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Escuela Politécnica Superior de Jaén

Trabajo Fin de Grado

ANÁLISIS DE UN SISTEMA DE INYECCIÓN TIPO COMMON

RAIL

Alumno: Manuel Cobo Martín Tutor: Prof. Dña. Eloísa Torres Jiménez Dpto: Ingeniería Mecánica y Minera

Septiembre, 2016

Universidad de Jaén

Escuela Politécnica Superior de Jaén Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera

Doña Eloísa Torres Jiménez, tutora del Trabajo Fin de Grado titulado: Análisis de un Sistema de Inyección Tipo Common Rail, que presenta Manuel Cobo Martín, autoriza su presentación para defensa y evaluación en la Escuela Politécnica Superior de Jaén.

Jaén, Septiembre de 2016

El alumno: La tutora:

Manuel Cobo Martín Eloísa Torres Jiménez

Manuel Cobo Martín Análisis de un Sistema de Inyección Tipo Common-Rail

Índice 00 Resumen ............................................................................................................................. 4

1. Introducción .......................................................................................................................... 5

1.1 Objetivos del trabajo ....................................................................................................... 5

1.2 El motor Otto ................................................................................................................... 6

1.3 El motor Diésel ............................................................................................................... 7

2. Conceptos referentes a la inyección de combustible ......................................................... 10

2.1 Configuración de la mezcla .......................................................................................... 10

2.1.1 Coeficiente de exceso de aire λ ............................................................................. 10

2.1.2 Coeficiente de exceso de aire λ en motores Diésel ............................................... 11

2.2 Tipos de cámara de combustión ................................................................................... 12

2.2.1 Cámaras de combustión abiertas. Motores de inyección directa. .......................... 13

2.2.2 Cámaras divididas. Motores de inyección indirecta. .............................................. 14

2.3 Parámetros de la inyección .......................................................................................... 15

2.3.1 Inicio de la inyección y suministro .......................................................................... 15

2.3.2 Duración de la inyección ........................................................................................ 19

2.3.3 Presión de inyección .............................................................................................. 19

2.3.4 Cantidad de combustible inyectado ....................................................................... 21

2.3.5 Curva de la inyección ............................................................................................. 22

3. Sistemas de inyección en MEC .......................................................................................... 28

3.1 Función y proceso de inyección .................................................................................. 28

3.2 Etapa de baja presión ................................................................................................... 28

3.2.1 Depósito de combustible ........................................................................................ 29

3.2.2 Líneas de transporte .............................................................................................. 30

3.2.3 Filtro de combustible .............................................................................................. 30

3.2.4 Bomba de alimentación .......................................................................................... 32

4. Sistema de inyección tipo Common Rail ............................................................................ 35

4.1 Aplicación de los Sistemas Common Rail .................................................................... 35

4.2 Funciones ..................................................................................................................... 36

4.3 Comportamiento de inyección ...................................................................................... 38

4.3.1 Inyección previa ..................................................................................................... 38

4.3.2 Inyección principal .................................................................................................. 40

4.3.3 Inyección posterior ................................................................................................. 40

4.4 Fase de alta presión del sistema de inyección ............................................................. 40

4.4.1 Bomba de alta presión ........................................................................................... 42

4.4.2 Acumulador de alta presión ................................................................................... 47

2 Escuela Politécnica Superior de Jaén


4.4.3 Inyector .................................................................................................................. 51

5. Control electrónico Diésel EDC .......................................................................................... 56

5.1 Requisitos ..................................................................................................................... 56

5.2 Funcionamiento ............................................................................................................ 57

5.3 Bloques del sistema ...................................................................................................... 58

5.4 Procesamiento de datos ............................................................................................... 59

6. Trabajos actual y futuro ...................................................................................................... 60

6.1 Manuales ...................................................................................................................... 60

6.2 Disposición del banco demostrativo ............................................................................. 60

6.3 Guion de prácticas ........................................................................................................ 61

6.4 Coste del banco demostrativo ...................................................................................... 61

7. Bibliografía ......................................................................................................................... 62



00 Resumen

Este trabajo se enmarca en una de las materias que siempre han estado

vinculadas al ingeniero mecánico desde los inicios de esta rama de la ingeniería, los

cuales han dedicado mucho tiempo al estudio de los motores de combustión interna

alternativos.

Con este trabajo intento realizar un estudio de la evolución de los sistemas de

inyección utilizados en la actualidad hasta llegar a uno de los más populares en

cuanto a su utilización, el sistema de inyección Common Rail, y centrarme en

mostrar el funcionamiento y función de los distintos componentes que lo conforman,

pasando por las distintas magnitudes o parámetros por las que los sistemas de

inyección se ven afectados.

Debido a la gran importancia que tiene la formación de la mezcla, nos

detendremos en realizar un análisis completo de los distintos tipos de cámaras de

inyección, las peculiaridades que tienen y que diferencia a unos de otros.

También es importante realizar una exposición de los distintos componentes

que forman la fase de baja presión, que suelen ser iguales en la mayoría de los

sistemas de inyección, tanto convencionales como en el sistema de inyección

Common Rail.



1. Introducción

1.1 Objetivos del trabajo

A lo largo de la vida del motor diésel han sido numerosas las innovaciones que

han hecho evolucionar y desarrollar esta clase de motores, hasta convertirlos en uno

de los sistemas de obtención de energía más populares desde finales del siglo

pasado hasta la actualidad. Una de las mejoras que más repercusión tuvo sobre el

motor diésel fue el sistema de inyección, que en sus inicios lo conformaba una

instalación de aire comprimido que era el que soplaba el combustible al interior de

los cilindros del motor.

Este sistema de aire comprimido, que a la vez de ser costoso para la época y

de gran peso, no permitía incrementar adecuadamente el régimen de revoluciones.

Esto fue lo que llevó a Robert Bosch al estudio y desarrollo de los sistemas de

inyección.

El objetivo principal de este trabajo es el estudio de un sistema de inyección

Common Rail con el fin de desarrollar equipamiento docente para el laboratorio de

máquinas y motores térmicos, que a su vez me ayudará a mejorar y completar los

conocimientos necesarios en esta materia tan amplia como pueden ser los sistemas

de inyección. No se trata de un trabajo en el que se presente algo nuevo si no de

aglomerar y sintetizar todo lo concerniente a dichos sistemas, que haya sido

publicado en años anteriores, para facilitar la comprensión del campo en estudio.

Dada la complejidad que tiene la puesta en marcha del sistema en un banco de

pruebas para la experimentación, este trabajo se limita al estudio de sus

componentes, siendo la segunda parte del proyecto, perteneciente a un alumno

futuro, el que se encargará de dicha puesta en marcha. Para esto, el departamento

pondrá a mi disposición un sistema de inyección y me facilitará una mesa en la que

montar el conjunto a modo de bancada para su futura utilización.

Con el fin de facilitar cualquier trabajo de búsqueda de información, mi segundo

objetivo será facilitar cualquier tipo de información que se necesitará para el trabajo

futuro: la puesta en marcha del sistema de inyección en un banco de pruebas, con el

que se podrá llegar a experimentar la inyección en un cilindro.



1.2 El motor Otto

Ya en la antigüedad Arquímedes fue capaz de demostrar a través de su

invención, el cañón, la posibilidad de aprovechamiento energético de los gases en

expansión producidos por la combustión. Hay que esperar hasta 1775, a que James

Watt desarrolle su motor a vapor, antecesor de lo que ahora conocemos como

motores de combustión, los primeros motores de la historia que son utilizados en la

automoción.

Estos motores a vapor eran de combustión externa, bajo rendimiento y poco

aptos para vehículos ligeros. Aunque basándose en ellos, se empiezan a desarrollar

los primeros automóviles y siendo éstos bastante primitivos, los investigadores

trataron rápidamente de crear motores de mayor eficiencia. Esto se consigue

en 1862 de la mano del físico e inventor francés Alphonse-Eugéne Beau de Rochas

que consigue obtener potencia de la expansión de un gas al aumentar la

temperatura dentro de un recipiente cerrado en forma de cilindro, siendo móvil una

de las dos tapas del cilindro, la cual se desliza a lo largo de las paredes del cilindro

empujada por la presión del gas mediantes un sistema de biela-manivela que

transmite la fuerza al cigüeñal y de éste a las ruedas.

En 1885, Gottlieb Daimler patentó una máquina motriz que funcionaba con gas

o petróleo, con la ayuda de Wilhem Maybach que también trabajó en el proyecto.

Pero la paternidad del motor de gasolina de cuatro tiempos se atribuye

a Nikalous August Otto, hasta el punto que estos motores reciben su nombre. Este

motor fue desarrollado en 1876 y en sus comienzos fue utilizado en aviación,

vehículos, motos barcos y trenes. En este motor se basaron para la creación del

motor Diesel. Los motores de gasolina se caracterizan por ser motores de

combustión interna alternativos de encendido provocado (MEP), ya que la ignición

del dosado (mezcla de aire-combustible) se genera a partir de la chispa que crea

una bugía en el interior del cilindro. Inicialmente la alimentación de estos motores se

realizaba a través de un carburador que realizaba la mezcla, a diferencia de ahora,

que al igual que los motores de encendido por compresión (MEC) se realiza a través

de un sistema de inyección electrónica. Estos nuevos sistemas de inyección mejoran



el consumo de gasolina, siendo los más efectivos y eficientes las toberas de

inyección.

1.3 El motor Diésel

El motor Diésel es un motor de combustión interna alternativo de encendido por

compresión, que presenta una eficiencia cercana al 50% y basa su funcionamiento

en la compresión de la mezcla de aire y combustible cerca del punto muerto superior

del cilindro. Su bajo consumo es sinónimo de bajas emisiones nocivas al

medioambiente lo que lo hace un motor de suma importancia para la industria del

transporte.

La mejora de la eficiencia y el consumo hasta valores sobre los que ahora se

encuentran no es más que el cúmulo de mejoras realizadas al motor Diésel original

de principios de la década de 1890, creado por el ingeniero alemán Rudolf Diésel,

cuyo deseo era crear un motor con una eficiencia superior al de la máquina de vapor

que rondaba el 10%. Diésel perseguía la idea de crear un motor isotérmico basado

en la máquina teórica de Carnot, cuya eficiencia rondaba el 90%, consiguiendo así la

patente en 1893, a partir de un modelo realizado sobre el papel que meses más

tarde y de la mano de MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg), un fabricante de

motores, se convertiría en realidad.

