Introducción.

En este trabajo he pretendido resumir la arquitectura que adopta el motor Diesel y la de los sistemas que lo componen.

Antes de introducirme en las explicaciones de los diversos funcionamientos de los sistemas, el cómo están formados y el lugar en el que se instalan, he formado un capítulo en el que narro la historia del motor Diesel, mezclando datos importantes en su historia con otros que adquieren el carácter de anécdotas, pero que en conjunto sirven, y es lo que pretendo que se vea, para comprender la evolución sufrida por este tipo de motor, que va más allá de la técnica.

En sus principios, estos motores parecían abocados a los vehículos agrícolas y de tamaño grande o transporte pesado, no a una difusión como la que ha alcanzado en nuestros días, ya que hasta no hace mucho no eran motores que calaran en el público de buena manera, y es ahí donde está el mérito de este motor y el de los que lo han desarrollado, ya que han sabido conjugar los avances que la tecnología les ha permitido con un lavado de cara público, para presentar al motor Diesel como una alternativa tan válida como otra cualquiera para equipar a un vehículo automóvil.

La evolución del motor Diesel.

La historia de este motor comienza en el año 1.897, cuando Rudolf Diesel crea el primer motor de combustión funcional, siendo otorgado el apellido del creador al motor como reconocimiento.

Dicho motor nunca fue adaptado por los vehículos de la época, ya que requería para la inyección del combustible de un compresor de aire muy voluminoso, lo que impedía su instalación sobre el vehículo.

Es en los años 20 cuando dicho problema es resuelto por Robert Bosch, que perfeccionó la bomba de inyección, permitiendo el uso del motor Diesel en diversos vehículos, sobre todo en los de uso industrial o de transporte medio-pesado.

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 Diesel V12 con compresor capaz de desarrollar más de 400cv, 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 Diesel 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 Diesel 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 Diesel en vez de usar un motor de pistones alternativos usa un motor Wankel trirotor, lo que le permite unas prestaciones de escándalo para un Diesel 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 cazarecords de la época. Sin embargo, problemas de desarrollo y consumo hicieron abandonar el proyecto.

En los 80 los vehículos Diesel 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 Diesel, 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 Diesel de la mano del grupo Fiat y su tecnología Multijet. Dicho motor es un 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 e intercooler y culata de 16 válvulas.

En este motor los inyectores pueden actuar con diferentes intensidades, entre tres y cinco veces, todo ello de manera flexible y controlada. Cuentan con cinco orificios de 0,12 mm de diámetro.

La entrada de combustible en el cilindro se produce con varias inyecciones pequeñas, por lo que quemando una misma cantidad de combustible se consigue una combustión más gradual y completa.

En el Multijet de 1.300 cc se consiguen 70 cv y un par de 18,36 kgm, sin que el consumo declarado exceda los 4,5 litros a los 100 km.

El nivel de emisión de gases se situa en 0,018 gramos por kilómetro, por lo que se situa por debajo de lo exigido por la norma Euro 4, que entrará en vigor en 2.006.

Su duración estimada es de 250.000 km, periodo en el que no requerirá más mantenimiento que los cambios de aceite a los 30.000 km.

Para conseguir un peso de solo 130 kg, no se han eliminado componentes o aligerado, sino que se han miniaturizado, lo que hace pensar en este motor como un “bonsái” mecánico.

Además de este motor están apareciendo nuevos sistemas para sacar más rendimiento de los motores Diesel, como el sistema desarrollado por OPC, filial deportiva de Opel, que consiste en un sistema bi-turbo acoplado al motor 1.9 de inyección directa.

Dicho sistema ha visto la luz en un prototipo de Vectra firmado por OPC, en el que el motor declara 212 cv y el consumo se mantiene en los 6 litros a los 100 km de origen, consiguiendo además unas prestaciones impresionantes, a la altura de deportivos consagrados, de hecho su velocidad máxima está limitada electrónicamente a 250 Km/h.

En el futuro los avances tecnológicos darán un mayor rendimiento a estos motores, con unos consumos iguales o inferiores a los actuales, y no solo por el desarrollo de las mecánicas, sino también por el de los combustibles, de los que ya hay nuevos tipos, desarrollados por Repsol y BP, que limpian el sistema de inyección, ahorran combustible, mejoran las prestaciones con menos emisiones contaminantes y no provocan espuma en el llenado del depósito.

Desde el año 2.000 los motores Diesel también han entrado de manera oficial en las competiciones, con un campeonato paralelo al europeo de turismos, y que no hace más que reafirmar el avance sufrido por el motor Diesel en su historia.

La combustión en los motores Diesel.

El motor Diesel funciona por el principio del autoencendido o autoignición, en el que la mezcla aire-combustible arde por la gran temperatura alcanzada en la cámara de compresión, por lo que no es necesaria la chispa como en los motores de explosión. A continuación se explica el proceso.

En cuanto el combustible frio contacta con el aire que se encuentra a gran temperatura, comienza a elevarse su temperatura, formándose vapor alrededor de cada una de las gotas. El aire circundante se enfría y toma calor de la masa de aire comprimido, transmitiéndolo nuevamente a la gota de combustible que vuelve a calentarse hasta alcanzar su temperatura de inflamación. Cuando esto ocurre, comienza la combustión y el calor producido se pasa a toda la masa de aire y combustible restante, produciéndose su inflamación.

El tiempo que transcurre entre la entrada de las primeras gotas y el inicio de la combustión se llama retardo a la inflamación, el cual representa el tiempo de giro del cigüeñal que transcurre entre el comienzo de la inyección y la inflamación del combustible.

Durante este periodo se está inyectando combustible de forma contínua.

Este fenómeno produce un picado particular, parecido a la detonación en los motores de gasolina, que aumenta a medida que lo hace el retardo a la inflamación.

Para reducir este fenómeno es necesario que la combustión se inicie con el menor intervalo de tiempo respecto a la inyección, por lo que se usa un combustible con un alto grado de cetano asi como una buena pulverización del mismo, con relaciones de compresión elevadas y cámaras de alta turbulencia.

Existen dos tipos de cámaras: de inyección directa e inyección indirecta.

a). Cámaras de inyección directa.

La inyección se realiza directamente en el cilindro, con alojamientos especiales en la cabeza del pistón que varían en su forma, para actuar como cámara de turbulencia y ayudar a la vaporización del combustible. La más usual es la de forma toroidal, que es una cavidad circular normalmente simétrica en el centro de la cabeza del pistón, con un pequeño cono en centro y apuntando hacia arriba.

Cualquiera que sea el tipo de cavidad, debe estar adaptada al inyector presente, que se monta en posición vertical o ligeramente inclinada sobre la culata, formando un ángulo preciso.

Dicho inyector contará con varios orificios de vertido del combustible, estando adaptado también al diseño de la cámara de combustión.

Dado que el grado de turbulencia es bajo, las relaciones de compresión son muy elevadas, del orden de 15:1 a 20:1, con lo que se consiguen grandes presiones y temperaturas y que hacen necesaria también una gran presión de la inyección.

Es un motor con poca pérdida de calor a través de las paredes, con lo que los arranques en frio se ven mejorados.

b). Cámaras de inyección indirecta.

En esta disposición la combustión se desarrolla en dos cámaras, una de ellas la de turbulencia que normalmente es esférica, y que desemboca en la principal, que está constituída por el espacio comprendido entre el pistón y la culata.

La cámara de turbulencia representa los dos tercios del volumen total de la cámara de combustión.

