Universidad de Holgun Oscar Lucero MoyaFacultad de Ingeniera
Departamento de Ingeniera Mecnica
La inyeccin de combustible en los motores de encendido por
chispa (Fuel Injection)
Autores: MSc. Ing. Esteban Lpez Miln Ing. Yurima Gonzlez
Gngora
Indice INTRODUCCIN CAPTULO I: LA COMBUSTIN EN MOTORES DE
ENCENDIDO POR CHISPA. 1.1 Encendido por chispa o motor OTTO. 1.1.1
Principios 1.1.2 Principio de funcionamiento del motor de cuatro
tiempos, que emplea un carburador. 1.1.3 Del carburador a la Fuel
Injection. 1.2 Diseo de motores 1.2.1 Procedimientos de la inyeccin
1.2.2 Influencia de los parmetros de diseo en los productos de la
combustin 1.3 Condiciones de operacin. 1.3.1 Estados de operacin de
los motores. 1.3.2 Mezcla aire-combustible. 1.3.3 Suministro de
combustible. 1.3.4 Inflamacin de la mezcla CAPTULO II. FORMACIN DE
LA MEZCLA. 2.1 Factores que intervienen en la formacin de la
mezcla. 2.1.1 Parmetros. 2.1.2 Acomodamiento a la operacin
especfica. 2.1.3 Sistema de formacin de la mezcla 2.2 Suministro de
Aire. 2.2.1 Filtros de Aire. 2.2.2 Sobrealimentacin. 2.3 Suministro
de combustible 2.3.1 Sistema de suministro de combustible. 2.3.2
Tanque de combustible. 2.3.3 Conducto de combustible. 2.3.4 Bomba
de combustible elctrica. 2.3.5 Filtro de combustible 2.3.6
Distribuidor de combustible 2.3.7 Regulador de presin CAPTULO III:
SISTEMAS ELECTRONICOS DE INYECCION. 3.1 El sistema de inyeccin
K-Jectronic. 3.2 El sistema de inyeccin KE- Jetronic. 3.3 El
sistema de inyeccin L-Jetronic 3.4 Sistema de inyeccin HOT- WIRE
3.5 Otros sistemas 3.5.1 L3-Jectronic. 3.5.2 Mono-Jetronic 3.5.3
Motronic. CONCLUSIONES
3 6 6 6 6 9 13 13 15 22 22 22 24 24 26 26 30 33 35 36 36 37 39
39 41 41 41 42 42 43 44 44 46 49 50 55 55 56 57 59
INTRODUCCION.Como parte de la formacin curricular de los
estudiantes de la carrera de Ingeniera Mecnica, reciben las
asignaturas Introduccin a la Ingeniera Mecnica II y Motores de
Combustin Interna en las cuales se introducen en el principio de
funcionamiento, detalles de operacin y constructivos de los motores
de automviles; sin embargo producto a la falta de literatura tcnica
actualizada aparejado a lo obsoleto de la tcnica de transporte de
cargas y pasajeros que se emplean en nuestro pas, los estudiantes
egresados con el ttulo de Ingeniero Mecnico en nuestras
universidades presentan insuficientes conocimientos en una
tendencia mundial del funcionamiento y construccin de motores,
relacionado con la inyeccin de combustible ligero, que viene a
sustituir a pasos agigantados el uso de los carburadores
tradicionales en el sistema de alimentacin de los motores de
encendido por chispa. Actualmente el pas ha adquirido modernos
automviles que emplean la inyeccin de combustible ligero en los
motores de encendido por chispa. Han sido pequeos lotes que prestan
servicios fundamentalmente en corporaciones, sociedades de capital
mixto o en empresas de servicio al turismo. Esta tcnica conocida
como Fuel Injection en momentos en que empieza abrirse paso en
Cuba, est muy generalizada en el mundo, sobre todo en pases que
presentan una estricta regulacin sobre la emisin de contaminantes a
la atmsfera provenientes de la combustin en los vehculos
automotores. La asimilacin de esta nueva tcnica en Cuba ha tenido
sus dificultades, en lo referente a la mala preparacin de
especialistas, tcnicos y mecnicos encargados de prestar el Servicio
Tcnico a estos vehculos. El mayor problema despus de la natural
confrontacin que presupone la asimilacin de cualquier tcnica
moderna, est en lo escaso de la bibliografa que trata esta temtica
y la poca que se logra conseguir est editada en idioma ingls,
limitando as su asequibilidad. Los libros de texto empleados por
los estudiantes universitarios en las asignaturas relacionada con
los motores de automviles presentan una gran desactualizacin,
tngase en cuenta que son reimpresiones de libros editados hace ms
de veinte aos. Existe por tanto una necesidad imperiosa entre tanto
el pas pueda disponer de la compra o edicin de libros de textos
actualizados con las nuevas tendencias mundiales de la ciencia y
la tcnica, elaborar materiales de consulta que vengan a suplir esta
necesidad.
Por tanto este trabajo se propone la confeccin de un folleto que
compile lo esencial sobre la Fuel Injection, y sea un material de
consulta necesario para las nuevas modificaciones que ya se han
propuesto en el sistema de conocimientos en la asignatura de
Motores de Combustin Interna. Para la realizacin de los apuntes del
folleto, se ha consultado la literatura tradicional empleada como
libros de textos bsicos y de consulta, as como libros tcnicos
especializados, artculos publicados por la Society Automotive
Engineers (SAE), que estn editados en soporte magntico (CD),
recogiendo todos los trabajos realizados desde enero de 1995 a
diciembre de 1998, lo que garantiza suficiente actualizacin de la
temtica. Se pudo utilizar la colaboracin de personas que han tenido
experiencia prctica con la Fuel Injection y por ltimo se cont con
un material audiovisual editado en ingles, que representa
igualmente un inapreciable elemento que ha ayudado a la realizacin
de los apuntes. Se hizo necesario la traduccin y elaboracin de
resmenes de los diferentes aspectos que se tratan con el objetivo
de hacer que la informacin que se pretende transmitir pueda ser
asimilada tambin por personal no especializado de nivel medio, o
por personas interesadas en conocer sobre esta tendencia mundial.
Con la confeccin del folleto compilador sobre Fuel Injection por
primera vez se puede disponer de un material bibliogrfico de
consulta que resuelve el inconveniente de no tener libros de textos
actualizados que traten esta temtica, significa tambin una va de
solucin a las dificultades objetivas que se presentaban para
impartir este tema; no obstante seguir persistiendo la deficiencia
de no poderse realizar prcticas de laboratorios que consoliden el
sistema de conocimientos que se impartirn, pero que en buena medida
puede ser asimilado con la proyeccin del material audiovisual que
se dispone. Los apuntes efectuados recogen primeramente
generalidades del funcionamiento de los motores de cuatro tiempo de
encendido por chispa, brevemente se trata el empleo del carburador
tradicional, el cual a pesar de estar suficientemente perfeccionado
y alcanzarse con l buenos resultados en la prctica, existen otros
detalles que hacen que haya sido desplazado por la Fuel Injection.
Aparecen tambin tendencias mundiales actuales en la construccin de
motores de automviles de encendido por chispa as como la incidencia
que tienen estos aspectos en la disminucin de la emisin de
contaminantes a la atmsfera por los automviles. Se trata tambin
sobre la formacin de la mezcla de trabajo en los modernos motores,
en la cual se involucran el sistema de suministro de aire, de
distribucin de los gases y de alimentacin con combustible, todos
ellos supervisados y dirigidos por el Sistema Electrnico de
Inyeccin que presenta una serie de captadores de parmetros
ambientales y de funcionamiento del motor y
otros sistemas del automvil, para elaborar la seal que permita
que llegue a cada cilindro la cantidad necesaria y exacta de
combustible que garantice una combustin lo suficientemente
eficiente, que a su vez presuponga un compromiso con la necesidad
de disminuir los niveles de sustancias txicas expedidas a la
atmsfera por el trabajo de los motores. En un ltimo captulo se dan
a conocer algunos de los sistemas electrnicos de inyeccin ms
utilizados en la actualidad, con los esquemas estructurales que
permiten establecer las diferencias que entre ellos existen.
CAPITULO I. LA COMBUSTIN EN MOTORES DE ENCENDIDO POR CHISPA.1.1.
Encendido por chispa o motor OTTO. 1.1.1 Principios El motor de
encendido por chispa o motor OTTO es un motor de combustin con
encendido provocado, el cual convierte la energa contenida en el
combustible en energa cintica. Este motor emplea un aparato para la
formacin de la mezcla aire combustible localizado fuera de la cmara
de combustin. A medida que desciende el pistn, la mezcla es
aspirada hacia la cmara de combustin, donde es comprimida entonces
a medida que el pistn asciende. Una fuente de encendido externo,
activada en intervalos especficos, utiliza una buja para la
combustin de la mezcla. El calor desprendido en el proceso de
combustin, aumenta la presin dentro del cilindro y el pistn es
empujado hacia abajo contra el cigeal suministrndole energa real
para el trabajo. Despus de cada carrera de combustin los gases
sobrantes son expulsados del cilindro y una mezcla de aire fresco
es aspirada nuevamente. En motores de automviles este intercambio
de gases es generalmente regulado de acuerdo con el principio de
funcionamiento, en los motores de cuatro tiempos se requieren 2
vueltas del cigeal para cada ciclo de trabajo.
1.1.2 Principio de funcionamiento del motor de cuatro tiempos,
que emplea un carburador. El motor de encendido por chispa de
cuatro tiempos emplea vlvulas de intercambio de gases, para
controlar el flujo de gases, estas vlvulas abren y cierran las
lumbreras de admisin y de escape. Los procesos que ocurren en el
cilindro del motor pueden ser divididas en cuatro tiempos o
carreras. La carrera se refiere al movimiento del pistn; desde una
posicin lmite a la otra. El lmite superior del pistn se llama,
punto muerto superior o P. M. S. y el lmite inferior del movimiento
del pistn, punto muerto inferior o P. M. I. Una carrera es el
movimiento del pistn desde P.M.S. a P.M.I. o desde P.M.I. a P.M.S.
Cuando el ciclo completo de los procesos que ocurren en el cilindro
requiere cuatro carreras (o dos revoluciones del cigeal) el motor
se llama motor de cuatro carreras o motor de cuatro ciclos (motor
de cuatro tiempos). Los cuatro tiempos son: admisin, compresin,
explosin y escape. (Fig. 1.1)
Fig. 1.1. Ciclo de trabajo de un motor de cuatro tiempos
Admisin: En la carrera de admisin, la vlvula de admisin se abre.
El pistn se mueve hacia abajo y una mezcla de aire y gasolina
vaporizada se aspira desde el cilindro a travs de la abertura de la
vlvula. Esta mezcla se distribuye a los cilindros por el sistema de
alimentacin y el carburador. A medida que el pistn se mueve hacia
abajo se produce una cada de presin en el cilindro y la presin
atmosfrica en el exterior del motor empuja el aire dentro del
cilindro. Este aire pasa previamente por el carburador donde se
impregna de vapor de gasolina, continuando el recorrido por el
mltiple de admisin y de aqu a la apertura de la vlvula de admisin.