Dicho motor nunca fue adoptado por los automóviles de la época, ya que, como

hemos dicho antes, requería de un compresor de aire de gran volumen para la

inyección del combustible, lo que impedía su instalación sobre el vehículo, quedando

limitado su uso a locomotoras, barcos y motores en la industria.

No es hasta 1922 cuando se soluciona dicho problema debido a la invención de

Robert Bosch: la bomba de inyección en línea, que permite la implantación del motor

Diésel en la industria del automóvil y el transporte por carretera. De esta manera es

como este motor adquiere mayor importancia, comenzando la producción de dichos

sistemas de inyección en 1927.



La primera vez que se utiliza un sistema de inyección Bosch es en un camión

MAN. El sistema de inyección directa al cilindro tenía grandes problemas de

vibración, ruidos y mala combustión. En la década de los años 30, comienza a ser

aplicado con fines militares, sobre todo en los carros de combate alemanes, siendo

Maybach la firma que más motorizaciones desarrolló y que más éxito tuvo. Incluso el

Dr. Ferdinand Porsche diseñó un motor Diésel V12 con compresor capaz de

desarrollar más de 400 CV, destinado al tanque Mammut, un ingenio de 120

toneladas de peso y que afortunadamente nunca pasó de la fase de prototipo. Tras

la guerra, la evolución sufrida por el motor Diésel se aplicó sobre todo a los

vehículos pesados, agrícolas y a los trenes, ya que los turismos dotados con este

motor difícilmente tenían éxito.

En la década de los 70, se produce una primera revolución en estas

motorizaciones, que ven su tamaño y su peso reducidos, por lo que se pueden

instalar en vehículos ligeros y turismos, siendo los motores Perkins y los

desarrollados por Volkswagen los más usados. Es en esta época cuando el

Volkswagen Golf Diésel hace historia al colocarse en los puestos de cabeza en

ventas de su segmento. En esta época hace acto de presencia el Mercedes Benz C

111, un vehículo que en su variante Diésel en vez de usar un motor de pistones

alternativos usa un motor Wankel trirrotor, lo que le permite unas prestaciones de

escándalo para un Diésel de la época y actual, como son un 0−100 km/h en 5

segundos y una velocidad punta de 260 km/h. Dicho vehículo se convirtió en uno de

los principales caza-records de la época. Sin embargo, problemas de desarrollo y

consumo hicieron abandonar el proyecto.

En los 80 los vehículos Diésel comienzan a gozar de mayor popularidad entre

el público, ya que comienzan a emplearse con mayor frecuencia los

turbocompresores, que dotan a estos motores de mejores prestaciones y cualidades

termodinámicas. En estos años aparecen los primeros motores con gestión

electrónica, desarrollada principalmente por Bosch y que mejoran las propiedades

de estas mecánicas.

Es en la década de los 90 cuando se produce el boom de los motores Diésel,

favorecido por las mecánicas de origen PSA pero sobre todo por los motores TDI del

grupo Volkswagen, dotados del sistema bomba−inyector, que permiten unas



prestaciones más que dignas a los vehículos que las equipan con unos consumos

muy ajustados. También se introducen los primeros motores con sistemas de

inyección directa de combustible, mediante una rampa o rail que suministra

combustible a los inyectores, los comúnmente llamados Common Rail.

Actualmente se está produciendo una tercera revolución en los motores Diésel

de la mano del grupo Fiat y su tecnología Multijet. Éste es un motor 4 cilindros que

equipa un sistema Common Rail de segunda generación, que alcanza presiones

entorno a los 1.400 bares, un turbocompresor de geometría fija, intercooler y culata

de 16 válvulas.

Con el desarrollo de los sistemas de inyección no solo se busca la mejora de la

eficiencia sino también, la disminución de las emisiones de gases de la combustión a

las que conllevan las restricciones a nivel nacional e internacional, que cada vez son

más exigentes con esta industria.



2. Conceptos referentes a la inyección de combustible

Emisiones de gases contaminantes, ruido y rendimiento son factores que se

ven altamente influenciados por el proceso de combustión llevado en los motores

Diésel, dependiendo a su vez, en gran medida, de la preparación de la mezcla aire-

combustible. Los parámetros de la inyección que más influyen en la calidad de la

mezcla generada son el número de inyecciones, el inicio, la presión, la curva y la

duración de la inyección.

En el proceso de formación de la mezcla, las mejoras se centran en la

obtención de un dosado correcto, una buena atomización del combustible y una

mezcla homogénea. Esto se ha de tener en cuenta, ya que forman parte del control

del proceso de combustión que nos ayudará a mejorar en emisiones acústicas y de

gases de combustión.

Hasta 1980 el control total de la inyección se realizaba de manera mecánica,

sin embargo en años posteriores, se introducen una serie de restricciones a la

emisiones de gases que conllevan a optimizar los parámetros de inyección. Esta

optimización sólo se puede llevar a cabo a través de una Unidad Electrónica de

Control (Electronic Control Unit) que calcula los parámetros de inyección en función

de las condiciones del motor y su entorno, tales como, velocidad del motor,

temperatura, altura, etc. En este trabajo, más adelante hablaremos de la EDC

(Electronic Diésel Control), Control Electrónico Diésel, el cual se ha extendido en por

completo en dichos motores.

2.1 Configuración de la mezcla

2.1.1 Coeficiente de exceso de aire λ

El coeficiente de exceso de aire, representado por la letra griega λ (lambda),

indica el grado de desviación de la mezcla aire/combustible con respecto a la

relación másica estequiométrica. Se calcula como la relación entre la masa de aire

introducida y la masa de aire necesaria para la combustión estequiométrica (λ=1):



• λ = 1: El total de la masa de aire introducida es suficiente para la

combustión completa de la mezcla.

• λ < 1: La masa de aire introducida es menor que la cantidad requerida y

por lo tanto se tiene una mezcla rica.

• λ > 1: La masa de aire introducida es mayor que la cantidad requerida y

por lo tanto se tiene una mezcla pobre.

2.1.2 Coeficiente de exceso de aire λ en motores Diésel

Los niveles de lambda para motores Diésel Turboalimentados a plena carga

están entre 1.5< λ <2. Cuando operan en ralentí o sin carga, esta cifra puede

elevarse por encima de 10. A diferencia de los motores de gasolina, en los motores

Diesel, un nivel alto de lambda es beneficioso porque ayuda a controlar las

emisiones nocivas. El coeficiente de exceso de aire es el principal responsable del

autoencendido y de la formación de gases contaminantes.

La mezcla con la que operan los motores Diesel se define por ser heterogénea

y tener propiedades de autoencendido. No es posible lograr una mezcla

completamente homogénea de combustible y aire antes o durante la combustión.

Dentro de esa mezcla heterogénea el factor de exceso de aire puede variar desde

λ=0 (solo combustible) en el interior del chorro de inyección, hasta λ=∞, donde solo

tendremos aire, en la periferia del chorro.

Alrededor de una gota de combustible líquido envuelta en vapor, los niveles de

λ se encuentran entre 0,3 y 1,5 (Ilustraciones 1 y 2). Por esto, se puede deducir que

mejorando la atomización, además de un exceso de aire alto y el movimiento

adecuado del flujo de aire, se consigue reducir las zonas localizadas con bajo

lambda. Esto da como resultado menos formación de partículas durante la

combustión, Lo que conlleva a facilitar la homogeneización de la mezcla. El

λ =𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑀𝑀𝑎𝑎𝑎𝑎𝑑𝑑

𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑀𝑀𝑐𝑐𝑎𝑎𝑐𝑐𝑐𝑐𝑑𝑑 × 𝑃𝑃𝑎𝑎𝑐𝑐𝑃𝑃𝑐𝑐𝑎𝑎𝑐𝑐𝑎𝑎ó𝑛𝑛 𝐸𝐸𝑀𝑀𝑐𝑐𝑑𝑑𝐸𝐸𝑐𝑐𝑎𝑎𝑐𝑐𝑐𝑐é𝑐𝑐𝑎𝑎𝑎𝑎𝑐𝑐𝑀𝑀

(Fórmula 1.1)


http://www.fullmecanica.com/definiciones/g/538-gasolina


consumo específico no se verá afectado en relación a las mezclas mal atomizadas

pero sí se podrán obtener incrementos de potencia y aumentos de la inflamabilidad

en las zonas de mezclas pobres.

La optimización de la atomización se consigue a altas presiones de inyección

de hasta 2200 bar conseguidas con los sistemas Common Rail y otros sistemas. El

objetivo consiste en obtener la máxima potencia que un motor de cierto tamaño

puede ofrecer, y esto se logra obteniendo el nivel de exceso de aire mínimo mientras

dicho motor está trabajando a plena carga. En otras palabras, conseguir optimizar el

proceso y obtener los mejores valores de rendimiento, reduciendo al máximo las

emisiones nocivas.

2.2 Tipos de cámara de combustión

En los motores Diésel existen básicamente dos tipos de cámaras de

combustión:

a) Cámaras de combustión abiertas. Motores de inyección directa.

b) Cámaras divididas. Motores de inyección indirecta.

Ilustración 1. Evolución de la relación aire-combustible en gotas sueltas en reposo. (Robert Bosch GmbH).

Ilustración 2. Distribución espacial de aire-combustible en una gota en movimiento. (Robert Bosch GmbH).



2.2.1 Cámaras de combustión abiertas. Motores de inyección directa.

En las cámaras abiertas, aquellas en las que en el espacio de combustión no

existen grandes diferencias de presión en el proceso de combustión debido a

restricciones geométricas, la formación de la mezcla es una función que recae casi

en su totalidad sobre el inyector.

En los motores rápidos, el “swirl”, una turbulencia en forma de remolino

producida por la inercia del aire que entra en el cilindro (Ilustración 3, segunda

imagen), junto con la forma de éste y el “squish”, la turbulencia producida por el

movimiento del aire al entrar al hueco del cilindro, donde el diámetro de la cámara se

ve reducido, favorecen la formación homogénea de la mezcla, y por tanto, el proceso

de combustión.

