Mecanismos Clave del Motor Diésel: Inyección, Combustión y Control

Explorando el Corazón del Motor Diésel: Componentes y Procesos

1. ¿Qué efectos se producen dentro del cilindro en el momento en que se combustiona el combustible en un motor diésel?

Cuando el gasóleo se inyecta en el aire caliente y comprimido dentro del cilindro, se autoenciende. Esta combustión provoca un rápido aumento de la temperatura y, consecuentemente, un significativo incremento de la presión. Esta presión empuja el pistón hacia el Punto Muerto Inferior (PMI), generando la fuerza motriz del motor.

2. ¿Qué condiciones de funcionamiento debe cumplir la bomba de inyección de un sistema diésel?

La bomba de inyección en un sistema diésel debe cumplir las siguientes condiciones fundamentales:

• Dosificar con exactitud la cantidad de combustible requerida para cada ciclo del motor.
• Distribuir el mismo caudal de combustible a cada cilindro.
• Suministrar y cortar el flujo de combustible con gran rapidez y precisión.
• Inyectar el combustible en el momento preciso del ciclo del motor.

3. ¿Qué presiones de inyección se alcanzan en las cámaras de inyección directa e indirecta?

Las presiones de inyección típicas son:

• Inyección directa: 240-260 bares (aunque en sistemas modernos como Common Rail pueden superar los 2000 bares).
• Inyección indirecta: 120-160 bares.

4. Establece las ventajas e inconvenientes de los motores con cámaras de inyección directa.

Ventajas:

• Mejor rendimiento térmico, lo que se traduce en una reducción del consumo de combustible.
• Arranque en frío más fácil en comparación con la inyección indirecta.

Inconvenientes:

• Pueden generar mayores niveles de ruido y vibraciones, resultando en un funcionamiento percibido como más tosco.
• Requieren presiones de inyección más elevadas.

5. ¿Qué dos fases principales existen para realizar el filtrado de combustible en un motor diésel?

El filtrado de combustible en un motor diésel se realiza típicamente en dos fases:

• Prefiltro: Es la primera etapa de filtrado. Puede estar ubicado en el tapón de llenado del depósito, dentro del propio depósito de combustible, o como una unidad separada antes de la bomba de alimentación. Su función es retener las partículas más grandes.
• Filtro Principal: Se encuentra generalmente entre la bomba de alimentación y la bomba de inyección. Este filtro tiene una mayor capacidad de retención de partículas finas para proteger los componentes de alta precisión del sistema de inyección.

6. ¿Qué dos partes principales conforman un inyector?

Un inyector diésel se compone principalmente de dos partes fundamentales:

• El cuerpo del inyector (o portainyector): Contiene los mecanismos internos, como el muelle y la aguja, y las conexiones para el combustible.
• La tobera: Es la parte inferior del inyector que contiene los orificios por donde se pulveriza el combustible en la cámara de combustión.

7. ¿Cómo se pueden clasificar los inyectores de orificios? Cita alguna de sus características principales.

Los inyectores de orificios se pueden clasificar principalmente en:

• Inyectores de orificio único: Poseen un solo orificio en la tobera. Atomizan el combustible en un chorro cónico.
• Inyectores de múltiple orificio: Cuentan con varios orificios (generalmente entre 4 y 10) en la tobera. Permiten una atomización más fina y una distribución más uniforme del combustible en la cámara de combustión, lo que mejora la mezcla aire-combustible. Operan a presiones que pueden variar, por ejemplo, entre 150 y 250 bares en sistemas convencionales, y mucho más altas en sistemas modernos.

8. ¿Qué es un dispositivo térmico de arranque?

Un dispositivo térmico de arranque, también conocido como calentador de llama o flame start system, es un sistema auxiliar para facilitar el arranque de motores diésel en condiciones de baja temperatura. Consiste en una especie de pequeña "antorcha" o bujía de incandescencia especial montada en el colector de admisión. Se suministra una pequeña cantidad de gasóleo a este dispositivo, que se enciende y calienta el aire de admisión antes de que entre a los cilindros, mejorando así las condiciones para la autoignición del combustible principal.

9. ¿Qué características principales deben tener las tuberías de alta presión de un circuito diésel?