En estas cámaras la presión de inyección es menos elevada, ya que la turbulencia creada en la precámara ayuda a la pulverización del combustible.

Esto se traduce en un funcionamiento del motor más suave y con menos sufrimiento para los distintos órganos que lo forman, ya que el paso de la combustión de una cámara a otra hace que la fuerza sobre el pistón se aplique de una forma más progresiva.

Dadas las elevadas compresiones que se alcanzan en estos motores y el gran calor que desarrollan, los componentes que los forman están más reforzados y son más pesados que sus equivalentes de un motor de gasolina, por lo que estos motores son menos revolucionados, pero con una mayor disponibilidad de par motor a pocas revoluciones. Sus sistemas de refrigeración están más estudiados y cuidados que otros motores.

Sistema de alimentación en los motores Diesel.

Es el encargado de suministrar el combustible necesario para el funcionamiento del motor, pudiéndose diferenciar dos apartados fundamentales:

a). Circuito de alta presión, encargado de impulsar el combustible a una presión determinada para ser introducido en las cámaras de combustión.

b). Circuito de baja presión, encargado de enviar el combustible desde el depósito en que se encuentra almacenado a la bomba de inyección.

El circuito quedaría formado así:

Depósito de combustible.

Bomba de alimentación.

Filtro.

Bomba de inyección.

Inyectores.

Este sería el funcionamiento de dicho circuito:

La bomba de aspiración succiona combustible del depósito a través de una rejilla filtrante, que se encuentra en el extremo del tubo de aspiración. Este combustible llega a través de un primer filtro que elimina las impurezas más gruesas que lleva en suspensión el gasóleo. Después la bomba lo mandaría al filtro del combustible y de ahí pasaría a la bomba de inyección, que lo mandaría a los inyectores.

La bomba de alimentación normalmente trabaja con presiones entorno a 1 o 2 Kg/cm2. y en cantidad suficiente, siendo una válvula de descarga la que regula dichas presiones, teniendo una canalización de retorno para el combustible sobrante que va de vuelta al depósito.

Esta bomba suele contar con una pequeña bomba manual de cebado, que usa el mismo circuito y que sirve para purgar y llenar las canalizaciones de combustible.

Si la bomba de inyección es de elementos en línea, la bomba de alimentación normalmente irá acoplada a ella, recibiendo el movimiento del árbol de levas de la propia bomba de inyección.

En este caso la bomba normalmente sería del tipo de pistón con muelle antagonista y rodillo, alojados en un cilindro.

También contaría con válvulas de entrada y salida del combustible.

Si la bomba de inyección fuese rotativa ya incorporaría su propia bomba de alimentación.

La bomba de inyección suministra el combustible necesario a presión a los distintos cilindros, a los que pasa a través de los inyectores, que lo pulverizan.

Desde ellos, el sobrante que no entra en los cilindros se hace retornar por los conductos de rebose.

En el circuito de alta presión, los tubos entre la bomba de inyección y los inyectores se fabrican siempre de acero, a causa de las altas presiones que alcanza el combustible durante el funcionamiento del motor.

Para asegurar el ajuste correcto de cada cilindro y una capacidad de inyección uniforme para todos ellos, los tubos deben tener la misma longitud entre si, ya que el cambio de longitud altera el punto de inyección de un cilindro respecto a los demás.

El filtrado del combustible.

El petróleo bruto contiene una gran cantidad de impurezas que no se eliminan por completo en el proceso de destilación. Dichas impurezas suelen estar constituidas principalmente por azufre, asfaltos y silicatos, que se presentan en forma de partículas muy duras y cuya densidad les permite mantenerse en el líquido durante cierto tiempo.

Por otra parte, y debido al uso y al paso del tiempo, el depósito de combustible puede almacenar polvo, arenas o partículas metálicas.

Por ello es esencial eliminar dichas suciedades, ya que al pasar por los diversos órganos del sistema de inyección producen una acción de esmerilado que acelera sobremanera el desgaste, con lo cual dichos componentes quedan inutilizados.

He aquí la necesidad de una escrupulosa limpieza del combustible hasta conseguir separar todas las impurezas que lleva consigo, al menos las que sean superiores a una milésima de milímetro.

Los encargados de cumplir esta misión son los filtros de combustible, que se emplazan entre la bomba de alimentación y la de inyección.

El elemento filtrante suele estar constituido por una especie de cartucho de papel poroso de celulosa especial o fieltro, impregnado de una sustancia que normalmente suele ser resina fenólica, que tiene la propiedad de absorber el agua que pueda contener el combustible, procedente de la condensación, que puede atacar a las superficies metálicas del sistema de inyección, oxidándolas y deteriorándolas.

Dada la gran importancia que tiene el sistema de filtrado en un motor Diesel, se hace necesaria la reposición de los cartuchos filtrantes periódicamente, cada 15.000 km aproximadamente.

La disposición del filtro es la siguiente:

El cartucho filtrante se fija a la cabeza del filtro por medio de un tornillo pasante, que se rosca en la cubeta. Este cartucho queda acoplado por la parte superior e inferior por sendos anillos de caucho.

El combustible circula desde la boca de entrada, a través de la materia filtrante, hasta el fondo de la cubeta, desde la cual sube por el conducto central para salir por el conducto superior hacia la salida.

En la cubeta hay un tornillo de vaciado para su limpieza de las impurezas depositadas.

Algunos filtros disponen en su cubeta inferior de un sensor capaz de detectar el agua contenida en ella, que ha sido retenida por la materia filtrante.

Dicho sensor es del tipo de sonda capacitiva, que dispone de dos puntas o electrodos separados y conectados a través de un circuito electrónico a una lámpara de control.

Ya que el agua tiene una densidad mayor que el gasóleo, cuando se acumula lo hace en el fondo, por lo que al detectar los electrodos el cambio de densidad se enciende la lámpara de control

El gasóleo utilizado en los motores de automoción tiene un alto contenido de ceras que pueden cristalizar cuando la temperatura ambiente desciende de -4º C aproximadamente. Dichos cristales obstruyen los conductos de paso del combustible del circuito de alimentación, provocando fallos en el funcionamiento del motor e incluso la imposibilidad de arrancar al mismo.

Esto hace que existan aditivos que se añaden al combustible en invierno, para evitar estos depósitos de cera, aunque a temperaturas extremadamente bajas no pueda evitarse la acumulación de pequeños tapones de cera ( parafinado ).

Por esta razón algunos filtros están dotados de un sistema de caldeo consistente en una resistencia eléctrica que rodea el cartucho filtrante o una placa sumergida en el propio filtro y que calienta el combustible cuando pasa.

En algunas ocasiones el filtro incorpora una pequeña bomba de cebado de pistón, emplazada en la cabeza del filtro, junto a un tornillo de purga situado en el conducto de salida. En otros casos puede ser del tipo membrana y tener una implantación similar a la anterior.

4. Sistema de inyección.

Para realizar la combustión es necesario inyectar una determinada cantidad de combustible finamente pulverizado en la cámara de combustión, en la cual se encuentra el aire comprimido y caliente. Dicha misión está encomendada a los inyectores, que reciben el combustible de la bomba de inyección.

El combustible debe ser inyectado en la cámara de combustión en forma bien definida, pues el correcto funcionamiento de un motor Diesel depende en gran parte de una inyección correcta. Las condiciones esenciales son:

• Suministrar a cada cilindro y en cada ciclo la cantidad de combustible justa, adecuándola a las condiciones de marcha del motor.

