El Sistema de Actuación de Inyección de Combustible se logra usando la hidráulica, antes la actuación se realizaba usando el eje de leva sobre el inyector utilizado en otros sistemas del combustible diesel. Hoy en día la Actuación hidráulica ofrece varias ventajas comparativas con la actuación mecánica, incluye la habilidad de mantener la presión de inyección de manera independiente a la velocidad de operación del motor. Esta capacidad es especialmente ventajosa en muchos aspectos, incluyendo por ejemplo la respuesta rápida del motor, partida en frío, un buen control de emisiones y ruido.
• COMPONENTES DEL SISTEMA
Una revisión a los sistemas del motor 3400 HEUI y los circuitos hidráulicos de suministro combustible serán vistos a continuación:
• Grupo de Bomba de Suministro Hidráulico incluyendo: - Bomba Hidráulica
- Bomba de transferencia de combustible - Válvula de control de bomba
• Módulo de Control Electrónico (ECM) • Sensores Electrónicos
- Temperatura Hidráulica - Presión Hidráulica • Inyector de Combustible
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• GRUPO HIDRÁULICO DE BOMBA DE SUMINISTRO:
Los siguientes componentes se integran en una sola unidad llamado Grupo Hidráulico de Bomba de Suministro:
- Bomba Hidráulica
- Válvula de control de bomba - Bomba de transferencia
Este grupo de bomba se localiza en la V del motor en la misma posición como la bomba de inyección de combustible en motores mecánicos.
Tres circuitos de líquidos se incluyen en el sistema: aceite de baja presión, aceite de alta presión (hidráulico), y el suministro de combustible de baja presión.
• OPERACIÓN DEL SISTEMA
En un equipó con motor HEUI, la bomba de lubricación tiene dos funciones: 1. Proporciona la lubricación al motor
2. Proporciona aceite a baja presión a la bomba hidráulica HEUI
La bomba de lubricación del motor ha sido ampliada para proporcionar el aumento de flujo requerido. La bomba hidráulica tiene un depósito de aceite para la partida en frío. Este depósito previene a la bomba hidráulica de la cavitación durante partida inicial del motor hasta que la bomba de lubricación pueda suministrar la aceite a presión adecuada. Un sensor de presión del aceite se localiza en el depósito aceite de arranque en frío, que esta en la caja de la bomba hidráulica del aceite. El sensor monitorea la presión de aceite de lubricación. Un sensor de temperatura de aceite se instala también en el depósito. Este sensor se referirá como el "sensor de temperatura hidráulica" por decirlo así y usado para este propósito.
• ALTA PRESIÓN DE ACCIONAMIENTO
Durante condiciones normales de operación, el aceite es presuriza entre 5000 y 21500 kPa (725 y 3100 psi) por el flujo movido por la bomba hidráulica de alta presión y acciona los inyectores. El nivel de presión hidráulica es controlado por el ECM, con una señal a la válvula de control de bomba produciendo un aumento de la carrera del plato de la bomba hidráulica. Cuándo el motor esta en funcionamiento, aceite a alta presión está disponible siempre para todos los inyectores.
El aceite de la bomba de alta presión entra a los dos pasajes del suministro de aceite.
Las válvulas inversoras de flujo son usadas para prevenir golpes de presión entre los pasajes de aceite de los bancos. Los pasajes del suministro del aceite hidráulico son conectados al inyector por tubos puente. El aceite usado por el inyector es liberado debajo de las cubiertas de válvula y drenado al cárter por los conductos internos del motor.
• SISTEMA DE COMBUSTIBLE DE BAJA PRESIÓN.
El combustible es succionado desde el tanque a través del separador de agua y la bomba de cebado por una bomba de transferencia de engranajes.
