Diagnóstico de Motores Diesel

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DIAGNÓSTICO DE MOTORES

DIESEL

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UNIDAD 1

INTRODUCCIÓN AL DIAGNÓSTICO DEL MOTOR DIESEL

INTRODUCCIÓN:

Esta unidad suministra una introducción al diagnóstico y reparación del motor, también considera los recursos de diagnóstico disponibles para ayudar a resolver problemas del motor.

OBJETIVO GENERAL:

• Conocer la cobertura de motores diesel de equipo pesado en el mercado peruano, así como los equipos e instrumentos de diagnóstico representativos de estas marcas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Identificar los motores de mayor cobertura en el mercado nacional. • Identificar los recursos disponibles para diagnosticar los motores. • Conocer las responsabilidades del fabricante, distribuidor y usuario.

1.1.- INTRODUCCIÓN AL DIAGNÓSTICO DEL MOTOR DIESEL:

Diagnosticar correctamente un problema en el funcionamiento del motor Diesel, es una labor realizada por mecánicos de gran experiencia, que utilizan apropiadamente sus conocimientos y los recursos disponibles ofrecidos por el fabricante del motor; por ello este curso pretende que el participante conozca algunas técnicas y herramientas de diagnóstico usadas en las marcas de motores más representativas del mercado.

Las marcas de motores más representativas del mercado peruano son:

Fig. 1.1 Presencia de marcas representativas de motores en el mercado.

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Tabla 1.1 Modelos de motor Cat. Figura 1.2 Motor Cat.

Cummins esta en el segundo lugar con 15% participación en el mercado, algunos de sus modelos son:

Tabla 1.2 Modelos de motor Cummins. Figura 1.3 Motor Cummins.

Detroit Diesel esta en el tercer lugar con 14 % participación en el mercado, algunos de sus modelos son:

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Tabla 1.3 Modelos de motor Cat. Figura 1.4 Motor Detroit.

El diagnóstico del motor evalúa la condición del motor y las causas que pueden ocasionar un funcionamiento displicente.

Para el diagnóstico eficiente del motor se deben utilizar los recursos de diagnóstico correctamente, tales como Software especializado del fabricante (agiliza el proceso del diagnóstico), manuales de servicio (especificaciones, pruebas y ajustes), troubleshooting (recomendaciones que el fabricante propone como ayuda a sus distribuidores), publicaciones (anuncios del fabricante para con sus distribuidores informando nuevos productos, mejoras en el diseño, etc.), instrumentos y herramientas de diagnóstico (equipos que el fabricante recomienda utilizar para el diagnóstico de sus productos).

1.2.- PASOS PARA LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS:

Es necesario para localizar y solucionar fallas seguir un proceso lógico de análisis que tiene los siguientes pasos:

1. Aísle el problema:

• Reúna la información.

• Realice una inspección visual. • Verifique que el problema existe.

2. Use los recursos disponibles:

• Herramientas de diagnóstico. • Información de servicio.

3. Haga una lista de las fallas posibles: 4. Pruebe las fallas y determine las causas:

• Prepare las pruebas. • Realice las pruebas.

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5. Repare las fallas. 6. Verifique la reparación. 7. Documente la reparación.

1.3.- RESPONSABILIDADES DEL FABRICANTE, DISTRIBUIDOR Y CLIENTE:

El éxito del diagnóstico está determinado por asumir las responsabilidades que tienen en forma conjunta el fabricante, distribuidor y cliente.

Responsabilidades del fabricante: • Confiabilidad.

• Facilidad de servicio.

• Larga vida útil antes del reacondicionamiento general. • Costos bajos de reacondicionamiento general.

• Flexibilidad en las aplicaciones. • Rendimiento.

Responsabilidades del distribuidor: • Soporte post – venta. • Servicio especializado. • Repuestos originales.

• Entrenamiento / capacitación del personal interno y externo. • Garantía.

• Estabilidad de la empresa. Responsabilidades del cliente:

• Organización del mantenimiento. • Programación de mantenimiento. • Organización del personal. • Flujo de documentos y registros.

• Control de los indicadores de gestión del mantenimiento. • Sistemas de control en pc’s.

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UNIDAD 2

DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE

INTRODUCCIÓN:

Esta unidad presenta los componentes y la operación de los sistemas de admisión de aire de los motores e incluye las pruebas, el diagnóstico y los procedimientos de localización y solución de problemas del sistema de admisión de aire.

OBJETIVO GENERAL:

• Diagnosticar al sistema de admisión y escape utilizando los instrumentos y equipos adecuados, para comprobarlos con los parámetros de funcionamiento recomendados por el fabricante.

OBJETIVO ESPECÍFICOS:

• Identificar los diferentes tipos de sistema de admisión de aire del motor. • Explicar la operación de un sistema de admisión de aire típico.

• Diagnosticar y reparar los problemas del sistema de admisión de aire del motor.

2.1.- SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE:

Para diagnosticar el sistema de admisión y escape del motor diesel, se deben identificar los componentes y conocer el funcionamiento de los mismos.

2.1.1.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE:

Un sistema de admisión de admisión y escape básico cuenta con los siguientes componentes:

Figura 2.1.1.- Componentes del sistema de admisión y escape. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com) FILTRO DE AIRE

TURBOCOMPRESOR

POSENFRIADOR MULTIPLE DE ADMISION

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Figura 2.1.2.- Componentes del sistema de admisión y escape. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

2.1.2.- FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ADMISION Y ESCAPE:

El sistema de admisión de aire tiene la función de depurar los contaminantes y enfriar el aire, y el propósito del sistema de escape es de descargar gases de escape del motor en una dirección segura, depurar los escapes, y de reducir el ruido del motor. El depurador de aire elimina las partículas flotantes en el aire de admisión del motor. Una cantidad de polvo equivalente a una cucharada grande, introducida en un motor diesel, puede destruir dicho motor.

Figura 2.2.- Filtro de aire. (Fuente: Manual de Servicio Atlas copco ST710 – motor Detroit)

El aire de admisión atraviesa un turbocompresor, impulsado por el escape del motor y refrigerado antes de llegar a los cilindros. Los gases de escape pegan contra los álabes de la turbina y hacen girar la rueda de la turbina. La rueda de la turbina está

CULATA

PISTON VALVULA DE ESCAPE

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conectada por un eje a la rueda compresora. Los gases de escape hacen que la turbina y la rueda del compresor giren. Los gases de escape empujan la turbina y hacen que la rueda del compresor gire a velocidades de 80 000 a 130 000 rpm, lo cual comprime el aire de admisión. Normalmente, el turbocompresor presuriza el aire a aproximadamente 10-25 lb/pulg2 por encima de la presión atmosférica. Desafortunadamente, el turbocompresor también aumenta la temperatura del aire de admisión hasta 162° C (325° F), debido a la energía de compresión.

Figura 2.3.- Turbocompresor.

Cuando la carga del motor aumenta, mayor cantidad de combustible se inyecta en los cilindros. El aumento de la combustión produce mayor cantidad de gases de escape y hacen que la turbina y la rueda del compresor giren más rápido. Mientras más rápido gira la rueda del compresor, más aire entra en los cilindros. Las rpm máximas del turbocompresor dependen del ajuste de inyección de combustible, del ajuste de velocidad alta en vacío y de la altitud sobre el nivel del mar.

La refrigeración de aire forzado disipa diversas cargas térmicas de motor. Una paleta de ventilador accionada por motor hace circular el aire por el radiador de refrigeración del motor. Este radiador sirve también de posenfriador del aire de combustión. Los posenfriadores se usan junto a los turbocompresores para bajar la temperatura del aire que llega al turbocompresor antes de que éste entre en el cilindro. Esto hace que el aire sea más denso y contenga más oxígeno por unidad de volumen. Este aumento de oxígeno en el cilindro se traduce en mayor potencia y eficiencia del motor.

