RAE 1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el

RAE
1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el título de INGENIERO
MECATRONICO
2. TÍTULO: DISEÑO Y SIMULACION DE BANCO DE PRUEBAS DE INYECTORES DIESEL PARA
VEHICULOS DE CARGA PESADA
3. AUTORES: Rafael Eduardo Garzón Torres, Jesús Arturo Ramírez
4. LUGAR: Bogotá, D.C.
5. FECHA: Junio de 2013
6. PALABRAS CLAVE: Banco de pruebas, diseño, diagnostico, sistema de inyección, inyector,
fallos comunes en el inyector, tobera, puntas.
7. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO: El objetivo principal de este proyecto es el diseño de un banco
que entrega el diagnóstico del funcionamiento del inyector en los dos sistemas de inyección
(Common Rail y Heui )y la simulación del modelo matemático del inyector en cada sistema, esto
se debe a que a nivel nacional no existen Bancos de Pruebas que evalúen las marcas de
inyectores diesel electrónicos más usados en Colombia y actualmente en la mayoría de centros de
mantenimiento el diagnostico se realiza artesanalmente y se basa en la comparación visual y
tanteo por parte del técnico
8. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN:
Línea de Investigación de la USB: Tecnologías actuales y Sociedad.
Sub linea de la Facultad de Ingeniería: Instrumentación y Control de Procesos.
Campo Temático del Programa: Automatización de Procesos y Robótica.
9. FUENTES CONSULTADAS:
BURNS, Ralph.” Fundamentos de quimica”. Pearson Education 2003.COUGHLIN, Robert
“Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales”. Prentice Hall HispanoamericaS.A.
1993. CREUS SOLE, Antonio. “Instrumentación Industrial”.Alfaomega Grupo Editor 1998
DENTON, Tom. ”Advance Automotive Faults Diagnosis” Elservier 2006. HART, Daniel.”
Electrónica de Potencia”. Pearson, 2001 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y
CERTIFICACIÓN. “Trabajos escritos: presentación y referencias bibliográficas”. ICONTEC, 2008.
110 p. ISENBURG, Ralf.” Sistema de inyección de acumulador de Common Rail”. Robert Bosch,
1999 MALVINO. Albert Paul ”Principios de Electrónica”. MacGraw-Hill. 2000. MORA.
10. CONTENIDOS:
El inyector funciona sometido a severas condiciones de operación, generadas por las propias
sustancias químicas que maneja y por las altas temperaturas y presiones que se encuentran en el
medio donde trabaja. Adicionalmente esta situación es agravada por la contaminación producida
en el motor, motivada por un inadecuado mantenimiento de éste y del propio sistema de inyección;
por si fuera poco, también lo exponemos a la contaminación del combustible producto de un
inadecuado transporte y almacenamiento del mismo. Estas condiciones generan en el inyector
sustancias contaminantes diversas que van desde óxidos de hierro y otros metales, hasta resinas
pesadas y carbón, las cuales se van depositando en los conductos internos, boquilla y filtro del
inyector, obstruyendo el paso del combustible
11. METODOLOGÍA: Es de carácter empírico-analítico, 12. CONCLUSIONES: Al realizar el estudio
en el inyector fue posible no solo determinar el modelo del inyector
si no su patrón de
comportamiento, con el único fin de analizar sus fallos y la mejora de su funcionamiento, se
concluye que el inyector heui por sus características físicas expulsa mayor cantidad de
combustible al mismo régimen de operación que los demás, por lo cual es ampliamente utilizado en
vehículos como tractomulas y tractores. Se concluye por los métodos estadísticos un intervalo de
comparación para discriminar el posible fallo, si lo hay, debido al volumen de combustible
expulsado.
1
DISEÑO Y SIMULACIÓN DE BANCO DE PRUEBAS DE INYECTORES DIESEL
PARA VEHÍCULOS DE CARGA PESADA
RAFAEL GARZÓN TORRES
JESÚS ARTURO RAMÍREZ RINCÓN
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
BOGOTÁ D.C - 2013
2
DISEÑO Y SIMULACIÓN DE BANCO DE PRUEBAS DE INYECTORES DIESEL
PARA VEHÍCULOS DE CARGA PESADA
RAFAEL GARZÓN TORRES
JESUS ARTURO RAMÍREZ RINCÓN
Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de profesional en
Ingeniería Mecatrónica
Asesor
Ingeniero Msc. Pedro Nel Martínez
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
BOGOTÁ D.C. 2013
3
Nota de Aceptación
_________________________________
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Presidente del Jurado
_________________________________
Jurado
_________________________________
Jurado
Bogotá D.C., 20 de junio de 2013
4
Este trabajo de grado se lo quiero dedicar a Dios y a mis
Padres quienes son todo en mi vida, quienes con mucho
cariño y esfuerzo me han hecho quien soy, por todo y por
más este logro es suyo, mis viejos.
RAFAEL GARZÓN TORRES
Esta tesis es dedicada a mis padres que me han apoyado
siempre para poder llegar a esta instancia de mis estudios,
ellos han estado presentes en toda circunstancia
apoyándome moral y éticamente.
También la dedico a mi hijo quien ha sido la mayor
motivación para nunca rendirme y poder llegar a ser un
ejemplo para él; a mi mujer quien ha sido un apoyo
incondicional para culminar mis estudios.
JESÓS RAMÍREZ
5
AGRADECIMIENTOS
Quiero expresar mis agradecimientos a Dios, mi familia por apoyarme en cada
momento, a mis maestros; quienes con su conocimiento y paciencia fueron de vital
importancia para culminar este trabajo especialmente al ingeniero Alcy y al
ingeniero Pedro; a LUBRIFRENOS CAR. DE. COL. por sus asesorías y su gran
disposición por ayudarnos, al Servicio Nacional de Aprendizaje por sus asesorías
y capacitaciones, y quiero agradecer especialmente a alguien quien siempre me
apoyo, sin importar la decisión siempre estuviste ahí, por tu comprensión y cariño,
por tu ayuda oportuna y desinteresada a ti carito te agradezco por todo lo que
haces.
RAFAEL GARZON TORRES
El agradecimiento de mi tesis es principalmente a DIOS quien me ha guiado y me
ha dado la fortaleza de seguir adelante y no desfallecer.
A LUBRIFRENOS CAR. DE. COL. Por qué ha sido un apoyo incondicional, a los
profesores como el ING. PEDRO NEL y el ING.ALCY que con sus asesorías,
conocimientos y apoyo hemos podido desarrollar la tesis de manera especial sin
tener obstáculo alguno.
JESUS RAMIREZ
6
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN
22
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES
1.2 DETERMINACIÓN DEL PROBLEMA
1.3 JUSTIFICACIÓN
1.4 OBJETIVO
1.4.1 Objetivo General
1.4.2 Objetivos Específicos
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
1.5.1 Alcances
1.5.2 Limitaciones
23
23
23
24
25
25
25
25
25
25
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.2.1Tanque de combustible
2.2.2 Bomba succionadora
2.2.3 Filtro de combustible.
2.2.4 Bomba elevadora de presión
2.2.5 EDC
2.2.6 Inyección del combustible
2.2.7 Inyector common rail
2.2.8 Inyectores HEUI
2.2.9 Diagnostico mecánico de inyectores
2.2.10 Verificación y limpieza del inyector
27
27
27
28
29
30
32
35
36
42
56
57
3. METODOLOGIA
62
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN
62
3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO
TEMÁTICO DEL PROGRAMA
62
3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
62
4. DISEÑO INGENIERIL
63
4.1 DISEÑO DEL SELECTOR PARA RECONOCIMIENTO DEL INYECTOR
63
4.2 DISEÑO DEL SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS PARA LOS DOS (2)
TIPOS DE INYECTOR
64
4.2.1 Diseño Experimental
64
4.2.2 Calculo del sistema de apertura y cierre del inyector
64
4.2.3 Generación del tren pulsos
80
4.2.4 Diagrama de flujo del programa
81
4.2.5 Adquisición de datos del sensor (Celda de carga).
81
7
4.3 DISEÑOE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA PARA EL PROCESAMIENTO
DE SEÑALES SEGÚN LOS NÚMEROS DE RESPUESTA DE OPERACIÓN DEL
INYECTOR
84
4.3.1 selección de la variable de respuesta
84
4.3.2 método de comparaciones pareadas en el Banco de Pruebas.
99
4.4 DISEÑO DEL BANCO
110
4.4.1 Diseño mecánico del banco de pruebas.
110
4.5 SIMULACIÓN DEL INYECTOR
133
4.5.1 Graficas de Simulación de Inyectores
140
5. CONCLUSIONES
168
BIBLIOGRAFIA
169
ANEXOS
171
8
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Bomba celular de rodillo de la electrobomba de combustible
28
Figura 2. Bomba celular de rodillos de la electrobomba de combustible
29
Figura 3.Filtro de combustible
30
Figura 4. Bomba celular de rodillos de la electrobomba de combustible
31
Figura 5.Sensor de presión múltiple
33
Figura 6.Sensor de revoluciones y posición
34
Figura 7.Sensor de posición del embolo
34
Figura 8.Sensor de posición acelerador
35
Figura 9.Inyector (Esquema)
39
Figura 10.Sistema de inyección
40
Figura 11.Rail o acumulador de presión
41
Figura 12.Inyector HEUI
43
Figura 13.Diagrama de Componentes de los Inyectores Unitarios Electrónicos de
Accionamiento Hidráulico (HEUI)
47
Figura 14.Bomba de alta presión
49
Figura 15.Inyector HEUI (Esquema)
51
Figura 16.Conjunto de la boquilla
53
Figura 17.Inyector HEUI (inyección piloto)
55
Figura 18.Proceso de llenado de aire de la cámara
56
Figura 19.Proceso de limpieza del inyector
57
Figura 20. Software de diagnósticolubrifrenoscar.de.col
63
Figura 21. Circuito equivalente del inyector Bosch
66
Figura 22. Diagrama de bloques circuito equivalente, inyector Bosch
68
Figura 23. Corriente del circuito
68
Figura 24.Circuito equivalente del inyector Delphi
69
Figura 25.Corriente del circuito
71
Figura 26.Corriente del circuito
72
Figura 27. Circuito de apertura y cierre del inyector
73
Figura 28.Circuito convertidor AC/DC
74
Figura 29.Voltaje de salida del circuito rectificador con filtro RC
74
Figura 30.Circuito convertidor AC/DC (ORCAD)
77
Figura 31.Señal de salida de voltaje
77
Figura 32.CaracterísticasMosfet SSP45N20B
78
Figura 33.Circuito de acople y protección
78
Figura 34.Señal de salida de voltaje
79
Figura 35. Circulo fuente voltaje
80
Figura 36. Diagrama de flujo
81
Figura 37. Amplificador rectificador de presión
83
Figura 38.Ecuación característica de la línea de datos
87
Figura 39.Ecuación característica de la línea de datos
89
Figura 40.Ecuación característica de la línea de datos
90
Figura 41.Tabla ANOVA
92
9
Figura 42.Cantidad de combustible expulsado
Figura 43.Grafica de las medias de los todos los datos en los inyectores
Figura 44.Tabla ANOVA
Figura 45.Cantidad de combustible expulsado
Figura 46.Grafica de las medias de los todos los fallos posibles
Figura 47. Tabla Anova
Figura 48.Cantidad de combustible expulsado
Figura 49.Grafica de las medias de los todos los fallos posibles
Figura 50.Bomba de alta presión
Figura 51. Tubería interna de banco (esquema)
Figura 52. Motor
Figura 53. Motor Bomba Cummins
Figura 54. Diagrama de carga en la viga
Figura 55. Diagrama de esfuerzo cortante
Figura 56.Diagrama de momento
Figura 57. Selección del perfil metálico
Figura 58.Características del perfil metálico
Figura 59. Tubo cuadrado
Figura 60.Diagrama de deformación
Figura 61. Simulación descarga en la columna (MD SOLID)
Figura 62.Imágenes Diseño del banco
Figura 63. Diseño
Figura 64. Selección tipo de inyector
Figura 65. Selección del Icono
Figura 66. Resultado
Figura 67. Fallo en las puntas Inyector Bosch
Figura 68. Fallo en la tobera inyector Bosch
Figura 69. Inyector Delphi nuevo
Figura 70. Inyector Delphi con fallo en las puntas
Figura 71. Inyector Delphi con fallo en la tobera
Figura 72. Inyector en perfecto estado
Figura 73. Inyector Heuicon fallo en las puntas
Figura 74. Inyecto Heui con fallo en la tobera
Figura 75.Área de contacto entre la aguja y el conducto
Figura 76. Esquema de simulación inyector BOSCH
Figura 77. Esquema de simulación
inyector DELPHI
Figura 78. Esquema de simulación HEUI
Figura 79. Grafica de caudal a 2 ms
Figura 80. Grafica de volumen para un intervalo de 2 ms
Figura 81. Grafica de caudal por el inyector en un intervalo de 6 milisegundos
Figura 82. Grafica de volumen por el inyector a 6 milisegundos
Figura 83. Grafica de caudal por el inyector en un intervalo de10 milisegundos
Figura 84. Grafica de volumen a 10 milisegundos
Figura 85. Gráfica de caudal a 2milisegundos
Figura 86.Grafica de volumen en 2 milisegundos
Figura 87. Gráfica de caudal a 5milisegundos
10
92
93
95
95
96
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98
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142
143
143
144
144
145
Figura 88. Grafica de volumen a 5 milisegundos
145
Figura 89. Grafica de de caudal a 10 milisegundos
146
Figura 90. Grafica de volumen 10 milisegundos
146
Figura 91. Grafica de caudal en 2 milisegundos
147
Figura 92. Grafica de volumen a 2 milisegundos
147
Figura 93. Grafica de caudal para 6 milisegundos
148
Figura 94. Grafica de volumen para 6 milisegundos
148
Figura 95. Grafica de caudal para 10 milisegundos
149
Figura 96. Grafica de volumen para 10 milisegundos
149
Figura 97. Grafica de caudal para 2 milisegundos
150
Figura 98. Grafica de volumen para 2 milisegundos
150
Figura 99. Grafica de caudal para 6 milisegundos
151
Figura 100. Grafica de volumen para 6 milisegundos
151
Figura 101. Grafica de caudal para 10 milisegundos
152
Figura 102. Grafica de volumen para 10 milisegundos
152
Figura 103. Grafica de caudal para 2 milisegundos
153
Figura 104. Grafica de volumen para 2 milisegundo
153
Figura 105. Grafica de caudal para volumen de 6 milisegundo ¡Error! Marcador no
definido.
Figura 106. Grafica de volumen para 6 milisegundo
154
Figura 107. Grafica de caudal para 10 milisegundo
155
Figura 108. Grafica de volumen para 10 milisegundo
155
Figura 109. Grafica de caudal para 2 milisegundos
156
Figura 110. Grafica de volumen para 2 milisegundo
156
Figura 111. Grafica de caudal para 6 milisegundo
157
Figura 112. Grafica de volumen para 6 milisegundo
157
Figura 113. Grafica de caudal para 10 milisegundo
158
Figura 114. Grafica de volumen para 10 milisegundo
158
Figura 115. Grafica de caudal para 2 milisegundos
159
Figura 116.Grafica de volumen para 2 milisegundos
159
Figura 117. Grafica de caudal para 6 milisegundos
160
Figura 118. Grafica de volumen para 6 milisegundo
160
Figura 119. Grafica de caudal 10 milisegundo inyector en perfecto estado
161
Figura 120.Grafica de volumen para 10 milisegundo
161
Figura 121. Grafica de volumen a 2 milisegundos
162
Figura 122. Grafica de volumen a 2 milisegundos
162
Figura 123. Grafica de caudal a 06 milisegundos
163
Figura 124. Grafica de volumen a 06 milisegundos
163
Figura 125. Grafica de caudal a 10 milisegundos
164
Figura 126.Grafica de volumen a 10 milisegundos
164
Figura 127.Grafica de caudal a 2 milisegundos
165
Figura 128. Grafica de volumen a 2 milisegundos
165
Figura 129. Grafica de caudal a 6 milisegundos
166
Figura 130. Grafica de volumen a 6 milisegundos
166
Figura 131. Grafica de caudal a 10 milisegundos
167
Figura 132. Grafica de volumen a 10 milisegundos
167
11
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1.Valores obtenidos en los solenoides de los inyectores
65
Tabla 2.Valores promedios en los solenoides de los inyectores
65
Tabla 3.Relación de peso-Voltaje
84
Tabla 4.Datos en inyectores COMMON RAIL BOSH.
85
Tabla 5.Valores promedio
85
Tabla 6.Método mínimos cuadrados
86
Tabla 7. Nuevos valores promedio
87
Tabla 8.Datos obtenidos en inyectores nuevos
88
Tabla 9. Nuevos valores promedio
89
Tabla 10. Nuevos valores promedio
90
Tabla 11.Tiempo de expulsión del inyector Bosch
91
Tabla 12.Tiempo de expulsión del inyector Delphi
94
Tabla 13.Tiempo de expulsión del inyectorCummins
97
Tabla 14.Datos en un inyector nuevo Bosch estándar
99
Tabla 15.Inyector 1 Nuevo
100
Tabla 16.Comparación Inyector estándar vs inyector nuevo
101
Tabla 17.Comparación entre el inyector estándar e inyector con fallo en los
orificios de expulsión
102
Tabla 18.Comparación de inyector estándare inyector con fallos en la tobera 103
Tabla 19.Comparación entre inyector nuevo Delphi e inyector estándar
104
Tabla 20.Comparación de inyector estándar vs inyector con fallo en las puntas u
orificios de expulsión
105
Tabla 21. Comparación inyector estándar Delphi e inyector con fallo tobera
106
Tabla 22.Comparación entre inyector estandardelphi e inyector nuevo
107
Tabla 23. Comparación entre inyector estandarheui e inyector con fallo en las
puntas u orificios de expulsión
108
Tabla 24. Comparación entre Inyector Estandar e Inyector con Fallo en Tobera 109
Tabla 25. Tipos de correas y sus características
116
Tabla 26.Aumentos de longitud para correas
117
12
LISTA DE ANEXOS
pág.
Anexo A. Código Programa Arnudio
172
Anexo B. Tabla de características de la tubería de acero
175
Anexo C. Rugosidad del Material.
176
Anexo D. Propiedades mecánicas de algunos alambres para resorte.
177
Anexo E. Diagrama de Moody.
178
Anexo F. Tabla para el coeficiente k, contracción súbita.
179
Anexo G. Coeficiente de resistencia de entradas
180
Anexo H. Coeficiente de resistencia para válvulas y acoplamientos.
181
Anexo I. Longitudes normales L, y factores de corrección de longitud k1 para
bandas V inglesas* de tipo común para servicio pesado
182
Anexo J. Longitudes de pago estándar Lp y factores de corrección de longitud Ks
para bandas V comunes si de servicio pesado
183
Anexo K. Requisitos de los combustibles “Diesel extra” y “Diesel corriente”
184
13
GLOSARIO
ANUNCIADOR TOTAL: El anunciador total lleva un registro del número total de
cambios realizados en todos los parámetros del sistema.
BOMBA DE ACEITE DE ALTA PRESIÓN: la bomba de aceite de alta presión es
una bomba de pistones axiales impulsada por engranajes. La bomba de aceite de
alta presión se usa para aumentar la presión de aceite del motor a fin de activar
los inyectores unitarios. La presión de aceite necesaria para activar los inyectores
unitarios se denomina presión de accionamiento.
CALIBRACIÓN: la calibración es un ajuste electrónico del serial de un sensor.
CAMBIOS PROGRESIVOS: los cambios progresivos consisten en cambios
ascendentes rápidos que recorren las velocidades inferiores. Los cambios se
efectúan por encima del par máximo pero por debajo de las rpm nominales. La
operación innecesaria del motor en gamas de velocidad mayores antes de
cambiar a la marcha siguiente malgasta combustible. Esta modalidad de operación
tampoco se aprovecha del aumento de par del motor.
CIRCUITO ABIERTO: un circuito abierto es una conexión eléctrica interrumpida.
La señal o el voltaje de suministro no pueden llegar al destino pretendido.
CIRCUITO DE DERIVACIÓN: un circuito de derivación es un circuito usado como
sustituto de un circuito existente. Se usa típicamente como circuito de prueba.
CÓDIGO DE DIAGNÓSTICO: a veces se denomina código de falla. Un código de
diagnóstico es una indicación de un problema o suceso de los sistemas eléctricos
del motor.
CONTRASEÑA: una contraseña es un grupo de caracteres numéricos o
alfanuméricos. Está diseñada para limitar el cambio de información en el ECM.
Los sistemas eléctricos del motor requieren contraseñas correctas del cliente para
cambiar los parámetros especificados por el mismo. Los sistemas eléctricos del
motor requieren contraseñas correctas de fábrica para borrar ciertos sucesos
registrados. Las contraseñas de fábrica también son necesarias para cambiar
ciertas especificaciones del motor.
CONTROL DE LA RELACIÓN DE COMBUSTIBLE (FRC): el FRC es un límite
basado en el control de la relación de combustible a aire. Se usa para controlar las
emisiones. Cuando el ECM detecta una mayor presión de salida del
turbocompresor, el ECM aumenta el límite para que el FRC permita la entrada de
más combustible en los cilindros.
14
CONTROL ELECTRÓNICO DEL MOTOR: el control electrónico del motor es un
sistema electrónico completo. El control electrónico del motor supervisa y también
controla la operación del motor en todas las condiciones.
CORRIENTE CONTINUA (CC): la corriente continua es un tipo de corriente que
circula uniformemente en un mismo sentido.
CORTOCIRCUITO: un cortocircuito es un circuito eléctrico conectado
erróneamente a un lugar que no se desea. Por ejemplo, se produce un contacto
eléctrico siempre que un cable al descubierto roce contra el bastidor del vehículo.
DISPOSITIVO COMERCIAL: un dispositivo comercial es un dispositivo o
accesorio instalado por el cliente una vez que se haya entregado el vehículo.
FABRICANTE DE EQUIPO ORIGINAL: se trata del fabricante de un vehículo que
utiliza un motor Caterpillar.
GAMA DE CONTROL DE CRUCERO: la gama de control de crucero establece la
gama de velocidad del vehículo para la operación del control de crucero. La gama
se limita normalmente a la gama de velocidad anticipada en carretera abierta,
HERTZIO (Hz): Hz es la medida de la frecuencia en ciclos por segundo.
IDENTIFICADOR DE MODALIDAD DE FALLA (FMI): el FMI describe el tipo de
falla experimentada por el componente. Los códigos para el FMI se adoptaron de
las prácticas normales de SAE (diagnóstico J1587).
IDENTIFICADOR DEL PARÁMETRO (PID): un PID es un código numérico que
contiene dos o tres dígitos. Se asigna un código numérico a cada componente. El
código numérico identifica los datos por medio del enlace de datos al ECM.
LUZ DE DIAGNÓSTICO: la luz de diagnóstico se llama a veces la luz de
comprobación del motor. Se usa para advertir al operador sobre la presencia de
un código de diagnóstico activo.
MAZO DE CABLES: el mazo de cables es un haz de cables que se conecta a
todos los componentes del sistema eléctrico del motor.
MAZO DE CABLES EN “T”: este mazo es un mazo de prueba diseñado para
permitir simultáneamente la operación normal del circuito y la medición del voltaje.
Normalmente, el mazo de cables se inserta entre los dos extremos de un conector.
MÓDULO DE CONTROL ELECTRÓNICO (ECM): el ECM es la computadora que
controla el motor. Alimenta los componentes electrónicos y supervisa los datos
que constituyen la entrada procedente de los sensores del motor. El ECM se
comporta como un regulador para controlar las rpm del motor.
15
MODULACIÓN DE DURACIÓN DE IMPULSOS (PWM): se trata de una señal
electrónica de tipo digital que corresponde a la variable medida. La duración del
impulso (señal) es controlada por la variable medida. La variable es cuantificada
por una cierta relación. Esta relación es el porcentaje de "tiempo activada" dividida
por el porcentaje de "tiempo desactivada". El sensor de posición del acelerador
genera una señal PWM.
MÓDULO DE PERSONALIDAD: el módulo de personalidad es el módulo en el
ECM que contiene todas las instrucciones (software) para el mismo y los mapas
de rendimiento para una familia específica de potencias. Las actualizaciones y los
cambios de valores nominales se logran programando los nuevos datos de forma
electrónica (programación flash). Esto se efectúa usando un instrumento de
servicio electrónico.
MODULO DEL PROGRAMA DE SERVICIO (SPM): el SPM es un programa de
software en un chip de computadora programada en fábrica. El chip de
computadora está diseñado para adaptar un ECAP a una cierta aplicación.
MÚLTIPLE DE ACEITE DE ALTA PRESIÓN: el múltiple de aceite de alta presión
es un conducto de aceite que se agrega a la culata para suministrar aceite de alta
presión a los inyectores.
PARÁMETRO: un parámetro es un valor programable que afecta las
características o el comportamiento del motor o del vehículo.
PARÁMETROS ESPECIFICADOS POR EL CLIENTE: un parámetro especificado
por el cliente es un parámetro que puede variarse. Su valor lo fija el cliente. Estos
parámetros están protegidos por contraseñas del cliente.
POSENFRIADOR DE AIRE A AIRE (ATAAC): un pos enfriador de aire a aire es
un dispositivo usado en motores turbo comprimidos para enfriar el aire de
admisión comprimido. El aire de admisión se enfría después de que el aire
atraviese el turbocompresor. El aire de admisión atraviesa un pos enfriador
(intercambiador de calor) que usa aire del ambiente para su enfriamiento. El aire
de admisión enfriado avanza al múltiple de admisión.
POSICIÓN DEL ACELERADOR: la posición del acelerador es la interpretación del
ECM sobre el serial a partir del sensor de posición del pedal del acelerador. La
posición del acelerador puede usarse como parte de un control de la toma de
fuerza.
POSICIÓN DEL COMBUSTIBLE: la posición del combustible es una señal dentro
del ECM. La señal procede del regulador electrónico. La señal pasa al control de
inyección de combustible. La señal se basa en la velocidad deseada del motor, el
FRC, la posición nominal y la velocidad real del motor.
16
POSICIÓN NOMINAL DEL COMBUSTIBLE ("posición nominal del
combustible" en el ECAP): la posición nominal del combustible indica la posición
máxima permisible del combustible (impulso de inyección más largo). La posición
nominal de combustible producirá una potencia nominal para dicha configuración
del motor.
RPM DESEADAS: las rpm deseadas constituyen la entrada al regulador
electrónico dentro del ECM. El regulador electrónico usa la señal del sensor de
posición del pedal del acelerador, del sensor de velocidad del motor, del control de
crucero y los parámetros del cliente para determinar las rpm deseadas.
SALTO DE VELOCIDAD: un salto de velocidad es un cambio breve y repentino en
las rpm del motor.
SEÑAL: un serial es un voltaje u onda usada para transmitir información,
típicamente de un sensor al ECM.
SEÑAL DE ACTIVACIÓN DEL FRENO DE ESCAPE: la señal de activación del
freno de escape conecta el ECM con el retardador del motor. Esto impide la
operación del freno del escape en condiciones de operación del motor que no
sean seguras.
SENSOR: un sensor se usa para detectar un cambio de presión, temperatura o
movimiento mecánico. Cuando se detecta cualquiera de estos cambios, un sensor
convierte el cambio en una señal el6ctrica.
SENSOR DE POSICIÓN DEL PEDAL DEL ACELERADOR: este sensor es un
sensor electrónico conectado al pedal del acelerador, El sensor de posición del
pedal del acelerador envía un serial de modulación de duración de impulsos al
ECM.
Antes del centro superior: son los 180 grados de giro del cigüeñal antes de que
el pistón alcance la posición central superior en el sentido normal de giro.
SENSOR DE PRESIÓN DE ACCIONAMIENTO DE INYECCIÓN: el sensor de
presión de accionamiento de inyección es un sensor que mide la presión del aceite
hidráulico. El sensor también envía una señal al módulo de control electrónico
(ECM).
SENSOR DE PRESIÓN DE REFUERZO: el sensor de presión de refuerzo mide la
presión del aire del múltiple de admisión. El sensor de presión de refuerzo envía
una señal al módulo de control electrónico (ECM).
SENSOR DE SINCRONIZACIÓN DE VELOCIDAD - El sensor de sincronización
de velocidad es un sensor que envía un serial de modulación de duración de
17
impulsos al ECM. El ECM interpreta esta señal como la posición del Cigüela y la
velocidad del motor.
SENSOR DE TEMPERATURA DEL AIRE DE ADMISIÓN: el sensor de
temperatura del aire de admisión es un sensor que mide la temperatura del aire de
admisión. El sensor también envía una señal al módulo de control electrónico
(ECM).
SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE: el sensor de temperatura
del refrigerante mide la temperatura del refrigerante del motor. El sensor envía un
serial al módulo de control electrónico (ECM). La temperatura del refrigerante del
motor se usa para operar en la modalidad en frío, La temperatura del refrigerante
también se usa para optimizar el rendimiento
SENSOR DE VELOCIDAD EL VEHÍCULO: el sensor de velocidad del vehículo es
un sensor electromagnético que mide la velocidad del vehículo a partir de la
rotación de los dientes de los engranajes en el tren de impulsión del vehículo.
SINCRONIZACIÓNDINÁMICA ESTIMADA: la sincronización dinámica estimada
es la estimación del ECM de la sincronización real de la inyección.
SISTEMA DE INYECTORES UNITARIOS ELECTRÓNICOSHIDRÁULICOS
(HEUI): el sistema HEUI es un sistema de combustible que usa un inyector
unitario accionado hidráulicamente y controlado electrónicamente. El sistema
combina el bombeo, la dosificación electrónica del combustible y los elementos de
inyección en una sola unidad.
SUBSISTEMA: un subsistema es una parte del sistema del motor relacionada con
una cierta función.
TRANSDUCTOR: un transductor es un dispositivo que convierte una señal
mecánica en una señal eléctrica.
TOMA DE FUERZA: la toma de fuerza se opera con los interruptores de control
de crucero o entradas de toma de fuerza especializadas. Esta modalidad de
operación permite establecer las rpm constantes del motor cuando el vehículo no
se mueve o se mueve a baja velocidad.
VÁLVULA DE CONTROL DE PRESIÓN DE ACCIONAMIENTO DE INYECCIÓN:
la válvula de control de presión de accionamiento es una válvula variable. La
válvula se usa para mantener la presión de aceite apropiada en el conducto de
aceite de alta presión del motor. La válvula es controlada por el ECM.
VOLTAJE DE REFERENCIA: el voltaje de referencia es un voltaje regulado usado
por el sensor para generar un voltaje de señal.
18
VOLTAJE DE SUMINISTRO: el voltaje de suministro es un voltaje constante
suministrado a un componente para proporcionar corriente eléctrica para la
operación. El voltaje de suministro puede ser generado por el ECM. El voltaje de
suministro también puede ser el voltaje de la batería del vehículo suministrado por
los cables del vehículo.
19
RESUMEN
El objetivo de este trabajo fue investigar y diseñar un banco de pruebas que
entregara un diagnóstico en inyectores (Common Rail y Heui). Para ello se inicia
con capacitación por parte del SENA y de LUBRIFRENOS CAR.DE.COL en el
funcionamiento del sistema de inyección en vehículos de carga pesada, sus
componentes y los diferentes tipos que existen.
Se realizaron pruebas en un banco mecánico para determinar qué cantidad de
combustible expulsa el inyector en buen estado y la cantidad en los que presentan
los fallos más comunes y así comparar las mediciones y determinar el fallo en el
inyector si lo hay.
Una vez se obtienen los datos se propone dos métodos estadísticos (análisis de
varianza (ANOVA) y comparaciones pareadas) que comparan los datos de dos o
más muestras y determina si hay o no correlación entre ellos.
Se tuvo en cuenta para el diseño, emular el funcionamiento real de un sistema
de inyección, para ello se trató en lo posible de usar esos mismos elementos en el
banco como la bomba de inyección, y el sistema de apertura en inyectores, tanto
Heui y Common Rail.
Los demás componentes se diseñaron teniendo en cuenta las características para
dar un diagnostico confiable y bajo los patrones de Diseño que se usan hoy en día
en Ingeniería. Una vez finalizado este diseño se procede a realizar la simulación
del banco, para ello se tomó el modelo matemático del inyector y se usa la
herramienta de MATLAB, SIMULINK para comprobar la curva y el nivel que debe
expulsar un inyector en buen estado y en cada uno de los fallos.
Términos clave: Banco de pruebas, diseño, diagnostico, inyector
20
ABSTRACT
The main object of this work was to investigate and design a test that gives a
diagnosis in an injector knowing the injection system operation in heavy vehicles,
their components, the maintenance and diagnosis of injectors nowadays in
Colombia.
The principal object of the bank is the diagnosis in an injector; it means to know
