de combustible es una bomba de un solo pistn cargada por resorte. La bomba es operada por un cojinete descentrado en la parte trasera del eje de la bomba hidrulica. Hay dos vlvulas de retencin en la bomba de transferencia de combustible. La vlvula de retencin de la admisin se abre para permitir que entre combustible desde el tanque a la bomba. La vlvula de retencin de la admisin se cierra para impedir que el combustible regrese al tanque. La vlvula de retencin de la salida se abre para proporcionar combustible al conducto de suministro. El conducto de suministro de combustible est situado en la culata. Este conducto suministra combustible a los inyectores. La vlvula de retencin de la salida se cierra para impedir que el combustible presurizado escape de regreso a la bomba. Sensor de la presin de accionamiento de la inyeccin (IAP). El sensor IAP est instalado en el mltiple del aceite de alta presin. El mltiple del aceite de alta presin suministra el aceite de accionamiento para accionar los inyectores unitarios. El sensor IAP vigila la presin de accionamiento de la inyeccin. El sensor IAP enva una seal de voltaje continuo al ECM. El ECM interpreta esta seal. El ECM recibe informacin de la presin de accionamiento de la inyeccin en todo momento. El sistema de accionamiento de la inyeccin cumple dos funciones. El sistema de accionamiento de la inyeccin suministra aceite a alta presin para accionar los inyectores HEUI. Tambin controla la presin de la inyeccin producida por los inyectores unitarios mediante variacin de la presin de accionamiento del aceite.

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Figura 13.Diagrama de Componentes de los Inyectores Unitarios Electrnicos de Accionamiento Hidrulico (HEUI)

1) Bomba hidrulica. (2) Flujo de aceite al motor. (3) Filtro de aceite. (4) Bomba de aceite del motor. (5) Enfriador de aceite. (6) Sensor IAP. (7) Inyectores. (8) Riel de suministro de combustible. (9) Regulador de la presin del combustible. (10) Vlvula de control IAP (11) Filtro del combustible. (12) Tanque del combustible (13) Parte trasera del engranaje de levas. (14) Sensores de la sincronizacin de velocidades. (15) Modulo de control del motor (ECM). (16) Sensor de la presin de refuerzo. (17) Pedal acelerador. (18) Sensor de la posicin del pedal acelerador (19) Bateras. (20) Sensor de la temperatura del refrigerante. (21) Enlace de datos. (22) Rel del freno accionado por el escape. (23) Sensor do la temperatura del aire de admisin. (24) Rel de la transmisin. (25) Sensor de la velocidad del vehculo. (26) Rel del calentador del aire de admisin. (27) Lmpara del calentador del aire de admisin (28) Lmpara de marcha en vaco rpida. (29) Lmpara de comprobacin del motor. (30) Velocmetro y tacmetro. (31) Interruptores de conexin/desconexin y de ajuste/reanudacin de la marcha en crucero. (32) Interruptores de conexin/desconexin y de ajuste/reanudacin de la toma de fuerza (PTO). (33) Interruptores del freno de servicio. (34) Interruptores del neutral y del embrague. (35) Bomba de transferencia de combustible. Fuente. CATERPILLAR. Operacin de sistemas pruebas y ajustes, Mxico., 2001.p.18.