El combustible se dirige por el Módulo de Control Electrónico (ECM) para propósitos de refrigeración de este; Desde allí fluye por el filtro secundario de combustible. Posteriormente, el combustible entra a la galería de suministro de baja presión, abasteciendo los múltiples encima de las culatas. El exceso de combustible no inyectado sale desde el múltiple. El flujo entonces se combina en una sola línea y pasa por la válvula reguladora de presión, la cual tiene un rango de trabajo entre 310 y 415 kPa (45 y 60 psi). Desde la válvula reguladora de presión, el exceso de flujo retorna al tanque. La cantidad del combustible para la combustión y el combustible de retorno al tanque está cerca de 1:3 ( tres veces mas del volumen requerido para la combustión es suministrado al sistema con propósitos de la refrigeración de los inyectores). Un sensor de temperatura del combustible se instala en el sistema de suministro, para compensar las pérdidas de potencia causadas por las variaciones de temperatura del combustible y ajustar el tiempo en la partida en frío.
• OPERACIÓN HIDRÁULICA DE LA UNIDAD
La alta presión de aceite hidráulica es proporcionada a cada inyector por los pasajes hidráulicos de suministro y los tubos puentes individuales.
El combustible es suministrado al inyector por un pasaje de suministro de baja presión localizado en el múltiple de alimentación (descrito mas adelante.)
Los sellos especiales de "Viton" se usan en las uniones hidráulicas entre el inyector y el múltiple de alimentación.
NOTA: Esta imagen y la imagen siguiente parten de la leyenda del color usando naranjado
• SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE DE BAJA PRESIÓN
El combustible llega por un pasaje taladrado localizado en el múltiple de alimentación.
El suministro del combustible a cada inyector es sellado de la cámara de la combustión y el área debajo de la tapa de válvula por sellos superiores y más bajos de un sello entre el inyector y la camisa de inyector en la culata.
Los gases de la cámara de la combustión son impedidos de entrar al pasaje del suministro del combustible por un sello de contacto de metal a metal entre la camisa del inyector en la culata y el inyector.
La camisa del inyector se atornilla en la culata. Una arandela de metal es usada de sello en la parte inferior del adaptador para prevenir fugas entre el sistema de refrigeración y la cámara de la combustión.
• MÚLTIPLE DE SUMINISTRO
Los pasajes siguientes se localizan en el Múltiple de Suministro Hidráulico: - Pasaje de suministro Hidráulico
- Pasaje de suministro de Lubricación - Pasaje de suministro de Combustible
El múltiple de alimentación es montado en la culata y conduce aceite hidráulico bajo presión para el accionamiento del inyector a través de tubos puente. El combustible de baja presión y el aceite de lubricación al mecanismo de la válvula se dirigen también por el múltiple. Estos pasajes se muestran en la imagen seccionada en el próximo recuadro.
• CONDUCTOS INTERNOS
Este recuadro en corte muestra los pasajes del Múltiple Suministro Hidráulico - Pasajes de suministro hidráulico de alta presión (naranjo)
- Pasajes de suministro de combustible de baja presión (Rojo con líneas Blancas) - Pasajes de suministro de aceite de lubricación (Café)
El combustible entra por el frente del múltiple y sale por la parte trasera.
La refrigeración de los inyectores es lograda circulando un volumen mayor de combustible al inyector que es requerido para la combustión.
Inicialmente, el combustible circula alrededor del exterior de la camisa del inyector y es contenido entre la camisa y el múltiple de suministro por los sellos superiores e inferiores de combustible de la camisa del inyector.
El Tubo puente (1) y el Adaptador (2) dirigen aceite hidráulico desde un pasaje del múltiple de alta presión y luego al inyector. Un procedimiento específico de apriete (torque) se debe realizar a los seis pernos (para el Tubo puente y adaptador) el cual debe ser alineado al realizar su instalación.
NOTA
El seguir este procedimiento de apriete en forma incorrecta puede tener como resultado los problemas de baja potencia, causadas por fugas hidráulicas internas. También, los esfuerzos internos en el inyector causados por un procedimiento impropio de apriete puede causar los cambios de los espacios libres internos del inyector que pueden disminuir la vida útil o rendimiento del inyector.
• CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LA UNIDAD INYECTORA
La cantidad del combustible entregado es controlada en parte variando el tiempo que el solenoide esta energizado. Este período de tiempo es llamado. "Duración" y es calculada por
el ECM y asegura la entrega de la cantidad correcta del combustible.
Otras entradas afectan el cálculo del tiempo, incluyendo la presión del suministro hidráulico, la temperatura de aceite y características internas del desempeño del inyector. Dos niveles actuales se generan en la forma de onda:
1. La fuerza atractiva de la corriente crear un campo magnético más fuerte y atrae la armadura y levanta la válvula poppet del inyector de su asiento contra la fuerza de resorte.
2. Una alta corriente es usada para sostener la armadura y la poppet en su asiento. La corriente más baja reduce el calor en el solenoide y la vida del solenoide aumenta.
Este recuadro muestra, cuando el ECM energiza el solenoide, y se realiza el movimiento de válvula poppet. Entonces, la tasa de inyector aumenta para el comienzo de inyección. El fin de la inyección ocurre cuando las forma de la onda llegan a cero.
Por lo tanto:
• La cantidad de combustible es una función del comienzo de inyección.
• La cantidad del Combustible es una función directa para:
• La Duración de inyección
• Presión de actuación de Inyección (hidráulica)
El ECM envía una corriente mayor al solenoide para crear un campo magnético fuerte. Este campo fuerte es necesario para la máxima atracción de la armadura, que está en su distancia más lejana del solenoide.
La válvula poppet es mantenida normalmente en su asiento de entrada a través de un resorte. El incremento mayor de la corriente atrae la armadura y levanta la poppet de su asiento de entrada hacia el asiento del escape contra la fuerza de resorte. El ECM reduce el nivel de la corriente y la poppet es mantenida en el asiento de escape.
La inyección comienza después que el asiento de escape esta cerrado y la presión de aceite empuja el émbolo intensificador y pistón hacia abajo. El movimiento del pistón hacia abajo presuriza el combustible aproximadamente a 31000 kPa (4500 psi) y la válvula reversora se levanta, permitiendo que el combustible entre al cilindro. El tiempo en que se abastece de combustible y sale por la punta se llama " Comienzo de Inyección."
La proporción que se abastece de combustible inyectado es controlada por la presión de inyección hidráulica. La presión hidráulica más alta empuja el émbolo y el Pistón más rápidos, causando una proporción más alta del flujo por la punta de la tobera.
Cuándo la inyección es finalizada por el ECM, disminuye la corriente que causa que el campo magnético se desvanezca en el solenoide. El resorte de la válvula poppet entonces mueve la poppet hacia el asiento de entrada. Como la poppet es llevada a su asiento, el aceite hidráulico es cortado, y el movimiento hacia abajo del émbolo y plunger regresa a su punto inicial, llenando la cámara del pistón para la próxima carrera de inyección
Cuando la presión baja en él embolo; la tobera la válvula de aguja se cierra, la cual está cerca de los 21000 kPa (3000 psi), causando que esta presión sea retenida en la tobera para el próximo ciclo.
• COMPONENTES DE LA UNIDAD INYECTORA
La unidad inyectora de los motores 3408E/3412E ha sido diseñada para representar los últimos adelantos de la industria. Esta sección de la presentación describirá todos los componentes y sus funciones
Este recuadro muestra un inyector en corte y la camisa de inyector. Note los siguientes grupos mayores que componen el inyector:
- Cuerpo de válvula con solenoide y válvula de poppet
- Grupo de pistón intensificador, Cilindro con émbolo de bombeo - Grupo de Tobera
La camisa del inyector tiene cuatro ranuras de sello. Las dos ranuras superiores tienen los sellos que contienen el combustible dentro del múltiple de suministro (mostrado en más detalle posteriormente).