Compresin: Despus que el pistn alcanza el punto muerto inferior o
el lmite inferior de su carrera comienza a moverse hacia arriba. Al
tiempo que esto sucede la vlvula de admisin se cierra, la vlvula de
escape esta cerrada tambin, logrndose un cierre casi hermtico. Al
moverse el pistn hacia arriba (empujado al girar el eje cigeal y la
biela) se comprime la mezcla de aire combustible. En el momento que
el pistn llega al P.M.S., la mezcla ha sido comprimida a un sptimo
o an menos de su volumen original, aumentando la presin en el
cilindro, por lo tanto, las molculas chocan con mayor frecuencia
dentro de las paredes del cilindro y cabeza del pistn, y entre s ms
frecuentemente. El aumento de la frecuencia de los choques
significa que un empuje ms fuerte se registra sobre las paredes y
cabeza; la presin es mayor, al igual que la
temperatura. Por tanto cuando se comprime la mezcla de aire
combustible, no solo sube la presin de aire en el cilindro sino que
tambin aumenta la temperatura de la mezcla. Explosin: Al alcanzar
el pistn el P.M.S. en la carrera de compresin se produce una chispa
elctrica en la buja. La buja consta esencialmente de dos electrodos
aislados elctricamente entre s. El sistema de encendido conduce una
sobrecarga de alto voltaje a las bujas, para producir la chispa,
esta chispa enciende la mezcla de aire combustible, que comienza a
quemarse muy rpidamente y la presin en el cilindro aumenta casi
42,2 kg/cm2 o an ms. En estos momentos comienza a realizarce la
carrera de Expansin, que se verifica por el movimiento del pistn
desde el P.M.S. al P.M.I. estando las vlvulas cerradas. Escape: Al
llegar el pistn al P.M.I. nuevamente la vlvula de escape se abre.
Ahora, a medida que el pistn asciende en la carrera de escape,
fuerza la salida de los gases quemados hacia el exterior del
cilindro a travs de la apertura de la vlvula de escape. Cuando el
pistn alcanza el P.M.S. la vlvula de admisin se abre. Ahora una
carga fresca de la mezcla aire combustible ser aspirada dentro del
cilindro segn descienda el pistn otra vez hacia el P.M.I. Las
cuatro carreras anteriores se repiten continuamente durante el
funcionamiento del motor. Unos grados de giro del cigeal despus que
el pistn ha pasado por el PMS es que se cierra la vlvula de escape.
El tiempo que permanecen ambas vlvulas abiertas simultneamente se
conoce como solape de las vlvulas. El carburador constituye el
elemento esencial del sistema de alimentacin en los motores
tradicionales de encendido por chispa, es el encargado de preparar
la mezcla aire-combustible en porciones dosificada de acuerdo a los
estados de operacin del motor. Este elemento consta de cinco
sistemas que garantizan un buen trabajo y acomodo a las variaciones
de los estados de carga en los cuales trabaja el motor, estos
sistemas son: Sistema de arranque en fro. Sistema de marcha en vaco
o ralent. Sistema de aceleracin. Sistema economizador
(enriquecedor). Sistema de dosificacin principal. Para el
funcionamiento de estos sistemas es indiferente el valor que toman
parmetros
ambientales tales como la densidad y temperatura del aire, si el
motor est funcionando a grandes
alturas o a nivel del mar, calidad del combustible que se quema
y otros parmetros ms que ejercen una marcada influencia en la
calidad de la combustin y el funcionamiento del motor en general.
1.1.3. Del carburador a la Fuel Injection. La inyeccin de
combustible ligero en los motores de combustin interna, es una
realidad que se abre paso de manera arrolladora, an a pesar de que
la alimentacin de los cilindros por medio de carburadores, est muy
perfeccionada en la prctica y generalmente se obtienen resultados
satisfactorios. Con los carburadores de geometra variable
(carburadores de doble cuerpo y cudruples), se ha resuelto en buena
medida la conveniencia de tener un tubo estrecho para la marcha a
bajas r.p.m. y la necesidad de un tubo con gran capacidad de paso
para la marcha a plenos gases. No obstante, en la actualidad es
notoriamente significativa la cantidad de automviles que en lugar
de emplear un equipo de carburacin, emplean los modernos sistemas
de inyeccin de gasolina (Fuel Injection). La inyeccin de
combustible ligero en los motores de encendido por chispa es una
tecnologa casi tan antigua como la invencin del motor de combustin
interna, est ampliamente difundida por el mundo y casi desconocida
en nuestro pas. A pesar de las soluciones aportadas por algunos
inventores y marcas acreditadas, en la industria automovilstica no
se haba pasado del perodo experimental, en la tcnica de la inyeccin
de combustible ligero; la razn que ms influa en esto era el elevado
costo de la bomba de inyeccin, un aparato que adems de necesitar
materiales de muy alta calidad (tngase en cuenta que las gasolinas
tienen malas propiedades de lubricacin), debe ser lo
suficientemente precisa para proporcionar a todos los cilindros,
idntica dosis a voluntad del conductor. Breve resea histrica acerca
de la inyeccin de combustible ligero en los motores de encendido
por chispa: Para el ao 1898 ya estaban en amplio uso los motores
diseados por el ingeniero alemn Rudolf Diesel, que emplearon el
combustible gasoil, conocido tambin como combustible diesel; en la
composicin qumica del mismo, intervienen cadenas orgnicas largas
que le proporcionan al combustible determinadas propiedades,
facilitando as el trabajo de los motores diesel. De la destilacin
fraccionada del petrleo se extraen tambin compuestos ms ligeros que
el gasoil, como lo son el kerosene, bencina, gasolina, etc. La
gasolina como combustible ligero se usa ampliamente en los motores
Otto, cuyo principio de funcionamiento difiere de los motores
Diesel. En 1898, la fbrica Gasmotorenfabik Deutz construy bombas
de pistones para la inyeccin de combustible ligero, en una serie
limitada. Poco tiempo ms tarde la inyeccin de combustible ligero
dej de ser competitiva, producto al descubrimiento del efecto
vnturi en los carburadores. La firma alemana Bosch en 1912 retoma
las investigaciones sobre la inyeccin de gasolina hasta que en 1937
se fabrica el primer motor para aviacin con potencia de 1200 HP en
gran serie. El peligro de inflamacin y los problemas de congelacin
en el carburador, fenmenos incompatibles con la alta fiabilidad que
deben presentar los motores de aviacin, le dieron especial mpetu a
la inyeccin de gasolina. Pero an tuvo que transcurrir mucho tiempo
para que estos motores fueran instalados en los automviles. 1951.
Bosch fabrica unidades de inyeccin directa para pequeos carros de
la poca. Algn tiempo despus en la legendaria produccin de carros
deportivos Daimler-Benz, se instalan los modelos SL-300. Se
comienza a pasar de la inyeccin directa (en el interior de los
cilindros), a la inyeccin indirecta (inmediatamente antes de cada
una de las vlvulas de admisin) pero el suministro de combustible
segua siendo sincronizado, o lo que es igual a decir, que se
realizaba en fase con la abertura de la vlvula de admisin,
necesitndose en consecuencia un equipo de inyeccin que si bien ya
no necesitaba de grandes presiones de inyeccin, construccin. Poco
tiempo ms tarde la firma Mercedes-Benz, realiza el gran
descubrimiento que para los efectos de la potencia en el motor, es
indiferente el suministro sincronizado; as, este aporte contribuy
esencialmente a simplificar grandemente el equipo de inyeccin y a
reducir los costos de fabricacin. La inyeccin de gasolina se anota
un gigantesco paso de avance en el ao 1967 con la aparicin del
primer modelo de inyeccin electrnica: El modelo D-Jetronic con
controlador de la presin de entrada!. En 1973, aparece en el
mercado el L-Jetronic con controlador de flujo de aire, al mismo
tiempo que el K-Jetronic equipado con controlador hidro-mecnico y
con sensor de flujo de aire. 1979. Aparece la produccin Motronic,
un nuevo sistema con procesamiento digital de los parmetros de
funcionamiento del motor, el cual al combinarse con el modelo
L-Jetronic condicionaron: La aparicin del primer automvil equipado
con microprocesador!. 1982. Surge el KE-Jetronic, que no es ms que
el modelo K-Jetronic con una nueva configuracin, equipado con un
circuito cerrado de control electrnico y un sensor Lambda de
oxgeno. segua siendo complejo en su
Sale al mercado en 1983 el modelo Mono-Jetronic para vehculos
ligeros, con una alta eficacia y un solo punto de inyeccin de
combustible. Este inyector central se instala en el lugar que
ocupara hipotticamente el carburador del sistema tradicional de
alimentacin de combustible. La inyeccin de combustible ligero
ofrece grandes ventajas respecto a la alimentacin con carburadores
tales como: 1- Reduce el consumo de combustible: El suministro de
combustible se corta instantneamente al levantarse el pie del
acelerador lo que reporta un considerable ahorro. En los motores de
carburacin al dejarse de presionar sobre el acelerador por la
enorme succin que ejerce el motor funcionando aun deprisa con la
mariposa de los gases completamente cerrada, se escapa una
importante cantidad de gasolina por el sistema de marcha en ralent.
Este sistema de inyeccin de gasolina monitorea todos los datos
esenciales de operacin, entre los cuales se pueden mencionar
velocidad del motor, carga, temperatura y apertura de la vlvula de
mariposa, para precisar la adaptacin del motor a las condiciones
estticas y dinmicas de operacin, garantizando as que el motor
reciba solamente la cantidad de combustible que en realidad
necesita. 2- Respuesta inmediata a la aceleracin: Todas las
unidades Jetronic se adaptan a los cambios de carga rpidamente.
Aceleracin y desaceleracin ms rpidas ya que la cantidad de gasolina
inyectada vara instantneamente segn la posicin del acelerador al
contrario de lo que ocurre en los carburadores. Los sistemas de
inyeccin atomizan directamente el combustible a la entrada de la
vlvula de admisin, eliminando de forma efectiva todos los problemas
asociados a la condensacin en el conducto de admisin. En el caso
del sistema de inyeccin simple en el que aparece un nico inyector
la distancia que recorre la mezcla combustible antes de entrar en
el cilindro es mayor, lo cual hace necesaria la incorporacin de
dispositivos adicionales para medir y mezclar el combustible. 3-
Mejoramiento de arranques fro y fase de calentamiento: El
combustible es exactamente medido de acuerdo a la temperatura del
motor y la velocidad de arrancada para garantizar arranques rpidos
y pasar rpidamente al estado de marcha en vaco, a
diferencia de los carburadores donde la cantidad de mezcla puede
variar significativamente de un cilindro a otro por los diferentes
recorridos que debe hacer antes de penetrar en los cilindros,
provocando que unos obtengan una mezcla bien dosificada y otros ms
pobres. En la actualidad todas las gasolinas llevan en su
composicin en mayor o menor cantidad de tetraetilo de plomo que por
ser menos voltil que la gasolina resulta peor aun repartirlo
equitativamente a cada uno de los cilindros. Los cilindros que
reciban menor cantidad de tetraetilo de plomo padecern de la
detonacin y en consecuencia habr que rebajarle la relacin de
compresin a todos. Aquellos cilindros que reciban mayor cantidad de
tetraetilo de plomo sufrirn de excesivos depsitos de plomo que
pueden causar quemaduras en las vlvulas y sus asientos, esto no va
a ocurrir con la inyeccin de gasolina que dosifica de forma exacta
el combustible a cada cilindro y sus aditivos no tienen tiempo de
separarse. En la fase de calentamiento el sistema de inyeccin
suministra exactamente la correcta cantidad de combustible para
combinar una marcha suave y una respuesta inmediata de la vlvula
con el consumo mas bajo de combustible. 4-Bajo desprendimiento de
los gases de escape. La mezcla aire combustible ejerce una
influencia directa en la concentracin de emisiones nocivas en los
gases de escape. Para que el motor opere con el nivel mnimo de
emisiones de escape, entonces el sistema de formacin de la mezcla
debe ser capas de mantener una relacin optima aire-combustible.