Las tuberías de alta presión en un circuito diésel deben cumplir con características muy exigentes:

• Alta resistencia a la presión: Deben ser capaces de soportar presiones extremadamente altas, que en sistemas modernos pueden superar los 2000 bares.
• Resistencia a la fatiga: Deben resistir las pulsaciones de presión constantes sin fallar.
• Materiales de alta calidad: Generalmente están construidas en acero especial o acero inoxidable para evitar la corrosión y garantizar la durabilidad.
• Dimensiones precisas: Deben tener paredes de un espesor considerable y un diámetro interior liso y preciso para asegurar un flujo adecuado y resistir la presión.
• Longitud uniforme: En muchos sistemas, especialmente con bombas lineales o rotativas, las tuberías que van a cada inyector suelen tener la misma longitud para asegurar que el combustible llegue a todos los cilindros con el mismo retardo y presión.

10. Cita los tipos de bombas de alimentación diésel que se pueden encontrar en un circuito.

Los tipos comunes de bombas de alimentación (baja presión) en un circuito diésel incluyen:

• Bomba de diafragma (o membrana): Funciona mediante una membrana flexible, accionada mecánica o eléctricamente. Su principio es similar al de algunas bombas de gasolina.
• Bomba de émbolo: Utiliza uno o varios émbolos para impulsar el combustible. A menudo es accionada por una excéntrica del árbol de levas del motor o de la propia bomba de inyección.
• Bomba de engranajes: Utiliza dos engranajes que al girar atrapan y bombean el combustible.
• Bomba de paletas (o rotor celular): Un rotor con paletas deslizantes gira dentro de una carcasa excéntrica, impulsando el combustible.

11. ¿Cómo se pueden clasificar los calentadores (bujías de precalentamiento) dependiendo de su construcción? Explícalos.

Los calentadores o bujías de precalentamiento se pueden clasificar según su construcción en:

• Calentadores metálicos: La espiga de incandescencia, que es el elemento que se calienta, está hecha de una aleación metálica resistente a altas temperaturas. Esta espiga contiene una resistencia eléctrica y está aislada del cuerpo del calentador mediante un polvo aislante, como el óxido de magnesio.
• Calentadores cerámicos: El elemento calefactor está fabricado con un material cerámico avanzado, como el nitruro de silicio. Estos calentadores pueden alcanzar temperaturas más altas y de forma más rápida que los metálicos, además de tener una mayor durabilidad.

12. ¿Cuáles son las principales ventajas de la bomba rotativa respecto a la bomba lineal?

Las bombas de inyección rotativas presentan varias ventajas sobre las bombas lineales tradicionales:

• Mayor exactitud de caudal: Suelen ofrecer una dosificación más precisa y uniforme del combustible para cada cilindro.
• Mayor velocidad de rotación máxima: Permiten alcanzar regímenes de motor más elevados.
• Menor peso y volumen: Son más compactas y ligeras.
• Menor coste de fabricación: Generalmente, su producción es menos costosa.
• Integración de funciones: Suelen integrar más fácilmente los mecanismos de regulación y avance.

13. ¿Cuáles son los grandes grupos funcionales más importantes de la bomba rotativa BOSCH VE?

Los principales grupos funcionales de una bomba rotativa tipo BOSCH VE son:

• Bomba de alimentación de combustible (de paletas): Integrada en la carcasa, aspira el combustible del depósito y lo suministra a la bomba de alta presión.
• Bomba de alta presión con distribuidor: Un émbolo buzo genera la alta presión y distribuye el combustible a cada inyector en la secuencia correcta.
• Regulador de velocidad (mecánico o electrónico): Controla el caudal de combustible para mantener el régimen del motor deseado y evitar sobrerrevoluciones.
• Variador de avance de la inyección: Ajusta el momento de inicio de la inyección en función del régimen del motor.
• Válvula de corte de combustible (electroválvula de parada o ELAB): Permite detener el motor cortando el suministro de combustible.

14. ¿Qué función tiene la válvula de control de presión del sistema de alimentación de combustible de una bomba rotativa BOSCH VE?

La válvula de control de presión (o válvula reguladora de presión interna) en el sistema de alimentación de una bomba rotativa BOSCH VE tiene la función de mantener una presión de combustible relativamente constante en el interior de la carcasa de la bomba, independientemente del régimen de giro de la bomba de alimentación de paletas. Esta presión interna es crucial para el correcto funcionamiento del variador de avance y para asegurar un llenado adecuado de la cámara de alta presión.