Los dos sellos inferiores contienen el líquido refrigerante. Una arandela del metal sella la parte inferior de la camisa y previenen la entrada de refrigerante a la cámara de combustión.
El inyector se compone de tres grupos básicos que se describirán en detalle: - Conjunto de Solenoide y Válvula
- Conjunto de Cilindro - Conjunto de Tobera
Esta imagen muestra la vía de escape o ventilación del inyector drenando el aceite hacia abajo. Esta condición es una modificación del diseño anterior, el cual drenaba el aceite hacia arriba. Este inyector es intercambiable. Sin embargo, el inyector más moderno reduce la tendencia del motor a la niebla del aceite por el respiradero.
El inyector HEUI se diseñó con un mínimo de partes componentes. El inyector contiene 35 partes.
Esta imagen en despiese muestra todos los componentes por secuencia de ensamblaje:
El Grupo del Cuerpo de Válvula contiene el solenoide, armadura y la válvula de poppet. Estando ensamblada dirige el aceite al pistón intensificador hidráulico que mueve el plunger del combustible. El Grupo del Barril y el Pistón presurizan el combustible a alta presión. El Grupo de la Tobera contiene, la Tobera, y la Válvula de Aguja.
Este recuadro muestra las partes componentes en los tres grupos básicos discutidos previamente.
El cuerpo de la válvula tiene tres partes (el cuerpo, adaptador y espaciador) que se arman con una gran precisión. Cualquier daño en el área del cuerpo de válvula durante la instalación causará la falla del inyector.
NOTA: Los procedimientos correctos del desmontaje de inyector y herramientas se encuentran especificados en el Manual del Servicio y siempre se deben usar. Cualquier apalancamiento aplicado debajo del cuerpo de válvula puede causar la deformación de los asientos de la válvula poppet o una falla posible del inyector puede suceder.
• REMOSIÓN E INSTALACIÓN DE LA UNIDAD INYECTORA
Los procedimientos correctos para el desmontaje del inyector e instalación deben ser seguidos para evitar esfuerzos en el inyector y escapes hidráulicos en el área del tubo puente. Las tres superficies que unen el tubo puente, el adaptador de aceite y el inyector se deben alinear antes de aplicar él apriete final (torque)
Esta parte del procedimiento del ensamble asegura que todas las uniones y caras que sellen se unen estén alineadas y tengan un contacto completo antes de apretar los pernos.
1. Limpie las caras del inyector y la camisa de inyector e instale los sellos nuevos.
2. Lubrique los sellos con aceite e instale el inyector en la camisa de inyector.
3. Alinee visualmente el inyector con la superficie paralela plana a la línea central del motor.
4. Posicione la abrazadera de inyector en el inyector y apriete el perno a 47 ± 9 N•m (35 ± 7 lb.pie.)
5. Instale los sellos nuevos en el tubo de puente y la base del balancín.
6. Coloque el adaptador de aceite del inyector y el tubo puente en su posición.
7. Instale los pernos Allen y pernos de cabeza hexagonal apretados. Si el adaptador de aceite de inyector se instaló previamente en el inyector, afloje los tornillos Allen.
El objetivo en este punto del procedimiento es para atraer todas las caras que se unen en contacto y la alineación completa antes de comenzar el procedimiento final de apriete.
Mala alineación de los componentes ocasionará un esfuerzo en el inyector que entonces torcerá la válvula poppet y las guías del barril. Estos componentes operan con un espacio libre de 5 micras a causa de las altas presiones hidráulicas de inyección. Por lo tanto una cantidad pequeña de deformación causará un atascamiento.
Adicionalmente, algún desajuste podría causar que gases de la combustión entren al sistema de alimentación.
La secuencia de la instalación del Inyector y apriete torsional a fin de cuentas es aplicar un procedimiento para que las superficies se unan y alinien, en forma adecuada y se puede realizar de la siguiente forma:
1. Apriete los tornillos Allen y pernos de cabeza hexagonal apenas apretados suficientemente para atrae las superficies que se juntan y para la alineación de estas.
