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Bombas
de inyección en linea
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Bomba
de inyección en linea
Este tipo de bomba ideada por Robert Bosch a principios del siglo XX ha sido
la mas utilizada por no decir la única que funcionaba sobre todo en vehículos
pesados, incluso se uso en turismos hasta la década de los 60 pero se
vio sustituida por las bombas rotativas mas pequeñas y mas aptas para
motores rápidos. Este tipo de bombas es de constitución muy robusta
y de una fiabilidad mecánica contrastada, sus inconvenientes son su tamaño,
peso y que están limitadas a un numero de revoluciones que las hacen
aptas para vehículos pesados pero no para turismos. La bomba en linea
esta constituida por tantos elementos de bombeo, colocados en linea, como cilindros
tenga el motor. En su conjunto incluye además de los elementos de bombeo,
un regulador de velocidad que puede ser centrifugo, neumático o hidráulico;
un variador de avance automático de inyección acoplado al sistema
de arrastre de la bomba.

Circuito
de combustible
La bomba de inyección se acompaña de un circuito de alimentación
que le suministra combustible (figura inferior). Este circuito tiene un depósito
de combustible (1) que esta compuesto de una boca de llenado, de un tamiz de
tela metálica, que impide la entrada al depósito de grandes impurezas
que pueda contener el combustible. El tapón de llenado va provisto de
un orificio de puesta en atmósfera del depósito.
La bomba de alimentación aspira el combustible del depósito y
lo bombea hacia la bomba de inyección a una presión conveniente,
que oscila entre 1 y 2 bar. El sobrante de este combustible tiene salida a través
de la válvula de descarga situada en la bomba de inyección y también
puede estar en el filtro, retornando al depósito. Esta válvula
de descarga controla la presión del combustible en el circuito.
En vehículos donde la distancia y la altura del deposito con respecto
a la bomba de inyección estén muy alejados, se instala una bomba
de alimentación (2), normalmente esta bomba se encuentra acoplada a la
bomba de inyección. Según las condiciones de funcionamiento del
motor y de sus características constructivas, se requieren distintos
sistemas de alimentación de la bomba de inyección, como se ve
en la figura inferior.
Si el filtro de combustible esta en las proximidades inmediatas del motor, pueden
formarse burbujas de gas dentro del sistema de tuberías. Para evitar
esto resulta necesario "barrer" la cámara de admisión
de la bomba de inyección. Esto se consigue instalando una válvula
de descarga (6) en la cámara de admisión de la bomba de inyección.
En este sistema de tuberías, el combustible sobrante vuelve al deposito
de combustible a través de la válvula de descarga y de la tubería
de retorno. Si en el vano del motor hay una temperatura ambiente elevada, puede
utilizarse un circuito de alimentación como el representado en la figura
inferior derecha. En este circuito el filtro de combustible va instalada una
válvula de descarga (7) a través de la cual una parte del combustible
retorna al deposito del mismo durante el funcionamiento, arrastrando eventuales
burbujas de gas o vapor. Las burbujas de gas que se forman en la cámara
de admisión de la bomba de inyección son evacuadas por el combustible
a través de la tubería de retorno. El barrido continuo de la cámara
de admisión refrigera la bomba de inyección e impide que se formen
burbujas de gas.

Bombas
de alimentación
Sirve para aspirar combustible del depósito y suministrarlo a presión
a la cámara de admisión de la bomba de inyección a través
de un filtro de combustible. El combustible tiene que llegar a la cámara
de admisión de la bomba de inyección con una presión de
aprox., 1 bar para garantizar el llenado de la cámara de admisión.
Esta presión se puede conseguir utilizando un depósito de combustible
instalado por encima de la bomba de inyección (depósito de gravedad),
o bien recurriendo a una bomba de alimentación. Es este ultimo caso,
el depósito de combustible puede instalarse por debajo y (o) alejado
de la bomba de inyección.
La bomba de alimentación es una bomba mecánica de émbolo
fijada generalmente a la bomba de inyección. Esta bomba de alimentación
es accionada por el árbol de levas de la bomba de inyección. Ademas
la bomba puede venir equipada con un cebador o bomba manual que sirve para llenar
y purgar el lado de admisión del sistema de inyección para la
puesta en servicio o tras efectuar operaciones de mantenimiento.
Existen bombas de alimentación de simple y de doble efecto. Según
el tamaño de la bomba se acoplan en la misma una o dos bombas de alimentación.