El aire ambiente se calienta a aproximadamente 149° C (300° F) en el proceso de compresión en el turbocompresor. En el caso del posenfriador “air to air”, el aire ambiente fluye a través del posenfriador, entonces, enfría el aire de carga hasta aproximadamente 38° C (100° F) en las válvulas de admisión. Este tipo de sistema proporciona el mayor grado y el nivel más consistente de reducción de la temperatura del aire de carga.

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Figura 2.4.- Posenfriador air to air. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

Los gases quemados producidos por la combustión, son evacuados a través del múltiple de escape pasando por la turbina del turbocompresor hacia el tubo de escape. Los silenciadores de escape tienen una estructura de tabique doble con una empaquetadura especial que permite atenuar el ruido generado por los ciclos de combustión sin restringir el flujo de los gases de escape. La contrapresión causada por una restricción de escape podría resultar en daños al motor, por lo que los silenciadores deben ser revisados a menudo y se deben reparar o cambiar cuando se detecta una restricción.

Los depuradores de escape reducen la cantidad de monóxido de carbono, hidrocarburos, y olor a diesel que sale del proceso de combustión del motor.

Figura 2.5.- Silenciador y depurador. (Fuente: Manual de Servicio ST710 Atlas copco – motor Detroit) POSENFRIADOR

DEPURADOR

SILENCIADOR TURBOCOMPRESOR

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Los escudos térmicos de escape están instalados en algunos equipos para proteger al personal cuando están realizando revisiones en o alrededor del motor. También dan algo de protección al sistema de escape de escombros cuando el equipo está funcionando.

Figura 2.6.- Escudos térmicos. (Fuente: Manual de Servicio ST710 Atlas copco – motor Detroit)

2.2.- DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE:

2.2.1.- PUNTOS DE DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE:

Figura 2.7.- Puntos de diagnóstico sistema de admisión y escape. ESCUDOS TERMICOS

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Este diagrama de un sistema de admisión de aire típico con la ubicación de los puntos de pruebas del sistema de admisión de aire. Los puntos de pruebas y las descripciones de las pruebas son:

T1: Temperatura ambiente máxima del aire de admisión T2: Temperatura máxima del múltiple de admisión T3: Temperatura máxima de escape

P1: Restricciones máximas del filtro de aire P2: Presión de refuerzo

P2 menos P3: Restricciones máximas del posenfriador P4: Presión del múltiple de admisión

P5: Restricción máxima de escape

2.2.2.- PRUEBAS Y ESPECIFICACIONES:

PUNTO DE PRUEBA DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA ESPECIFICACIÓN

T1 Temperatura ambiente máxima del aire T1 de admisión.

49° C (120° F)

P1

Restricción máxima del

filtro de aire. 1. Motores para camión: a. Con filtro limpio, seco = 15" H2O

b. Con filtro sucio = 25" H2O 2. Motores de la serie 3500: a. Con filtro limpio, seco = 15" H2O

b. Con filtro sucio = 25" H2O 3. Motores de la serie 3600: a. Con filtro limpio, seco = 5" H2O

b. Con filtro sucio = 15" H2O 4. Otros motores diesel = 30" H2O

P2 menos P3

Restricciones máximas del

posenfriador. 1. JWAC = 3" Hg 2. ATAAC = 4" Hg para la mayoría de aplicaciones Las excepciones son: a. 3116: mayor de 215 hp y todos los motores de camión 3126 = 5" Hg

b. 3406E/C-15: 475 hp y mayor, y todos

los motores para camión C-16 = 4,5" Hg

T3 Temperatura máxima de escape--medida 6“ a continuación del turbocompresor. 1. Turbocompresión - 593° C (1.100° F) 2. Aspiración natural - 704° C (1.300° F)

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P5

Restricción máxima de escape--medida en una sección recta de tubería, nunca en un codo 1. Turbocompresión = 27" H2O 2. Aspiración natural = 34" H2O

3. Camiones con turbo = 40" H2O T2 Temperaturas máximas del múltiple de admisión 1. Turbocompresión = 163° C (325° F) 2. Turbocompresión/posenfriado con el agua de las camisas = 118° C (245° F)

3.

Turbocompresión/posenfriado con circuito separado.

[con agua a 30° C (85° F) ] = 51,6° C (125° F)

4. Turbo/posenfr. aire-aire = 65,5° C (150° F)

P4

La presión del múltiple de admisión debe estar dentro de +10% / -15% (respecto de la

especificación TMI) a carga plena.

1. Aunque los términos “refuerzo” y “presión del múltiple de admisión” comúnmente se usan en forma intercambiable, técnicamente no son lo mismo. a. Refuerzo es la presión medida después del compresor del

turbocompresor, y antes del posenfriador (P2).

b. La presión del múltiple de admisión es la presión dentro del múltiple (P4).

La disminución de presión a través del posenfriador hará que esta presión sea menor que la presión de refuerzo. 2. La presión del múltiple de admisión tiene una tolerancia grande, debido a todos los factores que la afectan. Éstos incluyen la temperatura del aire de admisión, la

temperatura del combustible, API del combustible y

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2.2.3.- TROUBLESHOOTING SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE:

CONDICIÓN CAUSA PROBABLE

Presión alta del múltiple de

admisión. - Temperatura alta del aire de admisión. - Falla de la válvula Wastegate. - Ajuste erróneo del regulador o cremallera. - Sincronización retardada.

Presión baja del múltiple de

admisión. - Restricción en el sistema de admisión (filtros o conductos). - Fugas de aire.

- Falla en el turbocompresor. - Bajo suministro de combustible. Fallas en el turbocompresor. - Falta de lubricante.

- Lubricante contaminado. - Apagado del motor caliente. - Incrustación de objetos extraños. - Presión excesiva en el Carter. - Falla de la válvula Wastegate. Temperatura de escape

demasiado alta. - La entrada del aire o el sistema de escape tienen una restricción. - Sincronización errónea de la inyección de

combustible.

- Presión de refuerzo baja. - Carga excesiva del motor. Temperatura de admisión

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UNIDAD 3

DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN

INTRODUCCIÓN:

Esta unidad trata acerca del aceite del motor, el sistema de lubricación del motor, el consumo de aceite y las pruebas y procedimientos de localización y solución de problemas del sistema de lubricación. Los problemas con el aceite del motor y el sistema de lubricación pueden relacionarse con fugas de aceite, exceso de consumo de aceite o presiones incorrectas del sistema de lubricación.

OBJETIVO GENERAL:

• Diagnosticar al sistema de lubricación utilizando los instrumentos y equipos adecuados, para comprobarlos con los parámetros de funcionamiento recomendados por el fabricante.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Seleccionar el tipo de aceite, la viscosidad y el paquete de aditivos apropiados para los motores.

• Medir y evaluar las presiones y las temperaturas del sistema de aceite de un motor en operación.

• Seguir los pasos apropiados para diagnosticar un problema de consumo de aceite.

• Diagnosticar y reparar un problema relacionado con el aceite en un motor en operación.

3.1.- SISTEMA DE LUBRICACIÓN:

Para diagnosticar el sistema de lubricación del motor diesel, se deben conocer las propiedades de los aceites lubricantes, identificar a los componentes básicos del sistema y su funcionamiento.

3.1.1.- ACEITES LUBRICANTES:

Un aceite lubricante, es un producto que se introduce entre dos superficies en movimiento, con el fin de reducir la fricción y el desgaste.

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Figura 3.1.- Aceite lubricante. (Fuente: Lubricantes Penzoil - Multimedia)

Un aceite lubricante resulta de la mezcla de aceites básicos más un paquete de aditivos.

Un aceite básico es un fluido de origen mineral (petróleo) o sintético, con propiedades lubricantes, que se usa como base para hacer aceite y grasas lubricantes. Los lubricantes pueden ser:

Figura 3.2.- Tipos de aceites lubricantes. (Fuente: Lubricantes Penzoil - Multimedia)

El aceite mineral derivado de petróleo, representa muchas ventajas con relación al vegetal o animal. El proceso de refinación es una serie de procesos físicos y químicos, a los cuales se somete el petróleo crudo con el fin de obtener aceites básicos, con buenas propiedades para formular lubricantes.