• Iniciar la inyección en el momento preciso, de forma que la combustión se realice de forma correcta y por completo, variando el punto de inyección a medida que el régimen de giro del motor y las condiciones de carga varían

• Pulverizar el combustible, de forma que se reparta en minúsculas gotas para facilitar su inflamación.

• Dar a esas gotas la suficiente capacidad de penetración en la cámara donde se encuentra el aire comprimido.

• Difundir de manera uniforme las partículas de combustible en el aire de la cámara de combustión.

Los elementos encargados de cumplir estas necesidades son la bomba de inyección, que se encarga de dar combustible a cada inyector en el momento oportuno y a la presión requerida, en una cantidad determinada para cada condición de funcionamiento del motor, y los inyectores, que pulverizan el combustible en el interior de las cámaras de combustión de forma uniforme sobre el aire comprimido que las llena.

Los tipos de bomba de inyección empleados en el mundo del automóvil se dividen en dos grupos:

• Bombas de elementos en línea.

• Bombas rotativas.

5. Bomba de inyección de elementos en línea.

En esta bomba se dispone un elemento de bombeo para cada cilindro, de carrera total constante y de carrera de trabajo variable.

Los elementos de esta bomba se alojan en una carcasa y reciben movimiento del árbol de levas de la propia bomba, a través de un impulsor de rodillo.

Dicho árbol de levas gira a la mitad de vueltas que el cigüeñal, para que se produzca una inyección por cilindro cada dos vueltas del cigüeñal. Cada una de las levas acciona un taqué, que gracias a un rodillo se aplica contra la leva, obligado por un muelle. El empujador a su vez acciona el émbolo en el interior del cilindro, que recibe el gasóleo a través de varias canalizaciones.

Ahora se procederá a explicar cada una de sus partes:

a). Elemento de bombeo: está constituido por un pistón y un cilindro. Cada cilindro está comunicado con la tubería de admisión por medio de unas lumbreras y con el de salida por medio de una válvula, que es mantenida por un muelle tarado.

En su parte superior, el pistón tiene un rebaje que comunica con la cara superior por medio de una rampa helicoidal y una ranura.

El comienzo de la inyección se produce siempre para la misma posición del pistón, pues a medida que va subiendo la presión crece en el interior del cilindro. Cuando esta presión excede la fuerza que hace el muelle, se abre la válvula de retención y el combustible pasa al circuito de inyección.

Mientras el combustible no salga por el inyector, la presión irá subiendo en toda la canalización a medida que el pistón suba, y llegado el momento en que se produzca la apertura del inyector la presión en el interior del cilindro caerá bruscamente, cesando el suministro de combustible.

Con esto se deduce que la cantidad de gasóleo inyectado depende de la carrera del pistón, por lo que modificando dicha carrera se varía la cantidad de combustible a inyectar.

Para modificarla se usa la cremallera de control que al ser movida en un sentido o en otro varía la carrera del pistón, consiguiendo posiciones de suministro parcial, suministro nulo y suministro máximo.

En algunas bombas de inyección se montan unos elementos llamados de agujero único, los cuales disponen en los cilindros de una sola lumbrera, al mismo tiempo que el émbolo sustituye la ranura vertical por un taladro axial y la rampa helicoidal por una sesgada y recta. De todos modos, el funcionamiento es similar al sistema anterior.

b). Válvula de retención: es la encargada de abrir el paso del combustible que sale del cilindro camino del inyector, al presionar sobre su cara inferior.

Tan pronto como la rampa helicoidal del émbolo descubre la lumbrera de comunicación con la galería de alimentación, desciende la presión en la cámara de impulsión produciéndose el cierre en la válvula de retención.

De esta forma consigue mantener una cierta presión residual en la canalización que va al inyector, mejorando una inyección posterior al ser ésta más rápida.

Para cumplir su cometido debe asegurarse una perfecta estanqueidad entre la válvula de retención y su asiento, disponiéndose para este fin una superficie cónica de apoyo en la válvula, que es presionada con fuerza por la acción del muelle antagonista y la presión reinante en la canalización de impulsión hacia el inyector.

c). Cremallera de control: es la encargada de modificar los tiempos de inyección del combustible. Esta cremallera es movida por el pedal del acelerador a través de una palanca y su desplazamiento modifica la posición de la rampa helicoidal de los pistones.

Para transmitir este movimiento usa un sector dentado en cada elemento, que es actuado por la cremallera. La posición que esta toma por la posición del acelerador puede variar por el mando regulador, como se verá más adelante. Una de ellas es la posición de paro, que corta el suministro de combustible a los inyectores.

El recorrido máximo de la cremallera está limitado por un tope ajustable, al que se conoce como tope de emisión de humos y se dispone en la carcasa de la bomba.

d). Árbol de mando: generalmente fabricado en acero al níquel, dispone de tantas levas como cilindros el motor. Dichas levas las tiene labradas.

El resalte de cada una de ellas está mecanizado de tal manera que la secuencia de las inyecciones en los distintos elementos de bombeo se produzca en el orden adecuado.

El árbol de levas se apoya en sus extremos, en dos cojinetes de rodillos o bolas y a él se acoplan el regulador y el variador de avance en el extremo opuesto. A través de este mecanismo recibe movimiento del motor, desde los piñones de la distribución concretamente.

e). Regulador de velocidad: su instalación es necesaria para evitar que el motor sobrepase un nivel máximo de revoluciones, ya que sería peligroso alcanzar ciertos regímenes de giro, sobre todo en los motores Diesel.

En las aplicaciones automovilísticas se emplean los reguladores mecánicos de máxima y de mínima.

La cremallera de control está enlazada a la biela de mando del acelerador por medio de un sistema de palancas, al que se acopla también el mecanismo regulador, emplazado sobre el árbol de mando de la bomba. Este regulador está constituido por unos contrapesos, que debido a la fuerza centrífuga tienden a desplazarse al exterior cuando giran, contra la oposición de los muelles.

Si el motor gira a ralentí, los contrapesos tienden a separase, venciendo la acción del muelle exterior, que se comprime un poco. Inmediatamente después entran en acción los muelles de máxima, que impiden que las masa continúen separándose, manteniéndose en esta posición hasta que se alcanza la velocidad máxima.

Las pequeñas variaciones hacen que las masas se separen o se junten, variando la carrera de los elementos la cremallera y variando a su vez el caudal inyectado, manteniendo un ralentí estable.

La acción de los muelles de velocidad máxima impiden que el giro del motor en ralentí sea excesivo.

Se deduce que el regulador solo actua con el fin de conseguir un ralentí estable y no sobrepasar un máximo de revoluciones.

f). Variador al avance a la inyección: es un sistema que hace que la bomba comience a inyectar combustible un poco antes del momento indicado, como haría un avance del encendido en los motores de gasolina.

El dispositivo se monta sobre el árbol de mando y actua adelantando el giro de éste al del motor.

Consta de un plato con unos contrapesos que se sujetan al susodicho con unos muelles.

Cuando por la velocidad de giro se produce la separación de las masas, se provoca un desplazamiento angular de la leva de sujeción con respecto al cuerpo del variador. Este desplazamiento está en función directa del régimen de giro del motor y es transmitido al eje de levas de la bomba de inyección, en la cual se produce con esta acción un avance a la inyección.

Al descender la velocidad se vuelven a juntar los contrapesos disminuyendo el avance.

Bomba de inyección rotativa.