Aplicaciones
de las bombas de inyección en linea
Estas bombas se pueden utilizar en motores con potencias que van desde 10 kW/cil,
hasta 200 kW/cil, esto es posible gracias a la extensa gama de modelos de bombas
de inyección en linea. Estas bombas se utilizan sobre todo en motores
Diesel instalados en camiones y autobuses. Pero también se utiliza en
turismos, tractores y maquinas agrícolas, así como en la maquinaria
de construcción, por ejemplo: en excavadoras, niveladoras y dumpers.
Otro campo de aplicación de las bombas de inyección en linea es
en los motores navales y en grupos electrógenos.
Bosch es el principal constructor de bombas de inyección en linea y las denomina: PE. Existen bombas de distintos tamaños que se adaptan a la potencia del motor que van alimentar. Los tipos de bombas se reúnen en series cuyos rendimientos se solapan en los máximos y mínimos. Dentro de las bombas de inyección en linea PE existen dos construcciones distintas. Por un lado tenemos las denominadas "M" y "A" y por el otro las "MW" y "P".
| Clasificación de la bombas de inyección en linea PE | |||||
| Características: | Tipos: | ||||
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M
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A
|
MW
|
P3000
|
P7100
|
|
| Presión de inyección (bar) |
550
|
750
|
1100
|
950
|
1300
|
| Aplicación |
Turismos
y vehículos de transporte
|
Camiones
ligeros y medianos, tractores, motores industriales
|
Camiones
de gran tonelaje, motores industriales
|
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| Potencia por cilindro (kW/cilindro) |
20
|
27
|
36
|
60
|
160
|


En la configuración de la bomba "A", el cilindro de bomba (3)
es aplicado desde arriba directamente en el cuerpo o carcasa de aluminio, siendo
presionado con el racor de impulsión (1) contra el cuerpo de la bomba
por el portaválvula de presión. Las presiones que se generan dentro
de la bomba son muy superiores a las presiones de alimentación, siendo
absorbidas estas presiones por el cuerpo de la bomba. Debido a lo anterior,
las presiones máximas están limitadas a 400 bar en las bombas
del tipo "M" y a 600 bar en las bombas del tipo "A".
En la bomba del tipo "A", el tornillo para el ajuste de la carrera
previa (14) se encuentra entre el impulsor de rodillo (11) y el platillo de
muelle (15). Va enroscado en el impulsor de rodillo, y se fija con una contratuerca.
Sobre el casquillo de regulación se encuentra el segmento dentado con
el que se ajusta el caudal de combustible a inyectar por la bomba. Con esta
configuración de bomba, las operaciones de ajuste y reglaje de la bomba
solo pueden realizarse con la bomba parada y su cuerpo abierto. Para ello la
bomba dispone de una tapa de la cámara del muelle (13).
La bomba del tipo "P" se distingue de la "A" principalmente
por el elemento de brida (4). El elemento de brida es una pieza que se interpone
entre la generación de presión y la carcasa de la bomba, por lo
que se evita que la carcasa este sometida a las presiones de inyección.
El cilindro de la bomba es una pieza independiente y el racor de impulsión
no se apoya en la carcasa de la bomba sino que esta enroscado en el elemento
de brida (4). Con esta configuración de bomba se consigue unas mayores
presiones de inyección, se pueden alcanzar presiones máximas de
hasta 750 bar. Entre el cuerpo y el elemento de brida se encuentra una arandela
compensadora, con la que se ajusta la carrera previa.
En esta bomba de inyección el embolo (5) esta unido al impulsor de rodillo
(11) a través del platillo de muelle inferior (15). El casquillo de regulación
(8) tiene un brazo con rotula (9), que es accionada por la varilla de regulación
(7). Debido a que esta bomba esta cerrada, el ajuste del accionamiento por parte
de la leva puede hacerse desde el exterior, girando el casquillo de regulación
(8) o el elemento de brida.