Ya que estos motores con inyección directa se ven afectados de manera

considerable en el proceso de combustión por la forma del chorro de inyección, se

recurre a los inyectores de orificios múltiples y al uso de altas presiones en

inyección. En los motores de mayor tamaño, la cantidad de movimiento y la energía

del chorro son suficientes para alcanzar una distribución del combustible y velocidad

de mezcla adecuadas.

Ilustración 3. Tipos frecuentes de cámaras de combustión abiertas de motores de encendido por compresión, (Heywood).



2.2.2 Cámaras divididas. Motores de inyección indirecta.

Estas cámaras (Ilustración 4) se desarrollaron con motivo del creciente

aumento del régimen de revoluciones en los motores Diésel. Actualmente, tienen

poco uso ya que en la inyección directa se están consiguiendo buenos resultados en

cuanto a la calidad de la mezcla se refiere, exceptuando a los motores de pequeñas

cilindradas, los cuales tienen unos regímenes de revoluciones considerablemente

altos.

Las características de dichas cámaras son los siguientes:

a) Alta velocidad en la zona del estrechamiento, con la consiguiente

creación de turbulencia.

b) El proceso de combustión se desarrolla en una zona acondicionada,

capaz de soportar grandes presiones y temperaturas. La cámara

principal no está preparada para estas condiciones sin que se produjera

marcha dura (momento en el que el período de retraso es grande y la

cantidad de combustible acumulado en la cámara de combustión es

elevado, lo que genera un fuerte gradiente de presión en el momento de

la combustión).

c) El proceso de mezcla, debido a la forma de la cámara, es acelerado por

el propio proceso de combustión que genera una turbulencia.

Ilustración 4. Tipos frecuentes de cámaras de combustión divididas de motores de encendido por compresión, (Máquinas Térmicas. UNED).



Las ventajas que presentan las cámaras divididas son:

• Posibilidad de emplear combustibles de peor calidad (Índices de cetano

más bajos).

• Posibilidad de emplear inyectores de orificio con presiones más bajas y

condiciones operativas de inyección menos críticas.

• Posibilidad de mejora del dosado manteniéndose en los límites de

emisión de humos, teniendo una mayor potencia específica.

• Capacidad de trabajo a mayores regímenes de revoluciones, con la

consiguiente mejora en potencia específica.

Los inconvenientes que presentan las cámaras divididas son:

• La culata es más cara, más complicada y más difícil de conservar.

• El motor es más frío, lo que hace que se tenga que aumentar la relación

de compresión y que se necesiten dispositivos especiales para el

arranque.

• El motor tiene peor rendimiento.

El motor sufre mayores pérdidas de calor debido al aumento de

superficie y del coeficiente de película por la turbulencia.

Se requiere un gasto extra de potencia para la generación de la

turbulencia.

Las cámaras divididas se usan, en la actualidad casi en exclusiva, en los

motores Diésel de los automóviles.

2.3 Parámetros de la inyección

2.3.1 Inicio de la inyección y suministro

Inicio de la inyección

El momento exacto en el que se realiza la inyección dentro de la cámara de

combustión tiene una gran importancia sobre el proceso de combustión que se inicia

en ella, y a su vez sobre el nivel de emisiones, consumo de combustible y ruido



generado por el motor. No nos equivocamos al decir que el inicio de la combustión

es el parámetro más importante para la optimización del rendimiento del motor. El

inicio de la inyección queda definido como la posición relativa del cigüeñal, en

grados, con respecto a la posición de éste en el PMS (Punto Muerto Superior), en el

que se produce la inyección.

El flujo de aire dentro de la cámara de combustión se ve afectado por la

densidad y temperatura del aire en su interior y, por otra parte por la posición relativa

del pistón al PMS, que viene determinada por el inicio de la inyección, lo que afecta

sobre la calidad de la mezcla. Lo que esto nos deja entrever es que el inicio de la

inyección tiene una gran importancia en lo que se refiere a emisiones de gases

contaminantes como hidrocarburos no quemados, óxidos de nitrógeno y monóxido

de carbono, entre otros.

Ilustración 5. Inicio de la inyección en función de la velocidad del motor y la carga, (Robert Bosch GmbH)

El punto de inicio de inyección varía de

acuerdo a la carga, la velocidad y la

temperatura del motor. Existen unos

determinados valores optimizados para cada

motor, teniendo en cuenta cómo afectan sobre

el consumo de combustible, las emisiones de

gases y las de ruidos. Estos, se almacenan en

un mapa de inicio de inyección (Ilustración 5).

La manera en que varía el inicio de inyección en

función de la carga puede ser controlada

también a través de dicho mapa. Comparado

con los sistemas controlados por leva, el

Common Rail ofrece una mayor versatilidad

para elegir la cantidad, el instante y la presión

de inyección. La presión de inyección se

consigue de una bomba de alta presión

separada y la inyección se controla por un

solenoide o un actuador piezoeléctrico, lo que

hace que el sistema de control del motor nos

permita optimizar la inyección para cada punto

de operación. 16 Escuela Politécnica Superior de Jaén


Valores estándar para el inicio de la inyección

En un mapa de datos de un motor Diésel, los puntos óptimos de inicio de la

combustión en cuanto a reducción de consumo de combustible se refieren, se

encuentra en el rango entre 0 y 8º del cigüeñal antes del PMS. Cuando el motor esta

frío, el inicio de la inyección se adelanta para todos los motores Diésel en general

entre 3 y 10º.

Inicio de la inyección avanzado

La mayor temperatura dentro del cilindro se alcanza cuando, en la compresión,

el cilindro se encuentra a punto de alcanzar el PMS. En este punto la combustión es

crítica y si ésta se inicia mucho antes del PMS, la presión crece bruscamente y actúa

ejerciendo oposición a la carrera de ascenso del cilindro. La pérdida de calor en el

proceso provoca una disminución de la eficiencia del motor y, por tanto, hace que el

consumo de combustible aumente. La elevación brusca de la presión de compresión

hace también que la combustión sea más ruidosa. Una combustión temprana

también afecta a las emisiones de gases, de manera que un aumento de la

temperatura provocado por esta anomalía hace que los niveles de NOx aumenten, y

que los de HC disminuyan (Ilustración 6).

Inicio de la inyección retardado

En condiciones de baja carga, un retardo en el inicio de la inyección es

sinónimo de combustión incompleta y, por tanto, un incremento en las emisiones de

hidrocarburos no quemados y un decremento de monóxido de carbono (Ilustración

6), ya que la temperatura en la cámara de combustión desciende de manera notable.

La manera de obtener, por un lado, valores equilibrados de consumo especifico de

combustible y emisiones de hidrocarburos, y por el otro, equilibrar valores de

emisiones de partículas y NOx, hacen que quede muy poco margen de maniobra y

que sea difícil la modificación del inicio de la inyección para ajustarlo a un

determinado motor.



Comienzo del suministro

El comienzo del suministro se refiere al momento en el que la bomba de

inyección comienza a aportar combustible al inyector. Este parámetro se ha de tener

también en cuenta dada su importancia.

En los antiguos sistemas de inyección, el papel que juega el inicio de la

inyección es sumamente importante a la hora de coordinar una bomba en línea o

rotativa a un determinado motor. La sincronización entre ambas partes es

establecida al inicio del suministro, ya que este punto es mucho más fácil de definir

que el punto del inicio de la inyección, el cual ocurre con un cierto retraso con

respecto al inicio del suministro. Se es capaz de fijar gracias a que hay una relación

entre ambos, que se puede medir por tiempo o por el ángulo recorrido por el

cigüeñal.

Este retraso de la inyección es resultado del tiempo que tarda la onda de

presión en recorrer el trayecto entre la bomba de alta presión y el inyector y, como

se supone, dependerá de la longitud del recorrido. Otra variable que influye sobre el

retraso de la inyección es la velocidad del motor, ya que existirá un determinado

ángulo de retraso para cada velocidad del motor.

Ilustración 6. Emisiones de NOx y HC en función del inicio de inyección, (Robert Bosch GmbH)



Para que el sistema de inyección realice de manera eficaz su función deberá

ser capaz de ajustar el inicio del suministro en función de la velocidad, la carga y la

temperatura del motor.

2.3.2 Duración de la inyección

La duración de la inyección es uno de los parámetros más importantes de la

curva de inyección (de la cual hablaremos más adelante). Este parámetro define el

período en el que la tobera se encuentra abierta y el inyector suministra combustible

a la cámara de combustión. Se mide en grados recorridos por el cigüeñal o por el

árbol de levas, o en milésimas de segundo. Dependiendo del proceso de inyección

tendremos una duración de inyección distinta, que irá desde los 25 hasta los 40°,

dependiendo si hablamos de motores de con inyección directa, indirecta o vehículos

comerciales con inyección directa.

En un motor de 4 tiempos la relación de ángulos entre el árbol de levas y el

cigüeñal es 1:2 (30º del cigüeñal equivalen a 15º del árbol de levas). Por ejemplo,

para una velocidad de 2000 rpm en la bomba inyectora, equivale a 1,25 ms de

duración en la inyección.

Con el fin de minimizar el consumo de combustible y las emisiones, la duración

de la inyección debe fijarse teniendo en cuenta el punto de operación y del inicio de

la inyección.

2.3.3 Presión de inyección

La necesidad del inyector por conseguir una inyección en forma de chorro se

consigue a través de la alta presión generada en el sistema de inyección. Cuanto

mayor es la capacidad de aumentar la presión de inyección del sistema, mayor será

la pulverización. Ésta al chocar a gran velocidad con el aire que se encuentra en la

cámara causa la atomización del combustible, por lo que a mayor presión de

inyección y mayor densidad del aire, mayor será atomización del combustible.



Motores de inyección directa

En estos motores, la velocidad del aire en la cámara de combustión es lenta ya

que el movimiento que posee es debido al momento de inercia de su masa. Esto

provoca un movimiento en forma de remolino dentro del cilindro, el llamado “swirl”. El

pistón en su carrera de compresión incrementa el movimiento del aire dentro del

cilindro al hacerlo pasar por el hueco del pistón, de un diámetro menor, lo que

conocemos como “squish”. Aun así, en este tipo de motores el movimiento del aire

es menor que en los motores con cámara dividida.

