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N 34 - OCTUBRE / DICIEMBRE 2007

Mecnica y Electricidad

Jos Antonio Arpal

estin electrnica en los motoresdiesel

El motor diesel diseado por Rudolph Diesel en 1892. Basa su funcionamiento terico en un motor decuatro tiempos, en el ciclo de admisin durante la carrera descendente (admisin) el pistn aspira un volumende aire, que ingresa en una cmara, cuando el pistn sube comprime el aire hasta alcanzar unos 30 a 55 baren los motores de aspiracin o a unos 80 a 110 bar en los motores sobrealimentados, durante esta fase decompresin, el aire se calienta hasta alcanzar unos 700 a 900C. Esta temperatura resulta suficiente paraprovocar el autoencendido del combustible que se inyecta pulverizando y produce una combustin del gasoleo,que luego al expandirse durante la carrera til de trabajo entrega trabajo, hasta que finalmente en la carreraascendente se eliminan los gases de la combustin y el ciclo se inicia nuevamente.

GFuncionamiento del sistema de inyeccindiesel

Los motores Diesel funcionan siempre con exceso deaire. Si el exceso de aire es insuficiente, aumentan las emisio-nes de holln, de CO, HC y el consumo de combustible. Laformacin de la mezcla queda determinada por una seriede magnitudes que influyen sobre las emisiones y el consumode combustible del motor. La configuracin de la cmara decombustin y de la conduccin de aire puede influir positi-vamente sobre la emisin de gases de escape. Unmovimiento de aire en la cmara adaptado esmeradamentea los chorros de combustible que produce el inyector, favoreceel mezclado de aire y combustible y, por lo tanto, una combus-tin completa. Junto a ello, repercuten positivamente unmezclado homogneo de aire y gases de escape, es deciruna retroalimentacin refrigerada de los gases de escape.La tcnica de cuatro vlvulas y el compresor con turbina degeometra variable, contribuyen tambin a reducir lasemisiones contaminantes y elevar la relacin de potencia.

Con relacin a la legislacin sobre emisiones, la emisinde NOx en los motores diesel es demasiado elevada, porello se han incorporado sistemas de retroalimentacin y refri-geracin de los gases de escape. La retroalimentacin degases de escape ofrece la posibilidad de reducir la emisinde holln. Una parte de los gases de escape durante elfuncionamiento del motor a carga parcial, se reconducenal tramo de aspiracin. Adems, se han incorporado siste-mas de refrigeracin de los gases de escape hacindolospasar a travs de un radiador refrigerante, reduciendo latemperatura de los mismos, lo cual origina un descenso dela temperatura en la cmara de combustin y resulta posiblehacer recircular una mayor cantidad de gases de escapereduciendo de esta forma el contenido de oxgeno, la veloci-dad de combustin, la temperatura punta en el frente dellamas y, por tanto, la emisin de NOx. Pero si la cantidadde gases de escape retroalimentada es demasiado grande(proporcin superior al 40%), aumentan las emisiones deholln, de CO y de HC, as como el consumo de combus-tible, como consecuencia de la falta de oxgeno. Es poresto por lo que el proceso debe de ser controlado por unaunidad electrnica de control, junto con la gestin del motor.

Sistemas de inyeccin diesel indirectaEste procedimiento se caracteriza por la existencia de

una cmara auxiliar casi esfrica dispuesta a un lado dela cmara de combustin principal. La cmara auxiliar estaconectada con la cmara de combustin principal por mediode un canal de inyeccin que desemboca tangencialmentesobre el centro de la cabeza del pistn. Se consigue unacombustin ms suave y progresiva frente a los sistemasde inyeccin directa, por el contrario la presin de inyec-cin, y la potencia del motor estn ms limitados frente alos sistemas de inyeccin directa.

Sistemas de inyeccin diesel directaBajo esta denominacin se encuadran los motores en

los que la combustin del gasoil se realiza directamentesobre la cmara ubicada en la propia cabeza del pistn.La forma de la cmara de combustin se realiza con undiseo apropiado, para generar turbulencias con ayuda delmovimiento ascendente del pistn se facilita la formacinde la mezcla y la combustin de la misma. Gracias a dispo-ner cada vez de mayores presiones de inyeccin aumentala calidad y la formacin de la mezcla controlada por elchorro de inyeccin.

Gestin electrnica de los sistemas de inyeccinActualmente, la prctica totalidad de motores diesel de

automocin disponen de gestin electrnica. Esto, masque una moda, es una prueba clara de las ventajas queaporta la aplicacin de la electrnica, ya que permite tenerun control ms preciso sobre los distintos parmetros defuncionamiento del motor, obteniendo mejores rendimien-tos, menor consumo y una importante reduccin de lasemisiones de gases contaminantes.