Constitución
La bomba de inyección en linea a carrera constante, cuya sección
se encuentra en la figura inferior, en la que se puede ver que dispone de un
cárter o cuerpo, de aleación de aluminio-silicio, que aloja en
su parte inferior o cárter inferior (C), al árbol de levas (A),
que tiene tantas levas como cilindros el motor. En un lateral del cárter
inferior de bomba, se fija la bomba de alimentación (B), que recibe movimiento
del mismo árbol de levas de la bomba de inyección, por medio de
una excéntrica labrada en el. Cada una de las levas acciona un empujador
o taqué (D), que, por medio de un rodillo, se aplica contra la leva,
obligado por el muelle (E). El empujador (D), a su vez da movimiento al embolo
(F), que se desliza en el interior del cilindro (G), que comunica por medio
de unos orificios laterales llamados lumbreras, con la canalización (H),
a la que llega el gasoleo procedente de la bomba de alimentación. Ademas
del movimiento de subida y bajada del pistón, este puede girar un cierto
ángulo sobre su eje vertical, ya que la parte inferior tiene un saliente
(I), que encaja con el manguito cilíndrico (J), que a su vez rodea el
cilindro (G) y que, en su parte superior, lleva adosada la corona dentada (K),
que engrana con la barra cremallera (L). El movimiento de esta barra cremallera
hace girar a la corona dentada, quien comunica su giro al pistón, por
medio del manguito cilíndrico (J) y el saliente (I) de la parte inferior
del pistón.
La parte superior del cilindro, esta cerrada por la válvula (M), llamada
de retención o reaspiración, que se mantiene aplicada contra su
asiento (N), por la acción del muelle (O).
Cuando la leva presenta su saliente al empujador (D), este, a su vez, acciona
el pistón (F), haciendole subir, con lo cual, quedan tapadas las lumbreras
del cilindro (G) que lo comunican con la canalización (H), a la que llega
el combustible. En estas condiciones, el gasoleo encerrado en el cilindro, es
comprimido por el pistón, alcanzandose una determinada presión
en el cilindro, que provoca la apertura de la válvula (M), venciendo
la acción del muelle (O), en cuyo momento sale por ella el gasoleo hacia
el inyector del cilindro correspondiente, a través de la canalización
(P).
Cuando ha pasado el saliente de la leva, el impulsor (D) baja por la acción
del muelle, haciendo bajar a su vez el émbolo (F), que vuelve a ocupar
la posición representada en la figura, permitiendo el llenado del cilindro
con nuevo combustible, a través de sus aberturas laterales. La válvula
(M), mientras tanto, ha bajado cortando la comunicación del cilindro
y la válvula (M) es empujada por el muelle.
Como puede verse la carrera del pistón es constante.

La bomba de
inyección tiene tantos elementos de bombeo como cilindros el motor.
Cada elemento de bombeo, esta constituido por un cilindro y un pistón.
Cada cilindro, a su vez, esta en comunicación con la tubería de
admisión, por medio de las lumbreras y con el conducto de salida por
el inyector, por medio de una válvula que es mantenida sobre su asiento
por medio de un muelle tarado.
El pistón se ajusta en el cilindro con una precisión del orden
de varias micras y tiene una forma peculiar que estudiaremos a continuación.
En su parte inferior el pistón tiene un rebaje circular que comunica
con la cara superior del pistón, por medio de una rampa helicoidal y
una ranura vertical.
En la parte inferior, el pistón lleva un dedo de mando o saliente (I-
figura superior), que encaja encaja en la escotadura de un manguito cilíndrico,
sobre el que se fija la corona dentada, que engrana con la cremallera. El movimiento
de la cremallera, puede hacer girar el pistón un cierto ángulo
sobre su eje vertical.
En ciertos tipos de bombas, la cremallera es reemplazada por una barra corredera,
que lleva unas escotaduras en las que encaja el dedo de mando que forma el pistón
en su parte inferior

Funcionamiento
El pistón esta animado de un movimiento de sube y baja en el interior
del cilindro. El descenso esta mandado por el muelle (3) figura inferior, que
entra en acción cuando el saliente de la leva en su giro deja de actuar
sobre el pistón (5). La subida del pistón se produce cuando la
leva en su giro actúa levantando el pistón venciendo el empuje
del muelle.
Cuando el pistón desciende en el cilindro crea una depresión que
permite la entrada a el del gasoleo cuando el pistón ha destapado las
lumbreras correspondientes (12). Debido a la presión reinante en el conducto
de alimentación (11), provocada por la bomba de alimentación,
el cilindro se llena totalmente de gasoleo.
La subida del pistón, produce la inyección del combustible. Al
comienzo de esta subida, las lumbreras no están tapadas y por ello, el
gasoleo es devuelto en parte hacia el conducto de alimentación (11).

