UNIDAD 1

INTRODUCCIÓN

1.1 HISTORIA DEL MOTOR DIESEL.

Resaltar la importancia del motor en el desenvolvimiento de nuestra civilización, está por demás, en realidad el hombre, para contrarrestar las fuerzas de la naturaleza no ha tenido más remedio que ingeniarse de modo que pudiera oponer a ella otras creadas, dirigidas y dominadas por él. En está larga historia de la fuerza contra la fuerza, el motor ha sido una de las más importantes conquistas del hombre y de la que todos, en general, nos beneficiamos mucho más de lo que podemos sospechar.

Los motores Diesel están presentes en las carreteras efectuando pesados y largos transportes, están en el mar, acercando los continentes de la Tierra; están instalados en innumerables fábricas moviendo máquinas de todo género, creando electricidad, elevando agua de posos, etc. Hoy se cuenta en el mundo con gran cantidad de fábricas de las que salen diariamente miles de motores de esta clase; sin embargo, su principio fue muy modesto.

Rodolfo Diesel fue el inventor de este motor del cual lleva su nombre. Nació en París en 1858, y todavía adolescente en el año 1872 se traslado a Alemania donde curso sus estudios de Ingeniero.

En una época en que estaban en pleno apogeo las experiencias con los motores de gas, publicó un folleto titulado " Teoría y proyecto de un motor racional destinado a subsistir la máquina de vapor y los demás motores conocidos actualmente". Esto ocurría en el año 1892. Su patente de invención solicitada al "Káiser Linchen Patentamt" de Berlín, decía textualmente:

“El émbolo de trabajo comprime aire puro en un cilindro, deforma que la temperatura resultante de la compresión es mucho mayor que la temperatura de inflamación del combustible que sé a de emplear. Después de la compresión y a partir del punto muerto se efectúa la introducción gradual del combustible.”

Después de la publicación de la patente, Rodolfo Diesel estuvo cinco años trabajando en colaboración con la casa MAN. Su idea primitiva, que consistía en emplear como combustible carbón finamente pulverizado, tuvo que abandonarla debido a las grandes presiones a las que tenía que inyectar el combustible, lo que constituía en aquella época un problema de muy difícil solución. Pero gracias a la firma alemana MAN sobrellevó todas las dificultades y por último consiguió construir un motor que funcionaba con combustible líquido, el cual se introducía con el auxilio de aire comprimido. De esta forma en el año 1898 pudo ver Diesel instalado su motor (Figura 1.1) en una fábrica de cerillas, funcionando con verdadero éxito.

Rápidamente se conceden licencias de fabricación a las KRUPP, SULZER, BURMEISTER & WAIN, firmas en la actualidad de reconocimiento mundial, desde entonces los motores Diesel empiezan a fabricarse y a ocupar un importante lugar en los mercados industriales.

En la figura 1.2 se puede ver el primer motor Diesel construido en 1893 y que pese a los esfuerzos realizados por Diesel, no logró poner en marcha. La figura 1.3 muestra el segundo motor, construido en 1896, que tampoco dio resultados apreciables, mientras en la figura 1.4 se ve el primer motor experimental que funcionó, construido en 1897.

En seguida se comprobó que esta máquina tenía un mayor rendimiento que todos los conocidos hasta entonces en una cuantía de aproximadamente el doble.

A partir de 1901, cuando la construcción de estos motores empieza a ser comercial, se experimentan modificaciones muy importantes mediante las cuales se llegan a construir unidades de hasta 1000 CV por agrupación de varios cilindros.

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Fig. 1.1 Aspecto del primer motor Diesel Fig. 1.2 Primer motor Diesel experimental

(potencia 70 CV) (Año 1893)

Fig. 1.3 Segundo motor Diesel Fig. 1.4 Primer motor Diesel completo. Construido 1897.

(Bomba de suministro de aire) (Potencia 18CV)

En 1902 se aplica el motor Diesel a la propulsión de un barco mercante y en 1904 se construye el primer submarino equipado con este tipo de motor. Ocho años más tarde fallece, en trágico accidente, su inventor Rodolfo Diesel.

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En 1920, después de la primera guerra europea, se instala la primera inyección directa de combustible, es decir, se suprime el compresor de aire, y es a partir de entonces cuando se inicia una era de continuo progreso del motor Diesel hasta nuestros días.

1.2 CARACTERISTICAS DEL MOTOR DIESEL.

Los motores Diesel, al igual que los de explosión, son motores endotérmicos y de combustión interna; transforman la energía en el interior de sus cilindros y están clasificados dentro del grupo de motores alternativos.

Se caracterizan esencialmente por su sistema de alimentación y por la forma de realizar la combustión.

1.2.1 FUNCIONAMIENTO.

La formación de la mezcla se realiza en el interior del cilindro, comprimiendo aire puro e introduciendo el combustible al final de la compresión, el cual se inflama al contacto con el aire, al estar a una temperatura por encima del punto de inflamación del combustible. No llevan, por tanto, carburador ni sistema de encendido, que se sustituyen por un sistema de inyección de combustible.

La combustión se realiza con aportación de calor a presión constante. El aumento de presión es compensado por la aportación de calor durante la expansión de los gases,, durando la combustión mientras se está introduciendo el combustible.

Para su funcionamiento se emplean aceites combustibles (gasóleos) procedentes del petróleo, mucho más económicos que la gasolina. Aunque el valor energético de estos combustibles es algo inferior a igualdad de volumen, se obtiene mayor número de calorías/gramo, al ser más densos.

1.2.2 VELOCIDAD DE GIRO.

Debido a esta forma de combustión, estos motores no puede alcanzar grandes revoluciones, ya que el retardo de inflamación y el tiempo empleado en quemar la mezcla son independientes de la velocidad de giro, por lo que en motores rápidos, el tiempo de inflamación coincidiría con un gran desplazamiento de émbolo, empleándose gran parte de la energía del combustible en mantener la presión constante.

Para obtener en estos motores un mayor número de revoluciones (motores rápidos) se recurre al ciclo mixto. Este consiste en adaptar la cámara de combustión y en adelantar la inyección, de forma que gran parte de la combustión se realice dentro de esta cámara, a volumen constante, y el resto a presión constante. De esta forma, el final de la combustión coincide en el mínimo recorrido del émbolo en su carrera de expansión. Para ello es necesario emplear combustibles de alta velocidad de combustión que proporcionen el mínimo retraso en la misma.

1.2.3 GRADO DE COMPRESIÓN.

El grado de compresión en los motores Diesel debe ser el adecuado para que la temperatura alcanzada por el aire, al final de la compresión, esté por encima del punto de inflamación del combustible.

En los motores rápidos la compresión debe ser, si cabe, más elevada, ya que, al necesitar éstos mejor refrigeración, las perdidas de calor son mayores, por lo que se requieren mayores presiones finales para alcanzar la temperatura de combustión.

Debido a que sólo se comprime aire se puede obtener elevadas relaciones de compresión con mayores presiones finales de trabajo, lo que supone un elevado rendimiento térmico y un mejor aprovechamiento de la energía para obtener mayor potencia útil con un menor consumo específico de combustible.

No obstante, el grado de compresión tiene un límite óptimo ya que, si por un lado aumenta el rendimiento térmico, también aumentan los esfuerzos a transmitir para conseguir esas

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elevadas presiones. Por tanto, los esfuerzos y rozamientos mecánicos obligan a disponer de elementos más robustos y a cuidar mucho las tolerancias de medida, lo cual encarece mucho el motor. Por todo ello se llega a la conclusión de que la mejora del rendimiento y la potencia se pierde por rozamientos cuando se alcanza una relación crítica que no compensa el mayor costo de fabricación del motor.

1.2.4 CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS:

Las características constructivas de esos motores son análogas a los de explosión, pero debido a las grandes presiones con que trabajan requieren una construcción más robusta, con un mayor dimensionado de sus cilindros y órganos móviles lo que les hace aptos para trabajos duros.

Debido a las mayores temperaturas y presiones que tienen que soportar, estos motores necesitan una refrigeración muy eficaz y una mayor calidad en los aceites de engrase.

1.3 TIPOS DE MOTORES DIESEL.

Los motores Diesel se clasifican según su aplicación y régimen de funcionamiento en:

Motores rápidos, con un régimen de funcionamiento de 2000 a 6000 rpm, se emplean en vehículos de propulsión y tracción; tienen cilindradas medias y emplean como combustible el gas-oil.

Motores medios, con un régimen de funcionamiento de 1000 a 2000 rpm, se emplean en navegación y ferrocarriles; tienen cilindradas medias y altas y emplean como combustible el petróleo y gasóleos medios.

Motores lentos, con régimen de 200 a 1000 rpm, se emplean como motores estacionarios en centrales eléctricas y utilizan como combustible los aceites pesados.

Según su funcionamiento, estos motores se clasifican en:

Motores de cuatro tiempos.

Motores de dos tiempos.

Motores semi-Diesel o de culata incandescente.

1.4 RENDIMIENTO TÉRMICO DEL MOTOR DIESEL.

Considerando que en este ciclo la mayor parte de la combustión se realiza a volumen constante, se puede tomar como valor del rendimiento en el mismo, con un error despreciable, la ecuación obtenida en los motores Otto, pero con un exponente adiabático de compresión del aire x=1,405.

1.4.1 FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE EL RENDIMIENTO.

Entre los factores que inciden directamente sobre el rendimiento de los motores Diesel, están: la relación de compresión, la presión máxima alcanzada en la combustión, la forma de realizar la misma y la cantidad de aire en los cilindros.

- Relación de compresión. La relación de compresión, como puede observarse por la fórmula, incide directamente sobre el rendimiento, de forma que cuanto mayor es el grado de compresión mayor es el rendimiento térmico del combustible (Figura 1.5). No obstante este grado de compresión tiene unos límites máximos, donde la curva de rendimiento se

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mantiene casi constante. Esto es debido a los mayores esfuerzos a realizar para conseguir estos grados de compresión. Por tanto, no resulta rentable superar estos límites, ya que el rendimiento no mejora de una forma sensible y, sin embargo, se encarece el sistema al tener que mejorar los elementos constructivos del motor.

Fig. 1.5 Curva de rendimiento en función

del grado de compresión

- Presión máxima en la combustión. La presión interna y la forma de realizar la combustión inciden también sobre el rendimiento del motor ya que, para un mismo calor de aportación (Qi), el trabajo desarrollado es tanto mayor cuanto mayor sea la presión alcanzada en la cámara de combustión (Figura 1.6). Los rendimientos finales son más elevados con el ciclo mixto que con el ciclo a presión constante ya que, en los primeros, la aportación de calor se emplea en aumentar la presión interna y en los segundos en mantener la presión constante.

Fig. 1.6 Curva de rendimiento en función

de la presión máxima.

Análogamente a lo que ocurre con la relación de compresión, las presiones máximas alcanzadas están limitadas por los mayores esfuerzos a transmitir sobre la cabeza de! émbolo y los elementos móviles, que aumentan los rozamientos de forma que la mejora del rendimiento térmico se pierde con la disminución del rendimiento mecánico.

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Los motores lentos y medios trabajan con presiones comprendidas entre 50 y 65 kgf/cm2; la presión máxima que se alcanza está limitada por el grado de compresión. Sin embargo, en los motores rápidos, al realizar la combustión a volumen constante, se eleva extraordinariamente la presión, por encima de los 80 kgf/cm2, por lo que la limitación de la misma debe realizarse inyectando menos combustible y haciendo que parte de éste se queme a presión constante lo que obliga a una regulación precisa del punto de adelanto a la inyección.

- Forma de la cámara y alimentación de los cilindros. Debido a que la dosificación y combustión de la mezcla en los motores Diesel tienen que realizarse en un breve espacio de tiempo, si se emplea una mezcla teórica, el combustible inyectado no encuentra oxígeno suficiente para realizar una combustión rápida. En efecto, las primeras gotas del combustible inyectado combustionan el oxígeno circundante, mientras que el resto de combustible debe quemarse a expensas del oxígeno más alejado en la cámara, lo que produce un retraso en la combustión.

Otras veces, sobre todo en grandes cargas, este oxígeno es insuficiente para quemar todo el combustible, por lo que se producen combustiones incompletas que disminuyen el rendimiento. Para evitar esto, los motores Diesel requieren que el aire, dentro de la cámara de combustión, sea abundante para que la dosificación y combustión se realicen en condiciones óptimas.

Este exceso de aire sobre el teóricamente necesario para la combustión (relación estequiométrica), aumenta el rendimiento en los motores Diesel (figura 1.7).. Por otra parte, si el aire es excesivo se desaprovecha gran parte de la cilindrada del motor con una menor potencia a desarrollar.

Fig. 1.7 Curva de rendimiento en función

del coeficiente del aire.

El exceso de aire necesario para obtener una buena combustión y el aprovechamiento máximo del combustible suele estar comprendido entre un 2,5 y un 5,0 %, según el tipo de motor. En los motores rápidos queda reducido al máximo al diseñar convenientemente las cámaras de combustión, haciendo que el aire se mantenga en movimiento y a una temperatura uniforme para que todo el aire entre en contacto con el combustible inyectado.

1.5 VENTAJAS DEL MOTOR DIESEL CON RESPECTO AL DE GASOLINA.

Haciendo un resumen de todo lo expuesto en el estudio comparativo entre estos dos tipos de motores, las ventajas e inconvenientes de los motores Diesel con respecto a los de explosión, son las siguientes:

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1.5.1 VENTAJAS:

- Mayor rendimiento térmico con mayor potencia útil.- Menor consumo de combustible, aproximadamente el 30% menos.- Empleo de combustible más económico, aproximadamente un 50% menor que la

gasolina.- Menor contaminación atmosférica, que oscila en un 0,2% en estos motores y un 6,5

% en los de explosión, según estadísticas.- Se disminuye el riesgo de incendio.- Motor más robusto y apto para trabajos duros, con una mayor duración de uso.- Menor costo de entretenimiento.- Mayor rentabilidad cuando el número de kilómetros es elevado.

1.5.2 INCONVENIENTES:

- Mayor peso del motor. Se necesita una carrocería más fuerte y elementos de suspensión de mayor capacidad.

- Costo más elevado del motor.- Menor régimen de revoluciones.- Motor más ruidoso y con mayores vibraciones, poco apto para vehículos de turismo

de gran confort.- Reparaciones más costosas, debido a la calidad de sus elementos y una mano de

obra más cara al tener que ser más especializada.- Arranque más difícil.- Requieren mayor calidad en los aceites de engrase.

Debido a las ventajas del motor Diesel con respecto a los de gasolina, sobre todo en el empleo de combustibles más económicos y al mejor aprovechamiento de la energía, el campo de aplicación de estos motores crece constantemente, incluso para vehículos de turismo. En la actualidad se emplean con preferencia en vehículos de transporte, en la marina.

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UNIDAD 2

COMBUSTIBLES PARA EL MOTOR DIESEL

2.1 COMBUSTIBLES.

Los combustibles usados para motores de combustión interna están constituidos por una mezcla de hidrocarburos que se diferencian entre sí por la estructura de sus moléculas. La estructura y la magnitud de las moléculas así como la relación numérica de sus átomos de hidrógeno y de carbono determinan esencialmente el comportamiento de los combustibles en el momento de quemarse en el motor.

2.1.1 ESTRUCTURA:

Las moléculas de hidrocarburo están constituidas o bien en forma de cadena o bien en forma de anillo (Figura 2.1). Las moléculas que tienen estructura en forma de cadena sencilla (parafinas y definas) son muy propicias al encendido y arden fácilmente. Con ello se produce en los motores Otto el «pistoneo». En los motores Diesel las moléculas de hidrocarburos propicias al encendido se queman de modo irreprochable, sin pistoneo. Las moléculas con cadenas ramificadas (isómeros) o en forma de anillo

a) Estructura molecular en forma de cadena O- Átomo de Hidrógeno b) Estructura molecular en forma de anillo

•- Átomo de carbono

Fig. 2.1 Estructura de las moléculas de hidrocarburos.

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(Aromáticos y ciclo parafinas) no son tan propicias al encendido. En los motores Otto se comportan como resistentes al «pistoneo» y en los motores Diesel, en virtud de su retardo de encendido, como propicias al «pistoneo».

2.1.2 OBTENCIÓN.

La materia prima más importante indudablemente para la obtención de combustibles es el petróleo. El gas natural y el carbón tienen sólo una importancia secundaria en cuanto a la obtención de combustible.

Según se admite hoy, el recurso energético que llamamos petróleo se ha formado a lo largo de millones de años mediante descomposición de seres marinos muertos y sumergidos, como acumuladores indirectos de la energía solar.

Los hidrocarburos contenidos en el petróleo no son todos apropiados para constituir la gasolina o el gasoil. La mayor parte debe transformarse por procedimientos químicos. La obtención del producto final se realiza por dos caminos en refinería.

1. Separación (p. Ej., destilado, filtrado)

2. Transformación (p. Ej., Craqueo, reformado).

2.1.2.1 DESTILACIÓN DEL PETRÓLEO. (Método de separación)

El petróleo se calienta manteniéndolo hermético al aire. Los componentes que se evaporan dentro de un intervalo de ebullición de unos 180°C, al condensarse dan los combustibles ligeros, preferentemente gasolina, que se compone de parafinas normales (cadenas no ramificadas) y ciclo parafinas (anulares). El campo de ebullición de 180 a 280° C proporciona los combustibles semipesados (combustible para turbinas de gas, queroseno), y el intervalo de 210 a 360°C los combustibles pesados para motores Diesel. El intervalo superior proporciona aceites de engrase y como residuo se obtiene el betún. Esta obtención de combustibles según sus intervalos de ebullición se llama destilación fraccionada.

2.1.2.2 OBTENCIÓN DE GASOLINAS POR EL PROCEDIMIENTO DE TRANSFORMA-CIÓN.

El porcentaje de gasolina obtenida en la destilación normal es demasiado pequeño para las necesidades actuales y además de poca resistencia al pistoneo. Por esta razón se desarrollaron procedimientos con los cuales el porcentaje de petróleo en los combustibles de motores de gasolina aumenta considerablemente y esyos además son de mayor resistencia al autoencendido.

a) Craqueo: Descomposición de macromoléculas de los combustibles pesados de alto punto de ebullición, para convertirlos en isoparafinas y definas más ligeras y antidetonantes. Pero quedan más componentes pesados que pueden seguir elaborándose.

b) Reformado: Las parafinas en forma de cadena procedentes de la destilación se transforman, con la ayuda de catalizadores (platino) en isoparafinas y aromáticos resistentes al pistoneo.

c) Polimerización: Los hidrocarburos gaseosos formados en el craqueo y en el reformado se reúnen mediante catalizadores para formar macromoléculas (principalmente isoparafinas). Si se transforman parafinas de cadena líneal en isoparafinas, este proceso se llama isomerización.

d) Alquilación: Las olefinas y parafinas se hacen reaccionar entre sí para formar isoparafinas más resistentes al pistoneo.

e) Hidrogenación: Adición de átomos de hidrógeno a olefinas no saturadas, para formar isoparafinas resistentes al pistoneo.

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Las gasolinas bastante resistentes al pistoneo obtenidas de esta forma se tratan posteriormente mediante el refinado. De esta manera se aumenta la pureza de la gasolina (separación de restos gaseosos, azufre y soluciones de resinas) y añadiendo aditivos se elimina la tendencia a formar sedimentos, al cambio de color, formación de hielo, pistoneo y corrosión.

2.1.3 PROPIEDADES:

2.1.3.1 COMBUSTIBLES PARA MOTORES DE GASOLINA:

En los motores de gasolina el combustible debe gasificar fácil y totalmente. Una medida para la gasificación del combustible es la curva de ebullición. El porcentaje de combustible gasificado hasta 70°C debe ser por un lado tan grande que el motor arranque con seguridad en frío. Pero sin que exista peligro de formación de burbujas de vapor con el motor caliente.

Hasta 180° C debe haberse gasificado el 90% del combustible, de forma que sobre todo con el motor todavía frío pueda evitarse la dilución del aceite de engrase debido al combustible no gasificado.

Resistencia al pistoneo (ROZ, MOZ): A una alta temperatura de autoencendido de la gasolina le corresponde una resistencia al pistoneo elevada (tabla 2-1). Esta resistencia se determina por el índice de octano de «research» o requerido (ROZ) y el índice de octano del motor (MOZ). Ambos índices de octano se determinan en el motor CFR (relación de compresión variable), por comparación con un combustible de referencia formado por isooctano (=100) y heptáno normal (= 0). El volumen de isooctano del combustible de referencia,

Tabla 2.1 Datos característicos de los combustibles líquidos.

Materia

Densidad Punto de

fusión

°C

Punto ó

límite de

ebullición.

°C

Calor de

vaporiza-

ción.

Kcal/Kg

Poder

calorífico.

Kcal/Kg

Auto-

encendido.

°C

Consumo

de aire.

Kg/Kg

ROZ

Ó

Ca Z.

Metanol 0.8 -98 65 1110 19678 455

6.4 106

Benceno puro

0.88 +6 80 394 40193 70

13.3 > 100

10

0

Gasolina normal

0.72 – 0.76

-30....

-50

25.....210 377...502 43500 450...550

14.8 91

Combustible. súper

0.73 – 0.78

-30...

-50

25.....210 419 42705 480...700

14.7 97.4

Combustible diesel

0.82 – 0.86

-10....

-30

150....360 544...795 40600...

44400

350...380

14.5 > 45

que tiene la misma intensidad de pistoneo que el combustible ensayado, es su índice de octano. El MOZ es menor que el ROZ, ya que se determina con un número de revoluciones más alto y con precalentamiento de la mezcla a 150°C.

Para aumentar la resistencia al pistoneo puede adicionarse al combustible una mezcla de tetrametilo de plomo (TML)y tetraetilo de plomo (TEL). Debido a la toxicidad de las combinaciones de plomo contenidas en los gases de escape, se tiende a limitar o eliminar el contenido de plomo en la gasolina. Para alcanzar el índice de octano mínimo indicado en la norma DIN 51600 (gasolina normal ROZ 91, gasolina súper ROZ 97,4) se añaden a menudo aromáticos como al tolueno y el xileno, o alcoholes como el metanol.

2.1.3.2 COMBUSTIBLES DIESEL.

En contraposición a lo que ocurre con los combustibles Otto, los combustibles Diesel tiene que ser tan propicios a la combustión como sea posible, para evitar el encendido retardado. La inflamabilidad se define por el número de cetano CaZ. Cuanto más hidrocarburos con moléculas de estructura en cadena contenga un combustible Diesel tanto más propicio es al encendido. El número de cetano de los combustibles para vehículos con motor Diesel debe ser en lo posible superior a 45.

El cetano es el componente del combustible que se toma como tipo o patrón para los combustibles de motores Diesel; en realidad es llamado n-hexadecano (N34) y es un hidrocarburo de estructura en cadena sencilla, del grupo de las parafinas.

El «Reglamento sobre líquidos combustibles» y el «Reglamento técnico sobre líquidos combustibles» de Alemania, contienen las disposiciones legales sobre la construcción y el

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funcionamiento de instalaciones para almacenamiento, trasiego y transporte de líquidos inflamables.

Los carburantes ligeros (combustibles para motores Otto) tienen un punto de inflamación por debajo de los 21°C y entran, por lo tanto, en el grupo A, clase de peligro I (Clase de la mayor peligrosidad).

Los combustibles Diesel tienen el punto de inflamación comprendido entre los 55°C y los 100°C y entran en el grupo A, clase da peligro III.