Este tipo de bomba comienza a surgir en los años 60, ya que son más adecuadas para motores de pequeña cilindrada y elevado régimen de giro, como los de los turismos, quedando las bombas lineales relegadas a los motores de aplicación industrial o agrícola, o a motores de vehículos pesados.

Este tipo de bomba presenta las siguientes ventajas respecto a la bomba de elementos en línea convencional:

• Menor peso.

• Caudales inyectados rigurosamente iguales para todos los cilindros.

• Velocidad de rotación elevada.

• Menor precio de costo.

• Menor tamaño.

• Mayor facilidad de acoplamiento al motor.

Estas bombas suelen incluir la bomba de alimentación en su cuerpo.

Bomba rotativa Bosch.

Dispone de un solo elemento de impulsión para todos los cilindros del motor. Se procede a detallar su estructura:

Sobre el árbol de mando se dispone la bomba de transferencia, que es del tipo de paletas, que en su giro aspira el combustible desde el depósito, para enviarlo a presión hasta el variador de avance y al interior del cuerpo de bomba. La presión de impulsión está regulada por la válvula, que vierte el combustible sobrante al lado de aspiración de la bomba.

Desde el interior del cuerpo de bomba, el combustible pasa al cuerpo de bombeo a través del conducto que desemboca por debajo de la electroválvula. En este cuerpo, el émbolo somete al combustible a una elevada presión, para hacerlo salir en el momento adecuado hacia el inyector correspondiente, a través de la válvula de retención.

La válvula electromagnética corta la alimentación de combustible hacia el cuerpo de bombeo en la parada del motor.

El movimiento de rotación del émbolo de bombeo se logra por medio de un enlace estriado con el árbol de mando. El desplazamiento del mismo en el interior de la cabeza hidráulica lo proporcionan las levas o salientes del plato, que gira solidario con el eje de mando del émbolo, mientras que los rodillos del plato permanecen quietos.

De esta manera, cada vez que se presenta un saliente al rodillo, es empujado el plato de levas hacia la derecha, contra la acción del muelle, que tiende a aplicarlo contra el rodillo. El acoplamiento estriado permite este deslizamiento.

Con esta transmisión de movimiento, el émbolo se desplaza en el interior de la cabeza hidráulica hacia adelante y hacia atrás, al mismo tiempo que gira en su interior. Con ello se consigue bombear el gasóleo hacia los inyectores, como se verá posteriormente.

El tope de caudal determina el final de la inyección, poniendo en comunicación la cámara de bombeo con el cuerpo de bomba al final del recorrido de compresión del émbolo. Este tope es movido por unas palancas, que son gobernadas por el regulador y la palanca del acelerador.

El regulador centrífugo dispone de unos contrapesos que en función de su desplazamiento por la fuerza centrífuga, determinan la posición del manguito desplazable, que a su vez posiciona la palanca y, con ella, el tope de caudal, determinando así la duración de la inyección y el caudal inyectado. Este sistema está accionado por un piñón, que engrana con otro que forma parte del árbol de mando de la bomba.

El sistema de avance de la inyección es del tipo hidráulico. Dicho avance depende de la presión a la que es enviado el combustible por la bomba de transferencia, que es proporcional al régimen de giro del motor.

En la parte superior de la bomba se encuentra el regulador, que en estas bombas es de tipo centrífugo y que es movido por el piñón del árbol de mando.

El mecanismo regulador actúa por medio de una serie de palancas sobre el tope de regulación, que determina el final de la inyección en el émbolo por medio del vertido del caudal.

Este conjunto se cierra con una tapa, en la que se monta la palanca de mando del acelerador y el tornillo tope de caudal.

El árbol de mando se acopla al motor por medio de un chavetero en el que se monta un piñón que es movido por la correa dentada del sistema de distribución, colocándose la bomba en el bloque motor próxima al sistema. Este acoplamiento se realiza de manera que la bomba gire al mismo régimen que el árbol de levas del motor.

Bomba rotativa CAV.

En estos modelos de bomba rotativa, el rotor distribuidor está dotado de un elemento de bombeo único, compuesto por dos émbolos de carrera opuesta. Un conjunto de rodillo-zapata, movido por el relieve interior de un anillo de levas fijo acciona los émbolos.

El volumen de combustible adecuado a las condiciones de marcha del motor es distribuido a cada uno de los inyectores en el orden preciso y en el instante deseado, por medio de un sistema de orificios taladrados en el rotor y el cabezal hidráulico, dosificado con exactitud a su llegada al dispositivo de bombeo.

La bomba está dotada de un regulador mecánico centrífugo y un variador del inicio de la inyección, que actúan del modo ya conocido en los otros tipos de bomba rotativa.

En la bomba CAV, el elemento de bombeo está situado dentro de un orificio transversal, en un eje rotativo central que actúa como distribuidor y que gira dentro de la cabeza hidráulica.

Los émbolos son accionados por lóbulos situados en el interior de la corona de levas.

La implantación en el motor y el sistema por el que recibe el movimiento del motor es igual al de las bombas rotativas Bosch.

En estas bombas se suele utilizar un regulador de tipo mecánico, accionado por la fuerza centrífuga, que actúa sobre la válvula dosificadora para ajustar con precisión el caudal inyectado.

La fuerza centrífuga actúa sobre los contrapesos, de forma que se separen y desplacen la palanca de control, que es la que actúa sobre la válvula dosificadora para modificar el caudal de gasóleo inyectado.

El sistema que varía el avance de la inyección es igual al empleado en las bombas rotativas Bosch.

Además de estos sistemas, las bombas CAV disponen de otros mecanismos correctores capaces de adecuar convenientemente los caudales de inyección alas distintas fases de funcionamiento del motor Diesel. Entre ellos destacan el sistema de sobrecarga y el de avance con carga ligera.

El primero permite aumentar de forma considerable el caudal en bajas revoluciones del motor, de forma que los arranques en frío se ven mejorados. Esto se consigue aumentando el desplazamiento máximo de los elementos de bombeo mediante el llamado carro de sobrecarga.

El dispositivo de avance con carga ligera tiene por finalidad adecuar el avance a la inyección a las peculiares condiciones de funcionamiento del motor con cargas ligeras y regímenes medios. Este dispositivo está integrado en el sistema convencional de avance y es gobernado por una válvula emplazada en el cabezal hidráulico y activada por la palanca del acelerador, de manera que en las posiciones de ésta para ralentí o carga ligera, permite el paso de la presión de transferencia hacia el dispositivo de avance, activándolo ligeramente para adecuarlo de forma conveniente a estas condiciones de funcionamiento del motor.

Los inyectores.

Para lograr una buena combustión, es necesario que el combustible sea inyectado en el interior del cilindro muy finamente pulverizado, con el objetivo de lograr una mejor y más rápida combustión.

El inyector es el elemento que cumple los requisitos necesarios para conseguir la pulverización del combustible en la medida idónea y distribuirlo uniformemente por la cámara de combustión. Es por eso que sus características dependen del tipo de cámara en que esté montado.

El inyector, cualquiera que sea su tipo, se fija a la cámara de combustión por medio del portainyector, que está formado por un cuerpo al que se acopla el inyector en sí, o como también se le llama, tobera. Éste último lo compone el cuerpo y la aguja.

Una tuerca es la realizada de fijar la unión.

En el interior del cuerpo se aloja la varilla, aplicada contra la aguja por la acción del muelle, cuya fuerza es regulable por medio del tornillo y la contratuerca.

