Para hacer llegar el combustible al interior del cilindro nos valemos de las bombas de inyección o de combustible y de los inyectores o válvulas de combustible.
Son las bombas de combustible la parte del motor más delicada, por cuanto al trabajo que han de realizar según vamos a ver.
Hay dos formas de introducir el combustible en el cilindro, conocidas por el nombre de inyección por aire o insuflación, y la inyección sólida o directa, que si bien el fin conseguido es el mismo prácticamente para las dos, la forma de llegar a él difiere bastante.
En la inyección por aire, muy usada hace muchos años y hoy por completo abandonada, el combustible llega al cilindro, mezclado con una cantidad de aire, llamado aire del soplado, con el que, obligado a seguir un camino en zig-zag, a través de su válvula de inyección, se pulveriza para obtener así la mezcla gaseosa capaz de producir la combustión.
La idea inicial de Diesel era que el combustible llegase al cilindro finamente pulverizado pero puro, es decir, sin aire, que, su grado de pulverización fuese tal, que en el cilindro se mezclase con el aire allí existente, y así se produciría la combustión. Pero por dificultades entonces insalvables, no pudo llegar a conseguir este grado de pulverización que necesitaba, de ahí pues, que tuviera que recurrir al aire comprimido como ayuda, dando así motivo de la inyección por aire.
Con los estudios y experiencias posteriores, se consiguió lo que entonces fue un imposible. Con el empleo de nuevos materiales y con la alta precisión que se requería, el combustible pudo ser inyectado en el cilindro, finamente pulverizado, sin la ayuda del aire, consiguiéndose así la inyección directa, único sistema que montan todos los motores en la actualidad.
Si bien el sistema de insuflación ha quedado desechado por las frecuentes averías que reportaba haremos un breve comentario sobre él.
En este caso, además de las bombas de inyección y de los inyectores, el motor llevaba consigo un compresor que, accionado por el eje cigüeñal, nos facilitaba el aire necesario para la insuflación. Este compresor, de por sí muy voluminoso y de complicada construcción, era motivo de una serie de averías, en ocasiones de gran consideración 10 que, unido a la absorción de potencia del motor que acarreaba, era quizá, el más grave inconveniente de la inyección por aire.
Figura 79.
Esquema bomba de inyección por aire
Solía estar instalado en un extremo del motor, montado sobre un cuello del cigüeñal destinado a este fin. Constaba de tres fases, alta, media y baja, cual un compresor corriente, llevando en la descarga de cada fase, el correspondiente enfriador de aire, alcanzando una presión final de 80 a 100 kilos aproximadamente.
Este aire llega hasta una botella en donde se almacena, pasando después a un tubo colector general que lo reparte a las distintas válvulas inyectoras.
En un principio, el motor disponía de una sola bomba que iba facilitando el combustible a todas las válvulas de inyección por una serie de ramificaciones con distribuidores, con objeto
de que fuese la misma cantidad la que llegase a cada inyector. Como esto resultaba bastante difícil de conseguir, se pasó entonces a dotar a cada cilindro, de su bomba correspondiente, si bien todas ellas iban montadas en un bloque enterizo, pero de esta manera el reparto de combustible era más uniforme.
La bomba cuyo esquema representamos en la figura 79, consta sencillamente de un émbolo
A, que es movido alternativamente por el eje B. En la caja de la bomba tenemos las válvulas
C de aspiración y D, de impulsión. El combustible llega según indica la flecha, y en el movimiento descendente del émbolo, pasando por la válvula de aspiración, llena la bomba; cuando el émbolo asciende se cierra la válvula de aspiración, y el combustible es lanzado por las de impulsión y su tubería correspondiente a las válvulas de inyección.
Como según la potencia exigida se necesitará de consumo de combustible, existe un dispositivo que regula la abertura de la válvula de aspiración, permitiendo que éste pase en mayor o menor cantidad al cilindro.
La presión a que se impulsa el combustible en este sistema de inyección, es relativamente bajo, pues basta con vencer la presión del aire de soplado, que viene a ser de 80 kilos. El combustible así descargado, llega a la válvula de inyección esperando el momento en que ésta se abra y, arrastrado por el aire, se precipita al cilindro.
La cantidad de combustible que se inyecta es siempre muy pequeña en cualquier clase de motor, pues son sólo gramos los que se requieren por caballo y hora de funcionamiento, oscilando alrededor de los 160 gramos.
El accionamiento del eje B que ha de mover las bombas, se obtiene desde el eje motor, por mediación de excéntricas. Hay que tener en cuenta que, si el motor es de dos tiempos, como las bombas han de efectuar una inyección a cada vuelta del motor, el eje B girará a igual velocidad que el eje motor, pero cuando se trate del sistema de cuatro tiempos, dicho eje B, habrá de girar a la mitad de vueltas.