Debido a esta escasez de movimiento de aire dentro del cilindro, la inyección

ha de realizarse a mayor presión, que suele estar entre los 1000 y los 2200 bar que,

a excepción de los sistemas de inyección Common Rail, solo se alcanzan en

regímenes altos de giro del motor.

Algo decisivo para obtener una curva de par ideal con bajas emisiones de

gases de la combustión es conseguir inyectar el combustible a alta presión cuando

el motor se encuentra a baja velocidad y plena carga. Ya que la densidad del aire a

baja velocidad es relativamente baja, se ha de limitar la presión máxima de inyección

para evitar que el combustible se adhiera a las paredes del cilindro. En el momento

en el que sobrepasamos las 2000 rpm en el cigüeñal, llegamos a la presión máxima

del aire de entrada, entonces, será cuando la presión de inyección se pueda

aumentar.

Ilustración 7. Influencia del inicio y de la presión de inyección en el consumo de combustible y en las emisiones de partículas y NOx, (Robert Bosch GmbH)

En cuanto a la eficiencia del

motor, conseguiremos su valor

máximo ajustando el avance de la

inyección en función de la

velocidad del motor ya que para

grandes velocidades de motor

necesitaremos grandes presiones

de inyección para reducir el

tiempo de inyección.



Motores de inyección indirecta

En los motores Diésel con cámara de combustión dividida, el incremento de la

presión durante la combustión expulsa la carga fuera de la precámara o cámara de

turbulencia, asemejándose a una inyección neumática. Este proceso transcurre en

un período de tiempo muy corto que comienza en la cámara de turbulencia y finaliza

en la cámara de combustión principal.

2.3.4 Cantidad de combustible inyectado

La masa de combustible, 𝑐𝑐𝑒𝑒, requerida por un cilindro por cada carrera de

trabajo (en un motor de 4 tiempos habrá una cada dos revoluciones) se calcula de la

siguiente manera:

Dónde:

P = potencia del motor [kW]

𝑐𝑐𝑒𝑒= consumo especifico de combustible del motor [g/kWh]

n= velocidad de giro del motor [rpm]

z= número de cilindros del motor

El volumen correspondiente (cantidad de combustible inyectado), 𝑄𝑄ℎ, medido

en mm3/carrera o mm3/ciclo de inyección, se calcula con la ecuación:

𝑐𝑐𝑒𝑒 =𝑃𝑃 × 𝑐𝑐𝑒𝑒 × 33.33

𝑛𝑛 × 𝑧𝑧 �

𝑐𝑐𝑚𝑚𝑐𝑐𝑀𝑀𝑎𝑎𝑎𝑎𝑑𝑑𝑎𝑎𝑀𝑀

�

(Fórmula 2.1)

𝑄𝑄ℎ =𝑃𝑃 × 𝑐𝑐𝑒𝑒 × 100030 × 𝑛𝑛 × 𝑧𝑧 × 𝜌𝜌

�𝑐𝑐𝑐𝑐3

𝑐𝑐𝑀𝑀𝑎𝑎𝑎𝑎𝑑𝑑𝑎𝑎𝑀𝑀�

(Fórmula 2.2)



Dónde ρ es la densidad del combustible en g/cm3, que depende de la

temperatura. A medida que aumentamos la cantidad de combustible inyectado,

obtenemos un aumento de la potencia, asumiendo que el rendimiento es constante

(𝜂𝜂~ 1𝑏𝑏𝑒𝑒

).

La masa de combustible inyectado depende de los siguientes parámetros:

• Dosificación de combustible a través de la sección de la tobera del

inyector.

• Duración de la inyección.

• La variación temporal de la diferencia entre la presión de inyección y la

presión en la cámara de combustión.

• La densidad del combustible.

La diferencia entre la cantidad de combustible de referencia programada en el

mapa y la que realmente se inyecta, influye directamente sobre el rendimiento y las

emisiones contaminantes. En los sistemas electrónicos de inyección de alta

precisión, la cantidad requerida de combustible a inyectar se puede medir con un

alto grado de precisión y tendrá una desviación muy pequeña con respecto a la

medida por el sistema.

2.3.5 Curva de la inyección

La representación gráfica del flujo de masa de combustible entrante en la

cámara de combustión a lo largo del tiempo es lo que llamamos curva de inyección

(Ilustración 8).

Ilustración 8. Curvas de inyección de un sistema de convencional (izquierda) y de un sistema Common-Rail (derecha), (Robert Bosch GmbH)



Sistemas controlados por leva

En estos sistemas, la presión es generada por la bomba inyectora

continuamente a lo largo del proceso. Por lo que, la velocidad a la que trabaja la

bomba afecta directamente en la tasa de suministro de combustible, lo que a su vez

afecta a la presión de inyección.

Los sistemas con bombas inyectoras en línea y con bombas rotativas

controladas de manera mecánica no permiten que se realice una preinyección,

aunque si es posible una mejora en cuanto al ruido de la combustión, montando una

tobera y un portainyector, que hace que se reduzca el caudal al inicio de la

inyección. En sistemas con bombas rotativas controlados mediante electroválvulas sí

es posible realizar la preinyección. También existen sistemas controlados

hidráulicamente que permiten la preinyección, aunque solo por un tiempo limitado.

En cualquier caso, en estos sistemas, la presión generada y el suministro de la

cantidad de combustible inyectado, están vinculados con la leva y la bomba

inyectora. Esto afecta de la siguiente manera en las características de la inyección:

• La presión de inyección y la cantidad de combustible inyectado

aumentarán a medida que lo haga la velocidad del motor, hasta que la

presión alcance su máximo.

• La presión aumenta al comienzo de la inyección y en el momento justo

cuando la inyección de combustible finaliza, la presión desciende hasta

el valor en el que la tobera se cierra.

Eso conlleva a lo siguiente:

• Existen pequeñas inyecciones de combustible a baja presión.

• La curva de inyección toma forma casi trapezoidal.

En los motores de inyección indirecta, donde tenemos una pre-cámara, se

utilizan inyectores de tetón, los cuales producen un único chorro y definen la curva

de inyección. En este tipo de sistemas, la sección transversal de salida del inyector,

va en función de la elevación de la aguja, que genera un incremento gradual de

presión, lo que hace tener una combustión más silenciosa.



Sistemas Common-Rail

En estos sistemas, con independencia del ciclo de inyección, una bomba

genera la presión necesaria en el combustible la cual es prácticamente constante

durante todo el proceso de inyección. A una determinada presión, la cantidad de

combustible que se inyecta es proporcional a la duración del tiempo de inyección, lo

cual es completamente independiente de la velocidad del motor y la bomba. Esto da

como resultado una curva de inyección casi cuadrada con pequeñas inyecciones de

corta duración, que son casi constantes, en las que se consigue una alta

pulverización en cortos períodos de tiempo en régimen de plena carga, lo que

permite que aumentemos la potencia específica del motor.

Sin embargo, al tener un alto caudal al comienzo de la inyección (durante el

retraso de encendido) puede ser perjudicial, en el sentido en que hace que se

generen altos gradientes de presión en el interior de la cámara de combustión y que

el proceso de combustión sea mucho más ruidoso. Por eso, como existe una gran

precisión en el control de la inyección, pueden realizarse hasta dos preinyecciones.

Con esto se consiguen mejores condiciones en la cámara de combustión, haciendo

que la presión crezca progresivamente, reduciendo el tiempo de retraso de la

inyección y, por tanto, minimizando el ruido junto con las emisiones de óxidos de

nitrógeno.

Esto solamente es posible gracias al control electrónico de la inyección que

permite configurar la curva de inyección en función de las condiciones de operación.

Funciones de la inyección

Ilustración 9. Patrones de inyección (Robert Bosch GmbH)

En la Ilustración 9

podemos ver las distintas

funciones de la inyección

dependiendo de la aplicación

para la que esté destinado el

motor:



Donde:

• Pre-inyección (1): reduce el ruido de la combustión y las emisiones de

NOx.

• Gradiente positivo de inyección durante la inyección principal (3): reduce

emisiones de NOx en motores sin válvula EGR.

• Gradiente de presión en dos etapas (4): durante la inyección principal

reduce las emisiones de NOx y partículas en motores sin EGR.

• Alta presión constante durante la inyección principal (3,7): reduce las

emisiones de partículas durante la operación en motores con EGR.

• Inyección secundaria avanzada (8): reduce las emisiones de partículas.

• Inyección secundaria retardada (9): en motores Diésel con

retroalimentación de gases de escape, se utiliza para un

acondicionamiento previo del aire antes de que el aire sea devuelto a la

cámara de combustión.

Pre-inyección

Consiste en la inyección de una pequeña cantidad de combustible (aprox. 1

mg), que se quema en la fase de compresión. Esto hace aumentar la presión y la

temperatura en el momento exacto en el que se produce la inyección principal, con

lo que conseguimos una reducción en el retardo de encendido de la inyección

principal. Se reduce el gradiente de presión de combustión y los máximos valores de

presión, lo que hace que la combustión sea más suave y con menos ruido. Además

conseguimos reducir el consumo de combustible y las emisiones contaminantes

relacionadas con los óxidos de nitrógeno mayormente.

Esta pre-inyección contribuye indirectamente, al aumento de par, mediante la

reducción del retardo de encendido, como ya vimos antes. En función de la

desviación entre el comienzo de la inyección principal y la pre-inyección, puede

aumentar o disminuir el consumo específico de combustible. Por otro lado, las altas

temperaturas en la cámara de combustión, son favorables para el arranque en frio y



cuando el motor trabaja en el rango de baja carga, ya que estabilizan la combustión

y reducen las emisiones de HC y CO.

Con todo esto, nos volvemos a encontrar con el problema de ajustar el intervalo

entre pre-inyección e inyección principal, y la cantidad de combustible inyectado

previamente en la cámara de combustión para conseguir reducir el ruido y las

emisiones de gases contaminantes en función del punto de operación.

Inyección secundaria retardada

Esta inyección ocurre después de la principal, durante la carrera de expansión

o de escape (hasta 200º de giro del cigüeñal después del PMS). Se introduce en los

gases de escape una pequeña cantidad de combustible que no combustiona, pero

se evapora por el calor residual aportado por los gases de escape. El fin de esta

inyección es regenerar el filtro de partículas y el acumulador de NOx mediante el

aumento de temperatura en los gases de escape por la oxidación en el acumulador

catalítico. Esta mezcla se expulsa de la cámara de combustión en la carrera de

escape.