how much fuel must be ejected in good conditions and to know that, is necessary
make a test on a mechanical bank as people do in the maintenance shop.
Once the data are obtained, we investigated a method that discriminates if there
is any fault or not. the industry test various elements of post-production to check
the quality of the lot, they study their behavior under certain conditions and the only
way, is use a statistical methods like analysis of variance (ANOVA) and paired
comparisons the same idea apply to the design.
The design of the test machine was thought in emulate the actual operation of an
injection system in heavy vehicles but is not necessary design some parts like the
injection pump and the injector’s opening system to the Heui and Common Rail
because it already are made and works perfect.
Once this design is applicable, the simulation of the bank checks and confirms the
right injectors operation, this was done with mathematical models and MATLAB,
SIMULINK software, the simulation in our case replaces the construction.
Key terms: Bank of testing, design, diagnosis, injector
21
INTRODUCCIÓN
Actualmente las fábricas a nivel general están implementando mejores diseños
que no solo sean más eficientes sino que no afecten al medio ambiente. La
industria automotriz está dedicada a diseñar vehículos de carga pesada , ha
desarrollado nuevos sistemas que cumplen con estos parámetros; uno de estos
sistemas corresponden a los de inyección de combustible, este ha sido sin duda
uno de los más grandes retos dado que es el factor fundamental en el
funcionamiento del vehículo y sin duda el que más contamina, por eso es de vital
importancia llevar un control del estado del mismo.
En Colombia, la mayoría de los mecanismos con los que se cuenta para hacer un
mantenimiento de este sistema ya sea preventivo o correctivo, son sencillos y
artesanales, dejando su resultado en la experiencia del operario, sin contar con un
medio de comparación más que los sentidos y el tanteo, por consiguiente surge la
necesidad de innovar para mejorar los procesos existentes.
Con los nuevos sistemas de mercadeo cada vez es más fácil adquirir un nuevo
vehículo
y renovar el parque automotor, esto hace que los centros de
mantenimiento se vean en la necesidad de agilizar y garantizar sus resultados.
22
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES
A nivel nacional no existen Bancos de Pruebas que evalúen las marcas de
inyectores diesel electrónicos más usados en Colombia. En lo que se ha
investigado estos Bancos de Pruebas existen pero a nivel mecánico.
Es común que los centros de diagnóstico usen bancos de pruebas mecánicos,
dado que adquirir un banco importado generaría una inversión que esta fuera de
las posibilidades económicas del centro, además que solo evalúa una sola marca,
como el caso del banco de pruebas Bosch teniendo en cuenta esto; es necesario
diseñar e implementar un banco que cumpla con las exigencias para dar un
excelente diagnóstico y pueda ser adquirido con mayor facilidad por los diferentes
centros.
1.2 DETERMINACIÓN DEL PROBLEMA
De todas las partes que conforman el sistema de inyección, el inyector es el más
conocido y el que quizás da más dolores de cabeza.
El inyector funciona sometido a severas condiciones de operación, generadas por
las propias sustancias químicas que maneja y por las altas temperaturas y
presiones que se encuentran en el medio donde trabaja. Adicionalmente esta
situación es agravada por la contaminación producida en el motor, motivada por
un inadecuado mantenimiento de éste y del propio sistema de inyección; por si
fuera poco, también lo exponemos a la contaminación del combustible producto
de un inadecuado transporte y almacenamiento del mismo.
Estas condiciones generan en el inyector sustancias contaminantes diversas que
van desde óxidos de hierro y otros metales, hasta resinas pesadas y carbón, las
cuales se van depositando en los conductos internos, boquilla y filtro del inyector,
obstruyendo el paso del combustible. Esta obstrucción produce una notable
reducción del combustible dosificada al motor, perdiéndose así la eficiencia
original del sistema para producir una perfecta mezcla de aire - combustible.
Cuando se sospecha que el inyector está trabajando mal, la mejor manera de
saberlo es sacarlo del vehículo y ponerlo en un banco de prueba, que es una
máquina especializada con la que se puede detectar la falla y limpiar los
inyectores. La prueba consiste en medir el patrón de rociado, patrón de goteo, si lo
hay, y los niveles en centímetros cúbicos de escala uno de los inyectores, los
cuáles deben estar lo más nivelados posibles, aunque es aceptado un margen de
tolerancia del 20 a 30% de diferencia. También se puede determinar con esta
prueba el bajo o elevado nivel de inyección
23
Una forma común para determinar si hay falla en los inyectores es cuando se
presenta un mal olor en los gases de escape, que indica que hay una mala
combustión, por un inyector que esté funcionando mal. Si al determinar que
tenemos una falla en un inyector electrónico el paso a seguir depende del sistema
de inyección que tenga el automotor, si es sistema multipunto observará sólo una
falla similar a la de una bujía que no trabaja; esto no impide que el motor siga
funcionando. Si el sistema es central o TBI, como también se le conoce, el motor
presentará una falla bastante acentuada y tratará de apagarse en mínimo por lo
cual el motor tiene que mantenerse revolucionado.
Por lo consiguiente se va a diseñar un banco de pruebas para inyectores
electrónicos; ya que en este momento los que existen son mecánicos y no son lo
suficientemente adecuados para el mantenimiento preventivo o correctivo de los
inyectores electrónicos HEUI y COMMON RAIL; y al finalizar se pueda dar buen
diagnóstico, además que minimice los costos tanto para el cliente como para la
industria automotora.
La empresa LUBRIFRENOS CAR. DE. COL. Se ha visto en la necesidad de
implementar un banco de pruebas de inyectores electrónicos ya que ellos se
especializan en el mantenimiento general de vehículos de carga pesada, por lo
tanto brindan la oportunidad y la facilidad de desarrollar la investigación en esos
tipos de vehículos donde el interés son los inyectores electrónicos de los motores.
1.3 JUSTIFICACIÓN
El Banco de pruebas se diseñara debido a que en la tecnología de la Industria
Automotora ha generado la necesidad de conocer el motivo exacto de la falla en
un Inyector Electrónico, así el cliente pueda tener la certeza del estado de los
inyectores de su vehículo, en un diagnóstico más efectivo reduciendo el tiempo y
el trabajo tanto del cliente como del técnico. Dado que en este momento el
reporte se basa en un mantenimiento preventivo mecánico del vehículo
desconociendo el daño exacto del inyector.
En la actualidad, la empresa LUBRIFRENOS CAR. DE. COL, está interesada en
apoyar el desarrollo de un Banco de Pruebas para inyectores electrónicos dada la
importancia en su negocio y en el interés de apoyar el desarrollo mecatrónico en
la industria automotriz.
Teniendo en cuenta todo lo anterior; es claro la necesidad de realizar el diseño y
la simulación de un banco de pruebas para inyectores electrónicos en vehículos
de carga pesada.
24
1.4 OBJETIVO
1.4.1 Objetivo General. Realizar el diseño y la simulación de un Banco de
Pruebas para inyectores electrónicos HEUI y COMOON RAIL Para vehículos de
carga pesada.
1.4.2 Objetivos Específicos
 Diseñar el selector para el reconocimiento del inyector
 Diseñar el sistema de adquisición de datos para los dos (2) tipos de inyector.
 Diseñar un sistema para el procesamiento de señales según los números de
respuesta de operación del inyector.
 Diseñar el sistema y software para el diagnóstico y operación del inyector
 Diseñar el sistema para la visualización de variables y salida de datos según
diagnostico
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
1.5.1 Alcances. El principal alcance que puede lograr este proyecto es mejorar un
proceso existente el cual ha sido usado durante muchos años en esta empresa
que es netamente mecánico y se realiza de forma manual, todo esto busca
obtener un avance tecnológico a fin de mejorar el proceso existente en este
campo. Es aquí donde se debe hablar de reingeniería para poder innovar con
propuestas de gran creatividad a nivel industrial y ser más competitivos a nivel
nacional.
Por otra parte Las empresas que se han aventurado en este mercado el cuál es
sumamente competitivo no tienen muchas veces los suficientes recursos
económicos para contar con maquinaria extranjera y por esta razón se delimita el
proceso, el no poder brindar un diagnóstico preciso puede llevar a un daño de
inyectores posteriores generando un costo innecesario al dueño del vehículo, por
estas razones se implementan los conocimientos mecatrónicos los cuales lograran
un avance en el proceso de mantenimiento preventivo dando un diagnóstico más
confiable y menor tiempo.
1.5.2 Limitaciones
 Los resultados obtenidos de la investigación que se entrega a la universidad
solo serán con fines educativos.
25
 El resultado final del proyecto solo será el estudio, diseño y simulación del
proyecto.
 El modelo del inyector será solo en estado estacionario debido
condiciones para adquirir un sensor óptimo para realizar la medición.
a las
 Teniendo en cuenta las propiedades físico-químicas del Diesel las bombas,
serán de alta presión hechas por BOSH y CUMMINS.
 Solo se emplearan inyectores Bosch, Delphi y Cummins dado que son los más
comunes en el mercado Colombiano.
26
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1FUNDAMENTOS TEÓRICOS
La movilidad conforme a la época es también una cuestión de conciencia
ecológica y economía, la técnica hace razonables consideraciones para tener un
menor consumo de combustible, menores contaminantes en los gases de escape
y un funcionamiento más silencioso del motor, por eso se desarrolló un sistema
que permite todo esto en un mayor nivel.
Un sistema de inyección de combustible puede ser clasificado en dos categorías,
inyección unipunto e inyección multipunto, depende de la tecnología, de la
velocidad en ralentí y de la mezcla de combustible, puede ser controlado
electrónica o mecánicamente.
El proceso de alimentación de combustible es almacenado en una parte de ROM
chip en el ECU (Unidad de Control Electrónica en sus siglas en ingles).Cuando el
ECU ha determinado el valor de combustible necesario (tiempo de abertura del
inyector) se puede agregar correcciones a esta cifra teniendo en cuenta el voltaje
de la batería, temperatura, cambio de posición del acelerador o del combustible a
cortar.
La velocidad en ralentí y en general en cualquier velocidad es generalmente
controlada por la ECU con el actuador adecuado que opera en lazo cerrado con el
sistema electrónico de inyección. Una sonda Lambda permite un control muy
preciso de la riqueza de la mezcla entre aire y combustible.1
En pocas palabras un sistema de inyección es un conjunto de elementos
mecánicos y electrónicos que operan solidariamente para inyectar combustible al
motor. Este sistema lo conforma:
2.2.1Tanque de combustible. Es el primer eslabón en la secuencia del sistema
de inyección, es el lugar donde está alojado el combustible, el tamaño y
propiedades del material en el tanque depende del diseño y consideración de la
fábrica de vehículos. Los depósitos de combustible deben ser resistentes a la
corrosión y mantenerse estancos incluso a una sobrepresión de servicio doble,
pero por lo menos hasta 0.3 bar de sobrepresión. La sobrepresión producida debe
ser poder escapar por si misma a través de aberturas apropiadas. Válvulas de
seguridad o similares.
El combustible no debe salir de la tapa de la boca de llenado por los dispositivos
para compensación de presión, incluso en posición inclinada, circulando por
1
DENTON, Tom. Advance Automotive Faults Diagnosis,SecondEdtion :Published by Elservier,2006.p.123.
27
curvas o en caso de choques. Los depósitos de combustible deben estar
separados del motor de tal forma que no sea de esperar una inflamación 2
2.2.2 Bomba succionadora. La bomba previa como también se le conoce, es una
electrobomba de combustible con filtro previo o una bomba de combustible de
engranes, aspira el combustible extrayéndolo del depósito de combustible y
transporta continuamente el caudal de combustible necesario en dirección a la
bomba de alta presión. Existen dos tipos de bombas de succión:
- Bomba celular de rodillos. Consta de una cámara dispuesta excéntricamente,
en la que gira un disco ranurado, en cada ranura se encuentra un rodillo
conducido suelto. Por la rotación del disco ranurado y por la presión del
combustible se empujan los rodillos contra la pista de deslizamiento de rodillos
situada exteriormente y contra los flancos propulsores de las ranuras. Los rodillos
actúan como juntas en rotación, formándose una cámara entre cada dos rodillos
del disco ranurado y la pista de deslizamiento. El efecto de bombeo se produce
por el hecho que el volumen de la cámara se reduce continuamente tras cerrase la
abertura de entrada en forma de riñón. Después de abrir la abertura de salida el
combustible atraviesa el electromotor y abandona la bomba celular de rodillos por
la tapa de conexión del lado de la presión.
Figura 1. Bomba celular de rodillo de la electrobomba de combustible
Fuente: ISENBURG, Ralf. Sistema de inyección de acumulador de Common Rail. Canadá:
Edición Robert Bosch, 1999.p.15
2
SENBURG, Ralf. Sistema de inyección de acumulador de Common Rail. Canadá : Edición Robert Bosch,
1999.p.15
28
- Bomba de combustibles de engranes. Esta bomba va integrada en la bomba
de alta presión y presenta accionamiento común con ella, o bien está fijada al
motor y tiene accionamiento propio. Las formas de accionamiento convencionales
son acoplamiento, rueda dentada o correa dentada. La línea de contacto de
ruedas dentadas realiza el estanqueizado entre el lado de aspiración y el lado de
impulsión e impide que el combustible pueda fluir hacia atrás. El caudal de
suministro es aproximadamente proporcional al número de revoluciones del motor.
Por este motivo la regulación del caudal se realiza bien por regulación de
estrangulación en el lado de aspiración o bien por una válvula de descarga en el
lado de impulsión. La bomba de combustibles de engranes funciona exenta de
mantenimiento.3
Figura 2. Bomba celular de
electrobomba de combustible
rodillos
de
la
Fuente: ISENBURG, Ralf. Sistema de inyección de acumulador de Common Rail. Canadá:
Edición Robert Bosch, 1999.p.15.
2.2.3 Filtro de combustible. Debido a las holguras tan pequeñas tanto en la
bomba de inyección como en los inyectores se precisa de un combustible muy
limpio sin impurezas ni agua, este filtro posee un elemento filtrante como papel
plegado o empaque de algodón y fieltro los cuales permiten como límite máximo
que partículas menores a 5 micras ingresen a la bomba de inyección.
3
SENBURG, Ralf. Sistema de inyección de acumulador de Common Rail. Canadá: Edición Robert Bosch,
1999.p.12.
29
Figura 3.Filtro de combustible
Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogotá.2010 .p.11.
2.2.4 Bomba elevadora de presión. La bomba de inyección es considerada el
corazón del sistema Diesel, la cual debe cumplir con algunas condiciones
básicas: Inyectar combustible a muy alta presión, en cantidad muy débil y muy
bien dosificada (por ejemplo para quemar un gramo de combustible son exactos
32 gramos de aire, es decir 25 litros de aire).
El principio de la inyección está basado en el desplazamiento de un pistón en el
interior de un cilindro muy preciso, este desplazamiento es provocado por una leva
de mando. La misión esencial del pistón es elevar la presión de combustible de 8
bares hasta 1600 bares. En el sistema de inyección existen dos sistemas básicos
de inyección: bombas de línea y bombas rotativas para nuestro caso es claro
resaltar por que se escoge una dada las características de cada una:
- Bomba de alta presión. ”La bomba de alta presión se encuentra en la
intersección entre la parte baja presión y la parte de alta presión. La bomba tiene
la misión de poner siempre a disposición suficiente combustible comprimido, en
todos los márgenes de servicio y durante toda la vida útil del vehículo. Esto
incluye el mantenimiento de una reserva de combustible necesaria para un
proceso de arranque rápido y un aumento de rápido de la presión.
La bomba de alta presión está montada preferentemente en el mismo lugar de los
motores Diesel que las bombas de inyección rotativas convencionales. La bomba
es accionada por el motor, a través de un acoplamiento, rueda dentada, cadena o
correa dentada con 3000 min-1 como máximo, la bomba se lubrica con
combustible. Según el espacio de montaje, la válvula reguladora de presión esta
30
adosada directamente a la bomba de alta presión o se instala por separado. El
combustible se comprime dentro de la bomba de alta presión con tres émbolos de
bomba dispuestos radialmente. Estos émbolos están desfasados entre sí 120
grados. Con tres carreras de suministro por cada vuelta resultan pares máximos
de accionamiento reducidos y una solicitud uniforme de accionamiento de la
bomba. El par de giro alcanza con 1ónm solo aproximadamente 1/9 del par de
accionamiento necesario para una bomba de inyección rotativa comparable.
Figura 4. Bomba celular de rodillos de la electrobomba de combustible
Fuente: ISENBURG, Ralf. Sistema de inyección de acumulador de Common Rail. Canadá: Edición Robert
Bosch, 1999.p.15.
Funcionamiento: la bomba previa transporta combustible a través de un filtro
con separador de agua, hacia la válvula de seguridad, la bomba impulsa el
combustible a través de un taladro de estrangulación de la válvula de seguridad,
hacia el circuito de lubricación y refrigeración de la bomba de alta presión. El eje
de accionamiento con su leva excéntrica mueve los tres émbolos de bomba hacia
arriba y hacia abajo en correspondencia con la forma de leva. Si la presión de
suministro sobrepasa la presión de apertura de la válvula de seguridad (0.5
BAR….1,5BAR) la bomba previa puede impulsar el combustible a través de la
válvula de entrada a la bomba de alta presión, hacia el recinto del elemento en el
que el embolo de la bomba se mueve hacia abajo.(carrera de aspiración).Cuando
se sobrepasa el punto muerto inferior del embolo de la bomba, la válvula de
entrada cierra y el combustible , y el combustible en el elemento ya no puede
salir. Solamente puede ser comprimido superando la presión de suministro de la
bomba previa. La presión que se forma abre la válvula de salida en cuanto se
31
alcanza la presión en el rail, el combustible comprimido entra en el circuito de
alta presión.
El embolo de la bomba transporta continuamente combustible hasta que se
alcanza el punto muerto superior (carrera de suministro).A continuación disminuye
la presión, de forma que cierra la válvula de salida. El combustible residual se
descomprime; el embolo de la bomba se mueve hacia abajo. Cuando la presión
en el recinto del elemento es inferior a la presión de la bomba previa, abre otra
vez la válvula de entrada y el proceso comienza nuevamente.
Relación de desmultiplicación: el caudal de suministro de una bomba de alta
presión es proporcional a su velocidad de rotación. Esta depende a su vez del
número de revoluciones del motor. En la aplicación del sistema de inyección al
motor se establece la velocidad de rotación mediante la relación de
desmultiplicación, de forma tal que, por una parte no sea demasiado grande el
excedente de caudal de combustible transportado en baja carga y por otra parte
quede cubierta la demanda de combustible del motor en servicio a plena carga,
las posibles desmultiplicaciones de 1:2 y 2:3 referidas al cigüeñal.4
2.2.5 EDC. La disminución del consumo de combustible con un aumento
simultáneo de la potencia o del par del motor, determina el desarrollo actual en el
sector de la técnica Diesel. Esto condujo en los últimos años a una creciente
aplicación de motores diesel de inyección directa, en los cuales se han aumentado
de forma considerable las presiones de inyección en comparación con los
procedimientos de cámara auxiliar de turbulencia o de antecámara.
Actualmente se ha tratado de hacer eficiente el sistema de inyección, permitiendo
una relación adecuada entre cantidad de combustible y trabajo del motor además
del control de otras variables como, regulación del régimen en ralentí
independiente de la carga, regulación de velocidad en marcha, tolerancias
reducidas y alta precisión durante la vida útil.
La regulación electrónica diesel EDC (Electronic Diesel Control) es capaz de
cumplir las exigencias
mencionadas, gracias al rendimiento de cálculo
fuertemente incrementado en los últimos años de microprocesadores disponibles
Contrariamente a vehículos Diesel con bombas convencionales de inyección
rotativas o en línea, en un sistema EDC el conductor no tiene ninguna influencia
directa sobre el caudal de combustible inyectado. La regulación electrónica Diesel
permite un intercambio de datos con otros sistemas electrónicos y por lo tanto una
integración en el sistema total del vehículo. El EDC toma sus decisiones en base a
ciertos sensores que le indican en que ritmo de trabajo se encuentra el vehículo y
así determinar el tiempo de inyección y hacer el sistema lo más eficiente posible.
Estos elementos son:
4
SENBURG, Ralf. Sistema de inyección de acumulador de Common Rail. Canadá: Edición Robert Bosch,
1999.p.18.
32
- Sensor de presión múltiple. Utilizado para transformar la presión del múltiple
de admisión en señal eléctrica hacia el EDC. Su utilización está destinada a los
motores diesel que tienen turbo alimentador. En los motores atmosféricos existe
un sensor de temperatura de aire que junto con otras informaciones, el EDC
puede recalcular el flujo de aire hay que tener en cuenta que la variación de
régimen en el motor diesel se realiza modificando el caudal de combustible y no
del aire.
Figura 5.Sensor de presión múltiple
Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogotá.2010 .p.11.
- Sensor de flujo de aire. Debido a que el motor Diesel no posee caja de
mariposa, el aire de admisión que ingresa al motor es todo el que pueda aspirar en
el tiempo de admisión. De esta manera sería casi imposible determinar un buen
dosado del combustible en los variados regímenes de funcionamiento. Por este
motivo es necesario medir la cantidad de aire que aspira el motor. Para lo cual
existe el medidor de flujo colocado generalmente entre el filtro de aire y el múltiple
de admisión.
- Sensor de revoluciones y posición. Es un sensor generador de señales a
partir de la variación de un campo magnético, en efecto su construcción dispone
de un imán permanente el cual está enfrentado al dentado del volante del motor.
El imán posee su propio campo el cual se verá afectado cuando pasa cerca un
elemento ferroso. El volante motor hecho de hierro, posee en su periferia una
serie de dientes maquinados al fabricarlo, para tener una guía hay un diente más
grande el cual da el punto de inicio, toda la información es enviada al EDC.
33
Figura 6.Sensor de revoluciones y posición
Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogotá.2010 .p.13
- Sensor de posición del embolo de la bomba. Este sensor informa de la
posición exacta y envía la información al EDC, Su funcionamiento consiste de dos
embobinados independientes, en donde el primer embobinado es pilotado con
una frecuencia de corriente determinada siempre constante, el segundo bobinado
es activado por la actividad magnética creando una frecuencia determinada, hay
un núcleo entre los dos bobinados el cual desequilibra las frecuencias en las
bobinas y el EDC calcula esas diferencias para determinar su posición.
Figura 7.Sensor de posición del embolo
Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogotá.2010 .p.13
34
- Sensor de posición acelerador. Ubicado en el pedal de aceleración, es un
potenciómetro de pista simple o pista doble, al mover el peal de aceleración
mecánicamente el potenciómetro va cambiando su valor de resistencia
proporcionalmente con el movimiento del pedal. El EDC alimenta el elemento con
5 voltios, la variación de voltaje al pisar el pedal es tomado por el EDC para
convertir la acción mecánica en señal eléctrica, equivalente a la posición del pedal,
esta información es tomada en cuenta para determinar el caudal de inyección.
Figura 8.Sensor de posición acelerador
Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogotá.2010 .p.16.
2.2.6 Inyección del combustible. El ECM (módulo de control electrónico) controla
la cantidad de combustible que se inyecta variando la señal a cada uno de los
inyectores unitarios. Los inyectores unitarios inyectan el combustible solamente
mientras se energiza el solenoide del inyector unitario. El ECM envía una señal de
12 voltios al solenoide para energizar el solenoide del inyector.
El ECM controla la sincronización de la inyección mediante el control de la
sincronización de la señal de 12 voltios. El ECM controla la cantidad de
combustible que se inyecta mediante el control de la duración de la señal de 105
voltios. El ECM establece algunos límites en cuanto a la cantidad de combustible
que se puede inyectar. La posición del control de la relación de combustible (FRC)
es un límite basado en la presión de refuerzo para controlar la mezcla de
combustible y aire para el control de las emisiones. Cuando el ECM detecta un
aumento de la presión de refuerzo, aumenta la posición del control de la relación
de combustible. La posición nominal del combustible es un límite basado en la
clasificación de potencia del motor.
La sincronización de la inyección depende de los siguientes parámetros del motor:
Velocidad del motor, carga del motor, y otros datos del motor. El ECM detecta el
punto muerto superior del cilindro número uno a partir de la señal proporcionada
35
por los sensores de velocidad/sincronización del motor. El ECM decide cuándo
debe ocurrir la inyección con relación a esta posición de punto muerto superior. El
ECM proporciona la señal al inyector unitario en el momento deseado.
Teniendo en cuenta que a nivel industrial existen estos dos tipos de inyectores
electrónicos COOMON RAIL Y HEUI y según la investigación que se ha realizado
hasta el momento; se tiene la certeza que ambos Inyectores electrónicos tienen la
misma función pero diferente modo de inyección al momento de trabajar.
Los sistemas de combustible de inyectores unitarios controlados electrónicamente
representan una de las innovaciones más significativas de la tecnología diesel
para motores de la última década.
2.2.7 Inyector common rail. Hay muchas maneras de proporcionar el control
sobre variables en y alrededor del vehículo. Los actuadores es un término general
que se utiliza para describir un control mecanismo Cuando es controlado
eléctricamente o bien trabaja por el efecto térmico o magnético.
El término actuador será utilizado para significar un dispositivo que convierte las
señales eléctricas en movimiento mecánico. La operación básica de los
actuadores de solenoide es muy sencilla. "Solenoide" El término significa: "muchas
bobinas de alambre enrollado en un tubo hueco '. Un buen ejemplo de un actuador
de solenoide es un inyector.
Cuando los devanados están energizados la armadura es atraída por el
magnetismo y se comprime. En el caso de un inyector de combustible, el
movimiento se limita a aproximadamente 0,1 mm. El período que un inyector
permanece abierto es muy pequeño, en virtud de diversas condiciones de
funcionamiento entre 1,5 y 10 ms es típico.
Algunos sistemas utilizan resistencias en serie con lastre a los inyectores de
combustible. Esto permite menor inductancia y arrollamientos de resistencia para
ser utilizado, y así acelerar el tiempo de reacción. Otros tipos de actuadores de
solenoide, por ejemplo actuadores cerradura de puerta, tienen tiempos de
reacción menos críticas. Sin embargo, el principio básico sigue siendo el mismo.
El comienzo de inyección y el caudal de inyección se ajustan con el inyector
activado eléctricamente, el inyector sustituye la combinación de porta inyector
(inyector y porta inyector) de las instalaciones convencionales de inyección
Diesel. Similarmente los porta inyectores existentes en motores Diesel con
inyección directa DI (DirectInjection), los inyectores se aplican preferentemente
con garras de fijación en la culata. De esta forma los inyectores Common Rail son
apropiados para el montaje en motores Diesel sin modificaciones esenciales en la
culata.
36
- Estructura. El inyector puede dividirse en distintos bloques funcionales:
 Inyector de orificios
 Servosistema hidráulico
 Electroválvula
El combustible es conducido desde el empalme de alta presión, a través de un
canal de afluencia hacia el inyector, así como a través del estrangulador de
afluencia a la cámara de control de la válvula. La cámara de control de la válvula
está unida con el retorno de combustible a través del estrangulador de salida que
puede abrirse por una electroválvula.
Cuando el estrangulador de salida está cerrado predomina la fuerza hidráulica
sobre el embolo de control de la válvula, respecto a la fuerza sobre el talón de
presión de la aguja del inyector. Como consecuencia, la aguja del inyector es
presionada contra su asiento y cierra herméticamente el canal de alta presión
hacia el motor, de esta forma no puede entrar combustible en la cámara de
combustión.
Al activarse la electroválvula se abre el estrangulador de salida. De esta forma
disminuye la presión en la cámara de control de la válvula y con ello también la
fuerza hidráulica sobre el embolo de control de la válvula. En cuanto la fuerza
hidráulica es inferior a la fuerza sobre el talón de presión de la aguja del inyector,
se abre la aguja del inyector, de forma que el combustible pueda entrar en la
cámara de combustión a través de los orificios de inyección .Esta activación
indirecta de la aguja del inyector mediante un sistema hidráulico amplificador de
fuerza se aplica porque con la electroválvula no pueden generarse directamente
las fuerzas necesarias para abrir rápidamente la aguja del inyector .El llamado
caudal de control requerido adicionalmente al caudal de combustible inyectado
,llega al retorno de combustible a través de os estranguladores de la cámara de
control.
Además del caudal de control existen caudales de fuga en el alojamiento de la
aguja del inyector y del embolo de válvula. Estos caudales de control y de fugas
se conducen otra vez al depósito de combustible, a través del retorno de
combustible con una tubería colectiva a la que están acopladas también la válvula
de descarga, la bomba de alta presión y la válvula reguladora de presión.
- Funcionamiento. La función del inyector puede dividirse en cuatro estados de
servició, con el motor en marcha y bomba de alta presión funcionando:




Inyector cerrado (con alta presión presente)
Apertura inicial de inicial de inyección
Apertura total
Cierre de inyector
37
Inyector cerrado. La electroválvula no está activada en estado de reposo y se
encuentra cerrada por lo tanto cuando está cerrado el estrangulador de salida, la
bola del inducido se presiona por el muelle de válvula contra el asiento en el
estrangulador de salida. En la cámara de control de válvula se forma la alta
presión del Rail. La misma presión está presente también en el volumen de la
cámara de la tobera. La fuerza aplicada por la presión Rail sobre la superficie
frontal del embolo de mando y la fuerza de muelle del inyector mantienen cerrada
la aguja del inyector contra la fuerza de apertura que actúa sobre su nivel de
presión.
Comienzo de preinyección. El inyector se encuentra en posición de reposo. La
electroválvula es activada con la llamada de corriente de excitación que sirve para
la apertura rápida de electroválvula. La fuerza del electroimán activado ahora es
superior a la fuerza del muelle de válvula y el inducido abre el estrangulador de
salida. En un tiempo mínimo se reduce la corriente de excitación aumentada a
una corriente de retención del electroimán más baja. Esto es posible porque es
ahora menor el intersticio del circuito magnético. Con la apertura del estrangulador
de salida puede fluir ahora combustible, saliendo del recinto de control de válvula
hacia el recinto hueco situado por encima y volver al depósito de combustible a
través del retorno de combustible.
El estrangulador de entrada impide una compensación completa de la presión y
disminuye la presión en el recinto de control de válvula. Esto conduce a que la
presión sea menor que la presión en el volumen en la cámara de la tobera que
todavía tiene el nivel de presión del Rail. La presión disminuida en el recinto de
control de válvula conduce a una disminución de la fuerza sobre el embolo de
mando y da lugar a la apertura de la aguja del inyector. Comienza ahora la
inyección.
Inyección. La velocidad de apertura de la aguja del inyector queda determinada
por la diferencia de flujo entre el estrangulador de entrada y de salida .El embolo
de mando alcanza su tope superior y permanece allí sobre un volumen de
combustible de efecto amortiguador. Este volumen se produce por el flujo de
combustible que se establece en el estrangulador de entrada y de salida. La
tobera del inyector esta ahora totalmente abierta y el combustible es inyectado en
la cámara de combustión con una presión que corresponde aproximadamente a la
presión en el Rail. La distribución de fuerzas en el inyector es similar a la
existente durante la fase de apertura.
38
Figura 9.Inyector (Esquema)
Fuente: ISENBURG, Ralf. Sistema de inyección de acumulador de Common Rail. Canadá: Edición Robert Bosch, 999.p.27.
Cierre del inyector. Cuando deja de activarse la electroválvula, el inducido es
presionado hacia abajo por la fuerza del muelle de válvula y la bola cierra el
estrangulador de salida. El inducido presenta una ejecución de dos piezas,
Aunque el plato del inducido es conducido hacia abajo por un arrastrador, puede
39
sin embargo moverse elásticamente hacia abajo con el muelle de reposición, sin
ejercer así fuerza hacia abajo sobre el inducido y la bola. Al cerrarse el
estrangulador de salida se forma de nuevo en el recinto de control una presión
como en el Rail, a través del estrangulador de entrada. Este aumento de presión
supone un incremento de fuerza ejercido sobre el embolo de mando. Esta fuerza
del recinto de control de válvula y la fuerza del muelle, superan ahora la fuerza
del volumen de cámara y se cierra la aguja del inyector.
Figura 10.Sistema de inyección
Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogotá.2010 .p.11
Existen tres tipos de inyectores:
 Inyector con válvula electromagnética e inducido de una sola pieza.
 Inyector con válvula electromagnética e inducido de dos piezas.
 Inyector piezoeléctrico
El funcionamiento es el mismo y operan bajos los mismos estándares en el
common rail5.
5
ISENBURG, Ralf. Sistema de inyección de acumulador de Common Rail. Canadá: Edición Robert Bosch, 999.p.21.
40
- Inyección en sistema common rail. Un comportamiento de inyección
COMMON RAIL ideal debe cumplir con las siguientes exigencias:
 La presión de inyección ideal y el caudal de inyección deben poderse establecer
independientemente entre sí, para cada punto de servicio del motor.
 El caudal de inyección debe ser al comienzo de la inyección lo más reducido
posible (durante el retraso del encendido, entre el comienzo de la inyección y el
comienzo de la combustión).
En el sistema de inyección de acumulador COMMON RAIL con inyección previa e
inyección principal, se cumplen esta exigencias, el sistema common rail está
estructurado modularmente. Del comportamiento de inyección son responsables
en primera línea:






Inyectores controlados por la electroválvula, que están enroscados en la culata.
Acumulador de presión (Rail)
Bomba de alta presión
Unidad de control electrónica
Sensor de revoluciones del cigüeñal
Sensor de revoluciones del árbol de levas6
La diferencia de este sistema con otros radica hay un acumulador común para los
inyectores es común mente denominado RAIL.
Figura 11.Rail o acumulador de presión
Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogotá.2010 .p.11
6
ISENBURG, Ralf. Sistema de inyección de acumulador de Common Rail. Canadá: Edición Robert Bosch,
999.p.27
41
Dentro del Rail, la presión del combustible se mantiene ,también tras la extracción
del caudal de inyección a un nivel casi constante , ya que surge un efecto de
acumulación debido a la elasticidad del combustible .La presión del combustible
se mide mediante el sensor de presión de Rail y regula el valor deseado
mediante la válvula reguladora de presión. La válvula limitadora de presión tiene
la misión de limitar la presión de combustible en el rail hasta 1500 bar como
máximo.
En los sistemas aplicados en turismos, para la generación de presión actúa como
bomba de alta presión una bomba de émbolos radiales.
La presión se genera independientemente de la inyección. La velocidad de
rotación de la bomba esta acoplada al número de revoluciones del motor con una
relación fija de desmultiplicación. Debido al suministro casi uniforme, la bomba de
alta presión puede dimensionarse notablemente menor y con un momento de
accionamiento en punta más reducido que en los sistemas de inyección.
Los inyectores que están unidos al rail a través de tuberías cortas, se compone
esencialmente de un inyector y de una electroválvula.
La unidad de control suministra corriente a las electroválvulas para su conexión,
al desconectarse la corriente, concluye la inyección .El caudal de combustible
inyectado es un con una presión determinada, proporcionar al tiempo de conexión
d la electroválvula y es independiente del número de revoluciones del motor o de
la bomba.
2.2.8 Inyectores
HEUI. El termino HEUI, Significa HIDRAULICAMENTE
ACTUADA, ELECTRONICAMENTE CONTROLADA UNIDAD INYECTORA en
sus siglas en ingles. Los sistemas tradicionales cumplieron a cabalidad con su
función de dosificar pero este proceso se hacía de una manera burda, pero en la
continua búsqueda de sistemas más eficientes, se empezó por controlar y regular
la cantidad de combustible, el primer sistema es el que vemos en la figura, donde
un eje de leva acoplado al cigüeñal del motor presiona el cuerpo del inyector
dosificando el combustible a razón de las revolución del motor.
En la búsqueda de optimizar el proceso, se eliminó el eje de leva y se implementó
un solenoide que permite controlar independientemente el caudal de inyección, el
sistema es muy similar al inyector COMMON RAIL como la muestra la figura.
42
Figura 12.Inyector HEUI
Fuente. CATERPILA. Inyector HEUI. U.S.A: [24 agosto, 2012]. Disponible en Internet :
<http://www.cat.com/cda/files/87775/7/pehp9526.pdf>
La entrega exacta de combustible controla el rendimiento del motor. Todos los
sistemas de combustible de los motores diesel usan un embolo y un barril para
introducir el combustible a alta presión en la cámara de combustión. En un
sistema de combustible típico el árbol de levas de la bomba inyectora se usa para
ejercer mecánicamente una fuerza sobre el embolo, entonces el embolo empuja
la cantidad precisa de combustible dentro de la cámara de combustión, en cambio
el sistema HEUI usa el aceite del motor previamente presurizado por la bomba de
alta presión para ejercer una fuerza sobre el embolo, el control del tiempo de
inyección lo lleva a cabo EDC del motor.
La operación del sistema de combustible con Inyector Unitario Electrónico de
Accionamiento Hidráulico (HEUI) es completamente diferente de la de cualquier
otro tipo de sistema de combustible accionado mecánicamente. El sistema de
43
combustible HEUI no necesita ajustarse en absoluto. No se pueden hacer ajustes
de los componentes mecánicos. Los cambios en rendimiento se obtienen
instalando un software diferente en el Módulo de Control Electrónico (ECM).Este
sistema de combustible consta de seis componentes básicos:
• Inyector Unitario Electrónico de Accionamiento Hidráulico (HEUI)
• Módulo de Control Electrónico (ECM)
• Bomba hidráulica
• Válvula de control de la presión de accionamiento de la inyección.
• Bomba de transferencia de combustible.
• Sensor de la presión de accionamiento de la inyección
- Descripción de los componentes
Inyector Unitario Electrónico de Accionamiento Hidráulico. El sistema de
combustible HEUI utiliza un inyector unitario controlado electrónicamente y
activado hidráulicamente.
Todos los sistemas de combustible para motores diesel utilizan un émbolo y un
pistón para bombear el combustible a alta presión dentro de la cámara de
combustión. Este combustible se bombea dentro de la cámara de combustión en
cantidades precisas a fin de controlar el rendimiento del motor. El HEUI utiliza el
aceite del motor a alta presión para impulsar el embolo. Los demás sistemas de
combustible utilizan un lóbulo del árbol de levas de la bomba de inyección de
combustible para impulsar el émbolo. Como el HEUI es muy diferente, los técnicos
tienen que utilizar distintos métodos para la localización y solución de problemas.
El HEUI utiliza el aceite lubricante del motor que se presuriza desde 6 MPa (870
Ib/pulg2) hasta 24 MPa (3.500 lb/pulg2) para bombear combustible desde el
inyector. El sistema HEUI opera de la misma forma que un cilindro hidráulico para
multiplicar la fuerza del aceite a alta presión. Al multiplicar la fuerza del aceite a
alta presión, el sistema HEUI puede producir presiones de inyección muy altas.
Esta multiplicación de la presión se alcanza al aplicar a un pistón la fuerza del
aceite a alta presión.
El pistón es aproximadamente seis veces más grande que el embolo. El pistón,
que está impulsado por el aceite lubricante del motor a alta presión, empuja el
émbolo. A este aceite lubricante a alta presión se le llama la presión de
accionamiento del aceite. La presión de accionamiento del aceite genera la
presión de inyección que entrega el inyector unitario. Esa presión de inyección es
aproximadamente seis veces mayor que la presión de accionamiento del aceite.
La baja presión de accionamiento del aceite da corno resultado una baja presión
de inyección del combustible. En condiciones de baja velocidad tales como la
operación en vacío y el arranque, se utiliza una baja presión de inyección.
44
La alta presión de accionamiento del aceite da como resultado una alta presión de
inyección del combustible. En condiciones de alta velocidad tales como la
aceleración y la alta en vacío, se utiliza una alta presión de inyección.
Hay muchas otras condiciones de operación en que la presión de inyección est6
comprendida entre el mínimo y el máximo. El sistema de combustible HEUI
proporciona un control infinito de la presión de inyección, independientemente de
la velocidad del motor.
Módulo de Control Electrónico (ECM). El Módulo de Control Electrónico (ECM)
está situado en el lado izquierdo del motor. Se trata de una computadora eficaz
que proporciona un control electrónico total del rendimiento del motor. El ECM
utiliza los datos de rendimiento del motor suministrados por varios sensores.
Después, el ECM utiliza estos datos para efectuar ajustes al suministro de
combustible, la presión de inyección y la sincronización de la inyección. Contiene
mapas de rendimiento programados (software) para definir la potencia, las curvas
de par y las rpm. A este software se le llama comúnmente módulo de
personalidad.
Algunos motores utilizan Módulos de Control Electrónico (ECM) con un chip de
computadora reemplazable. El ECM registra las fallas en el rendimiento del motor.
También es capaz de efectuar automáticamente varias pruebas de diagnóstico
cuando se utiliza el ECM con un instrumento de servicio electrónico tal como el ET
o el Programador Analizador del Control Electrónico (ECAP).
Bomba hidráulica. La bomba hidráulica (bomba de aceite de alta presión) está
situada en la esquina delantera izquierda del motor. Se trata de una bomba de
pistones que tiene un caudal fijo. La bomba hidráulica utiliza un pistón axial. La
bomba hidráulica utiliza una parte del aceite lubricante del motor. La bomba
hidráulica presuriza el aceite lubricante que se necesita para el funcionamiento de
los inyectores HEUI.
Válvula de control de la presión de accionamiento de la Inyección (Válvula de
Control IAP). La válvula de control de la presión de accionamiento de la inyección
(Válvula de Control IAP) está situada en el lado de la bomba hidráulica. En la
mayoría de las condiciones, la bomba produce un flujo de aceite excesivo. Esta
válvula de control descarga el exceso de flujo de la bomba hacia el drenaje para
así controlar la presión de accionamiento de la inyección al nivel deseado. Se trata
de una válvula de alta precisión que controla la presión de accionamiento real. Los
mapas de rendimiento del ECM contienen una presión de accionamiento deseada
para cada condición de operación del motor.
El ECM envía una corriente de control a esta válvula. La corriente de control debe
hacer que la presión de accionamiento real sea igual a la presión de
accionamiento deseada. La Válvula de Control IAP es un accionador. La válvula
de control IAP convierte una señal eléctrica que llega del ECM en el control
45
mecánico de una válvula de carrete para controlar la presión de salida de la
bomba.
Bomba de transferencia de combustible. La bomba de transferencia de
combustible está montada en la parte trasera de la bomba hidráulica. La bomba de
transferencia de combustible se utiliza para extraer el combustible del tanque.
También se utiliza para presurizar el combustible hasta una presión de 450 kPa
(65 lb/pulg2). El combustible presurizado se suministra a los inyectores. La bomba
de transferencia de combustible es una bomba de un solo pistón cargada por
resorte. La bomba es operada por un cojinete descentrado en la parte trasera del
eje de la bomba hidráulica. Hay dos válvulas de retención en la bomba de
transferencia de combustible. La válvula de retención de la admisión se abre para
permitir que entre combustible desde el tanque a la bomba. La válvula de
retención de la admisión se cierra para impedir que el combustible regrese al
tanque. La válvula de retención de la salida se abre para proporcionar combustible
al conducto de suministro. El conducto de suministro de combustible está situado
en la culata. Este conducto suministra combustible a los inyectores. La válvula de
retención de la salida se cierra para impedir que el combustible presurizado
escape de regreso a la bomba.
Sensor de la presión de accionamiento de la inyección (IAP). El sensor IAP
está instalado en el múltiple del aceite de alta presión. El múltiple del aceite de alta
presión suministra el aceite de accionamiento para accionar los inyectores
unitarios. El sensor IAP vigila la presión de accionamiento de la inyección. El
sensor IAP envía una señal de voltaje continuo al ECM. El ECM interpreta esta
señal. El ECM recibe información de la presión de accionamiento de la inyección
en todo momento.
El sistema de accionamiento de la inyección cumple dos funciones. El sistema de
accionamiento de la inyección suministra aceite a alta presión para accionar los
inyectores HEUI. También controla la presión de la inyección producida por los
inyectores unitarios mediante variación de la presión de accionamiento del aceite.
46
Figura 13.Diagrama de Componentes de los
Electrónicos de Accionamiento Hidráulico (HEUI)
Inyectores
Unitarios
1) Bomba hidráulica. (2) Flujo de aceite al motor. (3) Filtro de aceite. (4) Bomba de aceite del motor. (5) Enfriador de aceite.
(6) Sensor IAP. (7) Inyectores. (8) Riel de suministro de combustible. (9) Regulador de la presión del combustible. (10)
Válvula de control IAP (11) Filtro del combustible. (12) Tanque del combustible (13) Parte trasera del engranaje de levas.
(14) Sensores de la sincronización de velocidades. (15) Modulo de control del motor (ECM). (16) Sensor de la presión de
refuerzo. (17) Pedal acelerador. (18) Sensor de la posición del pedal acelerador (19) Baterías. (20) Sensor de la
temperatura del refrigerante. (21) Enlace de datos. (22) Relé del freno accionado por el escape. (23) Sensor do la
temperatura del aire de admisión. (24) Relé de la transmisión. (25) Sensor de la velocidad del vehículo. (26) Relé del
calentador del aire de admisión. (27) Lámpara del calentador del aire de admisión (28) Lámpara de marcha en vacío rápida.
(29) Lámpara de comprobación del motor. (30) Velocímetro y tacómetro. (31) Interruptores de conexión/desconexión y de
ajuste/reanudación de la marcha en crucero. (32) Interruptores de conexión/desconexión y de ajuste/reanudación de la toma
de fuerza (PTO). (33) Interruptores del freno de servicio. (34) Interruptores del neutral y del embrague. (35) Bomba de
transferencia de combustible.
Fuente. CATERPILLAR. Operación de sistemas pruebas y ajustes, México., 2001.p.18.
47
- Funcionamiento. El aceite de la bomba de aceite del motor cubre las
necesidades del sistema de lubricación del motor También cubre las necesidades
de la bomba hidráulica del sistema de combustible Se ha aumentado la capacidad
de la bomba de aceite del motor para satisfacer el requerimiento adicional de flujo
que se necesita.
La bomba de aceite del motor presuriza el aceite que se extrae del sumidero hasta
igualar la presión del aceite del sistema de lubricación. El aceite fluye desde la
bomba a través del enfriador de aceite del motor, a través del filtro de aceite del
motor y llega a la galena principal del aceite. Un circuito separado de la galena
principal del aceite dirige una parte del aceite lubricante para el suministro de la
bomba hidráulica. Un tubo de acero en el lado izquierdo del motor conecta a
galería principal del aceite con la lumbrera de entrada de la bomba hidráulica y
llena el depósito de la misma. El depósito de la bomba suministra aceite a la
bomba hidráulica durante el arranque. El depósito también proporciona aceite a la
bomba hidráulica hasta que pueda aumentar la presión.
El depósito de la bomba también proporciona aceite de complemento al conducto
de alta presión en la culata. Cuando el motor se apaga y se enfría, el aceite se
contrae. Una válvula de retención en la bomba permite extraer aceite del depósito
de la bomba para mantener lleno el conducto del aceite a alta presión. El aceite
del depósito de la bomba se presuriza en la bomba hidráulica y se envía por la
lumbrera de salida de la bomba a alta presión. El aceite fluye entonces desde la
lumbrera de salida de la bomba hidráulica hasta el conducto de aceite de alta
presión en la culata.
El conducto del aceite a alta presión se conecta con la lumbrera de cada uno de
los inyectores unitarios para suministrar aceite de accionamiento a alta presión a
los inyectores. El aceite de accionamiento a alta presión fluye desde la bomba
hidráulica a través de la culata y llega a todos los inyectores. El aceite queda
contenido en el conducto de aceite a alta presión hasta que se utiliza por los
inyectores unitarios. El aceite agotado por los inyectores unitarios se expulsa por
debajo de las tapas de válvulas. Este aceite regresa al Carter por las lumbreras de
drenaje de la culata.
La bomba hidráulica es una bomba de pistón axial de caudal fijo. Este diseñada
para generar un flujo adecuado en las condiciones más exigentes. En la mayoría
de las condiciones de operación, la bomba hidráulica produce un exceso de flujo.
Hay que descargar este exceso de flujo en un drenaje para controlar la presión del
sistema. La válvula de control IAP, regula la presión del sistema al descargar la
cantidad precisa de aceite hacia el drenaje. Esta descarga de aceite es necesaria
para mantener la presión de accionamiento deseada. Hay dos tipos de presión de
accionamiento:
• Presión de accionamiento deseada
• Presión de accionamiento real
48
Figura 14.Bomba de alta presión
Fuente. Autores
La presión de accionamiento deseada es la presión de accionamiento de la
inyección que el sistema necesita para obtener un rendimiento óptimo del motor.
Los mapas de rendimiento en el ECM, establecen la presión de accionamiento
deseada. El ECM selecciona la presión de accionamiento deseada. El ECM basa
la selección en las entradas de señal que recibe de muchos sensores.
Algunos de los sensores que proporcionan entradas de señal al ECM son el
sensor de posición del pedal acelerador, el sensor de la presión de refuerzo, los
sensores de la sincronización de velocidad y el sensor de la temperatura del
refrigerante. La presión de accionamiento deseada cambia constantemente debido
a los cambios en la velocidad del motor y en la carga del motor. La presión de
accionamiento deseada es constante solamente en condiciones de estado
estables (velocidad y carga del motor estables).
La presión real de accionamiento es la presión real del aceite de accionamiento
que está activando a los inyectores. La válvula de control IAP está cambiando
constantemente la cantidad de flujo de la bomba que se descarga hacia el drenaje.
El flujo de la bomba se descarga hacia el drenaje para igualar la presión de
accionamiento real con la presión de accionamiento deseada.
Hay tres componentes que operan unidos para controlar la presión de
accionamiento de la inyección:
• El ECM
• La válvula de control IAP
• El sensor IAP
49
El ECM selecciona la presión de accionamiento deseada. La presión de
accionamiento deseada está basada en la entrada de sensor y en los mapas de
rendimiento. El ECM envía una corriente de control a la válvula de control IAP para
cambiar la presión real de accionamiento. Esta válvula de control reacciona a esta
corriente para variar la presión de accionamiento real.
La presión varia cuando la válvula de control IAP descarga parte del flujo de la
bomba en el drenaje. La válvula de control IAP actúa como una válvula de alivio
controlada eléctricamente. El sensor IAP vigila la presión real de accionamiento en
el conducto del aceite a alta presión. Este sensor informa la presión de
accionamiento real al ECM enviando una señal de voltaje al ECM. El sistema de
control de presión de accionamiento de la inyección opera en un ciclo.
El ECM selecciona la presión de accionamiento deseada. Entonces, el ECM envía
una corriente eléctrica a la válvula de control IAP que debe producir dicha presión.
Esta válvula reacciona ante la corriente eléctrica del ECM variando el ajuste del
alivio de presión que a su vez cambia la presión de accionamiento real. El sensor
IAP vigila la presión real de accionamiento y envía un voltaje de serial al ECM. El
ECM interpreta el voltaje de la señal procedente del sensor de presión de
accionamiento de la inyección para calcular la presión de accionamiento real.
Entonces, el ECM compara la presión de accionamiento real con la presión de
accionamiento deseada para ajustar la corriente eléctrica a la válvula de control de
presión de accionamiento de la inyección.
Esta válvula responde al cambio de corriente eléctrica cambiando la presión de
accionamiento real. Este proceso se repite 67 veces por segundo. A este ciclo de
repetición constante se le llama sistema de control de bucle cerrado. La mayor
parte del flujo de aceite a alta presión que sale de la bomba hidráulica se utiliza
para accionar los inyectores unitarios. El exceso de flujo es la cantidad de flujo de
bomba que resulta innecesario para obtener la presión de accionamiento deseada.
El exceso de flujo se retorna al drenaje a través de la válvula de control IAP. El
exceso de flujo de esta válvula circula hacia arriba por un tubo en U del depósito
de la bomba. El flujo se desplaza a través de un conducto perforado hacia la parte
delantera de la bomba. El aceite de drenaje fluye de la parte delantera de la
bomba por encima del engranaje de mando de la bomba y circula hacia abajo por
el tren de engranajes delantero del motor hasta el sumidero.
- Componentes del inyector HEUI. El inyector HEUI cumple cuatro funciones. El
inyector HEUI presuriza el combustible a 450 kPa (65 lb/pulg2) a 162 MPa (23.500
lb/pulg2). El inyector HEUI funciona como un atomizador al bombear el
combustible a alta presión a través de los orificios de la punta del inyector unitario.
El inyector HEUI suministra la cantidad correcta de combustible atomizado a la
cámara de combustión y dispersa el combustible atomizado de manera pareja en
toda la cámara de combustión. El inyector Heui consta de cinco componentes
básicos:
50
• Inyector (10)
• Solenoide (1)
• Válvula de contrapunta (4)
• Pistón intensificador (6) y embolo (7)
• Cañón (9)
Figura 15.Inyector HEUI (Esquema)
(1) Solenoide. (2) Inducido. (3) Asiento superior de la válvula de
contrapunta. (4) Válvula de contrapunta. (5) Asiento interior de la
válvula be contrapunta. 6) Pistón Intensificador (7) Embolo. (8)
Cavidad del emboto. (9) Cañón. (10) Conjunto de boquilla
Fuente. CATERPILA. Inyector HEUI. U.S.A: [24 agosto, 2012]. Disponible en
Internet : <http://www.cat.com/cda/files/87775/7/pehp9526.pdf>
Solenoide. El solenoide es un electroimán Cuando este se energiza crea un
campo magnético muy fuerte. Este campo magnético atrae el inducido que está
conectado a la válvula de contrapunta por medio de un tornillo. Cuando el inducido
se mueve hacia el solenoide, levanta la válvula de contrapunta de su asiento
inferior. La energización del solenoide y el levantamiento de la válvula de
contrapunta de su asiento inferior dan comienzo al proceso de inyección de
combustible.
51
Válvula de contrapunta. La válvula de contrapunta tiene dos posiciones, una
cerrada y otra abierta. En la posición cerrada, la válvula se mantiene en su asiento
inferior por medio de un resorte El asiento inferior de la válvula cerrada impide que
el aceite de accionamiento a alta presión penetre en el inyector unitario. El asiento
superior de la válvula abierta descarga a la atmósfera el aceite de la cavidad que
está encima del pistón intensificador. El aceite se descarga a la atmosfera a través
de la parte superior del inyector unitario. En la posición abierta, el solenoide se
energiza y la válvula de contrapunta se levanta de su asiento inferior. Cuando la
válvula de contrapunta se levanta de su asiento inferior, este se abre permitiendo
que el aceite de accionamiento de alta presión penetre en el inyector unitario.
Cuando el aceite del accionamiento de alta presión penetra en el inyector unitario,
empuja en la parte superior del pistón intensificador. El asiento superior de la
válvula de contrapunta se cierra y bloquea el recorrido hacia el drenaje. El bloqueo
del recorrido hacia el drenaje impide las fugas del aceite de accionamiento de alta
presión del inyector unitario.
Pistón intensificador. La superficie del pistón intensificador es seis veces mayor
que la superficie del embolo. Esta multiplicación de superficie multiplica la fuerza.
Esta multiplicación permite que 24 MPa (3.500 lb/pulg2) del aceite de
accionamiento produzcan una presión de inyección de combustible de 162 MPa
(23.500 lb/pulg2)- Cuando la válvula de contrapunta se aleja del asiento inferior. El
aceite de accionamiento de alta presión penetra en el inyector unitario. Cuando
esto ocurre, el aceite de accionamiento empuja en la parte superior del pistón
intensificador. La presión aumenta en la parte superior del pistón intensificador y
empuja hacia abajo el pistón intensificador y el embolo. El movimiento
descendente del embolo presuriza el combustible en la cavidad del émbolo. Este
combustible a presión hace que el conjunto de boquilla se abra. Cuando el
conjunto de boquilla se abre, comienza la entrega de combustible a la cámara de
combustión. Un sello anular grande alrededor del pistón intensificador separa el
aceite que está encima del pistón intensificador del combustible que está debajo
del mismo.
Cañón. El cañón es el cilindro que sujeta el embolo. El embolo se mueve dentro
del cañón. El embolo y el cañón actúa de conjunto como una bomba. Tanto el
embolo como el cañón son componentes de precisión que tienen una holgura de
trabajo de solo 0,0025 mm (0,00010 pulg). Estas holguras apretadas son
necesarias para producir presiones de inyección de más de 162 MPa (23.500
lb/pulg2) sin fugas excesivas. El cañón también contiene la lumbrera de derrame
PRIME. La lumbrera de derrame PRIME es un pequeño agujero con una
tolerancia de alta precisión. Este orificio esta rectificado por el lado del cañón
dentro del embolo. Este orificio descarga momentáneamente la presión de
inyección de combustible durante la carrera descendente del embolo.
El conjunto de boquilla es similar a todos los demás conjuntos de boquilla de
inyectores unitarios. El combustible que ha si do llevado a la presión de inyección
fluye de la cavidad del embolo a través de un conducto en la punta de la boquilla.
52
El combustible que fluye de la boquilla es retenido por el obturador, que tapona los
orificios del extremo de la punta. La fuerza de un resorte mantiene el obturador
bajado en la posición cerrada. Esto impide la fuga de combustible por la punta y la
entrada de gas de combustión en el inyector unitario cuando se enciende el
cilindro.
Figura 16.Conjunto de la boquilla
(1) Esfera de retención del llenado de admisión. (2) Caja. (3)
Obturador. (4) Punta. (5) Orificios de punta.
Fuente: LAUBACH, Marco. Conjunto de boquilla. [12 febrero,
2013]. Disponible en Internet : <
http://3.bp.blogspot.com/0BQCPbyubIY/UNn7BV7HQbI/AeH4/h
-owWNBCHsI/s1600/punta.jpg>
Cuando la presión de inyección aumenta hasta aproximadamente 28 MPa (4.000
lb/pulg2) la fuerza hidráulica que está empujando el obturador aumenta. Cuando la
fuerza hidráulica vence la fuerza del resorte, el obturador se separa de la punta.
Cuando el obturador se separa de la punta, está en la posición abierta. La presión
necesaria para abrir el obturador se llama Presión de Apertura de la Válvula
(VOP). El combustible fluye de los orificios de la punta en el extremo de la misma
y el combustible fluye dentro de la cámara de combustión. El obturador permanece
abierto y el combustible sigue fluyendo de la punta hasta que la presión de
inyección cae por debajo de 28 MPa (4.000 lb/pulg2).
53
Cuando cae la presión, el obturador se cierra y se detiene la inyección de
combustible. La presión que permite que el obturador cierre se llama Presión de
Cierre de la Válvula (VCP).
La esfera de retención del llenado de admisión se separa de su asiento durante el
desplazamiento del embolo hacia arriba a fin de permitir que la cavidad del embolo
se vuelva a llenar. La esfera de retención se asienta y sella durante la carrera del
embolo hacia abajo. La esfera de retención sella durante la carrera del embolo
hacia abajo para evitar tas perdidas de presión de la inyección de combustible en
el suministro de combustible.
- Operación del inyector de combustible HEUI. Hay cinco etapas de inyección
en el inyector HEUI:
• Preinyección.
• Inyección piloto.
• Retardo.
• Inyección principal.
• Final de la inyección.
Todos los componentes internos han regresado a la posición de carga por resorte
durante la preinyección. El solenoide no está energizado y el asiento inferior de la
válvula de contrapunta está cerrado. Cuando ce cierra cl asiento inferior de la
válvula de contrapunta, éste bloquea el aceite de accionamiento a alta presión
impidiendo su entrada en el inyector unitario. El Embolo y el pistón intensificador
estén en la parte superior de la lumbrera y la cavidad del embolo esta£ llena de
combustible. La presión de combustible en la cavidad del §émbolo es igual a la
presión de suministro de combustible. Esta presión es aproximadamente igual a
450 kPa (65 lb/pulg2).
Cuando el ECM activa el inyector unitario, envía una corriente al solenoide del
inyector unitario. La corriente hace que el solenoide produzca un fuerte campo
magnético que atrae el inducido. El inducido está conectado mecánicamente a la
válvula de contrapunta por medio de un tornillo. La atracción magnética del
solenoide supera la tensión del resorte que mantiene a la válvula de contrapunta
en posición cerrada. Cuando la válvula de contrapunta se abre, se aleja del
asiento inferior.
54
Figura 17.Inyector HEUI (inyección piloto)
(1) Asiento superior de la válvula de contrapunta (position cerrada) (9)
Asiento inferior da la válvula de contrapunta (posición abierta) (A)
Drenaje (a la atmosfera). (B) Presión de suministro del combustible. (C)
Presión del aceite de accionamiento. (D) Piezas móviles. (E) Presión de
la inyección. (F) Flujo del combustible. (G) Movimiento mecánico.
Fuente. CATERPILA. Inyector HEUI. U.S.A: [24 agosto, 2012]. Disponible
en Internet : <http://www.cat.com/cda/files/87775/7/pehp9526.pdf>
Cuando la válvula de contrapunta se abre, el asiento superior bloquea el recorrido
hacia el drenaje y el asiento inferior abre la cámara de la válvula y permite la
entrada del aceite de accionamiento a alta presión. El aceite a alta presión fluye
alrededor de la válvula de contrapunta. El aceite a alta presión fluye a través de un
conducto en la parte superior del pistón intensificador El aceite a alta presión actúa
sobre la parte superior del pistón intensificador El aceite a alta presión empuja
55
hacia abajo el pistón y el embolo. El movimiento hacia abajo del Embolo presuriza
el combustible que se encuentra con la cavidad del émbolo y en la boquilla.
Cuando la presión alcanza la presión de apertura de la válvula (VOP) de
aproximadamente 28 MPa (4.000 Ib/pulg2), el obturador se levanta del asiento en
la punta. Cuando el obturador se levanta, comienza la inyección.
2.2.9 Diagnostico mecánico de inyectores. Este proceso que es muy común
en todos los centros de diagnóstico, es un proceso empírico, cuyos resultados se
basa en la experiencia de quien hace la medición. Es muy común encontrarlos
dado su facilidad de implementación y el costo de operación que a su vez se ve
reflejado en el precio que cancela el cliente.
En LUBRIFRENOS CAR.DE COL. El proceso de diagnóstico se realiza en un
banco mecánico cuyo sistema funciona al llenar de aire una cámara y este es
enviado a una presión estándar que en este caso es de 200 bares a través de una
válvula estranguladora, un operario empíricamente sujeta un material que
contraste con el color del combustible Diesel y luego determina si los orificios del
inyector expulsaron la misma cantidad, el proceso se hace como muestra la
siguiente figura.
Figura 18.Proceso de llenado de aire de la cámara
Fuente. Autores
56
2.2.10 Verificación y limpieza del inyector. Si sabemos que el inyector tiene
algún tipo de problema en su funcionamiento, deberá procederse al desmontaje
del mismo para verificar el estado de sus componentes y realizar la oportuna
limpieza de los mismos, la cual se efectúa con varillas de latón con punta afilada y
cepillas de alambre, también de latón. Con estos útiles se limpian las superficies
externas e internas de la tobera y la aguja, para retirar las partículas de carbonilla
depositadas en ellas, sin producir ralladuras que posteriormente dificultarían el
funcionamiento.
Figura 19.Proceso de limpieza del inyector
Fuente. SENA. Curso virtual inyectores.Bogotá.2010 .p.16
57
Estadístico F De Fisher-Snedecor. El principal objetivo de esta función es el
Análisis de Varianza, y se emplea cuando se necesita comparar más de dos
medias muéstrales a la vez. En estos casos la idea es detectar si el efecto de uno
o más tratamientos afecta a las muestras Observadas. Ahora bien, cuando se
tiene el caso de dos muestras, la idea es testear si hay igualdad en las dos
poblaciones en estudio. Una vez verificado este supuesto, se puede avanzar más
verificando si hay diferencia entre las medias muéstrales, y así verificar si ambas
muestras tienen igual media y varianza, porque eso significa que en realidad
provienen de la misma población normal. Eso probaría que no hay efecto de un
tratamiento si se lo compara con un placebo, o que dos técnicas de laboratorio son
equivalentes.
Si el experimento no verifica esto, entonces se deberá elegir el caso que presente
menor varianza, para tener menor variabilidad en las mediciones de laboratorio, al
introducir algún efecto o cambiar el método de medición.
Si X y Y son dos variables aleatorias independientes que tienen distribución con n 1
y n2 grados de libertad, respectivamente, entonces, la variable aleatoria
F
x n1
Función de distribución F-Snedecor
y n2
(n 1  n 2 ) / 2n 1 / n 2  1
h (f ) 
n 1 / 2n 2 / 2
n /2
f ( n1  2 ) / 2
1  n 1f / n 2 ( n n ) / 2
1
2
Que es la llamada función de distribución F-Snedecor o F-Fisher con n1 y n2
grados de libertad
Si a dos poblaciones normales, o aproximadamente normales, se extraen dos
muestras aleatorias e independientes, y a cada una se le calcula su respectiva
2
varianza, el cociente de ambos valores F  s12 s 2 (con F>1,) tendrá una distribución
de Fisher, cuyos valores críticos fueron obtenidos por W. Snedecor en una tabla
que se caracteriza por presentar una hoja para cada nivel de confianza, se eligen
los más apropiados como: 95%; 97,5%; 99%; 99,5% y 99,9%. Como siempre, el
área total bajo la curva es la unidad y se extiende desde 0 a + ∞.
58
Análisis de Varianza de dos vías por Matlab. El script p = ANOVA2 (X,) en
matlab lleva a cabo un ANOVA de dos vías equilibrada para comparar las medias
de dos o más columnas y dos o más filas de las observaciones en X. Los datos en
diferentes columnas representan cambios en el factor de A. Los datos en
diferentes las filas representan los cambios en el factor de B. Si hay más de una
observación para cada combinación de factores, repeticiones de entrada indica el
número de repeticiones en cada posición, que debe ser constante.
La siguiente matriz muestra el formato de una configuración en factor de la
columna A tiene dos niveles, factor de la fila B cuenta con tres niveles, y hay dos
repeticiones (reps = 2). Los subíndices indican la fila, la columna y la replicación,
respectivamente
Cuando el valor es 1 (por defecto), ANOVA2 devuelve dos valores de p en el
vector p:
1. El valor de p para la hipótesis nula, H0A, que todas las muestras del factor A
(es decir, todas las columnas-muestras en X) proceden de la misma población
2. El valor de p para la hipótesis nula, H0B, que todas las muestras de factor B
(es decir, todas las filas-muestras en X) proceden de la misma población Cuando
los valores de las repeticiones es mayor que 1, ANOVA2 devuelve un tercer valor
de p en el vector t:
3. El valor de p para la hipótesis nula, H0AB, que los efectos debidos a los
factores A y B son aditivos (es decir, que no hay interacción entre los factores A y
B si cualquier valor p es cercano a cero, esto pone en duda la hipótesis nula
asociada.
Un valor suficientemente pequeño de p para H0A sugiere que al menos una
columna de media-de la muestra es significativamente diferente que los otros
medios de columna de muestra, es decir, existe un efecto principal debido al factor
A. Un valor suficientemente pequeño de p para H0B sugiere que al menos una
media de fila de la muestra es significativamente diferente de los otros medios de
fila de muestra, es decir, existe un efecto principal debido al factor B. Un valor
suficientemente pequeño de p para H0AB sugiere que hay una interacción entre
los factores a y B. La elección de los límites para el valor p para determinar si un
59
resultado es "estadísticamente significativa" se deja al investigador. Es común
para declarar un resultado significativo si el valor p es menor que 0,05 o 0,01.
La función ANOVA2 de matlab también muestra la tabla de ANOVA estándar, el
cual divide la variabilidad de los datos de las direcciones X en tres o cuatro partes,
dependiendo del valor de repeticiones:
 La variabilidad debida a las diferencias entre las medias de las columnas
 La variabilidad debida a las diferencias entre las filas
 La variabilidad debida a la interacción entre las filas y las columnas (en caso de
que los valores de las repeticiones sea mayor que su valor por defecto de uno)
La tabla de ANOVA tiene cinco columnas:
 La primera muestra la fuente de la variabilidad.
 La segunda muestra la suma de cuadrados (SS) por cada fuente.
 La tercera muestra los grados de libertad (df) asociados a cada fuente.
 La cuarta muestra los cuadrados medios (MS), que es la relación SS / df.
 La quinta muestra las estadísticas F, que es la relación de los cuadrados
medios.
La prueba ANOVA2 evalúa la hipótesis de que la fila, la columna y la interacción
efectos son los mismos, frente a la alternativa de que no son todos iguales. A
veces es preferible llevar a cabo una prueba para determinar qué pares de efectos
son significativamente diferentes, y que no lo son.
Método de análisis de Comparaciones Pareadas. En algunos experimentos
comparativos simples puede conseguirse un mejoramiento significativo de la
precisión haciendo comparaciones de observaciones pareadas del material
experimental. Un modelo estadístico que describe los datos de este experimento
puede expresarse como
Donde
es la observación general del elemento
,
es el promedio de datos en el elemento
es el efecto de prueba
debido al ejemplar de prueba
y
es el error experimental aleatorio con
media cero y varianza , es decir es la varianza de la mediciones en los datos
en el elemento y la varianza en los datos en el elemento .Si se calcula la
diferencia pareada
= ( )
El valor esperado de esta diferencia es
60
= (
= (
)
)- ( )
=
=
Es decir pueden hacerse inferencia acerca de la diferencia en las lecturas
promedio de los elementos =
haciendo inferencias acerca de la media de
las diferencias
.Teniendo en cuenta esto es posible probar
y es
equivalente a probar
0
0
Para la medición se emplea un α=0.05 equivalente a 95% de exactitud en los
cálculos, y estadístico de prueba para 10 datos con un α=0.05 equivale =2.262
El estadístico de prueba para esta Hipótesis ( student) es
=
̅
√
Donde
Ecuación 1
∑
Ecuación 2
̅ = ∑
Ecuación 3
√
∑
∑
Es la desviación estándar muestra de las diferencias.
este valor corresponde en las tablas a
0 se rechazaría si
. Debido a que las
observaciones de los niveles del factor están pareadas en cada unidad
experimental a este procedimiento suele llamarse T pareada.
Para validar este proceso se procede a comparar dos inyectores en perfecto
estado y determinar cuál de las hipótesis
0
0
es válida.
Cabe aclarar en este caso se debe comparar el inyector en perfecto estado contra
los demás para así determinar el estado en que se encuentra el inyector
comparado.
61
3. METODOLOGIA
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN
Este proyecto se realizara por medio de la investigación en algunos campos, ya
que en algunos libros se puede encontrar información sobre este tema en cuanto
cómo funciona el sistema de inyección y sus componentes, y empírico en cuanto a
la fabricación de la maquina ya que no se cuenta con información disponible (esto
sucede porque mucha de esa información es confidencial) , y por este motivo se
dispondrá inicialmente a una parametrización en cuanto a la cantidad de
combustible expulsada por inyectores en excelente estado para así realizar las
pruebas con otros inyectores y determinar su estado
3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO
TEMÁTICO DEL PROGRAMA
Esta línea de investigación corresponde a las Tecnologías Actuales y Sociedad, y
la sub-línea de Instrumentación y Control de Procesos y el campo temático es
Automatización de Procesos y Robótica.
3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN
La información que se recolectará para empezar a trabajar se obtendrá por medio
de diversos libros de mecánica automotriz para obtener datos y resultados de las
empresas que fabrican los elementos del sistema de inyección. Por otra parte se
obtendrá de forma empírica ya que la información será proporcionada por la
empresa para la cual se realizara el proyecto.
62
4. DISEÑO INGENIERIL
4.1 DISEÑO DEL SELECTOR PARA EL RECONOCIMIENTO DEL INYECTOR
Inicialmente se contempló la posibilidad de diseñar un selector del inyector
mecánico, en el cual el operario accionaba este mecanismo y el banco se
adecuaba al inyector, durante el transcurso del proyecto se llegó la conclusión que
este tipo de accionamiento es de tipo on/off esto significa que no es necesario
implementar un diseño mecánico cuando un proceso sencillo como el accionar un
interruptor o al seleccionar un icono en un software me permite realizar una acción
sobre los inyectores.
Para nuestro caso, se implementó en el software de diagnóstico un botón de
accionamiento que envía un comando al microcontrolador y este a su vez al
inyector requerido como se explicara más adelante.
Figura 20. Software de diagnóstico lubrifrenos car.de.col
Fuente. Autor
63
4.2 DISEÑO DEL SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS PARA LOS DOS (2)
TIPOS DE INYECTOR
4.2.1 Diseño Experimental, Recolección Y Análisis de datos en Inyectores
Common Rail Y Heui. El banco de pruebas para inyectores electrónicos en
vehículos de carga pesada está enfocado en determinar el estado y el posible
fallo si lo hubiere en inyectores electrónicos Common Rail y Heui, Actualmente en
los centros de diagnóstico este proceso es artesanal y basa su resultado en
tanteo y comprobación visual por parte del operario
Para corregir esto, se decidió por medir exactamente el valor expulsado en cada
inyector y hacer un modelo más preciso que analiza y diagnostique el estado en el
inyector con base a la cantidad expulsada para hacerlo se tomaron inyectores
nuevos e inyectores con algún tipo de fallo, como:
 Fallo en los orificios de expulsión o en puntas para inyectores Common Rail y
Heui.
 Fallo en el cuerpo del inyector o cuerpo Aguja-Tobera en inyectores Common
Rail y Heui.
4.2.2 Calculo del sistema de apertura y cierre del inyector. Como punto de
partida se eligen las marcas de inyectores más comunes para cada sistema, como
es el caso de:


Common Rail: Bosch, Delphi
Heui: Cummins
Para tomar una medida aceptable se toman 20 inyectores por cada estado del
inyector (Nuevo, Con fallo en las puntas, Con fallo en la tobera) y se repite en
cada marca. Cabe aclarar que no fue posible obtener los inyectores de un mismo
lote, lo cual aleatoriza las mediciones y beneficia la utilización del método
estadístico.
Una vez obtenidos los inyectores por parte de LUBRIFENOS CAR DE COL, se
procede a diseñar el circuito que permite la apertura y cierre del inyector, esto
con el fin de medir el combustible expulsado en el intervalo de tiempo que opera
el inyector.
Para realizar el diseño es necesario conocer los valores de los elementos que
realizan la apertura y cierre en el inyector como la inductancia y resistencia en el
solenoide y eso es fácilmente medible con el inductomero.
64
Se emplea el inductometro BK PRECISION modelo 885, y se mide el valor de
cada inductancia variando la frecuencia entre 120 Hz ,1 kHz y 10 kHz, el valor de
la resistencia se mide con el multímetro UNI-T Modelo UT33C.
Una vez medidos todos los valores se saca un promedio como lo muestra la
siguiente tabla:
Tabla 1.Valores obtenidos en los solenoides de los inyectores
Inyector Bosch
(µH)
Inyector DEPHI (µH)
Inyector Heui
(mH)
285
288
280
287
286
289
290
290
288
283
290
290
284
280
287
285
288
287
277
290
324
335
330
335
328
325
330
335
335
325
330
340
330
327
325
338
336
332
320
326
3
3,5
3,8
4
2,8
2,8
3,5
3,5
3
3,2
3,2
3,7
2,8
2,8
3
3
3,7
3,9
3,2
3,4
Valor promedio
286,2
Valor promedio
330,3
Valor promedio
3,29
Fuente. Autores
Tabla 2.Valores promedios en los solenoides de los inyectores
Tipo
Inductancia (µH)
Resistencia (Ω)
Bosch
286
0.76
Delphi
330
0.9
Cummins
3300
1.2
Fuente. Autores
- Calculo de la corriente en el circuito del inyector. Una vez obtenidos los
valores de los solenoides se calcula la corriente que circulara por el inyector para
así definir los elementos que emularan el sistema de apertura del inyector.
65
- Determinación de la corriente en función del tiempo para inyectores Bosch.
El siguiente circuito es el modelo eléctrico del inyector:
Figura 21. Circuito equivalente
del inyector Bosch
Fuente. Autores
La ecuación diferencial para el cálculo de la corriente es:
Con condición inicial
Resolviendo la ecuación diferencial:
∫
∫
Tomando la condición inicial
66
Finalmente
A
A
Asumiendo el tiempo mínimo de apertura del inyector que es de 1milisegundo:
Asumiendo el tiempo máximo de apertura del inyector de 10 milisegundos
tenemos que el valor de la corriente es:
El cálculo de la constante de tiempo de estabilización de la corriente seria:
Con condición inicial
Calculo del tiempo de asentamiento.
{
}=
{
}=
Esto confirma que el tiempo en que la corriente se estabiliza es aproximadamente
en 2 milisegundos esto se tendrá en cuenta en determinaciones posteriores.
-Simulación del circuito RL Inyector Bosch. La respuesta que se va a medir es
la corriente a la salida del circuito, la ecuación es la siguiente:
∫
67
Donde
∫
∫
- Diagrama de bloques en (SIMULINK)
Figura 22. Diagrama de bloques circuito
equivalente, inyector Bosch
Fuente. Autores
La simulación RL del circuito es:
Figura 23. Corriente del circuito
Fuente. Autores
68
Como podemos observar el tiempo de estabilización es aproximadamente de 2
milisegundos y su corriente es 15.8 A.
- Calculo de la corriente en inyectores DELPHI. Para el circuito del modelo
eléctrico del inyector Delphi, realizamos el mismo procedimiento anterior.
Con la condición inicial i=0
Figura 24.Circuito equivalente del
inyector Delphi
Fuente. Autores
Resolviendo la ecuación diferencial con la condición inicial
Resolviendo la ecuación diferencial:
∫
∫
69
Tomando la condición inicial
Finalmente
(
)
La corriente hallada es:
A
Asumiendo el tiempo mínimo de apertura del inyector que es de 1milisegundo:
Asumiendo el tiempo máximo de apertura del inyector que es
milisegundos:
Calculando el tiempo de estabilización tenemos:
{
}=
{
}=
La simulación RL del circuito es:
70
de
10
Figura 25.Corriente del circuito
Fuente. Autores
Como se puede observar la corriente tiene un valor de 13,33 y podemos
confirmar el tiempo de estabilización al 1 % del final en 1.8 milisegundos.
- Calculo de la corriente en inyectores HEUI. Para el circuito del modelo
eléctrico del inyector Delphi, realizamos el mismo procedimiento anterior.
Con la condición inicial
Resolviendo la ecuación diferencial:
∫
∫
Tomando la condición inicial
71
Finalmente
(
)
La corriente hallada es:
A
Asumiendo el tiempo mínimo de apertura del inyector que es de 1milisegundo:
Asumiendo el tiempo máximo de apertura del inyector que es
milisegundos:
Calculo del tiempo de asentamiento.
{
}=
{
}=
La simulación RL del circuito es:
Figura 26.Corriente del circuito
Fuente. Autores
72
de
10
Como se puede observar la corriente máxima es 10 A y el tiempo de
estabilización es de 13.75 al 1% del valor final.
Circuito de apertura y cierre del inyector. Teniendo en cuenta las corrientes
medianamente altas se propone inicialmente el siguiente diseño.
Figura 27. Circuito de apertura y cierre del inyector
Fuente. Autores
Dónde:
 La fuente de voltaje DC es de 12 V, P=240W
rectificador de onda completa.
tomada de un Circuito
 El transistor es un MOSFET SSP45N20B que es de alta frecuencia y maneja
valores de corriente hasta de 35 A.
 Para generar el tren de pulsos se utiliza una tarjeta de programación (Arduino)
que permite la apertura y el cierre del inyector a la frecuencia en la que opera
normalmente.
Cálculo de la fuente para probar inyectores
- Diseño: convertidor AC/DC. El circuito convertidor AC/DC se muestra en la
figura a continuación, para efectos de cálculo se incluye la resistencia de carga R1
la cual no se incluirá en la construcción del circuito final.
73
Figura 28.Circuito convertidor AC/DC
Fuente. Autores
Estimaciones de voltajes máximo y mínimo: Observando la figura, estimando
un voltaje mínimo de 12 V y un rizado de 20% para una potencia P=240W:
La resistencia de carga R es de:
Figura 29.Voltaje de salida del circuito rectificador con filtro RC
Fuente: HART, Daniel. Electrónica de Potencia. México: Pearson, 2001.p.77
Cálculos del voltaje del transformador y el condensador. Los valores
estimados para las perdidas en los elementos son:
Pérdidas en cada diodo:
.
74
Entonces las caídas en un par de diodos serán de 3V.
Pérdidas consideradas con respecto al devanado secundario del transformador:
15%. Por ende, teniendo en cuenta las pérdidas mencionadas anteriormente, el
voltaje del transformador será:
El cálculo estimado del condensador es:
Para la construcción de esta etapa se usará el condensador comercial más
cercano el cual es de
.
Cálculos de los tiempos de la señal de salida del filtro RC y del voltaje de
rizo. Observando la figura los tiempos , , y se calculan de la siguiente forma:
 Calculo de :En el punto máximo de la curva de la figura 2 (En t1) las
pendientes son cero por tanto es posible determinar t1 teniendo en cuenta que
y
Entonces:
(
)
Remplazando los valores correspondientes se tiene:
De la solución numérica de la ecuación anterior se obtuvo un tiempo: t1=4.1 ms
75
 Cálculo de t2:En este punto, el condensador vuelve a cargarse se tiene
entonces:
Por solución numérica:
ta=0,33 ms
t2= 0.3 ms+8.33 ms= 8,6ms
El voltaje de rizo es entonces:
(
)
Cálculos del voltaje DC. El voltaje DC en la salida de la etapa 1 es:
∫
[∫
]
∫
[∫
[
]
]
Simulación. Empleando ORCAD el circuito de la etapa de la conversión AC/DC
se muestra a continuación. El voltaje marcado por el multímetro indica el voltaje
DC cuyo cálculo se mostró anteriormente.
76
Figura 30.Circuito convertidor AC/DC (ORCAD)
Fuente. Autores
Figura 31.Señal de salida de voltaje
Fuente. Autores
Selección del Transistor. El transistor debe ser de
alta frecuencia de
conmutación y además debe soportar corrientes hasta de 20 A. El transistor
Mosfet SSP45N20B cumple estos requisitos como se puede ver en el Datasheet.
77
Figura 32.CaracterísticasMosfet SSP45N20B
Fuente. Autores
Teniendo en cuenta que la salida del puerto del Arduino (5V) no es suficiente para
excitar el Mosfet y también es necesario proteger de corrientes parasitas o
corrientes de fuga al Arduino. Para dar solución a estos dos inconvenientes se
propone el siguiente circuito:
Figura 33.Circuito de acople y protección
Fuente. Autores
Se escogió el transistor 2N2222 primero porque la intención del diseño es
garantizar el voltaje con voltaje al Transistor Mosfet y las corrientes que se
manejan desde el microcontrolador son pequeñas, el Transistor 2N2222A soporta
en el colector una corriente hasta 800 mA y 30V entre colector y emisor lo cual es
suficiente para incluirlo en el diseño que se propone, además de su amplio uso.
De acuerdo al Datasheet del 2N2222A
78