5-Notable elasticidad del motor. Es capas de pasar rpidamente desde
las mnimas a las mximas r.p.m.; con la marcha directa conectada y
el acelerador pisado a fondo sin golpes ni vibraciones, con franca
superioridad a los carburadores 6-Mayor potencia del motor: Para un
mismo motor con la inyeccin se alcanza entre un 10% y un 20%, ms
potencia, mayor elasticidad y menor consumo de combustible (hasta
un 10%) lo que permite aceleraciones ms rpidas y marchas ms suaves
Entre otras de las ventajas que presupone el empleo de la inyeccin
de combustible tambin se pueden sealar:
Incremento del confort de conduccin. Perfeccionamiento del
funcionamiento. Optimizacin sin dificultades del tiempo de servicio
de todas las partes del motor y su ensamblado.
La principal desventaja del sistema de inyeccin reside en que el
sistema en general es ms caro, sensible y complicado con relacin a
los carburadores.
1.2 Diseo de motores 1.2.1 Procedimientos de la inyeccin Los
procedimientos de la inyeccin generalmente son de dos clases: 1-
Inyeccin directa: Es aquella que permite suministrar directamente a
cada cilindro, un chorrito de combustible con una presin que deber
ser superior a las 40 atmsferas. Aunque este sistema es el ms caro
se emplea convenientemente en equipos de carrera y motores de
aviacin, ya que de esta manera se obtiene mayor potencia (hasta 120
CV por litro de cilindrada) y funciona con gran seguridad hasta
9000 r.p.m. 2 - Inyeccin indirecta: Se atomiza la gasolina frente y
cerca de cada vlvula en el conducto de admisin. (Fig. 1.2). El
rendimiento es ligeramente inferior al que se obtiene con la
inyeccin directa, pero en cambio por la posibilidad de emplear
menores presiones de inyeccin (entre 12 y 17 atmsferas) el equipo
se hace menos costoso y no produce la dilucin del aceite de
lubricacin, un fenmeno muy perjudicial que a corto o mediano tiempo
provocara la salida de servicio del motor.
Fig. 1.2. Inyeccin indirecta y proceso de atomizacin durante la
formacin de la mezcla.
Dentro de la clase de inyeccin indirecta se han empleado algunas
variantes que se distinguen por los mtodos de medida y envo: a)
Inyeccin contnua, constante: Una bomba dosificadora enva a presin
la gasolina a cada uno de los inyectores, colocados inmediatamente
antes de la vlvula de admisin. Este es el difundido sistema
Rochester. b) Suministro sincronizado: En lugar de una inyeccin
continua de gasolina, el suministro se hace de forma sincronizada,
inmediatamente antes de la vlvula de admisin aprovechando para ello
el tiempo en que esta se encuentra abierta, o sea, los envos
dosificados son intermitentes y sincronizados. c) La alimentacin de
la bomba llega a un colector y de este a los inyectores colocados
antes de las vlvulas de admisin, donde se regula el instante y la
cuanta de la inyeccin. d) Suministro no sincronizado: La bomba enva
el combustible a presin de forma intermitente en un pequeo
chorrito, que se pulveriza ante las vlvulas de admisin, pero
independientemente del estado de abierto o cerrado de las vlvulas
de admisin Este fue un sorprendente descubrimiento realizado por la
Mercedes-Benz, que demostr que para el rendimiento es indiferente
el instante en que se efecta la inyeccin y por tanto no hace falta
un cuerpo de la bomba para cada inyector, siendo entonces la bomba
de construccin ms sencilla e) En vehculos de poca cilindrada y
potencia, se emplea una bomba que enva la gasolina a presin hacia
un nico inyector central. (Fig. 1.3) el cual prepara la dosificacin
para todos los cilindros. Este inyector se localiza en la regin
central del mltiple de admisin guardado entonces en este aspecto
cierta similitud con los sistemas de carburacin tradicionales. Este
es el sistema conocido como Mono- Jetronic en el cual la unidad
electrnica de control, gobierna la presin y la cuanta del
combustible que se inyecta al colector de admisin.
Fig. 1.3 Inyeccin simple.
1.2.2 Influencia de los parmetros de diseo en los productos de
la combustin La emisin de contaminantes por parte de los motores se
ve influenciada en mayor o menor medida por los detalles de diseo.
Por ello se debe llegar a una relacin de compromiso entre los
diferentes factores que influyen a la hora del diseo de los
motores, entre los cuales se pueden sealar: consumo de combustible,
produccin de potencia y torque, ruidos y golpeteos y emisin de
humos, que frecuentemente son contradictorios, estos parmetros de
salida a su vez quedan determinados por detalles constructivos.
Influencia de la relacin de compresin: La relacin de compresin de
un motor es el volumen de aire que hay en un cilindro con el pistn
en el PMS, dividido por el volumen de aire con el pistn en el PMI,
a presin y temperaturas normales.
=
Vc Vh
:relacin de compresin
Vh: volumen de trabajo
Vc: volumen de la cmara de compresin Nota: El volumen de aire
con el pistn con el punto muerto superior se llama volumen de la
cmara de compresin, ya que este es el volumen que permanece sobre
el pistn cuando el mismo est en el punto muerto superior. (Fig
1.4).
Fig. 1.4. Sistema reciprocante
Un aumento de la relacin de compresin ofrece varias ventajas.
Con un aumento de la relacin de compresin del motor aumenta tambin
su potencia y economa sin un aumento comparable del tamao o peso
del motor. En efecto, un motor con una relacin ms alta de
compresin, comprime la mezcla aire-combustible ms fuertemente,
cuando esto sucede, hay ms entrega de potencia en la carrera de
expansin, esto significa que cuando comienza la expansin, se
obtendrn presiones ms altas de la combustin: se registrar un
empuje ms intenso sobre el pistn y los gases, al quemarse, se
expandirn tambin a un volumen mucho mayor durante la carrera de
explosin. La relacin de compresin es decisiva para la eficiencia
trmica del motor sin embargo, hay que tener en cuenta dos factores,
la tendencia a detonar y las emisiones de contaminantes. Al
aumentar la relacin de compresin: el problema de la detonacin o
golpeteo en el motor se hace ms agudo, cualquier combustible en
particular, resistir cierta cantidad de compresin sin causar
detonacin, pero si es comprimido ms como resultado de una relacin
de compresin mayor, entonces producir golpeteos en el motor por
concepto de una autoinflamacin; este golpeteo le roba potencia al
motor, y si es muy severo puede causar la rotura de las distintas
partes del mismo. A medida que las relaciones de comprensin de los
motores han sido aumentadas, se ha tenido que suministrar nuevos
tipos de combustibles de un alto valor antidetonante (o alto
octanaje). La tendencia a detonar condiciona la necesidad de
aumentar el octanaje requerido por los motores, sin embargo el
diseo apropiado de la cmara de combustin puede inhibir esta
tendencia a la detonacin. En motores de baja compresin las
presiones y las temperaturas
detonantes no se logran, pues las presiones y temperaturas son
ms bajas al principio de la compresin. Los cada vez mayores niveles
de temperatura en la cmara de combustin, causan incrementos en las
emisiones de NOx, ya que la temperatura alta en la cmara de
combustin, mueve el equilibrio de reaccin ms en la direccin de la
concentracin de NOx y en particular debido al hecho de que la
velocidad de reaccin de la formacin de NOx es aumentada. Influencia
de la forma de la cmara de combustin. La forma de la cmara de
combustin asegura el proceso de combustin y la transferencia de
calor a las paredes. Esta tiene gran influencia en la emisin de
hidrocarburos, no quemados, que origina por las fisuras y las capas
prximas a las paredes del cilindro. Las cmaras de combustin con
formas complicadas y grandes reas superficiales causan altas
emisiones de hidrocarburos no quemados; por esta razn las cmaras de
combustin compactas, con pequeas reas superficiales son ms
favorables, con su intensa carga de turbulencia ellas reducen los
requerimientos del nmero de octanaje a travs de una rpida
combustin. Esto trae con o resultado pequeas emisiones de gases
nocivos de escape, junto con buena eficiencia. Un movimiento en
turbulencia en la buja es importante para asegurar un encendido
confiable de la mezcla de aire combustible, sin embargo una gran
intensificacin de la turbulencia de la carga implica prdidas
trmicas e hidrodinmicas adicionales, o sea, la accin de la
turbulencia sobre el ciclo es compleja. La posicin de la buja en la
cmara de combustin es de la misma manera importante para las
emisiones de contaminantes, as como para el consumo del
combustible, cuando la buja est en el centro del cilindro facilita
un corto trayecto de la llama, el resultado es una rpida y
relativamente completa combustin y de ah menores emisiones de
hidrocarburos.( Fig 1.5). El encendido con dos bujas en la cmara de
combustin (llamada encendido doble), permite un menor espacio de
recorrido de la llama y como resultado, un efecto positivo en las
emisiones de contaminantes y el consumo de combustible. Con la
cmara de combustin compacta con la buja central o con el doble
encendido, se reduce el requerimiento de octano del motor. Esta
ventaja puede ser aprovechada incrementando la relacin de compresin
y como resultado la eficiencia del motor. Cuatro vlvulas del motor
con dos entradas y dos vlvulas de escape con la posicin de la buja
central por cilindro, son particularmente favorables en este
aspecto tambin (fig. 1.5).
Fig. 1.5. Influencia de la posicin de las bujas en los motores
con dos o cuatro vlvulas y en funcin del coeficiente de exceso de
aire en el consumo de combustible y las emisiones de HC. Influencia
del tiempo de apertura de las vlvulas. El ciclo de carga, es decir,
el intercambio de gases en el cilindro y con ello la recarga con
mezcla fresca ocurre a travs de la apertura y cierre alternos de
las vlvulas de admisin y de escape. El tiempo de apertura de las
vlvulas el cual define la apertura y cierre de estas vlvulas y la
curva del alzamiento de la vlvula, es determinada por el perfil de
la leva del rbol de distribucin. El perodo de abertura simultnea de
ambas vlvulas se denomina solape de las vlvulas. Dependiendo de las
diferencias de presin, la mezcla fresca puede ser expulsada o los
gases de escape pudieran retornar al mltiple de admisin, ejerciendo
una influencia significativa a los niveles de eficiencia y en las
emisiones de hidrocarburos, no quemados. (Fig 1.6 ). Es posible
optimizar el tiempo de apertura de las vlvulas para una sola
velocidad del motor por ejemplo, a mayores velocidades del motor,
un perodo de apertura mayor trae un aumento en la potencia. Por
otro lado a menores velocidades del motor mayor solape de las
vlvulas causa un aumento en las emisiones de hidrocarburos, no
quemados y un inestable funcionamiento del motor debido a un mayor
contenido de gases residuales. Lo ideal sera contar con un motor
que el tiempo de apertura de las vlvulas estuviera en funcin de la
velocidad del motor.