2.1.4 LUBRICANTES.

2.1.4.1 OBTENCIÓN:

En los automóviles se emplean por lo general únicamente aceites lubricantes que se obtienen partiendo del petróleo. Ahora bien, sí se realizara la destilación del mismo modo que en el caso de los carburantes, se produciría en la zona de vaporización de los lubricantes a consecuencia de las muy altas temperaturas que en ella imperan, en gran parte una desintegración de las grandes moléculas de hidrocarburos, cosa que se traduciría en la obtención de materiales poco aptos para fines de lubricación. Por esto motivo los hidrocarburos de los aceites lubricantes se obtienen por destilación al vacío, es decir, bajo una gran depresión. Con esto baja fuertemente la zona de vaporización para destilación de aceites lubricantes, quedando limitada a unos 350°C. El producto destilado así obtenido se purifica, además, de componentes no deseables mediante refinado con disolventes, ácidos y tierras decolorantes (tierra de Fuller). Después del refinado los aceites de base ya limpios se enriquecen todavía, mediante adición de productos específicos (aditivos), en propiedades especiales tales como protección contra envejecimiento, protección anticorrosiva, supresión de la formación de espumas, etc.

Las grasas son lubricantes semisólidos (pastosos). Se obtienen por emulsión de jabones en aceites minerales.

De entre los lubricantes sólidos los más frecuentemente usados son el grafito y el disulfuro de molibdeno. El disulfuro de molibdeno es una combinación de molibdeno y azufre (MoS2); el grafito es carbono puro.

2.1.4.2 PROPIEDADES.

La principal propiedad de los productos lubricantes es su facultad de hacer resbaladizas las superficies sobre las cuales se aplican, disminuyendo fuertemente el rozamiento y el desgaste.

En los motores de automóviles y en todos sus engranajes y mecanismos se emplean a esos efectos aceites lubricantes que deben formar entre las superficies que deslizan una película lubricante que se adhiera bien al metal y que sea resistente a la presión. En este caso el rozamiento se realizará únicamente dentro del líquido. La fricción líquida es sumamente pequeña.

El aceite de engrase debe también refrigerar, obturar, limpiar proteger de la corrosión y amortiguar los ruidos.

La cámara de combustión, por ejemplo, debe quedar estanqueizada respecto a la caja del cigüeñal (cárter). Esta misión no le puede cumplir los anillos del émbolo nada más que con ayuda del aceite finamente obturante. Las piezas del motor que no pueden ceder su calor directamente al medio refrigerante tienen que ser refrigeradas mediante el aceite lubricante. Las impurezas tales como, por ejemplo, residuos de la combustión y partículas de desgaste de los metales tienen que ser eliminados mediante arrastre por el aceite.

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De especial importancia para el poder lubricante de los aceites es su viscosidad. Esta viscosidad es distinta según el tipo de aceite, es importante destacar que esta disminuye en todos los líquidos con el aumento de la temperatura. La viscosidad constituye una medida del rozamiento interior que se opone a que fluya el aceite lubricante.

Para la viscosidad dinámica resulta como unidad SI derivada para la relación masa/(longitud • tiempo), el milipascal segundo (mPa x a). Pero más importante es la relación viscosidad dinámica / densidad = viscosidad cinemática, dada en la unidad SI derivada centímetro2/segundo (cm2/s).

Para dar idea de los campos de viscosidad de los aceites lubricantes de los motores y de los aceites para los mecanismos de automóviles la Society of Automotiv Engineers americana determinó los tipos de viscosidad SAE. Estas viscosidades se han introducido internacionalmente y hacen inútiles los complicados datos de las zonas de viscosidad (Figura 2.2).

Fig. 2.2 Gamas de temperatura para el empleo de los aceites de motores.

Los aceites multigrados son aceites para engrase de motores que cubren más de una clase de viscosidad. Por ejemplo, el aceite SAE 15 W-50 cumple las exigencias de SAE 15 W a -1 7,8°C y las de SAE 50 a 98,9°C, o sea que es de arranque ligero en frío y resistente a altas temperaturas con el calor. Los aceites minerales puros no pueden satisfacer las altas exigencias de los motores modernos. Los aceites HD (HD = Heavy Duty) contienen aditivos químicos que mejoran las propiedades y reducen los inconvenientes:

a) Disminución de la dependencia entre la viscosidad y la temperatura.

b) Descenso del punto de congelación.

c) Elevación de la resistencia de la película lubricante.

d) Disminución de la oxidación y con ello del envejecimiento de los aceites.

e) Protección frente al depósito de impurezas.

f) Disminución de la corrosión.

g) Inhibición de la formación de espumas al bombear el aceite a presión.

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El Instituto Americano del Petróleo (API), en colaboración con SAE y ASTM (American Society for Testing and Materials), creó en 1970 un sistema de clasificación de los aceites para motores, que en el futuro puede desarrollarse sin modificar el anterior. Se distingue entre clases S (= clase de servicio; para pequeños consumidores y gasolineras), y clases C (= clase comercial; para grandes consumidores). A continuación algunas clases de esta serie:

SD - Aplicación en motores de gasolina de automóviles y camiones; años 1968-71. Mayor protección contra sedimentación a alta y baja temperatura.

SE - Mayor protección que en los aceites SD; para motores de gasolina a partir del año 1972.

CB - Aplicación en motores Diesel sobrealimentados, con condiciones de servicio regulares.

CD - Aplicación en motores Diesel sobrealimentados con altas revoluciones, o sea con condiciones de servicio duras. Protección contra la corrosión de cojinetes, desgaste y sedimentación.

Para aceites para cajas de cambio y líquido de cajas automáticas (SGF) consulte al profesor página (407 y siguiente).

Las grasas lubricantes tienen, según sea su modo de obtención, consistencia desde viscosa hasta cerosa. Su escalonamiento desde la consistencia blanda hasta la dura se establece por medio de números (N.° 000 a 6) que se han determinado con ayuda de la penetración en décimas de milímetro que experimenta en la grasa un cono normalizado.

Grupos principales de las grasas para lubricación de automóviles:

Grasas de jabones calcáreos: hidrófugas — sensible a la temperatura — (grasa lubricante).

Grasas de jabones sódicos: sensible al agua — resistente a la temperatura — (grasa para rodamientos).

Grasas de jabones de litio: hidrófugas — resistentes a la temperatura — grasa para usos múltiples.

Los lubricantes sólidos se caracterizan por su muy elevada resistencia a la temperatura y por su alta capacidad de carga a compresión. Por estas razones tienen buenas propiedades para funcionamiento en condiciones críticas, son adecuados para la formación de películas lubricantes secas o para ser adicionados a los aceites y las grasas lubricantes. Esto se refiere especialmente al grafito y al disulfuro de molibdeno (MoS2).

2.1.5 PODER CALORÍFICO.

El valor industrial de un combustible se caracteriza por el poder calorífico, es decir, por la cantidad de calor que desarrolla la combustión completa de un Kilogramo de combustible.

El poder calorífico no es otra cosa que el contenido de energía en el combustible. Esto varía de acuerdo a la cantidad de carbono e hidrogeno que tiene el combustible; mientras más hidrógeno posee, mayor es su poder calorífico.

Entre los elementos del combustible esta el agua, de acuerdo a esto, tenemos dos poderes caloríficos considerando que si el agua se encuentra en estado de vapor o en estado líquido.

2.1.5.1 PODER CALORÍFICO SUPERIOR.

Si la cantidad de agua contenida en un Kg. de combustible el cual no ha sido combustionado con un exceso de aire, al enfriarse hasta los grados de ebullición del agua, si esta se condensa, su poder calorífico es superior.

2.1.5.2 PODER CALORÍFICO INFERIOR

Si un Kg. de combustible combustionado en un exceso de aire y al enfriarse hasta los grados de ebullición del agua, esta no se condensa, tenemos un poder calorífico inferior.

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Este es el que interesa en la utilización del combustible en los motores rápidos, porque el combustible mantendrá mayor temperatura al ser inyectado dentro de los cilindros.

2.1.6 PESO ESPECÍFICO (Densidad).

Principalmente por incorporación de componentes de craqueo y fracciones de alto punto de ebullición, aumenta la densidad de estos combustibles. Las fuertes oscilaciones en la densidad del producto del mercado la hacen observar desfavorablemente, porque para una dosificación volumétrica de combustible fija dada, oscilarán las necesidades de aire y la potencia calorífica.

Especialmente, la carbonilla aumenta en los combustibles de mayor densidad cuando la instalación de inyección no está bien ajustada.

2.1.7 PUNTO DE INFLAMACIÓN .

Por cumplimiento de las normas de almacenamiento y transporte de líquidos peligrosos de la clase A III. el punto de inflamación de los combustibles Diesel no debe ser inferior a 55° C. Por la mezcla que se le hace a menudo en invierno de petróleo o gasolina normal al combustible diesel, el punto de inflamación puede descender notablemente. Así, con un pequeño porcentaje de combustible de motor Otto añadido al combustible diesel se puede hacer descender el punto de inflamación al campo de la temperatura ambiente y con ello llevar el combustible a ser una mezcla explosiva.

2.1.8 VISCOSIDAD.

La viscosidad del combustible afecta la atomización y la relación de entrega de combustible. La viscosidad (fluidez o habilidad para vertir) del combustible Diesel se especifica normalmente a 104°F (40°C). Los combustibles para motores de media y alta velocidad generalmente están en el rango de 1.4 a 4.3 centistoke (cSt) de viscosidad a 104°F (40°C). Las propiedades de lubricación en invierno de algunos combustibles de muy baja viscosidad y de bajo vertiente se pueden mejorar al agregar aditivos lubricantes. Esto es importante donde las bombas de inyección y los inyectores dependen del aceite combustible para la lubricación y la viscosidad es menor de 1.3 cSt a 104°F (40°C).

2.1.9 VOLATILIDAD.

Las características de destilación de un combustible describen su volatilidad. Un combustible diseñado adecuadamente tiene la porción óptima de componentes de baja ebullición para un fácil arranque en frío y un rápido calentamiento y sus componentes más pesados que proporcionan potencia y economía del combustible cuando el motor alcanza la temperatura de operación. Ya sea de volatilidad demasiado alta o demasiado baja puede promover el desarrollo de humos, depósitos de carbón y dilución de aceite debido al efecto de inyección y vaporización de combustible en la cámara de combustión. Los puntos de 10, 50 y 90% y el punto final de ebullición son los controles principales de volatilidad. Los motores a diesel en el servicio automotriz, agricultura y construcción utilizan combustibles con un punto de ebullición final de aproximadamente 700°F (371°C). Los autobuses urbanos generalmente utilizan un combustible con un punto final de ebullición inferior para reducir al mínimo el humo y el olor en el escape.

2.1.10 NÚMERO O INDICE DE CETANO

El número o índice cetano es una medida de la calidad de autoencendido de un combustible diesel. Entre más corto sea el intervalo entre el momento en que se inyecta el combustible y empieza a quemarse (periodo de retardo de encendido), más alto es el número de cetano. Es una medida de la facilidad con la cual el combustible puede encenderse y es más significativa en el arranque a baja temperatura, en el calentamiento y en la suavidad en la combustión uniforme.

Algunos hidrocarburos se encienden más rápidamente que otros y esto es deseable debido al corto retardo al encendido. Los hidrocarburos preferidos, en el orden de sus números

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descendentes de cetano, son las parafinas normales, las olefinas, naftenos, isoparafinas y aromáticos. Este es el orden inverso de su calidad antidetonante. El número cetano es una medida de la prueba en un motor a diesel de un solo cilindro con una relación de compresión variable. Los combustibles de referencia utilizados son mezclas de cetano, los cuales tienen un retardo muy corto de encendido y el naftaleno-metíl-alfa, el cual tiene un retardo largo de encendido. El porcentaje de cetano en el combustible de referencia, que proporciona el mismo retardo de encendido como el combustible de prueba, se define como el número cetano del combustible de prueba.

Los motores Diesel cuyos rangos de velocidad son menores de 1000 rpm están clasificados como motores de baja velocidad, de 1000 a 2000 rpm como velocidad media y más de 2000 rpm como alta velocidad. Los números cetano de combustibles fácilmente disponibles están en el rango de 40 a 55, con valores de 40 a 48 son los más comunes. Estos valores son satisfactorios para motores de media y alta velocidad; los motores de baja velocidad pueden utilizar combustibles en el rango de número cetano de 25 a 35. Además de ciertos compuestos tales como nitratos de alkyl mejorarán el número cetano

2.1.11 RESIDUOS CARBONOSOS

Estos deben ser limitadísimos en cuanto que los residuos carbonosos se incrustan especialmente en las partes rectificadas del aparato de inyección y también en las superficies expuestas como cámaras de combustión y pistones. En cuanto a las cenizas estas forman un producto abrasivo por lo que desgastan las partes en rotación o movimiento.

2.1.12 CONTEINO DE AZUFRE (Sulfuros)

El sulfuro en el gas-oil puede causar depósitos en la cámara de combustión, corrosión en el sistema del escape y desgaste en los pistones, anillos y cilindros, particularmente a bajas temperaturas del agua se incrementan las emisiones de partículas. La tolerancia del sulfuro para un motor depende del tipo de éste y el tipo de servicio. El contenido de sulfuro de combustible arriba de 0.4% se considera generalmente como medio o alto, mientras que el combustible con un contenido de sulfuro por abajo de 0.2% se considera bajo. Los grados en verano del gas-oil comercialmente disponible están en el rango de sulfuro de 0.1 a 0.4%. Los grados en invierno con frecuencia tienen menos del 0.2% de sulfuro. La mayoría de los gas-oil son bajos en contenido de sulfuro y los constructores de motores recomiendan el uso de una buena calidad de aceite con intervalos de cambio de éste; no debe preocupar los efectos del sulfuro en el combustible. A medida que son más fuertes las regulaciones de emisiones, se tiene que reducir el contenido de sulfuro en el gas-oil.

2.1.13 ADITIVOS DEL DIESEL

En los combustibles para motores Diesel, la introducción de aditivos no está tan extendida como en los combustibles para motores Otto sólo se introducen aditivos para mejorar la fluidez en invierno.

MEJORADORES DE FLUIDEZ

Se trata de polímeros, que en realidad no impiden la precipitación de cristales de parafina a bajas temperaturas, pero que no obstante, impiden tanto el crecimiento de sus cristales, que al ser de tamaño microscópico pueden pasar por el filtro.

La acción de estos aditivos depende de la constitución estructural del combustible La disolución posterior de los cristales de parafina ya precipitados, no es posible. En estos casos la adición de petróleo resulta positiva, pero existen entre otros los peligros de la reducción del punto de inflamación.

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PROTECCIÓN CONTRA EL ENVEJECIMIENTO

Los destilados medios normales son suficientemente resistentes al envejecimiento, pero los componentes del craqueo elevan la tendencia al envejecimiento. Para estos resulta conveniente la introducción de aditivos que reducen la tendencia a la oxidación.

UNIDAD 3

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL

3.1 MOTOR DIESEL DE CUATRO TIEMPOS

El motor Diesel de cuatro tiempos tiene una estructura semejante a los motores de Otto (Figura 3.1), salvo ciertas características particulares. El émbolo (1) desarrolla cuatro carreras alternativas mientras el árbol motor (2) da dos giros de 360° o dos revoluciones completas. Realiza el llenado y evacuación de gases a través de dos válvulas (3) situadas en la culata (4), cuyo movimiento de apertura y cierre está sincronizado con el árbol motor, a través de un sistema de distribución por árbol de levas (5).

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Fig. 3.1 Motor diesel de cuatro tiempos.

3.1.1 CICLO DE FUNCIONAMIENTO

El motor Diesel para cumplir su ciclo de funcionamiento, ejecuta cuatro carreras o fases, estas son las siguientes:

Primer tiempo: Admisión.

En este primer tiempo (Figura 3.2A) el émbolo efectúa su primera carrera o desplazamiento desde el PMS al PMI, aspirando aire de la atmósfera, debidamente purificado a través del filtro. El aire pasa por el colector y la válvula de admisión (1), que permanece abierta, con objeto de llenar todo el recinto del cilindro. Durante este tiempo, la muñequilla del cigüeñal gira 180° (Fig. 3.4)

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1.-. Válvula de admisión 2.- Válvula de escape. 3.- Inyector.

Fig. 3.2 Funcionamiento del motor diesel en sus cuatro fases: A.- Admisión B.- Compresión C.- Combustión y Expansión D.- Escape.

Segundo tiempo: Compresión

En este segundo tiempo y con las dos válvulas completamente cerradas (Figura 3.2B) el émbolo, en su carrera ascendente, comprime el aire a gran presión (pc = po • Rc ), quedando alojado en la cámara de combustión. La muñequilla del cigüeñal gira otros 180° y completa la primera vuelta del árbol motor.

La presión alcanzada en el interior de la cámara de combustión mantiene la temperatura del aire por encima de los 500 °C, superior al punto de inflamación del combustible, para lo cual

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la relación de compresión tiene que ser elevada. El volante de inercia aporta una cantidad de energía que se transforma en calor absorbido por el aire.

Dando valores a esta fórmula y representando en un sistema de ejes coordenados los valores obtenidos (Figura 3.3) se determina la curva característica de las temperaturas alcanzadas en la compresión en función de la relación de compresión. En dicha curva se puede observar la relación de compresión mínima que necesitan estos motores para alcanzar la temperatura adecuada de combustión.

El exponente calorimétrico (a) en esta ecuación vale 1,405, al ser aire lo que se comprime.

tc = (to + 273) • Rc -1 - 273

Fig. 3.3.- Temperaturas de compresión en función de la relación de compresión.

Tercer tiempo: Trabajo (Combustión y expansión)

Al final de la compresión con el émbolo en su PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro (Figura 3.2C), en una cantidad que es regulada por la bomba de inyección. Como la presión en el interior del cilindro es muy elevada para que el combustible pueda entrar la inyección debe realizarse a una presión muy superior, entre 150 y 200 atmósferas, que suministra la bomba.

El combustible, finamente pulverizado, se inflama en contacto con el aire caliente, produciéndose el giro de la muñequilla de biela del cigüeñal 180 del mismo. Se eleva entonces la temperatura interna, que mantiene constante la presión mientras dura la inyección o aportación de calor y, a continuación, se realiza la expansión y desplazamiento del émbolo hacia el PMI. Durante este tiempo, o carrera de trabajo, el émbolo efectúa su tercer recorrido y la muñequilla del cigüeñal gira otros 180° (Figura 3.4)

Cuarto tiempo: Escape

Durante éste cuarto tiempo (Figura 3.2D), la válvula de escape (2) permanece abierta y el émbolo, durante su recorrido ascendente, efectúa el barrido de gases quemados que salen al exterior por esta válvula. La muñequilla del cigüeñal efectúa otro giro de 180°, completando las dos vueltas del árbol motor que corresponde al ciclo completo de trabajo. El diagrama de distribución correspondiente a este funcionamiento teórico, se encuentra representado en la Figura 3.4.

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Fig. 3.4 Diagrama teórico de distribución.

3.1.2 DIAGRAMA PRESIÓN VOLUMEN DEL CICLO TEÓRICO DE TRABAJO.

Representando en un sistema de ejes coordenados, p = f (V), el funcionamiento teórico de estos motores durante sus fases de trabajo, el trabajo desarrollado en el ciclo queda determinado en el diagrama de la figura 2.5.

Durante el primer recorrido del émbolo 1-2 el cilindro se llena totalmente de aire, la presión se mantiene constante y tiene el mismo valor que la atmosférica, por lo que este recorrido es isóbaro (p = constante).

Fig. 3.5 Diagrama del ciclo teórico a p = K.

Durante el segundo recorrido 2-3, el aire es comprimido en la cámara de combustión que alcanza en el punto 3 presiones del orden de 35 a 50 kgf/cm2, suponiendo este recorrido adiabático (sin pérdidas de calor) la temperatura alcanzada al finalizar la compresión depende del trabajo aportado por el volante para comprimir el aire. El valor de la misma supera los 500 °C, temperatura adecuada para producir la inflamación del combustible.

Durante el tiempo que dura la inyección, el émbolo inicia su descenso, recorrido 3-4 en el diagrama, esto lo hace a presión constante, debido a que el combustible se quema

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progresivamente a medida que entra en el cilindro (retraso de combustión), compensando el aumento de volumen con la aportación de calor (Q1).

Terminada la inyección se produce la expansión 4-5, lo que hace decrecer la presión interna a medida que el cilindro aumenta de volumen. Suponiendo este desplazamiento también adiabático, la diferencia de temperatura entre los puntos 4 y 5 se habrá transformado en trabajo mecánico.

En el punto 5 se abre la válvula de escape y los gases quemados salen rápidamente al exterior, bajando la presión interna teóricamente a la presión atmosférica (isócora 5-2). El calor residual (Q2) no transformado en trabajo es cedido a la atmósfera.

El resto de gases residuales es barrido del cilindro por el émbolo durante su recorrido de escape 2-1, llegando el mismo al PMS, donde se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión para iniciar un nuevo ciclo.

Como se puede observar, este ciclo difiere ligeramente del ciclo Otto, en que la aportación de calor se realiza a presión constante, con una carrera de trabajo en dos fases, una a presión constante (3-4) y otra adiabática (4-5). El trabajo resultante o trabajo útil (Tu) es igual al trabajo total desarrollado (Tt) (Figura 2.6A), menos el trabajo aportado (Ta) (Figura 2.6B), equivalente a la superficie del diagrama de la figura 2.5.

Fig. 3.6 Trabajo útil del ciclo (Tu = Tt – Ta)

Tu = T3-4 + T4-5 – Ta

Tu = P3 • V3-4 + P 4 + P 5 • V4-5 – P 3 +P o • V1-2

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EJERCICIO RESUELTO

Calcular el trabajo teórico desarrollado por un motor Diesel que tiene una relación de compresión de 18/1, suponiendo que la presión inicial de admisión es de 1 kgf/cm2 y que la presión al final de la expansión es de 8 kgf/cm2. La cilindrada unitaria es de 800 cm3 y se sabe que la combustión produce un retraso de 18° en el recorrido del émbolo (Figura 2.5).

Solución:

P3 = P4 = Pc = Po • Rc = 1 x 18 1,405 = 58.031 Kgf / cm2

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V3-4 = Vu • 18° = 800 x 1 = 80 cm3 180° 10 Dando valores en la fórmula

Tu = Pc • V3-4 + P4 + P5 • (Vu – V3-4) – Pc + Po • Vu 2 2 Tu = [ 58.031 x 80] + [ 58.03 + 8 x (800 – 80)] – ( 58.031 + 1 ) x 800 2 2 Tu = 4801,2 kgf • cm Tu = 48.01 kgf • m/ciclo

En motores lentos y medios, de hasta 1 500 rpm, el retardo en la combustión 3-4 no afecta mucho al comportamiento del motor durante su carrera de expansión, ya que el espacio recorrido por el émbolo es pequeño. Pero en motores rápidos, este desplazamiento puede llegar a ser grande, con la cual la depresión o recorrido adiabático 4-5 tiene que efectuarse en un corto recorrido del émbolo, lo que produce una gran trepidación en el motor al aplicar toda la presión interna en tan corto recorrido de sus elementos móviles.

3.1.3 DIAGRAMA PRESION VOLUMEN DEL CICLO PRÁCTICO DE TRABAJO.

El ciclo práctico o diagrama real corregido en estos motores se ajusta en función a las cotas de distribución (Figura 3.8), con el objeto de compensar los defectos de llenado y evacuación de gases, de esta manera se obtiene un diagrama (Figura 3.9) que se asemeja mucho al de los motores Otto, pero con un rendimiento térmico mucho más elevado, al ser mayor el grado de compresión.

3.1.4 CRUCE DE VÁLVULAS

En los motores Diesel, el adelanto y el retraso en las cotas de distribución pueden ser mayores, con lo cual el traslapo-solapo de válvulas es también mayor. Lo único que se suscita con este cruce es que conjuntamente con la evacuación de los gases de escape también escapan gases frescos, es decir aire puro, que no afecta al rendimiento económico del motor, más bien se favorece al barrido de gases residuales y el mejor llenado del cilindro.