Ahora bien para garantizar la máxima longevidad del transistor se empleara el
valores mínimos de corriente de base, que es de 15mA.
Por lo tanto
= 286,66→220 Ω
La resistencia comercial más próxima es 220Ω
= 200 →220 Ω
Valores medidos a la salida del transistor 2N2222A Para un pulso en alto de
1milisegundo.
Figura 34.Señal de salida de voltaje
Fuente. Autores
79
Finalmente el circuito es el siguiente:
Figura 35. Circulo fuente voltaje
Fuente. Autores
Implementación de la Placa Arduino para generar el tren de pulsos y envío
de datos al Computador. Se han desarrollado componentes en los últimos años
como tarjetas de programación de código abierto como Arduino, que además de
presentar y procesar los datos de interés, ofrecen una comunicación directa con el
dispositivo a través de puerto serie universal USB. Esta alternativa facilita el uso
del sistema, y tiene un bajo costo económico.
4.2.3 Generación del tren pulsos. Cuando se realizó la medición de combustible
expulsado del inyector, se pudo observar que el solenoide en el inyector no abre
la válvula hasta que alcanza su corriente de operación, y por lo tanto existe un
leve retraso en la apertura hasta que se estabilice la corriente, Para compensar
este tiempo y de acuerdo a los cálculos se programó el Arduino a un tiempo
normal de apertura entre 1 milisegundo hasta 10 milisegundos, más el tiempo de
estabilización de la corriente en cada marca de inyectores.
80
4.2.4 Diagrama de flujo del programa
Figura 36. Diagrama de flujo
Fuente. Autores
En el anexo A, se puede obtener el código de programación en C para la tarjeta
Arduino.
4.2.5 Adquisición de datos del sensor (Celda de carga).Existen varias maneras
de medir la cantidad de combustible que expulsa el inyector una de ellas es el
uso de medidores de nivel.
Los líquidos moleculares se clasifican en dos tipos Polares y no polares, las
moléculas de agua son polares y lo es porque la distribución electrónica de las
moléculas de agua están desequilibradas, otros líquidos polares son miscibles
(solubles) en agua, en tanto que la mayor parte de los líquidos no polares son
81
inmiscibles en agua, el aceite y el agua son inmiscibles uno con el otro, por tanto
el aceite es no polar.7
Para que haya conductividad eléctrica en un fluido deben existir iones que
permitan el paso de electrones y en el caso de fluidos derivados de petróleo
estos iones son muy escasos aunque sus propiedades físicas contengan
elementos que al reaccionar puedan generar iones pero como se mencionaba
anteriormente no son abundantes por tanto la conductividad eléctrica es mínima y
en algunos casos nula, por tanto el Diesel o el Biodiesel se encuentra entre los
fluidos con baja conductividad lo cual restringe el uso de sensores que impliquen
circular corriente por él.
Otra característica que se tiene en cuenta es que al medir el combustible
expulsado en los inyectores este genera espuma lo cual es un inconveniente si se
desea usar sensores de sonido dado que el eco que se produce puede generar
errores en la medición.
Además una limitación es la viscosidad del diesel que se encuentra en un rango
de 3 a 5 centistokes, el caudal que se maneja no supera los 5 litros por minuto
teniendo en cuenta que el inyector estuviera abierto sin interrupciones durante el
minuto, esto indica que medidores de caudal como los de turbina o paletas no se
ajustaran precisamente y son los más comunes para ese tipo de caudales.
Como alternativa final se propone usar el peso del combustible expulsado para
saber la medida más exacta posible, teniendo en cuenta esto se propone el
siguiente sistema:
Celda de carga: CG-23-SSW-02-C20 de la marca NTEP de 500 gramos
Según especificaciones técnicas de la celda:
 Peso máximo: 500 gr.
 Voltaje de alimentación: 5-12V.
Colocando sobre la celda un peso de 500 gramos y conectando la celda a 12V el
voltaje medido es 6 mV. Sin peso sobre la celda es aproximadamente 0 V. Como
estos valores medidos son pequeños el micro no puede tomar estos datos
entonces se realiza una etapa de amplificación para garantizar que todos los
valores puedan ser capturados y convertidos.
Se amplificara la señal en 100 veces usando un amplificador operacional de
precisión y se medirán con diferentes pesos para saber si la señal de salida de la
carga es lineal o no.
7
BURNS, Ralph. Fundamentos de quimica. Mexico : Pearson Education,4 edicion . 2003.p.226.
82
Calculo de las resistencias para el amplificador de precisión. El circuito del
amplificador rectificador de precisión es el siguiente:
Figura 37. Amplificador rectificador de presión
Fuente. Mora. Luis. Amplificador rectificador de presión. [12 febrero, 2013]. Disponible en Internet :
<http://stc.obolog.net/multimedia/fotos/75000/74981/74981-61519.jpg>
Para una ganancia de 100
Entonces
Por tanto las resistencias son:
R=5KΩ
Empleando pesos de 25 gramos (pesas con la que se calibran las celdas en
la industria del oro) se obtienen los siguientes datos:
83
Tabla 3.Relación de peso-Voltaje
Combustible
expulsado (cm3)
Peso (gr)
Valor en (mv)
1
2.1
3
2
4.2
6,1
3
6,3
9
4
8,4
12,2
5
10,5
15,1
6
12,6
18,2
7
14,7
21
8
16,8
24
9
18,9
27
10
21
30
Fuente. Autores
Como se puede observar los valores medidos son lineales, lo cual es muy
significativo si se quiere emplear el microcontrolador para hacer la conversión
análoga digital.
4.3 DISEÑOE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA PARA EL PROCESAMIENTO
DE SEÑALES SEGÚN LOS NÚMEROS DE RESPUESTA DE OPERACIÓN DEL
INYECTOR
4.3.1 selección de la variable de respuesta. Para conocer el volumen
expulsado por el inyector se somete a 20 repeticiones por cada intervalo de tiempo
y se promedia el valor recogido para así conocer el valor real expulsado.
Empleando el circuito anteriormente mostrado Se recogieron los siguientes datos:
Toma de valores inyectores COMMON RAIL BOSH
84
Tabla 4.Datos en inyectores COMMON RAIL BOSH.
Cantidad de combustible expulsado en Inyectores nuevos (cm3)
Tiempo de expulsión del inyector (milisegundos)
Valor
Promedio
1 ms
2 ms
3 ms
4 ms
5 ms
6 ms
7 ms
8 ms
9 ms
1,3
2,7
1,4
2,8
3,8
5
6,4
3,8
4,9
6,3
1,3
2,6
3,7
5,2
1,2
2,6
3,7
1,3
2,5
1,1
7,9
9
10,2
11,5
13
7,7
9,1
10,3
11,6
13,1
6,4
7,7
9,2
10,5
11,5
13,2
5
6,5
7,7
9
10,4
11,6
13,2
3,6
5,1
6,3
7,8
9,2
10,3
11,5
12,9
2,5
3,6
5,1
6,5
7,6
9
10,3
11,5
12,9
1,3
2,5
3,6
5,2
6,4
7,8
9,2
10,4
11,5
13,1
1,3
2,8
3,8
5
6,4
7,8
9
10,2
11,6
13,2
1,2
2,5
3,8
4,9
6,3
7,8
9,1
10,3
11,7
13,1
1,2
2,8
3,8
4,9
6,3
7,6
9,1
10,3
11,5
13,1
1,3
2,7
3,5
5,3
6,4
7,9
9,1
10,5
11,6
12,9
1,3
2,7
3,7
5,1
6,2
7,9
9,3
10,5
11,4
13
1,3
2,6
3,7
5
6,4
7,6
9,1
10,3
11,6
13
1,2
2,8
3,9
5
6,4
7,8
9,3
10,3
11,4
13
1,2
2,5
3,8
5
6,3
7,6
9,2
10,2
11,6
12,9
1,3
2,5
3,6
5
6,5
7,6
9,1
10,2
11,4
12,9
1,3
2,6
3,8
5,2
6,3
7,7
9,2
10,3
11,8
13,2
1,3
2,8
3,7
5
6,5
7,7
9,2
10,4
11,6
13,2
1,2
2,8
4
5,3
6,3
7,7
9
10,3
11,7
13,2
1,1
2,7
4
5,2
6,3
7,7
9
10,3
11,7
13,2
1,255
2,65
3,74
5,07
6,37
7,73
9,12
10,32
11,55
13,06
Fuente. Autores
Tabla 5.Valores promedio
Cantidad de Combustible
Expulsado (
)
1,25
2,65
3,74
5,07
6,37
7,73
9,12
10,32
11,56
13,06
Tiempo de Expulsión
(milisegundos)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Fuente. Autores
85
10 ms
Empleando el método de mínimos cuadrados se calcula:
Tabla 6.Método mínimos cuadrados
x
y
x*y
x^2
y^2
1
1,25
1,25
1
1,5750
2
2,65
5,3
4
7,0225
3
3,74
11,23
9
14,0250
4
5,07
20,28
16
25,7049
5
6,37
31,85
25
40,5769
6
7,73
46,38
36
59,7529
7
9,12
63,84
49
83,1744
8
10,23
81,88
64
104,7552
9
11,56
104,08
81
133,7492
10
13,06
130,65
100
170,6942
∑ = 55
∑ = 70,80
∑ = 496,75
∑ = 385
∑ = 641,03
Fuente. Autores
Para la ecuación de la recta
Tomando la ecuación
(
( ∑
∑
∑ ∑
∑
)
)
(
(
)
)
1,30
(
∑
∑
)
(
)
0,070115
Determinando el grado de correlación entre los datos:
(
√[
∑
∑
∑ ∑
][
∑
86
∑
∑
)
]
(
√[
(
)
][
)
]
La ecuación de la recta es:
Como se observa la ecuación de la recta es
ecuación se comprueba obteniendo la línea de tendencia en EXCEL.
Figura 38.Ecuación característica de la línea de datos
Fuente. Autores
Tomando la ecuación calculada los datos son los siguientes:
Tabla 7. Nuevos valores promedio
Tiempo de expulsión
(milisegundos)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Fuente. Autores
87
Cantidad de Combustible
Expulsado (
)
1.22
2.52
3.82
5.12
6.42
7.73
9.03
10.33
11,63
12,93
, esta
Toma de valores inyectores COMON RAIL DELPHI
Tabla 8.Datos obtenidos en inyectores nuevos
Fuente. Autores
Empleando el método de mínimos cuadraros se linealizan los datos de los valores
promedios. Realizando el mismo procedimiento anterior la ecuación obtenida es:
Empleando la herramienta de Excel para obtener la ecuación de la recta
obtenemos:
88
Figura 39.Ecuación característica de la línea de datos
Fuente. Autores
Tomando la ecuación calculada los datos son los siguientes:
Tabla 9. Nuevos valores promedio
Tiempo de Expulsión
cantidad de combustible
(milisegundos)
expulsado (
)
1
1.70
2
3,0
3
4,32
4
5.62
5
6.93
6
8,24
7
9.54
8
10.85
9
12,16
10
13,46
Fuente. Autores
Toma de valores inyectores HEUI. Empleando el método de mínimos cuadraros
se linealizan los datos de los valores promedios. Realizando el mismo
procedimiento anterior la ecuación de la recta es:
89
Empleando la herramienta de Excel para obtener la ecuación de la recta
obtenemos:
Figura 40.Ecuación característica de la línea de datos
Fuente. Autores
Tomando la ecuación calculada los datos son los siguientes
Tabla 10. Nuevos valores promedio
Tiempo de Expulsión
(milisegundos)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Cantidad de Combustible
Expulsado en (
)
2,723
4,0267
5,33
6,6341
7,9378
9,2415
10,5452
11,8489
13,1526
14,4563
Fuente. Autores
Con base a estos datos se compararan los inyectores y saber el fallo.
Anova doble vía en matlab. Una vez todos los datos se han obtenido, se busca
confirmar que los valores de los tres grupos de datos (Inyectores nuevos,
Inyector con fallo en las puntas, Inyector con fallo en la tobera) son distintos entre
sí ,al negar la hipótesis H0=H1=H2.
90
Tabla de datos para inyector Bosch. Se inicia tomando todos los datos y se
calcula la media por cada intervalo de tiempo y empleando la función de MATLAB
análisis de ANOVA2 se arrojan los siguientes datos:
Tabla 11.Tiempo de expulsión del inyector Bosch
Inyector Bosch Con Fallo en la tobera (valores en cm cubicos)
Inyector Bosch Con Fallo en las Puntas (Valores en cm cubicos)
Inyector Bosch Nuevo (Valores en cm cubicos)
Ti empo de expul s i ón del i nyector en mi l i s egundos
1
1
1,3
2
2,7
3
3,8
4
5
5
6,4
6
7,9
7
9
8
10,2
9
11,5
10
13
1
1,4
2,8
3,8
4,9
6,3
7,7
9,1
10,3
11,6
13,1
1
1,3
2,6
3,7
5,2
6,4
7,7
9,2
10,5
11,5
13,2
1
1,2
2,6
3,7
5
6,5
7,7
9
10,4
11,6
13,2
1
1,3
2,5
3,6
5,1
6,3
7,8
9,2
10,3
11,5
12,9
1
1,1
2,5
3,6
5,1
6,5
7,6
9
10,3
11,5
12,9
1
1,3
2,5
3,6
5,2
6,4
7,8
9,2
10,4
11,5
13,1
1
1,3
2,8
3,8
5
6,4
7,8
9
10,2
11,6
13,2
1
1,2
2,5
3,8
4,9
6,3
7,8
9,1
10,3
11,7
13,1
1
1,2
2,8
3,8
4,9
6,3
7,6
9,1
10,3
11,5
13,1
1
1,3
2,7
3,5
5,3
6,4
7,9
9,1
10,5
11,6
12,9
1
1,3
2,7
3,7
5,1
6,2
7,9
9,3
10,5
11,4
13
1
1,3
2,6
3,7
5
6,4
7,6
9,1
10,3
11,6
13
1
1,2
2,8
3,9
5
6,4
7,8
9,3
10,3
11,4
13
1
1,2
2,5
3,8
5
6,3
7,6
9,2
10,2
11,6
12,9
1
1,3
2,5
3,6
5
6,5
7,6
9,1
10,2
11,4
12,9
1
1,3
2,6
3,8
5,2
6,3
7,7
9,2
10,3
11,8
13,2
1
1,3
2,8
3,7
5
6,5
7,7
9,2
10,4
11,6
13,2
1
1,2
2,8
4
5,3
6,3
7,7
9
10,3
11,7
13,2
1
1,1
2,7
4
5,2
6,3
7,7
9
10,3
11,7
13,2
2
0,8
2,2
3,3
4,3
6
7,4
8,5
9,6
11
12,5
2
0,8
2,2
3,3
4,4
6
7,6
8,3
9,6
11
12,3
2
0,8
1,9
3,2
4,3
6
7,1
8,4
9,9
11
12,5
2
0,8
1,9
3,3
4,4
6
7,3
8,6
9,9
11
12,5
2
0,9
2
3,4
4,3
5,8
7
8,3
9,8
11
12,7
2
0,9
2
3,2
4,4
5,6
7
8,2
9,6
11
12,9
2
0,8
2
3,3
4,2
6
7,2
8,4
9,8
10,9
12,6
2
0,8
2
3,1
4,5
6
7
8,6
9,9
10,7
12,8
2
0,9
1,9
3,1
4,5
5,9
7,3
8,6
10,2
11
12,4
2
0,7
1,9
3,4
4,3
5,7
7,3
8,6
10,2
11
12,2
2
0,7
1,8
3,2
4,6
5,8
7,4
8,4
9,7
11
12,4
2
0,9
1,9
3,2
4,8
5,8
7,4
8,6
9,7
11
12,6
2
0,9
1,8
3,3
4,6
5,7
7
8,3
9,7
10,7
12,8
2
0,9
1,9
3,2
4,4
5,9
7,3
8,3
9,7
10,7
12,6
2
1
1,8
3
4,5
6
7
8,5
10
11
12,7
2
0,8
2
3
4,3
6
7,2
8,3
10
11
12,9
2
0,9
2
3,2
4,6
5,7
7
8,3
9,7
10,7
12,8
2
0,7
1,9
3,2
4,4
5,7
7,6
8,4
9,6
10,9
12,6
2
0,8
1,8
3
4,4
5,7
7,6
8,6
9,6
10,9
12,6
2
0,8
1,9
3,2
4,4
5,9
7
8,3
9,7
10,7
12,6
3
0,4
1,4
2,6
3,2
3,8
4,4
5
5,8
6,7
7,5
3
0,6
1,4
2,8
3
3,9
4,2
5
7,3
6,5
6,4
3
0,5
1,5
2,3
3
3,9
4,7
5,5
6,8
7,8
7,7
3
0,7
1,3
2,3
3
4,1
4,5
5,5
6,2
7
7,5
3
0,7
1,3
2,7
3,4
4,7
5,7
8,6
7,7
8,7
7,5
3
0,5
1,5
2,7
3,2
4,4
5,5
6,7
7,9
8,5
5,5
3
0,5
1,5
2,2
3,2
4,1
4,7
5,5
6,5
7,5
8,4
3
0,5
1,5
2,4
3,4
4,1
4,5
5,5
6,4
7,7
7,3
3
0,5
1,4
2,2
3
3,7
4,5
5,2
6
6,8
7,8
3
0,7
1,2
2,2
3
3,9
4,5
6,4
7,3
6,8
7,6
3
0,9
1,5
2,2
3
3,6
4,5
6,5
8
7,2
8,2
3
0,9
1,2
2,2
3
3,8
4,7
7,6
6,4
7,2
8,4
3
0,8
1,3
3,2
3,5
3,7
3,8
7,8
7,3
6,2
7,3
3
0,6
1,3
3,4
3,2
4,1
3,6
8,5
5,4
6,4
6,4
3
0,9
1,4
2,3
3,2
4,3
5
6,2
7
8
8,7
3
0,7
1,6
2,3
3,4
4,2
5
7,3
5,5
7,8
5,5
3
0,5
1,6
2,4
3,3
4,2
5,2
8,7
5
8
6,4
3
0,5
1,4
2,6
3,3
4,1
5,1
6,4
8,5
5,5
7,3
3
0,4
1,4
2,3
3,2
4,3
5
6,2
6,4
6,8
5,5
3
0,2
1,6
2,3
3,4
4,3
5
7,3
7
4,3
7,8
promedi o
0,9
2,0
3,1
4,2
5,4
6,6
8,0
8,9
9,8
11,0
Fuente. Autores
91
Tomado estos datos y empleando la función ANOVA en MATLAB los resultados
son:
ans =
1.1e-034 *
0
0.0000
0.289
Figura 41.Tabla ANOVA
Fuente. Autores
Figura 42.Cantidad de combustible expulsado
Fuente. Autores
92
Por tablas el estadístico de Fisher para unos datos con 9 grados de libertad, de
dos vías y una exactitud del 95% es 4.256, y viendo en la tabla 4070.51 4.256
significa que no existe prueba para afirmar la hipótesis H0=H1=H2.o H0=H1≠H2
0 H0≠H1=H2 y si hay relación entre el tiempoy volumen vs marcas de inyectores
por el vector p:0.289
Figura 43.Grafica de las medias de los todos los datos en los inyectores
14
12
combustible expulsado en 〖𝑐𝑚〗^3
10
8
INY NUEVO
INY CON FALLO EN PUNTAS
6
INY CON FALLO TOBERA
4
2
0
0
2
4
6
8
10
tiempo en milseg
Fuente. Autores
93
12
Para Inyectores Common Rail DELPHI, tenemos la siguiente tabla de valores
Tabla 12.Tiempo de expulsión del inyector Delphi
Inyector con fallo en la tobera
Inyector con fallo en las puntas
Inyectores Nuevos
Tiempo de expulsión del inyector
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
promedio
1
1,9
1,7
1,8
1,6
1,7
1,5
1,9
1,7
1,7
1,6
1,8
1,8
1,7
1,8
1,6
1,8
1,9
1,7
1,7
1,5
1,4
1,3
1,3
1,2
1,2
1,1
1,3
1,4
1,2
1,1
1,3
1,2
1,3
1,3
1,2
1,1
1,2
1,3
1,4
1,1
0,9
0,8
0,7
0,8
0,9
1
1
1
1
1
1
1
0,7
0,8
0,9
1
1
1
1
1
1,3
2
3,2
3,1
3,3
3,2
3
2,9
2,9
3,2
2,9
3,3
3,2
3,1
3.0
3,3
3,1
3
3,2
3,4
3,2
3,1
2,5
2,4
2,6
2,6
2,5
2,6
2,7
2,4
2,5
2,6
2,7
2,7
2,5
2,5
2,4
2,6
2,5
2,5
2,5
2,6
2
2
1,9
2
2
2,2
2,2
2
2
2
2
2,2
2,2
2,1
2,2
2
2
2
2
2
2,6
3
4,2
4,3
4,1
4,5
4
4,1
4
4,2
4,1
4,4
3,5
4,3
4,1
4,5
4,2
4
4,2
4,1
4,6
4,4
3,6
3,7
3,6
3,6
3,7
3,8
3,7
3,9
3,6
3,7
3,9
3,8
3,6
3,7
3,8
3,8
3,8
3,7
3,6
3,7
3
3,2
3
3
3
3
3
3,1
2,9
3
3
3
3
3,2
3,1
3,3
3
3
3
2,9
3,6
4
5,5
5,5
5,6
5,4
5,7
5,6
5,7
5,6
5,3
5,5
5,9
5,7
5,5
5,4
5,6
5,5
5,7
5,4
5,7
5,6
4,8
4,9
5
5
4,7
4,9
5
5,1
4,8
4,9
4,9
4,7
4,8
4,9
4,9
4,9
4,7
4,9
5,1
5
4,1
4,4
4,5
4,1
4
4,3
4,2
4,1
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,3
4,1
4
4
4,5
4,5
4,3
4,9
5
7
6,9
6,8
7,1
6,9
7
7
6,9
6,8
6,9
7
6,8
7
6,8
6,7
6,9
6,9
7,2
6,7
6,9
7,5
7,7
7,6
7,5
7,5
7,6
7,7
7,6
7,5
7,6
7,5
7,5
7,5
7,5
7,4
7,4
7,3
7,4
7,5
7,5
5,3
5,4
5,1
5,7
5,6
5,8
5,2
5,5
5,5
5,5
5,7
5,2
5
5
5
5
5,5
5,5
5,3
5,2
6,6
Fuente. Autores
94
6
8,3
8,1
8,3
8,2
8,2
8
8,4
8,3
8,4
8
8,3
8,5
8
8,2
8,2
8
8,1
8,3
8,2
8,1
6,4
6,3
6,5
6,6
6,4
6,3
6,5
6,6
6,4
6,3
6,2
6,4
6,5
6,5
6,5
6,5
6,3
6,3
6,2
6,3
6,5
6,5
6
6,5
6
6,3
6
6
6,5
6,5
6,5
6,5
6,6
6,3
6
6,2
6
6
6
6,5
7,0
7
9,6
9,7
9,7
9,5
9,8
9,6
9,8
9,4
9,6
9,6
9,7
9,8
9,7
9,9
9,7
9,5
9,6
9,8
9,6
9,4
8,9
9
9,1
8,8
9,2
9,1
9
9,1
88
8,7
8,9
9
8,9
9,5
9
8,4
8,7
8,8
9
9
8,2
8
7,5
7,9
8,2
7,5
7,5
8
8
8,5
8,5
8
8
8
8
8
8,5
8,5
8
8
10,2
8
10,8
10,9
10,9
10,8
10,9
10,7
10,8
10,6
10,7
10,8
10,9
10,9
10,7
10,8
10,8
10,6
10,8
10,8
10,7
10,9
10,1