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Figura 3.3.- Proceso de refinación. (Fuente: Lubricantes Penzoil - Multimedia)

Los aditivos son compuestos químicos que se le agregan a un aceite básico, para reforzar y/o impartirle nuevas propiedades lubricantes, hacen que cumplan su función de:

• Reducir el desgaste.

• Proteger y extender la vida del equipo y del aceite. Los aditivos mas usados son:

Detergentes / TBN: Los motores a gasolina y diesel generan carbón, depósitos y ácidos. El aditivo detergente mantiene limpio al motor y por su propiedad alcalina (TBN) neutraliza también los efectos de los ácidos, evitando la corrosión.

Dispersantes: El aditivo dispersante es un compuesto químico que mantiene en suspensión (flotando) a los contaminantes derivados de la combustión. Los filtros logran retener aquellos contaminantes de mayor tamaño y las partículas pequeñas que provocan que el aceite se ponga negro.

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Antidesgaste: No obstante que la correcta viscosidad logra separar las superficies en movimiento, el aditivo antidesgaste refuerza este trabajo, formando una película la cual evita el contacto metálico, este aditivo contribuye a una mejor lubricación,

disminuyendo el desgaste del motor, sobretodo, durante los arranques en frío, la baja temperatura de trabajo y degradación del aceite.

Antioxidantes: Los aceites al ser sometidos a temperatura elevada y en presencia de oxígeno, (del aire dentro del motor), tienden a oxidarse (descomponerse), por lo cual el aditivo antioxidante los protege y ayuda a aumentar el periodo de drenado. Todos los aceite en operación se oxidan, esta degradación va directamente relacionada a la calidad, entre mas elevada mayor es la resistencia a esta descomposición. La oxidación progresiva disminuye la eficiencia de la lubricación ya que producen ácidos, la

viscosidad se incrementa y hay generación de lodos, lacas y barnices.

Anticorrosivos: Dentro del motor se forman productos corrosivos como humedad y ácidos derivados de la combustión y de la oxidación del aceite, los cuales son

contrarrestados con aditivos anticorrosivos, que protegen a todas las partes metálicas de su ataque. Los productos corrosivos, generan desprendimiento de partículas de metal y estas ocasionan desgaste abrasivo.

Modificadores de viscosidad: Los aceites tienden a engrosarse con el frío y se adelgazan con el calor, esta variación afecta al motor en el arranque y en su

operación. Este aditivo reduce la variación, haciendo que sea mas fluido en frío y mas grueso (mayor película) en operación (caliente).

Antiespumantes: Durante la operación de un motor o una transmisión, se genera espuma, la cual provoca la variación en la película lubricante y oxidación del aceite. El aditivo actúa rompiendo constantemente las burbujas, evitando que se forme espuma. El aceite al estar libre de espuma, proporcionará una mejor lubricación y mínima degradación.

Depresor de punto de fluidez: Un aceite se hace más viscoso con el frío y al arrancar el motor este fluye muy lento, provocando desgaste. Este aditivo hace que el aceite fluya más rápido en frío, evitando el desgaste de piezas, durante el arranque. A temperaturas ambientes bajas, es conveniente utilizar aceites multigrados ya que su temperatura de escurrimiento es más baja que la de un monogrado.

Los aceites lubricantes tienen las siguientes características:

Viscosidad: Técnicamente se define como la resistencia de un líquido a fluir a una determinada temperatura. En términos comunes es el cuerpo del aceite, es lo grueso o delgado del aceite. El funcionamiento adecuado de un equipo y su vida útil depende principalmente, de la viscosidad correcta del aceite que lo lubrica.

Índice de viscosidad: Se define como la variación que tiene la viscosidad de un aceite con los cambios de temperatura. Mientras mayor sea su valor, menos variación tendrá la viscosidad en frío o con calor. El arranque en frío y la operación caliente del motor, alteran la viscosidad del aceite, por lo que un buen aceite, será aquel que no varíe mucho su viscosidad, esta característica es mejor en los aceites multigrados.

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Figura 3.4.- Variación de la viscosidad con respecto a le temperatura. (Fuente: Lubricantes Penzoil - Multimedia)

3.1.2.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN:

Un sistema de lubricación básico cuenta con los siguientes componentes:

Figura 3.5.- Componentes del sistema de lubricación. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

3.1.3.- FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN:

El flujo del sistema de lubricación comienza cuando la bomba de aceite succiona aceite del colector del cárter. El tubo recogedor de la bomba de aceite tiene una campana de succión en el extremo abierto ubicado dentro del colector. La campana de succión tiene una rejilla para evitar la entrada de material extraño a la bomba.

La bomba de engranajes básica es el tipo de bomba más comúnmente usada. Esta bomba tiene dos engranajes en conexión. Un engranaje es accionado por el motor y el otro es un engranaje loco. Los dos engranajes rotan en direcciones opuestas, tomando el aceite del motor y enviándolo alrededor de la parte interna de la caja. Cuando los dientes se engranan, el aceite fluye hacia afuera y pasa a través de la salida de la bomba al resto del sistema de lubricación.

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Una válvula de alivio de presión, integrada a la bomba de aceite, controla la presión de operación máxima del sistema, lo cual reduce las fugas y prolonga la vida útil de los sellos.

Figura 3.6.- Funcionamiento de la bomba de aceite.

La mayoría de los motores están equipados con un enfriador de aceite. El enfriador hace que el aceite del motor intercambie calor con el refrigerante. El enfriar el aceite ayuda a mantener sus propiedades de lubricación bajo cargas pesadas del motor. Durante los arranques en frío, el aceite se resistirá a fluir por el enfriador de aceite. Para evitar que suceda esto y permitir el suministro de aceite, en el conjunto del enfriador se incorpora una válvula de derivación. Esta válvula de derivación detecta la presión de aceite en la entrada y en la salida del enfriador. Si el aceite está frío y muy viscoso, la válvula está diseñada para abrirse y enviar el flujo de aceite alrededor del enfriador.

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La base del filtro de aceite contiene al menos un elemento filtrante. En los motores se usan filtros de flujo pleno enroscables, para quitar el material extraño que pueda dañar el motor.

En condiciones normales de operación, el aceite del motor fluye por la parte externa del filtro, pasa por el material filtrante y sale por el orificio del centro del filtro. Sin embargo, el elemento del filtro dificulta el flujo del aceite frío. Para impedir daños en el elemento del filtro que pueda dejar el sistema sin suministro de aceite, la base del filtro tiene una válvula de derivación. La válvula de derivación detecta la presión diferencial a través del elemento del filtro y si la presión es excesiva, se abre, para dejar que el aceite fluya. Ésta es una razón por la cual es importante realizar los procedimientos de mantenimiento adecuados. Los filtros sucios pueden ocasionar problemas serios en el motor.

Figura 3.8.- Filtro de aceite.

3.2.- DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN:

3.2.1.- PUNTOS DE DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN:

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3.2.2.- PRUEBAS Y ESPECIFICACIONES:

PUNTO DE PRUEBA DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA ESPECIFICACIÓN

P Presión en el conducto de aceite. 40 lb/pulg2

T

Temperatura del aceite a

la salida del enfriador. La válvula de derivación del enfriador está normalmente abierta hasta que la temperatura del aceite llega a 101° C

(215 °F), luego la válvula de derivación del enfriador de aceite se cierra y actúa sólo como una válvula de alivio de presión.

Si el aceite en la válvula tiene una temperatura de 126° C (260° F), la válvula actuará como “referencia” y permanecerá cerrada. En temperaturas inferiores a 101°C (215° F). En esta condición, actuará sólo como una válvula de alivio de presión. Se puede decir si el aceite del motor ha llegado o excedido la temperatura de 126° C (260° F), quitando la válvula y midiendo su longitud.

3.2.3.- TROUBLESHOOTING SISTEMA DE LUBRICACIÓN:

CONDICIÓN CAUSA PROBABLE

Presión baja del aceite.