El avance a la inyección se realiza de forma que casi todo el combustible es inyectado antes de que el pistón alcance el PMS, con lo cual se eleva enormemente la presión y se reduce al máximo el retardo en la combustión. (Figura 3.8)

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Fig. 3.7 Diagrama de distribución.A.- Teórico B.- Corregido. 1.- Admisión.2.- Compresión.3.- Combustión.4.- Expansión.5.- Escape.

Fig. 3.8 Ciclo mixto corregido.

3.2 MOTOR DIESEL DE DOS TIEMPOS

Este motor presenta unas características similares al motor de explosión de dos tiempos en cuanto a su forma y funcionamiento. Pero al ser motor Diesel, la alimentación y combustión se realiza comprimiendo solamente aire e inyectando el combustible al finalizar la compresión. Un ciclo de trabajo se realiza en dos carreras alternativas del émbolo, que se transforma en un giro de 360° del cigüeñal.

El llenado del cilindro no se realiza por precompresión en et cárter como en el motor de explosión de dos tiempos, sino introduciendo directamente el aire en el cilindro a través de una lumbrera de admisión situada (Figura 3.9) a la altura de la lumbrera de escape, ambas próximas al PMI. Debido a esta forma de llenado y al poco tiempo que se dispone para el evacuado de gases residuales procedentes de la combustión, el barrido de gases es muy deficiente.

Para mejorar el sistema de barrido se necesita acoplar un sistema de bomba que introduzca y acelere la entrada del aire a presión, que facilite el arrastre de los gases residuales fuera del cilindro y que efectúe el llenado del mismo con una carga de aire lo más pura posible.

En este motor, al efectuar el barrido de los gases quemados solamente con aire, no se desperdicia combustible, por lo que su consumo especifico es inferior a los de gasolina. Además, tienen mayor rendimiento térmico, debido al mayor grado de compresión con que trabajan. Sin embargo, como ocurre con el motor de cuatro tiempos Diesel, las cargas de trabajo son mayores, lo que exige elementos más robustos que hacen disminuir su velocidad de régimen. Por esta razón no puede nunca desplazar al motor de explosión, ligero y rápido, en las aplicaciones de automoción.

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Fig. 3.9 Motor Diesel de dos tiempos.

3.2.1 COMPARACIÓN CON EL MOTOR DE CUATRO TIEMPOS

Con respecto al motor Diesel de cuatro tiempos y en las mismas condiciones de llenado, el motor Diesel de dos tiempos da mayor potencia porque gira al doble de revoluciones. Sin embargo, por su forma de llenado y evacuado de gases, el rendimiento de este motor es muy inferior al de cuatro tiempos, siendo imprescindible un buen barrido de gases, cuestión muy difícil de conseguir en un motor rápido debido al poco tiempo de que dispone para realizarlo.

Por esto, sólo se emplea en motores marinos y estacionarios donde, por su sencillez constructiva (carecen de elementos de distribución y otros órganos auxiliares), resultan más económicos, sobre todo los modelos lentos y medios, donde se puede efectuar un buen barrido de gases. La potencia útil de estos motores es grande, aunque necesiten parte de ella para mover la bomba de barrido.

3.2.2 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL DE DOS TIEMPOS

El funcionamiento del motor Diesel de dos tiempos, similar al de explosión, pero con las particularidades indicadas, es el siguiente (Figura. 3.9)

Primer tiempo: Compresión

Durante este tiempo el émbolo se desplaza desde el PMI al PMS, efectuando su primera carrera ascendente y un giro de 180° en su árbol motriz.

Al subir el pistón cierra las lumbreras de admisión y escape y comienza la compresión del aire, que termina cuando el pistón llega al PMS.

Segundo tiempo: Expansión

Cuando el émbolo se encuentra en el PMS y el aire se ha comprimido, se produce la inyección del combustible; éste, en contacto con el aire caliente, se inflama y produce la combustión del mismo a presión constante. La combustión continúa hasta el final de la inyección y a continuación, se inicia la expansión o carrera de trabajo.

Antes de que el émbolo llegue al PMI se abren las lumbreras de carga y escape y se inicia la salida de gases residuales y la entrada de aire a presión procedente de la bomba. Este aire, al entrar a gran velocidad y por la propia inercia de los gases residuales, arrastra a éstos hacia el exterior a través del colector de escape. Con ellos sale gran parte del aire impulsado por la bomba, el cual se emplea para efectuar el barrido y llenado del cilindro. El

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aire continúa entrando hasta que el émbolo, en su recorrido ascendente, cierra nuevamente las lumbreras para comenzar la compresión del nuevo ciclo.

3.2.3 DIAGRAMA PRESIÓN VOLUMEN DEL CICLO TEÓRICO DE TRABAJO

Este ciclo de funcionamiento teórico, representado en un sistema de ejes coordenados, determina un diagrama (Figura 3.10) característico del motor Diesel en el que la combustión teórica se realiza a presión constante y la expulsión de gases a volumen constante.

El recorrido 1-2 corresponde a la situación de las lumbreras próximas al PMI y equivale al ángulo de apertura y cierre de las mismas (Figura 3.11). Dicho recorrido influye grandemente en el rendimiento del motor, ya que si las lumbreras se sitúan próximas al PMI el tiempo de llenado y barrido de gases es insuficiente. Aun para motores lentos, ya que queda un gran porcentaje de gases residuales en el interior del cilindro. Esto hace que se produzca una combustión deficiente y lenta, al mismo tiempo qua se ocasiona un gran retraso en la misma. Por el contrario, si la separación de lumbreras es grande, el llenado y barrido de los gases se efectúa en mejores condiciones aunque entonces disminuye la carrera eficaz de trabajo y, por tanto, la superficie del diagrama o trabajo desarrollado.

Fig. 3.10 Diagrama del ciclo teórico de Fig. 3.11 Diagrama de distribucióndos tiempos.

3.2.4 DIAGRAMA PRESION VOLUMEN DEL CICLO PRÁCTICO

El principal inconveniente de estos motores para conseguir un ciclo real que se aproxime al teórico está en el barrido de gases residuales, muy difícil de conseguir en motores rápidos, aun con los más perfectos sistemas de barrido.

Con motores lentos se consigue obtener un diagrama de rendimiento máximo, próximo al teórico empleando sistemas de barrido con bombas de sobrealimentación que permiten una perfecta y rápida evacuación de los gases residuales. Para ello, se sitúan las lumbreras próximas al PMI, pero con amplitud suficiente para que den tiempo a la bomba a efectuar el barrido completo de gases residuales y el llenado del cilindro con aire suficiente para lograr una buena combustión. De esta forma, se reduce el retraso de la misma con un pequeño adelanto a la inyección.

En estas condiciones se obtiene un diagrama práctico (Figura 3.12), formado por un ciclo mixto, a volumen y presión constantes, muy próximo al teórico, mejorando incluso las condiciones del mismo al obtener mayores presiones finales y un mayor recorrido de expansión.

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Durante el desarrollo de este ciclo el punto 1 se encuentra a una presión superior a la atmosférica, debido a que la entrada de aire procedente de la bomba oscila entre 1,2 a 1,4 kgf/cm2 durante el barrido de gases.

Fig. 3.12 Diagrama real corregido.

Al subir el pistón se cierra primeramente la lumbrera de admisión 2 y luego la de escape 3 y comienza la compresión de los gases hasta el PMS. Antes de que el émbolo llegue al PMS, en el punto 4 se inicia la inyección que dura hasta 5, acortando el retraso en la combustión y alcanzando una mayor presión final. En el punto 5 se inicia la expansión 5-6 hasta la apertura de la lumbrera de escape 6, a través de la cual sale gran parte de los gases quemados, por la diferencia de presión existente. A continuación, se abre la lumbrera de carga y entra el aire a presión procedente de la bomba, el cual efectúa el barrido del resto de los gases.

Este pequeño adelanto de la lumbrera de escape, con respecto a la de admisión (Figura 3.13), permite que la entrada de aire procedente de la bomba tenga que arrastrar menor cantidad de gases residuales, con lo que el barrido es más eficaz y mejora el llenado del cilindro con aire puro.

Fig. 3.13 Distribución con cotas de reglaje.

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3.2.5 SISTEMAS DE BARRIDO

El barrido de gases quemados en los motores de dos tiempos Diesel se realiza introduciendo en el cilindro, cuando el émbolo descubre las lumbreras, una corriente de aire suministrada por un compresor o bomba de barrido a una presión determinada, por encima de la atmosférica y que oscila entre 1,1 y 1,4 kgf/cm2.

Según la forma de introducir el aire y producir la expulsión de los gases residuales, los sistemas de barrido empleados en estos motores pueden ser de dos tipos:

Barrido con vuelta.

Barrido de equicorriente o uniflujo.

3.2.5.1 Barrido con vuelta

Este sistema de barrido consiste (Figura 3.9) en introducir el aire a través de una serie de lumbreras situadas próximas al PMI y en la expulsión de los gases residuales por medio de otra serie de lumbreras situadas un poco por encima de las de admisión. Según el posicionado de las lumbreras en el cilindro existen ligeras variantes de este sistema, siendo las más conocidas:

Barrido transversal.

Esta variante (Figura 3.14) consiste en efectuar un barrido directo a medida que entra el aire sobre los gases quemados. Este sistema tiene el inconveniente de que a la parte alta del cilindro no llega la corriente de aire y, por consiguiente, resulta un barrido totalmente deficiente. Sin embargo presenta la ventaja de su sencillez.

Como la lumbrera de escape se cierra un poco después que la de carga, existe una pequeña pérdida de presión en el cilindro. Para evitar esto, algunos fabricantes sitúan otra serie de lumbreras de carga por encima de las de escape (Fig.3.15), de forma que cuando el émbolo tapa las lumbreras de escape, aún sigue entrando aire en el cilindro. De esta forma se consigue una sobrealimentación del mismo.

Tiene el inconveniente de que, durante el retroceso del pistón, en su carrera de expansión, estas lumbreras son las primeras que se abren. Para evitar que salgan por ellas los gases de escape van provistas de unas válvulas automáticas de cierre.

Fig. 3.14 Barrido transversal. Fig. 3.15 Barrido transversal con doble lumbrera de carga

Barrido transversal con lumbrera de desvío.

Este sistema consiste (Fig. 3.16) en dar una gran inclinación de entrada a la lumbrera de carga para que el aire entre de forma ascendente. Se sitúan otras dos lumbreras circulares en oposición, de forma que el aire que entra por ellas choque con el aire de la lumbrera principal y le obligue a desviarse hacia la zona alta del cilindro. De esta forma muy sencilla se consigue un buen barrido en todo el cilindro.

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Fig. 3.16 Barrido transversal con lumbrera de desvío.

Barrido en lazo.

Consiste en situar dos lumbreras de carga (Fig. 3.17) perpendiculares a las lumbreras de escape, con lo cual la corriente de aire que entra por ellas crea un torbellino envolvente sobre los gases residuales que llega hasta la parte alta del cilindro, arrastrando con él los gases quemados hacia la lumbrera de escape.

Fig. 3.17 Barrido en laso.

Barrido de retroceso.

En este sistema las lumbreras de escape se sitúan por encima de las de carga y sobre el mismo lado del cilindro (Fig. 3.18), de forma que el aire, al entrar, tiende a retroceder hacia la lumbrera de escape.

Como en este sistema la separación de lumbreras es mayor, la pérdida de presión interna, cuando el émbolo cierra la admisión, de aire, es mucho mayor. Por consiguiente es indispensable colocar una válvula de cierre (1) en el escape (Fig. 3.19), de forma que esta se cierre una vez que el émbolo rebase la lumbrera de carga.

Este sistema, aunque bastante eficaz, tiene el inconveniente de perder mayor carrera de expansión, por lo que para obtener una misma potencia obliga a un mayor dimensionado de los cilindros.

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Fig. 3.18 Barrido de retroceso. Fig. 3.19 Barrido de retroceso.

3.2.5.2 Barrido de equicornente o uniflujo

Este sistema (Fig. 3.20A) consiste en introducir la corriente de aire de barrido a través de unas lumbreras situadas en la parte baja del cilindro, próximas al PMI, y producir la expulsión de los gases residuales a través de una válvula situada en la culata, la cual es accionada mecánicamente por un sistema de distribución (Fig. 3.20B).

Las lumbreras de entrada están posicionadas de forma que el aire entre tangencialmente en el cilindro (Fig. 3.20C). Así se logra un movimiento de giro en la corriente de aire que efectúa un barrido circular ascendente que llega a todos los rincones del cilindro. Los gases salen por la válvula superior de escape, la cual se cierra un poco después que el émbolo haya rebasado la lumbrera de carga.

Este sistema es el más eficaz de todos los empleados en estos motores, ya que realiza una expulsión completa de los gases residuales, pero se complica al tener que disponer de un sistema de distribución para la apertura y cierre de la válvula, perdiendo por tanto una de las ventajas que caracteriza al motor de dos tiempos, como es la sencillez de elementos. Por ese motivo, el barrido con vuelta es el más empleado porque, a pesar de ser imperfecto, presenta las ventajas de su sencillez y simplificación de elementos.

Fig. 3.20A Barrido de equicorriente. Fig. 3.20 B Motor de dos tiempos con Fig. 3.20C Entrada de aire

barrido por equicorriente. tangencial

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3.2.5.3 Bomba de barrido

Sea cual sea el sistema empleado, como bomba de barrido se utiliza generalmente la de tipo Roots (Figura 3.21). Consiste ésta en un cuerpo de bomba, en cuyo interior se mueven dos piezas que giran sincronizadas en sentido contrario y que son accionadas ambas por medio de engranajes desde el árbol motor. Por efecto de este giro contrario se crean en su interior dos cámaras de volumen variable que aspiran el aire filtrado por uno de sus lados o bocas y lo expulsan por el otro a mayor presión.

Fig. 3.21 Bomba de barrido tipo “ROOTS”

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UNIDAD 4

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN E INYECCIÓN DEL MOTOR

4.1 CIRCUITO DE COMBUSTIBLE

4.1.1 SISTEMA GENERAL DEL CIRCUITO DE INYECCIÓN.

En el sistema general del circuito de combustible según la Figura 4.1, la bomba de transferencia, impulsa el combustible por los filtros hacia el colector de la Bomba de inyección. Por este trayecto siempre entra un poco de aire al sistema; principalmente por la espuma que siempre se forma en el depósito de combustible y por otra parte, por las conexiones de la misma instalación de las cañerías. Este aire puede causar problemas si se acumula en el colector de la bomba de inyección. Para evacuar este aire se ha instalado en este sistema, una válvula de rebose en la tapa del filtro. Esta válvula mantiene una pequeña sobre presión del gasoil que sale constantemente por la válvula, evacuando así todo el aire acumulado en el sistema, regresando por la cañería de rebose al depósito del combustible.

Fig. 4.1 Esquema general de la circulación de combustible en la instalación de Inyección Diesel.

4.1.2 SISTEMAS DE INSTALACIÓN DE INYECCIÓN PREPARADA PARA EL BARRIDO DE COLECTOR DE LA BOMBA DE INYECCIÓN.

Si se tienen en servicio vehículos con combustible que contiene componentes de bajo punto de ebullición o si se pasa a utilizar para ellos un combustible de tal clase, se evitaría el peligro de que se formen burbujas de vapor, eligiendo para la instalación de inyección la disposición representada en las figuras 4.2 y 4.3.

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- A veces trae la válvula de rebose para eliminar burbujas y para mejorar la refrigeración.

1.- Bomba de transferencia.2.- Bomba de inyección.3.- Vareador de avance de inyección.4.- Tornillo de purga de aire.5.- Válvula de rebose.6.- Cañería de rebose.7.- Cañería de presión.

Fig. 4.2 Fig. 4.3

Sistemas de inyección preparados para el barrido del colector.

1.- Bomba de transferencia 5.- Válvula de rebose.

2.- Bomba de inyección. 6.- Cañería de rebose.

3.- Variador de avance de inyección. 7.- Válvula de rebose.

4.- Tornillo de purga de aire. 8.- Válvula estranguladora.

En la Fig. 4.2, todo el combustible es enviando por la bomba de alimentación hacia la bomba de inyección barriendo el colector de esta última. El exceso de gasoil regresa por la válvula y cañería de rebose al depósito de combustible, de esta forma se evacua con el barrido de todas las burbujas de vapor y de aire; como este flujo significa también un cierto enfriamiento de la bomba de inyección; se recomienda también este sistema donde existe el peligro de un sobrecalentamiento del combustible por las instalaciones muy cercanas a piezas calientes del motor; como ejemplo de éstas, se mencionan los filtros de combustible.

En la Fig. 4.3, la instalación según la figura se recomienda cuando no está garantizada la frecuencia de mantenimiento de los filtros de combustible. Cuando la resistencia en los filtros se aumenta, se abre la válvula de rebose (5) y una parte del gasoil regresa por la cañería de rebose al depósito del combustible.

Por la pérdida de potencia del motor, el conductor nota la necesidad de cambio de los filtros de combustible. El combustible que rebosa por la válvula de retención (7) en la bomba de inyección, regresa por un conducto común de rebose hacia el depósito del combustible.

4.2 BOMBA DE TRANSFERENCIA

La bomba de combustible (Fig. 4.4), que casi siempre está construida con un émbolo el mismo que se desplaza al interior de un cilindro, tiene la misión de conducir el combustible a la bomba inyectora a una presión de aproximadamente 1 bar. La bomba de transferencia va embridada a la bomba de inyección y es accionada por una excéntrica del árbol de levas de ésta. Se distinguen dos clases de bombas de combustible: las de simple efecto y las de doble efecto.

Con objeto de poder mandar combustible desde el depósito a través del filtro al sistema de inyección con el motor parado o llenar y purgar el circuito después de un cambio de filtro, va equipada generalmente la bomba de transferencia con una bomba manual, la misma que se atornilla a la de transferencia justo encima de la válvula de aspiración, esta bomba manual

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puede suministra unos 6 cm3 por cada carrera. Antes de hacer funcionar la bomba de mano hay qua desenroscar el botón moleteado hasta que pueda tirarse de él hacia arriba. Después de accionar la bomba de mano es indispensable volver a enroscar firmemente el botón.

Las impurezas mas bastas del gas oil deben ser eliminadas antes de la bomba de combustible y del filtro. Esta misión la cumple el purificador previo (Fig.4.4) que generalmente va incorporado a la bomba de transferencia, éste está compuesto por una cápsula de vidrio grueso o de chapa en cuyo interior hay un cartucho de tejido de alambre, el paso de combustible desde fuera hacia dentro a través del tamiz de alambre sirve para que se retengan las partículas de suciedad. Por el interior del cartucho de tejido de alambre fluye entonces el combustible limpio hacia la válvula de aspiración. Cada cierto tiempo hay que limpiar este filtro con gasolina o con gasoil. Un junta tórica entre la cápsula del purificador previo y la bomba de combustible tiene por misión evitar la entrada de aire, como esta junta se endurece con al transcurso del tiempo, hay qua cambiarla con relativa frecuencia.

Fig. 4.4 Bomba de transferencia de simple efecto.

En la bomba de simple efecto (Fig. 4.5) la excéntrica empuja, a través del taqué de rodillo y vástago, al émbolo hacia adelante. El combustible es transportado entonces con la válvula de aspiración cerrada por la válvula de presión hacia la cámara de presión (carrera intermedia). El resorte del émbolo es comprimido entonces la válvula de presión cargada con un muelle vuelve a cerrarse al final de la carrera. Después de haber recorrido la excéntrica su mayor carrera, el émbolo es oprimido por su resorte nuevamente hacia atrás con las piezas sueltas anexas, vástago y taqué de rodillo. Con esto es enviado una parte del combustible de la cámara de presión (cantidad elevada por cada carrera), a través del filtro, a la bomba de inyección. Durante esa carrera de elevación es simultáneamente aspirado combustible a la cámara de aspiración desde el depósito, a través del purificador previo y de la válvula de aspiración. Según este mecanismo de funcionamiento resulta, pues, que únicamente hay una carrera de elevación cada segunda carrera del émbolo. Si la presión en la tubería de elevación sobrepasa un determinado valor el resorte del émbolo podría empujar a éste hacia atrás sólo parcialmente, de lo que resulta un empequeñecimiento de la carrera de elevación o transporte y con ello también de la cantidad transportada. Se habla de una Impulsión “elástica” en la cual las tuberías están protegidas contra presiones demasiado altas.

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En la bomba de combustible de doble efecto (Fig. 4.6 y 4.7). mediante el movimiento hacia adelante del émbolo, se abren simultáneamente una válvula de aspiración y otra de presión. Es decir, que al mismo tiempo se aspira y se impulsa. El resorte, en tensión, del émbolo hace retroceder a éste después de haber recorrido toda su carrera. En esta carrera se aspira y se impulsa igualmente, de todos modos, a través de las otras dos válvulas. La bomba de combustible impulsa por lo tanto en cada carrera; es de doble efecto, es decir, impulsa dos veces en cada revolución del árbol de levas. En virtud de la unión suelta del émbolo, del vástago y del taqué de rodillo se obtienen igualmente una impulsión elástica.

Fig. 4.5 Esquema de la bomba de inyección de simple efecto.

Fig. 4.6 Bomba de transferencia de doble efecto.

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Fig. 4.7 Esquema de una bomba de inyección de doble efecto

4.3 FILTRO DE COMBUSTIBLE

4.3.1 GENERALIDADES

Un motor Diesel podrá funcionar sin perturbaciones únicamente si el combustible está bien filtrado. Los filtros de combustible retienen las más pequeñas impurezas del combustible e impiden así que cuerpos extraños deterioren o desgasten prematuramente las sensibles piezas de precisión de las bombas de inyección y de los inyectores. Existen diferentes tipos de filtros, entre estos se encuentran: los simples, escalonados y paralelos, con brida plana o angular.

Los elementos filtrantes tienen que renovarse a intervalos regulares. En condiciones normales, el cambio deberá efectuarse después de un recorrido de unos 15000 a 20000 km o cada 400 horas de servicio, aproximadamente, si hay instalado un depósito de alimentación por gravedad, cada 300 horas de servicio, aproximadamente. En general, los filtros con elementos filtrantes cambiables deben limpiarse esmeradamente cada vez que se sustituya el elemento. Si esta limpieza no se realiza con el necesario cuidado, existe el peligro de que pase suciedad al lado limpio del filtro, ocasionando deterioros en la instalación de inyección. Este peligro no existe en los filtros-box.

4.3.2 FILTROS – BOX

Existen filtros-box simples, escalonados y paralelos, con brida plana o angular, en las dos direcciones de paso. Los filtros-box paralelos y escalonados no se distinguen exteriormente entre sí. La diferencia sólo puede observarse en el lado interior de su tapa.

Fig. 4.8 Caja de filtro. Fig. 4.9 Filtro – box simple Fig. 4.10 Filtro – box Escalonado, con brida

con brida angular. angular.

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El filtro-box (Fig. 4.8, 4.9, 4.10, 4.11, 4.12, 4.13) se compone de la tapa con los orificios roscados para la entrada y salida del combustible, y de la caja enroscada. Esta consiste en un cuerpo de chapa, en el que se halla un elemento filtrante de papel. En la tapa del cuerpo se encuentra un orificio central roscado (M 16 x 1.50), para sujetar la caja a la tapa del filtro y para la salida del combustible, así como cuatro orificios para la entrada del combustible.

El tamaño del filtro (0,6 litros) es suficiente, en las ejecuciones de filtro simple o escalonado, para motores de hasta 160 CV; para motores mayores de hasta 320 CV se recomiendan filtros-box paralelos. El cambio del filtro se realiza sustituyendo la caja con su elemento: desenroscarla con unas tenazas para cintas o para tubos. Enroscar la nueva caja a mano hasta que el anillo de junta quede aplicado; apretar luego con 1/4 de vuelta.