Si la ranura
vertical del pistón, esta situada frente a la lumbrera de admisión,
el interior del cilindro comunica con el conducto de alimentación, por
lo que, aunque suba el pistón, no se comprime el combustible en el cilindro
y, por lo tanto, no hay inyección. Esta posición del pistón,
corresponde al suministro nulo de la bomba de inyección.
Si la ranura vertical no esta frente a la lumbrera de admisión (12),
entonces se produce la inyección. El comienzo de está, se produce
siempre en el mismo instante o, mejor dicho, para la misma posición del
pistón, pues a medida que va subiendo, la presión aumenta en el
interior del cilindro. Cuando el valor de esta presión es superior a
la fuerza que ejerce el muelle de la válvula (de reaspiración),
esta se abre venciendo la fuerza de su muelle, con lo cual, el combustible pasa
al circuito de inyección comprendido entre el elemento bomba y el inyector.
En tanto el combustible no salga por el inyector, la presión en todo
el circuito ira aumentando a medida que el pistón vaya subiendo. En el
momento que esta presión es superior a la del tarado del inyector, este
permite el paso del combustibles al cilindro del motor, comenzando en este momento
la inyección, cuyo final depende de la posición de la rampa helicoidal,
pues, llegado el pistón a cierta altura, pone en comunicación
el cilindro con el conducto de alimentación, con lo cual, desciende bruscamente
la presión en el interior del cilindro.


Formas de
las levas
La leva tienen la función de accionar el émbolo, la forma de la
leva influye sobre la duración de la inyección, el rendimiento
de la bomba y la velocidad de la alimentación. Los criterios decisivos
al respecto que ha de cumplir la leva de la bomba de inyección son la
carrera de leva y la velocidad de levantamiento (velocidad de émbolo)
con relación al ángulo de leva.
Para propiciar un rápido corte de inyección se aprovecha la zona
central de la leva, donde la velocidad de levantamiento es grande. La inyección
termina antes de que dicha velocidad de levantamiento alcance su máximo
valor. Esto es necesario para que la compresión superficial entre el
impulsor de rodillo y la leva no sobrepase un valor determinado. Por esta razón,
en cada proceso de inyección se respeta una una distancia de seguridad
de 0,3 mm.
Para la aplicación practica existen diversas formas de levas. Esto es
necesario, ya que las diferentes formas de las cámaras de combustión
del motor y los distintos métodos de combustión exigen condiciones
de inyección individuales. Por este motivo se realiza un ajuste especial
del proceso de inyección por parte de la leva a cada tipo de motor. Partiendo
de formas de levas standard pueden construirse levas de forma divergente, a
fin de conseguir una inyección optima y una presión máxima.
Se utilizan formas de levas simétricas, asimétricas y con seguro
contra retroceso. Estas ultimas hacen que el motor no pueda arrancar en el sentido
de giro contrario. La forma de leva a aplicar depende del tipo de la bomba,
del diseño del motor y de su campo de aplicaciones.