-Nivel de aceite bajo del cárter. -Medidor defectuoso.

-Aceite caliente.

-Dilución del combustible. -Enfriador de aceite obstruido.

-Fuga de aire en el lado de suministro de la bomba.

-Engranajes de la bomba desgastados. -Rociador suelto o faltante.

-Varilla de medición incorrecta. -Filtro de aceite obstruido.

-Viscosidad de aceite demasiado baja. -Velocidad de la bomba de aceite baja. -Rejilla de admisión del tubo de suministro obstruida.

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-Cojinetes desgastados. -Lectura en ubicación errónea. Presión alta del aceite.

-Válvula de alivio atascada en posición cerrada. -Viscosidad del aceite demasiado alta.

-Medidor defectuoso.

-Lectura en ubicación errónea.

Consumo excesivo de aceite.

-Fugas.

-Viscosidad del aceite demasiado baja. -Guías de válvula desgastadas.

-Sellos de turbo defectuosos. -Nivel de aceite alto.

-Respiradero del cárter taponado. -Motor sobrecargado.

-Anillos y camisas desgastados. -Cárter sobrellenado.

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UNIDAD 4

DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

INTRODUCCIÓN:

El máximo rendimiento y la larga vida útil del motor dependen en gran medida del sistema de enfriamiento. Los problemas del sistema de enfriamiento van desde fugas menores y mayor consumo de combustible hasta desgaste acelerado del motor o una falla repentina catastrófica del motor. Si se detiene el flujo refrigerante en el motor, inclusive por un corto tiempo, hay alto riesgo de que el motor sufra daño significativo.

OBJETIVO GENERAL:

• Diagnosticar al sistema de enfriamiento utilizando los instrumentos y equipos adecuados, para comprobarlos con los parámetros de funcionamiento recomendados por el fabricante.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Explicar el flujo de refrigerante por los diferentes componentes de los sistemas de enfriamiento.

• Determinar los diferentes problemas de flujo o transferencia de calor en el sistema de enfriamiento.

• Identificar el punto de estabilización de temperatura de un motor con diferentes cargas, durante una práctica de taller.

• Diagnosticar las causas de los problemas de estabilización de temperatura de un motor en operación, durante una práctica de taller.

4.1.- SISTEMA DE ENFRIAMIENTO:

El enfriamiento de un motor depende de los principios de conducción, convección y radiación de la energía calorífica con el fin de mantener el motor funcionando a la temperatura de operación correcta. El refrigerante recibe el calor a través de los componentes metálicos del motor, el bloque, la culata, etc. El refrigerante entonces pasa al radiador por acción de la bomba de refrigerante. En el radiador la energía calorífica es transferida por convección al aire que se mueve a través de las aletas del radiador. Además, el motor también transfiere cierta cantidad de energía a la atmósfera directamente en forma de calor, transferida del motor al aire circundante.

4.1.1.- REFRIGERANTES:

El refrigerante se compone normalmente de tres elementos: agua, aditivos y glicol.

Agua, se utiliza en el sistema de enfriamiento para transferir el calor.

Si no dispone de agua destilada o desionizada, use agua que cumpla o exceda los requisitos mínimos de agua aceptable de la tabla 1.

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TABLA 1

Requerimientos mínimos de agua

Propiedad Límite máximo Prueba ASTM

Cloruros (Cl) 40 mg/L (2,4 granos/gal. EE.UU.) "D512", "D4327" Sulfatos (SO4) 100 mg/L (5,9 granos/gal. EE.UU.) "D516", "D4327"

Dureza total 170 mg/L (10 granos/gal. EE.UU.) "D1126"

Sólidos totales 340 mg/L (20 granos/gal. EE.UU.) "Método Federal 2540B" "D1888" (1)

Acidez pH de 5,5 a 9,0 "D1293"

Sólidos totales disueltos que se secan a 103 - 105:C, "Método estándar para el análisis de agua y agua de desecho", American Public Health Association, et al, 1015 15th Street, N.W. Washington, DC 20005

Aditivos, facilitan la protección de las superficies de metal del sistema de enfriamiento. La falta de aditivos de refrigerante o las cantidades insuficientes de aditivos permiten que se produzcan las siguientes condiciones:

• Corrosión

• Formación de depósitos minerales

• Óxido

• Escama

• Picaduras y erosión por cavitación de la camisa de cilindro

• Formación de espuma en el refrigerante

Muchos aditivos se agotan durante la operación del motor. Hay que reemplazar periódicamente estos aditivos. Los aditivos se deben añadir con la concentración apropiada. Una concentración excesiva de aditivos puede hacer que disminuyan los inhibidores de la solución. Los depósitos pueden favorecer que se produzcan los siguientes problemas:

• Formación de compuestos gelatinosos

• Reducción de la transferencia de calor

• Fugas por el sello de la bomba de agua

• Obstrucción de radiadores, enfriadores y conductos pequeños

Glicol en el refrigerante protege contra lo siguiente:

• Ebullición

• Congelación

• Cavitación de la bomba de agua.

Para obtener un rendimiento óptimo, se recomienda una mezcla de 1:1 de agua destilada o desionizada apropiadamente inhibida y glicol.

La mayoría de los refrigerantes/anticongelantes convencionales de servicio pesado utilizan glicol etilénico. También se puede utilizar glicol propileno. En una mezcla 1:1

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con agua, el etileno y el glicol propileno proporcionan similar protección contra la congelación y la ebullición. Vea las tablas 2 y 3.

TABLA 2

Concentración de glicol etilénico Concentración

Protección contra la congelación Protección contra la ebullición (1) 50 por ciento −37°C (−34°F) 106 °C (223 °F) 60 por ciento −52°C (−62°F) 111 °C (232 °F)

La protección contra la ebullición aumenta con el uso de una tapa de radiador presurizada. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

TABLA 3

Concentración de glicol etilénico Concentración

Protección contra la congelación Protección contra la ebullición (1) 50 por ciento −32°C (−26°F) 106 °C (223 °F)

La protección contra ebullición aumenta con el uso de una tapa de radiador presurizada. (Fuente: Caterpillar)

Curva del punto de congelación de una solución típica de glicol etilénico:

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TABLA 4

Protección contra la congelación para concentraciones de anticongelante

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Protección hasta:

Concentración

−15 °C (5 °F)

70% agua

30% glicol

−24°C (−12°F)

60% agua

40% glicol

−37°C (−34°F)

50% agua

50% glicol

−52°C (−62°F)

40% agua

60% glicol

Anticongelante basado en glicol etilénico. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

4.1.2.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO:

Un sistema de enfriamiento básico cuenta con los siguientes componentes:

Figura 4.2.- Componentes del sistema de enfriamiento. (Fuente: Caterpillar)

4.1.3.- FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO:

La bomba hace posible que el refrigerante fluya en el sistema de enfriamiento. Dentro del motor están los conductos del refrigerante por los que pasa el refrigerante. Estos conductos incluyen la llamada "camisa de agua". La camisa de agua es una cavidad

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grande en el bloque y en la culata, que envuelve los cilindros del motor. Esta cavidad normalmente está llena de refrigerante y permite mantener el motor a una temperatura uniforme.

Figura 4.3.- Bomba de agua.

Los termostatos regulan el flujo de refrigerante que pasa al radiador.

Cuando el motor está frío, el termostato se cierra y se bloquea el paso del agua al radiador. El agua entonces recircula a través de la bomba de refrigerante, de vuelta al motor. Esto contribuye a que el motor obtenga la temperatura de operación más rápidamente. Cuando el motor está caliente, el termostato permite que el refrigerante pase al radiador para ser enfriado, antes de pasar al motor. El termostato no está completamente abierto ni cerrado. El termostato modula entre abierto y cerrado para mantener una temperatura constante en el motor. Es muy importante tener la temperatura correcta del motor. Un motor que opera muy frío no tendrá la suficiente temperatura para una combustión eficiente y se verá afectado por la formación de "barros" en el sistema de lubricación del motor. Un motor que opera a muy altas temperaturas se recalentará y podrá causar daños muy serios al motor.