Fig. 1.6 Diagrama del tiempo de apertura de las vlvulas y Efecto
Boost
Para lograr esto, los ejes de levas en los motores modernos se
equipan con levas de geometra variable, de forma tal que segn el
movimiento o giro del rbol de levas, se vare tambin el traslapo de
vlvulas en funcin de la frecuencia de rotacin del motor; as, a una
velocidad baja
habr menor traslapo en las vlvulas, resultando bajas emisiones
de hidrocarburos no quemados. Fig. 1.7
Fig. 1.7 Arbol de levas con geometra variable.
Influencia del (mltiple de admisin). Los ciclos de carga son
influenciados no solo por el tiempo de apertura de las vlvulas sino
tambin por la estanqueidad de los conductos de admisin y de escape.
Peridicas fluctuaciones de presin se generan en el conducto de
admisin por el cilindro del pistn. Estas ondas de presin corren a
travs del conducto de admisin y son reflejadas al final del
conducto, si el conducto de admisin se disea para armonizar con el
tiempo de abertura de las vlvulas, a tiempo que la onda de presin
alcance la entrada de la vlvula un poco antes de que esta cierre,
se incrementa el efecto de llenado al forzarce una mayor cantidad
en la entrada del aire fresco en el cilindro. Una situacin similar
se aplica en el conducto de escape. Si los conductos de admisin y
escape son diseados de forma tal que haya una diferencia en la
presin positiva, durante el traslapo de las vlvulas se obtiene un
buen ciclo de carga, con el consiguiente efecto positivo en las
emisiones de contaminantes y de consumo de combustible. (fig
1.8).
Fig. 1.8. Efecto de la resonancia en el aumento del llenado del
cilindro Estratificacin de la carga. La gran mayora de los motores
de encendido por chispa se disean para el trabajo con una mezcla
homognea de aire combustible. Sin embargo el proceso de combustin
por las ventajas que representara, se pueden manipular a travs de
una cuidadosa estratificacin de la carga. Los motores que trabajan
con estratificacin de la carga, garantizan que en la vecindad de la
buja de encendido, se concentre una mezcla combustible ms rica que
en el resto de la cmara del cilindro, de forma tal que la combustin
tenga lugar en medio de una mezcla rica. Existen tres mtodos para
lograr la estratificacin de la carga. 1. El mtodo ms efectivo es el
de dividir la cmara de combustin con una pequea precmara en el cual
se localiza la buja, alimentando esta con un sistema secundario de
induccin de combustible. 2. Inyeccin directa de gasolina a la cmara
de combustin. Hay que sealar en este sentido adems como aspecto en
contra de esta solucin, que los motores de inyeccin directa
presentan baja eficiencia y altos costos. 3. A travs del
arremolinamiento y organizacin del movimiento de la carga al entrar
en la cmara del cilindro. Este mtodo es difcil de controlar por
cuanto tiene relacin con los estados de operacin del motor. Todo
esto permite disminuir a niveles ms bajos las emisiones de NOx,
pero sin embargo con estratificacin de la carga y cmara de
combustin dividida, producto a la mayor superficie de la cmara,
presentan significativamente mayor emisin de hidrocarburos no
quemados que los motores con cmara nica.
1.3 Condiciones de operacin. 1.3.1 Estados de operacin de los
motores. Frecuencia de rotacin del motor: En los motores rpidos se
provocan grandes prdidas por friccin y un alto consumo de potencia
en el accionamiento de sistemas mecnicos auxiliares, as para una
misma cantidad de energa que porta el combustible se obtiene, una
ms baja entrega de potencia disminuyendo entonces la eficiencia del
motor. Para obtener una determinada potencia de salida en un motor
rpido, se necesita un mayor consumo de combustible que si en un
motor de ms baja velocidad se lograra esta potencia. Un mayor
consumo de combustible provoca tambin una mayor emisin de gases
nocivos. Cargas del motor: Un cambio en el estado de carga del
motor, tiene diferentes efectos en los componentes individuales de
los gases de escape. Con el aumento de la carga. aumenta el nivel
de temperatura en la cmara de combustin. Los valores altos de
temperaturas mejoran las posteriores reacciones que ocurren durante
la expansin y la fase de escape. Es precisamente este aumento de la
temperatura quien hace que la combustin se haga ms eficiente
disminuyendo las emisiones de CO, pero un efecto contrario se
aprecia en las emisiones de NOx las cuales se ven favorecidas con
el aumento de la temperatura de combustin. Velocidad: Un aumento en
la velocidad del vehculo resulta un aumento del consumo de
combustible debido al aumento de requerimientos de fuerza. Con
respecto a los hidrocarburos y monxido de carbono, los efectos
anteriormente mencionados compensan los efectos de altas emisiones
a travs de gran consumo; as las emisiones de estos contaminantes
son bsicamente independientes de la velocidad del vehculo. Sin
embargo para las emisiones de NOx se incrementan con la velocidad
del vehculo. 1.3.2 Mezcla aire-combustible. Relacin
aire-combustible: Las emisiones contaminantes del motor son muy
dependientes de la relacin aire combustible. Las que por otra parte
pueden ser decisivamente influenciados por la operacin del motor.
(fig 1.9)
Fig. 1.9 Influencia del coeficiente de exceso de aire y del
ngulo de avance al encendido en el consumo de combustible,
emisiones de CO, HC y NOx.
Emisiones de CO: En el rango rico (con deficiencia de aire) las
emisiones de CO muestran al menos una dependencia lineal con la
relacin aire combustible. En el rango pobre (con exceso de aire)
las emisiones de CO son muy bajas y casi independientes en la
relacin aire combustible. En el rango alrededor del punto
estequiomtrico con su factor de exceso de aire =1, las emisiones de
CO se producen por la distribucin desigual del combustible en los
diferentes cilindros; si a algunos cilindros se les suministra
mezcla rica y a otros pobre, como resultado habr una alta emisin de
CO, que si todos los cilindros fueran manipulados con el mismo
factor de exceso de aire . Esto es slo posible lograrlo con la
inyeccin electrnicamente controlada del combustible. Emisiones HC:
Al igual que las emisiones de CO, las emisiones HC Tienen altas
concentraciones para mezcla rica, en el rango pobre las emisiones
de HC se levantan nuevamente. El mnimo de emisiones HC toman lugar
alrededor de =1.1-1.2. El aumento de las emisiones de HC en el
rango pobre ( >1.2), es causado por las bajas temperaturas de la
cmara de combustin; al trabajar con una mezcla pobre tiende a
retardarse e incluso fallar el encendido de la mezcla, causando un
drstico aumento de las emisiones de HC .
Emisiones NO: La dependencia del comportamiento de las emisiones
de NOx en funcin del factor de exceso de aire es a la inversa de
cmo ocurre en el caso de CO y HC. En el rango rico, al aumentar y
producirse una mayor concentracin de combustible en la mezcla, se
favorece la formacin de NOx, pero en el rango pobre en la medida
que aumenta se produce una cada en las emisiones de NOx, al hacerse
menos densa la mezcla y trabajarse a menores temperaturas en la
cmara de combustin. Las mximas emisiones de NOx se localizan en el
rango alrededor de = 1.05- 1.1. 1.3.3 Suministro de combustible.
Una mezcla homognea se requiere para prever las mejores
caractersticas de combustin en el motor de encendido por chispa.
Esto requiere de una buena atomizacin del combustible. Un
deficiente preparado de la mezcla aire combustible provoca altas
emisiones de hidrocarburos no quemados. El sistema de inyeccin de
combustible garantiza para todo rango de operacin del motor una
mezcla homognea, al suministrarse el combustible en forma atomizada
inmediatamente antes de la vlvula de admisin, quedando el conducto
de admisin slo para el suministro de aire purificado. 1.3.4
Inflamacin de la mezcla. La inflamacin de la mezcla aire
combustible ocurre a partir del momento en que salta la chispa
entre los electrodos de la buja hasta que se desarrolla un frente
de llama estable, lo cual a su vez tiene una influencia decisiva en
el proceso de combustin. Para lograr una adecuada inflamacin hay
que garantizar el momento preciso del salto de la chispa y su
duracin, as como la adecuada energa de inflamacin (3 MJ para
mezclas turbulentas ricas o pobres). Con valores altos de la energa
de inflamacin se obtendr un encendido estable con un efecto
positivo en el proceso de combustin. Para garantizar un adecuado
encendido las bujas tiene que reunir ciertos requerimientos tales
como: Grandes entrehierros de los electrodos para activar un gran
volumen. La chispa ha de producirse en una zona abierta de forma
tal que la mezcla aire combustible alcance el canal de la chispa de
forma fcil.
Empleo de electrodos finos y adecuada posicin de la proyeccin de
la chispa para minimizar la disipacin del calor a travs de los
electrodos y paredes del cilindro.
Conjuntamente con la relacin aire combustible, el momento de la
ignicin (estrechamente relacionado con el ngulo de avance al
encendido) tiene la mayor incidencia en la emisin de contaminantes
(fig 1.9). Tal como se observa en la figura con el aumento del
ngulo de avance al encendido se produce tambin un aumento de las
emisiones de hidrocarburos no quemados, porque las reacciones
posteriores en la fase de expansin y escape ocurren a bajas
temperaturas. La grfica tambin refleja que con el incremento del
ngulo de avance al encendido producto al aumento de la temperatura
en la cmara de combustin, se producen aumentos en las emisiones de
NOx en todo el rango del factor de exceso de aire; por su parte las
emisiones de CO son casi independientes del ngulo de avance al
encendido y dependen casi exclusivamente de la relacin
aire-combustible, es decir, del coeficiente de exceso de aire. En
cuanto al consumo de combustible, la accin que ejerce un adelanto
del ngulo de avance al encendido es lo contrario de lo que ocurre
con las emisiones de gases nocivos. Con el incremento del
coeficiente de exceso de aire se crean condiciones para realizar
una combustin ptima y el encendido tiene lugar ms
tempranamente.
CAPITULO II. FORMACIN DE LA MEZCLA.2.1 Factores que intervienen
en la formacin de la mezcla. Los sistemas de suministro de aire y
combustible deben garantizar la descomposicin del
combustible lquido en un vapor de finas partculas y luego una
mezcla eficiente con el aire. En este proceso de mezclado estn
involucrados siete factores: 1. Evaporacin. 2. Atomizacin. 3.
Vaporizacin 4. Arremolinamiento de la carga. 5. Condensacin 6.
Absorcin 7. Distribucin del combustible por cilindros. Evaporacin.