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- Funcionamiento. El aceite de la bomba de aceite del motor cubre las necesidades del sistema de lubricacin del motor Tambin cubre las necesidades de la bomba hidrulica del sistema de combustible Se ha aumentado la capacidad de la bomba de aceite del motor para satisfacer el requerimiento adicional de flujo que se necesita. La bomba de aceite del motor presuriza el aceite que se extrae del sumidero hasta igualar la presin del aceite del sistema de lubricacin. El aceite fluye desde la bomba a travs del enfriador de aceite del motor, a travs del filtro de aceite del motor y llega a la galena principal del aceite. Un circuito separado de la galena principal del aceite dirige una parte del aceite lubricante para el suministro de la bomba hidrulica. Un tubo de acero en el lado izquierdo del motor conecta a galera principal del aceite con la lumbrera de entrada de la bomba hidrulica y llena el depsito de la misma. El depsito de la bomba suministra aceite a la bomba hidrulica durante el arranque. El depsito tambin proporciona aceite a la bomba hidrulica hasta que pueda aumentar la presin. El depsito de la bomba tambin proporciona aceite de complemento al conducto de alta presin en la culata. Cuando el motor se apaga y se enfra, el aceite se contrae. Una vlvula de retencin en la bomba permite extraer aceite del depsito de la bomba para mantener lleno el conducto del aceite a alta presin. El aceite del depsito de la bomba se presuriza en la bomba hidrulica y se enva por la lumbrera de salida de la bomba a alta presin. El aceite fluye entonces desde la lumbrera de salida de la bomba hidrulica hasta el conducto de aceite de alta presin en la culata. El conducto del aceite a alta presin se conecta con la lumbrera de cada uno de los inyectores unitarios para suministrar aceite de accionamiento a alta presin a los inyectores. El aceite de accionamiento a alta presin fluye desde la bomba hidrulica a travs de la culata y llega a todos los inyectores. El aceite queda contenido en el conducto de aceite a alta presin hasta que se utiliza por los inyectores unitarios. El aceite agotado por los inyectores unitarios se expulsa por debajo de las tapas de vlvulas. Este aceite regresa al Carter por las lumbreras de drenaje de la culata. La bomba hidrulica es una bomba de pistn axial de caudal fijo. Este diseada para generar un flujo adecuado en las condiciones ms exigentes. En la mayora de las condiciones de operacin, la bomba hidrulica produce un exceso de flujo. Hay que descargar este exceso de flujo en un drenaje para controlar la presin del sistema. La vlvula de control IAP, regula la presin del sistema al descargar la cantidad precisa de aceite hacia el drenaje. Esta descarga de aceite es necesaria para mantener la presin de accionamiento deseada. Hay dos tipos de presin de accionamiento: Presin de accionamiento deseada Presin de accionamiento real

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Figura 14.Bomba de alta presin

Fuente. Autores

La presin de accionamiento deseada es la presin de accionamiento de la inyeccin que el sistema necesita para obtener un rendimiento ptimo del motor. Los mapas de rendimiento en el ECM, establecen la presin de accionamiento deseada. El ECM selecciona la presin de accionamiento deseada. El ECM basa la seleccin en las entradas de seal que recibe de muchos sensores. Algunos de los sensores que proporcionan entradas de seal al ECM son el sensor de posicin del pedal acelerador, el sensor de la presin de refuerzo, los sensores de la sincronizacin de velocidad y el sensor de la temperatura del refrigerante. La presin de accionamiento deseada cambia constantemente debido a los cambios en la velocidad del motor y en la carga del motor. La presin de accionamiento deseada es constante solamente en condiciones de estado estables (velocidad y carga del motor estables). La presin real de accionamiento es la presin real del aceite de accionamiento que est activando a los inyectores. La vlvula de control IAP est cambiando constantemente la cantidad de flujo de la bomba que se descarga hacia el drenaje. El flujo de la bomba se descarga hacia el drenaje para igualar la presin de accionamiento real con la presin de accionamiento deseada. Hay tres componentes que operan unidos para controlar la presin de accionamiento de la inyeccin: El ECM La vlvula de control IAP El sensor IAP