10
10
10,2
9,9
9
10,2
9,9
9,8
10
10
10
10
10
10
9,8
10,1
10,2
10,1
10,2
9
9,5
9,5
9
9
9
8,7
9
8,8
9
9,5
9,5
9
9,5
9
9,5
9
9,5
9,5
9
10,0
9
12
12,1
12
12,2
12
12,1
12
12,1
12,1
11,9
12
11,8
12,2
12
12,2
12
12,2
12
12,1
12,3
11,4
11,5
11,5
11,6
11,4
1,5
11,3
11,2
11,4
11,5
11,3
11,4
11,5
11,6
11,5
11,7
11,4
11,5
11,6
11,4
10,2
4,8
10,1
10
4,5
4,8
10
10,5
4,5
10
10
10,5
10
10
10,5
10,5
10,5
10
10
10
10,7
10
13,4
13,5
13,7
13,8
13,3
13,4
13,5
13,8
13,7
13,5
14,5
13,4
13,6
13,5
13,3
13,5
13,8
13,6
13,7
13,6
12,5
12,9
12,9
12,6
12,8
12,5
12,1
12,8
12,7
13
13
13
13
13,2
13,1
12,8
13,3
13,2
13
13
10
4,5
8,5
7,5
10
10,5
9,5
9,5
10
11
10,5
10
11,5
11,5
10
11
11,8
11,7
10
11
12,2
Tomando estos datos y empleando la función de ANOVA de doble vía en MATLAB
el resultado es el siguiente:
1.0e-034 *
0
0.0000
0.2609
Figura 44.Tabla ANOVA
Fuente. Autores
Figura 45.Cantidad de combustible expulsado
Fuente. Autores
95
Por tablas el estadístico de Fisher para unos datos con 9 grados de libertad, de
dos vías y una exactitud del 95% es 4.256, y viendo en la tabla 1730 4.25
significa que no existe prueba para afirmar la hipótesis H0=H1=H2.o H0=H1≠H2
0 H0≠H1=H2 Es decir las medias de los estados son diferentes.
Figura 46.Grafica de las medias de los todos los fallos posibles
16
14
combustible expulsado en 〖𝑐𝑚〗^3
12
10
INY NUEVO
8
INY CON FALLO EN
PUNTAS
INY CON FALLO TOBERA
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
tiempo en milseg
Fuente. Autores
96
12
Para Inyectores HEUI, tenemos la siguiente tabla de valores:
Tabla 13.Tiempo de expulsión del inyector Cummins
inyectores con fallo en la tobera
Inyectores con fallo en las puntas
Inyectores nuevos
Tiempo de expulsión del inyector
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
promedio
1
2,6
2,4
2,5
2,3
2,4
2,2
2,6
2,4
2,4
2,3
2,5
2,5
2,4
2,5
2,3
2,5
2,6
2,4
2,4
2,2
2,1
2
2
1,9
1,9
1,8
2
2,1
1,9
1,8
2
1,9
2
2
1,9
1,8
1,9
2
2,1
1,8
1,6
1,5
1,4
1,5
1,6
1,7
1,7
1,7
1,7
1,7
1,7
1,7
1,4
1,5
1,6
1,7
1,7
1,7
1,7
1,7
2,0
2
4
3,9
4,1
4
3,8
3,7
3,7
4
3,7
4,1
4
3,9
3.0
4,1
3,9
3,8
4
4,2
4
3,9
3,3
3,2
3,4
3,4
3,3
3,4
3,5
3,2
3,3
3,4
3,5
3,5
3,3
3,3
3,2
3,4
3,3
3,3
3,3
3,4
2,8
2,8
2,7
2,8
2,8
3
3
2,8
2,8
2,8
2,8
3
3
2,9
3
2,8
2,8
2,8
2,8
2,8
3,4
3
5,1
5,2
5
5,4
4,9
5
4,9
5,1
5
5,3
4,4
5,2
5
5,4
5,1
4,9
5,1
5
5,5
5,3
4,5
4,6
4,5
4,5
4,6
4,7
4,6
4,8
4,5
4,6
4,8
4,7
4,5
4,6
4,7
4,7
4,7
4,6
4,5
4,6
3,9
4,1
3,9
3,9
3,9
3,9
3,9
4
3,8
3,9
3,9
3,9
3,9
4,1
4
4,2
3,9
3,9
3,9
3,8
4,5
4
6,3
6,3
6,4
6,2
6,5
6,4
6,5
6,4
6,1
6,3
6,7
6,5
6,3
6,2
6,4
6,3
6,5
6,2
6,5
6,4
5,6
5,7
5,8
5,8
5,5
5,7
5,8
5,9
5,6
5,7
5,7
5,5
5,6
5,7
5,7
5,7
5,5
5,7
5,9
5,8
4,9
5,2
5,3
4,9
4,8
5,1
5
4,9
5,3
5,3
5,3
5,3
5,3
5,1
4,9
4,8
4,8
5,3
5,3
5,1
5,7
5
7,7
7,6
7,5
7,8
7,6
7,7
7,7
7,6
7,5
7,6
7,7
7,5
7,7
7,5
7,4
7,6
7,6
7,9
7,4
7,6
8,2
8,4
8,3
8,2
8,2
8,3
8,4
8,3
8,2
8,3
8,2
8,2
8,2
8,2
8,1
8,1
8
8,1
8,2
8,2
6
6,1
5,8
6,4
6,3
6,5
5,9
6,2
6,2
6,2
6,4
5,9
5,7
5,7
5,7
5,7
6,2
6,2
6
5,9
7,3
Fuente. Autores
97
6
9,2
9
9,2
9,1
9,1
8,9
9,3
9,2
9,3
8,9
9,2
9,4
8,9
9,1
9,1
8,9
9
9,2
9,1
9
7,3
7,2
7,4
7,5
7,3
7,2
7,4
7,5
7,3
7,2
7,1
7,3
7,4
7,4
7,4
7,4
7,2
7,2
7,1
7,2
7,4
7,4
6,9
7,4
6,9
7,2
6,9
6,9
7,4
7,4
7,4
7,4
7,5
7,2
6,9
7,1
6,9
6,9
6,9
7,4
7,9
7
10,3
10,4
10,4
10,2
10,5
10,3
10,5
10,1
10,3
10,3
10,4
10,5
10,4
10,6
10,4
10,2
10,3
10,5
10,3
10,1
9,6
9,7
9,8
9,5
9,9
9,8
9,7
9,8
88,7
9,4
9,6
9,7
9,6
10,2
9,7
9,1
9,4
9,5
9,7
9,7
8,9
8,7
8,2
8,6
8,9
8,2
8,2
8,7
8,7
9,2
9,2
8,7
8,7
8,7
8,7
8,7
9,2
9,2
8,7
8,7
10,9
8
11,7
11,8
11,8
11,7
11,8
11,6
11,7
11,5
11,6
11,7
11,8
11,8
11,6
11,7
11,7
11,5
11,7
11,7
11,6
11,8
11
10,9
10,9
11,1
10,8
9,9
11,1
10,8
10,7
10,9
10,9
10,9
10,9
10,9
10,9
10,7
11
11,1
11
11,1
9,9
10,4
10,4
9,9
9,9
9,9
9,6
9,9
9,7
9,9
10,4
10,4
9,9
10,4
9,9
10,4
9,9
10,4
10,4
9,9
10,9
9
12,8
12,9
12,8
13
12,8
12,9
12,8
12,9
12,9
12,7
12,8
12,6
13
12,8
13
12,8
13
12,8
12,9
13,1
12,2
12,3
12,3
12,4
12,2
2,3
12,1
12
12,2
12,3
12,1
12,2
12,3
12,4
12,3
12,5
12,2
12,3
12,4
12,2
11
5,6
10,9
10,8
5,3
5,6
10,8
11,3
5,3
10,8
10,8
11,3
10,8
10,8
11,3
11,3
11,3
10,8
10,8
10,8
11,5
10
14,1
14,2
14,4
14,5
14
14,1
14,2
14,5
14,4
14,2
15,2
14,1
14,3
14,2
14
14,2
14,5
14,3
14,4
14,3
13,2
13,6
13,6
13,3
13,5
13,2
12,8
13,5
13,4
13,7
13,7
13,7
13,7
13,9
13,8
13,5
14
13,9
13,7
13,7
10,7
5,2
9,2
8,2
10,7
11,2
10,2
10,2
10,7
11,7
11,2
10,7
12,2
12,2
10,7
11,7
12,5
12,4
10,7
11,7
12,9
as =
1.0e-161 *
0
0.0000
0.1074
Figura 47. Tabla Anova
Fuente. Autores
Figura 48.Cantidad de combustible expulsado
Fuente. Autores
98
Figura 49.Grafica de las medias de los todos los fallos posibles
combustible expulsado en 〖𝑐𝑚〗^3
16
14
12
10
INY NUEVO
8
INY CON FALLO EN
PUNTAS
6
INY CON FALLO
TOBERA
4
2
0
0
5
10
15
tiempo en milseg
Fuente. Autores
4.3.2 método de comparaciones pareadas en el Banco de Pruebas. De
acuerdo a la información planteada en el marco teórico se procede a tomar las dos
tablas de datos y realizar el procedimiento.
Tabla 14.Datos en un inyector nuevo Bosch estándar
Tiempo de expulsión Cantidad de combustible expulsado
1 ms
1.226
2 ms
2.527
3ms
3.828
4 ms
5.128
5 ms
6.429
6 ms
7.730
7 ms
9.031
8 ms
10.332
9 ms
11,633
10 ms
12,934
Fuente. Autores
99
Tabla 15.Inyector 1 Nuevo
Tiempo de expulsión del inyector
1 ms
2 ms
3 ms
4 ms
5 ms
6 ms
7 ms
8 ms
9 ms
10 ms
Cantidad de combustible expulsado
1.3
2.7
3.8
5
6.4
7.9
9.0
10.2
11.5
13
Fuente. Autores
Tomando la información en las tablas se calculan los siguientes datos:
1.3
2,7
-0,074
-0,173
0,028
0,128
0,029
7,9
-0,17
0,031
10,2 0,132
11.5 0,13
13
-0,066
=
( -0,002)
Hallando
∑
Hallando
√
Por tanto
√
Teniendo en cuenta este resultado
≤
esto comprueba la
Hipótesis
0 no puede descartarse no hay evidencia que indique lo
contrario lo que significa EL INYECTOR ESTA EN PERFECTO ESTADO, es decir
los valores del inyector 2 son similares al inyector Nuevo o en perfecto estado.
Cabe destacar varios puntos en este proceso, se han hecho 2n=20 observaciones
y se cuenta con n-1 =9 grados de libertad para el estadístico t, al hacer la
formación de bloques o pareo, se han perdido en realidad 9 grados de libertad,
pero se ha ganado un mejor conocimiento de la situación al eliminar una fuente
adicional de variabilidad (la diferencia entre los ejemplares de prueba).
100
Tabla 16.Comparación Inyector estándar vs inyector nuevo
Inyector estándar vs
inyector nuevo
Inyector 2
Sd
d
T0
2.8862
0.9348
1.0241
Inyector 3
0.1510
-0.0202
-0.4227
Inyector 4
0.1308
-0.0502
-1.2129
Inyector 5
0.1159
-0.0102
-0.2780
Inyector 6
0.1155
0.0298
0.8158
Inyector 7
0.3123
0.1698
1.7192
Inyector 8
0.1262
-0.0202
-0.5059
Inyector 9
0.1429
-0.0302
-0.6678
Inyector 10
0.1118
0.0098
0.2770
Inyector 11
0.1522
0.0198
0.4112
Inyector 12
0.1568
-0.0402
-0.8105
Inyector 13
0.1776
-0.0302
-0.5375
Inyector 14
0.0873
0.0198
0.7170
Inyector 15
0.1582
-0.0302
-0.6034
Inyector 16
0.1180
0.0698
1.8697
Inyector 17
0.1184
-0.0602
-1.6069
Inyector 18
0.1443
-0.0602
-1.3188
Inyector 19
0.1413
-0.0702
-1.5702
Inyector 20
0.1329
-0.0402
-0.9558
Fuente. Autores
Como podemos observar el valor | |≤ 2.26 lo cual significa que las medidas son
iguales y la hipótesis
=0 es valida
Comparación con fallos en los orificios de expulsión vs inyector nuevo
Common Rail Bosch.
Teniendo en cuenta el proceso anterior se busca en primera instancia comprobar
la hipótesis
0 en donde partimos a caracterizar la diferencia entre el
inyector nuevo y el que presenta fallos en los orificios de expulsión.
Realizando el cálculo entre el inyector nuevo estándar y el inyector con fallos en
los orificios de expulsión o puntas es:
101
Tabla 17.Comparación entre
en los orificios de expulsión
Inyector estándar vs
inyector nuevo
Inyector 2
Inyector 3
Inyector 4
Inyector 5
el inyector estándar e inyector con fallo
Sd
d
T0
1.6966
1.8989
1.4011
1.5894
2.9950
29.6500
2.7050
2.8650
5.5822
4.9376
6.1049
5.7000
Inyector 6
Inyector 7
Inyector 8
Inyector 9
1.4612
1.9031
1.3383
1.5651
1.9750
2.4350
2.6650
2.7450
4.2741
4.0460
6.2972
5.5461
Inyector 10
Inyector 11
Inyector 12
Inyector 13
Inyector 14
1.5590
1.4921
1.3833
1.4292
1.9023
2.9650
2.7150
2.5150
2.5350
2.5850
6.0141
5.7537
5.7491
5.6090
4.2970
Inyector 15
Inyector 16
Inyector 17
Inyector 18
Inyector 19
Inyector 20
2.2408
1.2047
2.0979
2.0436
1.8425
2.0366
2.7850
2.3750
2.7450
2.5450
2.6050
2.7550
3.9010
6.2340
4.1375
3.9380
4.4709
4.2776
Fuente. Autores
Como se puede notar en las tablas el valor mínimo es 7.655 y el valor máximo es
17.00, lo cual nos indica el rango que podemos tomar para definir el tipo de fallo,
además es posible validar la hipótesis
0 , dado que el valor mínimo y
máximo es > 2.26.
102
Tabla 18.Comparación de inyector estándar e inyector
con fallos en la tobera
Inyector estándar vs inyector con Sd
d
T0
fallo en las puntas
Inyector 1
0.1668
0.5198
9.8499
Inyector 2
0.2011
0.5298
8.3297
Inyector 3
0.1344
0.5698
13.4042
Inyector 4
0.1129
0.5098
14.2748
Inyector 5
0.1886
0.5598
9.3822
Inyector 6
0.2492
0.5998
7.6094
Inyector 7
0.1700
0.5598
10.4072
Inyector 8
0.2229
0.5398
7.6550
Inyector 9
0.1762
0.4998
8.9677
Inyector 10
0.2040
0.5498
8.5201
Inyector 11
0.1078
0.5798
17.0016
Inyector 12
0.1506
0.4898
10.2799
Inyector 13
0.2312
0.5998
8.2014
Inyector 14
0.1902
0.5898
9.8040
Inyector 15
0.2153
0.5298
7.7806
Inyector 16
0.2437
0.5298
6.8722
Inyector 17
0.2273
0.5898
8.2042
Inyector 18
0.2010
0.5798
9.1209
Inyector 19
0.2315
0.5798
7.9171
Inyector 20
0.1703
0.6298
11.6933
Fuente. Autores
Teniendo en cuenta el proceso anterior se busca en primera instancia comprobar
la hipótesis
0 en donde partimos a caracterizar la diferencia entre el
inyector nuevo y el que presenta fallos en la tobera.
Como se puede notar en las tablas el valor mínimo es 3.9394 y el valor máximo
es 6.3185, lo cual nos indica el rango que podemos tomar para definir el tipo de
fallo, además es posible validar la hipótesis
0 , dado que el valor mínimo
103
y máximo es > 2.26. Realizando el mismo procedimiento anterior la tabla es la
siguiente:
Tabla 19.Comparación entre inyector nuevo Delphi e inyector estándar
Inyector estándar vs inyector
Sd
d
T0
nuevo
Inyector 1
0.1299
-0.0080
-0.1947
Inyector 2
0.0934
0.0020
0.0677
Inyector 3
0.3289
0.0520
0.5
Inyector 4
0.1698
-0.0480
-0.8938
Inyector 5
0.1572
0.0320
0.6438
Inyector 6
0.1105
0.0920
2.6320
Inyector 7
0.1774
-0.0180
-0.3208
Inyector 8
0.1702
0.0020
0.0372
Inyector 9
0.1711
0.0520
0.609
Inyector 10
0.1648
0.0320
0.6142
Inyector 11
0.4532
-0.0980
-0.6838
Inyector 12
0.1846
-0.0280
-0.4796
Inyector 13
0.1431
0.0320
0.7070
Inyector 14
0.1956
-0.0380
-0.6145
Inyector 15
0.1188
0.0420
1.1182
Inyector 16
0.1385
0.1020
2.3294
Inyector 17
0.1531
-0.0580
-1.1979
Inyector 18
0.2175
-0.0480
-0.6980
Inyector 19
0.1674
-0.0380
-0.7179
Inyector 20
0.1241
0.0020
0.0510
104
Tabla 20.Comparación de inyector estándar vs inyector con fallo en
las puntas u orificios de expulsión
Inyector estándar vs
Sd
d
T0
inyector nuevo
Inyector 1
0.5960
0.6720
3.5655
Inyector 2
0.6495
0.6120
2.9794
Inyector 3
0.5862
0.5720
3.0856
Inyector 4
0.5380
0.6120
3.5970
Inyector 5
0.5983
0.6520
3.4461
Inyector 6
3.2206
1.7420
1.7104
Inyector 7
0.6623
0.6320
3.0173
Inyector 8
0.5870
0.5820
3.1351
Inyector 9
0.5904
0.7120
3.8135
Inyector 10
0.6315
0.6420
3.2149
Inyector 11
0.6471
0.6120
2.9905
Inyector 12
0.5986
0.6120
3.2329
Inyector 13
0.5641
0.6220
3.4868
Inyector 14
0.5915
0.5120
2.7371
Inyector 15
0.5377
0.6020
3.5400
Inyector 16
0.5730
0.6820
3.7635
Inyector 17
0.5904
0.6520
3.4919
Inyector 18
0.5913
0.6020
3.2195
Inyector 19
0.6331
0.5820
2.9070
Inyector 20
0.6015
0.6020
3.1647
Fuente. Autores
105
Tabla 21. Comparación inyector estándar Delphi e inyector con fallo
tobera
Inyector estándar vs inyector
Sd
d
T0
nuevo
Inyector 1
0.7292
1.6620
7.2069
Inyector 2
2.9282
2.6720
2.8855
Inyector 3
1.1745
1.8920
5.0938
Inyector 4
1.4673
1.9320
4.1637
Inyector 5
2.0410
2.2620
3.5046
Inyector 6
1.9519
2.1420
3.4702
Inyector 7
26.3027
-6.6980
-0.8053
Inyector 8
0.8081
1.7120
6.0222
Inyector 9
2.0582
2.2120
3.3985
Inyector 10
0.5595
1.4820
8.3760
Inyector 11
0.6653
1.4620
6.9485
Inyector 12
0.7667
1.5420
6.3596
Inyector 13
0.4573
1.5320
10.5930
Inyector 14
0.4649
1.5120
10.2845
Inyector 15
0.7728
1.7020
6.9646
Inyector 16
0.5346
1.5320
9.0616
Inyector 17
0.4536
1.4520
10.1230
Inyector 18
0.5032
1.4120
8.8727
Inyector 19
0.7959
1.6520
6.5633
Inyector 20
0.5203
1.5920
9.6765
Fuente. Autores
106
Tabla 22.Comparación entre inyector estándar Heui e inyector nuevo
Inyector
estándar vs
inyector nuevo
Inyector 1
Sd
d
T0
0.1201
0.0096
0.2530
Inyector 2
0.1528
-0.0104
-0.2150
Inyector 3
0.1286
-0.0404
-0.9931
Inyector 4
0.1121
-3.9000
-0.0111
Inyector 5
0.1156
0.0396
1.0837
Inyector 6
0.0825
0.0796
3.0501
Inyector 7
0.1239
-0.0104
-0.2652
Inyector 8
0.1440
-0.0204
-0.4478
Inyector 9
0.1074
0.0385
0.5774
Inyector 10
0.1529
0.0296
0.6122
Inyector 11
0.1569
-0.0304
-0.6126
Inyector 12
0.1780
-0.0204
-0.3623
Inyector 13
0.0875
0.0296
1.0698
Inyector 14
0.1605
-0.0204
-0.4017
Inyector 15
0.0917
0.0596
2.0557
Inyector 16
0.1085
0.0596
1.7366
Inyector 17
0.1151
-0.0504
-1.3838
Inyector 18
0.1432
-0.0504
-1.1131
Inyector 19
0.1422
-0.0604
-0.3430
Inyector 20
0.1316
-0.0304
-0.7300
Fuente. Autores
107
Tabla 23. Comparación entre inyector estándar heui e inyector con fallo en
las puntas u orificios de expulsión
Inyector
Sd
d
T0
Inyector 1
0.1693
0.5296
9.8933
Inyector 2
0.2050
0.5396
8.3244
Inyector 3
0.1333
0.5796
13.7502
Inyector 4
0.1115
0.5196
14.7331
Inyector 5
0.1893
0.5696
9.5137
Inyector 6
0.2488
0.6096
7.7467
Inyector 7
0.1703
0.5696
10.5761
Inyector 8
0.2220
0.5496
7.8275
Inyector 9
0.1748
0.5096
9.2203
Inyector 10
0.2035
0.5596
8.6949
Inyector 11
0.1072
0.5896
17.3856
Inyector 12
0.1509
0.4996
10.4674
Inyector 13
0.2321
0.6096
8.3059
Inyector 14
0.3806
0.6896
5.7299
Inyector 15
0.2132
0.5396
8.0038
Inyector 16
0.2404
0.5396
7.0977
Inyector 17
0.2288
0.5996
8.2881
Inyector 18
0.2002
0.5896
9.3152
Inyector 19
0.2298
0.5896
8.1140
Inyector 20
0.1720
0.6396
11.7578
Fuente. Autores
108
Tabla 24. Comparación entre Inyector Estándar e Inyector con Fallo En La
Tobera
Inyector
Sd
d
T0
estándar vs
inyector
nuevo
Inyector 1
1.7030
3.0096
5.5883
Inyector 2
1.9052
2.9796
4.9454
Inyector 3
1.4077
2.7196
6.1092
Inyector 4
1.5960
2.8796
5.7055
Inyector 5
1.4670
1.9896
4.2888
Inyector 6
1.9090
2.4496
4.0577
Inyector 7
1.3447
2.6796
6.3014
Inyector 8
1.5715
2.7596
5.5530
Inyector 9
1.5656
2.9796
6.0183
Inyector 10
1.4987
2.7296
5.7593
Inyector 11
1.3898
2.5296
5.7555
Inyector 12
1.4356
2.5496
5.6162
Inyector 13
1.9083
2.5996
4.3078
Inyector 14
2.2465
2.7996
3.9407
Inyector 15
1.2114
2.3896
6.2379
Inyector 16
2.1041
2.7596
4.1473
Inyector 17
2.0493
2.5596
3.9496
Inyector 18
1.8485
2.6196
4.4814
Inyector 19
2.0148
2.9396
4.6137
Inyector 20
2.0424
2.7696
4.2882
Fuente. Autores
109
4.4 DISEÑO DEL BANCO
El diseño del banco esta solamente delimitado por las condiciones particulares de
la Lubrifrenos Car de Col las cuales son las siguientes
 Sistema de mediano costo
 Sistema de fácil manejo para el operario
 Sistema liviano, estable, rígido y de poco espacio (1.5 metros de ancho, 1.7
metros de alto y 1.5 metros de profundidad.)
 Diagnóstico de fácil entendimiento para el cliente
 Instrumentación para toma de datos
 Sistema de fácil ensamble y mantenimiento
 Sistema seguro en su operación
Equipo de larga vida útil
4.4.1 Diseño mecánico del banco de pruebas. Para este proceso se aplicaran
los conceptos revisados anteriormente por lo que el diseño debe cumplir una
necesidad planteada que es implementar un sistema e inyección los más cercano
posible al cual están sometido los inyectores en la vida real. El dimensionamiento
del banco, está relacionado directamente con las especificaciones del cliente y con
las piezas que constituyen el sistema de inyección.
- Elementos y cálculos de la estructura. Los elementos del banco de pruebas
serán los siguientes:










Bomba de alta presión Bosch
Bomba de baja presión Bosch
Bomba de alta presión Cummins
Motores Monofásicos que operan las Bombas de alta presión
Correa de acople entre el motor y la bomba de baja presión Bosch
Sistema de adquisición de datos ( volumen expulsado por los inyectores)
Manómetros
Tubería de conducción del Diesel
Tanque de almacenamiento
Computador
- Características físicas de los componentes. Bomba de alta presión: Como se
mencionó en el marco conceptual se empleara la bomba CP3 Bosch.
110
Figura 50.Bomba de alta presión
Fuente: BOSCH. Bomba de alta presión. [16agosto, 2012]. Disponible en Internet :
http://rbkwin.bosch.com/es/pool/de/Diesel/Nfz/Einspritzung/Niederdruck.jpg
- Cálculos y pérdidas en la tubería. En la siguiente figura se puede observar
un esquema general de la tubería interna del banco de pruebas.
Figura 51. Tubería interna de banco (esquema)
Fuente. Autores
111
Ecuación de Bernoulli entre
yP
La ecuación queda de la siguiente manera:
Dónde:


= 0,85


 λ = 0.02
 L = 1.75m

 Caudal de la bomba CP3 = 5 Litros/mindiámetro de la tubería es constante
λ
Como se desconoce la velocidad del caudal:
V=
Se remplaza V en la ecuación
Finalmente el diámetro de la tubería es:
112
Para calcular el espesor de la tubería debido a la presión requerida en el sistema
recurrimos a la ecuación de Barlow de donde obtenemos:
Donde
 P es la presión en la tubería
 D es el diámetro de la tubería
 σ es el
esfuerzo de trabajo del acero
Calculo del esfuerzo de fluencia del acero
σ
σ
Donde
 σ

Se elige por costos y durabilidad un Acero con punto de fluencia de
Y un factor de reducción de 0.60 (teniendo en cuenta que la presión es constante)
Finalmente:

200 bares equivale

0.0283m=28.3mm
- Cálculo y selección del motor. De acuerdo a las especificaciones técnicas de
las bombas, el Torque que requiere la bomba Bosh para su funcionamiento es de
16N/m y en Cummins es de 18N/m, y teniendo en cuenta las revoluciones
nominales en los motores diesel que son desde 800 r.p.m hasta 3500 r.p.m se
elige un valor medio que es el que normalmente está sometido, y que no interfiere
en el inyector dado que es el EDC quien lo controla mas no directamente a las
revoluciones en que este el motor.
Se elige entonces :
113
Para motor bomba Bosch:
⁄
⁄
Comercialmente es factible conseguir un motor con estas características como se
muestra en la siguiente grafica; teniendo en cuenta la red eléctrica del taller se
conectara en delta (∆)
Figura 52. Motor
F
Fuente. Autores
Para motor bomba cummins. De acuerdo a las especificaciones técnicas de la
bomba de los motores cummins el torque requerido para que la bomba opere en
condiciones nominales es de 19 N*m
⁄
⁄
114
Teniendo en cuenta las condiciones del taller, el motor se escoge para
en delta ∆
conexión
Figura 53. Motor Bomba Cummins
Fuente. Autores
- Calculo de la correa para bomba Bosch. Para un motor de 4 hp y 1800 rpm el
cálculo es el siguiente:
Distancia entre centros C=50 cm = 19,68 pulgadas
Diámetro de la polea principal 20 cm = 7,87pulgdas pero para valores comerciales
7,5 pulgadas
*D
*7.5 = 5 de acuerdo a la siguiente tabla es tipo A
115
Tabla 25. Tipos de correas y sus características
Fuente: Recopilado de ANSI/RMA-IP-20-1977
 Calculo del ángulo de contacto
(
)
 Calculo de la longitud de paso
 Calculo del perímetro interior. Según la tabla el tipo A, el aumento de longitud
es 1.3 pulgadas
L= 59.28 -1.3 =57.98
116
Tabla 26.Aumentos de longitud para correas
Fuente: Recopilado de ANSI/RMA-IP-20-1977
 Calculo de la potencia máxima que soporta la correa. De acuerdo a la siguiente
tabla por ser tipo A, las constantes son las siguientes:




C1 = 0,8542
C2 = 1,342
C3 = 2,436 x
C4 = 0,1703
r = 1.8equivalente a dividir el número de revoluciones entre 1000
[
]
[
]
H = 3,93 Hp
Esta capacidad se basa en un arco de contacto de 180° y una longitud media de la
banda, pero debe corregirse con el ángulo de contacto a 173°
Teniendo en cuenta que la potencia de diseño es 4.8 hp teniendo en cuenta un
factor de seguridad de 1.2 entonces:
Banda =
117
= 1,286
Teniendo en cuenta este resultado y según el anexo 2, se usaran 2 bandas A60.
- Calculo de la constante del resorte en inyector Bosch. Datos del resorte:




Longitud 11mm
Diámetro exterior 5.5mm
Diámetro del alambre (Dw) = 1,20mm
Número total de vueltas = 7
Extremos rectificados y escuadrados

Cálculo del índice del resorte
C=

Calculo del factor de Wahl
K=
+
K=1.12
A una presión de 200 bares y un diámetro del vástago del inyector de 4mm la
fuerza es la siguiente
Calculo de la deflexión del resorte: El material del resorte es acero estirado en frio
G = 79.3 GPa. Con la fuerza calculada anteriormente

Calculo de la constante
118
⁄
=
- Calculo de la constante del resorte en inyector Cummins






Datos del resorte
Longitud 14,7 mm
Diámetro exterior 5.0 mm
Diámetro del alambre (Dw) = 1,20mm
Número total de vueltas = 9
Extremos rectificados y escuadrados
Cálculo del índice del resorte
C=
Calculo del factor de Wahl
K=
+
K=1.15
A una presión de 280 bares y un diámetro del vástago del inyector de 5mm la
fuerza es la siguiente
Calculo de la deflexión del resorte
El material del resorte es acero estirado en frio G = 79.3 GPa
Con la fuerza calculada anteriormente
119
Calculo de la constante
⁄
=
- Diseño mecánico de la estructura del banco. Calculo de la viga: Sumando el
peso de las bombas de inyección, tubería, equipo de medición, computador y
demás accesorios; el peso es de 100 kilogramos.
⁄
Figura 54. Diagrama de carga en la viga
Fuente. Autores
 Calculo de las reacciones en los apoyos:
∑
∑
∑
=0
 Calculo de V
∑
∑
V=
∑
∑
+V=0
-V =
120
Figura 55. Diagrama de esfuerzo cortante
Fuente. Autores
 Calculo del momento máximo
∑
∑
Por teorema de momento cortante máximo
Figura 56.Diagrama de momento
Fuente. Autores
Para un tubo cuadrado de las siguientes características:
121
Figura 57. Selección del perfil metálico
Fuente. Autores
Figura 58.Características del perfil metálico
Fuente. Autores
122
 Calculo del momento de inercia para un perfil cuadrado
Figura 59. Tubo cuadrado
Fuente. Autores
Para un perfil cuadrado b = 30 mm y b1 = 3 mm
Para el aluminio
 Calculo del Factor de seguridad
Por el método área de momento
123
Figura 60.Diagrama de deformación
Fuente. Autores
 Calculo de la deformación máxima
 Calculo de la carga axial máxima
=
 Calculo del área del perfil
 Esfuerzo crítico del perfil
Ahora sobre la columna se encuentra aplicada de 490 N
124
Esto significa que la columna soportaría fácilmente la carga.
Figura 61. Simulación descarga en la columna (MD SOLID)
Fuente. Autores
Para la construcción de la estructura son necesarios los siguiente elementos en
Aluminio 6061 T6
125
Figura 62.Imágenes Diseño del banco
Fuente. Autores
126
Diseño del software. Para el diseño del software se tiene en cuenta
siguientes ítems
los
 Facilidad y Lenguaje moderno de programación
 Versión gratuita dado que el diseño se realiza con fines educativos
 Compatibilidad con sistema operativo Windows
En el mercado actual es fácil encontrar diferentes aplicaciones que se ajustan a
los ítems propuestos, para el caso particular del banco de pruebas se elige usar
el lenguaje c# que proviene de c++ y maneja gran parte de esa misma lógica,
esta aplicación está en la plataforma asp.net para visual studio 2010 de forma
gratuita y con tecnología Windows Presentation Foundation.Ademas de ello, es
muy amigable y fácil de entender.
El objetivo del diseño es permitir la visualización del comportamiento del inyector
con los valores de la comparación y la gráfica del resultado de la medición vs el
valor real en el que debe operar un inyector.
Finalmente el diseño es el siguiente
Figura 63. Diseño
Fuente. Autores
Una vez se ingresa al software el operador selecciona el tipo de inyector
127
Figura 64. Selección tipo de inyector
Fuente. Autores
Una vez seleccionado el inyector, el operario debe seleccionar el icono Importar
datos, el los importa y los genera en un archivo de Excel en las ultimas 3
versiones.
Figura 65. Selección del Icono
Fuente. Autores
Una vez ejecutado el resultado es el siguiente (Para esta prueba se tomó un
inyector Bosch en perfecto estado)
128
Figura 66. Resultado
Fuente. Autores
Como se puede observar, el arroja los valores de la comparación (método de
comparaciones pareadas) y la gráfica con los datos obtenidos, para este caso los
valores no difieren mucho entre sí.
Se toma posteriormente imágenes de cada inyector en cada uno de los fallos más
comunes, como se muestra a continuación
 Fallo en las puntas Inyector Bosch
Figura 67. Fallo en las puntas Inyector Bosch
Fuente. Autores
129
 Fallo en la tobera inyector Bosch
Figura 68. Fallo en la tobera inyector Bosch
Fuente. Autores
Inyector Delphi
 Inyector Delphi nuevo
Figura 69. Inyector Delphi nuevo
Fuente. Autores
 Inyector Delphi con fallo en las puntas
130
Figura 70. Inyector Delphi con fallo en las puntas
Fuente. Autores
 Inyector Delphi con fallo en la tobera
Figura 71. Inyector Delphi con fallo en la tobera
Fuente. Autores
131
Inyector Heui
 Inyector en perfecto estado
Figura 72. Inyector en perfecto estado
Fuente. Autores
 Inyector Heui con fallo en las puntas
Figura 73. Inyector Heui con fallo en las puntas
Fuente. Autores
132
 Inyecto Heui con fallo en la tobera
Figura 74. Inyecto Heui con fallo en la tobera
Fuente. Autores
4.5 SIMULACIÓN DEL INYECTOR
Es preciso aclarar que la prioridad de la simulación es ver la relación entre el
combustible expulsado vs el comportamiento de la aguja y el estado de los
orificios de expulsión, para ello se realiza el siguiente análisis :
 comportamiento de la aguja. Debido a sus elementos, el comportamiento
de la aguja es similar a un sistema masa, resorte-amortiguador, el modelo
matemático y la función de transferencia es de la forma:
Donde la masa, el coeficiente de fricción Viscosa y la constante del resorte
depende de la marca del inyector, como se mostrara posteriormente.
 Relación caudal de combustible vs comportamiento de la aguja. A
medida que la aguja se levanta aumenta el volumen del combustible expulsado,
con base a este proceso de plantea lo siguiente:
133
Figura 75.Área de contacto entre la aguja y el conducto
Fuente. Autores
Por teorema de Pitágoras
-
( )
Despejando L
√
=L
A de la circunferencia:
Esto quiere decir que es el área para circunferencia completa, en este caso es
importante saber el área en cualquier tramo, por ello
Ahora bien
134
Reemplazando
en la ecuación del área:
El área del tramo H es:
Reemplazando L en la ecuación:
( √
)
 Caudal a expulsar por el inyector
De la ecuación de Bernoulli:
La ecuación de caudal de combustible a expulsares:
Dónde:

= 0,85


velocidad del combustible a la entrada del inyector

=velocidad a la salida del inyector
 Caudal de la bomba CP3 = 5 Litros/mindiámetro de la tubería es constante
 Orificios de expulsión. Son seis orificios de expulsión el cual se toma como un
área total por donde el combustible será expulsado, para la simulación se tomara
como una constante.
Simulación del Inyector Bosch. Para tener un valor exacto fue necesario abrir el
inyector y medir y/o pesar cada elemento y los datos son los siguientes:
135
 Masa de la aguja: 0.05 Kg
 Coeficiente de Fricción Viscosa: De acuerdo al fabricante el valor promedio en
el aceite es de 40 ⁄
 Constante del resorte:
⁄
 Área de contacto:2 mm
 Presión de combustible a expulsar: 20 MPa
Simulación del Inyector Delphi. Realizando el mismo procedimiento anterior
 Masa de la aguja: 0.03 Kg
 Coeficiente de Fricción viscosa: 40
 Constante del resorte:
⁄
⁄
 Área de contacto:2 mm
 Presión de combustible a expulsar: 20 MPa
Simulación del inyector HEUI
 Masa de la aguja: 0.05 Kg
 Coeficiente de Fricción viscosa: 40
 Constante del resorte:
⁄
⁄
 Área de contacto:2.3 mm
 Presión de combustible a expulsar: 28 MPa
Una vez definidos estos valores se realiza la simulación por medio de la
herramienta SIMULINK como lo muestra las siguientes figuras:
136
Figura 76. Esquema de simulación inyector BOSCH
Fuente. Autores
137
Figura 77. Esquema de simulación inyector DELPHI
Fuente. Autores
138
Figura 78. Esquema de simulación HEUI
Fuente. Autores
139
4.5.1 Graficas de Simulación de Inyectores. Una vez planteado el modelo en
SIMULINK del funcionamiento de cada inyector se busca validar los datos
obtenidos experimentalmente con los valores de la simulación.
Inicialmente se grafica el caudal que expulsa el inyector en perfecto estado,
desde que abre hasta que cierra, al integrar esta grafica nos muestra el volumen
real expulsado por el inyector, la cual es una pendiente positiva y sus
coordenadas dependen del tiempo que está abierto el inyector.
Como el inyector está operando entre 1 milisegundo y 10 milisegundos, se
procede a simular en diferentes intervalos de tiempo los posibles estados que el
inyector puede estar.
Graficas de Inyector Bosch Estándar
Figura 79. Grafica de caudal a 2 ms
Fuente. Autores
140
Figura 80. Grafica de volumen para un intervalo de 2 ms
Fuente. Autores
Como se puede observar el valor del volumen del combustible expulsado a 2
milisegundos en un inyector en perfecto estado es de 3.5
o 3.5 *
,
esto quiere que este es el valor ideal que debe expulsar el inyector. Si se observa
la tabla de datos Bosch un inyector en perfecto estado debe arrojar 2.7
lo cual
significa que hay pérdidas de combustible durante la expulsión debido al medio o a
la manera como se obtuvieron los datos, además de la espuma generada por el
combustible expulsado.
Se realiza esta simulación en los diferentes intervalos de tiempo como se muestra
a continuación (los valores de volumen simulado se pueden contrastar con los
valores de las tablas en cada estado del inyector)
141
Graficas de Inyector Bosch Estándar
Figura 81. Grafica de caudal por el inyector en un intervalo de 6
milisegundos
Fuente. Autores
Figura 82. Grafica de volumen por el inyector a 6 milisegundos
Fuente. Autores
142
Figura 83. Grafica de caudal por el inyector en un intervalo de
milisegundos
Fuente. Autores
Figura 84. Grafica de volumen a 10 milisegundos
Fuente. Autores
143
10
Graficas de Simulación en Inyector Bosch Con Fallo En Las Puntas
Figura 85. Gráfica de caudal a 2milisegundos
Fuente. Autores
Figura 86.Grafica de volumen en 2 milisegundos
Fuente. Autores
144
Figura 87. Gráfica de caudal a 5milisegundos
Fuente. Autores
Figura 88. Grafica de volumen a 5 milisegundos
Fuente. Autores
145
Figura 89. Grafica de caudal a 10 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 90. Grafica de volumen 10 milisegundos
Fuente. Autores
146
Graficas de simulación BOSCH con Fallo en la tobera
Figura 91. Grafica de caudal en 2 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 92. Grafica de volumen a 2 milisegundos
Fuente. Autores
147
Figura 93. Grafica de caudal para 6 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 94. Grafica de volumen para 6 milisegundos
Fuente. Autores
148
Figura 95. Grafica de caudal para 10 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 96. Grafica de volumen para 10 milisegundos
Fuente. Autores
149
Graficas de Simulación inyector DELPHI estándar
Figura 97. Grafica de caudal para 2 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 98. Grafica de volumen para 2 milisegundos
Fuente. Autores
150
Figura 99. Grafica de caudal para 6 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 100. Grafica de volumen para 6 milisegundos
Fuente. Autores
151
Figura 101. Grafica de caudal para 10 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 102. Grafica de volumen para 10 milisegundos
Fuente. Autores
152
Graficas de inyector DELPHI con Fallo en las puntas
Figura 103. Grafica de caudal para 2 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 104. Grafica de volumen para 2 milisegundos
Fuente. Autores
153
Figura 105. Grafica de caudal para volumen de 6 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 106. Grafica de volumen para 6 milisegundo
Fuente. Autores
154
Figura 107. Grafica de caudal para 10 milisegundo
Fuente. Autores
Figura 108. Grafica de volumen para 10 milisegundo
Fuente. Autores
155
Graficas de inyector DELPHI con Fallo en la tobera
Figura 109. Grafica de caudal para 2 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 110. Grafica de volumen para 2 milisegundo
Fuente. Autores
156
Figura 111. Grafica de caudal para 6 milisegundo
Fuente. Autores
Figura 112. Grafica de volumen para 6 milisegundo
Fuente. Autores
157
Figura 113. Grafica de caudal para 10 milisegundo
Fuente. Autores
Figura 114. Grafica de volumen para 10 milisegundo
Fuente. Autores
158
Simulación de inyector heui estándar
Figura 115. Grafica de caudal para 2 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 116.Grafica de volumen para 2 milisegundos
Fuente. Autores
159
Figura 117. Grafica de caudal para 6 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 118. Grafica de volumen para 6 milisegundo
Fuente. Autores
160
Figura 119. Grafica de caudal 10 milisegundo inyector en perfecto estado
Fuente. Autores
Figura 120.Grafica de volumen para 10 milisegundo
Fuente. Autores
161
Graficas con fallos en las puntas HEUI
Figura 121. Grafica de volumen a 2 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 122. Grafica de volumen a 2 milisegundos
Fuente. Autores
162
Figura 123. Grafica de caudal a 06 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 124. Grafica de volumen a 06 milisegundos
Fuente. Autores
163
Figura 125. Grafica de caudal a 10 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 126.Grafica de volumen a 10 milisegundos
Fuente. Autores
164
Graficas de Inyector HEUI con fallos en la tobera
Figura 127.Grafica de caudal a 2 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 128. Grafica de volumen a 2 milisegundos
Fuente. Autores
165
Figura 129. Grafica de caudal a 6 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 130. Grafica de volumen a 6 milisegundos
Fuente. Autores
166
Figura 131. Grafica de caudal a 10 milisegundos
Fuente. Autores
Figura 132. Grafica de volumen a 10 milisegundos
Fuente. Autores
167
5. CONCLUSIONES
 Se realizó el diseño y la simulación en el banco de pruebas cumpliendo los
objetivos propuestos
 Se estudiaron todas las partes constitutivas del sistema de inyección Common
Rail y Heui
 Se estudiaron y se analizaron los diferentes métodos de análisis de varianza
para la comparación de datos
 Se definió un patrón de comportamiento del inyector en cada uno de los
posibles estados y en cada una de las marcas.
 Fue posible determinar el modelo matemático básico del inyector en cada una
de las marcas
 Es posible continuar con el estudio y mejoramiento de inyectores debido al
modelo matemático planteado y a las pruebas realizadas.
 Se diseñó el banco teniendo en cuenta las limitaciones económicas y los
materiales que son comerciales en Colombia.
 Se estudia y se emplea nuevas formas de tecnología para el diseño de
software.
 El centro de diagnóstico Lubrifrenos car de Col está satisfecho con el trabajo y
pruebas realizadas y se decide realizar la construcción del banco.
 Finalmente se concluye que la implementación del banco optimizara un proceso
existente generando mayor confianza en el cliente y ganancias para el centro.
168
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SMITH, Carlos y CORRIPIO, Armando. Control Automático de Procesos Teoría y
Práctica. México. Limusa, 1991.572 p.
WILEY, John. Diseño y Análisis de Experimentos. 2 ed. México: Limusa, 2004.
671 p.
ZILL, Dennis. Ecuaciones Diferenciales con Aplicaciones de Modelado. 6 ed.
México. Thomson Editores, 1997. 741 p.
170
ANEXOS
171
ANEXO A
CÓDIGO PROGRAMA ARNUDIO
// Selección inyector, lectura dato sensor (galga) & comunicación por puerto serial
intPinout=13, senpin = 0;
intdatosen;
intanalogin = 2;
// Declaración de variables
// Pin de conexión del sensor
void setup() {
Serial. Begin(9600);
pinMode(senpin, INPUT);
pinMode(Pinout, OUTPUT);
}
void loop() {
if (Serial.available() > 0)
{
int caso = Serial.read();
// configuracionpuerto serial
// Lee el valor de entrada del puerto serial
switch (caso) {
// selecciona tren de pulso según tipo de inyector
case '1':
// inyector BOSCH
// Tren de pulsos - lectura dato sensor - envio dato puerto serial
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(3);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(4);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(5);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(6);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(7);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(9);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
172
=
=
=
=
=
=
=
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(10);digitalWrite(Pinout,
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(11);digitalWrite(Pinout,
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(12);digitalWrite(Pinout,
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
break;
LOW);datosen
=
LOW);datosen
=
LOW);datosen
=
case '2':
// inyector DELPHI
// Tren de pulsos - lectura dato sensor - envió dato puerto serial
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(2.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(3.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(4.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(5.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(6.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(7.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(8.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(9.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(10.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout,
HIGH);delay(11.8);digitalWrite(Pinout,
LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
break;
173
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
case '3':
// inyector HEUI
// Tren de pulsos - lectura dato sensor - envio dato puerto serial
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(14.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500); // tiempo on - tiempo off
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(15.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(16.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(17.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(18.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(19.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(20.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(21.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(22.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
digitalWrite(Pinout, HIGH);delay(23.17);digitalWrite(Pinout, LOW);datosen
analogRead(analogin);
Serial.println(datosen, DEC);delay(500);
break;
}
}
}
174
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
ANEXO B
TABLA DE CARACTERÍSTICAS DE LA TUBERÍA DE ACERO
Fuente. MOTT, Robert. Diseño de Elementos de Maquinas. México : Pearson Educacion. 2006. p. 163
175
ANEXO C
RUGOSIDAD DEL MATERIAL
Fuente. MOTT, Robert. Diseño de Elementos de Maquinas. México : Pearson Educacion. 2006. p. 163
176
ANEXO D
PROPIEDADES MECÁNICAS DE ALGUNOS ALAMBRES PARA RESORTE
Fuente. SHIGLEY, Joseph Edward. Diseño en Ingeniería Mecánica. 3 ed. México: MacGraw-Hill, 1985.p.128
177
ANEXO E
DIAGRAMA DE MOODY
Fuente. MOTT, Robert. Diseño de Elementos de Maquinas. México : Pearson Educacion. 2006. p. 163
178
ANEXO F
TABLA PARA EL COEFICIENTE K, CONTRACCIÓN SÚBITA.
Fuente. MOTT, Robert. Diseño de Elementos de Maquinas. México : Pearson Educacion. 2006. p. 163
179
ANEXO G
COEFICIENTE DE RESISTENCIA DE ENTRADAS
Fuente. MOTT, Robert. Diseño de Elementos de Maquinas. México : Pearson Educacion. 2006. p. 163
180
ANEXO H
COEFICIENTE DE RESISTENCIA PARA VÁLVULAS Y ACOPLAMIENTOS.
Fuente. MOTT, Robert. Diseño de Elementos de Maquinas. México : Pearson Educacion. 2006. p. 163
181
ANEXO I
LONGITUDES NORMALES L, Y FACTORES DE CORRECCIÓN DE LONGITUD
K1 PARA BANDAS V INGLESAS* DE TIPO COMÚN PARA SERVICIO PESADO
Fuente: ANSI/RMA IP-20-1977.
182
ANEXO J
LONGITUDES DE PAGOESTÁNDARLP Y FACTORES DE CORRECCIÓN DE
LONGITUDKS PARA BANDAS V COMUNES SI DE SERVICIO PESADO
Fuente: ANSI/RMA IP-20-1977.
183
ANEXO K
REQUISITOS DE LOS COMBUSTIBLES “DIESEL EXTRA” Y “DIESEL
CORRIENTE”
Fuente. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Norma técnica NTC 1483. Bogotá:
ICONTEC, 2009. 201 p.
184