Es una propiedad intrnseca del combustible condicionado por su
composicin qumica. El combustible liquido es capaz de evaporarse de
forma natural pero durante el trabajo del motor no existe
suficiente tiempo para que este proceso se lleve a cabo, por lo que
la propiedad de ser voltil no garantizar por si sola un mezclado
homogneo. Tngase en cuenta que por ejemplo, con el motor trabajando
a 3000 r.p.m. cada cilindro recibe la carga fresca 25 veces cada
segundo; por tanto otros factores se requieren para garantizar la
mezcla aire-combustible. Atomizacin. Se garantiza a travs de los
inyectores los cuales presentan una tobera que al fluir a travs de
ella el combustible a una alta presin, se reduce el lquido a una
fina mezcla que hace que le combustible se vaporice rpidamente.(Ver
fig 1.2). Vaporizacin. El proceso de la vaporizacin ocurre al
suministrarle calor a un lquido hasta que este sea capaz de sufrir
un cambio a la fase de vapor. Es el proceso de cambio de las
partculas de combustible previamente atomizadas al estado gaseoso,
con ayuda del calentamiento que recibe la carga primeramente del
calor irradiado por el mltiple de admisin y luego por las paredes
del cilindro. El mltiple de admisin puede ser calentado ya sea con
ayuda del propio sistema de
enfriamiento del motor, pero frecuentemente se le garantiza al
aire una temperatura mnima al pasar este por un calentador que
circula al mltiple de escape. (Fig 2.1).
Fig. 2.1 Fenmeno de la vaporizacin
Arremolinamiento. El aire de entrada al cilindro se arremolina
para realizar la vaporizacin. Los conductos de entrada garantizan
un arremolinamiento de la carga para potenciar la vaporizacin en la
cabeza del cilindro, la vlvula de admisin y la forma de la cmara de
combustin, determinan como se arremolinar el aire durante las
carreras de admisin y compresin (Fig.2.2). Condensacin. La
condensacin es un proceso indeseable que ocurre durante el arranque
del m otor en fro, a bajas r.p.m. y el trabajo a muy bajas
temperaturas del ambiente, se manifiesta como una separacin del
combustible vaporizado del aire entrante. En este proceso las finas
partculas de combustible quedan adheridas a las paredes del mltiple
de admisin; este fenmeno provoca un empobrecimiento de la mezcla de
trabajo y como el combustible no se mezcla lo suficientemente con
el aire, llegara incluso a provocar que este no se queme. Con el
posterior trabajo al calentarse o al aumentar la velocidad del
motor la mezcla se torna momentneamente rica. (fig 2.3).
Fig.2.2 Arremolinamiento de la carga de trabajo
Fig.2.3 Fenmeno de la condensacin
Absorcin. Este es otro factor que contribuye al empobrecimiento
de la mezcla aire-combustible. Se manifiesta cuando algunas de las
partculas de combustible se absorben por las incrustaciones de
carbn que se crean en las vlvulas de admisin, por tanto una parte
del combustible inicialmente presente en el aire no estar
disponible para la fase de combustin. Por otro lado similar como
ocurre en la condensacin, al caldearse o aumentar la velocidad del
motor, se crea un enriquecimiento momentneo de la mezcla de
trabajo. (Fig. 2.4)
Fig.2.4 Fenmeno de la absorcin
Distribucin del aire. El flujo del aire puede variar ligeramente
entre los cilindros del motor por diferentes razones, por ejemplo:
la distancia que el aire debe recorrer antes de entrar al cilindro
as como la forma de los conductos de admisin, harn que el flujo de
aire sea diferente para cada cilindro y por otro lado al ser
diferente la longitud de los recorridos habrn partes del aire que
durante ms tiempo estarn expuestas al calentamiento, provocado que
disminuya ms la densidad de la masa que tiene que recorrer mayor
distancia antes de penetrar en el cilindro. (fig 2.5).
Recorrido largo
Recorrido corto
Recorrido largo
Fig.2.5 Diferentes longitudes de los recorridos que debe
realizar le aire antes de penetrar en los cilindros del motor.
2.1.1 Parmetros. Mezcla aire - combustible. El motor de encendido
por chispa requiere una relacin especfica de aire - combustible
para poder funcionar. La mezcla terica ideal para la combustin
completa es 14.7:1 (relacin estequiomtrica). Esto significa que
sern necesarios 12,7 kg para producir la combustin de 1 kg de
combustible. Sin embargo, la composicin de la mezcla debe ser
corregida constantemente a fin de satisfacer las demandas para
condiciones particulares de operacin del motor. El consumo
especfico de combustible, del motor de encendido por chispa es
funcin de la relacin aire-combustible. Tericamente un exceso de
aire permitira un consumo especfico mnimo de combustible por cuanto
se realizara una combustin completa. En la prctica, sin embargo,
esta relacin aire - combustible estar restringida en un determinado
rango por factores como la inflamabilidad de la mezcla y el tiempo
necesario para realizar la combustin.
En los motores actuales el consumo mnimo de combustible se
encuentra en la relacin aire combustible aproximadamente de 15 - 18
Kg de aire por cada Kg de combustible. En otras palabras cerca de
10000 litros de aire se requieren para la combustin de un litro de
combustible (fig. 2.6).
Fig. 2.6 Relacin estequiomtrica aire combustible.
Los motores de los automviles se disean de modo tal que el mnimo
consumo de combustible se alcance cuando la mariposa de los gases
no esta abierta a plenos gases. Una mezcla rica (mayor proporcin de
combustible) se requiere sin embargo, para el funcionamiento a
plenos gases o la marcha en vaco, de modo que el sistema de
formacin de la mezcla debe ser capaz de satisfacer una gran
variedad de requerimientos de operacin. Coeficiente de exceso de
aire ( ). El coeficiente de exceso de aire ha sido escogido para
indicar hasta donde la mezcla de aire combustible se aparta de la
mezcla ptima ideal (14.7:1). = Masa de aire aspirado / el aire
necesario para la combustin completa. = 1: La aspiracin de la masa
de aire correspondiente con los requerimientos tericos.
< 1: Deficiencia de aire mezcla rica. Se incrementa el
rendimiento para = 0.85-0.95. > 1: Exceso de aire (mezcla pobre)
en el rango de = 1.05 - 1.3. el coeficiente de exceso de aire en
este rango proporciona un menor consumo de combustible acompaado
por un menor rendimiento del motor. > 1.3: Mezcla no
combustionable. Para este caso la prdida de ignicin vendra
acompaada de una gran emisin de humo. El motor de encendido por
chispa alcanza su mxima potencia con un nivel de deficiencia de
aire de 5-15% ( = 0.95- 0.85 ), mientras que el consumo ptimo de
combustible se alcanza con un exceso de aire de 10- 20% (= 1.1-
1.2) Las figuras Fig 2.7 y Fig 2.8 ilustran el efecto del
coeficiente de exceso de aire en la entrega de potencias, consumo
especfico de combustible y emisiones de los gases de escape. Se
notar que un exceso de aire no puede generar simultneamente
respuestas ptimas en todos los parmetros de salida anteriormente
mencionados.
Fig. 2.7 Efecto del factor de exceso de aire en la generacin de
potencia y el consumo especfico de combustible.
Fig. 2.8 Influencia del factor de exceso de aire en la emisin de
gases Contaminantes.
Cuando los valores de exceso de aire se encuentran entre (0.9 -
1.1) propician los mejores resultados del funcionamiento del motor.
Para garantizar un proceso de combustin satisfactorio es preciso
medir el combustible y garantizar una formacin homognea de la
mezcla. El combustible que se suministra a los cilindros se debe
atomizar, si esta condicin no se satisface se formarn a lo largo
del conducto de admisin grandes gotas de combustible provocando a
su vez un aumento en la emisin de HC. 2.1.2 Acomodamiento a la
operacin especfica.
Ciertos estados operacionales causan que los requerimientos del
combustible se desven considerablemente del requerido por un motor
estacionario a una temperatura de trabajo normal; por tanto la
mezcla debe ser correspondientemente corregida.
Arranque en fro Durante los arranques en fro la cantidad
relativa de combustible en la mezcla disminuye; la mezcla se
empobrece. El mezclado inadecuado de combustible y aire en el
conducto de admisin la baja vaporizacin y condensacin en las
paredes de este conducto, producto a las bajas temperaturas,
contribuye a este fenmeno. Para compensar esta deficiencia durante
el arranque en fro, se debe suministrar una cantidad adicional de
combustible Fase post arranque. Despus del arranque a baja
temperatura ambiente el combustible debe ser suministrado para
enriquecer la mezcla hasta que la cmara de combustin se caliente y
dentro del cilindro mejoren las condiciones de formacin de la
mezcla. Fase de calentamiento La fase de arranque y post arranque
son seguidas por la fase de calentamiento del motor. En esta fase
el motor requiere todava una mezcla ms rica, como las paredes del
cilindro estn todava fras y una parte del combustible continua
condensndose en ellos. Operacin con la mariposa parcialmente
abierta La operacin con la mariposa parcialmente abierta se asigna
para ajustar la mezcla, a un consumo mnimo de combustible. Los
convertidores catalticos de tres fases deben garantizar el control
del sistema para =1. Operacin con la vlvula abierta a plenos gases.
Cuando la mariposa de los gases se abre completamente, el motor
entrega su mximo toque y potencia, tal como se indica en la Fig 2.7
este enriquecimiento se alcanza dentro del rango = 0.85....0.90 .
Aceleracin Cuando la mariposa de los gases se abre de repente la
mezcla de aire- combustible se enrarece brevemente. Para
proporcionar una buena respuesta a esta transicin, la mezcla se
enriquecer con una cantidad que vara segn la temperatura del motor.
Este enriquecimiento proporciona buena respuesta a la
aceleracin.
Ajuste para trabajos a grandes alturas. A grandes alturas se
reduce la densidad. Por tanto disminuir la masa de aire aspirada
por unidad de volumen. El sistema debe ser capaz de proporcionar
una cantidad de combustible adecuada para evitar altos consumos del
mismo y grandes emisiones de humo. 2.1.3 Sistema de formacin de la
mezcla.
La funcin del carburador o sistema de inyeccin de combustible es
suministrar al motor la mezcla airecombustible ptima para
condiciones de instantnea operacin. En la actualidad la inyeccin de
combustible ha resultado ser el mtodo preferido por las ventajas
que proporciona el inyectado de combustible en aspectos del motor
como la economa, funcionamiento, habilidad o capacidad de
aceleracin, bajo escape de emisiones, etc. La inyeccin de
combustible puede ser aplicada para mediciones extremadamente
precisas, suministrando exactamente la correcta cantidad de
combustible, para cada condicin especfica de operacin del motor.
Inyeccin mltiple. El sistema de inyeccin usa inyectores
independientes para inyectar la gasolina directamente a travs de la
vlvula de admisin de cada cilindro 2.9, ejemplos de este tipo de
diseo son el KE y L- Jetronic.
Fig. 2.9. Inyeccin mltiple.
Sistema de inyeccin mecnica. Es un sistema casi en desuso, que
realiza la inyeccin de combustible en un proceso continuo; este se
conoce como sistema K-Jetronic, y ha servido de base para las
siguientes modificaciones realizadas a los sistemas de inyeccin de
combustible, hasta llegar a los modernos sistemas de la actualidad.
