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Bombas de inyección en linea

Indice del curso

 

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

 

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

 

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

 

 

 

Aplicaciones de las bombas de inyección en linea
Estas bombas se pueden utilizar en motores con potencias que van desde 10 kW/cil, hasta 200 kW/cil, esto es posible gracias a la extensa gama de modelos de bombas de inyección en linea. Estas bombas se utilizan sobre todo en motores Diesel instalados en camiones y autobuses. Pero también se utiliza en turismos, tractores y maquinas agrícolas, así como en la maquinaria de construcción, por ejemplo: en excavadoras, niveladoras y dumpers.
Otro campo de aplicación de las bombas de inyección en linea es en los motores navales y en grupos electrógenos.

Bosch es el principal constructor de bombas de inyección en linea y las denomina: PE. Existen bombas de distintos tamaños que se adaptan a la potencia del motor que van alimentar. Los tipos de bombas se reúnen en series cuyos rendimientos se solapan en los máximos y mínimos. Dentro de las bombas de inyección en linea PE existen dos construcciones distintas. Por un lado tenemos las denominadas "M" y "A" y por el otro las "MW" y "P".

Clasificación de la bombas de inyección en linea PE
Características: Tipos:
M
A
MW
P3000
P7100
Presión de inyección (bar)
550
750
1100
950
1300
Aplicación
Turismos y vehículos de transporte
Camiones ligeros y medianos, tractores, motores industriales
Camiones de gran tonelaje, motores industriales
Potencia por cilindro (kW/cilindro)
20
27
36
60
160

 

 

 


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

 

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

 

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

 

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


 

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

 

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


Las diferencias de presiones que se originan entre la parte superior de la válvula de reaspiración y la parte inferior, obligan a esta a cerrarse, ayudada al mismo tiempo por la acción de su muelle, impidiendo así que el combustible situado en el circuito de inyección pudiera retornar a la bomba.
Aunque la compresión del pistón cesa, no ocurre lo mismo con la inyección, que continua breves momentos debido a la presión reinante en el circuito de inyección, que continua breves momentos debido a la presión reinante en el circuito de inyección. Esta presión desciende a medida que disminuye la cantidad de combustible que hay en el circuito y que continua entrando al cilindro. Llegado un momento determinado, la presión es menor que la del tarado del inyector, en cuyo caso cesa la inyección de forma violenta.
El pistón de la bomba sigue subiendo hasta el PMS pero ya sin comprimir el combustible este se escapa por la rampa helicoidal al circuito de combustible por las lumbreras de admisión.

 

Válvula de presión (también llamada de reaspiración en algunos casos)
Esta válvula aísla la tubería que conecta la bomba con el inyector de la propia bomba de inyección. La misión de esta válvula es descargar la tubería de inyección tras concluir la fase de alimentación de la bomba, extrayendo un volumen exactamente definido de la tubería para por una parte mantener la presión en la tubería (así la próxima inyección se realice sin retardo alguno), y por otra parte debe asegurar, igualmente, la caída brusca de la presión del combustible en los conductos para obtener el cierre inmediato del inyector, evitando así cualquier minina salida de combustible, unida al rebote de la aguja sobre su asiento.

Funcionamiento
Al final de la inyección por parte del elemento bomba, la válvula de presión desciende bajo la acción del muelle (2). El macho de válvula (1) se introduce en el porta-válvula (5), antes de que el cono de válvula descienda sobre su asiento (3), aislando el tubo de alimentación de inyector (1).
El descenso final de la válvula (3) realiza una reaspiración de un determinado volumen dentro de la canalización, lo que da lugar a una expansión rápida del combustible provocando, en consecuencia, el cierre brusco del inyector cortando así la alimentación de combustible al cilindro del motor evitando el goteo.
El émbolo de descarga (2) cuando se cierra la válvula de presión aspira un pequeño volumen de combustible, que provoca el cierre rápido del inyector. Este volumen de combustible esta calculado para una longitud determinada de tubería, por lo que no se debe variar la longitud de esta en caso de reparación.
Para conseguir una adaptación deseada a los caudales de alimentación, en determinado casos especiales se utilizan válvulas compensadoras que presentan un tallado adicional (6) en el émbolo de descarga.

 

Estrangulador de retroceso
Esta situado entre la válvula de presión y la tubería que alimenta al inyector, puede instalarse en el racor de impulsión acompañando a la válvula de presión. Este elemento se utiliza para reducir en el sistema de alta presión fenómenos de desgaste producidos por los cambios rápidos de presión (cavitación). Durante la alimentación la presión del combustible es tan alta que la placa de la válvula (3) es comprimida contra la fuerza del muelle (2), con lo que el combustible puede fluir hacia el inyector sin obstáculos. Al final de la carrera útil del elemento de bombeo, el cierre de la aguja del inyector provoca una onda de presión en sentido contrario al de la alimentación. Esto puede ser causa de cavitación. Al mismo tiempo, el muelle de presión empuja la placa de válvula (3) contra su asiento, por lo que el combustible tiene que retroceder pasando por la sección del estrangulador, amortiguandose así la onda de presión, haciendola imperceptible.

 

Funcionamiento de la regulación del caudal de combustible
La cantidad de gasoleo inyectado, depende, por tanto, de la longitud de la carrera efectuada por el pistón, desde el cierre de la lumbrera de admisión, hasta la puesta en comunicación de esta con el cilindro, por medio de la rampa helicoidal.

Moviendo la cremallera en uno u otro sentido, pueden conseguirse carreras de inyección mas o menos largas que corresponden:
- Inyección nula
- Inyección parcial
- Inyección máxima

El cierre de la válvula de readmisión, debido a la acción conjunta de su muelle y de la presión existente en el conducto de salida, mantiene en esta canalización una cierta presión, llamada residual, que permite en el siguiente ciclo una subida de presión mas rápida y un funcionamiento mejor del inyector.

En el motor de gasolina, las variaciones de régimen y de potencia, se obtienen modificando la cantidad de mezcla (aire/gasolina) que entra en el cilindro. En el motor Diesel, esta variaciones se obtienen actuando únicamente sobre la cantidad de gasoleo inyectado en el cilindro, es decir, modificando la duración de la inyección.

El fin de la inyección depende de la posición de la rampa helicoidal con respecto a la lumbrera de admisión. Esta posición puede ser modificada haciendo girar el pistón sobre su eje vertical, por medio de una cremallera que engrana sobre la corona dentada fijada sobre el casquillo cilíndrico, que a su vez mueve al pistón. La cremallera es movida por el pedal del acelerador, o automáticamente por medio de un regulador, y da movimiento simultáneamente a todos los elementos de inyección de la bomba.

En un motor Diesel para provocar su paro debemos cortar el suministro de combustible que inyectamos en sus cilindros, para ello los motores dotados con bomba de inyección e linea llevan un dispositivo de mando accionado por un tirador y cable desde el tablero de mandos del vehículo, el cual hace desplazar a la cremallera hasta su posición de gasto nulo. Para la puesta en servicio de la bomba y el arranque del motor, basta pisar el pedal acelerador, con lo cual se anula el bloqueo del dispositivo de parada dejando a la cremallera en posición de funcionamiento de ralentí.

La bomba en linea ademas del "elemento de bombeo" necesita de otros elementos accesorios para su correcto funcionamiento, como son un regulador de velocidad que limite el numero de revoluciones (tanto al ralentí como el numero máximo de revoluciones, corte de inyección), y de un variador de avance a la inyección que en función del numero de r.p.m. varia el momento de comienzo de la inyección de combustible en los cilindros del motor.

 

 

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

 

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

 

 

 

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