Ilustración 10. Efecto de la preinyección en la presión de la cámara de combustión, (Robert Bosch GmbH)



Inyección secundaria avanzada

En los sistemas Common-Rail, esta inyección ocurre justamente después de la

inyección principal, mientras se produce la combustión, lo que produce que se

quemen las partículas de hollín, reduciendo sus emisiones entre un 20 y un 70%.

Volumen perjudicial en sistemas de inyección convencionales

Este término se refiere al volumen en el lado

de alta presión de los sistemas de inyección (lado

de alta presión de la bomba inyectora, tuberías de

parte interior de la tobera y el portainyector). Ya que

en cada inyección, el fluido es comprimido y

descomprimido, existen pérdidas de compresión y,

por lo tanto, un retraso en la inyección. El

combustible que se halla en las conducciones se

comprime debido al proceso dinámico que genera

la onda de presión. En la Ilustración 11, podemos

ver el tiempo que transcurre mientras el

combustible recorre la línea.

La eficiencia hidráulica del sistema será mayor

cuanto menor sea el volumen perjudicial. Por esto,

a la hora de diseñar un sistema de inyección, la

principal consideración que se tiene en cuenta es

reducir al máximo este volumen. Los sistemas con

menor volumen perjudicial son los que tienen

inyectores unitarios e inyector-bomba, a los cuales

se les elimina el volumen de las conducciones.

El control uniforme del motor se obtendrá a la

hora de que pueda garantizarse que cada cilindro

tendrá el mismo volumen perjudicial.

Ilustración 11. Patrones de inyección en sistemas de accionamiento por leva, (Robert Bosch Gmbh)



3. Sistemas de inyección en MEC

3.1 Función y proceso de inyección

El sistema de inyección es el encargado de suministrar el combustible al

motor. Está compuesto por dos etapas: una de baja y otra de alta presión, donde

encontramos la bomba de inyección, que es la responsable de la generación de la

presión de inyección requerida y que alimenta a todo el circuito de alta presión. A

esta bomba hay que hacerle llegar el combustible desde el depósito, y ésta es la

función del circuito de baja presión, que adecua el combustible de tal manera que,

tras ser filtrado, se garantiza la limpieza de impurezas y la eliminación de humedad

para obtener un combustible preparado para la combustión.

3.2 Etapa de baja presión

La función del sistema de alimentación, como su propio nombre indica, es la

de almacenar y filtrar el combustible que se le requiere desde el sistema de

inyección a la presión de operación. Por otra parte, también se encarga de dirigir el

sobrante de combustible al depósito y, solo en algunos casos, de la refrigeración de

éste antes de devolverlo al depósito.

Dependiendo del sistema de inyección y de la bomba inyectora el sistema de

alimentación puede variar. En el siguiente listado podemos ver los componentes

esenciales de un sistema de inyección, que serán detallados más adelante.

Depósito de combustible (opcionalmente puede contener una bomba de

prealimentación).

• Filtro primario (suele ir dentro del depósito de combustible)

• Instalación de refrigeración del combustible de retorno (opcional)

• Filtro principal de combustible

• Bomba de alimentación de combustible (baja presión)

• Válvula limitadora de presión (suele ir integrada en la bomba de

alimentación)

• Unidad de control



En algunos casos, ya sea con bombas rotativas o sistemas de inyección

Common Rail la bomba de alimentación suele ir integrada en la bomba de alta

presión.

3.2.1 Depósito de combustible

Algunas de las exigencias que se le solicitan al depósito de combustible son

resistencia a la corrosión, resistir presiones que estén del doble de la presión de

operación y como mínimo de 0.3 bar de sobrepresión y, además de ser a pruebas de

fugas, disponer de una válvula de seguridad para, en los casos de sobrepresión,

evacuar gases. El diseño debe prever y evitar la formación de fugas debido a la

inclinación del vehículo, sacudidas o en el caso de recibir un impacto durante su

ciclo de vida. Una última consideración a tener en cuenta será la de mantener a una

cierta distancia entre el motor y el depósito para prevenir que arda el combustible en

caso de accidente.

Ilustración 12. Instalación de inyección con bomba de inyección en línea regulada mecánicamente, (Robert Bosch Gmbh)



3.2.2 Líneas de transporte

Lo componen las distintas conducciones ignífugas de metal, resistentes a

daños debidos al movimiento provocado por la torsión del bastidor, o movimientos

del motor y a daños provocados durante el funcionamiento del sistema por

incrementos de temperatura.

3.2.3 Filtro de combustible

La función de este componente es la de retener las impurezas que pueda

presentar el combustible y simultáneamente el agua, que se deposita en la parte

inferior por decantación. El elemento filtrante es de cartucho de papel con un tamaño

de poro de 5 micras y una gran superficie.

El filtro incorpora un elemento calefactor eléctrico gobernado por un

termointerruptor situado en el mismo filtro. Este elemento deja alimenta de tensión al

calefactor cuando la temperatura del combustible está entre los 6ºC y los 15ºC.

En el filtro se encuentra el elemento termostático que desvía el combustible

hacia el elemento calefactor situado en la caja de salida del líquido refrigerante de la

culata.

Ilustración 13. Filtro de combustible y despiece



Este elemento funciona con un bimetal que se deforma en función de la

temperatura del combustible. Cuando es inferior a 15ºC, la posición del bimetal

obliga a que todo el combustible se dirija al calentador sin circular por el filtro. Para

temperaturas comprendidas entre 15ºC y 25ºC, solo parte del combustible se dirige

al calentador y parte circula por el filtro. Para temperaturas superiores a 25°C la

totalidad del combustible circula solo por el filtro. En el calentador se produce un

intercambio de calor entre el combustible y el líquido refrigerante puesto que está

sumergido en el mismo. De esta forma, se consigue que el combustible este siempre

a temperatura de servicio.

El sistema completo de filtrado está compuesto por:

- Filtro primario:

Como ya hemos dicho antes, éste se encuentra dentro del depósito, realiza el

filtrado antes de que el combustible llegue a la bomba de alimentación y está

formado por una malla que filtra partículas de hasta 300 μm.

- Filtro principal:

.

Ilustración 14. Esquema de un filtro de combustible, (Robert Bosch Gmbh)

Este filtro dispone de un elemento

fácilmente extraíble que se ha de

sustituir periódicamente, en el cual

quedan adheridas las pequeñas

partículas sólidas que están en

suspensión en el combustible

Este elemento tiene forma espiral

en V que filtra elementos de distintas

formas. Este filtro nos permite, a

diferencia del anterior, montar varios

elementos en paralelo para mejorar el

almacenamiento o en serie para mejorar

la eficiencia del filtrado.



- Separador de humedad:

Elemento que suele ir integrado en el filtro principal que hace que la poca

cantidad de agua, ya sea libre o emulsionada con el combustible, sea eliminada y

evite su entrada en el sistema de inyección.

La importancia de que el agua sea eliminada es debido a que es el

contaminante más común del combustible. Entra al sistema de alimentación en el

aire caliente y húmedo, y condensa en las paredes frías, uniéndose al combustible

haciendo que éste pierda su lubricidad, produciendo desgaste y atascamientos en

elementos con tolerancias bajas.

- Precalentador de combustible:

Este componente también se encuentra integrado en el filtro principal. Su

función consiste en calentar el combustible de manera eléctrica, mediante el

aprovechamiento del calor del agua de refrigeración o del combustible de retorno.

Este dispositivo evita la obstrucción de los poros del filtro, ya que antes de que

el combustible llegue a él, las parafinas presentes, que en un principio pueden estar

precipitadas en forma de cristales, quedan eliminadas completamente. Esto solo se

da cuando las temperaturas descienden de manera drástica, ya sea en invierno o en

zonas de bajas temperaturas.

- Bomba manual:

La bomba manual nos permite llenar de combustible y purgar el aire contenido

en el sistema de inyección después de realizar cualquier tarea de mantenimiento,

como por ejemplo, el cambio del filtro de combustible. Este dispositivo se encuentra

integrado en la cubierta del filtro.

3.2.4 Bomba de alimentación

Puede ser una bomba eléctrica o de accionamiento mecánico. Esta bomba

aspira el combustible del depósito a través del filtro y lo envía por el circuito de baja

presión, hasta la bomba de alta presión.



Bomba eléctrica

Esta bomba de disco de rodillos es accionada mediante un motor eléctrico

(Ilustración 15). Es usada en los siguientes sistemas:

• Sistemas con bomba rotativa (es opcional, ya que sólo se utiliza en la

bomba de alimentación).

• En sistemas de inyector unitario (UIS).

• En sistemas Common Rail.

Bomba de engranajes

La bomba de engranajes se usa en los siguientes casos:

• En vehículos industriales, para todos los sistemas con bombas

individuales, como por ejemplo, en la unidad inyector-bomba o en

bombas de inyección individuales.

• En parte de los sistemas Common Rail, ya sea en vehículos industriales

o automóviles.

Esta bomba está fijada directamente al motor o, en el caso de los Common

Rail, integrada en la bomba de alta presión y es accionada de manera mecánica por

medio de un acoplamiento o por algún sistema de transmisión.

La componen dos ruedas dentadas (Ilustración 16) engranadas entre sí, cuyo

giro es opuesto, que empujan el combustible que queda entre los dientes hasta el

lado de presión. El cierre entre las dos ruedas es hermético.

Ilustración 15. Esquema de una bomba eléctrica de combustible, (Robert Bosch GmbH)



Ilustración 16. Esquema de una bomba de engranajes, (Robert Bosch Gmbh)



4. Sistema de inyección tipo Common Rail

En la actualidad, el sistema de inyección Common Rail se establece como uno

de los sistemas más perfeccionados que existe. Gracias a este tipo de sistemas se

ha conseguido la mejora en la combustión debido a su precisión en la inyección, con

la consiguiente mejora en emisiones de gases contaminantes y en consumo de

combustible. Por otra parte, también se ha conseguido mejorar potencias en motores

del mismo tamaño y cilindrada, junto con la reducción de ruido y vibraciones.