Figura 4.4.- Termostato.

El radiador es el componente del sistema de enfriamiento que transfiere el calor del refrigerante al aire. El radiador tiene tubos por los que fluye el refrigerante generalmente de arriba abajo. En la parte de abajo del radiador hay una manguera que lleva el refrigerante de nuevo a la bomba. Los tubos tienen aletas unidas a ellos,

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que ayudan a transferir el calor al aire que se mueve a través del enfriador del radiador.

Figura 4.5.- Radiador.

La tapa de presión tiene una válvula de alivio que no permite que la presión del sistema de enfriamiento exceda un nivel determinado de antemano. La tapa de presión mantiene cierta presión en el sistema de enfriamiento. Esto es muy importante, pues un incremento de presión de 1 lb/pul2 en el sistema de enfriamiento aumenta el punto de ebullición del refrigerante en 1,8 0C (3,25 0F), lo que hace que el refrigerante funcione a una temperatura más alta sin que entre en ebullición. Un sistema de enfriamiento típico tendrá una presión entre 7 lb/pul2 y 15 lb/pul2; de este modo, se tendrá un efecto importante en el enfriamiento del motor.

Figura 4.5.- Tapa del radiador.

El ventilador puede ser un ventilador soplador o uno de succión. El ventilador soplador, que envía el aire alejándolo del motor, es mejor para la máquina en aplicaciones en clima cálido o que generan mucho polvo. Esto también evita succionar suciedad y escombros al núcleo del radiador. El ventilador de succión, que tira el aire hacia el motor, es más efectivo para el enfriamiento en puntos fijos o en vehículos con alta velocidad de desplazamiento (aire de presión dinámica), o puede proporcionar calefacción al operador en climas fríos.

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Figura 4.6.- Ventilador.

Durante el ciclo de combustión, la camisa del cilindro constantemente se está expandiendo y contrayendo. En la contracción, el vacío que la camisa trata de dejar hace que disminuya la presión del refrigerante cerca a la camisa. Esta presión menor hace que el refrigerante hierva y forme burbujas.

Figura 4.7.- Comportamiento de la camisa durante el ciclo de combustión.

A medida que el refrigerante se presuriza, las burbujas implosionan muy cerca de la pared de la camisa.

Figura 4.8.- Implosión.

Las implosiones de las burbujas de aire producen picadura en las camisas. Esta picadura es localizada y puede causar erosión en la pared de la camisa.

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Figura 4.9.- Picadura de camisa.

La figura 4.10 es un ejemplo de picadura de la camisa. Observe que el picado está en un área específica. Esto ocurre 90º respecto de la ubicación del pasador del pistón, porque esa es la ubicación de la parte más flexible de la camisa.

Figura 4.10.- Erosión de la camisa.

4.2.- TROUBLESHOOTING SISTEMA DE ENFRIAMIENTO:

CONDICIÓN CAUSA PROBABLE

Recalentamiento

-Medidor de temperatura de refrigerante defectuoso.

-Sobrecarga del motor.

-Radiador taponado, refrigerante o aire lateral. -Regulador de temperatura defectuoso.

-Ventilador o cubierta protectora defectuosa. -Nivel bajo de refrigerante.

-Otros componentes generadores de calor. -Restricción del flujo de refrigerante. -Poleas y correas defectuosas. Pérdida de refrigerante

-Fugas del motor, internas o externas. -Radiador o tapa defectuosa.

-Fugas por mangueras o conexiones de mangueras.

Enfriamiento excesivo

-Temperatura baja del aire ambiente. -Reguladores de temperatura abiertos o en derivación.

-Cargas lumínicas.

- Medidor de temperatura del refrigerante defectuoso.

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UNIDAD 5

DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE

INTRODUCCIÓN:

Esta unidad presenta los componentes y la operación de los sistemas de combustible de los motores, así como la inspección, las pruebas y el ajuste del sistema de combustible y la sincronización del motor.

OBJETIVO GENERAL:

• Diagnosticar el sistema de combustible de motores mecánicos y electrónicos utilizando los instrumentos y equipos adecuados, para comprobarlos con los parámetros de funcionamiento recomendados por el fabricante.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• Explicar las características del combustible diesel y los procedimientos de mantenimiento correctos del sistema de combustible de los motores diesel. • Identificar y explicar la operación de los sistemas de combustible para motores

mecánicos y electrónicos.

• Determinar los efectos en el punto de control, la potencia y el refuerzo del motor al cambiar los ajustes del sistema combustible, la velocidad alta en vacío y la sincronización del motor.

5.1.- SISTEMA DE COMBUSTIBLE:

De los costos de operación y posesión del motor, el más alto para el propietario durante la vida del motor es el combustible diesel. El rendimiento y la vida útil del motor están directamente relacionados con las características, la calidad y el manejo del combustible diesel. Por tal motivo las tareas de diagnóstico y mantenimiento tienen una gran importancia en la optimización de los costos operativos de los equipos y también la armonía con el medio ambiente, con emisiones de gases controladas que cumplan con las normas internacionales.

5.1.1.- COMBUSTIBLE:

El valor calorífico de un combustible se define como la cantidad de calor producido al quemar un peso específico de combustible. Éste es un indicador de cuánta energía disponible existe en una cantidad específica de combustible. La tabla 1 muestra los valores caloríficos de diferentes tipos de combustible. El diesel grado 1 es la mezcla para uso en invierno, y el diesel grado 2 es la mezcla para uso en verano. Note que ambas mezclas de combustible diesel tienen un valor calorífico significativamente mayor que los otros combustibles indicados. Esto significa que en una cantidad de combustible diesel hay más energía disponible para ser convertida en trabajo útil. Ésta es una de las ventajas significativas de usar combustible diesel como fuente de energía.

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TABLA 1: VALOR CALORÍFICO DE LOS COMBUSTIBLES. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

5.1.1.1.- PUNTO DE ENTURBAMIENTO DEL COMBUSTIBLE:

En temperaturas bajas, el combustible puede contener partículas sólidas de cera que pueden taponar los filtros rápidamente. El punto de enturbiamiento de un combustible es la temperatura a la cual parte de los componentes de parafina pesados (ceras) comienzan a formar cristales. Éste es un proceso natural que sucede si se llega a la temperatura de fusión del combustible. Estos cristales de cera le dan al combustible una apariencia lechosa. Esta cera no es contaminante.

La cera es un elemento importante del combustible diesel, que posee un alto contenido de energía y un valor muy alto de cetano. El punto de enturbiamiento del combustible es importante, ya que los cristales de cera pueden taponar el filtro de combustible. Si el punto de enturbiamiento del combustible es menor que la temperatura ambiente más baja a la cual el motor se espera que arranque y opere, no habrá problema por taponamiento de filtros, ya que no habrá formación de ceras en el combustible.

5.1.1.2.- PUNTO DE FLUIDEZ DEL COMBUSTIBLE:

El punto de fluidez de un combustible es la indicación de la temperatura mínima a la cual puede fluir. A la temperatura del punto de fluidez, la cantidad de cristales de cera aumenta hasta un punto en que comienzan a fundirse. Esto puede restringir el flujo de combustible del tanque a la bomba de transferencia del motor y, si el combustible está en la tubería entre el tanque y la bomba, podría pasar a la bomba de transferencia. El punto de fluidez del combustible es aproximadamente -12° C (10° F) menor que el punto de enturbiamiento.

El punto de fluidez puede disminuirse con mejoradores de flujo o añadiendo gasóleo o un combustible diesel más liviano. Los calentadores de combustible generalmente no pueden solucionar los problemas relacionados con temperaturas altas del punto de fluidez, ya que los calentadores de combustible comúnmente usan el refrigerante del motor como fuente de calor.