Como el grado de depuración máximo de un filtro no se obtiene hasta haberse formado una capa de suciedad sobre la superficie filtrante, en el filtro escalonado no deben cambiarse nunca simultáneamente los escalones primero y segundo. La sustitución del segundo escalón debe efectuarse entre los cambios tercero y cuarto del primer escalón. Después de cambiar una caja de filtro, llenar ésta de combustible y purgar el aire de la instalación.

Fig. 4.11 Dirección de paso y apertura de la tapa (interior) en los filtros escalonados (izquierda) y paralelos (derecha). En caso de inversión de la dirección de paso, las aberturas están disponibles en la tapa de modo simétrico.

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Fig. 4.12 Filtro de caja escalonado Fig. 4.13 Filtro escalonado de combustible con

elementos filtrantes recambiables.

4.4 BOMBAS DE INYECCIÓN

4.4.1 BOMBAS DE INYECCIÓN EN LÍNEA

4.4.1.1 Tamaños y tipos de bombas

Tipo de construcción. PE PES

Tamaño. A P Z ZW CW M A P

Carrera del émbolo (mm). 8 10 12 12 15 7 8 10

Min.

Diámetro del émbolo.

Max.

5 9 10 14 15

9 13 13.5 16 22

5 5 9

7 9 13

4.4.1.2 Estructura y funcionamiento

La figura 4.14 muestra una bomba de inyección PE con un regulador mecánico (1). una bomba de alimentación (2) y un variador de avance (3). La bomba de alimentación aspira el combustible del depósito y lo impele por el filtro de combustible al colector de la bomba de inyección (Fig. 4.15). El émbolo de la bomba, accionado por el árbol de levas, impulsa el combustible a través de la válvula y la tubería de presión hacia el inyector. Una vez concluida la carrera de impulsión, la válvula de presión, sometida a la acción de un muelle, cierra la tubería de presión y el émbolo regresa a su posición inicial, empujado por su resorte.

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Fig. 4.14 Bomba de inyección.

Fig. 4.15 Bomba de inyección (en sección)

4.4.1.1 Elemento de bomba

El número de elementos corresponde, en la bomba de inyección PE al número de cilindros del motor. Cada elemento de bomba se compone de un émbolo y de un cilindro. El émbolo está ajustado con tanta precisión en el cilindro (juego de pocas milésimas de mm) que cierra herméticamente, incluso a presiones muy altas y números de revoluciones bajos. Por eso los elementos de bomba deben sustituirse únicamente completos, y ningún caso sólo los émbolos o los cilindros.

Además de una ranura vertical, el émbolo tiene en su parte superior un rebajo con borde helicoidal, este último llamado también "rampa sesgada" (Fig. 4.16).

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Fig. 4.16 Elementos de dos orificios Baja presión. (1 – 1.5 bar.) Alta presión.

El cilindro tiene generalmente dos lumbreras radiales opuestas, por las que el combustible pasa del colector a la cámara de presión (orificio de admisión y orificio de descarga) y por estas mismas se descarga el gas oil al cesar su compresión y al llegar la inyección a su fin.

Sin embargo, existen también "elementos de orificio único" (Fig. 8). Sus cilindros tienen sólo una lumbrera lateral (orificio de descarga). En vez de una ranura vertical, el émbolo tiene en este caso un taladro axial, como rampa sesgada, es en definitiva una ranura oblicua.

Las figuras 6 y 9 muestran la acción conjunta de la rampa sesgada del émbolo y del orificio de descarga durante una carrera de trabajo.

Cuando el émbolo está en su posición inferior, la cámara de presión existente por encima de él esta llena de combustible que ha afluido del colector por los orificios laterales del cilindro. Al ascender, el émbolo cierra estos orificios e impele el combustible por la válvula de presión a la tubería de presión. El suministro cesa tan pronto como la rampa sesgada se encuentra a la misma altura que el orificio de descarga, pues desde este momento la cámara de presión del cilindro se comunica con el colector a través de las ranuras vertical y anular, o bien, del taladro longitudinal y de la ranura oblicua, de modo que el combustible regresa al colector.

Fig. 4.17 Elementos de orificio único.

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Fig. 4.18 Suministro máximo (elementos de dos orificios).

4.4.1.2 Reglaje del caudal suministrado

Como el suministro llega a su fin cuando la rampa helicoidal alcanza la lumbrera de regulación, la carrera útil puede variarse girando el émbolo. Si se gira éste hasta el punto en que la ranura vertical, o respectivamente la oblicua, coincida con la lumbrera de regulación, el combustible que se encuentra en la cámara de presión fluye entonces durante la carrera ascendente del émbolo al lado de aspiración: el suministro de combustible es nulo.

En las bombas de los tamaños PE (S) A, CW, Z y ZW, el manguito de regulación calado sobre el cilindro lleva sujeto en su extremo superior un sector dentado (corona dentada); en la parte inferior tiene dos escotaduras longitudinales, en las que se deslizan los talones (arrastradores) del émbolo. En el dentado del sector engrana la varilla de regulación, asimismo dentada. Con ésta, pues, se pueden girar los émbolos durante el funcionamiento, siendo posible así variar progresivamente la carrera útil y, por consiguiente, el caudal suministrado por la bomba, desde cero hasta el valor máximo (Fig. 4.19).

Fig. 4.19 Regulación del caudal suministrado.

a.- Alimentación plena. b.- Alimentación parcial. c.- Alimentación nula.

La señal STOP y la flecha grabadas sobre la varilla de regulación (sólo en caso de bombas PF) indican la dirección en que ha de desplazarse la varilla para reducir a cero el caudal suministrado. Cuando la varilla de regulación se encuentra en la posición final opuesta, está

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ajustado entonces el caudal máximo de suministro, que en general queda limitado por un tope graduable.

La varilla de regulación de la bomba ha de unirse con el regulador de tal modo que no se transmita a la misma ninguna fuerza lateral ni de torsión. Pues si la varilla se mueve con dificultad o se agarrota, la regulación no es estable; si la varilla se atasca en la posición de caudal de plena carga, el motor puede destruirse por sobre revoluciones. Cuando es necesario utilizar un varillaje, lo más conveniente es establecer la unión entre la varilla y el regulador mediante una horquilla (Fig. 4.20).

Fig. 4.20 Horquilla para unir la varilla de regulación con un varillaje.

En las bombas de los tamaños PE (S) M y P, el principio de regulación del caudal suministrado es igual que el arriba descrito, pero para el giro de los émbolos no se emplea ningún mecanismo dentado, sino un brazo de guía o biela.

4.4.1.3 Elemento de bomba con bordes superior e inferior de regulación

Existen elementos de bomba en los que el émbolo no sólo tiene un borde inferior de regulación (para el fin del suministro), sino también uno superior para la regulación del comienzo del suministro. Al girar el émbolo se modifica el comienzo del suministro en función de la carga.

Estos elementos se utilizan para motores de antecámara y de cámara de turbulencia, pues en ellos puede obtenerse una atenuación de los ruidos, si al desplazamiento del comienzo del suministro en función del número de revoluciones (mediante el variador de avance) se añade un desplazamiento del comienzo del suministro en función de la carga.

4.4.1.4 Ranura para el arranque

Algunos motores Diesel arrancan mejor, si durante el proceso de arranque la inyección del combustible se realiza algo más tarde que en el funcionamiento normal. Con este objeto el émbolo tiene en la parte superior una ranura para el arranque, la cual proporciona un comienzo del suministro retardado en unos 5 á 10°. Tan pronto como el motor adquiere velocidad, el regulador desplaza la varilla de regulación a la posición de servicio.

4.4.1.5 Válvula de presión (Descarga de la tubería de presión)

Tan pronto como la rampa helicoidal del émbolo descubre la lumbrera de regulación, la presión en el cilindro desciende. La mayor presión reinante en la tubería que va a los inyectores y el muelle de la válvula empujan ésta contra su asiento. La válvula cierra la tubería de presión con respecto al cilindro de la bomba (Fig. 4.21) hasta que en la siguiente carrera de impulsión vuelve a comenzar el suministro de combustible.

La válvula de presión tiene además por objeto "aliviar" la tubería de presión. La descarga de esta tubería es necesaria para obtener un rápido cierre de la aguja del inyector e impedir que el combustible gotee en la cámara de combustión. La magnitud del volumen de descarga depende de la longitud de la tubería de presión y del caudal suministrado. La

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válvula de presión es conducida por su vástago dentro del porta válvulas. Durante el proceso de suministro es levantada de su asiento, pudiendo pasar el combustible, por las ranuras verticales que terminan en otra anular, al racor de impulsión (Fig. 4.21 b). Encima de la ranura anular se encuentra todavía una corta parte de vástago cilíndrico (émbolo de descarga), que viene ajustada al porta válvulas produciendo un efecto aspirante, y a la que sigue el cono de la válvula.

Al final del suministro, el émbolo que se encuentra sobre la abertura penetra primero en el porta válvulas y suprime la comunicación entre la tubería de presión y la cámara de presión. Únicamente luego se posa el cono sobre su asiento. El volumen disponible para el combustible en la tubería de presión aumenta entonces en el que ocupaba el émbolo de descarga. El combustible que se encuentra en la tubería de presión queda aliviado muy aprisa de la presión a que estaba sujeto y la válvula cónica cierra inmediatamente.

Fig. 4.21 Válvula de presión

4.4.1.6 Montaje y accionamiento

Las bombas de inyección PE se fijan sobre una placa plana o sobre una cubeta en forma de segmento. Las bombas con brida frontal PES., se abriran en general a la caja de ruedas del motor.

En atención a la lubricación, la bomba debe montarse a ser posible en posición vertical. Los ángulos de inclinación admisibles en los diversos sentidos están indicados en nuestros datos de construcción AKP.

En caso de inclinaciones mayores y para motores que han de trabajar durante largo tiempo en posición muy inclinada - por ejemplo en niveladoras sobre orugas - , hay que emplear una bomba de inyección cuya lubricación sea independiente de la posición de funcionamiento. Tales bombas están conectadas al circuito de lubricación de aceite del motor.

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Fig. 4.22 Marca de ajuste para el Fig. 4.23 Acoplamiento de discos.

vareador de avance.

Las bombas de inyección necesariamente tienen que ser accionadas. Es inadmisible el uso de acoplamientos elásticos (acoplamientos de fleje de acero o de goma), por causa del peligro de que se produzcan demoras en el comienzo del suministro y en el ciclo de inyección. Para compensar las pequeñas diferencias (debidas a desplazamiento y desviación de los ejes) eventualmente existentes entre el árbol de accionamiento procedente del motor y el árbol de levas de la bomba, se recomienda utilizar un acoplamiento de discos, que se suministra previo pedido expreso.

La bomba de inyección con brida frontal es accionada en general a través de una rueda dentada o de un vareador de avance con rueda dentada, la cual puede regularse, para el ajuste exacto del comienzo del suministro.

El número de revoluciones de accionamiento corresponde en los motores de cuatro tiempos al del árbol de levas del motor, y en los motores de dos tiempos, al del cigüeñal.

Las bombas de inyección con leva simétrica pueden utilizarse tanto para marcha a la derecha como a la izquierda, pero hay que tener presente que el orden de inyección es diferente según sea el sentido de giro. El orden de inyección de la bomba debe concordar con el de encendido del motor.

4.4.1.3 Puesta en fase de la bomba de inyección

Para ajustar la bomba de inyección respecto al motor se utiliza la señal del comienzo del suministro, que está marcada tanto en el motor como en la bomba de inyección. De ordinario se toma por base el cilindro número 1 del motor (carrera de compresión); sin embargo, hay que observar en todo caso las indicaciones del fabricante de los motores.

La señal del comienzo del suministro se encuentra en el motor Diesel generalmente en el volante (señal del PMS y división en grados con marca del comienzo del suministro), en la polea de la correa trapezoidal o en el antivibrador. En la bomba de inyección, el comienzo del suministro está ajustado para el cilindro número 1 de la bomba cuando la marca grabada sobre el semiacoplamiento no graduable o en el variador de avance coincide con la raya marcada en el cárter de la bomba.

El cilindro número 1 del motor es normalmente el primero en el lado del ventilador. El cilindro número 1 de la bomba es el más próximo al accionamiento de la misma.

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Antes del montaje, hay que hacer coincidir la señal del comienzo del suministro marcada en la bomba, haciendo girar ésta en el sentido de rotación, con la raya grabada en el cárter.

Fig. 4.24 Marca en el vareador de avance.

4.4.1.4 Lubricación

Para las bombas de inyección y reguladores se utiliza hoy casi exclusivamente el sistema de lubricación exento de mantenimiento. Tales bombas se conectan al circuito de lubricación de aceite del motor. Además, existe también el sistema de lubricación por baño de aceite con consumo común para la bomba de inyección y el regulador, así como, por ejemplo en caso de montaje inclinado, el sistema de lubricación por baño de aceite con consumo por separado. Las bombas con lubricación por baño de aceite no están exentas de mantenimiento.

Fig. 4.25 Acoplamiento para bombas de inyección Fig. 4.26 Acoplamiento para bombas de inyección

sin vareador de avance. con vareador de avance.

4.4.1.5 Lubricación conectada al circuito del motor

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El aceite filtrado del motor es conducido, a través de una tubería de presión y de un orificio de entrada, pasando por la rendija del impulsor de rodillo, o a través de una válvula de entrada de aceite, a la cámara del árbol de levas y de muelles; a través del cojinete del árbol de levas o un canal de unión, llega también al regulador. El retorno del aceite lubricante al motor tiene lugar por una tubería destinada a este fin, en caso de estar fijada la bomba sobre una cubeta; en las bombas fijadas mediante una brida frontal, el aceite retorna a través del alojamiento del árbol de levas (sin anillo de retención).

Antes de su puesta en servicio, las bombas a conectar al circuito lubricante del motor tienen que llenarse con el mismo aceite que el empleado para el motor.

4.4.1.6 Lubricación por baño de aceite

El aceite lubricante (el mismo que el del motor) tiene que llenarse en este caso a mano, después de retirar la caperuza o el filtro de purga de aire, en la tapa de cierre. El control del nivel se realiza simultáneamente con el cambio del aceite del motor en los intervalos previstos por el fabricante del mismo (aprox. cada 4500 km ó 150 horas de servicio), soltando el tornillo de control del aceite (centro del árbol de levas). Se da salida al aceite sobrante (aumentado por fugas del combustible o se completa la cantidad que falte.

El cambio del aceite lubricante se realiza al desmontar alguna vez la bomba y el regulador, o con ocasión de un repaso general del motor, prescrito por el fabricante (después de 100 000 km ó 3000 horas de servicio). Las bombas y reguladores con consumo de aceite por separado tienen cada uno una varilla para el control del nivel. Dicho control se efectúa cada 1500 km ó 50 horas de servicio; evacuar el aceite sobrante; completarlo en caso de faltar. Después de 15 000 km ó 500 horas de servicio, añadir 0,2 litros de aceite nuevo por el orificio para la varilla de control del nivel. En las bombas de inyección con regulador neumático sin varilla de control del nivel, aprox. cada 15000 km hay que echar aceite no usado por el orificio para el filtro de aire, hasta que rebose por el aliviadero.

4.4.1.7 Paro de la bomba por largo tiempo (conservación)

Cuando haya que poner por largo tiempo fuera de servicio el motor o el vehículo, y por consiguiente también la bomba de inyección, por ejemplo en caso de suministro a ultramar, en la bomba no debe quedar gasoil. Como éste resinifica con el tiempo, los émbolos y las válvulas de presión se pegarían y, en ciertas circunstancias, sufrirían corrosión. Para impedirlo, antes de la puesta fuera de servicio hay que vaciar el combustible.

En su lugar se rellena la bomba con petróleo exento de ácidos y agua, con gasolina o con gasoil, en cada caso con un aditamento de un 5 a un 10 % de aceite antioxidante de marca conocida. Al aceite lubricante existente en la cámara del árbol de levas de la bomba hay que agregar también de un 5 a un 10% del mismo aceite antioxidante. - Luego se hace funcionar el motor durante unos 15 minutos.

A continuación se pulveriza detenidamente la bomba de inyección por fuera y por todos lados con la misma mezcla.

Así se quita el último resto de combustible normal y quedan protegidos los émbolos, las válvulas y las otras piezas.

Al efectuar el ensayo de las bombas en la fábrica se utiliza un aceite con el que, gracias a su composición especial, quedan protegidas contra la resinificación las piezas interiores, tales como los émbolos y las válvulas de presión, aproximadamente por e) período de un año.

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4.4.1.8 Purga de aire de la bomba de inyección

Es necesario purgar el aire de la bomba de inyección:

1. antes de la primera puesta en servicio de la bomba.

2. cuando la bomba no se haya utilizado durante mucho tiempo.

3. cuando se haya soltado o desconectado por cualquier razón la bomba o las tuberías de alimentación o de presión.

4. cuando exista aire en las tuberías o en la cámara de aspiración.

Para más detalles, véase el apartado "Purga de aire de la instalación de inyección".

4.4.1.9 Limpieza de la bomba de inyección en el motor

Al limpiar el motor, no debe penetrar agua, vapor de agua ni ningún otro agente limpiador en el interior de la bomba. Esto hay que tenerlo presente particularmente para grupos de inyección que no están conectados al circuito lubricante del motor y que por tanto tienen todavía un filtro de aire y, en parte, una varilla de control del nivel.

4.4.1.10 Tuberías de combustible

Para la tubería entre el depósito de combustible y el colector de la bomba de inyección (tubería de alimentación) deben emplearse tubos rígidos o flexibles de 10 x 1 mm (para bombas PE..A, PES..M y PE..P), o de 15 x 1 mm (para bombas PE..Z). Los tubos deben unirse por soldadura fuerte a los empalmes anulares, habiendo que prestar atención a que se calienten completamente y a que, después de la soldadura, sean limpiados cuidadosamente. A fin de que no pueda llegar a la bomba ninguna impureza, hay que montar un filtro apropiado Bosch en la tubería de alimentación.

La tubería de alimentación y las tuberías de presión que se dirigen a los inyectores han de instalarse de modo ascendente y sin codos pronunciados. El radio de curvatura no debe ser menor de 50 mm. Los conos de junta de las tuberías de presión deben unirse cuidadosamente por soldadura fuerte o deben recalcarse en frío. Para ello, bajo el número de pedido KDEP 2902 puede adquirirse una herramienta especial para tubos de 6 a 10 mm de diámetro exterior.

Para la tubería de presión entre la bomba y el porta inyector se utiliza, de acuerdo con la presión de inyección, un tubo de acero de dimensiones 6 x 2 ó 6 x 2,5 mm para bombas PE..A y PES..M; 6 x 1,5, 6 x 2 ó 6 x 2,25 para PES (S)..P, y 8 x 2 u 8 x 2,5 mm para bombas PE..Z.

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Para el apriete de la tuerca de unión para la tubería de presión se ha fijado un par de 1,5 a 2,5 kpm.

4.4.1.11 Paro del motor Diesel

El motor Diesel se para llevando la varilla de regulación de la bomba de inyección a la posición cero. Esto se realiza en la mayoría de los casos con ayuda de la palanca de ajuste del número de revoluciones o con un dispositivo especial de paro.

4.4.1.12 Tipos de bomba que difieren en la estructura

4.4.1.18.1 Bomba de inyección tipo PES..M..

La bomba de inyección PES..M.. (p. ej. PES 4 M 50..) es, en sus medidas exteriores, la más pequeña del tipo de construcción PE. La característica esencial que la diferencia de las bombas de inyección habituales PE..A ó Z radica sin embargo en la forma de regulación del caudal suministrado. En la bomba PES..M.., el giro de los émbolos no se realiza mediante un dentado, sino mediante una palanca fijamente unida con el manguito de regulación, llamada brazo de guía o biela (Fig. 4.27). La varilla de regulación es de acero redondo, aplanado por un lado. Sobre ella se encuentran piezas de apriete dotadas de una ranura, en las que se desliza la palanca del casquillo de regulación con su perno remachado. El ajuste individual se realiza en este caso desplazando las piezas de apriete sobre la varilla de regulación.

Fig. 4.27 Bomba de inyección PES 4 M Fig. 4.28 Bomba de inyección PES 4 M con

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(vista en corte) regulador neumático.

Otras características especiales:

El émbolo de la bomba descansa directamente sobre el impulsor de rodillo, sin el tornillo de ajuste; el comienzo del suministro se ajusta mediante rodillos de impulsor de distintos diámetros.

La caja para el montaje de un regulador centrífugo o neumático está fundida en el cárter de la bomba.

El llenado del aceite lubricante se efectúa por el orificio roscado dispuesto para el filtro de purga de aire, en la parte superior del cárter del regulador (en vez de realizarlo por el orificio para la varilla de control de nivel).

4.4.1.18.2 Bombas de inyección de los tipos PE..P y PES..P..

Las bombas de inyección PE..P y PES..P.. se diferencian de las bombas usuales PE y PES tanto en su aspecto externo como en su estructura; su funcionamiento, sin embargo, es en principio el mismo.

Las características principales que las distinguen son:

Cada elemento de la bomba está unido mediante un casquillo de brida con la válvula de presión y el racor de impulsión, formando una unidad cerrada (Fig. 4.29).

El ajuste básico del caudal suministrado se realiza girando el casquillo de brida; el del comienzo del suministro, colocando arandelas debajo de dicho casquillo de brida. El cárter de la bomba no tiene ninguna abertura de ajuste y es de construcción cerrada.

La regulación del caudal suministrado tiene lugar mediante la varilla de regulación de perfil angular, provista de muescas en las que engranan las bolas que están sujetas sobre el casquillo de regulación.

La bomba se conecta al circuito de aceite lubricante del motor.

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Fig. 4.29 Bomba de inyección PE 6 P.. Fig. 4.30 Bomba de inyección PE 6 P (1) Con regulador

(vista en corte) RQ (2) Bomba de transferencia (3) válvula de

presión (4) variador de avance.

Fig. 4.31 Bomba de inyección PESV 8 P..

4.4.1.19 Variador de avance

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4.4.1.19.1 Cometido

Al tener lugar el proceso de inyección, el inyector es abierto por una onda de presión que avanza por la tubería a la velocidad del sonido. El tiempo necesario para ello es constante, independientemente del número de revoluciones; es decir, cuando el motor gira a un número de revoluciones elevado, el inyector abre más tarde - referido a la posición del pistón del motor - que cuando el número de revoluciones es bajo.

En análogas circunstancias se desenvuelve el proceso de encendido, que es aproximadamente constante e independiente del número de revoluciones. Por eso, a un régimen elevado la presión de combustión se establece también al estar el pistón del motor en una posición más avanzada.

Como en un motor Diesel la combustión más favorable y, por tanto, la mayor potencia se obtienen únicamente para una determinada posición del pistón referida a grados de giro del cigüeñal, se recomienda avanzar el comienzo de suministro de la bomba de inyección a medida que aumenta el número de revoluciones. A tal efecto se utiliza un variador de avance automático. Con él. se puede hacer avanzar durante el funcionamiento el árbol de la bomba hasta 8° respecto al del motor, con lo que el comienzo de la inyección se adelanta en el mismo valor. Por principio es recomendable utilizar un variador de avance en motores con una gran gama de velocidades (motores de vehículos) y tuberías de presión de gran longitud. Existen dos tipos de variadores automáticos de avance, que no se diferencian empero esencialmente en su funcionamiento. A continuación se describe el tipo más moderno, de 4 muelles (modificación D).

Fig. 4.32 Variador automático de avance.

4.4.1.19.2 Funcionamiento (Fig. 33)

El variador automático de avance trabaja en función del número de revoluciones. Para la variación utiliza la fuerza centrífuga. Es accionado por el motor a través de la caja, en la que se encuentran alojados dos pesos centrífugos, suspendidos en unos pernos. Cada peso tiene un rodillo en el disco vareador (Fig. 32 y 33).