Pasemos ahora a la inyección directa. Su funcionamiento es bastante diferente.
Aquí tenemos que la pulverización del combustible se consigue con la alta presión que le imprime la bomba. Por otra parte, mientras que en el sistema de insuflación, el momento de llegada del combustible al inyector carece de importancia, ya que allí permanece en espera de la apertura de éste para, mezclado con el aire, entrar precipitadamente al cilindro, en la, inyección directa, este momento de llegar el combustible al inyector es fundamental, debiendo coincidir siempre con el mismo instante del desarrollo del ciclo al final de la compresión. Al tiempo que la bomba inyecta, el combustible impulsado abre el inyector y pasa ya al cilindro pulverizándose.
La presión de descarga en la inyección directa es más elevada; pudiendo alcanzar varios centenares de kilos, si bien, la más comúnmente utilizada oscila alrededor de los 300 kilos. De aquí la mayor robustez y precisión que precisan los órganos de este tipo de bombas.
Como el final de la inyección ha de corresponder con una determinada posición del émbolo, necesitaremos, para adaptamos a ello, dotar a cada .cilindro de su bomba correspondiente, que será accionada por un camón del eje de levas del motor. El accionamiento por camón es necesario, debido a los bruscos saltos de presión a que trabajan las bombas, ya que durante
la llegada del combustible a la bomba, su presión es prácticamente nula, teniendo que pasar en una fracción de segundo a la presión de inyección, para volver a caer seguidamente a la llegada del combustible.
Figura 80,
Conjunto bomba de inyección directa TIPO BOSCH
Como ejemplo típico de bomba de inyección directa explicamos a continuación la del tipo “BOSCH”, bomba que, con más o menos variantes, es la que generalmente emplean la mayoría de los motores que se construyen.
Consiste, según la figura 80, de un bloque de acero 1, dentro del cual está la camisa 2, en la que desliza, en movimiento alternativo, el émbolo 3, perfectamente ajustado en ella.
Al conjunto de la camisa con el émbolo, se le llama guarnición de la bomba, siendo piezas éstas que han sido rectificadas una con otra, para obtener la precisi6n de ajuste necesaria para su completa estanqueidad, lo que significa que, caso de tener que sustituir una de ellas, deben cambiarse las dos; no se admite cambiar
un émbolo para otra camisa o viceversa, pues no se conseguirá el que la bomba funcione normal, por carecer del rectificado en común de las dos piezas. Con todo diremos que, por la sencillez de funcionamiento, difícilmente se producen averías en estas piezas, cuya vida dura miles de horas de continuo funcionamiento.
Siguiendo con la descripción de la figura 80, la parte alta de la camisa va cerrada por la válvula de impulsión 4, por la que pasa el combustible inyectado a la tubería que le conducirá al inyector. La llegada del combustible 'a la bomba es por los canales, como indica la flecha, y es por su propio peso para que no se produzca succión.
Enchavetado al émbolo está el casquillo 5, que engrana con la cremallera 6, que se mueve perpendicular a la figura. Con este movimiento, el émbolo puede ser girado un cierto ángulo dentro de la camisa, variando la cantidad de combustible inyectado, según veremos.
La bomba está dotada de unos resortes 7, que empujan al émbolo hacia abajo de manera que la guía inferior 8, que lleva con su correspondiente rodillo, quede apretado en todo momento, contra el camón de acciona- miento, efectuándose su trabajo sin golpes ni brusquedades. Otra vista de la bomba BOSCH puede observarla el lector en la figura 81.
Figura 81.
Bomba BOSCH seccionada. 1. Embolo. 2. Camisa. 3. Cámara impulsión. 4. Válvula retención. 5. Cremallera regulación. 6. Casquillo giro émbolo. 7. Corona dentada. 8. Llegada combustible.
El émbolo, como se ve en la figura 82, termina en su parte alta en una superficie plana, que lleva en su lateral un corte, una de cuyas aristas AB es vertical, y la otra CD, es helicoidal.
En las tres secciones que representamos en las figuras 82, 83 Y 84, puede verse, en la primera de ellas, que el émbolo está en su punto bajo, y el combustible fluye por los canales de entrada a llenar cámara de impulsión de la bomba.
Al iniciar el émbolo su ascenso (figura 83), tapa los ductos de entrada, comprimiendo el combustible en la cámara de impulsión, donde es obligado a pasar por la válvula de impulsión al inyector. Comprende de esto a la segunda fase del trabajo.