Combinacin del sistema mecnico y electrnico de inyeccin. KE-
Jetronic, incorpora la electrnica a sistema K- Jetronic y equipado
adems de un sensor Lambda de oxgeno, a fin de realizar una medicin
mucho ms precisa del suministro de combustible Sistema de inyeccin
electrnico. La inyeccin es controlada electrnicamente. El sistema
usa inyectores electromagnticos para inyectar el combustible de
forma intermitente Inyeccin simple. La inyeccin simple se basa en
un nico inyector controlado de forma electrnica y que se localiza
directamente sobre la vlvula de mariposa. Este inyector suministra
el combustible en forma de spray, de forma intermitente en el
mltiple de admisin. El sistema de inyeccin simple se comercializa
bajo la marca Mono- Jetronic. (ver fig 1.3). 2.2 Suministro de
Aire.
2.2.1 Filtros de Aire. El filtro de aire es un importante
aditamento del sistema de suministro de aire, ya que impide el paso
de polvo hacia los cilindros del motor. En carreteras pavimentadas,
el contenido de polvo en el aire es cerca de 1mg/m3, sin embargo en
caminos sin pavimentar y en reas en construccin puede llegar hasta
40 mg/m3. Esto significa que en dependencia de los caminos y
condiciones de operacin un motor mediano puede aspirar hasta 50g de
polvo por cada 1000 Km Los filtros pueden ser de tres tipos: Filtro
Hmedo: Consiste en hacer pasar aire, a travs de una esponja metlica
(generalmente virutas de cobre contenidas en una malla), que
previamente se ha sumergido y escurrido de aceite,
existe una cmara que acta como silenciador y el aire sigue al
carburador. Con el paso a travs de la esponja el aire se desprende
de un 50 a 60 por 100 de polvo, la misma puede ser poliuretano.
Este filtrado no es bueno y se considera anticuado. El filtro debe
lavarse en petrleo y volverlo a baar en aceite limpio cada 5000 a
10 000 Km segn el ambiente ms o menos polvoriento donde trabaje el
vehculo. Filtro con bao de aceite: El aire entra por una abertura y
baja y al pasar por el estrechamiento en forma de vnturi aumenta su
velocidad, con lo que las partculas slidas ms pesadas son
proyectadas sobre el aceite de la bandeja. El aire al pasar remueve
y recoge gotas de este aceite y al subir atraviesa la masa de
esponja de virutas metlicas, en la que queda el aceite y el
polvillo ms fino, ayudados, porque al ensancharse el paso disminuye
la velocidad y el polvo es fcilmente retenido. El aire limpio sigue
al tubo central que lo lleva al carburador. Este tipo de filtro
debe desmontarse cada 8000 10000 km para lavar con petrleo o
gasolina la esponja y la bandeja y reponer a esta aceite limpio.
Esta esponja no hace falta aceitarla porque ya lo hace el aire que
entra cargado con gotas de aceite. El rendimiento oscila entre el
85 y el 90 por 100 de polvo. Filtro de papel o filtro seco: Es el
ms moderno sencillo y eficaz, limpia el aire hasta un 98 por 100,
por estas razones es el ms usado, el aire que entra, pasa a travs
del acorden de papel poroso al aire (filtro de celulosa), los
nmeros pliegues en zigzag permiten dar una amplia superficie de
filtrado. El aire deja sus impurezas en la superficie externa del
acorden cada 5000 a 8000 km, segn el ambiente de trabajo, se quita
la tapa para extraer el plisado de papel y se limpia, para esto se
deja caer de plano, desde unos 5 cm sobre una superficie plana, o
se soplan suavemente con aire comprimido. Todos los filtros a la
vez que depuran el aire, silencian su entrada. 2.2.2
Sobrealimentacin. El rendimiento de trabajo del motor es
directamente proporcional a la masa de aire que puede comprimir. La
masa de aire en cambio es una funcin de su densidad. Por tanto es
posible aumentar la potencia comprimiendo la masa de aire que ha de
penetrar en el cilindro. Al aumentar la densidad de la masa,
aumenta tambin la cantidad de aire que penetra en el cilindro en
comparacin con los motores normalmente aspirados. En la actualidad
se emplean diversas formas para lograr la sobrealimentacin:
Enfriadores: El enfriamiento de la masa de aire reduce la carga
trmica del motor, y proporciona reducciones simultneas en la
temperatura de trabajo, emisiones NOx, consumo de combustible,
tambin aumenta la resistencia a la detonacin en motores de
encendidos por chispas. El enfriador puede emplear bien sea el aire
atmosfrico o el lquido de enfriamiento del motor, para extraer el
calor de la carga fresca, no obstante el enfriamiento aire- aire es
el ms empleado en vehculos de cargas y comerciales.
Sobrealimentacin dinmica: En la sobrealimentacin dinmica se
utiliza bsicamente la propia respuesta dinmica, que puede
proporcionar el propio conducto de entrada de la carga, de forma
tal que se logre un efecto de empuje adicional de la carga. Este
efecto se garantiza con el diseo del mltiple de admisin. Este tipo
de sobrealimentacin emplea el fenmeno de la resonancia para
favorecer el llenado de los cilindros, una de las formas sera por
tanto manipular la longitud de la entrada del aire fresco, de forma
tal que para un determinado rango de velocidades se produzca el
efecto deseado.
Sobrealimentacin mecnica: Es una especie de compresor accionado
por el motor con una relacin de compresin fija. Empleo de
turbocompresores: Se basa en hacer emplear la energa de los gases
quemados salientes para hacer accionar un impelente unido
mecnicamente por el otro extremo a un plato con alabes que acta
como una bomba que inyecta aire o presin en el interior de los
cilindros. (Fig. 2.11)
Fig. 2.10 Sobrealimentacin por turbocompresor
2.3. Suministro de combustible 2.3.1 Sistema de suministro de
combustible. El sistema de suministro de combustible al motor
comprende fundamentalmente los siguientes componentes. Tanque de
combustible Conducto de combustible Bomba elctrica Filtro de
combustible Inyector de combustible Lnea maestra de suministro de
combustible. (Distribuidor). Regulador de presin.
La tarea de todos estos componentes es proveer al motor con
suficiente combustible, no importa cual sean las condiciones de
operacin del motor.
Una bomba elctrica bombea el combustible desde el tanque
inyectores. Estos,
a travs del filtro hacia los
electromagnticamente controlados inyectan una cantidad precisa
de
combustible hacia el mltiple de admisin del motor. El
combustible sobrante retorna al tanque por va de un regulador de
presin de combustible, el cual asegura una presin constante en el
sistema (fig. 2.11).
Fig. 2.11. Sistema de suministro de combustible Multipoint Fuel
Injection, con bomba en el tanque y fuera de l.
En el sistema de inyeccin simple el inyector de combustible es
situado directamente sobre la vlvula de obturacin o estrangulacin.
El caso del sistema de inyeccin mltiple el combustible es
suministrado a cada inyector a travs del distribuidor de
combustible; cada cilindro tiene asegurado su propio inyector, que
esta situado en el mltiple de admisin, directamente delante de la
vlvula de admisin correspondiente. 2.3.2 Tanque de combustible. El
tanque de combustible debe ser resistente a la corrosin y no
filtrarse an cuando sea sometido a una presin definida como
doblemente la normal, pero por lo menos 0,3 bar. Los tanques deben
ser provistos de una tapa de llenado con vlvula de seguridad que
acten bajo presin o sobre presin. El combustible no debe escapar, a
travs de la tapa, ni a travs de dispositivos
reguladores de presin, esto tambin se aplica en los casos de
baches en la carretera en las curvas, ni cuando en vehculo esta
inclinado. El tanque debe de encontrarse lejos del motor, de forma
tal que el combustible no se inflame, ni aun en caso de accidentes,
adems regulaciones ms estrictas se aplican en caso de vehculos con
cabinas abiertas tractores, mnibus. 2.3.3 Conducto de combustible.
Estos conductos deben estar instalados de forma tal que no sea
adversamente afectado por torsiones, movimientos del motor o en
fenmenos similares, pueden ser hechos de tubos de metal flexible, o
mangueras sintticas resistentes a las llamas o a la propia accin
del combustible. Deben ser protegidas contra daos mecnicos. Todos
los componentes del sistema de conduccin de combustible, deben de
ser protegidos contra el calor, el cual podra impedir la correcta
operacin. Deben ser situados de forma tal que las posibilidades de
goteo o de evaporacin del combustible que se acumula en lugares
calientes o que se enciende elctricamente, sean descartados. Los
conductos de combustibles en los mnibus no deben pasar a travs de
los pasajeros o del compartimento del chofer y los sistemas de
alimentacin por gravedad estn prohibidos. 2.3.4 Bomba de
combustible elctrica. El uso de bombas elctricas en carros para
pasajeros, requieren estrictas exigencias sobre las bombas con
respecto a su funcin, ruido, talla, y vida til. Existe una gran
variedad de bomba de diferentes tamaos disponibles, de forma tal
que puedan ser satisfechas las demandas para un gran numero de
sistemas de inyeccin en los motores.