Dentro de la caja está alojado de modo giratorio el vaso variador. Con éste está unido fijamente el disco variador, provisto de un cubo; este disco va sujeto al árbol de levas de la bomba de inyección mediante una tuerca de caperuza. El disco variador tiene cuatro pernos de guía para los muelles, que se apoyan entre el disco variador y los contra soportes dispuestos en los mismos pernos en que están suspendidos los pesos centrífugos. Los

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muelles empujan a los pesos centrífugos con sus rodillos, contra las vías curvas del disco vareador.

Al aumentar el número de revoluciones, los pesos se desplazan hacia fuera bajo la acción de la fuerza centrífuga y, con sus rodillos, ejercen presión sobre las vías curvas del disco variador, venciendo la fuerza de los muelles y girando el vaso variador junto con el cubo, que está rígidamente unido con el árbol de levas de la bomba de inyección. De esta manera se varía el momento de la inyección.

El variador de avance está lleno de aceite para su lubricación y para la amortiguación de vibraciones. Se halla cerrado por una tapa, fijada con tornillos a los pernos en que están suspendidos los pesos centrífugos. La tapa está estanqueizada respecto a la caja y al cubo.

Fig. 4.33 Funcionamiento del variador automático de avance (variador de 4 muelles)

4.4.1.19.3 Mantenimiento

Los variadores automáticos de avance (excepto los de la ejecución EP / S..DR (L).. arriba descritos) deben controlarse cada 5000 km, observando si pierden grasa o aceite (vestigios de grasa o aceite en las piezas colindantes). Si un variador de avance es inestanco, habrá que desmontarlo y repararlo en un taller especial bien equipado, por ejemplo en un taller del Servicio Bosch.

Después de 20 000 a 30 000 km, todo variador de avance tiene que ser lubricado en un taller especial.

Los variadores automáticos de avance EP / S..DR (L).. (variadores de 4 muelles) están exentos de mantenimiento, por lo que no necesitan ser lubricados.

4.4.1.20 Bomba de Inyección PF

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4.4.1.20.1 Estructura y funcionamiento

El funcionamiento de las bombas del tipo PF es en principio igual que el de las del tipo PE.

Las bombas del tipo PF no llevan montado árbol de levas de accionamiento, como las del tipo PE. por lo que el constructor del motor ha de prever un accionamiento para cada elemento de bomba, Normalmente, las bombas de inyección PF se accionan mediante una leva adicional dispuesta en el árbol de levas del motor. Para la fijación de las bombas de inyección PF se utiliza una brida, que puede ser de diferentes ejecuciones. En general, las bombas de Inyección PF son bombas de un cilindro; las bombas de los lámanos K. A y B, sin embargo, se suministran también en ejecuciones de varios cilindros.

4.4.1.20.2 Serie de bombas reforzadas PF

La serie de bombas reforzadas PF (Fig. 4.35) ha sido proyectada para una mayor carga, con presiones máximas de hacia 1000 bar. Esta serie comprende las bombas de los tamaños C, CV, W. D y E (véase la tabla 4.1).

En su estructura básica estas bombas corresponden a las conocidas bombas PF Bosch, pero poseen un cárter calculado para una mayor carga e, independientemente del tamaño de la bomba, una brida de fijación de cuatro orificios, para poder soportar las mayores tuerzas provenientes del accionamiento por impulsor. El conjunto del elemento constituye una nueva creación, que responde con seguridad a las alias presiones máximas. Las ¡unturas para alta presión del conjunto del elemento las constituyen superficies lapeadas. El conjunto del elemento se fija al cárter de la bomba mediante una brida con 4 tornillos, o con 6, en la bomba PF 1 E. (Fig. 4.34).

4.4.1.20.3 Tamaño y tipos de bombas.

Tipo de construcción. PF.., PFE.., PFR.. PF (serie reforzada)

Tamaño. Q K A B Z C CV W D E

Carrera del émbolo. mm

7 7 8 10 12 15 15 (18) 20 (24) 30 35

Mín.

Diámetro del émbolo.

Máx.

5 5 5 5 10

7 7 9 10 16

10 15 24 28 36

Tabla 4.1

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Fig. 4.34 Bomba PF 1 A (en sección).

Fig. 4.35 Serie de bombas PF reforzadas.

En la válvula de presión, el asiento esta abajo; además dentro del racor de empalme se encuentra una pieza de relleno, para producir el espacio perjudicial. (Fig. 4.36).

Los elementos están provistos de un retorno de aceite de fuga al colector de la bomba. Existe la posibilidad de ejecutar adicionalmente los elementos como un bloqueo de aceite de fuga. La alimentación y el retorno (de la cantidad de rebose) de combustible están dispuestos siempre en sentido opuesto. Las tuberías se sujetan al cárter mediante bridas.

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Fig. 4.36 Válvula de presión PF 1 D..C ( serie reforzada).

4.4.2 BOMBAS ROTATIVAS DE INYECCIÓN (TIPO VE)

4.4.2.1 Aplicaciones

Gracias a su flexibilidad, las bombas rotativas de inyección del tipo VE ofrecen un gran número de posibilidades de aplicación. El campo de aplicación y el diseño de la bomba viene determinados por el régimen real, la potencia y el tipo de construcción del motor Diesel. Las bombas de inyección rotativas se emplean, sobre todo, en automóviles de turismo, camiones, tractores y motores estacionario.

4.4.2.2 Generalidades

A diferencia de la bomba de inyección en línea, la rotativa del tipo VE no dispone más que de un solo cilindro y un solo émbolo distribuidor, aunque el motor sea de varios cilindros. La lumbrera de distribución asegura el reparto, entre las diferentes salidas correspondientes al número de cilindros del motor, del combustible alimentado por el émbolo de la bomba. En el cuerpo cerrado de la bomba rotativa de inyección se encuentran reunidos los siguientes grupos:

• Bomba de alta presión con distribuidor

• Regulador mecánico de velocidad

• Variador de avance hidráulico

• Bomba de alimentación de aletas

• Dispositivo de parada

La figura 4.37 muestra los diferentes grupos funcionales y su interacción. La bomba relativa de Inyección también puede estar equipada con diferentes dispositivos correctores, que permiten la adaptación individual a las características especificas del motor Diesel. La utilización, construcción y funcionamiento de estos dispositivos adaptadores se describen más adelante.

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4.4.2.3 Estructura

El eje de accionamiento de la bomba rotativa de inyección va alojado en el cuerpo de ésta. Sobre el va dispuesta la bomba de alimentación de alelas. Detrás del eje se encuentra el anillo de rodillos, que no es solidario con el dispositivo de accionamiento aunque se encuentra alojado, así mismo, en el cuerpo de la bomba. Por medio del disco de levas que se apoya sobre los rodillos del anillo y es accionado por el eje se crea un movimiento simultáneamente elevador y rotativo, que se transmite al émbolo distribuidor, el cual es guiado por la cabeza hidráulica, solidaria del cuerpo de la bomba. En éste van fijados el dispositivo eléctrico de parada mediante corte de la alimentación de combustible, el tapón roscado con tornillo de purga y las válvulas de impulsión con tos correspondientes racores. Si la bomba rotativa de inyección va equipada con un dispositivo mecánico de parada, éste se encuentra en la tapa del regulador. (Fig. 4.39).

El grupo regulador es movido por el accionamiento correspondiente solidario del eje conductor, a través de una rueda dentada. El grupo regulador va equipado con pesos centrífugos y el manguito regulador- El mecanismo regulador, compuesto por las palancas de ajuste, de arranque y tensora, va alojado en el cuerpo y es giratorio. Sirve para modificar la posición de la corredera de regulación del emboto de bomba. En la parte superior del mecanismo regulador actúa el resorte de regulación, unido a la palanca de control a través del eje de ésta. El eje va alojado en la tapa del regulador, mediante lo cual y a través de la palanca de control se actúa sobre el funcionamiento de la bomba. La tapa del regulador cierra por arriba la bomba rotativa de inyección. En el regulador van dispuestos, además, el tornillo de ajuste del caudal de plena carga, el estrangulador de rebose y el tornillo de ajuste de régimen.

Montado en sentido transversal al eje longitudinal de la bomba, en la parte inferior de la bomba rotativa de inyección va el variador de avance hidráulico. Su funcionamiento es Influido por la presión interna de la bomba de inyección que depende de la bomba de alimentación de aletas y de la válvula de mando de presión, Este variador está delimitado a ambos lados de la bomba por una tapa de cierre.

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Fig. 4.37 Componentes y su función.

1.- Bomba de alimentación de aletas.Aspira combustible y llevarlo al interior de la bomba.2.- Bomba de alta presión con distribuidor.Crear la presión de inyección, transportar y distribuir el combustible.3.- Regulador mecánico de velocidad.Regula el régimen, varia el caudal de alimentación mediante el dispositivo regulador en el margen de regulación.4.- Válvula electromagnética de parada.Corta la alimentación de combustible.5.- Variador de avance.Corregir el comienzo de alimentación en función del régimen.

4.4.2.4 Accionamiento de la bomba

El accionamiento de la bomba rotativa se efectúa mediante un mecanismo de transmisión del motor Diesel. En los motores de cuatro tiempos, la velocidad de rotación de la bomba es la mitad de la del cigüeñal del motor Diesel. Esto significa que el accionamiento de la bomba de inyección se realiza al mismo régimen que el del árbol de levas. El accionamiento de la bomba rotativa de inyección es forzado y, además, se realiza de forma que el eje conductor de la bomba rotativa de Inyección gira en perfecto sincronismo con el movimiento del pistón del motor. Este modo de accionamiento sincrónico se consigue mediante correa dentada, piñón de acoplamiento, rueda dentada o cadena. Hay bombas rotativas de inyección para giro a derechas o a izquierdas. El orden de inyección dependa, por tanto, del sentido de rotación, pero las salidas inyectan siempre el combustible según el orden geométrico de disposición. Para evitar confusiones con la designación de los cilindros del motor, las salidas de la bomba rotativa de inyección se designan con A, B, C, etc. (Fig. 4.38).

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Fig. 4.38 Bomba rotativa de inyección de tipo VE montada en un motor Diesel de cuatro cilindros.

Fig. 4.39 Componentes y su interacción.

1.- Válvula de mando de presión.2.- Grupo regulador.3.- Estrangulador de rebose.4.- Cabeza distribuidora y bomba de alta presión.5.- Bomba de alimentación de aletas.6.- Variador de avance.7.- Disco de levas.8.- Válvula electromagnética de parada.

4.4.2.5 Alimentación de combustible

4.4.2.5.1 Alimentación de baja presión

En las instalaciones de inyección con bombas rotativas de inyección, el combustible es aspirado del depósito mediante la bomba de alimentación de aletas y transportado al interior de la bomba de inyección.

La bomba de alimentación, al girar, transporta un caudal de combustible casi constante. Para obtener en el interior de la bomba una presión determinada en función del régimen, se necesita una válvula de control de presión que permita ajustar una presión definida a un determinado régimen. La presión aumenta entonces proporcional mente al régimen, es decir, cuanto mayor sea éste, tanto más elevada será la presión en el interior de la bomba.

Una parte del caudal de combustible transportado retorna, a través de la válvula de control de presión, al lado de aspiración. Asimismo, para la refrigeración y auto purga de aire de la bomba rotativa de inyección, el combustible fluye al depósito a través del estrangulador de rebose dispuesto en la tapa del regulador.

4.4.2.5.2 Bomba de alimentación de aletas

En la bomba rotativa de inyección va montada la de alimentación de aletas en torno al eje de accionamiento. El rotor de aletas está centrado sobre el eje y es accionado por una chaveta de disco. El rotor de alelas está rodeado por un anillo excéntrico alojado en el cuerpo.

Las cuatro alelas del rotor son presionadas hacia el exterior contra el anillo excéntrico, por efecto del movimiento de rotación y de la fuerza centrifuga resultante. A este movimiento centrífugo de las aletas contribuye el combustible que se introduce entre el lado inferior de la aleta y el rotor. El combustible llega al cuerpo de la bomba de inyección a través del canal de alimentación y pasa, por una abertura en forma de riñón, a la cámara delimitada por el rotor, la aleta y el anillo excéntrico. Por efecto de la rotación el combustible que se encuentra entre las alelas, es transportado hacia el recinto superior y penetra en el interior de la bomba a través de un taladro, Al mismo tiempo, a través de un segundo taladro, una parte del combustible llega a la válvula de control de presión. (Fig. 4.40 y 4.42)

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Fig. 4.40 Interacción de la bomba de alimentación de aletas, la válvula de control de presión y el estrangulador de rebose.

1.- Eje de accionamiento.2.- Válvula de control de presión.3.- Anillo excéntrico.4.- Anillo de apoyo.5.- Accionamiento del regulador.6.- Garra del eje de accionamiento.7.- Estrangulador de rebose.8.- Cuerpo de la bomba.

Fig. 4.41 Bomba de alimentación de aletas con anillo Fig. 4.42 Bomba de alimentación de aletas

excéntrico sobre el eje de accionamiento. (aspira y trans. el combustible al interior de la

bomba de inyección).

4.4.2.5.3 Válvula de control de presión

La válvula de control de presión va unida. a través de un taladro, con la escotadura superior en forma de riñón y situada en las proximidades de la bomba de alimentación de aletas. La válvula do control de presión es de corredera, tarada por resorte, con la que se puede variar la presión en el interior de la bomba según el caudal de combustible que se ali-mente. Si la presión de combustible excede un determinado valor, el émbolo de la válvula abre el taladro de retorno, de forma que el combustible pueda retornar a través de un canal al lado de aspiración de la bomba de aletas. SI la presión del combustible es demasiado baja, el taladro de retorno permanece cerrado debido a la fuerza del muelle. La presión de apertura la determina la tensión previa del muelle de compresión. (Fig. 4.43)

Fig. 4.43 Válvula de control de presión.

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4.4.2.5.4 Estrangulador de rebose

El estrangulador de rebose va roscado a la tapa del regulador de la bomba rotativa de inyección y comunica con el interior de la bomba, permitiendo el retorno de un caudal variable al depósito de combustible, a través de un pequeño orificio (diámetro 0,6 mm). El taladro ofrece resistencia al combustible, por lo que se mantiene la presión en el interior de la bomba. Como en el recinto Interior de la bomba se necesita una presión de combustible exactamente definida de acuerdo con el régimen, el estrangulador de rebose y la válvula de control de presión están coordinados entre si en lo que al funcionamiento se refiere. (Fig. 4.44)

Fig. 4.44 Estrangulador de rebose.

4.4.2.6 Alimentación a alta presión

4.4.2.6.1 Accionamiento del émbolo distribuidor

El movimiento de rotación del eje impulsor se transmite al émbolo distribuidor por medio de un acoplamiento. Las garras del e[e impulsor y del disco de levas engranan en el disco cruceta dispuesto entre ellas. Por medio del disco de levas, el movimiento giratorio del eje impulsor se convierte en un movimiento de elevado" y giro. Esto se debe a que la trayectoria de las levas del disco discurre sobre los rodillos del anillo. El émbolo distribuidor es solidario del disco de levas por medio de una pieza de ajuste, y está coordinado por un arrastrador. El desplazamiento del émbolo distribuidor hacia el punto muerto superior está asegurado por el perfil del disco de levas. Los dos muelles antagonistas del émbolo, dispuestos simétri-camente. que reposan sobre la cabeza distribuidora y actúan sobre el émbolo distribuidor a través de un puente elástico, que provocan el desplazamiento del émbolo hacia el punto muerto inferior. Además, dichos muelles impiden que el disco de levas pueda saltar, a causa de la elevada aceleración, de los rodillos del anillo. Para que el émbolo distribuidor no pueda salirse de su posición central a causa de la presión centrífuga, se ha determinado con precisión la altura de los muelles antagonistas del émbolo que están perfectamente coordinados.

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Fig. 4.45 Bomba en el interior de la bomba de inyec.

4.4.2.6.2 Discos de levas y formas de leva

Además de la función motriz del eje impulsor, el disco de levas influye sobre la presión de inyección y sobre la duración de ésta. Los criterios determinantes a este respecto son la carrera y la velocidad de elevación de la leva. Según la forma de la cámara de combustión y el método de combustión de los distintos tipos de motor, las condiciones de inyección deberán producirse de forma individualmente coordinada. Por esta razón, para cada tipo de motor se calcula una pista especial de levas que luego se coloca sobre la cara frontal del disco de levas. El disco así configurado se monta acto seguido en la correspondiente bomba rotativa de Inyección. Por eso, los discos de levas de las distintas bombas de este tipo no son intercambiables entre sí.

4.4.2.6.3 Conjunto de la bomba

La cabeza y el émbolo distribuidores, así como la corredera de regulación están tan exactamente ajustados entre si (por rodaje) que su estanqueidad es total incluso a las presiones más elevadas, Las pérdidas por fuga son Ínfimas pero tan inevitables como necesarias para la lubricación del émbolo distribuidor. Por esta razón, en caso de sustitución deberá cambiarse el conjunto de bomba completo; en ningún caso el émbolo distribuidor, la cabeza distribuidora o la corredera de regulación, por separado.

Fig.4.46 El conjunto de bomba genera la alta presión y distribuye el combustible a los inyectores correspondientes.

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1.- Disco cruceta. 2.- Anillo de rodillos. 3.- Disco de levas. 4.- Arandelas de ajuste. 5.- Embolo distribuidor. 6.- Puente elástico. 7.- Corredera de regulación. 8.- Cabeza distribuidora. 9.- Racor de impulsión.

4.4.2.6.4 Dosificación de combustible

La alimentación de combustible mediante bombas de inyección es un proceso dinámico que consta de varias carreras sucesivas. La presión necesaria para la inyección se crea mediante la bomba de émbolo.

Las fases de desplazamiento del émbolo distribuidor, esquematizadas en la Fig.4.47, corresponden a la dosificación del combustible por cada cilindro del motor, En el caso de un motor de cuatro cilindros, el émbolo distribuidor describe un cuarto de vuelta entre las posiciones del punto muerto inferior y el punto muerto superior, y un sexto de vuelta si se trata de un motor de 6 cilindros.

Si el émbolo distribuidor se desplaza desde el punto muerto superior al inferior, tiene lugar, gracias al movimiento alternativo y rotativo, el control del canal de entrada de la cabeza distribuidora por medio de una ranura de control del émbolo distribuidor. El combustible fluye desde el recinto interior de la bomba de inyección rotativa, sometido a la presión creada en dicho recinto y a través del canal de entrada, hasta el de alta presión situado por encima del émbolo distribuidor. Tras invertirse el sentido de desplazamiento a punto muerto inferior, el canal de entrada queda cerrado por el émbolo distribuidor, que continúa describiendo un movimiento alternativo y rotativo (hacia el PMS). En el curso de este movimiento progresivo, la ranura de distribución abre un orificio de salida perfectamente determinado de la cabeza distribuidora. La presión creada en el recinto de alta presión y en el canal Interior abre la válvula de impulsión, empuja el combustible a través del conducto de impulsión hacia el inyector montado en el porta inyectores.

La carrera útil concluye en el momento en que el orificio de descarga transversal del émbolo distribuidor alcanza la rampa de distribución de la corredera de regulación (final de la alimentación). A partir de este momento ya no se alimenta combustible al inyector, y la válvula de Impulsión cierra el conducto. El combustible retorna a la bomba a través de la unión existente entre el orificio de descarga y el interior de ésta, mientras el émbolo se desplaza hacia el punto muerto superior. Esta fase de desplazamiento del émbolo se llama carrera remanente.

Al retornar el émbolo, debido al movimiento de desplazamiento y giro, el orificio de descarga transversal del émbolo distribuidor se cierra, mientras que mediante la siguiente ranura de mando del émbolo distribuidor el canal de entrada de combustible se abre. El recinto de alta presión situado por encima del émbolo distribuidor se llena nuevamente de combustible.

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Fig. 4.47 Fases de carrera y alimentación.

Entrada de combustible: En PMI el combustible fluye al recinto de alta presión (4), a través del canal de entrada (2) y una ranura de control (3).

Alimentación de combustible: Durante en movimiento ascendente, el émbolo distribuidor cierra el canal de entrada sometiendo a presión el combustible que se encuentra en el recinto de alta presión (5). Durante en movimiento giratorio, la ranura de distribución (6) abre el orificio de salida (7) correspondiente al cilindro del motor.

Fin de alimentación: La alimentación de combustible concluye en cuanto la corredera de regulación (8) abre el orificio de descarga (9).

Entrada de combustible: Mientras el émbolo retorna al PMI, mediante el movimiento rotativo ascendente el orificio de descarga se cierra. El recinto de alta presión se vuelve a llenar.

4.4.2.6.5 Válvula de impulsión

La válvula de impulsión aísla el conducto de inyección de la bomba. La misión de esta válvula es descargar la tubería de inyección tras concluir la fase de alimentación, extrayendo un volumen exactamente definido. De esta forma se consigue un final de cierre preciso del inyector al finalizar la inyección. Simultáneamente y con independencia del caudal de inyección momentáneo, debe asegurarse el equilibrio de las presiones en el conducto de Impulsión para las diferentes fases de inyección.

La válvula de impulsión es de émbolo, mandada por la acción de un liquido; abre a impulsos de la presión del combustible y cierra mediante el muelle de válvula. La válvula de impulsión permanece cerrada para un cilindro determinado del motor entre cada carrera de admisión del émbolo distribuidor. El conducto de impulsión y el correspondiente orificio de salida de la cabeza distribuidora están separados. Cuando hay alimentación, la elevada presión que se origina levanta la válvula de impulsión de su asiento. El combustible circula por las ranuras longitudinales que parten de la ranura anular, a través del racor de impulsión, el correspondiente conducto y el porta inyectores hasta llegar al inyector. (Fig. 4.48)

En cuanto se alcanza el final de alimentación (orificio de descarga del émbolo distribuidor abierto), el empuje en el lado de alta presión desciende hasta el valor del recinto interior de la bomba, y el muelle de válvula oprime a la válvula de impulsión contra su asiento.

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4.4.2.6.6 Válvula de impulsión con estrangulador de retorno

La necesaria y exacta descarga de presión al final de la inyección genera ondas de presión que son reflejadas en la válvula de Impulsión y que originan la reapertura de la aguja del inyector, o bien fases de depresión en el conducto de Inyección. Las consecuencias de este fenómeno son post inyecciones con su correspondiente efecto negativo en lo que se refiere a emisión de contaminantes, o bien se producen fenómenos de desgaste en dicho conducto o en el Inyector. Para impedir estas reflexiones, por delante de la válvula de impulsión se intercala un orificio estrangulador que actúa únicamente en la dirección de retorno. El estrangulador de retorno se compone de una placa de válvula y un muelle de compresión, de forma que no actúa en la dirección de alimentación, sin embargo, se aprecia su efecto amortiguador en la dirección de retorno.

4.4.2.6.7 Tuberías de impulsión

En la instalación de inyección, los conductos de Impulsión están adaptados al desarrollo de la Inyección, y no deben ser alterados cuando se realicen trabajos de mantenimiento. Las tuberías de impulsión unen la bomba de inyección a los porta inyectores y van instalados sin formar ningún tipo de codos pronunciados. Su radio de curvatura no deberá ser en ningún caso interior a 50 mm. En los motores de automóviles, las tuberías de impulsión van fijadas mediante piezas de apriete dispuestas a intervalos. Las tuberías son de tubo de acero sin soldaduras.

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Fig. 4.48 Válvula de impulsión.

a.- Cerrado. 4.- Racor de impulsión.b.- Abierto. 5.- Vástago.1.- Portaválvula. 6.- Embolo de descarga. 2.- Asiento de válvula. 7.- Ranura anular. 3.- Muelle de válvula. 8.- Ranura longitudinal.