Las diferencias de presiones que se originan entre la parte superior de la válvula
de reaspiración y la parte inferior, obligan a esta a cerrarse, ayudada
al mismo tiempo por la acción de su muelle, impidiendo así que
el combustible situado en el circuito de inyección pudiera retornar a
la bomba.
Aunque la compresión del pistón cesa, no ocurre lo mismo con la
inyección, que continua breves momentos debido a la presión reinante
en el circuito de inyección, que continua breves momentos debido a la
presión reinante en el circuito de inyección. Esta presión
desciende a medida que disminuye la cantidad de combustible que hay en el circuito
y que continua entrando al cilindro. Llegado un momento determinado, la presión
es menor que la del tarado del inyector, en cuyo caso cesa la inyección
de forma violenta.
El pistón de la bomba sigue subiendo hasta el PMS pero ya sin comprimir
el combustible este se escapa por la rampa helicoidal al circuito de combustible
por las lumbreras de admisión.
Válvula de presión
(también llamada de reaspiración en algunos casos)
Esta válvula aísla la tubería que conecta la bomba con
el inyector de la propia bomba de inyección. La misión de esta
válvula es descargar la tubería de inyección tras concluir
la fase de alimentación de la bomba, extrayendo un volumen exactamente
definido de la tubería para por una parte mantener la presión
en la tubería (así la próxima inyección se realice
sin retardo alguno), y por otra parte debe asegurar, igualmente, la caída
brusca de la presión del combustible en los conductos para obtener el
cierre inmediato del inyector, evitando así cualquier minina salida de
combustible, unida al rebote de la aguja sobre su asiento.

Funcionamiento
Al final de la inyección por parte del elemento bomba, la válvula
de presión desciende bajo la acción del muelle (2). El macho de
válvula (1) se introduce en el porta-válvula (5), antes de que
el cono de válvula descienda sobre su asiento (3), aislando el tubo de
alimentación de inyector (1).
El descenso final de la válvula (3) realiza una reaspiración de
un determinado volumen dentro de la canalización, lo que da lugar a una
expansión rápida del combustible provocando, en consecuencia,
el cierre brusco del inyector cortando así la alimentación de
combustible al cilindro del motor evitando el goteo.
El émbolo de descarga (2) cuando se cierra la válvula de presión
aspira un pequeño volumen de combustible, que provoca el cierre rápido
del inyector. Este volumen de combustible esta calculado para una longitud determinada
de tubería, por lo que no se debe variar la longitud de esta en caso
de reparación.
Para conseguir una adaptación deseada a los caudales de alimentación,
en determinado casos especiales se utilizan válvulas compensadoras
que presentan un tallado adicional (6) en el émbolo de descarga.
Estrangulador
de retroceso
Esta situado entre la válvula de presión y la tubería que
alimenta al inyector, puede instalarse en el racor de impulsión acompañando
a la válvula de presión. Este elemento se utiliza para reducir
en el sistema de alta presión fenómenos de desgaste producidos
por los cambios rápidos de presión (cavitación). Durante
la alimentación la presión del combustible es tan alta que la
placa de la válvula (3) es comprimida contra la fuerza del muelle (2),
con lo que el combustible puede fluir hacia el inyector sin obstáculos.
Al final de la carrera útil del elemento de bombeo, el cierre de la aguja
del inyector provoca una onda de presión en sentido contrario al de la
alimentación. Esto puede ser causa de cavitación. Al mismo tiempo,
el muelle de presión empuja la placa de válvula (3) contra su
asiento, por lo que el combustible tiene que retroceder pasando por la sección
del estrangulador, amortiguandose así la onda de presión, haciendola
imperceptible.

Funcionamiento
de la regulación del caudal de combustible
La cantidad de gasoleo inyectado, depende, por tanto, de la longitud de la carrera
efectuada por el pistón, desde el cierre de la lumbrera de admisión,
hasta la puesta en comunicación de esta con el cilindro, por medio de
la rampa helicoidal.
Moviendo la
cremallera en uno u otro sentido, pueden conseguirse carreras de inyección
mas o menos largas que corresponden:
- Inyección nula
- Inyección parcial
- Inyección máxima

El cierre de la válvula de readmisión, debido a la acción conjunta de su muelle y de la presión existente en el conducto de salida, mantiene en esta canalización una cierta presión, llamada residual, que permite en el siguiente ciclo una subida de presión mas rápida y un funcionamiento mejor del inyector.
En el motor de gasolina, las variaciones de régimen y de potencia, se obtienen modificando la cantidad de mezcla (aire/gasolina) que entra en el cilindro. En el motor Diesel, esta variaciones se obtienen actuando únicamente sobre la cantidad de gasoleo inyectado en el cilindro, es decir, modificando la duración de la inyección.
El fin de la inyección depende de la posición de la rampa helicoidal con respecto a la lumbrera de admisión. Esta posición puede ser modificada haciendo girar el pistón sobre su eje vertical, por medio de una cremallera que engrana sobre la corona dentada fijada sobre el casquillo cilíndrico, que a su vez mueve al pistón. La cremallera es movida por el pedal del acelerador, o automáticamente por medio de un regulador, y da movimiento simultáneamente a todos los elementos de inyección de la bomba.