2. Aplique un torque inicial a los pernos verticales de la cabeza hexagonal a 5 ± 3 N•m (4 ± 2 lb. pie.)
3. Aplique un torque inicial a los pernos horizontales de cabeza hexagonal 5 ± 3 N•m (4 ± 2 lb. pie.)
4. Aplique un torque inicial a los tornillos Allen de 1 ± 0.2 N•m (10 ± 2 lb. Pulg.)
5. Realice el torque final a los pernos verticales de cabeza hexagonal de 47 ± 9 N•m (35 ± 7 lb. pie.)
6. Realice el torque final a los pernos horizontales de cabeza hexagonal de 47 ± 9 N•m (35 ± 7 lb. pie.)
7. Realice el torque final a lo tornillos Allen de 12 ± 3 N•m (9 ± 2 lb. pie.) 8. Verifique el sistema para ver fugas(arranque con inyección desactivada)
Verificar la presión hidráulica (se puede comparar con la presión deseada).
Varias posibilidades para escapes pueden existir. El aceite bajo alta presión puede fugarse de las uniones del tubo puente o del puerto del escape del cuerpo de válvula de inyector.
El combustible podría salir del sello superior en el inyector. También, gas de combustión puede salir posiblemente de la base del inyector.
Si aire ha entrado el sistema del suministro del combustible, múltiples inyectores en un banco pueden tener un funcionamiento defectuoso. Si el procedimiento no fue seguido correctamente, aire podría entrar por el sello inferior. Si esta condición ocurre, quite el inyector y verifique la presencia de carbón debajo del sello inferior. Reemplace el sello y realice la secuencia del procedimiento de apriete.
Aire en el sistema puede ser descubierto por un ligero contacto en la línea flexible del retorno y la verificación de pulsaciones extremas o golpes de presión por la línea. Una alternativa, consiste en instalar una botella de vidrio en cada línea del retorno, arrancar el motor y chequear la presencia de aire dentro de esta.
Cuando el solenoide esta desenergizado, la válvula poppet es mantenida en su asiento en el cuerpo por el resorte de la válvula (vista izquierda). La válvula poppet es conectada a la armadura por el tornillo. Cuándo la válvula poppet esta cerrada, el asiento previene el ingreso de aceite a alta presión al inyector. El asiento de escape de la válvula poppet está abierto, conectando la cavidad del Pistón intensificador a la atmósfera (retorno).
Basado en señales de entrada de los diversos sensores electrónicos, el ECM determina y calcula la cantidad de combustible para ser entregado por el inyector a la cámara de la combustión. En el tiempo apropiado, el ECM envía una corriente eléctrica al solenoide del inyector.
El solenoide desarrolla una fuerza magnética que atrae la armadura y cambia la posición la válvula poppet. La válvula poppet se mueve contra la fuerza de resorte, abre el asiento de admisión y cierra el asiento del escape (vista derecha).
El aceite hidráulico bajo presión desde el múltiple de suministro se dirige por el tubo puente a la parte superior del pistón intensificador.
El suministro de aceite de la bomba de suministro a la válvula poppet causa que el émbolo del pistón intensificador y el plunger de combustible se muevan hacia abajo. El desplazamiento del plunger presuriza el combustible atrapado entre la cámara bajo el plunger y el asiento de la válvula de aguja.
NOTA: El émbolo del pistón intensificador tiene casi siete veces el área del plunger del
combustible. Cuándo el circuito hidráulico suministra una presión de 21000 kPa (3000 psi), aproximadamente 145000 kPa (21000 psi) serán generados debajo del plunger del combustible.
Cuando la presión atrapada excede la presión de apertura de la válvula de la tobera (VOP), típicamente 31000 kPa (4500 psi), la válvula de aguja se levanta, y abastece de combustible