4.4.2.7 Regulación mecánica del régimen

El comportamiento de los vehículos Diesel es satisfactorio cuando el motor responde a cualquier movimiento del acelerador. Al ponerlo en marcha, no debe tender a pararse de nuevo. Cuando se varía la posición del pedal del acelerador, el vehículo debe acelerar o retener sin tirones. A idéntica posición del acelerador y con pendiente constante de la calzada, la velocidad de marcha debe mantenerse asimismo, constante. Al dejar de pisar el acelerador, el motor debe retener el vehículo. En el motor Diesel, estas funciones están encomendadas al regulador de régimen de la bomba rotativa de Inyección.

Fig. 4.50 El bloque regulador, compuesto por el regulador mecánico y el conjunto de palancas, funciona con una gran sensibilidad y define la posición de la corredera de regulación, es decir, la carrera de alimentación y la duración de la inyección. El comportamiento del regulador se puede adaptar mediante las

diferentes versiones del conjunto de palancas.

Fig. 4.49 Cabeza distribuidora con recinto de alta presión.

1.- Corredera de regulación.2.- Cabeza distribuidora.3.- Embolo distribuidor.4.- Racor de impulsión.5.- Válvula de impulsión.

4.4.2.7.1Funciones del regulador de régimen

• Regulación del ralentí El motor Diesel no funciona con un régimen de ralentí inferior al prefijado, si dicho régimen ha sido regulado. (Fig. 4.50)

• Regulación del régimen máximo En caso de bajada de régimen máximo de plena carga está limitado al de ralentí superior. El regulador considera esta situación y retrae la corredera de regulación hacia la dirección de parada. El motor recibe menos combustible.

• Regulación de regímenes intermedios La regulación de regímenes intermedios corre a cargo del regulador de todo régimen. Con este tipo de regulador también se pueden mantener constantes, dentro de determinados limites, los regímenes comprendidos entre el de ralentí y el máximo. El régimen n sólo varía entre nVT (un régimen de la curva de plena carga) y nLT (motor no sometido a carga), en función de la carga especifica del margen de potencia correspondiente del motor.

Además de sus funciones propias, al regulador se le exigen funciones de control:

•Liberación o bloqueo de un caudal mayor de combustible necesario para el arranque.

•Variación del caudal de plena carga en función del régimen (corrección). Para estas funciones adicionales, se precisan, en parte, dispositivos adaptadores.

4.4.2.7.2 Exactitud de la regulación

El grado proporcional (grado P) mide la precisión de un regulador. Representa el aumento relativo, en porcentaje, del régimen del motor al disminuir la carga de éste sin que varié la posición de la palanca de control. El aumento de régimen no debe sobrepasar un valor determinado dentro del margen de regulación. Como valor máximo se considera el régimen superior de corte de inyección. Este régimen se ajusta cuando el motor Diesel baja desde su régimen máximo de plena carga hasta llegar a carga nula. El aumento del régimen es proporcional a la variación de la carga, y tanto mayor cuanto más elevada es ésta.

El grado P a elegir depende de las condiciones de funcionamiento del motor Diesel. Así, por ejemplo, en los grupos electrógenos es preferible un grado P Inferior para que al cambiar el estado de carga, la variación del régimen sea pequeña. En automóviles es aconsejable un grado P mayor, ya que, en caso de variaciones de carga pequeñas (al acelerar o retener el vehículo), favorece la estabilidad de la regulación y del funcionamiento, lo que implica un mejor comportamiento de marcha. Un grado P pequeño significaría que la marcha del automóvil se realizaría a tirones cada vez que se modificara el estado de carga.

Regulador de todo régimen

El regulador de todo régimen ajusta éste entre el de arranque y el máximo. Con el regulador de todo régimen se pueden regular, además de los de ralentí y el nominal, cualquier otro régimen que se encuentre comprendido entre éstos. El pedal del acelerador permite seleccionar un régimen constante a mantener (en función del grado P). Esto es imprescindible si el vehículo industrial o el motor estacionario deben accionar grupos secundarios tales como tornos de cable, bomba de agua para extinción de incendios, grúa, etc. Este tipo de regulador se utiliza también en los automóviles de turismo y en la maqui-naria agrícola (tractores, segadora-trilladora).

4.4.2.7.3 Construcción

La figura 4.51 muestra la disposición, estructura, componentes y modo de funcionamiento del regulador de todo régimen de la bomba rotativa de inyección.

El bloque regulador, que comprende los pesos centrífugos y su carcasa, así como el muelle de regulación y el grupo de palancas, es movido por el árbol de accionamiento de la bomba. El bloque regulador gira sobre el eje de regulación solidario del cuerpo de la bomba. El movimiento radial de los pesos centrífugos se transforma en desplazamiento axial del manguito regulador. La fuerza del manguito regulador y su recorrido influyen en la posición del mecanismo regulador, compuesto por tres palancas la de ajuste, la tensora y la de arranque. La palanca de ajuste gira sobre un pivote alojado en el cuerpo de la bomba y se puede graduar mediante el tornillo de ajuste del caudal de alimentación (no representado en la figura esquemática 4.51 para mayor claridad). Las palancas de sujeción y de arranque pivotan también sobre la de ajuste. La palanca de arranque dispone en su parte inferior de una rótula que actúa sobre la corredera de regulación, en oposición a la cual, en su parte superior, va fijado el muelle de arranque. En la parte superior de la palanca tensora va fijado el muelle de ralentí por medio de un perno de retención, al que también va enganchado el muelle de regulación. La palanca de control y el eje de ésta forman la unión con la que regula el régimen. La posición del mecanismo de regulación queda definida por la interacción de las fuerzas del muelle y el manguito. El movimiento de control se transmite a la corredera de regulación y de esta forma se determina el caudal de alimentación del émbolo distribuidor.

Posición de arranque. Posición de ralentí.

Fig. 4.51 Regulador de todo régimen.

1,2 Pesos centrífugos

3 Manguito regulador

4 Palanca tensora

5 Palanca de arranque

6 Muelle de arranque

7 Corredera de

8 Taladro de mando del émbolo distribuidor

9 Embolo distribuido'

10 Tornillo de ajuste, régimen de ralentí

11 Palanca de control de todo régimen

12 Muelle de legislación

13 Perno de fijación

14 Muelle de ralentí

a Carrera del muelle de arranque

c Carrera del muelle de ralentí

h1 Carrera útil merma, arranque

h2 Carrera útil mínima, ralentí

M2 Punió de giro para 4 y 5

4.4.2.7.4 Comportamiento en el arranque

Cuando la bomba rotativa de inyección está parada, los pesos centrífugos se encuentran en reposo, y el manguito regulador en su posición Inicial. La palanca de arranque se desplaza a la posición de arranque mediante el muelle de arranque, que la hace girar alrededor de su punto de rotación tí;. Simultáneamente, la rótula de la palanca de arranque hace que la corredera de regulación se desplace sobre el émbolo distribuidor en la dirección del caudal de arranque, con el resultado de que el émbolo distribuidor debe recorrer una carrera útil considerable (volumen de alimentación máximo = caudal de arranque) hasta que se produce la limitación determinada por el mando. De este modo, al arrancar se produce el caudal necesario para la puesta en marcha. El régimen más bajo (régimen de arranque) es suficiente para desplazar el manguito regulador, en oposición al débil muelle de arranque, una distancia igual a a. La palanca de arranque vuelve a girar entonces alrededor del punto M,, y el caudal de arranque se reduce automáticamente al necesario para el ralentí.

4.4.2.7.5 Regulación del ralentí

Una vez arrancado el motor Diesel, al soltar el acelerador, la palanca de control de régimen pasa a la posición de ralentí, quedando apoyada entonces sobre su tope del tornillo de ajuste de éste. El régimen de ralentí ha sido elegido de modo que, en ausencia de carga, el motor continúe funcionando de forma segura y sin el riesgo de que se pare.

La regulación la asegura el muelle de ralentí dispuesto sobre el perno de sujeción. Este mantiene el equilibrio en contra de la oposición creada por los pesos centrífugos. Mediante este equilibrio de tuerzas se determina la posición de la corredera de regulación respecto del orificio de descarga del émbolo distribuidor y, por lo tanto, se fija la carrera útil. Cuando los regímenes superan el margen de ralentí, finaliza el recorrido c del muelle y se vence la resistencia opuesta por el muelle.

4.4.2.7.6 Funcionamiento en carga

En servicio, la palanca de control de régimen pivota y adopta una posición definida por el régimen o la velocidad de desplazamiento deseada del vehículo. Esta posición la determina el conductor mediante la correspondiente posición del acelerador. La acción de los muelles de arranque y de ralentí queda anulada para regímenes superiores al margen de ralentí. Aquellos no influyen sobre la regulación. El muelle de regulación interviene sólo en el siguiente caso. (Fig. 4.52)

Ejemplo:

El conductor acciona el acelerador y pone la palanca de mando de régimen en una posición determinada que debe corresponder a la velocidad deseada (superior). Esta corrección somete al muelle de regulación a una tensión de un valor determinado. El electo de la fuerza del muelle de regulación es por tanto superior al de la fuerza centrifuga. Las palancas de arranque y de sujeción siguen el movimiento del muelle, es decir, pivotan alrededor del eje M, y transmiten el movimiento a la corredera, desplazándola en el sentido de caudal máximo. Este aumento del caudal de alimentación determina una subida del régimen, acción que obliga a los pesos centrífugos a desplazarse hacia el exterior y empujar el manguito regulador en oposición a la fuerza del muelle actuante. Sin embargo, la corredera de regulación permanece en "máximo" hasta que el par se equilibra. Si el régimen del motor sigue aumentando, los pesos centrífugos se desplazan más hacia afuera, predominando entonces el efecto de la fuerza del manguito de regulación. Por consiguiente, las palancas de arranque y de sujeción pivotan alrededor de su eje común (A/,) y desplazan la corredera de regulación en el sentido de "parada", con lo que el orificio de descarga queda libre antes. El caudal de alimentación puede reducirse hasta "caudal nulo", lo que garantiza la limitación del régimen. Durante el funcionamiento, cada posición de la palanca de control del régimen tiene asignado por lanío un margen de régimen perfectamente definido entre cargas máxima y nula, siempre que el motor sea sometido a sobrecarga, de lo que se deduce que el regulador de régimen mantiene ajustado, en el marco de su grado P, el régimen teórico.

Si la carga (p ej, una pendiente) es tan pronunciada que la corredera de regulación se encuentra en la posición de plena carga, pero el régimen disminuye a pesar de ello, los pesos centrífugos se desplazan más hacia el interior y en función de este régimen, Pero como la corredera de regulación ya se encuentra en la posición de plena carga, no es posible aumentar más el caudal de combustible. El motor está sobrecargado y, en este caso, el conductor debe reducir a una marcha interior, o bien modificar el régimen.

Funcionamiento al aumentar el régimen Funcionamiento al disminuir el régimen.

4.4.2.7.7 Marcha con freno motor

Al bajar una pendiente (marcha con freno motor) ocurre lo contrario. El Impulso y la aceleración del motor los produce el vehículo. Debido a esto, los pesos centrífugos se desplazan hacia afuera y el manguito regulador presiona contra las palancas de arranque y de sujeción. Ambas cambiar» de posición y desplazan la corredera de regulación en la dirección de menos caudal hasta que se ajusta un caudal de alimentación inferior, correspondiente al nuevo estado de carga, que en el caso extremo es nulo. En caso de descarga completa del motor se alcanza el régimen superior de ralentí. El comportamiento del regulador de todo régimen ya descrito es siempre aplicable a todas las posiciones de la palanca de control de régimen si, por algún motivo, la carga o el régimen varían de forma tan considerable que la corredera de regulación apoya en sus posiciones finales de plena carga o parada.

Fig. 4.52 Regulador de todo régimen.

1.- Pesos centrífugos. 8.- Tope de la palanca tensora. 2.- Palanca de control del régimen. 9.- Muelle de arranque. 3.- Tornillo de ajuste del régimen de 10.- Corredera de regulación. ralentí. 11.- Tornillo de ajuste de plena carga. 4.- Muelle de regulación. 12.- Manguito regulador.5.- Muelle de ralentí. 13.- Taladro de control del émbolo 6.- Palanca de arranque. Distribuidor. 7.- Palanca tensora. 14.- Embolo distribuidor.

4.4.3.8 Variación del avance

4.4.2.8.1 Variador de avance

El variador de avance de la bomba rotativa de Inyección permite adelantar el comienzo de la alimentación en relación con la posición del cigüeñal del motor y de acuerdo con el régimen, para compensar los retardos de inyección e inflamación. (Fig. 4.53)

4.4.2.8.2 Función

Durante la fase de alimentación de la bomba de inyección, la apertura del inyector se produce mediante una onda de presión que se propaga a la velocidad del sonido por la tubería de inyección. El tiempo invertido en ello es Independiente del régimen; sin embargo, el ángulo descrito por el cigüeñal entre el comienzo de la alimentación y el de la inyección aumenta el régimen. Esto obliga, por tanto, a introducir una corrección adelantando el comienzo de la alimentación. El tiempo de la propagación de la onda de presión lo determinan las dimensiones de la tubería de inyección y la velocidad del sonido que es de aprox., 1500 m/seg. en el gasóleo. El tiempo necesario para ello se denomina retardo de inyección (Fig. 32) y el comienzo de la inyección está, por consiguiente, retrasado con respecto al comienzo de alimentación. Debido a este fenómeno, a regímenes altos el inyector abre, en términos referidos a la posición del pistón, más tarde que a regímenes bajos.

Después de la inyección, el gasóleo necesita cierto tiempo para pasar al estado gaseoso y formar con el aire la mezcla inflamable.

Este tiempo de preparación de la mezcla es independiente del régimen del motor. El intervalo necesario para ello entre el comienzo de la Inyección y el de la combustión se

Fig. 4.53 Variador de avance en la bomba rotativa de inyección.

1.- Anillo de rodillos.2.- Rodillos del anillo.3.- Pieza deslizante.4.- Perno.5.- Embolo del variador de avance.6.- Disco de levas.7.- Embolo distribuidor.

denomina, en los motores Diesel, retraso de inflamación (Fig. 32) y depende de la inflamabilidad del gasóleo (indicada por el Índice de cetano), la relación de compresión, la temperatura del aire y la pulverización del combustible. Por lo general, la duración del retraso de inflamación es del orden de 1 milisegundo. Siendo el comienzo de la inyección constante y el régimen del motor ascendente, el ángulo de cigüeñal entre el comienzo de la inyección y el de la combustión, va aumentando hasta que esta última no puede comenzar en el momento adecuado, en términos relativos a la posición del pistón del motor, Como la combustión favorable y la Óptima potencia de un motor Diesel sólo se consiguen con una posición determinada del cigüeñal o del pistón, a medida que aumenta el régimen debe adelantarse el comienzo de alimentación de la bomba de inyección para compensar el desplazamiento temporal condicionado por el retraso de la inyección e inflamación. Para ello se utiliza el variador de avance en función del régimen.

4.4.2.8.3 Construcción

El variador de avance por control hidráulico va montado en la parte inferior del cuerpo de la bomba rotativa de inyección, perpendicular a su eje longitudinal. El émbolo del variador de avance es guiado por el cuerpo de la bomba, que va cerrado con tapas a ambos lados. En el émbolo del variador de avance hay un orificio que posibilita la entrada de combustible, mientras que en el lado contrario va dispuesto un muelle de compresión. El émbolo del variador de avance va unido al anillo de rodillos mediante una pieza deslizante y un perno.

4.4.2.8.4 Funcionamiento

La posición inicial del émbolo del variador de avance en la bomba de inyección rotativa la mantiene el muelle tarado del variador. Durante el funcionamiento, la presión del combustible en el interior de la bomba la regula, en proporción al régimen, la válvula de control de presión junto con el estrangulador de rebose. Por consiguiente, la presión del combustible creada en el interior de la bombase aplica por el lado del émbolo opuesto al muelle del variador de avance.

La presión del combustible (presión en el interior de la bomba) sólo vence la resistencia inicial del muelle y desplaza el émbolo del variador de avance, a partir de un determinado régimen (=> 300 min-1); en la Fig. 4.54, hacia la izquierda. El movimiento axial del émbolo se transmite al anillo de rodillos montados sobre cojinetes por medio de las piezas deslizantes y el perno. Esto hace que la disposición del disco de levas con respecto al anillo del rodillo varíe de forma que los rodillos del anillo levanten, con cierta antelación, el disco de levas en giro. El disco de levas y el émbolo distribuidor están, por tanto, desfasados en un determinado ángulo de rotación con respecto al anillo de rodillos. El valor angular puede ser de hasta 12° de ángulo de levas (24° de ángulo de cigüeñal).

4.4.3 BOMBAS ROTATIVAS LUCAS “CAV” TIPO “DPA”

4.4.3 BOMBAS ROTATIVAS

Las bombas rotativas llamadas vulgarmente asi por su forma, difieren de las estudiadas en que el sistema inyector es el mismo para todos los cilindros y de él se distribuye a cada cilindro. Este diseño reduce a un mínimo la cantidad de piezas en movimiento, no habiendo en ellas cojinetes a bolas ni de rodillos. Su engrase es sólo y únicamente por el propio combustible, resultando así un sistema herméticamente cerrado, no siendo posible la entrada de suciedad de ningún tipo, evitándose la formación de bolsas de aire y humedad.

Al ser uno sólo y el mismo el elemento de bombeo para todos los cilindros, el equilibrio entre ellos y el suministro uniforme para cada inyector está asegurado, así como la exacta sincronización entre todos los cilindros.

Estas bombas por su sencillez resultan muy compactas, de fácil acoplamiento a cualquier motor, así como seguras y económicas. Su velocidad de giro puede ser más elevada y el esfuerzo de giro quedar reducido al mínimo, simplificando en peso los acoplamientos.

Como su giro es en un solo sentido se evita el peligro de puesta en marcha de un motor en sentido contrario.

Para que pueda comprenderse bien su funcionamiento vamos a dar una idea en principio para luego detallar en tipo comercial de la firma C.A.V. modelo DPA. (figura4.55).

Fig. 4.54 Funcionamiento del variador de avance.

1.- Cuerpo de la bomba. 5.- Orificio del émbolo del 8.- Pieza deslizante.2.- Anillo de rodillos. variador de avance. 9.- Muelle del vaiador de avance. 3.- Rodillos del anillo. 6.- Tapa. a.- Posición de reposo. 4.- Perno. 7.- Embolo del variador de avance. b.- Posición de funcionamiento.

Fig. 4.55 Bomba de inyección CAV modelo DPA.

A.- Regulador hidráulico. B.- Regulador neumático.

En la figura 4.56 puede apreciarse un esquema de las distintas partes que forman un equipo de bomba del tipo «distribuidor». En él podemos ver el depósito de combustible (1) que puede estar en el lugar más conveniente. De él la tubería de salida hacia la bomba de alimentación (2) que es accionada por el motor; esta bomba lleva cebador y sólo puede suprimirse en el caso de que el depósito estuviera situado a una altura que permitiera al combustible bajar por gravedad. De esta bomba sale el combustible hacia el filtro (3) accesorio imprescindible para eliminar todo tipo de impurezas, humedad y aire en evitación de reparaciones costosas por desgaste de la bomba y obstrucciones con avería por suciedad. En este filtro podemos observar la tubería de entrada, desde la bomba de alimentación, la tubería de salida hacia la bomba de transferencia (4), y dos tuberías más, una de retorno desde la bomba inyectora (5) y otra de salida hacia el depósito (6) que, al mismo tiempo que permite un sangrado permanente a través de un orificio calibrado (7), mantiene una circulación y filtrado continuo. De este filtro el combustible pasa a la bomba de transferencia (8). Esta bomba es de paletas y manda el combustible por un lado a la válvula dosificadora (9) y por el otro a la válvula reguladora (10) que mantiene cierta estabilidad variable en la presión a la entrada de la válvula dosificadora (9).

Figura 4.56 Esquema de un sistema de inyección por bomba tipo distribuidor.

1.- Depósito de combustible. 2. Bomba de alimentación. 3. Filtro de combustible. 4. Tubería hacia ¡a bomba de transferencia. 5. Tubería de retorno. 6. Tubería de sangrado permanente. 7. Orificio restríngidor. 8. Bomba de transferencia. 9. Válvula dosificadora. 10. Válvula reguladora. 11, Bomba inyectara. 12. Inyector.

Como se ve, la válvula (9), pone en comunicación la salida con la entrada de la bomba de transferencia (8), siempre claro está. a través de la resistencia ofrecida por el émbolo y muelle de la misma.

El combustible ha llegado ya a la válvula dosificadora (9) que está mandada por la palanca de mando o acelerador, al mismo tiempo en combinación con el regulador, sea mecánico o hidráulico.

Llega ya el combustible a la bomba inyectora (11) que detallamos en el esquema (figura 5.93), para salir ya hacia los inyectores (12). Puede apreciarse ya la tubería de retomo hacia el filtro.

Veamos en detalle en el esquema de la figura 4.57 lo que ocurre en la bomba inyectora. El cuerpo está formado por una parte cilíndrica (1) en cuyo interior gira el rotor (2). Este rotor tiene unos taladros. Uno de ellos es un cilindro donde se mueven los dos émbolos opuestos (3 y 4). El espacio entre los cilindros está en comunicación con los demás taladros del rotor; uno de los cuáles en A de la figura 5.94 está en comunicación con la entrada del combustible, cuya presión hace separar los émbolos. Al girar el rotor en el sentido de la flecha adoptaría la posición que se muestra en B de la figura 4.57, en cuyo caso los émbolos se acercan uno a otro, al pasar por unos lóbulos del cuerpo de la bomba, obligando al combustible a salir hacia el inyector y salir, inyectado, de él, Al continuar girando el rotor y comunicar de nuevo con otra entrada de combustible, volverá a entrar combustible separando los émbolos, y así continuamente, comunicando cada vez la salida con un cilindro distinto, hasta dar la vuelta y volver al primero.

Como se ve toda la parte de bombeo es la misma para cada cilindro, no como las bombas clásicas de varios combines, uno por cada cilindro, que hacen difícil y costoso su exacto calibrado.

A B

Figura 4.57 Esquema de funcionamiento de la bomba inyectara.

1. Cuerpo de la bomba (cabeza hidráulica). 2. Rotor. 3 y 4. Émbolos. 5. Lumbrera de admisión. 6. Entrada de combustible. 7. Lumbrera de dosificación. 8. Lumbrera de distribución. 9. Lumbrera de escape. 10. Salida del combustible hacia el inyector.

4.4.3.1 Ajuste del combustible máximo.

Para el ajuste del volumen máximo del combustible según volumen del cilindro y datos facilitados por el fabricante del motor, se actúa limitando el recorrido hacia fuera de las zapatas de los rodillos de leva. En la Fig. 4.58, los rodillos (1) están alojados en las zapatas de los rodillos de leva (2) que se apoyan contra los extremos de los émbolos (3) de la bomba. Las zapatas pueden deslizarse en las entallas del rotor y están provistas de unas orejas salientes (4) y excéntricas : Como estas orejas encajan con sus entallas correspondientes (5) practicadas en las placas ajustadoras superior e inferior, es la holgura (6) existente entre orejas y entallas la que regula en recorrido de los émbolos. Cuando se aprietan los tornillos (7) el conjunto queda fijo. La rotación de las placas al controlar el recorrido de los émbolos fija el limite de combustible máximo inyectado.

4.4.3.2 Bomba de transferencia.

Fig. 4.58 Disposición del rotor de bombeo.

1.- Rodillo.2.- Zapatas de los rodillos.3.- Émbolos.4.- Orejas de las zapatas.5.- Entallas excéntricas.6.- Holgura entre orejas y entallas.7.- Tornillo de fijación de las placas reguladoras de combustible máx. inyectado.