Figura 82
1a fase – El embolo en el punto bajo de su carrera, descubre los canales de llegada del combustible y éste entra, llenándola cámara de impulsión.
Figura 83
2a fase – El embolo asciende tapando los canales de entrada. El combustible en la cámara de impulsiones obligado a pasar por la válvula de impulsión al inyector.
Figura 84
3a fase – Cuando la arista helicoidal CD, descubre en su parte baja el canal de entrada, pone en comunicación la aspiración con la impulsión. La presión cae
El aumento de presión es rápido alcanzando la tensión a que está regulado el inyector, y le obliga a saltar, con lo que el petróleo, finamente pulverizado; entra en la cámara de combustión. Pero cuando en el ascenso del émbolo, su arista helicoidal CD, descubre el canal de entrada, vuelve a ponerse en comunicación la zona de impulsión con la de aspiración, cayendo la presión e interrumpiéndose la inyección. Trabajo correspondiente a la 3a fase (figura 84).
Con ello vemos que el final de la inyección depende del momento en que la arista helicoidal CD descubre el canal de entrada poniendo en comunicación las dos regiones de la bomba, de manera que si hacemos girar el émbolo un ángulo determinado, variaremos el momento en que finaliza la inyección, ya que habremos variado el punto en que la. arista CD, descubra el canal de entrada.
Variando la cantidad de combustible inyectado, variamos también la potencia del motor.
Si por el contrario, en el giro el émbolo precisa de todo su recorrido para que la arista CD, llegue a descubrir el canal de entrada, la cantidad de combustible inyectada será máxima, y el motor nos facilitará toda la potencia. Esta posición se llama de plena carga.
Cabe añadir, que los materiales de que están construidos émbolo y camisa. son especiales y de alta calidad para evitar que, con la alta presión a que trabajan, sufran desperfecto alguno.
Fundada en el principio de la bomba BOSCH, está la del motor BURMEISTER, que en la figura 85 se muestra.
Vemos que está formada por el cuerpo A que, por una pieza de distancia E, asienta sobre la base. En el cuerpo tenemos la camisa B con el émbolo C, y en la parte alta de la cámara de impulsión la tubería que llevará el combustible hasta los inyectores.
La llegada del combustible a la bomba es por el canal H, conectado por tubería con el filtro de combustible.
El émbolo lleva una cuña cuyas caras se deslizan por la guía E. Esta guía va conectada por una transmisión a la palanca de regulación, de manera que, actuando sobre ella, variamos la posición del émbolo, y con ello la cantidad de combustible a inyectar.
Figura 86.
Bomba de inyección SULZER. 1. Embolo. 2. Camisa. 3. Bloque. 4. Válvula impulsión. 5. Válvula sobrante. 6. Llegada combustible. 7. Regulación válvula sobrante.
8. Rodillo accionamiento.
La parte inferior del émbolo tiene un pie que encaja en una guía G, dotada del rodillo 1 que, deslizándose por el camón, da al propio émbolo el movimiento de ascenso y descenso. U nos fuertes resortes K, harán que el rodillo esté constantemente apoyado en el camón.
Como se ve este tipo de bomba carece de válvula de sobrante, ahora bien, el combustible llega a ella impulsado a baja presión desde otra bomba, que es accionada por el motor, para que no haya de producirse succión alguna, evitando la posible formación de burbujas de aire perjudiciales para el buen funcionamiento. En efecto, las burbujas de aire, por ser éste muy compresible, durante la aspiración, expansiona y dificulta así la llegada del combustible, mientras que en la impulsión se comprime disminuyendo su volumen, con lo que la bomba no
es capaz de dar al combustible la presión necesaria para hacer abrir el inyector. Llega pues el combustible a la bomba impulsado a una presión de 2 a 3 kilos. En cada inyección, se toma la cantidad necesaria y el sobrante, por unos canales de la propia bomba, es conducido a una tubería auxiliar, aprovechándolo para la refrigeración de los inyectores, por un circuito dispuesto a tal efecto.
Otro tipo de bomba representado en la figura 86 es la del motor SULZER.
Su émbolo (1), accionado por el rodillo 8, se mueve dentro de la camisa 2. Un brazo (7) que es arrastrado por el mismo émbolo, y que su punto de apoyo es el eje excéntrico O, sirve para regular el recorrido de la válvula de sobrante 5. Este eje excéntrico O, puede variar de posición por medio de la palanca de regulación del motor. La llegada del combustible es por el canal 6.