Su funcionamiento es el siguiente: el combustible llega al portainyector por una canalización que llega de la bomba, y pasa al inyector a través de un conducto lateral. El sobrante de combustible circula alrededor de la varilla empujadora, lubricándola, para salir por la canalización que lo lleva al depósito de combustible por el circuito de retorno.

En la parte superior del portainyector se encuentra el sistema de reglaje de la presión de tarado del inyector. Dicha presión puede variarse actuando sobre el tornillo que actúa contra el muelle.

El sistema se encuentra protegido por un tapón.

Debe comprenderse que las superficies de unión del inyector al portainyector deben tener un mecanizado perfecto, pues si no fuese así se producirían fugas de combustible, lo cual reduciría el caudal inyectado y haciendo que el motor funcione de forma defectuosa.

El inyector en sí está formado por dos partes, aguja y cuerpo. Estas dos piezas están apareadas y presentan un juego de acoplamiento del orden de 2 a 4 micras. El cuerpo lleva un taladro en el que se aloja la aguja, que en su parte inferior está provista de dos superficies cónicas, de las cuales una apoya en un asiento formado en el cuerpo y la superior, que es la que recibe el empuje del líquido que provoca el levantamiento de la aguja.

Alrededor del cono se forma una cámara, a la que llega el combustible a presión por un conducto procedente de la bomba de inyección. La salida del combustible se realiza por un orificio.

El portainyector se fija al la culata en la cámara de combustión, por medio de una brida, o bien roscado a ella.

En los dos tipos, el inyector acopla en su alojamiento de la culata con interposición de unas juntas de estanqueidad con forma de arandela, de las cuales una se sitúa en la punta de la tobera haciendo asiento en el alojamiento de la culata, y la otra en el portainyector.

Ambas juntas de estanqueidad deben ser sustituidas cada vez que se desmonte el inyector, ya que de no sustituirse podrían no hacer un acople correcto, por estar deformadas o adaptadas al inyector anterior.

Debido a las diferentes cámaras de combustión utilizadas en los motores Diesel, la forma, fuerza de penetración, y pulverización del chorro de combustible proporcionado por el inyector están adaptados a las condiciones específicas del motor. De esta manera, se distinguen dos tipos esenciales de inyectores:

• De orificios.

• De tetón o espiga.

El de orificios está desarrollado para motores de inyección directa, mientras que el de tetón tiene varias versiones, cada una de las cuales está diseñada para una función concreta, y no funcionará de manera satisfactoria si se emplea en otra aplicación distinta.

Los inyectores de tetón o espiga se utilizan sobre todo en motores de inyección indirecta, es decir, en motores con precámara de inyección. En este tipo de tobera, la aguja está provista en su extremo de un tetón con una forma predeterminada ( cilíndrica o cónica ), que posibilita la formación de un prechorro, de manera que al comienzo de la abertura se deja un pequeño espacio en forma de anillo que deja salir muy poco combustible, haciendo una especie de efecto estrangulador. A medida que se agranda la abertura, por aumento de la presión de inyección, la sección de paso aumenta, hasta que hacia el final de la carrera de la aguja se inyecta la dosis principal de combustible.

En la actualidad, y gracias al avance de los distintos materiales, algunas piezas de los inyectores son realizadas en material plástico, aunque en zonas donde la presión no sea un peligro para su integridad.

También se siguen fabricando inyectores completamente metálicos.

Dispositivo de ayuda al arranque.

Dadas las características de funcionamiento de un motor Diesel, en donde el gasóleo inyectado debe inflamarse al contacto con el aire caliente encerrado en la cámara de combustión, se comprende que en condiciones de motor frío el arranque presente ciertas dificultades, pues en estas condiciones una parte importante de la temperatura alcanzada por el aire en la fase de compresión es evacuada por las paredes de la cámara, empeorando las condiciones para obtener una buena combustión. Por este motivo se han desarrollado los dispositivos de ayuda para el arranque, que consisten en dispones unos calentadores o bujías de precalentado en la cámara de combustión, que se hacen funcionar en condiciones de motor frío.

Las bujías de precalentado se atornillan a la cámara de combustión en alojamientos adecuados de la culata y proporcionan calor adicional al aire allí encerrado durante la compresión.

El elemento calefactor se implanta en la punta del calentador y queda posicionado en su montaje en la zona más apropiada de la cámara de combustión, que es junto al inyector.

En algunos motores se implantan los calentadores en el colector de admisión, calentando el aire que se introduce en el cilindro.

Puede haber varios calentadores en un motor, incluso uno solo ( que estaría en el colector de admisión ), pero la disposición más normal es de uno por cilindro.

Constan de un cuerpo metálico provisto de una rosca, para su acoplamiento a la culata. En el interior del cuerpo se aloja un elemento térmico, en forma de tubo, en cuyo interior se sitúa la resistencia eléctrica de caldeo, a la que se hacer llegar la corriente eléctrica a través de la espiral de conexión, desde el borne de conexión, al que se fija el cable eléctrico por medio de una tuerca. El paso de la corriente eléctrica por la resistencia hace que ésta se ponga incandescente calentando la funda metálica que la rodea, la cual transmita el calor a la cámara de combustión, donde está alojada.

La conexión eléctrica de las bujías de precalentado se realiza a través de una central temporizada, que suministra la energía eléctrica en intervalos bien determinados. Cuando se acciona la llave de contacto, la central permite el paso de corriente hasta los calentadores durante un tiempo aproximado de 30 segundos, antes de efectuarse el arranque, encendiéndose al mismo tiempo la luz testigo en el tablero de instrumentos, que advierte al conductor de que se está realizando el calentamiento previo al arranque. Transcurrido este tiempo, la luz se apaga, indicando al conductor que ya se puede efectuar el arranque.

Posteriormente, ya con el motor en marcha, la central electrónica suministra una corriente pulsatoria a los calentadores, que siguen funcionando todavía a intervalos durante un cierto tiempo, necesario para lograr un rápido calentamiento del motor.

De esta manera se consigue una importante mejora de la combustión del combustible con el motor frío.

Esta segunda fase de funcionamiento se prolonga hasta aproximadamente dos minutos después de haber realizado el arranque del motor.

La caja electrónica de temporización recibe la corriente directamente de la batería, a través de un borne provisto de un fusible, y recibe la señal de activación a través del borne de llegada del motor de arranque.

La temporización que establece esta caja electrónica está determinada por su circuito interno en este caso.

En otras aplicaciones la estrategia de mando de las bujías de precalentado se establece en función de diversos parámetros, como son la temperatura del motor, la temperatura ambiente, las condiciones de carga del motor ...

Control electrónico de la inyección Diesel.

La inyección electrónica Diesel puede ser dividida en tres bloques: los sensores, la unidad de mando y control y los elementos actuadores.

Los sensores registran las condiciones operativas del motor y transforman diversas magnitudes físicas en señales eléctricas. Un sensor integrado directamente en el portainyector capta el comienzo de la inyección registrando el movimiento de la aguja, que reproduce el momento de la inyección.

La presión en el colector de admisión es detectada por un sensor manométrico, que envía la correspondiente señal a la unidad de control, al igual que las de los otros sensores.

El captador de régimen motor y posición es de tipo inductivo, similar al que se dispone en los sistemas de inyección electrónica de gasolina, funcionando de la forma ya conocida.

Para la medida de la masa de aire aspirado se utiliza un caudalímetro, que incorpora una sonda de temperatura cuya señal corrige la del caudalímetro adecuándola en función de la temperatura del aire aspirado.