La mejor característica que los sistemas Common Rail presentan es la

capacidad de poder variar la presión y el tiempo de inyección dentro de un amplio

margen de valores. Esto se ha conseguido a través de la separación de los

componentes que generan la presión y de inyección de combustible. El elemento

llamado raíl tiene como función la de acumular la presión, por lo que el aumento o

disminución de la presión dentro de este conducto es independiente del régimen de

giro del motor y del caudal de inyección, algo que los anteriores sistemas de

inyección no permitían.

En los motores de inyección directa de gasolina, ya se venían utilizando

sistemas de inyección semejantes al Common Rail, con la diferencia de que en

éstos, la máxima presión obtenida es de 5 o 6 bar, mientras que en los sistemas

Diésel, la máxima presión que se obtiene supera los 2000 bar.

4.1 Aplicación de los Sistemas Common Rail

Este sistema con inyección directa ofrece unas mayores versatilidad y

adaptación al motor con respecto a los otros sistemas propulsados por levas:

• Se instala en una amplia gama de vehículos, tanto como turismos como

industriales con motores de hasta 30 kW/cilindro de potencia; motores

industriales, de barcos o incluso de locomotoras, con potencias de hasta

200 kW/cilindro.

• Trabajan a una presión de aproximadamente 1200 bar.



• El comienzo de la inyección se puede variar y puede realizarse de

manera previa, principal y posterior (posteriormente hablaremos de

estas fases de inyección).

• La presión de inyección se puede configurar en función del estado de

servicio.

4.2 Funciones

En los sistemas de inyección Common Rail, la inyección y la generación de

presión están separadas. El combustible que el sistema de inyección requiere para

realizar su función, lo encuentra en el raíl común. Es el conductor, el encargado de

regular la inyección de combustible a través del acelerador, que a su vez manda una

señal a la unidad de control electrónica y calcula el momento de la inyección a partir

de unos parámetros característicos prestablecidos en unos mapas de inyección. Una

vez que la unidad de control ha hecho sus cálculos, acciona los inyectores a través

de una electroválvula y se realiza la inyección de combustible en el cilindro. La

unidad de control se compone de lo siguiente:

• Unidad de control

• Sensor de revoluciones del cigüeñal

• Sensor de revoluciones del árbol de levas

• Sensor del pedal de aceleración

• Sensor de presión de sobrealimentación

• Sensor de presión del rail

• Sensor de temperatura del líquido refrigerante

• Medidor de masa de aire

La unidad de control procesa las señales que recibe de los sensores y que son

trasmitidas a través de líneas de datos y con esa información, es capaz de influir en

el comportamiento del vehículo, ya sea mediante el control como con la regulación

de los procesos que en él se llevan a cabo.



Podemos diferenciar dos grandes grupos en cuanto a las funciones que el

sistema de inyección realiza:

• Funciones básicas: control total de la inyección en tiempo, caudal

y presión. Gracias a este tipo de funciones obtendremos un buen

consumo de combustible y un trabajo silencioso del motor.

• Funciones adicionales: por una parte son las relacionadas con la

reducción de gases contaminantes y consumo de combustible y,

por otra parte, las relacionadas con el aumento en la seguridad y el

confort. Ejemplos de estas funciones son:

Retroalimentación de gases de escape

Regulación de la velocidad de marcha

Bloqueo electrónico de arranque

Ilustración 17. Unidad de control de un sistema de inyección Common Rail



4.3 Comportamiento de inyección

Dentro del proceso de inyección podemos diferenciar 3 fases, dos de las cuales

(fase previa y fase posterior) servirán para acondicionar la mezcla generada en el

sistema de inyección dentro de la cámara de combustión y otra fase (fase principal)

que nos proporcionará el par requerido al vehículo.

4.3.1 Inyección previa

Esta inyección puede adelantarse hasta un máximo de 90º del cigüeñal con

respecto al punto muerto superior, aunque lo aconsejable es que no supere los 40º

ya que esto provocaría una escasa lubricación.

Aunque la cantidad de la inyección en esta fase suele ser bastante pequeña,

es suficiente para acondicionar el cilindro, mejorando el rendimiento de la

combustión y produciendo que:

Ilustración 18. Sistema de inyección Common Rail en un motor Diésel de 4 cilindros, (Robert Bosch Gmbh)



• La presión de compresión aumente ligeramente mediante una combustión

parcial que hace que se reduzca el retraso de la combustión en la

inyección principal

• Se reduce el incremento de presión que se genera en la cámara de

combustión (obtenemos una combustión más suave) ya que partimos de

una presión mayor a la hora de la inyección principal

Con esta pequeña preinyección reducimos de manera considerable los niveles

de ruido, el consumo de combustible y las emisiones de gases. Otra ventaja que nos

proporciona de manera indirecta esta preinyección es que al reducir el retardo en el

encendido de la mezcla, posterior a la inyección principal, aumentamos el par motor

obtenido.

En la ilustración 19 podemos ver como existe una gran diferencia entre el

incremento de presión cuando el sistema realiza una inyección previa y cuando no.

Por una parte obtenemos una menor diferencia de presiones entre los máximos

antes y después de la inyección principal y, por otra parte, obtenemos una curva

menos acentuada que en el caso de no haber inyección previa lo cual es sinónimo

de reducción de ruido en el funcionamiento del motor.

Ilustración 19. Diferencias entre sistemas de inyección Common Rail con inyección previa (1) y sin inyección previa (2), (Robert Bosch Gmbh)



4.3.2 Inyección principal

Esta inyección proporciona el par requerido por el conductor. En los sistemas

de inyección Common Rail la presión de inyección se mantiene constante durante

todo el proceso.

4.3.3 Inyección posterior

Esta inyección se puede llegar a atrasar hasta un máximo de 200º después del

punto muerto superior y es la encargada de aportar una pequeña cantidad de

combustible a los gases de escape los cuales sufren una reducción de sus niveles

de NOx. Parte de estos gases, con la pequeña cantidad de combustible, son

aprovechados en la retroalimentación del sistema de inyección. Esta pequeña

cantidad de combustible no se quema y al pasar a la cámara de combustión,

funciona como una inyección previa muy avanzada, anterior a la fase previa.

4.4 Fase de alta presión del sistema de inyección

Debido a que las partes que componen la fase de baja presión en la mayoría

de los sistemas de inyección es común, y que ya hemos hablado anteriormente de

ella, en este apartado hablaremos de la fase de alta presión.

En la fase de alta presión, además de la generación de alta presión, también se

da la distribución y la dosificación del combustible. En la Ilustración 20 podemos ver

las partes que la componen, que son:

• La bomba de alta presión (Ilustración 20, Elemento 1), junto con la

válvula de desconexión y la válvula reguladora de la presión

• Acumulador de alta presión (Ilustración 20, Elemento 2), junto al sensor

de presión del rail, válvula limitadora de la presión y el limitador de flujo

• Inyectores (Ilustración 20, Elemento 3)

• Filtro de combustible (Ilustración 20, Elemento 4)



Este mismo esquema es el que ha sido montado en el banco demostrativo del

taller, mostrando los distintos elementos que se acaban de nombrar junto con

imágenes pertenecientes a sus secciones y/o despieces, quedando de la siguiente

manera:

Ilustración 20. Esquema de la fase de alta presión de un sistema de inyección Common Rail, (Robert Bosch Gmbh)

Ilustración 21. Montaje del sistema de inyección tipo Common Rail en el banco demostrativo



4.4.1 Bomba de alta presión

La bomba de alta presión es la responsable de generar la alta presión

necesaria para la inyección de combustible y para asegurar que haya suficiente

combustible a alta presión disponible para todas las condiciones de funcionamiento.

Esta bomba generara presión de manera continuada para el acumulador de alta

presión, siendo esta una de las características que lo diferencian de los sistemas de

inyección convencionales.

Su lugar dentro del bloque del motor suele ser el mismo que en los sistemas

con bombas rotativas convencionales.

En su interior dispone de 3 émbolos dispuestos radialmente y separados 120º

entre sí, siendo esta una gran ventaja ya que no necesita un gran par (inferior a 16

Nm, muy inferior al par de una bomba rotativa comparable) y su suministro es

constante.

Ilustración 22. Bomba de alta presión



Funcionamiento

El eje de la bomba de la alta presión (Ilustración 23, 1) es impulsado por el

motor a la mitad de revoluciones de éste a través de una correa dentada (la cual

podemos verla en la Ilustración 21).

Esta bomba es lubricada y enfriada a través del propio combustible que

bombea. El combustible es forzado por la bomba de suministro previo, pasando a

través del taladro de estrangulación de la válvula de seguridad (Ilustración 23, 14)

dentro de la cámara interior de la bomba de alta presión (Ilustración 23, 4), siempre y

cuando la presión sobrepase la presión de apertura de dicha válvula que suele estar

entre 0.5 bar y 1.5 bar,

Cuando el émbolo de la bomba (Ilustración 23, 3) se mueve hacia abajo se

abre la válvula de admisión (Ilustración 23, 5) y se succiona combustible dentro de la

cámara. Al final del punto muerto inferior del pistón, se cierra la válvula de admisión,

el recinto queda bloqueado y el combustible en la cámara puede ser comprimido por

el émbolo que se mueve hacia arriba y hacia abajo. En el momento que se alcanza

la presión del raíl, el combustible pasa al circuito de alta presión.

Cuando se alcanza el punto muerto superior (PMS) el émbolo deja de

transportar combustible al raíl. Esto provoca una descompresión en el recinto de la

bomba, en el cual aún queda una pequeña cantidad residual de combustible. La

presión disminuye hasta el momento en el que la presión de la bomba de

alimentación es mayor y se abre la válvula de entrada de combustible a la bomba,

comenzando de nuevo el proceso.



Ilustración 23. Esquema de una bomba de alta presión, (Robert Bosch Gmbh)

Ilustración 24. Sección de una bomba de alta presión, (Robert Bosch Gmbh)



Desconexión del elemento

La bomba incorpora un desactivador que anula el efecto de uno de los

pistones de la bomba. Está formado por una electroválvula gobernada por la unidad

de mando que mueve un elemento de cierre. Cuando la bobina de esta

electroválvula es activada, queda abierto un paso que comunica la zona de alta

presión con la de baja en uno de los cilindros, por lo que este no genera presión.