5.1.1.3.- CONTENIDO DE AZUFRE:

El contenido de azufre presente en el combustible DIESEL no afecta directamente el rendimiento del motor. Éste tampoco tiene un efecto en la capacidad de arranque del

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motor ni en la potencia. El contenido de azufre se convierte en un contaminante dañino solamente después de que se ha quemado el combustible. Durante el proceso de combustión, se forman dióxido de azufre (SO2) y trióxido de azufre (SO3). Estos óxidos de azufre se combinan con el vapor de agua formado durante la combustión, para producir ácido sulfúrico. Este ácido produce un desgaste corrosivo en los motores y aumenta el riesgo de falla prematura del motor.

TABLA 2: CONTENIDO DE AZUFRE SEGÚN EL ASTM.

5.1.1.4.- CALENTADOR DE COMBUSTIBLE:

Un calentador de combustible mantendrá la cera disuelta y permitirá que el combustible fluya a través de los filtros. Hay varios tipos de calentadores de combustible disponibles en los motores y son optativos. Los calentadores de combustible pueden instalarse entre la base de filtro del combustible y el filtro de rosca o entre el tanque de combustible y el filtro del combustible. En la mayoría de los calentadores se usa el refrigerante del motor para calentar el combustible y evitar que se formen cristales de hielo o cera en el filtro. Los calentadores de combustible deben usarse solamente si es necesario, ya que un aumento de la temperatura del combustible disminuye el rendimiento del motor. Hay una pérdida aproximada de 1% de potencia por cada 6° C (10° F) de aumento de la temperatura del combustible. Los calentadores de combustible no deben usarse si la temperatura ambiente es mayor que 15° C (60° F).

La temperatura del combustible a la salida del calentador de combustible no debe ser mayor que 74° C (165° F).

Algunos motores electrónicos ajustan la entrega de combustible de acuerdo con la temperatura de éste. Los calentadores de combustible usados en motores electrónicos deben tener control de temperatura.

5.1.2.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE: 5.1.2.1.- SISTEMA DE COMBUSTIBLE CONVENCIONAL:

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Figura 5.1.- Sistema de combustible con bomba de inyección lineal. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.- Tanque de combustible. 2.- Línea de retorno. 3.- Bomba de cebado. 4.- Inyector.

5.- Cañería de alta presión. 6.- Elemento de bombeo. 7.- Filtro separador de agua. 8.- Válvulas check.

9.- Bomba de transferencia.

10.- Filtro secundario de combustible. 11.- Orificio de retorno.

12.- Bomba de inyección.

El combustible es succionado por la bomba de transferencia y enviado en un primer momento hacia el filtro separador de agua y luego al filtro secundario a una presión de 170 a 290 kPa (25 a 42 psi). El combustible refrigerado y filtrado ingresa a la bomba de inyección. El combustible de alimentación no es utilizado en su totalidad por ello existe una línea de drenaje que permite el retorno del exceso de combustible al tanque. El combustible utilizado es presurizado por los elementos de bombeo enviándolo a alta presión a través de las cañerías hacia los inyectores, quienes producen la pulverización del combustible hacia la cámara de combustión.

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5.1.2.2.- SISTEMA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE MUI:

Figura 5.2.- Sistema de inyección de combustible MUI. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

(A) Bomba de cebado de combustible (si tiene) 1.- Rejilla (si tiene)

2.- Válvula de retención de admisión

3.- Bomba de transferencia de combustible que está integrada con el regulador 4.- Válvula de retención de salida

5.- Filtro de combustible 6.- Culata

7.- Válvula reguladora de presión 8.- Válvula de retención

9.- Filtro primario de combustible (si tiene) 10.- Válvula de alivio de presión

11.- Tanque de combustible

La bomba de transferencia de combustible (3) hace pasar el combustible del tanque de combustible (11) a través de una rejilla en línea (1). La bomba de transferencia de combustible está integrada con el regulador. El combustible se envía desde la bomba de transferencia de combustible a través de la válvula de alivio de presión (10). La válvula de alivio de presión está cerrada en operación normal. El combustible pasará a través del filtro de combustible (9) y entrará a un conducto taladrado en la culata (6). Una vez que la presión del combustible sea mayor que la gama deseada, la válvula de alivio de presión se abrirá. Esto permitirá que el combustible regrese al tanque. El conducto taladrado en la culata cruza un conducto que pasa alrededor de cada inyector unitario para proporcionar un flujo continuo de combustible a todos los inyectores.

Cuando hay el aire en el lado de admisión del sistema de combustible, se puede usar la bomba de cebado de combustible (A) (si tiene) para llenar el filtro de combustible y el conducto de combustible que está en la culata. Se realiza esto antes de que arranque el motor. Cuando se usa la bomba de cebado, las válvulas de retención que están

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ubicadas en la bomba de cebado de combustible controlan el movimiento del combustible.

El combustible se fuerza a través del lado de baja presión del sistema de combustible. Esto elimina el aire de las tuberías de combustible y de los componentes de vuelta al tanque de combustible.

Figura 5.3.- Inyector Bomba MUI. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.- Balancín

2.- Tornillo de ajuste 3.- Botón flotante

4.- Resorte del levantaválvulas 5.- Varilla de empuje 6.- Émbolo 7.- Armazón 8.- Sello anular 9.- Cañón 10.- Conducto de combustible 11.- Manguito 12.- Sello anular 13.- Levantaválvulas 14.- Árbol de levas

La bomba de inyección de combustible (inyector unitario) permite que una cantidad pequeña de combustible se inyecte en el momento apropiado en la cámara de combustión. El combustible que se proporciona al conducto de combustible (10) rodea

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cada inyector unitario. Cada uno de estos conductos está conectado por un conducto taladrado en la culata. Este conducto proporciona un flujo continuo de combustible a todos los inyectores unitarios.

El manguito (11) aísla el inyector unitario de los conductos de refrigerante. El manguito proporciona también la superficie de asiento para el inyector unitario.

La ubicación angular del árbol de levas (14) y la ubicación vertical del émbolo (6) en el cañón (9) determinan la sincronización de la inyección. El engranaje del árbol de levas y el engranaje del cigüeñal se engranan juntos en la parte delantera del motor para lograr la ubicación angular del árbol de levas. El tornillo de ajuste (2) ajusta la ubicación del émbolo (sincronización del combustible).

El levantaválvulas (13) y la varilla de empuje (5) envían el perfil del árbol de levas al balancín (1) a medida que el árbol de levas gira. El movimiento del balancín (1) se envía entonces al émbolo (6) a través del botón flotante (3).

Figura 5.4.- Varillaje del control de cremallera. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.- Palanca 2.- Resorte de torsión 3.- Eje 4.- Cremallera 5.- Tornillo de sincronización 6.- Abrazadera 7.- Abrazadera

8.- Tornillo de regulación del combustible 9.- Eslabón

10.- Conjunto de palanca 11.- Inyector unitario

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Figura 5.5.- Varillaje del control de cremallera. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

(A) COMBUSTIBLE CONECTADO (B) COMBUSTIBLE DESCONECTADO 1.- Palanca 3.- Eje 4.- Cremallera 5.- Tornillo de sincronización 6.- Abrazadera 7.- Inyector unitario

El varillaje de control de la cremallera conecta la salida del regulador al inyector unitario (11) en cada cilindro. El eje de salida del regulador está conectado con un pasador al eslabón (9). El eslabón está conectado al conjunto de palanca (10). Cuando el regulador solicita más combustible, el eslabón (9) y el conjunto de palanca (10) hacen que el eje (3) y las abrazaderas (6) giren. El eje (3) y las abrazaderas (6) giran en el sentido de COMBUSTIBLE CONECTADO (A). Cada abrazadera empuja la palanca (1) a medida que el eje gira. La palanca (1) tira de la cremallera (4). Esto permitirá que se inyecte más combustible en el cilindro.