La temperatura del motor es medida a través de una termistancia emplazada en el bloque motor, en contacto con el líquido de refrigeración.

La posición del pedal del acelerador es detectada por un sensor potenciométrico, que incorpora un interruptor para captar la posición de reposo que sería la que correspondiese al ralentí.

En la bomba de inyección se incorpora una sonda de temperatura del gasóleo y un potenciómetro que detecta el recorrido del tope de regulación de caudal.

Todas las señales de los diferentes sensores son enviadas a la UCE, que es la unidad de control electrónico, estructurada en técnica digital, que contiene varios microprocesadores y unidades de memoria.

En la unidad de control se procesa la información y se calculas las magnitudes de las señales de salida de conformidad con las características almacenadas en la memoria.

Dicha UCE suele estar en el habitáculo de los pasajeros para estar más protegida de los agentes externos.

En ella hay memorizados diferentes campos característicos que actúan en dependencia de diversos parámetros, como la carga del motor, el régimen, la temperatura del motor, caudal de aire...

Los circuitos electrónicos están protegidos contra perturbaciones de la red del vehículo en forma de picos de tensión o interferencias. Cualquier anomalía de funcionamiento detectada queda grabada en la memoria y puede ser leída posteriormente a través del conector de diagnóstico.

En los casos de avería, la UCE establece un funcionamiento en fase degradada del motor que permite circular con el vehículo hasta el taller más próximo.

Desde la UCE se maneja también la caja de precalentado.

Las señales eléctricas de salida de la UCE son transformadas por los distintos actuadores en magnitudes mecánicas.

De los diversos actuadores podemos citar por su importancia la válvula de reciclado de los gases de escape y la válvula reguladora de la presión del turbo, ambas de tipo electromagnético.

En la bomba de inyección se sitúan la válvula de corte de suministro del combustible y los dispositivos electromagnéticos de corrección del avance de la inyección y del caudal de inyección.

Las funciones de regulación de caudal y avance de la inyección pueden ser gobernadas por medios electrónicos, mediante los cuales se optimiza la cantidad de gasóleo inyectada, adaptándola exactamente a las necesidades de la marcha del motor.

La incorporación de estos dispositivos electrónicos a las bombas de inyección de los motores Diesel conlleva una serie de ventajas fundamentales que permiten reducir notablemente los consumos de combustible y los niveles de emisión de gases contaminantes, por cuyas causas se han desarrollado y aplicado masivamente a las bombas de inyección.

El caudal de combustible inyectado influye notablemente sobre el arranque del motor, la potencia y el comportamiento de marcha, así como en la emisión de humos. En la UCE se determina el valor de caudal que debe inyectarse, de acuerdo con los datos memorizados en campos característicos y los valores reales medidos por los distintos sensores. De igual manera se determina el punto de inicio de la inyección.

La precisión del comienzo de la inyección está garantizada por un detector de movimiento de la aguja del inyector que capta el comienzo exacto de la misma directamente en el inyector, enviando su señal a la UCE, que la compara con el inicio de inyección programado en su memoria y genera unos impulsos de control que son enviados al sistema de variador de avance, que corrige el punto de inyección en función de las condiciones de marcha del motor.

Bomba rotativa Bosch con gestión electrónica.

Básicamente es igual a uno del tipo convencional, solo que en este modelo se ha sustituido el grupo regulador mecánico de caudal por un sistema electromecánico que realiza las mismas funciones.

El tope de regulación de caudal es similar a las bombas convencionales y funciona de la misma manera, pero ahora está comandado por una unidad electromagnética capaz de posicionar el tope de regulación adecuadamente en función de la cantidad de combustible que se vaya a inyectar.

Para la variación del punto de inicio de la inyección se dispone de una electroválvula, que comandada desde el calculador electrónico regula la presión de transferencia del combustible que se aplica al variador de avance, mediante el cual se hace variar la posición del anillo de levas y con ello del avance de la inyección.

Esta electroválvula funciona comandada por impulsos eléctricos, cuya relación tiempo abierta / tiempo cerrada determina el caudal de paso del combustible y con ello la presión aplicada al variador de avance.

La unidad de regulación de caudal la constituyen un electroimán fijo y un imán permanente rotativo unido a un eje que en su extremo inferior forma la rótula excéntrica acoplada al tope de regulación de caudal.

Por tanto, regulando adecuadamente la frecuencia de los impulsos enviados desde la UCE, se consigue posicionar convenientemente el tope de caudal para adecuar el suministro de combustible a las necesidades del motor en cada una de las condiciones de funcionamiento del mismo.

Bomba rotativa CAV con gestión electrónica.

En las bombas de inyección rotativa CAV, dada la estructura del elemento único de bombeo, los componentes electrónicos de control presentan una configuración y funcionamiento diferentes, aunque ejecutan las mismas funciones.

Para la regulación de caudal se disponen dos electroválvulas controladas por el calculador electrónico y un captador de la posición axial del rotor, cuya señal es enviada al calculador electrónico, de manera que de acuerdo con ella y otras recibidas de distintos sensores en el motor determina la activación de las electroválvulas de regulación del caudal. El sistema variador de avance está gobernado por otra electroválvula controlada también por el controlador electrónico.

En la misma cámara axial del rotor se ubica el captador de posición del mismo, capaz de detectar la posición de éste y, en consecuencia, el caudal de inyección.

En el variador de avance se dispone otro captador, que en este caso detecta la posición de la leva y, consecuentemente, el avance de la inyección.

En las bombas de inyección CAV se suprime la válvula dosificadora convencional y las funciones de dosificación y bombeo las realiza el propio cabezal hidráulico, para lo cual está constituido por una cabeza hidráulica en la que se aloja el rotor distribuidor, que porta los émbolos de bombeo y las zapatas, las cuales presentan una rampa inclinada, que a su vez se aloja en las rampas del eje de transmisión.

El conjunto queda ensamblado en el anillo de levas de forma que los rodillos sigan el perfil de las levas para producir el movimiento de bombeo de los émbolos de manera similar a las bombas convencionales.

Así pues, la dosificación del caudal de inyección se obtiene por la posición axial del rotor, que permite ajustar la apertura máxima de los émbolos de bombeo, que en todo momento está controlada por las electroválvulas de caudal, las cuales reciben impulsos de control desde la UCE, en función de las condiciones de marcha del motor, detectadas por los diferentes sensores.

La posición axial del rotor es detectada por un captador magnético, que consiste en un núcleo unido al rotor que se ubica en el interior de la bobina, modificando la inductancia de la misma, a través de la cual varía la señal que es enviada a la unidad de control, que de esta manera reconoce la posición axial del rotor y, en consecuencia, el caudal real de inyección.

De acuerdo con las condiciones de funcionamiento del motor detectadas por los diferentes sensores, la UCE determina el caudal a inyectar y activa las electroválvulas para situar el rotor en la posición axial que corresponda. El captador de posición detecta esta situación y envía a la Uce la debida información, que la compara con la requerida y, según la necesidad, aplica una corrección abriendo una de las electroválvulas de caudal durante un tiempo determinado para obtener el desplazamiento requerido.

En los sistemas de inyección CAV con control electrónico, el dispositivo de avance de la inyección presenta una estructura similar al de las bombas convencionales, con la incorporación de una electroválvula de control.

Sensores del sistema.

Para adecuar los caudales y el punto de la inyección a las necesidades de la marcha del motor se disponen diferentes sensores en el motor, cuyas señales son enviadas al calculador electrónico, que las procesa para determinar la magnitud de la corriente de mando del regulador de caudal y la electroválvula de avance de la inyección.