Cuando el émbolo 1 asciende, al arrastrar el brazo 7, la válvula de sobrante 5 comienza a bajar, no produciéndose impulsión alguna hasta que esta válvula cierre la descarga al quedar sobre su asiento. Entonces el combustible que hay en la cámara de impulsión, se ve impulsado al inyector, por la válvula de impulsión 4. La bomba continuará impulsando, hasta que en su descenso el émbolo vuelva otra vez a levantar la válvula 5 de sobrante y caiga súbitamente la presión.
Vemos que, según la posición del eje excéntrico 0, la válvula de sobrante permanecerá más o menos tiempo abierta, de lo que dependerá el período de inyección, y por tanto la potencia desarrollada por el motor.
A! igual que decíamos para las bombas de inyección por aire, también éstas trabajan, en motores de dos tiempos, una vez por cada vuelta y en los de cuatro tiempos, una por cada dos vueltas del motor.
Para el entretenimiento y conservación de las bombas de combustible diremos que, dentro de la precisión con que realizan su trabajo, son éstos unos órganos del motor que no requieren demasiado cuidado.
Difícilmente se producen en ellas averías, siendo la más frecuente la de su agarrotamiento, y esto ocurre cuando el combustible empleado no es el indicado, o bien no se encuentra en las condiciones de temperatura o depurado que requiere. Hoy que frecuentemente se emplean los combustibles pesados de bajo coste (el fuel-oil), se ha de procurar que éste sea pasado por las depuradoras que le quitarán toda impureza, pasando después por los filtros del motor y los calentadores, donde se le dará la temperatura que requiera en cada caso.
Llevando estas operaciones a cabo debidamente, no tendremos dificultad alguna en el funcionamiento de las bombas de combustible.
De ocurrir un agarrotamiento de bomba, hecho que se nota en seguida, porque tanto la bomba como las tuberías del inyector aumentan la temperatura rápidamente, y también, por la práctica en la apreciación del ruido del motor, hay que desmontar la bomba para reconocerla. No hace falta parar el motor para llevar a cabo esta operación, ya que cada bomba suele llevar un dispositivo para ponerla fuera de servicio, efectuando así estos trabajos.
El émbolo debe entrar dentro de la camisa suave, y sin golpearla. Si así no ocurre, se suavizan ambas piezas, una sobre otra, dándoles un poco de sidol y frotándolas; después se enjuagan con petróleo limpio para volver a montar.
Cuando se trabaja en las bombas de combustible, ha de observarse la más absoluta limpieza.
Si no se nota anomalía alguna en las bombas de combustible, éstas no deben desarmarse nunca, por el solo hecho de reconocerlas, pudiendo permanecer en servicio durante miles de horas.
Vistas las bombas de combustible, veamos los inyectores o válvulas de combustible que, junto con aquéllas, son las encargadas de que el combustible llegue al cilindro en el momento preciso y en la cantidad combustible exacta, con el mejor grado de pulverización.
Al igual que ocurría con las bombas, también los inyectores pueden agruparse en dos grupos los destinados a la inyección por aire y los de inyección directa, pudiendo ser cada uno de ellos de tobera cerrada o tobera abierta.
Los inyectores para la inyección por aire, están en la actualidad en desuso como ocurre con sus bombas. Veamos un breve resumen de ellos. Los de tobera cerrada pueden ser con pulverizador de placa o de ranuras.
Figura 87
Inyector de discos para inyección por aire
Llevan los primeros en su interior (figura 87) unos discos con una serie de agujeros cuya misión es dar al aire del soplado y al combustible, un camino en zig-zag para que, al precipitarse al cilindro, se facilite su pulverización.
La bomba inyecta el combustible, que va a depositarse en el inyector, al que a su vez llega también el aire de soplado. En el momento oportuno, se abre el inyector, que en este tipo de inyectores precisa accionamiento mecánico para su apertura, siendo el sistema más corriente el de un balancín movido por el eje de levas. Al abrirse, aire y combustible se precipitan en el cilindro y entre el camino en zigzag que han de seguir y la diferencia de presión existente, entre la cámara de combustión y el aire de soplado que arrastra al combustible, hacen que éstos entren en el cilindro a gran velocidad, consiguiendo con ello una fina pulverización de dicho combustible que, seguidamente, entra en combustión.
El inyector del pulverizador de ranura, es parecido al anterior pero en él, se han suprimido los discos con agujeros que llevaban aquéllos y en su lugar se obliga al combustible a pasar por unas pequeñas ranuras, donde se mezcla con el aire para ser pulverizado.
En cuanto a los de tobera abierta son iguales a los anteriores pero en este caso, la válvula sólo sirve para el paso del aire del soplado, mientras que el combustible llega directamente a la cámara de combustión. 7 Como hemos dicho estos tipos de inyectores no se construyen