La bomba de combustibles elctrica puede estar situadas en lnea o
dentro del mismo tanque. (Fig 2.11) La bomba en lnea est situada
fuera del tanque de combustible en el conducto entre el tanque y el
filtro; y est sujeto al chasis del vehculo. Como el nombre indica
la bomba en el tanque est localizada dentro del tanque mismo en un
sostenedor especial, la cual usualmente tiene una cesta de
aspiracin con indicador de la cantidad de combustible. 2.3.5 Filtro
de combustible Ya que opera con un nivel extremadamente alto de
precisin, el sistema de inyeccin del motor de encendido por chispa
necesita combustible eficientemente limpio, las partculas en el
combustible que causan desgaste, y el agua que conduce a la
corrosin y a la tupicin son eliminadas por filtros especiales o por
simples filtros situados en el circuito del combustible. Las
partculas slidas que conducen al desgaste son eliminadas por una
variedad de mtodos que incluyen el calor, difusin, impacto,
bloqueo. La filtracin o la retencin, la eficiencia de estos
procesos individuales dependen del tamao de las partculas o de la
velocidad del flujo, el grueso del filtro (y con este el tiempo de
estancia de las partculas en el material del filtro), esta
relacionado con estos factores. Cuando un liquido contaminado fluye
a travs del material del filtro las partculas contaminadas son
depositadas en la pared del filtro, acumulndose para formar una
capa en el filtro, la cual se torna ms gruesa a medida que, pasa el
tiempo. Esta capa tiene cualidades de retencin o de filtrado,
idnticas a la del material verdadero del filtro, es por eso en el
caso de los filtros de combustible la mxima eficiencia se obtiene
despus que esa capa se ha formado. El papel se ha establecido como
el mejor material de filtro en comparacin con el filtro y los
filtros de discos. Un papel de lana es continuidad de papel de
fibras e impregnadas con resina. Esta lana es integrada al circuito
de combustible de forma tal que dentro de lo posible el combustible
fluya a travs de la superficie del filtro a idntica velocidad. La
sustitucin del filtro de combustible regularmente asegura que el
sistema de inyeccin est protegido eficientemente contra la
contaminacin y el desgaste. 2.3.6 Distribuidor de combustible En el
caso de inyeccin mltiple el combustible fluye a travs del
distribuidor del combustible donde es distribuido de igual forma a
todos los inyectores. Adems de los inyectores el distribuidor de
combustible usualmente incorpora el regulador de presin y
posiblemente un atenuador de presin. Las dimensiones del
distribuidor de combustible son seleccionadas
cuidadosamente para inhibir las fluctuaciones de presin que
pueden ser causadas debido a resonancias que ocurren durante al
abertura o cierre de los inyectores, esto impide que el combustible
inyectado reaccione a los cambios de la carga y velocidad del
motor. En dependencia del tipo de vehculo en particular y sus
requerimientos especiales, el distribuidor puede ser de acero,
aluminio, plstico; tambin pueden incluir una vlvula de prueba que
puede ser usada para extraer presin durante el servicio realizar
verificaciones inexistentes. 2.3.7 Regulador de presin La cantidad
de combustible inyectada debe ser determinada, exclusivamente, por
la duracin de la inyeccin. De esta forma la diferencia de presin
del combustible en el distribuidor y la presin en el mltiple de
admisin debe de permanecer constante, por tanto de requiere de un
dispositivo para ajustar la presin del combustible. El regulador de
la presin de combustible regula la cantidad de combustible que
retorna al tanque de forma tal que una presin constante se mantenga
a travs de los inyectores. Con la inyeccin mltiple el regulador est
generalmente al final del distribuidor para evitar deteriorar el
flujo dentro del distribuidor, sin embargo tambin puede estar
montado en el conducto de retorno del combustible. En el caso de
inyeccin simple el regulador est integrado a la unidad central de
inyeccin. El regulador est diseado con un diafragma que regula la
presin del flujo. Un diagrama de fibra de goma divide el regulador
en dos secciones: Cmara de combustible y cmara de muelle. El muelle
presiona contra el soporte de la vlvula dentro del diafragma. Esta
fuerza provoca que una vlvula de platillo flexible empuje contra el
asiento de la vlvula, cuando la presin ejercida contra el diafragma
por el combustible, excede a la del resorte, la vlvula se abre y
permite que el combustible fluya directamente hacia el tanque,
hasta que el diafragma retorne a un estado de equilibrio, con una
igual presin ejercida en sus dos lados. En el caso de inyeccin
mltiple un conducto neumtico, es usado entre la cmara del resorte,
y el mltiple de admisin. En direccin hacia debajo de la vlvula de
estrangulacin, permitiendo que la cmara responda a los cambios en
el vaco del mltiple de admisin, as la presin en el diafragma
corresponde a los inyectores. Como resultado de la presin en los
inyectores permanece constante, siendo determinada por la fuerza
del resorte y la superficie del rea del diafragma. Con la inyeccin
simple, aberturas para equilibrio de presin aseguran que la misma
presin ambiental est presente en el regulador de presin de la cmara
del resorte, as como en la punta de inyeccin del inyector.
CAPITULO III: SISTEMAS ELECTRONICOS DE INYECCION.3.1. El sistema
de inyeccin K-Jectronic.
El KJectronic es un sistema que trabaja mecnicamente dosificando
el combustible de forma continua, en funcin del caudal de aire que
aspira el motor, con ayuda de la sonda lambda. El KJectonic se
divide en tres campos de funcionamiento: Medicin del caudal de
aire. Alimentacin del combustible. Preparacin de la mezcla.
Medicin del caudal de aire. El volumen de aire aspirado por el
motor se controla mediante la mariposa y se mide con el medidor de
caudal de aire. Alimentador de combustible. El combustible se
alimenta al distribuidor-dosificador por medio de la electrobomba,
a travs del acumulador de combustible y el filtro. Luego, este
distribuidor-dosificador lo dosifica a las vlvulas de inyeccin en
los tubos de admisin de cada cilindro. Preparacin de la mezcla. El
caudal de aire aspirado por el motor, segn la posicin que tenga la
mariposa, determina la posicin de combustible. Se mide con el
medidor de caudal de aire, que ejerce el control del
distribuidor-dosificador. El medidor del caudal de aire y el
distribuidor-dosificador son partes integrantes del regulador de
mezcla. La inyeccin de combustible se realiza de forma continua, es
decir sin que influya la posicin de la vlvula de admisin. La mezcla
es almacenada durante la fase de cierre. Regulador Lambda. La sonda
Lambda suministra a la unidad central una seal sobre la composicin
momentnea de la mezcla. La sonda Lambda. (Fig 3.1). Va montada en
el tubo de escape del motor en un punto en que reina la temperatura
necesaria para su actuacin en todo el margen de funcionamiento del
motor.
Fig. 3.1. Ubicacin de la sonda Lambda. Penetra la corriente de
los gases de escape y ha sido concebida de forma que el lado
externo del electrodo quede inmerso con el aire exterior. La sonda
(Fig 3.2) consta esencialmente de un cuerpo especial cermico (1)
cuyas superficies han sido dotadas de electrodos (2) de platino
permeables a los gases de escape (7). La efectividad de la sonda se
basa en que el material cermico es poroso, por lo que permite la
disfusin del oxgeno del aire (8)(electrlito slido). La cermica se
hace conductora a elevadas temperaturas. Si el contenido de oxgeno
a ambos lados de los electrodos difiere, entonces aparece una
tensin elctrica en los electrodos. Con una composicin
estequiomtrica de la mezcla aire/combustible de =1.00 se origina
una funcin de salto. Esta tensin representa la seal de medicin. En
esta figura se representa tambin los contactos (3), contactos con
la carcasa(4), tubo de escape(5), capa protectora de cermica porosa
(6). Un sistema de inyeccin de gasolina debe dosificar la cantidad
correcta para cada una de las diferentes condiciones de
funcionamiento. Cuando se comenz a desarrollar la inyeccin de
gasolina, se intentaba, sobre todo, conseguir un aumento de
potencia, hoy en da son determinantes el mnimo consumo de
combustible y la emisin ms en los gases de escape, su lado interno
se encuentre en comunicacin
mnima posible de elementos contaminantes. Los sistemas mecnicos
no pueden satisfacer este catlogo de exigencias ampliado, por eso
se conserva el K-Jectronic de acreditada fiabilidad como sistema
mecnico bsico de inyeccin, pero ahora ms inteligente y capaz debido
a la electrnica que se le ha incorporado.
Fig. 3.2. Esquema de la sonda Lambda de combustible
3.2
El sistema de inyeccin KE- Jetronic.
Es un sistema bsico, como el K- Jetronic, de inyeccin
mecnico-hidrulico. El plato-sonda, desviado por la corriente de
aire manda el mbolo dosificador de combustible abriendo en
consecuencia, ms o menos la lumbrera de dosificacin. Este sistema
de inyeccin dosifica en funcin del caudal de aire aspirado por el
motor. El KE- Jetronic, registra otros datos de servicio de motor
mediante sensores a diferencia del K- Jetronic. Las seales de
salidas de estos son procesadas en unidad de control electrnica, la
cual gobierna un actuador electro-hidrulico de presin que adapta el
caudal de inyeccin en la medida adecuada a los diferentes estados
de funcionamiento. El conductor dispone de un sistema con un
funcionamiento bastante aceptable, con el motor caliente. (Fig
3.3)
Alimentacin de combustible: El combustible se alimenta por un
medio de una electrobomba, acumulador, filtro y regulador de presin
del sistema. La bomba celular de rodillos, accionada transporta el
combustible desde el depsito con una presin de 5,4 bar, en algunos
casos con una presin (5,5 6,5 bar), hasta el acumulador de
combustible, y luego, a travs de un filtro, hasta el
distribuidor dosificador. El regulador de presin mantiene
constante la presin de alimentacin haciendo retornar al depsito y
combustible sobrante. Debido al barrido continuo del sistema de
alimentacin, siempre se dispone de combustible fresco con el cual
se evita la formacin de burbujas y se consigue un buen
comportamiento de arranque en caliente.
Fig. 3.3. Sistema KE-Jetronic.
Electrobomba de combustible: La electrobomba de combustible
aspira el combustible del depsito y lo transporta al distribuidor-
dosificador de combustible. Como bomba de combustible se utiliza un
tipo celular, de rodillos, accionada elctricamente. La bomba
autoaspirante, y el motor elctrico permanentemente activado forman
un solo cuerpo y son baados por el combustible que sirve como
refrigerante del motor elctrico . La bomba impulsa ms combustible
del que el motor pueda necesitar como mximo, para as mantener
constante la presin en el sistema de alimentacin, sea cual fuere el
estado de funcionamiento. La misma consta de una cmara cilndrica en
la que gira un motor excntrico. En la perifrica del rotor hay unos
alvolos en los que van alojados los rodillos. La fuerza centrfuga
que se origina por la rotacin del rotor impulsa a los rodillos
hacia el exterior asegurando de este modo la estanqueidad
perifrica. El efecto de bombeo se obtiene mediante estos rodillos
de estanqueidad que transportan el combustible encerrado, hasta que
sale de la bomba por el orificio de descarga. La bomba lleva
instalada una vlvula de retencin, que impide el retorno del
combustible al depsito. Mientras se mantiene accionado
el conmutador de arranque y
encendido, la electrobomba de combustible estar en
funcionamiento. Un circuito de seguridad impide que se bombee
combustible estando el encendido conectado pero el motor parado;
por ejemplo debido a un accidente. La electrobomba se encuentra en
las proximidades del deposito de combustible y no requiere ningn
tipo de mantenimiento.
Filtro de combustible: Este filtro separa las partculas de
suciedad existentes en el combustible, estas suciedades seran muy
dainas para el regulador de presin del sistema, el
reguladordosificador y las vlvulas de inyeccin. El elemento
filtrante se fija al cuerpo mediante la placa de apoyo, el cuerpo
del mismo es metlico. Contiene un elemento de papel con un dimetro
de poro medio de 4m detrs del cual va un tamiz adicional, de esta
forma se obtiene un gran efecto de limpieza. En dependencia del
grado de suciedad del combustible as ser la vida til del filtro,
este va montado en la tubera del combustible, detrs del acumulador.
De tenerse en cuenta el sentido de circulacin, indicado sobre el
cuerpo del filtro con una flecha.