Precisamente, ha sido este ltimo aspecto el que haintroducido la gestin electrnica en los motores diesel paracontrolar el turbo compresor y la recirculacin de los gasesde escape. Aunque los motores diesel actuales combinanla gestin electrnica con la inyeccin directa, no son stasdos tcnicas que necesariamente tengan que ir apareja-das, ya que existen motores con inyeccin indirecta en loscuales la regulacin de la bomba de inyeccin est contro-lada por un mdulo electrnico y, por otro lado, han existidodesde hace muchos aos motores con inyeccin directa ysin ningn tipo de gestin electrnica.

Componentes del sistema de inyeccin electrnica dieselLa gestin electrnica del sistema de inyeccin diesel ha

supuesto la incorporacin y/o modificacin de diversoselementos sobre la base mecnica del motor diesel tradicio-nal. Aunque no todos los sistemas desarrollados por las diversasmarcas son iguales, en la mayora de los sistemas se insta-lan los componentes que se aprecian en la siguiente figura.

SISTEMA DE INYECCIN DIESEL

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Anlisis del Sistema de Inyeccin con Bomba deinyeccin distribuidora EDC M.

La misin de la bomba de inyeccin es la de aportar lacantidad de combustible que se inyecta al motor (control decaudal), distribuirlo a cada cilindro y controlar el momentoen que se produce la inyeccin de dicho combustible (avancede la inyeccin). El sistema de gestin electrnica se encargadel control del caudal y de la regulacin del avance. Paraello, la bomba de inyeccin mecnica se ha modificado, susti-tuyendo los mecanismos que realizaban estas funciones porun servomotor, que dosifica el caudal, y por una electrovl-vula, que regula el avance de la inyeccin.

En este sistema la bomba de alimentacin de palasse encuentra ubicada en la propia bomba de inyeccin, seencarga de aspirar el combustible desde el depsito ygenerar dentro de la bomba de inyeccin una presin de0,35 bares para garantizar un caudal de alimentacin enla bomba de inyeccin y refrigerar la vlvula magntica decaudal.

La unidad electrnica de mando tambin se encuen-tra ubicada en la propia bomba de inyeccin formando unconjunto, para evitar sobrecalentamiento y distorsin deseales, puesto que trabaja con seales superiores a 20Amp.

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Mecnica y Electricidad

1. Depsito de combustible.2. Filtro de combustible3. Bomba de inyeccin4. Unidad de control de bomba5. Electrovlvula de alta presin6. Electrovlvula del variador de avance7. Variador de avance8. Unidad de control del motor9. Combinacin del portainyector10. Buja de incandescencia

11. Unidad de control del tiempo de incandescencia12. Sensor de temperatura del lquido refrigerante13. Sensor de revoluciones del cigeal14. Sensor de temperatura del aire aspirado15. Medidor de masa de aire16. Sensor de presin de sobrealimentacin17. Turbocompresor18. Actuador de recirculacin de gases de escape19. Vlvula reguladora de presin de sobrealimentacin20. Bomba de depresin

21. Batera22. Cuadro de instrumentos23. Sensor de pedal del acelerador24. Interruptor de embrague25. Interruptor de freno26. Sensor de velocidad27. Regulador de marcha28. Compresor aire acondicionado29. Conexin para diagnosis

1. Sensor de posicin.2. Unidad de bomba. 3. Electrovlvula para regulacin de cantidad. 4. Electrovlvula para el comienzo de inyeccin.

SISTEMA DE CONTROL DEL MOTOR EDC... M...

En el proceso de compresin de combustible durantela fase de llenado la vlvula magntica permanece abiertasin activacin elctrica. En la fase de impulsin la vlvulase encuentra activada con una corriente de unos 20A. parala conexin, y una corriente de mantenimiento de 12A.

Circuito de combustible interno

Seal de activacin de la vlvula de caudalPara calcular y corregir el ngulo preciso de avance

la unidad electrnica de control procesa los datos recibi-dos del sensor de revoluciones del cigeal y la posicinangular del sensor de ngulo de giro y en funcin de estosdatos determina la electrovlvula del variador de avancees activada con una seal de frecuencia fija y ancho delpulso variable para corregir el ngulo de avance.

En resumen la tecnologa electrnica aplicada a lagestin del sistema de inyeccin en los motores diesel estacontribuyendo a obtener unos mejores rendimientos delcombustible consumido, reduciendo la emisin de gasescontaminantes y aportando una ayuda en la proteccin delmedio ambiente.

Mecnica y Electricidad SISTEMA DE INYECCIN DIESEL

1. Bomba de alimentacin2. Sensor de ngulo de giro3. Bomba de alta presin4. Unidad de mando de bomba

5. Vlvula de sobrante6. Entrada7. Vlvula magntica de caudal

VR M / VP 44. mbolo de avance