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El ECM selecciona la presin de accionamiento deseada. La presin de accionamiento deseada est basada en la entrada de sensor y en los mapas de rendimiento. El ECM enva una corriente de control a la vlvula de control IAP para cambiar la presin real de accionamiento. Esta vlvula de control reacciona a esta corriente para variar la presin de accionamiento real. La presin varia cuando la vlvula de control IAP descarga parte del flujo de la bomba en el drenaje. La vlvula de control IAP acta como una vlvula de alivio controlada elctricamente. El sensor IAP vigila la presin real de accionamiento en el conducto del aceite a alta presin. Este sensor informa la presin de accionamiento real al ECM enviando una seal de voltaje al ECM. El sistema de control de presin de accionamiento de la inyeccin opera en un ciclo. El ECM selecciona la presin de accionamiento deseada. Entonces, el ECM enva una corriente elctrica a la vlvula de control IAP que debe producir dicha presin. Esta vlvula reacciona ante la corriente elctrica del ECM variando el ajuste del alivio de presin que a su vez cambia la presin de accionamiento real. El sensor IAP vigila la presin real de accionamiento y enva un voltaje de serial al ECM. El ECM interpreta el voltaje de la seal procedente del sensor de presin de accionamiento de la inyeccin para calcular la presin de accionamiento real. Entonces, el ECM compara la presin de accionamiento real con la presin de accionamiento deseada para ajustar la corriente elctrica a la vlvula de control de presin de accionamiento de la inyeccin. Esta vlvula responde al cambio de corriente elctrica cambiando la presin de accionamiento real. Este proceso se repite 67 veces por segundo. A este ciclo de repeticin constante se le llama sistema de control de bucle cerrado. La mayor parte del flujo de aceite a alta presin que sale de la bomba hidrulica se utiliza para accionar los inyectores unitarios. El exceso de flujo es la cantidad de flujo de bomba que resulta innecesario para obtener la presin de accionamiento deseada. El exceso de flujo se retorna al drenaje a travs de la vlvula de control IAP. El exceso de flujo de esta vlvula circula hacia arriba por un tubo en U del depsito de la bomba. El flujo se desplaza a travs de un conducto perforado hacia la parte delantera de la bomba. El aceite de drenaje fluye de la parte delantera de la bomba por encima del engranaje de mando de la bomba y circula hacia abajo por el tren de engranajes delantero del motor hasta el sumidero. - Componentes del inyector HEUI. El inyector HEUI cumple cuatro funciones. El inyector HEUI presuriza el combustible a 450 kPa (65 lb/pulg2) a 162 MPa (23.500 lb/pulg2). El inyector HEUI funciona como un atomizador al bombear el combustible a alta presin a travs de los orificios de la punta del inyector unitario. El inyector HEUI suministra la cantidad correcta de combustible atomizado a la cmara de combustin y dispersa el combustible atomizado de manera pareja en toda la cmara de combustin. El inyector Heui consta de cinco componentes bsicos:

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Inyector (10) Solenoide (1) Vlvula de contrapunta (4) Pistn intensificador (6) y embolo (7) Can (9)

Figura 15.Inyector HEUI (Esquema)

(1) Solenoide. (2) Inducido. (3) Asiento superior de la vlvula de contrapunta. (4) Vlvula de contrapunta. (5) Asiento interior de la vlvula be contrapunta. 6) Pistn Intensificador (7) Embolo. (8) Cavidad del emboto. (9) Can. (10) Conjunto de boquilla

Fuente. CATERPILA. Inyector HEUI. U.S.A: [24 agosto, 2012]. Disponible en Internet :

Solenoide. El solenoide es un electroimn Cuando este se energiza crea un campo magntico muy fuerte. Este campo magntico atrae el inducido que est conectado a la vlvula de contrapunta por medio de un tornillo. Cuando el inducido se mueve hacia el solenoide, levanta la vlvula de contrapunta de su asiento inferior. La energizacin del solenoide y el levantamiento de la vlvula de contrapunta de su asiento inferior dan comienzo al proceso de inyeccin de combustible.

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Vlvula de contrapunta. La vlvula de contrapunta tiene dos posiciones, una cerrada y otra abierta. En la posicin cerrada, la vlvula se mantiene en su asiento inferior por medio de un resorte El asiento inferior de la vlvula cerrada impide que el aceite de accionamiento a alta presin penetre en el inyector unitario. El asiento superior de la vlvula abierta descarga a la atmsfera el aceite de la cavidad que est encima del pistn intensificador. El aceite se descarga a la atmosfera a travs de la parte