Acumulador de combustible: El acumulador mantiene la presin en
el sistema de alimentacin durante un cierto tiempo despus de parado
el motor para as posibilitar una nueva puesta en marcha sobre todo
con el motor caliente, ste acta. Debido a la construccin especial
del cuerpo del cuerpo del acumulado, ste acta como amortiguador de
ruidos de la bomba. El interior del acumulador esta dividido en dos
cmaras por una membrana, una sirve como acumulador de combustible,
mientras que la otra representa un volumen de compensacin y se
encuentra en comunicacin con la atmsfera o el depsito del
combustible. La cmara de acumulacin esta llena de combustible,
durante el funcionamiento. La membrana se coloca entonces hasta el
tope del recinto del muelle, venciendo la resistencia de ste. Ella
permanece, en esa posicin, que corresponde a la de mximo volumen,
de almacenamiento, mientras que el motor est funcionando. Regulador
de presin del sistema de alimentacin de combustible: Este regulador
mantiene constante la presin de alimentacin. A diferencia del K -
Jetronic, en el que el regulador para la fase de calentamiento
regula la presin de mando, en el KE Jetronic la compresin la
compresin hidrulica sobre el embolo de mando es idntica a la presin
del sistema an cuando varen considerablemente el caudal de
alimentacin de la electrobomba de combustible y el caudal de
combustible inyectado al motor, dado que las frustraciones de esta
presin influiran
directamente en la proporcin aire - combustible, la presin de
mando debe mantenerse con buena exactitud. 3.3 El sistema de
inyeccin L-Jetronic El L-Jetronic es un sistema de inyeccin sin
accionamiento mecnico, controlada
electrnicamente, con el que inyecta intermitentemente
combustible en el colector de admisin fig 3.4. A cada cilindro
llega el combustible exactamente necesario para el estado de
servicio del motor en cada momento, esto implica la necesidad de
registrar el mayor nmero posible de datos importantes para la
dosificacin del combustible. Como el estado de servicio del motor
suele variar rpidamente resulta decisiva una rpida adaptacin del
caudal de combustible a la situacin de marcha momentnea. La
inyeccin de gasolina controlada electrnicamente es particularmente
adecuada en este caso. Con ella puede registrarse una cantidad
discrecional de datos de servicio en cualquier parte del vehculo,
para despus convertirse en seales elctricas mediante medidores.
Dichas seales se hacen llegar a la unidad de control de la
instalacin de inyeccin la cual las procesa, y calcula
inmediatamente a partir de ellas el caudal de combustible a
inyectar. La supresin del carburador permite un diseo ptimo de las
vas de aspiracin y garantizan un mejor llenado de los cilindros. El
combustible es inyectado directamente delante de las vlvulas de
admisin a travs de estas solo se suministra aire al motor. Estos
tubos pueden disearse de forma que favorezcan el flujo, para
conseguir una distribucin del aire y un buen llenado de los
cilindros. Este L-Jetronic, permite que el motor reciba nicamente
la cantidad de combustible que efectivamente necesita, a cada
cilindro llega la misma cantidad que en los dems para todos los
estados de servicio. En las instalaciones con carburador, la mezcla
aire-combustible va a ser desigual en los distintos cilindros,
debido a los procesos de distribucin entre los tubos de admisin. La
necesidad de producir una mezcla que garantice la llegada
suficiente de combustible al cilindro peor alimentado, no permite
una distribucin ptima del combustible y como consecuencia trae,
consumo elevado y cargas diferentes en cada cilindro. En las
instalaciones Jetronic, a cada cilindro le corresponde una vlvula
de inyeccin, estas se controlan en forma centralizada garantizando
que cada cilindro reciba con precisin en todo momento y bajo
cualquier circunstancia un caudal de combustible ptimo e idntico,
no mayor de lo necesario. Este sistema se adapta a las condiciones
de carga cambiantes prcticamente sin ninguna demora, ya que el
caudal necesario de combustible es calculado por la unidad de
control en milisegundos,
despus es inyectado por las vlvulas de inyeccin directamente
delante de las vlvulas de admisin.
Fig. 3.4. Sistema L-Jetronic.
3.4
Sistema de inyeccin HOT- WIRE
El sistema HOT- WIRE o hilo caliente se basa en la medicin del
caudal de aire en el control de la resistencia elctrica y de la
temperatura de los pequeos filamentos expuestos al flujo de aire de
la admisin. Como es usual en todos los sistemas electrnicos, la
inyeccin del combustible es del tipo indirecta con un inyector por
cilindro que descarga el combustible en el colector de admisin. Los
inyectores estn accionados por un solenoide que recibe impulsos
elctricos de una unidad electrnica de control (UEC) o
microprocesador del sistema. En dependencia del tiempo en que
permanece el inyector activado, as ser la cantidad de gasolina
inyectada, pues la presin relativa del combustible se mantiene
sensiblemente constante entre estrechos lmites este espacio de
tiempo de activacin es calculado por la UEC que para ello recibe
cinco diferentes tipos de seales: 1. Volumen de aire que entra por
la admisin (medido por el dispositivo HW).
2. Posicin de la mariposa del acelerador o de control del
volumen de aire (controlada por un potencimetro conectado sobre el
eje de la mariposa). 3. Rgimen de revoluciones del motor (captada
por los impulsos del terminal negativo de la bobina de encendido.
4. Temperatura del refrigerante (captada por un termisor inmerso en
las cmaras de enfriamiento del motor). 5. Temperatura del
combustible (captada por un termo-contactor en el conducto de
suministro de combustible a los inyectores). Una memoria electrnica
digital contenida en la UEC suministra los impulsos necesarios para
un requerimiento de combustible bsico. Los impulsos de los cinco
diferentes sensores actan modificando esta seal bsica. La seal
final que ser enviada a los inyectores se adapta a las condiciones
de operacin del motor en cada momento, de esta forma la cantidad de
gasolina inyectada va a ser la necesaria. Es imperativo que la
presin con que llega la gasolina a los inyectores se mantenga
constante. Una vlvula reguladora se encarga de que la presin
relativa (presin referida al vaco existente en cada instante en el
colector de admisin) se mantenga prcticamente constante. El rasgo
ms tpico del sistema HW es la unidad medidora del volumen de aire.
Esta unidad medidora dispone de un pequeo conductor by-pass que
deriva parte del flujo de aire de la admisin hacia una cmara donde
se hayan instalados un par de pequeos filamentos metlicos. Uno de
estos filamentos, denominado compensador, se mantiene fro. La
medicin constante de la resistencia elctrica de este filamento
permite el clculo de la densidad de aire que en cada instante
atraviesa la cmara de los filamentos y en consecuencia la
temperatura del flujo de aire de admisin. El segundo filamento
denominado filamento sensor, es continuamente recorrido por una
corriente de aire que se mantiene permanentemente a una temperatura
de unos 100 por encima de la temperatura del filamento compensador.
Cuando el motor est funcionando el flujo de aire de la admisin
tiene un efecto refrigerador sobre el filamento sensor. Como este
segundo filamento debe mantenerse siempre unos 100C por encima de
la temperatura del filamento compensador, se hace necesario
aumentar la intensidad de la corriente que atraviesa el filamento
sensor para elevar as su temperatura. Un modulo electrnico situado
en la unidad HW controla las reacciones de los filamentos ante el
flujo de aire de la admisin y elabora seales para la UEC que
definen muy exactamente el volumen de aire recibido as como su
temperatura y densidad.
Cmara de la mariposa. El control del volumen de aire absorbido
por el motor corre a cargo de una mariposa mandada por el
acelerador. La cmara donde est ubicada esta mariposa, contiene en
el sistema HW una serie de elementos tpicos que juegan un papel
fundamental en la provisin de los necesarios datos a la UEC para la
determinacin de la cantidad de gasolina a inyectar, as como en la
determinacin del rgimen de ralent. El potencimetro de control de
abertura del acelerador, es uno de los dispositivos ms importantes.
Cuando se pisa el acelerador, el potencimetro enva cierta seal de
voltaje a la UEC que permite al microprocesador contar con un dato
bsico ms para el clculo del volumen de aire que es absorbido por el
motor. El servomotor de funcionamiento escalonado montado en la
parte superior de la cmara es el elemento ms sofisticado de la
cmara de la mariposa. Su misin es controlar el rgimen de ralent en
el perodo de calentamiento inicial del motor, as como en los
momentos en que el motor recibe una carga extra, ejemplo, al
conectar el aire acondicionado o cualquier elemento electrnico de
gran consumo que suponga un mayor requerimiento del alternador.
Este servomotor desplaza axialmente una punta cnica que modifica el
paso de aire a travs de un conducto by-pass desde la zona anterior
de la mariposa hasta la posterior. El mismo es accionado mediante
impulsos elctricos que le enva la Unidad Electrnica de Control,
cuyo microprocesador elabora estos impulsos partiendo de cinco
diferentes informaciones: Temperatura del refrigerante. Posicin de
la mariposa. Rgimen de revoluciones del motor. Velocidad de
desplazamiento del vehculo. Inhibidor de la caja de cambios (solo
en los modelos con caja automtica)
Existe una bomba elctrica del tipo de rodillos y flujo interior
que es la que suministra la gasolina a presin a los inyectores. En
este tipo de bomba el flujo de combustible atraviesa el propio
motor elctrico de la bomba, baando el inducido y las escobillas.
Para evitar la posibilidad de un calentamiento excesivo del
combustible y el riesgo de formacin de vapores de combustible en
las canalizaciones cuando la temperatura del motor es alta, el
circuito de
alimentacin va dotado de un sistema de recirculacin que desva el
combustible hacia el depsito
cuando alcanza una cierta temperatura. Esto se lleva a cabo por
una termo-vlvula situada sobre el conducto principal de
alimentacin. Unidad Electrnica: La UEC va a ser el cerebro del
sistema, recibe la informacin de los distintos sensores del motor,
la elabora mediante su microprocesador y con base a estos datos,
genera las necesarias rdenes que regulan el funcionamiento de los
inyectores y del servomotor de control de ralent. La funcin
principal de esta unidad es el control en el tiempo de apertura de
los inyectores, a fin de que se inyecten la cantidad de combustible
necesaria de acuerdo con las condiciones del motor y del ambiente.
La informacin, relativa a las unidades bsicas de combustible a
inyectar, es almacenada en la unidad de memoria electrnica digital
en forma de un mapa tridimensional que da los tiempos de apertura
de los inyectores requeridos para 16 diferentes regmenes de
revoluciones del motor, y para ocho diferentes niveles de carga
para el motor. Esta informacin bsica es modificada por el
microprocesador teniendo en cuenta los datos recibidos de los
sensores del motor como apertura de la mariposa del acelerador,
temperatura del refrigerante, etc. Los tiempos de apertura de los
inyectores son aproximados al mximo, a fin de obtener la
dosificacin ms exacta de gasolina. Los efectos correctores de la
UEC y las acciones incluyen adems las siguientes funciones:
Correccin del voltaje de batera, a fin de que las posibles
variaciones de este voltaje no altere los tiempos de apertura de
los inyectores. Enriquecimiento durante el arranque.
Enriquecimiento inmediatamente despus del arranque. Enriquecimiento
durante el arranque en caliente. Enriquecimiento durante la
aceleracin para obtener la mxima potencia. Empobrecimiento en las
deceleraciones, a fin de reducir el consumo. Enriquecimiento a
plena carga para obtener mxima potencia. Corte del combustible en
las deceleraciones cuando el rgimen del motor se encuentra por
encima de 1.500 r.p.m. Desde el depsito de combustible, a travs de
un colador la bomba de gasolina absorbe el combustible, posee un
sistema de resistencias de compensaciones que permite suministrar
ms
intensidad de corriente en la bomba en los momentos de arranque
y aumentar de esta forma su caudal, tras la bomba el combustible
atraviesa un filtro y de ah es conducido directamente al conducto
de alimentacin de los inyectores y de donde se conecta cada
inyector, una vlvula reguladora asegura una presin relativa
constante del combustible. Por la abertura de la cmara de medicin
el aire de admisin penetra. Los filamentos sensores envan
informacin a la UEC que el microprocesador utilizar en el clculo de
los tiempos de abertura de los inyectores. La regulacin del aire de
la admisin es efectuad