En un motor Diesel para provocar su paro debemos cortar el suministro de combustible que inyectamos en sus cilindros, para ello los motores dotados con bomba de inyección e linea llevan un dispositivo de mando accionado por un tirador y cable desde el tablero de mandos del vehículo, el cual hace desplazar a la cremallera hasta su posición de gasto nulo. Para la puesta en servicio de la bomba y el arranque del motor, basta pisar el pedal acelerador, con lo cual se anula el bloqueo del dispositivo de parada dejando a la cremallera en posición de funcionamiento de ralentí.
La bomba en linea ademas del "elemento de bombeo" necesita de otros elementos accesorios para su correcto funcionamiento, como son un regulador de velocidad que limite el numero de revoluciones (tanto al ralentí como el numero máximo de revoluciones, corte de inyección), y de un variador de avance a la inyección que en función del numero de r.p.m. varia el momento de comienzo de la inyección de combustible en los cilindros del motor.


Lubricación
de la bomba
Estas bombas se lubrican por medio del circuito lubricante del motor. Se lubrica
tanto la parte de la bomba donde están los elementos de bombeo como el
regulador centrifugo de velocidad. Con este tipo de lubricación, la bomba
de inyección esta exenta de mantenimiento. El aceite del motor filtrado
se hace llegar a la bomba de inyección y al regulador a través
de una tubería, por un orificio de entrada. En caso de fijación
de la bomba al motor, en bandeja, el aceite lubricante vuelve al motor a través
de una tubería de retorno, mientras que en caso de fijación mediante
brida frontal lo hace a través del alojamiento del árbol de levas
o de orificios especiales.
En el caso de bombas de inyección sin conexión al circuito del
aceite del motor, el aceite lubricante se llena tras desmontar el capuchón
de purga de aire o el filtro de purga de aire existente en el tapón.
El nivel de aceite se controla al mismo tiempo que se realizan los cambios de
aceite del motor previstos por el fabricante de este ultimo, aflojandose para
ello el tornillo de control de aceite del regulador. El aceite sobrante (por
entrada de combustible de fuga) se evacua, mientras que si falta tendrá
que rellenarse.
El aceite lubricante se cambia cuando se desmonta la bomba de inyección
o cuando el motor se somete a una revisión general.
Las bombas y los reguladores con circuito de aceite separado poseen respectivamente
una varilla para controlar el nivel del aceite.

Puesta a
punto de la bomba en el motor
Para hacer la puesta a punto, se recurre a las marcas del comienzo de la inyección
que se encuentran en el motor y en la bomba de inyección. Normalmente
se toma como base la carrera de compresión del cilindro nº 1 del
motor, pero por razones especificas de los motores pueden aplicarse también
otras posibilidades. Por esta razón deben tenerse en cuenta los datos
facilitados por el fabricante del motor.
En el motor Diesel, la marca del comienzo de la alimentación se encuentra
generalmente en el volante de inercia, en la polea de la correa trapezoidal
o en el amortiguador de vibraciones (damper). En la bomba de inyección,
el comienzo de la alimentación para el cilindro de bomba nº 1 tiene
lugar cuando la marca practicada en la mitad no móvil del acoplamiento
o bien en el variador de avance coincide con la raya marcada en el cuerpo de
la bomba. En las bombas abridadas, las marcas están en la rueda dentada
del accionamiento y en el piñón insertable.
La posición, la disposición y la designación de los cilindros
del motor son indicadas por el fabricante de éste y han de tenerse en
cuenta en cualquier caso. El cilindro de bomba nº 1 es el mas próximo
al accionamiento (polea) de la bomba de inyección. Antes del montaje
ha de hacerse coincidir, en sentido de giro, la marca de comienzo de alimentación
de la bomba de inyección con la raya marcada en el cuerpo, o bien se
ajustará el comienzo de la alimentación según el método
de rebose a alta presión.

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