Esta parte la forma un par de palas deslizantes (17) (Fig. 4.59), que giran adosadas a una excéntrica que forma cuerpo en el extremo posterior del rotor. Este sistema de bomba, puede verse en esquema general , que en su giro aumenta el volumen de la zona que comunica con la entrada provocando una aspiración de liquido por ella. En la parte que comunica con la salida, disminuye el volumen con el giro obligando al liquido a salir por ella.

Fig. 4.59 Bomba de inyección CAV tipo DPA (en sección).

4.4.3.3 Válvula de regulación

Esta válvula (15 de la Fig. 4.59). está situada en el extremo posterior. Podemos distinguir dos extremos en ella. Primero controlar la presión del combustible, con una cierta relación entre la presión de transferencia y la velocidad de giro. Pues la bomba de transferencia al dar más cantidad de liquido con la velocidad aumenta la presión.

En segundo lugar la válvula permite desviar la aleta de la bomba de transferencia cuando ésta está estacionaria para que puedan cebarse todos los conductos de combustible en la cabeza hidráulica.

En la Fig. 4.60 se muestra el detalle y funcionamiento de la válvula de regulación. El combustible entra por 9 y pasa a través /del filtro de nylon (2). La presión de transferencia actúa en la parle /inferior del pistón de regulación (5), que tiende a forzarlo hacia arriba. fuerza que tiende a neutralizarse por la del muelle (3), de regulación de la cara opuesta del pistón.

Al aumentar la presión de transferencia con la velocidad, el pistón por la presión del líquido comprime el muelle de regulación. El pistón en su movimiento ascendente va dejando paso progresivamente por la lumbrera de descarga (8), cuyo líquido vuelve a la entrada de ad-misión de la bomba de transferencia.

Para cebar la bomba estando parada, por medio de la palanca de cebado de la bomba de alimentación el combustible no puede entrar por la bomba de transferencia al no permitirlo sus paletas, entonces entra por la parte superior (9), a la presión de cebamiento en el man-guito de la válvula (4), presionando por la cara superior del pistón de regulación. Forzado éste hacia la parte inferior comprimiendo el muelle de cebado (6), deja abiertas las lumbreras por donde pasará el líquido por el conducto (7), al lado de escape de la bomba de transferencia, por donde entrará a los conductos de la cabeza hidráulica.

4.4.3.4 Reguladores

De este modelo hay dos verdones: una con regulador mecánico (Fig. 4.59) y otra con regulador hidráulico.

A B C

4.4.3.4.1 Regulador mecánico.-

La parte fundamental la constituyen los contrapesos (31 de la Fig. 4.59), sostenidos por un transportador (30), situado entre buje y eje de transmisión que giran formando un sólo cuerpo articulado. Estos contrapesos pivotan sobre un borde, moviéndose hacia adentro o hacia fuera, según la fuerza centrífuga que depende de la velocidad. En su movimiento accionan el manguito de empuje 29, que deslizándose sobre el eje de transmisión, lo mueve axialmente controlando la admisión de combustible por medio de la válvula dosificadora.

Fig. 4.60 Válvula de regulación de la bomba. CAV tipo DPA: A.- Detalle de las piezas. B.- Posición de cebamiento. C.- Posición de regulación.

1.- Muelle retención. 2.- Filtro de nylón. 3.- Muelle de regulación. 4.- Maguito de la válvula. 5.- Pistón.6.- Muelle de cebar. 7.- Conducto de combustible al orificio de salida de la bomba de transferencia. 8.- Lumbrera de regulación. 9.- Conducto de combustible al orificio de admisión de la bomba de transferencia. 10.- Guía de muelle. 11.- Conexión orificio admisión de combustible.

Todo el conjunto que transmite el movimiento está encerrado en la parte alta de la bomba (5), donde puede apreciarse la salida de los ejes de cierre y obturador a través de la tapa, con sus palancas de mando.

El detalle del mecanismo de mando del regulador mecánico puede verse esquemáticamente en la Fig. 5.99. Al separarse los contrapesos (B) del centro, desplazan al manguito (A) axialmente sobre el eje de transmisión (U). El brazo de mando (C) está libre para que apoyándose alrededor del eje que hay en el soporte de mando (S), se mantenga en contacto con el extremo del manguito de empuje por la tensión del muelle (J). La palanca de gancho cargado por un muelle (N), está cargada por la parte superior del brazo del regulador con la palanca (M), fija de la válvula dosificadora (P). A la más pequeña variación de velocidad, corresponderá un desplazamiento de los contrapesos, que transmitido a la válvula dosificadora, con la lógica variación en el suministro de combustible.

El eje de cierre (F), accionado por la palanca (G), transmite su movimiento por medio de la barra (E), a la palanca (M), haciendo girar la válvula dosificadora por (P), a una posición en que la lumbrera de dosificación esté completamente cerrada (O). Como la palanca de gancho (N), está cargada por muelle (R), al vencer la resistencia de éste puede realizarse el movimiento sin actuar sobre los contrapesos.

Para acelerar o retener se actúa por medio de la palanca (K), montada en el eje de obturación. Intermediaria con él está el enganche (L), con el muelle (J), que conecta con el muelle de marcha lenta (D), y cuya guía pasa a través de un orifico del brazo de mando del regulador.

Al mover la palanca para acelerar se comprime el muelle (H), de marcha lenta y se aplica tensión al muelle principal, la tensión de este muelle sobre el brazo de mando se transmite al manguito de empuje resistiéndose al movimiento de los contrapesos del regulador. El muelle del regulador (J), puede conectarse en tres posiciones distintas en el enganche (L), según las características de cada tipo de motor. También la guía para el muelle de marcha lenta (D), puede montarse en una de las tres posiciones previstas en el brazo (C), variando así su brazo de palanca (P), es un eje con dos entallas en su extremo que entra en la válvula dosificadora de la cabeza hidráulica. (8 de la Fig. 4.59) y a través de cuyas entallas pasa el combustible de la bomba de transferencia a las lumbreras de admisión del rotor. Como se ve según la posición será el paso a través de (O), (Fig. 4.61).

Al accionar el motor de arranque en el momento de puesta en marcha, la palanca de obturación (K), (Fig. 4.61) se mantendrá en su posición extrema, dando la válvula dosificadora la máxima cantidad de combustible. Al ponerse el motor en marcha, la palanca retrocederá y el regulador quedará en la posición de marcha lenta.

A partir de aquí según la velocidad requerida por el acelerador se mantendrá dentro de ciertos limites por la automaticidad originada por los contrapesos.

En relentido se elimina la tensión del muelle de regulador (J), y d muelle (H), da un control muy sensitivo a pocas R.P.M.

Para parar bastará actuar sobre la palanca de cierre.

Fig. 4.61 Mecanismo de mando del regulador mec.

4.4.3.4.2 Bomba con regulador hidráulico

Esta bomba es similar a la anterior, exceptuando la parte de regulación por contrapesos y sus mandos que al quedar suprimidos queda sumamente simplificada. A cambio de ello lleva adosado un cuerpo de fundición con el mecanismo de regulación hidráulica.

El eje de transmisión está constituido por un eje estriado (33). (figura 5.100) alojado en un tubo piloto (34), dentro del cuerpo de bomba. El extremo de él engrana con la placa de transmisión que mueve el rotor de bombeo, distribución y bomba de transferencia en su extremo. En su parte anterior se apoya en el tubo piloto y retenido por un aro de retención (36), las fugas de líquido se evitan por dos retenes montados en dos ranuras anulares del eje (35).

Para evitar cualquier contrapresión hay el eje de transmisión anticontraposición equipado con una barra de torsión que absorbe cualquier contrapresión debida al desgaste. Está constituida por una barra lisa que engrana entre el conjunto de transmisión de la bomba al motor y el conjunto de cabeza del rotor en la bomba.

En la bomba no hay retenes del eje porque éstos ya forman parte del acoplamiento de transmisión de ella.

4.4.3.4.3 Regulador hidráulico

El cuerpo de éste es una pieza de fundición (39 de la Fig. 4.62). El mando consta de una palanca (37), fija a un eje cuyo extremo está dentado y cuyo piñón engrana con una cremallera (43), que se desliza en la caña de la válvula dosificadora. Esta, asimismo, se desliza en la parte de la cabeza hidráulica y dentro de la cual en su parte cilíndrica se abre la lumbrera de dosificación en una perforación en diagonal.

Fig. 4.62 Bomba con regulador hidráulico y dispositivo de avance.

La válvula en una caña con unas arandelas de amortiguación (45), que se apoyan contra un soporte, y el muelle de regulador (44), se sostiene entre las arandelas y la cremallera. Las arandelas al moverse dentro del combustible amortiguan cualquier movimiento violento de la válvula dosificadora. El muelle (42), de marcha lenta está entre la cremallera (43), y la parte superior del husillo de la válvula con la arandela de cierre (41). Para regular la marcha lenta hay el tornillo de tope (40). En algunas bombas se monta un dispositivo de muelle para evitar que el motor se pare cuando se pasa a marcha lenta.

Accionando el regulador a la presión de transferencia por e! combustible a través de una ranura anular que rodea el rotor, pasa por el centro hueco de la válvula dosificadora, comunicando por varios orificios con un espacio anular que comunicará con la lumbrera in-clinada de alimentación del rotor. Esta comunicación será mayor o menor según la postura adoptada por la válvula. Esta válvula dosificadora es cargada por el muelle (44), del regulador y cuya carga se ajusta al mover a mano la palanca de mando (37).

Al acelerar y mover la palanca la válvula es empujada por el muelle abriendo la lumbrera. (Fig. 4.62). Al aumentar la velocidad del motor, aumenta la presión de transferencia que fuerza a la válvula en sentido contrario contra la presión del muelle, equilibrándose ambas.

Dejando el mando en la posición de marcha lenta, se apoyará en el tope comprimiéndose el muelle de marcha lenta (42), reduciéndose la compresión del principal (44). Como actúa la presión del muelle de marcha lenta y la presión de transferencia, ambas equilibran la posición del muelle principal, efectuándose así la función reguladora de marcha lenta.

Para el paro del motor puede apreciarse en la Fig. 4.63, que al girar por medio de la palanqueta el husillo de cierre (T), el extremo semicircular de la leva (S), levanta la válvula dosificadora, cerrando el paso de la lumbrera (P), y parándose el motor.

En algunos modelos se emplea el montaje llamado: «Regulador de montaje reversible» (Fig. 4.64). En él los dos mandos de mando y cierre están formados por dos ejes con palanca de mando a un lado y leva al otro.

Omitimos su explicación pues se aprecia con sólo observar el dibujo.

Fig. 4.63 Válvula dosificadora y husillo de Fig. 4.64 Regulador de montaje reversible.

Cierre en el regulador hidráulico.

4.4.3.5 Tres sistemas automáticos de avance

- Avance variable según velocidad.

- Avance según la carga.

- Avance de velocidad y carga combinados.

En la Fig. 4.65 podemos ver el mecanismo que varía la sincronización de inyección. El aro de levas (C), puede moverse en giro dentro del cuerpo de la bomba (D). mandado por la palanca en bola (A), que está articulada al pistón (B), que puede deslizarse dentro del ci-lindro mecanizado del cuerpo (E).

El combustible a la presión de transferencia penetra en el cilindro por la parte contraria al muelle venciendo más o menos la presión de éste de acuerdo con la presión de transferencia que es función de la velocidad. Al vencer esta presión el pistón moverá el mando de bola haciendo girar el aro de levas y avanzando de esta manera la inyección.

Como el impacto de los rodillos en los lóbulos de la leva al principio de la inyección tiende a mover el aro de levas en la posición de retraso, se evita por medio de una válvula sin retomo situada en el conducto de combustible en el tornillo que inyecta el dispositivo del cuerpo de bomba (que es por donde entra el líquido).

La fuga entre pistón y cilindro permite que éste vuelva a la posición de retraso al disminuir la velocidad del motor.

En este modelo el avance máximo llega a 12°. Para variar la curva de sincronización se obtiene por el montaje de muelles de distinta presión, variándose también por la adición de suplementos entre muelle y capuchón.

Como cada tipo de motor es un caso distinto y particular, veremos distintas formas de actuar el mecanismo de avance según convenga.

Retraso de puesta en marcha automático.- Si en el regulador se monta un muelle de presión suficientemente baja, cuando el motor está parado no hay presión de transferencia y el muelle aunque sea blando, mantiene el aro de levas en la posición de máximo retraso.

Cuando el motor se ha puesto en marcha, la presión de transferencia avanza completamente.

Retraso de puesta en marcha normal.- Este dispositivo incorpora un mando manual que acciona el conductor al momento de poner en marcha.

Fig. 4.65 Mecanismo de avance automático.

Retraso de puesta en marcha automático con avance velocidad.- Es una combinación en dos etapas (Fig. 4.66); el retraso es accionado por el muelle blando 5, y el avance es regulado por los muelles más pesados (9 y 10). Al estar la bomba estacionaria el aro de levas se mantiene en retraso total por la presión del muelle (5). Al ponerse en marcha y hacerse efectiva la presión de transferencia actúa sobre el pistón venciendo la presión del muelle (5), y girando el aro de levas hasta el avance normal de relentido. En este momento el pistón se apoya en los muelles (9 y 10). Si aumenta la velocidad aumenta también la presión de transferencia cediendo los muelles (9 y 10), obteniéndose así un progresivo avance según la velocidad.

En algunos modelos se combina el retraso normal de puesta en marcha con el avance de velocidad.

Fig. 4.66 Dispositivo de retraso de puesta en marcha automática .

1.- Tapón.2.- Aro de hermeticidad.3.- Émbolo.4.-Tornillo de avance de leva.5.- Muelle.6.- Aro de retención.7.- Placa de muelle.8.- Aro de hermeticidad.9.- Muelle de émbolo (exterior).10.- Muelle de émbolo (Interior).11.- Suplemento.12.- Tornillo de capuchón de émbolo.

Avance según la carga.- Si se observa el giro del rotor en la Fig. 4.67 se verá que funcionando a plena carga están los pistones separados totalmente y los rodillos empiezan a actuar al principio de la leva.

Por el contrario cuando la carga es mínima los rodillos están separados del arco de levas y en su giro sólo tocan en la leva en la punta y por tanto más tarde. Ello significa que con carga ligera el encendido funciona más atrasado si no hay un dispositivo que lo corrija.Un dispositivo apropiado para ello es el de la Fig. 4.67. En la superficie la válvula dosificadora tiene dos ranuras espirales que según su posición comunican la presión al pistón de regulación.

Fig. 4.67 Avance de carga ligera

Avance de velocidad y carga combinados.- En la Fig. 4.68 el sistema proporciona un avance de sincronización progresivo de acuerdo con la velocidad del motor y una compensación que anula el retraso resultante de la reducción de carga.

Pueden observarse dos pistones concéntricos el uno dentro del otro, en el interior del grupo de avance. El exterior accionado por la presión de transferencia es sensible a la velocidad y tiene en oposición un muelle. El giro del aro de levas se aumenta cuando se aumenta el suministro de combustible y viceversa. El movimiento del pistón pequeño está amortiguado por la acción del compensador y está controlado por las medidas de las platinas, mecanizadas en el pistón. La medida de estas platinas y la holgura de trabajo del pistón interior afectan los grados de avance de carga y características de inyección. Funcionando sin carga a marcha lenta, la presión de transferencia es mínima y el pistón exterior se mantiene en posición de retraso por medio del muelle. El suministro de combustible es mínimo, la torsión del aro de levas es mínima y el pistón interior se mantiene en posición de avance por la presión de su muelle. Al aumentar la carga, aumenta el suministro de combustible con lo que aumenta la torsión del aro de levas que se transmite al pistón interior; éste se mueve hasta encontrarse en el tope del pistón exterior, en cuyo momento el muelle entre ambos está comprimido. Como puede 'observarse este atraso es de un valor aproximado al valor del avance por el aumento de presión de combustible, lo que nos dice que prácticamente no se habrá modificado el sincronismo.

Al aumentar la velocidad, aumenta también la presión de transferencia y ambos pistones se desplazan como un solo cuerpo, avanzando así el aro de levas.

Al reducirse la carga, sea cual fuere la velocidad se reduce el suministro de combustible con una reducción de la torsión del aro de levas.

El pistón interior avanza el aro de levas y compensa el retraso que se produce al reducirse el suministro de combustible.

En algunas bombas se dispone de una membrana que absorbe las fluctuaciones de la presión de transferencia, lo que estabiliza el dispositivo de avance cuando se prueba o ajusta la bomba.

Fig. 4.68 Dispositivo de avance de velocidad y

carga combinada.

4.4.3.6 Verificación y pruebas

Indicaremos aquí unas ligeras instrucciones dedicadas como ejemplo en las bombas de distribución para que en principio, puedan considerarse como generales para cualquier sistema con sus variaciones.

Antes de colocar la bomba en el banco de pruebas, es conveniente comprobar que no haya fugas. Para ello se sumerge en combustible limpio y se conecta una manguera de aire comprimido a la conexión de desvío, observando si salen burbujas de aire. Si las hay, anularías antes de probar. Para ello bastará una presión de 20 libras por pulgada ó 1 a 1,5 kg por cm2. Dispuesta ya la bomba, deberá colocarse en una máquina de pruebas adecuada, de las que existen gran número de excelentes modelos, muchas de ellas construidas por acreditadas casas constructoras de bombas. Ellas se componen en general de:

- Plataforma para montar cualquier tipo de bomba, con distintos suplementos según medida y tipo.

- Acoplamiento para acoplar el eje de giro.

- Tuberías de entrada de combustible.

- Bomba de entrada de combustible para el caso de que la bomba lo precise.

- Tuberías de alta presión para acoplar a un juego de inyectores ajustados a la presión de prueba. (Para la bomba C.A.V. BPA a 175 atmo.).

- Juego de probetas graduadas, dispuestas a la salida de tos inyectores para medir cantidad.

- Probeta mayor para medir volumen de fugas de retroceso.

- Manómetro de presión para medir la presión de la bomba de transferencia.

Al probar una bomba hay que tener varias precauciones:

- Tener bien centrado el eje de la bomba con el eje de giro del banco.

- Asegurarse de la dirección de giro, podría en ciertos casos provocar agarrotamientos por la falta de engrase, etc.

- No hacerlas funcionar en períodos largos con inyección reducida.

- Cebarla bien antes de iniciar el giro para lo cual se aflojarán las válvulas de aireación (y el tornillo de fijación de la cabeza en la DPA).

Se conectará la tubería de alimentación a la entrada (en la DPA primero en la tubería de conexión de fugas de retroceso).

Teniendo flojas las tuberías de los inyectores, se hará girar a cien rpm como máximo y se irán cerrando las tuberías o registros a medida que dejen de salir burbujas de aire.

Se adoptarán luego las tuberías de los inyectores comprobando la ausencia de fugas de todo tipo, incluso en los retenes de engrase.

Rendimiento de la bomba.- El rendimiento de la bomba se comprobará a varias velocidades de giro, midiéndose el volumen de combustible en la probeta de cada inyector después de un número determinado de ciclos de bombeo. Cantidad que variará según la cilindrada del motor a que está destinada.

Mando de cierre.- Se comprobará el mando de cierre en que la salida de combustible debe quedar prácticamente nula al actuar la palanca del mismo.

Máxima inyección.- El ajuste de suministro máximo se comprobará a la velocidad espe-cífica para cada motor con los mandos en su posición máxima. Caso de no estar en los límites requeridos de la bomba DPA se aflojarán los tornillos de la tapa de inspección al lado del cuerpo y una vez salido el líquido se aflojarán los tornillos de la placa de transmisión girando hacia un lado u otro según convenga, y volver a apretar los tornillos.

Si se trata de una bomba de otro tipo se actuará según el caso. Siendo a veces necesario cambiar todo un elemento de bomba, si es necesario, no sin haber comprobado antes si el estado del árbol de levas es perfecto.

Prueba del regulador.- Esta prueba se efectuará funcionando como término medio al 75 % de la velocidad máxima del motor. La cantidad de combustible será siempre menor, al volumen máximo de combustible, capaz de suministrar. Estos ajustes deben hacerse de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

En esta prueba, intervienen los reguladores cuyo sistema varía según el tipo de bomba.

Bomba de transferencia.- Para la bomba DPA se debe comprobar el vacío cuando trabaja a baja velocidad, con la válvula de dos direcciones en la conducción de alimentación, teniendo la palanca en la posición de corte. La entrada de admisión de la bomba debe conectarse al manómetro de vacío. Comprobar si el valor de vacío indicado es el indicado por el fabricante.

Será conveniente casi siempre volver a cebar la bomba después de esta prueba.

Para medir la presión de transferencia deberá acoplarse un racord especial para poder empalmar el manómetro.

Comprobación avance velocidad.- Para comprobar este avance se requiere casi siempre algún aparato suplementario según sea el tipo de bomba a comprobar. Para la bomba DPA es el aparato que figura adaptado en la figura 5.107. Para colocarlo se ha de sacar el tornillo del capuchón de muelle del pistón en el dispositivo de avance, donde se colocará el aparato de medida.

Una vez puesto se nivelará la escala a cero. El avance se comprobará a diferentes velocidades comprobando a cada una de ellas si coincide con la curva o datos dados por el manual correspondiente:

Para variarlo se hará aumentando o disminuyendo el espesor de los suplementos montados entre el muelle y el capuchón.

Avance carga ligera.- Para controlarlo sirve el mismo aparato anterior, pues siendo el dispositivo sensible a la carga, responde a los cambios de suministro de combustible. Ellos deberán probarse a distintas cargas y velocidades para cuyo ajuste deberá moverse el tornillo de ajuste angular de la tapa del regulador, y regulando el espesor de los suplementos del muelle.

Avance combinado velocidad y carga.- Similar a los anteriores, se modifica o ajusta por el espesor de los suplementos que hay entre los muelles en el pistón interior y el exterior.

4.5 REGULADORES DE LA BOMBA DE INYECCIÓN.

Los reguladores mecánicos son los más utilizados para los motores Diesel. El regulador mecánico Bosch está montado en la bomba de inyección. La varilla de regulación de la bomba de inyección está unida por medio de una articulación al varillaje del regulador. La unión con el pedal acelerador se realiza por intermedio de la palanca de mando del regulador.

4.5.1 CONJUNTOS MASAS ROTANTES.

Existen dos modelos diferentes de conjuntos masas rotantes para los reguladores mecánicos:

• RQ, RQV: Los resortes de regulación están montados en los pesos centrífugos (Fig. 4.70).

• RSV, RS: La fuerza centrifuga actúa, por intermedio de un sistema de palancas, sobre el resorte de regulación montado fuera de los dos pesos centrífugos. (Fig. 4.71).

En los reguladores mecánicos de los modelos RQ y RQV. cada uno de los pesos centrífugos actúa directamente sobre un luego de resortes especialmente previstos para cualquier velocidad nominal.

En el caso de los reguladores de los modelos RS y RSV, los dos pesos centrífugos, por intermedio de un bulón de regulación, empujan la palanca tensora, de la que el resorte de regulación tira en sentido opuesto Al regular la velocidad mediante la palanca de mando, el resorte de regulación se tensa en función de la velocidad deseada.

Los resortes de regulación de estos dos conjuntos masas rotantes se eligen de modo que, para la velocidad deseada, la fuerza centrifuga y la fuerza elástica de los resortes se mantienen en equilibrio. Al sobrepasar esta velocidad, la creciente fuerza centrifuga

Fig. 4.69 Herramienta de comprobación del avance de leva, montada en una bomba.

desplaza la varilla de regulación por intermedio de un sistema de palancas, y el caudal sumi-nistrado disminuye.

Fig. 4.70 Conjunto masas rotantes de los Fig. 4.71 Conjunto masas rotantes de los

reguladores RQ y RQV. reguladores RS y RSV.