Cuando el regulador requiere menos combustible, el eslabón (9) causa la rotación del eje (3) y de las abrazaderas (6). El eje (3) y las abrazaderas (6) giran en el sentido de COMBUSTIBLE DESCONECTADO

(B). El resorte de torsión (2) fuerza la palanca (1) a girar hacia la derecha. Esto empuja la cremallera (4) hacia la posición de corte de suministro. Hay un resorte de torsión ubicado en cada inyector unitario. Esto permite que el varillaje de control de la cremallera vaya a la posición cerrada incluso si se atasca abierta la cremallera de uno de los inyectores de combustible.

El ajuste de potencia del inyector unitario para el cilindro No. 1 se hace con el tornillo de regulación de combustible (8) en el conjunto de abrazadera (7). A medida que se gira el tornillo de regulación del combustible (8), el eje (3) gira a una posición nueva con respecto al eslabón (9) y al conjunto de palanca (10).

Los tornillos de ajuste (8) permiten la sincronización de los inyectores con respecto al inyector unitario del cilindro No. 1.

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Figura 5.6.- Regulador. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

(A) Salida de COMBUSTIBLE CONECTADO

(B) Entrada de COMBUSTIBLE CONECTADO desde el operador 1.- Eje de salida del regulador

2.- Orificio de entrada

3.- Control de la relación de combustible (FRC) 4.- Eje retén

5.- Palanca de control de la relación de combustible 6.- Tornillo de ajuste de la palanca de límite

7.- Tornillo de ajuste de la palanca del control de la relación de combustible 8.- Palanca de límite

El control de la relación de combustible (FRC) (3) opera utilizando la presión de refuerzo de aire que se recibe por medio de un tubo desde el múltiple de admisión del motor al orificio de admisión (2). Cuando la presión de refuerzo es baja, el eje retén (4) se mantiene estacionario por medio de resortes que están dentro del FRC. Cuando el operador solicita más combustible, el eje de salida del regulador (1) se mueve en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO (A). El eje de salida del regulador se moverá en esta dirección hasta que la palanca de límite (8) toque el tornillo de ajuste (7) de la palanca de control de la relación de combustible (5). Cuando el FRC evita que la palanca de control de la relación de combustible (5) gire hacia la derecha en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO, se para el movimiento del eje de salida del regulador (1) en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO. De este modo, se evita suministrar exceso de combustible.

A medida que la potencia del motor aumenta, la presión de refuerzo aumenta también. Esta presión actúa contra un diafragma dentro del FRC. Cuando la presión de refuerzo es suficiente, se supera la fuerza de resorte dentro del FRC y el eje retén (4) se mueve a la derecha. Este movimiento permitirá que la palanca de control de la relación de combustible (5) y la palanca de límite (8) gire hacia la derecha. El eje de salida del regulador (1) se puede mover ahora en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO hasta que la palanca de límite (8) toque el tornillo de ajuste de la palanca de límite (6). Cuando la presión de refuerzo disminuye, los resortes dentro del control de la relación de combustible (FRC) (3) regresarán el eje retén (4) a la posición normal. Se limita otra vez el movimiento del eje de salida del regulador (1) en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO.

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5.1.2.3.- SISTEMA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE HEUI:

Figura 5.7.- Sistema de inyección de combustible HEUI. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.- Bomba de aceite

2.- Inyectores unitarios electrónicos de accionamiento hidráulico 3.- Filtro del aceite

4.- Enfriador de aceite 5.- Aceite de alta presión 6.- Combustible

7.- Conector para la Válvula de Control de la Presión de Accionamiento de la Inyección (IAPCV)

8.- Bomba hidráulica del inyector unitario

9.- Sensor para la Presión de Accionamiento de la Inyección (IAP) 10.- Filtro de combustible

11.- Filtro primario del combustible y separador de agua 12.- Tanque de combustible

13.- Engranaje del árbol de levas

14.- Sensores de velocidad/sincronización 15.- Módulo de Control Electrónico (ECM) 16.- Batería

17.- Regulador de la presión de combustible 18.- Sensor de la presión de refuerzo

19.- Sensor de la presión del aceite

20.- Sensor de temperatura del refrigerante 21.- Sensor de posición del acelerador

22.- Sensor de la temperatura del aire de admisión 23.- Sensor de la presión atmosférica

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La operación del sistema hidráulico y electrónico de combustible de los inyectores unitarios es completamente diferente de cualquier otro sistema de combustible accionado mecánicamente. El sistema de combustible

HEUI no necesita ajustarse en lo absoluto. No se pueden hacer ajustes de los componentes mecánicos. Los cambios en el funcionamiento se realizan instalando un software diferente en el ECM.

Este sistema de combustible consta de cuatro componentes básicos: • Inyector unitario electrónico de accionamiento hidráulico (HEUI) • ECM

• Bomba hidráulica del inyector unitario • Bomba de transferencia de combustible

Todos los sistemas de combustible para motores diesel utilizan un émbolo y un cuerpo cilíndrico para bombear el combustible a alta presión a la cámara de combustión. El HEUI utiliza aceite de motor a alta presión para impulsar el émbolo.

El HEUI utiliza el aceite lubricante del motor que se presuriza de 6 MPa (870 lb/pulg2) a 28 MPa (4.061 lb/pulg2) para bombear el combustible del inyector. Al aceite de alta presión se le llama presión de accionamiento de la inyección. El sistema HEUI opera de la misma forma que un cilindro hidráulico para multiplicar la fuerza del aceite a alta presión. Esta multiplicación de la presión se alcanza al aplicar la fuerza del aceite de alta presión a un pistón. El pistón es aproximadamente seis veces más grande que el émbolo. El pistón, que está impulsado por el aceite lubricante del motor a alta presión, empuja el émbolo. La presión de accionamiento del aceite genera la presión de inyección que se entrega por el inyector unitario. La presión de inyección es aproximadamente seis veces mayor que la presión de accionamiento del aceite.

La baja presión de accionamiento del aceite produce una baja presión de inyección del combustible. La alta presión de accionamiento del aceite produce una alta presión de inyección del combustible.

Figura 5.8.- Circuito de baja presión del Sistema de inyección de combustible HEUI. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.- Bomba hidráulica del inyector unitario 2.- Bomba de transferencia de combustible

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4.- Filtro secundario del combustible

5.- Filtro primario del combustible y separador de agua 6.- Tanque de combustible

7.- Regulador de la presión del combustible

El sistema de combustible de baja presión sirve dos funciones. El sistema de combustible de baja presión suministra el combustible para la combustión a los inyectores. El sistema de combustible de baja presión también suministra un exceso de flujo de combustible para purgar el aire del sistema.

El sistema de combustible de baja presión consta de cinco componentes básicos: • Tanque de combustible

• Filtro primario del combustible/separador de agua • Filtro secundario del combustible, de dos micrones • Bomba de transferencia de combustible

• Regulador de la presión del combustible

El combustible se extrae del tanque de combustible y fluye a través de un filtro primario de combustible/separador de agua, de trece micrones. El filtro primario de combustible/separador de agua ayuda a eliminar la basura grande del combustible. El elemento primario del filtro separa también el agua del combustible. El agua se acumula en el recipiente que está en la parte inferior del filtro primario de combustible/separador de agua.

El combustible fluye del filtro primario de combustible/separador de agua al lado de admisión de la bomba de transferencia de combustible. La válvula de retención en el orificio de entrada de la bomba de transferencia de combustible se abre para permitir el paso del combustible a la bomba. Después de detener el paso del combustible, esta válvula se cierra para impedir que el combustible salga del orificio de entrada. El combustible fluye del orificio de admisión en la bomba hacia el orificio de salida. El combustible presurizado fluye del orificio de salida de la bomba hacia el filtro secundario de combustible de dos micrones. Un filtro secundario de combustible de dos micrones, estos filtros de combustible son de alta eficiencia. Este filtro elimina los contaminantes abrasivos muy pequeños del combustible. El filtro primario de combustible/separador de agua no atrapará estos contaminantes pequeños.

Las partículas abrasivas muy pequeñas en el combustible causan un deterioro abrasivo de los inyectores unitarios. El filtro secundario de combustible impide la entrada de partículas de dos micrones de tamaño y/o de partículas mayores de dos micrones de tamaño. El uso y mantenimiento regular de este filtro de dos micrones proporcionará un mejoramiento significativo en la vida útil del inyector.