15. ¿Qué sistema de la bomba rotativa se encarga de adelantar el punto de inyección?

El principal sistema encargado de adelantar el punto de inyección en una bomba rotativa es el variador de avance hidráulico. Este dispositivo ajusta el inicio de la inyección en función del régimen del motor. Adicionalmente, pueden existir otros sistemas que influyen o modifican este avance:

• KSB (Kaltstartbeschleuniger - Dispositivo de avance para arranque en frío): Proporciona un avance adicional de la inyección durante el arranque y la fase de calentamiento del motor en frío.
• LFB (Lastabhängiger Förderbeginn - Inicio de alimentación dependiente de la carga): Adapta el inicio de la inyección (y por tanto el avance) en función de la carga del motor.
• LDA (Ladedruckabhängiger Volllastanschlag - Tope de plena carga dependiente de la presión de sobrealimentación): En motores turboalimentados, adapta el caudal máximo de combustible a la presión de sobrealimentación, lo que indirectamente puede influir en la optimización de la combustión junto con el avance.

Los sistemas como LFB y LDA trabajan para optimizar la combustión y las emisiones bajo diferentes condiciones de carga y presión de sobrealimentación.

16. ¿Qué elemento de la bomba rotativa mueve el sistema de avance automático para avanzar el punto de inyección?

En el sistema de avance automático (variador de avance) de una bomba rotativa, la presión del combustible generada por la bomba de alimentación interna actúa sobre un pistón del variador de avance. Este pistón, al desplazarse, hace girar ligeramente el anillo de levas (o plato de levas) respecto al eje de accionamiento de la bomba. Este movimiento angular del anillo de levas es lo que adelanta o retrasa el momento en que los rodillos actúan sobre las levas, modificando así el inicio de la carrera de bombeo del émbolo distribuidor y, por tanto, el punto de inyección.

17. ¿Qué función realiza la válvula ELAB?

La válvula ELAB (Elektrische Absperrvorrichtung - Dispositivo Eléctrico de Corte), también conocida como electroválvula de parada o solenoide de corte de combustible, tiene la función de interrumpir el suministro de combustible hacia la sección de alta presión de la bomba de inyección para detener el motor. Cuando se corta la alimentación eléctrica a esta válvula (al girar la llave de contacto a la posición de apagado), un émbolo cierra el paso de combustible, impidiendo que llegue a los inyectores.

18. ¿Qué misión cumple el variador de avance de la bomba rotativa VE?

La misión principal del variador de avance en una bomba rotativa VE es ajustar automáticamente el inicio de la inyección de combustible (adelantándolo o retrasándolo) en función del régimen de giro (RPM) del motor. A medida que aumenta la velocidad del motor, se necesita más tiempo para que el combustible se queme completamente. Por ello, el variador adelanta la inyección para asegurar que la presión máxima de combustión ocurra en el momento óptimo después del Punto Muerto Superior (PMS), maximizando así el rendimiento del motor, mejorando la economía de combustible y reduciendo las emisiones contaminantes.

19. ¿Para qué se utilizan los dispositivos de adaptación LFB y KSB?

Los dispositivos de adaptación LFB y KSB en las bombas de inyección diésel se utilizan para optimizar el funcionamiento del motor en diferentes condiciones:

• LFB (Lastabhängiger Förderbeginn - Inicio de alimentación dependiente de la carga): Este dispositivo adapta el inicio de la inyección (y por ende, el avance) en función de la carga del motor. A cargas parciales, puede retrasar ligeramente la inyección para mejorar la suavidad de funcionamiento y reducir emisiones de NOx, mientras que a plena carga puede permitir un avance óptimo para el rendimiento.
• KSB (Kaltstartbeschleuniger - Acelerador de arranque en frío / Dispositivo de avance para arranque en frío): Este sistema se activa durante el arranque en frío y la fase de calentamiento del motor. Su función principal es adelantar el punto de inyección y, en algunos diseños, puede también aumentar ligeramente el caudal de ralentí. Esto mejora la combustibilidad de la mezcla aire-combustible frío, facilitando el arranque, reduciendo el humo blanco y estabilizando el ralentí en frío.