Se utilizan generalmente sensores de posición del pedal del acelerador, régimen motor y posición del pistón en el cilindro, presión en el colector de la admisión, temperatura del refrigerante y del aire de la admisión, caudal de aire de admisión y un sensor capaz de detectar el inicio de la inyección, que se ubica en uno de los inyectores.

En la UCE hay memorizados diferentes campos característicos que determinan el avance y el caudal necesarios para cada una de las condiciones de funcionamiento del motor, dependiendo de diversos parámetros como la carga, el régimen, la temperatura del motor y el caudal de aire aspirado.

Gestión electrónica del motor Diesel.

En los sistemas de inyección Diesel con control electrónico, las condiciones de funcionamiento del motor son registradas por sensores, como se ha mencionado anteriormente, que hacen llegar las correspondientes señales eléctricas a la unidad de control.

Tanto estos medidores como la propia central electrónica forman el sistema de control.

A los captadores mencionados deben añadirse los detectores de posición y sensores incorporados en la propia bomba de inyección y la electroválvula de paro, que también se conectan a la UCE.

A partir de todas estas señales, la UCE activa los diversos actuadores de la bomba de inyección, la caja de precalentado, la electroválvula EGR, el relé de corte del climatizador, la electroválvula de control de la presión de soplado del turbocompresor, si dispone de ella, ...

La lógica del calculador incluye las funciones de control de la inyección, los contaminantes emitidos, las estrategias de marcha del motor, el antiarranque codificado y la autodiagnosis, memorizando algunas posibles averías.

La cantidad de gasóleo inyectado depende de la UCE. Como magnitudes principales para establecerla se utilizan las señales recibidas del caudalímetro, captador de posición del acelerador y el régimen de giro del motor, pero también otros datos, como la temperatura del motor, la del aire de admisión, ..., son susceptibles de modificar el volumen inyectado.

Todos estos factores son comunicados al dispositivo de mando, que transforma estos datos en impulsos eléctricos para el gobierno de los diversos actuadores.

Con el fin de optimizar el comportamiento de marcha pueden tenerse en cuenta otros factores a la hora de dosificar el combustible, como el instante de la aceleración, la marcha en retención del motor o el corte de inyección a un determinado régimen máximo.

Las oportunas señales son reconocidas por la unidad de control, que en función de ellas modifica la señal de mando para el actuador de caudal y el de avance de la inyección.

Si por cualquier causa se detectaran anomalías en el funcionamiento deberían revisarse los siguientes elementos, de forma preliminar:

• Circuito de arranque en buen estado: batería, cableado y motor de arranque.

• Circuito de precalentamiento y sus cables en buen estado.

• Fusibles correctos.

• Existencia de combustible.

• Calidad del combustible.

• Aceite motor en buen estado y nivel.

• Tuberías de combustible en buen estado, que no tengan roturas que produzcan fugas ni estén obstruídas.

• Inexistencia de tomas de aire.

• Circuito de alimentación de aire estanco.

• Filtro de aire limpio.

• Sistema de escape estanco, sin tomas de aire ni fugas.

• Motor en buen estado mecánico, con una compresión correcta, juego de válvulas, calado de la distribución, punto de la inyección, tarado de inyectores, junta de culata ...

Además en todos los casos debe comprobarse que a cada uno de los sensores le llegue la tensión de mando adecuada.

Después se comprobará que las señales emitidas por la unidad de control electrónico sean las adecuadas.

En el caso de las sondas de temperatura, la tensión de salida debe corresponderse con la especificación, y, en cualquier caso, variar en función de la temperatura, lo cual puede ser comprobado a medida que se calienta el motor.

Sistema bomba-inyector con mando electrónico.

Las mayores exigencias que imponen cada día las normativas sobre emisiones sonoras y gases de escape en los motores Diesel, hacen necesario el desarrollo de nuevas técnicas. Por lo que se refiere a los sistemas de inyección directa, una de estas soluciones la constituye el sistema de inyección de alta presión por medio de un inyector bomba con mando electrónico, en el que la bomba, el inyector y una válvula electromagnética constituyen una unidad compacta ubicada en la culata del motor y accionada mecánicamente por una leva adicional del árbol de levas y eléctricamente por la unidad de control.

Este sistema es el que emplea el grupo Volkswagen-Audi en sus motores TDI, que tanto éxito les están reportando.

La implantación de este sistema en el motor se basa en la posición del inyector en la culata, de forma que queda posicionado en el centro de la cámara de combustión que forma el pistón.

En este tipo de inyección el inyector está accionado por un balancín que recibe movimiento de forma directa del árbol de levas.

En el cuerpo del inyector se forma la propia cámara de bombeo, a la cual llega el combustible por unos conductos labrados en la culata, desde los que pasa a la zona de alojamiento del inyector saliendo por el conducto de retorno en dirección al depósito.

La estructura de todos los componentes del sistema de mando es especialmente robusta para poder soportar mejor los esfuerzos a los que estarán sometidos en su funcionamiento, debido en gran parte a las grandes presiones de trabajo.

El sistema bomba-inyector presenta frente a los sistemas de inyección convencionales una serie de ventajas, de las cuales destacan:

• Un diseño compacto.

• Una capacidad de alcanzar mayores presiones de trabajo, que en algunos casos alcanzan los 2.000 bares.

• Disponer de una preinyección separada de la inyección principal.

• Una sonoridad de combustión más reducida.

• Emisiones de gases contaminantes más bajas.

Por el contrario, este sistema también presenta algunos inconvenientes, de los cuales los más importantes son:

• Un diseño complejo de la culata.

• Mayor exigencia de trabajo para el árbol de levas.

• Correa dentada sometida a mayores cargas de trabajo.

El esquema de este sistema sería así: el combustible es aspirado del depósito por una bomba de paletas que es arrastrada por el motor, que lo aspira a través de un filtro, impulsándolo a través de otro filtro hacia la canalización de alimentación de los inyectores- bomba, que está labrada en la culata.

El sobrante no inyectado retorna por otra canalización de la culata hacia la bomba de alimentación, o al depósito directamente.

La bomba de alimentación de combustible es del tipo de paletas y generalmente dispone un lado para la impulsión de combustible y el otro se utiliza como bomba de vacío para generar la depresión necesaria para la activación del servofreno y otros dispositivos.

En el interior de la bomba de impulsión del combustible se ubica una válvula limitadora de presión, tarada normalmente a 7 bares, que es, por tanto, la presión de impulsión del gasóleo para alimentar a los inyectores bomba.

Dicha válvula limitadora de presión se encuentra inmediatamente después del filtro.

En el circuito de retorno del combustible se dispone otra válvula limitadora de presión, tarada esta vez a 1 bar y un conducto de by-pass que facilita la purga de aire en caso de vaciado del circuito.

También en el circuito de retorno se ubican el sensor de temperatura del combustible y un radiador para enfriarlo, ya que sale caliente de los inyectores, en los cuales llega a alcanzar temperaturas del orden de 150º C, que se deben reducir a menos de 80º C antes de verter el combustible nuevamente en el depósito.

El inyector bomba está dividido en tres secciones fundamentales, como son la electroválvula de mando, el cuerpo de bombeo y la tobera.

El émbolo de bombeo es accionado en cada ciclo por leva y balancín contra la fuerza de un muelle antagonista que tiende a mantenerlo en su posición de reposo.