4.5.2 Regulador de máxima y mínima RQ (Fig. 4.75)

4.5.2.1 Construcción

La representación esquemática permite reconocer los componentes principales del regulador y su funcionamiento combinado. El árbol de levas de la bomba de inyección acciona el cubo del regulador por intermedio de un amortiguador de vibraciones. Los dos pesos centrífugos y sus palancas acodadas están alojados en el cubo del regulador. Un juego de resortes está montado en cada uno de los pesos centrífugos. Las palancas acodadas convierten los recorridos radiales de los pesos centrífugos en movimientos axiales del perno de regulación, que los transmite a la deslizadera. Conducida longitudinalmente por el perno de guía, la deslizadera establece, por intermedio de la palanca de regulación, la unión entre !as masas rotantes y la varilla de regulación; el extremo inferior de la palanca de regulación está articulado en la deslizadera.

En la palanca de regulación hay una colisa. El dado deslizante es guiado radialmente por la palanca articulada; ésta está unida a la palanca de mando sobre el mismo eje La palanca de mando es accionada a mano o mediante el pedal acelerador, a través de un varillaje.

Al accionar la palanca de mando, el dado deslizante se desplaza y la palanca de regulación se inclina alrededor del fulcro de la deslizadera: cuando el regulador entra en acción, el centro de rotación de la palanca de regulación se encuentra en el dado deslizante (Véase '"Comportamiento en servicio"). (Fig. 4.72)

Gracias a la colisa (Fig. 4.73), la relación de transmisión de la palanca de regulación es modificada. Como consecuencia se dispone de una fuerza de reglaje más que suficiente para accionar la varilla de regulación, también en et régimen de ralentí donde las tuerzas centrífugos son todavía pequeñas.

Los juegos de resortes (resortes de regulación), (Fig. 4.74), montados en los pesos centrífugos consisten general-mente en tres resortes helicoidales dispuestos con-céntricamente. El resorte exterior se apoya entre el peso centrífugo y el platillo de resorte exterior. Los dos resortes interiores se encuentran entre los platillos exterior e interior de resorte- Durante la regulación de la velocidad de ralentí sólo actúa el resorte exterior (resorte de ralentí); al aumentar la velocidad, los pesos centrífugos permanecen apoyados en el platillo de resorte Interior, después de vencer el recorrido de ralentí, hasta que comienza la

regulación de la velocidad máxima. Durante ésta, todos los resortes actúan simultáneamente. Los dos interiores se califican de resortes de regulación de la velocidad máxima.

Fig. 4.72 Regulador de máx. y mín. RQ. Fig. 4.73 Modificación de la relación de transmisión

Posición de reposo. a/b de la palanca de regulación del

regulador RQ.

A.- Apagado. B.- En ralentí. C.- En plena carga.

Fig. 4.74 Recorridos de los pesos centrífugos y juego de resortes de regulación en el regulador RQ.

Fig. 4.75 Regulador RQ.

4.5.2.2 Comportamiento en servicio

Parada del motor.- La palanca de mando se encuentra en el tope de "stop" y la varilla de regulación, en la posición de "stop". Los pesos centrífugos están cerrados. Se encuentran en posición de reposo

Posición de arranque.- (palanca de mando en posición de plena carga). Después de vencer la tuerza del resorte recuperador en el tope elástico de la varilla de regulación, ésta se desplaza hasta el tope de caudal de arranque. (Fig. 4.76)

Fig. 4.76 Regulador RQ. (Posición de arranque)

Posición de ralentí.- Después de arrancar el motor y de soltar la palanca de mando (pedal acelerador), ésta regresa a la posición de ralentí (ha de preverse un tope apropiado en el vehículo o en el motor). La varilla de regulación regresa asimismo a la posición de

ralentí, determinada ahora por el regulador que ha entrado en acción Por velocidad de ralentí de un motor se entiende la velocidad mínima a la que continúa girando con seguridad sin rendir trabajo útil La carga está constituida únicamente por la fricción propia del motor y por los grupos acoplados continuamente al mismo, como son el alternador, la bomba de inyección, el ventilador, etc. Para poder vencer esta carga de ralentí, el motor necesita una determinada cantidad de combustible. La recibe a una posición de la palanca de mando que corresponde a la de ralentí presenta. (Fig. 4.77)

Fig. 4.77 Regulador RQ. (Posición de ralentí).

Posición de carga parcial.- Funcionando el motor con carga (entre ralentí y plena carga). En cuanto el conductor pisa ligeramente el pedal acelerador, el motor acelera y los pesos centrífugos se desplazan hacia afuera. El regulador tiene, pues, la tendencia a moderar el aumento de la velocidad de rotación Mas, ya al sobrepasar la velocidad de ralentí ligeramente, los pesos centrífugos se apoyan en los platillos de resorte sometidos a la carga de los resortes de regulación de la velocidad máxima y permanecen en esta posición, hasta que se alcanza la velocidad máxima En efecto, los resortes de regulación de la velocidad máxima no ceden al efecto de la tuerza centrifuga hasta que el motor tiende a sobrepasar el régimen nominal. Por consiguiente, el regulador no interviene entre la velocidad de ralentí y la máxima. Sólo el conductor influye, en este margen, sobre la posición de la varilla de regulación y, con ello, sobre el par motor. Más tarde describiremos la fase de asimilación que acompaña a este proceso. (Fig. 4.78)

Fig. 4.78 Regulador RQ.- Carga parcial. La posición de los pesos centrífugos permanece invariada hasta alcanzar la velocidad máxima de rotación.

En la gama superior de velocidades del motor (regulación de la velocidad máxima)

El corte en alta se inicia cuando el motor sobrepasa la velocidad nominal nvo. Esto puede suceder a plena carga o con carga parcial, según la posición en que se encuentre la palanca de mando. En cuanto la regulación de la velocidad máxima comienza a actuar, la posición de la varilla de regulación ya no depende exclusivamente del conductor, sino también del regulador, El recorrido de los pesos centrífugos para la regulación de la velocidad máxima es de 5 mm, que corresponden (con una transmisión de 1: 3.23) a un recorrido de la varilla de regulación de unos 16 mm, que son suficientes para que el regulador desplace la varilla desde la posición de plena carga hasta la de stop. (Fig. 4.79)

Dispositivo de asimilación en el regulador RQ.- En el regulador RQ, el dispositivo de asimilación está montado en los pesos centrífugos, a saber, entre el platillo de resorte Interior y los resortes de regulación de la velocidad máxima. El resorte de asimilación se encuentra en una cápsula, sobre cuyas partes exteriores se apuntalan los dos resortes de regulación de la velocidad máxima. La acción del resorte de asimilación antecede, pues, a la de los resortes de regulación de la velocidad máxima La distancia entre el platillo de resorte interior y la cápsula representa el recorrido de asimilación (0,3.....1,5 mm). Puede ser ajustado con las arandelas de compensación. (Fig. 4.80)

El comienzo de la asimilación ni depende de la curva característica de la cantidad de combustible que necesita el motor Poco antes de alcanzar la velocidad máxima, el resorte de asimilación está suficientemente comprimido para que el platillo de resorte interior y la cápsula estén en contacto (n2) Sin el resorte de asimilación, el regulador permanece inactivo entre la velocidad de ralentí y la máxima. Al ceder el resorte de asimilación, los pesos centrífugos pueden desplazarse hacia afuera (recorrido de asimilación) en la gama comprendida entre la velocidad de ralentí y la máxima, y desplazar la varilla de regulación hacia la dirección de "stop" (asimilación positiva).

Fig. 4.79 Regulador RQ.Regulación de la velocidad máxima a plena carga. La varilla de regulación comienza a desplazarse en dirección de la posición de reposo.

Fig. 4.80 Dispositivo de asimilación en el regulador RQ.

4.6 INYECTORES (Toberas) Y PORTA INYECTORES.

El combustible de la bomba de inyección impulsa a elevada presión (hasta 1000 bar), es inyectado en la cámara de a través el inyector.

4.6.1 INYECTOR (Tobera).

Un inyector Bosch se compone de cuerpo y válvula. Estas dos partes son de acero de gran calidad, han sido lapeadas la una para la otra con ajuste finísimo y debe considerarse siempre como una unidad, teniendo que cambiarse también conjuntamente.

4.6.1.1 FUNCINAMIENTO.

El inyector es gobernado por la presión del combustible. La presión generada por la bomba de inyección actúa sobre la parte cónica de la válvula y levanta esta de su asiento cuando la fuerza aplicada desde abajo es mayor que la fuerza antagonista ejercida desde arriba por el muelle de presión, dentro del porta inyector. Entonces el combustible es inyectado en la cámara de combustión a través del (de los) orificio(s) del inyector.

La presión de apertura del inyector la determina la tensión inicial (ajustable) del muelle de presión dentro del porta inyector. La carrera de la válvula la limita la superficie frontal existente en la unión del vástago de la válvula y la espiga de presión.

Durante el proceso de inyección, del combustible efectúa el siguiente recorrido: tubería de presión – orificio de entrada del porta inyector (Fig.4.81) – (ranura anular) orificio de entrada, cámara de presión, orificio(s) del inyector (Fig. 4.82) - cámara de combustión. El combustible que se fuga a lo largo de la válvula, regresa al depósito por una tubería empalmada al racor para aceite de fuga dispuesto en la porta inyector.

Fig. 4.82 Inyector con orificio largo.

Una vez inyectada la cantidad impulsada por la bomba de inyección, el muelle de presión empuja de nuevo la válvula del inyector contra su asiento, a través del perno y la espiga de

Fig. 4.81 Porta-Inyector KD con inyector.

1.- Entrada de combustible.2.- Filtro de varilla.3.- Retorno de combustible.4.- Arandela de ajuste.5.- Muelle de presión.6.- Cuerpo de sujeción.7.- Perno de presión.8.- Cuerpo del inyector.9.- Aguja del inyector.

presión. Con ello el inyector queda cerrado hasta la siguiente carrera de impulsión. Entonces no debe gotear ya combustible, lo que podría ocurrir, por ejemplo, en caso de estar el inyector muy gastado.

4.6.2 CLASES DE INYECTORES Y SU APLICACIÓN.

Se distinguen dos clases principales:

- Inyectores de orificios para motores de inyección directa.

- Inyectores de espiga para motores de antecámara, de cámara de turbulencia y

acumuladores de aire.

Dentro de estos dos tipos de construcción principales existen empero numerosas ejecuciones que difieren entre sí como consecuencia de la diversidad de los motores.

4.6.2.1 INYECTORES DE ORIFICIOS.

La válvula de los inyectores de orificios tienen en su extremo un cono, que les sirve de superficie de asiento. Existen inyectores de un solo orificio y de orificios múltiples. Los primeros tienen solamente un orificio de inyección, que puede haber sido taladrado en el centro o a un lado. En los inyectores de orificios múltiples los agujeros de inyección forman un ángulo entre sí, el ángulo de agujeros pulverizadores (de hasta 180°). Para obtener la repartición más favorable del combustible en la cámara de combustión, se dispone según los casos hasta 12 orificios, generalmente de modo simétrico, El diámetro y la longitud de los agujeros influyen en

Fig. 4.83 Inyector de orificios.

la forma y profundidad de penetración del chorro. Los inyectores de las ejecuciones usuales pueden suministrarse con diámetros de orificios desde 0.2mm para arriba, en escalones de 0.02 mm. Los diversos tamaños de inyectores de orificios se distinguen con las letras S, T, U, V y W.

Los inyectores de orificios (Fig. 4.82 y 483) se utilizan en motores de inyección directa. La presión de apertura del inyector se encuentra generalmente entre 150 y 200 bar.

Fig. 4.85 Inyector de orificios (DL...)

4.6.2.2 INYECTORES REFRIGERADOS DE ORIFICIOS .

En motores que funcionan con aceite pesado, los inyectores pueden llegar atener una temperatura tan elevada, que es necesario refrigerarlos. Para estos casos suministramos inyectores refrigerados. (Fig. 4.86)

El cuerpo de esos inyectores existe un orificio o canal para la entrada de combustible y otros dos que sirven para la entrada y salida del agente refrigerante extremo inferior del cuerpo tiene una rosca de doble paso, que esta aislada del exterior por una envoltura de refrigeración. El refrigerante pasa del canal de aflujo de inyector, de aquí se dirige por uno de los dos pasos de la rosca a la cámara circular y de esta es impulsado, por el otro paso de la rosca y por el orificio de salida, y el canal de evacuación del porta inyector.

Como agentes refrigerantes pueden utilizarse aceites, así como emulsiones de aceite y agua que no ataquen al acero.

Fig. 4.84 Inyector de orificios normal (DL....)Comparado con un inyector de orificios largo (DLL...).

4.6.2.3 INYECTORES DE ESPIGA. (Fig. 4.87)

La válvula de estos inyectores tienen en su extremo una espiga pulverizadora de conformación especial, que penetra con un juego en el orificio en el cuerpo de inyector. Mediante diversas medias y la forma de las espigas (Fig.4.88, 4.89,4.90), pueden variarse el chorro de inyección según lo requieran las circunstancias. Además, la espiga mantiene el orificio pulverizador libre de depósitos de coque.

Los inyectores de espiga se utilizan en motores de antecámara y de cámara de turbulencia. En ellos la preparación de combustible se consuma principalmente por el efecto de torbellino del aire, apoyado por una adecua forma del chorro de inyección. La presión de apertura de los inyectores de espiga se encuentra generalmente entre 80 y 125 bar.

Se suministran inyectores e espiga en los tamaños R, S y T, con diámetros de espiga y ángulo de chorro distintos.

Fig. 4.87 Inyector de espiga.

Fig. 4.86 Inyector de orificios refrigerados.

1.- Entrada de combustible.2.- Entrada de refrigerante.3.- Envoltura refrigerante.4.- Rosca de doble paso.5.- Cámara anular.

Fig. 4.88 Inyector de espiga (DN..) con extremo cilíndrico Fig. 4.89 Inyector de espiga (DN..), con extremo cónico

(chorro estrecho). (chorro ancho).

Fig. 4.90 Inyector de espiga con estrangulación, características de la inyección.

a.- Cerrado. B.- Poco abierto (chorro previo) c.- Totalmente abierto (chorro principal).

4.6.2.4 INYECTORES DE ESPIGA CON EFECTO ESTRANGULADOR.

En estos inyectores (Fig. 52) la espiga tiene dimensiones especiales.

Gracias a la forma de la espiga pulverizadora se obtiene una inyección previa. Al abrir, la válvula deja libre primero sólo un intersticio circular muy estrecho, que permite pasar únicamente poco combustible (efecto estrangulador). Al continuar abriéndose (a causa del incremento de presión), aumenta la sección de paso, y sólo hacia el final de la carrera de la aguja se inyecta por completo la cantidad principal. Normalmente, con el inyector de espiga de efecto estrangulador, la combustión e incluso la marcha del motor son más suaves, pues en la cámara de combustión la presión se incrementa más lentamente. Gracias a la forma de la espiga pulverizadora, junto con la característica del muelle de presión (en el porta inyector) y el juego en el intersticio estrangulador, se obtiene el efecto de estrangulación deseado.

Existen inyectores de espiga del tamaño S también en la ejecución llamada cilíndrica. Su collar es más largo de lo normal y la tuerca de unión del inyector llega hasta el fondo del mismo (Fig. 4.91).

A veces se utiliza un inyector cilíndrico cuando es necesario en éste una intensa evacuación del calor.

Fig. 4.91 Inyectores de espiga normal y cilíndr.

4.6.3 LIMPIEZA Y CAMBIO DE LOS INYECTORES

Para apretar la tuerca de sujeción del inyector hay que utilizar una llave dinamométrica.

Tamaño del inyector. R S T U V W

Par de apriete aprox. Kpm.

6 - 8 6 - 8 10 - 12 20 - 22 50 - 55 70 - 75

4.6.3.1 LIMPIEZA.

El interior del cuerpo del inyector puede limpiarse con una varilla de madera y gasolina o gasoil, y la válvula, con un trapo limpio. Si la válvula presenta un perfil coquificado, podrá limpiarse en un torno con la ayuda de una varilla no demasiado dura, empapada de aceite. En ningún caso podrá utilizarse esmeril, un raspador triangular ni ninguna otra herramienta parecida.

Con el fin de impedir la corrosión, las válvulas de los inyectores no deben hacerse con los dedos por la superficie lapeadas, sino sólo por su espiga de presión.

Los taladros del inyector se limpian con una aguja especial. Hay que llamar encarecidamente la atención sobre lo perjudicial en una reparación no adecuada, con medios inapropiados. En general pasa entonces inadvertido que el juego de la válvula ha aumentado demasiado, cuando el inyector a estado largo tiempo en servicio, y que, después del nuevo reposo, la carrera de la válvula es mayor. Ello da por resultado pérdidas excesivas de aceite de fuga y desviaciones del chorro de inyección. La potencia del motor disminuye y el consumo del combustible incrementa.

4.6.3.2 CAMBIO.

La duración de los inyectores depende principalmente de las condiciones en que trabaja el motor, Los intervalos normales para el cambio oscila entre 100000 y 150000 Km

Después de desenroscar la tuerca de unión, se puede sacar y cambiar el inyector. Los inyectores se suministran engrasados. Antes del montaje deben lavarse por tanto en gasolina o gasoil limpio. ¡ Es imprescindible que le puesto de trabajo este limpio!. Sumergir el cuerpo y la aguja del inyector por separado en gasoil filtrado y comprobar su facilidad de deslizamiento: Al soltar la válvula sacada hasta la mitad del cuerpo del inyector (tirando de ella por la espiga de presión), tiene que descender de nuevo por su propio peso a su asiento (prueba de caída).

Al efectuar el montaje, colocar el inyector céntricamente sobre el porta inyector sin ladearlo, y apretar la tuerca de unión primero con la mano y luego con una llave dinamométrica. Hay que prestar atención a que las superficies de junta esmeriladas del inyector y del porta inyector esté perfectamente limpias y sin deterioro alguno; además hay que atender también a que, en vez de anillo de junta (entre tuerca de unión y culata), se utilice siempre un anillo de junta nuevo y adecuado.

4.7 FORMA DE LAS CÁMARAS DE COMBUSTIÓN PARA L0S MOTORES DIESEL

En los motores Diesel la forma y disposición de las cámaras de combustión constituyen una característica muy particular del motor, dando lugar a la clasificación de los mismos por su sistema da inyección.

Al estudiar el funcionamiento de los motores Diesel, se vio que la combustión se realiza solamente comprimiendo aire e inyectando a continuación el combustible, el cual, al contacto con el aire caliente se inflama y produce la combustión. Está inflamación no es instantánea sino que se produce cuando la temperatura del mismo se comunica al líquido. Es decir, que si el aire esta en reposo, la primera gota de combustible enfría el aire circundante, lo cual retrasa la combustión.

Por otra parte, la combustión en estos motores no se realiza en un frente único, como ocurre con los motores de explosión, sino en diferentes puntos a la vez y se transmite a toda la mezcla. Si todos los puntos de aire, en el interior de la cámara, no están a la misma temperatura se produce un efecto de picado, al no inflamarse la mezcla homogéneamente.

Por tanto el desarrollo de la combustión en el interior del cilindro condiciona extraordinariamente la forma y disposición mecánica en estos motores. Para que la combustión se realice en condiciones óptimas es necesario que el aire esté a elevadas temperaturas y que ésta sea homogénea en todos sus puntos. Lo primero se consigue con una adecuada relación de compresión y lo segundo, creando una turbulencia de aire dentro de la cámara, para que este se mantenga en constante movimiento y el calor se transmita por igual a todos los puntos de la misma.

La turbulencia de aire dentro del cilindro se consigue dando a la cámara de combustión la forma más adecuada. Según la disposición adoptada, existen los siguientes tipos de cámaras:

4.7.1 CÁMARA DE INYECCIÓN DIRECTA

En este sistema el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión a través de varios orificios del inyector. Al chocar el combustible contra la cabeza del émbolo,

que es la zona más caliente, se consigue una mejor mezcla y varios puntos simultáneos de ignición.

La cámara de combustión (Fig. 4.92 A) está constituida en la cabeza del émbolo y la turbulencia se consigue dando a esta cámara una forma toroidal. Durante la admisión entra el aire con una inclinación adecuada (Fig. 4.92 B), e incide lateralmente en la cámara y siguiendo la forma dela misma crea un torbellino en el centro que sube hasta chocar con la culata y se une al que sigue entrando para formar el torbellino tórico. El torbellino, durante la compresión, aumenta de velocidad, consiguiendo así mantener el aire en movimiento y su temperatura homogénea en toda la cámara.

Este sistema, al tener menor superficie de cámara en contacto con el circuito de refrigeración, proporciona una mayor temperatura interna, lo cual facilita el arranque en frío y supone un menor consumo de combustible. El rendimiento del motor es más elevado ya que se produce una combustión completa.

Fig. 4.92 A Cámara de inyección directa. Fig. 4.92 B

4.7.2 CÁMARA DE PRECOMBUSTIÓN

En este sistema (Fig.4.93), la cámara de combustión está dividida en dos partes; Una en la propia cámara del cilindro (1) y la otra en una antecámara (2), que se comunica con la primera a través de unos finos orificios (5), llamados difusores.

Durante la compresión casi todo el aire pasa de la cámara (1) a la (2) a través de los difusores y adquiere gran velocidad debido a la estreches de los orificios por donde pasa.

El inyector (3), colocado en esta antecámara, lanza el combustible sobre la entrada de aire, produciéndose la ignición en el interior de la misma. La expansión del gas lanzado el resto del combustible, ya mezclado con el aire, sobre la cámara (1), donde termina la combustión.

Con este sistema se consigue una combustión más suave y progresiva, con un esfuerzo controlado sobre la cabeza del émbolo y se asegura un funcionamiento menos ruidoso y con menor daño en los elementos motrices. Además, exige un menor grado de compresión y, por tanto, una menor presión en la inyección, ventajas a tener en cuenta en las bombas.

Tiene el inconveniente del arranque en frío, ya que, al haber más superficie en contacto con el circuito de refrigeración, la temperatura interna alcanzada es menor y para el

arranque en frío se necesita unas bujías de precalentamiento (4) situadas en esta antecámara.

Fig. 4.93 Cámara de precombustión.

4.7.3 CÁMARA DE TURBUENCIA

Este sistema es similar al anterior (Fig.4.94), ya que es una forma perfecta del mismo. Todo el volumen de compresión queda dentro de una recámara (2), la cual se comunica con el cilindro a través de un canal tangencial (5) de mayor paso que los de la cámara de precombustión.

Durante la compresión el aire pasa casi totalmente a esta recámara, donde se inyecta el combustible sobre el torbellino de aire caliente y se produce la ignición y combustión total en su interior. La violencia de la expansión es frenada por el canal de comunicación, con lo que se consigue una expansión suave y progresiva como en el caso anterior. Esta cámara de turbulencia también exige, para el arranque en frío, la presencia de una bujía de precalentamiento (4) del aire.

4.7.4 CÁMARA DE RESERVA DE AIRE

Este sistema (Fig. 4.95 A) consiste en una recamara auxiliar (2) que se comunica con la principal (1), situada en la culata, la cual, durante la compresión, se llena con aire a presión.

Fig. 4.94 Cámara de turbulencia.

1.- Semicámara postiza.2.- Recámara formada en la culata.3.- Inyector.4.- Bujía de precalentamiento.5.- Conducto.

El inyector (3), colocado frente a la recamara, inyecta el combustible directamente a la cámara principal (inyección directa), pero incidiendo sobre el difusor o paso de estrangulación (4) del aire (Fig. 4.95 B). De esta forma, al iniciarse la combustión, el calor dilata el aire contenido en ella que sale a gran presión hacia la cámara principal, donde termina la combustión.

Este sistema, aunque más complicado, reúne las ventajas de la inyección directa y la precombustión. El resultado es un menor consumo y un funcionamiento silencioso del motor.

Fig. 4.95 A Culata con cámara de reserva Fig. 4.95 B

de aire (sistema Lanova).