Esto ocurre cuando la temperatura del combustible alcanza los 106 ºC, cuando

el motor funciona a baja carga y en caso de emergencia. De esta forma, se

disminuye la potencia absorbida por la bomba y el sobrecalentamiento del

combustible.

Válvula reguladora de la presión

El regulador de presión está integrado en la bomba de alta presión, aunque

también puede encontrarse en el raíl común y tiene la misión de regular el valor de la

presión con que llega el combustible a los inyectores:

• Con exceso de presión en el rail, la válvula se abre llevando combustible

al depósito de manera que se alivia la presión en su interior.

Ilustración 25. Válvula reguladora de la presión



• En el caso de que exista una falta de presión en el raíl, la válvula se

cierra, bloqueando el recinto hasta que la presión es la correcta.

La válvula está compuesta por un conjunto mecánico y una bobina gobernada

por la unidad de control. El conjunto está formado por un mando válvula sobre el que

se apoya el núcleo con elemento de cierre de bola (Ilustración 26, 1). Este elemento

esta normalmente cerrado por la acción de un muelle tarado junto con un áncora.

En situación de reposo (bobina sin corriente) la oposición del núcleo empujado

por los elementos elásticos, opone una resistencia al paso del combustible

provocando que este alcance una alta presión en el rail común.

La excitación de la bobina provoca una atracción del núcleo hacia el sentido de

cierre que reduce la sección y en consecuencia el caudal de paso y un aumento de

presión hasta el valor deseado por la unidad de mando. La cantidad de combustible

cortada por la válvula reguladora de presión vuelve al depósito a través del conducto

de retorno.

La alimentación de la bobina se realiza con una señal cuadrada con 200 Hz de

frecuencia fija. El valor de la presión real es controlado por la unidad de mando

mediante el sensor de presión en el rail común.

Ilustración 26. Sección de una válvula reguladora de la presión (Robert Bosch Gmbh)



4.4.2 Acumulador de alta presión

Las tareas del acumulador de alta presión Common Rail son:

• Almacenar combustible

• Evitar fluctuaciones de presión (manteniendo un volumen adecuado)

El acumulador de alta presión es un tubo de acero de alta calidad capaz de

soportar grandes presiones, que actúa como amortiguador de las pulsaciones

causadas por la bomba de alta presión y por la pérdida de presión debida a la

inyección. Dependiendo del motor en cuestión, su diámetro interno es

aproximadamente 10 mm y su volumen aproximadamente 35 cm3, mucho mayor que

el volumen inyectado. En él suele estar integrado el sensor de presión.

Para evitar las fluctuaciones de presión se debe elegir el volumen más grande

posible, en otras palabras, el máximo posible en longitud y diámetro. Se prefiere un

volumen pequeño para una partida rápida, lo que significa que el volumen óptimo

debe ser lo más pequeño posible pero tan grande como sea necesario.

La presión dentro del distribuidor de combustible se mantiene constante aun

siendo grande la cantidad de combustible inyectado.

Ilustración 27. Conducciones de alta presión (1), raíl común (2), sensor de presión (3), inyectores (4)



Sensor de presión del raíl

El sensor de presión del raíl (Ilustración 28, 3) se ubica en el acumulador de

alta presión del sistema de inyección y se ocupa de medir la presión del combustible

en el interior del raíl en cada momento, de manera rápida y precisa para abastecer a

la unidad de control con la información necesaria para determinar la señal que se ha

de mandar a los inyectores.

Su funcionamiento se basa en la deformación de la membrana que el sensor

posee, la cual lleva sobre sí una resistencia eléctrica que varía si la forma de la

membrana se ve afectada. A medida que aumenta la presión se reduce la

resistencia del sensor, aumentando correspondientemente la tensión de la señal.

Esta tensión de salida ha sido amplificada en el circuito electrónico existente en

el propio sensor y que funciona con una tensión de alimentación de 5 V.

Este sensor de precisión es el componente más importante del sistema, y en

caso de avería, es excitado con una señal de valor fijo.

Ilustración 28. Esquema de un acumulador de presión Common Rail, (Robert Bosch Gmbh)



La exactitud con la que mide éste sensor es fundamental para garantizar el

buen funcionamiento del sistema, por lo que sus tolerancias admisibles en la

medición son muy pequeñas. En caso de fallo, se activa un modo llamado “a ciegas”

de la válvula reguladora de la presión en el cual, la unidad de control recibe valores

preestablecidos del sistema para continuar funcionando.

Válvula limitadora de la presión

Esta válvula trabaja como una válvula de sobrepresión, es decir, limita la

presión que hay en el interior del raíl y en caso de una presión excesiva (sólo

permite estar unos segundos a 1500 bar), deja una abertura libre que lo libera del

exceso de presión y hace que el combustible retorne al depósito.

Este tipo de válvulas son accionadas mecánicamente mediante el

desplazamiento del asiento cónico a través de la presión del fluido. En el caso de

que la presión no sobrepase los 1350 bar (presión de trabajo del raíl), el asiento no

se desplazará, y por lo tanto el raíl permanecerá estanco. Para el caso en que sí lo

Ilustración 29. Esquema de un sensor de presión del rail, (Robert Bosch Gmbh)



sobrepase, el asiento se desplazará en dirección al retorno, con la consiguiente

pérdida de presión producida por el combustible que vuelve al depósito.

Limitador de flujo

Esta válvula trabaja de tal manera que si el inyector excede el volumen máximo

de extracción durante su funcionamiento, debido a una inyección permanente, ésta

cierra el caudal al inyector evitándolo.

El limitador de flujo (Ilustración 31) va unido al raíl por uno de sus extremos y a

la tubería de alta presión que lleva al inyector por el otro.

En el interior del limitador de flujo se encuentra un émbolo presionado por un

muelle en dirección al acumulador de combustible, el cual cierra herméticamente

contra la pared del cuerpo; el taladro longitudinal en el émbolo es la comunicación

hidráulica entre la entrada y la salida.

El diámetro de este taladro longitudinal está reducido por su extremo, que hace

de estrangulador con un flujo de paso perfectamente definido.

Ilustración 30. Esquema de una válvula limitadora de la presión (Robert Bosch Gmbh)



4.4.3 Inyector

La función de los inyectores es inyectar en la cámara de combustión

exactamente la cantidad correcta de combustible en el momento preciso. Los

inyectores utilizados en los sistemas tipo Common Rail se activan de forma eléctrica,

mediante una servoválvula electromagnética con una gran precisión, a diferencia de

los utilizados en otros sistemas que se activan mecánicamente. Con esto se

consigue más precisión a la hora de inyectar el combustible y se simplifica el sistema

de inyección. El inyector se divide funcionalmente en tres partes:

• El inyector de orificios

• El servosistema hidráulico

• La electroválvula

El combustible a alta presión procedente del acumulador entra hacia la tobera y la

cámara de control de la válvula a través del estrangulador de alimentación. La cámara

de control está unida con el retorno de combustible a través del estrangulador de salida,

que puede abrirse por una válvula electromagnética.

Ilustración 31. Limitador de flujo (Robert Bosch Gmbh)



La función del inyector puede dividirse en cuatro estados de servicio, con el

motor en marcha y la bomba de alta presión en funcionamiento:

• Inyector cerrado (con alta presión presente)

• Apertura del inyector (comienzo de inyección)

• Inyector totalmente abierto

• Cierre del inyector (final de inyección)

Estos estados de servicio se regulan mediante la distribución de fuerzas en los

componentes del inyector. Si el motor no está en marcha y no hay presión en el

acumulador, la presión de un muelle mantiene el inyector cerrado.

Ilustración 32. Inyector



• Inyector cerrado (estado de reposo)

La electroválvula no está activada en estado de reposo y por lo tanto se

encuentra cerrado el estrangulamiento de salida (Ilustración 33, a) que hace que la

presión del combustible sea igual en la cámara de control que en el volumen de

cámara de la tobera por lo que la aguja del inyector permanece ajustada sobre su

asiento en la tobera, empujada por el muelle del inyector.

Ilustración 33. Esquema de un inyector, (Robert Bosch Gmbh)



• El inyector abre (comienzo de la inyección)

El inyector se encuentra en posición de reposo. La electroválvula se activa con

la llamada corriente de excitación, que hace que abra rápidamente la electroválvula

(Ilustración 33, b).

La fuerza del electroimán activado ahora es superior a la fuerza del muelle de

la válvula. El inducido levanta la bola de la válvula de su asiento y abre el

estrangulador de salida. Tras un breve periodo de tiempo se reduce la corriente de

atracción a una corriente de mantenimiento de menor intensidad en el electroimán.

Con la apertura del estrangulador de salida puede fluir el combustible desde la

cámara de control de válvula a la cámara hueca situada encima y volver al depósito

de combustible a través de las tuberías de retorno. El estrangulador de entrada

impide una compensación completa de la presión y disminuye la presión en la

cámara de control de válvula. Esto conduce a que la presión en la cámara de control

sea menor que la presión existente en la cámara de la tobera. La reducción de la

presión en la cámara de control de la válvula conduce a una disminución de la fuerza

sobre el émbolo de mando y da lugar a la apertura de la aguja del inyector. En este

momento comienza la inyección.

• Inyector totalmente abierto

La velocidad de apertura de la aguja del inyector queda determinada por la

diferencia de flujo entre el estrangulador de entrada y el de salida. El émbolo de

mando alcanza su tope superior y permanece retenido ahí mediante un volumen de

combustible con efecto amortiguador (tope hidráulico). Este volumen se produce por

el flujo de combustible que se establece entre el estrangulador de entrada y de

salida.

La tobera del inyector está ahora totalmente abierta y el combustible es

inyectado en la cámara de combustión con una presión prácticamente equivalente a

la existente en el acumulador. La distribución de fuerzas en el inyector es similar a la

existente durante la fase de apertura. El caudal de combustible es, con una presión

determinada, proporcional al tiempo de conexión de la válvula electromagnética y es



independiente del número de revoluciones del motor o de la bomba (inyección

controlada temporalmente).