En la acción de bombeo se impulse al combustible contenido en la cámara. La tobera es de diseño análogo al de los inyectores convencionales y se abre por presión, inyectando el combustible finamente pulverizado en el cilindro. Generalmente dispone de cuatro a cinco orificios de salida.

La electroválvula está controlada directamente por la central electrónica, que determina las modalidades de inyección en base a la señal de mando.

Actualmente se emplean inyectores-bomba que efectúan la inyección del combustible en dos fases, realizando en primer lugar una preinyección de duración controlada y luego la inyección principal.

En estos inyectores el llenado de la cámara de alta presión se produce cuando el émbolo se mueve hacia arriba por la fuerza del muelle, aumentando el volumen de esta cámara. En estas condiciones, la electroválvula no es alimentada en corriente y se encuentra en posición de reposo, permitiendo el paso de combustible desde el conducto de alimentación hasta la cámara de alta presión.

Cuando en el giro del motor la leva presenta su saliente al balancín, en émbolo comienza su movimiento descendente y el combustible que se encuentra en la cámara de alta presión es empujado al conducto de alimentación en sentido contrario al de entrada.

En un determinado instante, la UCE activa la electroválvula y su aguja apoya en el asiento cortando la salida de combustible hacia el conducto de alimentación. A partir de ese instante aumenta rápidamente la presión en la cámara de impulsión, transmitiéndose a través del conducto lateral hasta la tobera, cuya aguja que da sometida al empuje que tiende a levantarla. Cuando la presión alcanza los 180 bares, se supera la fuerza del muelle de la tobera y comienza la preinyección.

La carrera de levantamiento de la aguja del inyector está limitada en esta fase de inyección por la formación de un colchón hidráulico. Al alcanzar el émbolo amortiguador el estrechamiento realizado en el cuerpo de la tobera, se dificulta enormemente la subida de la aguja y el combustible que está llegando a la tobera no puede ser desalojado con rapidez.

Como consecuencia de esto, la presión aumenta en la cámara de alta presión y se aplica al émbolo de evasión situado por encima del muelle del inyector. Alcanzado un determinado valor de presión, este émbolo se desplaza hacia abajo contra la fuerza del muelle, desalojando un determinado volumen de la cámara de alta presión, que hace decaer de manera repentina la presión en la misma, con lo cual se produce el cierre de la aguja del inyector, finalizando así la preinyección.

Seguidamente se produce la inyección principal, pues el émbolo de bombeo sigue su carrera descendente impulsado por el balancín y la correspondiente leva.

Con este desplazamiento se produce nueva mente un aumento de la presión en la cámara de alta presión y, alcanzados los 300 bares, la aguja del inyector vuelve a levantarse contra la fuerza del muelle, ahora pretensado debido al descenso del émbolo de evasión, lo que determina una presión de comienzo de inyección más elevada que la anterior.

La presión continúa en aumento durante esta fase de inyección superando los 2.000 bares, debido a que el émbolo de bombeo impulsa una cantidad de combustible mayor de la que puede salir por los orificios de la tobera.

El final de la inyección se produce cuando la UCE corta la corriente de alimentación de la electroválvula y ésta se abre, en cuyo instante el combustible encerrado en la cámara de alta presión escapa a través de la electroválvula hacia el conducto de la alimentación.

El consiguiente descenso de la presión en la cámara como consecuencia de la fuga determina el cierre de la aguja del inyector y el retorno del émbolo de evasión a su posición de reposo.

Cada una de las electroválvulas de los inyectores-bomba está conectada a la UCE, que dosifica el combustible en función de la posición del pedal del acelerador, el régimen del motor y la masa de aire aspirado. La duración de los impulsos para las electroválvulas determina el caudal de inyección, que puede ser corregido en función de la temperatura del motor y otros parámetros, para lo cual, la UCE recibe información de diversos sensores, cuya constitución y funcionamiento son similares a los empleados en los otros tipos de inyección con control electrónico.

El avance de la inyección se establece fundamentalmente por el régimen de giro del motor, aunque puede ser corregido en función de la temperatura y condiciones de marcha del motor.

La regulación de la velocidad máxima y el régimen de ralentí se comandan desde la unidad de control.

En la fase de arranque en frío, cuando uno de los tres sensores de temperatura registra una temperatura inferior a 10º C, se activa el módulo de precalentamiento, que alimenta a los calentadores durante un tiempo, que depende de las condiciones de funcionamiento del motor, como en otros sistemas de inyección.

Las señales recibidas en la UCE procedentes del interruptor del pedal del embrague y del freno permiten establecer una ligera reducción del caudal de inyección para evitar tirones del motor en la marcha.

Una importante característica de los sistemas de inyección con control electrónico de los inyectores-bomba es que permiten una corrección selectiva del caudal por cilindro con la que se logra un funcionamiento más suave del motor en ralentí. La UCE reconoce el rendimiento de cada uno de los cilindros a través de la señal de régimen del motor. Tras cada combustión en cada uno de los cilindros, la UCE registra la aceleración sufrida por el cigüeñal y, si detecta diferencias entre ellas, corrige el caudal de inyección convenientemente para igualar el rendimiento de todos los cilindros.

Sobrealimentación de un motor Diesel.

En los motores Diesel el sistema más utilizado para realizar su sobrealimentación es el que utiliza un turbocompresor, ya que es un sistema sencillo, fiable y que mejora las cualidades de funcionamiento del motor además de sus prestaciones. Su funcionamiento no difiere al de los usados en los motores de gasolina.

En algunos motores se utilizaron compresores volumétricos, pero fueron desechados por problemas de desarrollo y su mayor complejidad.

El turbocompresor se compone esencialmente por una turbina y un compresor, montados en el mismo eje. La turbina recibe el movimiento de los gases de escape, que se encuentran a elevada temperatura, y que la ponen en rotación. Al mismo tiempo la rueda del compresor comprime el aire que va a ser introducido en la admisión y posteriormente en los cilindros.

La cantidad y la presión del aire que entra es proporcional a la velocidad de rotación.

El turbocompresor presenta en su funcionamiento grandes ventajas, de entre las cuales destacan:

• Incremento notable de la potencia y el par motor, que puede llegar a un 35% más que el mismo motor en versión atmosférica.

• Son motores generalmente más silenciosos, aunque a veces se percibe un silbido, procedente del turbo, en las aceleraciones.

• Su rendimiento volumétrico es mayor, con lo que las combustiones son más completas, dando como resultado un consumo mucho más bajo a igualdad de potencia.

• La combustión es mucho más eficaz y limpia, con lo que se reducen los gases contaminantes.

En algunos motores, se intercalan intercambiadores de calor entre el turbo y el colector de admisión, con el fin de reducir la temperatura del aire de admisión.

Dichos intercambiadores pueden ser del tipo aire/aire, si el aire se refrigera por la circulación de otros aire, o aire/agua, si se refrigera mediante el paso de un líquido.

Para controlar las presiones de trabajo se coloca una válvula limitadora de presión, o waste-gate, cuya misión es controlar la presión mínima y máxima del turbo, para un mejor funcionamiento.

Dicha válvula es controlada por la UCE.

Bibliografía.

Para le realización de este trabajo he recurrido a los siguientes libros y publicaciones:

• Sistemas auxiliares de motor, de José Manuel Alonso.

• Revista Car and Driver, de Marzo del 2.003.

• Revista GT Max, de Septiembre / Octubre de 2.002.

• Revista GT Max, de Enero / Febrero de 2.004.