• Cierre del inyector (fin de la inyección)

En el momento en que se desactiva la electroválvula, el muelle presiona el

inducido hacia abajo y la bola de la válvula cierra el estrangulador de salida. Al

cerrarse el estrangulador de salida se genera de nuevo en la cámara de control una

presión equivalente a la existente en el acumulador, a través del estrangulador de

entrada. Este aumento de presión supone un incremento de fuerza ejercido sobre el

émbolo de mando. La fuerza generada en la cámara de control de válvula y la fuerza

del muelle superan ahora Sistemas de inyección con acumulador Common Rail la

fuerza del volumen de la cámara de tobera sobre la aguja, por lo que ésta se cierra

sobre su asiento y finaliza la inyección. La velocidad de cierre de la aguja queda

determinada por el flujo proveniente del estrangulador de entrada.

La activación indirecta de la aguja del inyector se efectúa mediante un sistema

de servo asistencia hidráulico debido a que la válvula electromagnética no es capaz

de generar directamente la fuerza necesaria para abrir rápidamente la aguja.

Los volúmenes de control y de fuga en las guías en la aguja y el émbolo se

conducen de nuevo al depósito de combustible a través de la tubería de retorno de

combustible.



5. Control electrónico Diésel EDC

El control electrónico del motor Diesel nos permite configurar los parámetros de

inyección de manera precisa, variando en función de las condiciones de

funcionamiento. El sistema de Regulación Electrónica Diesel EDC (Electronic Diesel

Control) se subdivide en tres bloques (Ilustración 34):

• Sensores y transmisores de valor de referencia

• Unidad de control ECU (Electronic Control Unit)

• Elementos de regulación (actuadores)

5.1 Requisitos

El principal objetivo que se persigue en sector de la técnica Diesel es reducir el

consumo de combustible y las emisiones de sustancias nocivas, incrementando a su

vez la potencia o el par motor. Esto ha provocado que en los últimos años se

incremente el uso de motores Diesel de inyección directa. De manera cuantitativa

podemos afirmar que se ha conseguido reducir entre un 10 y un 20% el consumo de

combustible de estos motores si los comparamos con los de inyección indirecta,

usados anteriormente. Además de esto, se le añaden unas exigencias adicionales

que están relacionadas con el confort de marcha y con las emisiones de ruido.

Ilustración 34. Bloques del sistema EDC, (Robert Bosch GmbH)



Esto conduce a un aumento de los requisitos del sistema de inyección y a su

regulación con respecto a:

• las altas presiones de inyección

• conformación del desarrollo de inyección

• inyección previa y, en su caso, inyección posterior

• caudal de inyección, presión de sobrealimentación y comienzo de

inyección adaptados a todos los estados de servicio

• caudal de arranque dependiente de la temperatura

• regulación del régimen de ralentí independiente de la carga

• recirculación regulada de gases de escape

• regulación de la velocidad de marcha

La regulación mecánica de revoluciones convencional registra mediante

dispositivos de adaptación los distintos estados de funcionamiento y asegura una

gran calidad en la preparación de la mezcla. Sin embargo, se limita a un circuito

regulador sencillo en el motor, con lo que gran cantidad de importantes magnitudes

quedan sin registrar o no son registradas con la rapidez suficiente.

El sistema EDC ha evolucionado a medida que las exigencias aumentaban,

desde sus comienzos siendo un sistema sencillo con eje actuador a un complejo

control electrónico del motor que ha de procesar gran cantidad de información en

tiempo real.

5.2 Funcionamiento

Debido al incremento de la capacidad de cálculo de los microprocesadores en

los últimos años, la Regulación Electrónica Diesel (EDC) moderna garantiza el

cumplimiento de dichas exigencias.

A diferencia de los vehículos Diesel con bombas convencionales controladas

mecánicamente, en un sistema EDC, el conductor no controla de forma directa el

caudal de combustible que se inyecta en la cámara de combustión a través del pedal

del acelerador. Este caudal es calculado en función de las siguientes variables:



• Deseo del conductor (posición del pedal del acelerador)

• Estado de servicio

• Temperatura del motor

• Intervención de otros sistemas (calefacción, sistemas hidráulicos, etc.)

• Efectos sobre las emisiones de contaminantes

El caudal de inyección se calcula en la unidad de control a partir de estas

variables, siendo también posible la variación del momento de la inyección. Su

funcionamiento se basa en el reconocimiento de las desviaciones que el sistema

sufre y lo compensa aplicando medidas conforme a sus efectos (limitar el par motor,

por ejemplo). El sistema EDC contiene por ello varios circuitos reguladores.

La Regulación Electrónica Diesel permite también el intercambio de datos con

otros sistemas electrónicos como por ejemplo el ABS o el ESP. Con ello se puede

integrar el control del motor en el sistema total del vehículo. El sistema EDC está

completamente integrado en el sistema de diagnóstico del vehículo.

5.3 Bloques del sistema

La Regulación Electrónica Diesel EDC se divide en tres bloques de sistema:

1. Sensores y transmisores de valor teórico: registran las condiciones de

servicio (por ejemplo, número de revoluciones del motor) y los valores

teóricos (por ejemplo, la posición del pedal del acelerador), transformando las

magnitudes físicas en señales eléctricas que se mandan a la unidad de

control.

2. La unidad de control: analiza y procesa las informaciones provenientes de

los sensores y transmisores de los valores teóricos en base a determinados

procesos de cálculo matemáticos. Controla los elementos de regulación

mediante señales de salida eléctricas. Ésta a su vez sirve de interfaz con los

demás sistemas para el diagnóstico del vehículo.

3. Elementos de regulación (actuadores): transforman las señales eléctricas

de salida de la unidad de control en magnitudes mecánicas (por ejemplo, de

la electroválvula para la inyección).



5.4 Procesamiento de datos

La tarea principal del Sistema EDC es controlar el caudal de inyección y el

momento de la inyección, a lo que en los sistemas de inyección Common Rail se le

añade la regulación de la presión de inyección. La unidad de control del motor

controla los diferentes elementos actuadores en todos los sistemas. La regulación de

la inyección debe ser única para cada motor y cada vehículo, y solo de esta manera

podrán interactuar de forma óptima todos los componentes del sistema (Ilustración

35).

La unidad de control recibe las señales de los sensores, las evalúa y las adapta

a un nivel de tensión admisible. A partir de los datos de entrada y en función de los

mapas almacenados, el microprocesador calcula, mediante el “ECU software”, el

momento y la duración de la inyección, transformando estos datos en señales

características para los actuadores.

Teniendo en cuenta que se requiere una gran precisión y que la velocidad a la

que trabaja el motor es bastante alta, se requiere una gran capacidad de cálculo.

Ilustración 35. Secuencia básica de regulación electrónica, (Robert Bosch GmbH)



6. Trabajos actual y futuro

6.1 Manuales

Para la puesta en marcha del sistema del banco de pruebas con el sistema de

inyección es recomendable hacerlo teniendo como base el manual del sistema de

inyección que en este trabajo se estudia. El sistema de inyección tipo Common Rail

que en nuestro caso va instalado en un Citroën y corresponde a la designación

BOSCH HDI EDC 15C2, acompañará a este trabajo para que sea facilitado al

próximo estudiante.

En él se nos detallan, entre otras cosas los diagramas eléctricos y electrónicos,

componentes y otras partes específicas, tanto como para el sistema de suministro

de combustible como para el sistema de suministro de aire.

En este manual también podemos encontrar todo tipo de especificaciones

técnicas sobre los sistemas de sensores que alimentan la centralita de información

para su futuro procesamiento.

6.2 Disposición del banco demostrativo

En la Ilustración 20 podemos ver de manera teórica la disposición del sistema

de inyección que podría ser una posibilidad a la hora del montaje del banco de

pruebas para su ensayo. En la Ilustración 21 vemos la disposición que he elegido

para el banco demostrativo, en el que he instalado los elementos más importantes

del sistema de inyección junto con las imágenes que muestran sus secciones para

ayudar a la comprensión de su funcionamiento.

El proceso del montaje del banco demostrativo comenzó con la limpieza de

cada una de las piezas. Estas provenían de un desguace por lo que existía una gran

cantidad de suciedad.

El próximo paso fue el montaje de la mesa, ya que solo se me facilitó el tablero

apoyado en el marco de aluminio, teniéndolos que sujetar a las patas móviles del

mismo material.



La fijación de las piezas fue un proceso bastante sencillo ya que solamente

tuve que taladrar el tablero e introducir un alambre de acero que iba enrollado por la

parte inferior para asegurar las piezas.

Por último, pegué las diferentes imágenes que identificaban a cada uno de los

elementos que conforman el sistema de inyección, las cuales iban plastificadas para

evitar su deterioro debido al ambiente y suciedad que pudiera haber en el taller.

6.3 Guion de prácticas

Uno de los objetivos de este TFG era utilizar la información que en él se incluye

para la futura elaboración de un guion de prácticas para la asignatura Máquinas

térmicas en el que se pidiera identificar los elementos que forman el sistema de

inyección, las partes que componen cada elemento, realizar algún tipo de simulación

para demostrar de qué manera funciona cada elemento, etc.

6.4 Coste del banco demostrativo

Como información adicional, debemos de reflejar el gasto que supone para la

Universidad de Jaén el montaje del banco demostrativo:

Denominación Unidades Dimensión (mm) Precio (€) Coste (€) Sistema de inyección 1 260 260.00

Perfil de aluminio 4 1500 6.70 40.2. Perfil de aluminio 4 400 6.70 10.72 Perfil de aluminio 4 1000 6.70 26.80 Perfil de aluminio 4 1700 6.70 45.56 Perfil de aluminio 4 600 6.70 16.08 Apoyo con rueda 4 5 20.00

Tablero 1 1700x1000x20 27 45.90 Plastificación 6 1 6.00 Cola blanca 1 2.79 2.79

Alambre 1 2000 2.67 5.34 Mano de obra 20 1.25 25.00

Coste Total 504.39 Tabla 1. Coste del montaje del Banco demostrativo



7. Bibliografía

Motores de combustión interna alternativos, M. Muñoz y F. Payri.

Internal combustion engine fundamentals, John B. Heywood.

Maquinas térmicas, UNED, M. Muñoz y F. Payri.

Manual de la técnica del automóvil, 3ª Ed. Robert Bosch Gmbh.

Sistemas de inyección de acumulador Common-Rail, Diésel, Robert Bosch

Gmbh.

Distributor-type Diesel fuel-inyection pumps, Robert Bosch Gmbh.

Bosch HDI EDC 15C2 injection system and particle filter handbook, Grupo PSA.


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