El combustible fluye desde el filtro secundario de dos micrones, al conducto de suministro de combustible en la culata de cilindros. El conducto de suministro de combustible es un orificio taladrado que comienza en la parte delantera de la culata. El conducto de suministro de combustible se extiende hasta la parte trasera de la culata. Este conducto se conecta con cada perforación del inyector unitario para suministrar combustible a los inyectores unitarios. El exceso de combustible sale por la parte trasera de la culata de cilindros. El combustible fluye dentro del regulador de la presión de combustible.

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El regulador de la presión de combustible consta de un orificio y una válvula de retención accionada por resorte. El orificio es una restricción de flujo que presuriza el combustible suministrado. La válvula de retención cargada por resorte se abre a 35 kPa (5 lb/pulg2) para permitir que el combustible que haya pasado a través del orificio regrese al tanque de combustible. Cuando el motor está parado, no hay ninguna presión de combustible que esté actuando en la válvula de retención. Con ninguna presión de combustible en la válvula de retención, la válvula de retención se cerrará. La válvula de retención se cerrará para evitar que el combustible que esté en la culata de cilindros drene de regreso al tanque de combustible.

Figura 5.9.- Circuito de aceite del Sistema de inyección de combustible HEUI. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.- Bomba hidráulica del inyector unitario 8.- Filtro del aceite

9.- Enfriador de aceite

10.- Bomba de aceite del motor 11.- Aceite de alta presión

El sistema de accionamiento de la inyección tiene dos funciones. El sistema de accionamiento de inyección proporciona aceite de alta presión para impulsar los inyectores. Además, el sistema de accionamiento de inyección regula la presión de inyección producida por los inyectores unitarios.

El sistema de accionamiento de inyección consta de cuatro componentes básicos: Bomba de aceite del motor

Filtro de aceite del motor

Bomba hidráulica del inyector unitario

Sensor de la presión de accionamiento de la inyección (Sensor IAP)

La bomba de aceite del motor presuriza el aceite que se extrae del sumidero hasta la presión del sistema de lubricación. El aceite fluye de la bomba de aceite del motor a través del enfriador de aceite, a través del filtro de aceite del motor y después al conducto de aceite principal. Un circuito separado del conducto de aceite principal dirige una parte del aceite lubricante para alimentar la bomba hidráulica del inyector unitario. Un tubo de acero en el lado izquierdo del motor conecta el conducto de aceite principal con el orificio de admisión de la bomba hidráulica del inyector unitario. El punto de conexión es el orificio superior del múltiple en la tapa del lado del motor.

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El aceite fluye dentro del orificio de admisión de la bomba hidráulica del inyector unitario y llena el depósito arranque. Además, el depósito de la bomba suministra aceite a la bomba hidráulica del inyector unitario hasta que la bomba de aceite del motor pueda aumentar presión.

El aceite del depósito de la bomba se presuriza en la bomba hidráulica del inyector unitario y luego se expulsa del orificio de salida de la bomba a alta presión. El aceite fluye entonces desde el orificio de salida de la bomba hidráulica del inyector unitario al conducto de aceite de alta presión en la culata de cilindros.

El aceite de accionamiento que está bajo alta presión fluye de la bomba hidráulica del inyector unitario, a través de la culata de cilindros, a todos los inyectores. El aceite está contenido en el conducto de aceite a alta presión hasta que es utilizado por los inyectores unitarios. El aceite que ha sido agotado por los inyectores unitarios se expulsa por debajo de las tapas de válvulas. Este aceite regresa al cárter a través de los orificios de drenaje de aceite de la culata.

Figura 5.10.- Bomba de aceite de alta presión. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

12.- Solenoide de la válvula de control 13.- Válvula de disco

14.- Inducido

15.- Resorte accionador 16.- Camisa deslizante 17.- Pistón accionador

18.- Disco de mando excéntrico 19.- Rueda guía

20.- Orificio de derrames

21.- Orificios de salida de la bomba 22.- Engranaje de mando

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24.- Pistón

La bomba hidráulica del inyector unitario es una bomba de pistón de entrega variable. La bomba de pistón variable utiliza un disco de mando angulado que gira. Los pistones no giran. Los pistones se mueven en relación con el disco de mando angulado. Los pistones se mueven en las camisas deslizantes.

El tren de engranajes en la parte delantera del motor impulsa la bomba hidráulica del inyector unitario. El engranaje de mando en la parte delantera de la bomba hace girar el eje común. El disco de mando angulado está montado en el eje común. La rotación del disco de mando angulado causa que el pistón de la bomba se mueva dentro de las camisas deslizantes hacia dentro y hacia fuera.

A medida que los pistones se mueven hacia fuera de las camisas deslizantes, el aceite es arrastrado hacia el interior de los pistones a través del conducto en el disco de mando. El aceite es forzado fuera del pistón cuando se empuja el pistón hacia atrás en la camisa deslizante y se exponen los orificios.

Al cambiar la posición relativa de la camisa deslizante al orificio de derrames, cambia el volumen de aceite en el pistón. La ubicación de la camisa deslizante cambia continuamente. El ECM determina la ubicación de la camisa deslizante. Al cambiar la ubicación de las camisas deslizantes, cambia el flujo de la bomba. El resultado es la cantidad de aceite que se puede presurizar.

La presión del sistema de accionamiento de inyección se controla adaptando el flujo de salida de la bomba y la presión resultante a la demanda de presión para el sistema de accionamiento de la inyección. Se cambia la posición de las camisas deslizantes para controlar el flujo de salida de la bomba. Si se mueven las camisas a la izquierda, se cubre el orificio de derrames para una distancia más larga. Esto aumenta la carrera eficaz de bombeo y el flujo de salida de la bomba. Si se mueven las camisas a la derecha, se cubren los orificios de derrames para una distancia más corta lo cual reduce la carrera eficaz de bombeo. Esto reduce también el flujo de salida de la bomba.

Las camisas deslizantes están conectadas por una guía. Una camisa está conectada a un pistón accionador. Si se mueve el pistón accionador hacia la derecha o hacia la izquierda se causa que la guía y las camisas se muevan la misma distancia hacia la derecha o hacia la izquierda.

La cantidad de corriente del ECM al solenoide determina la presión de control. Una pequeña cantidad del flujo de salida de la bomba pasa a través de un conducto pequeño en el pistón accionador. Esta pequeña cantidad sale de un orificio y penetra en la cavidad de la presión de control. Una pequeña válvula de disco limita la presión en esta cavidad. La abertura de la válvula de disco permite que una porción del aceite en la cavidad fluya hacia el drenaje. Una fuerza mantiene cerrada la válvula de disco. Esta fuerza en la válvula de disco es creada por un campo magnético que actúa en un inducido. La fortaleza del campo magnético determina la presión necesaria para vencer la fuerza del resorte accionador.

Un aumento de corriente al solenoide causa un aumento a los siguientes artículos: • La fortaleza del campo magnético.

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• La fuerza en el inducido y la válvula de disco.

• La presión de control que mueve el pistón accionador a una posición que causa más flujo.

Una reducción de corriente al solenoide causa una reducción a los siguientes artículos: • La fortaleza del campo magnético.

• La fuerza en el inducido y válvula de disco.

• La presión de control que mueve el pistón accionador a una posición que causa menos flujo.

El ECM vigila la presión de accionamiento. El ECM cambia constantemente la corriente a la válvula de control de la bomba para controlar la presión de accionamiento. Hay tres componentes que trabajan unidos en un circuito de bucle cerrado para controlar la presión de accionamiento. Estos son:

• El ECM.

• El sensor para la Presión de Accionamiento de la Inyección (IAP). • La válvula de control de la bomba.

El circuito de bucle cerrado funciona de la manera siguiente:

• El ECM determina una presión de accionamiento deseada uniendo la información de las señales de entradas del sensor y los mapas de software. • El ECM vigila la presión de accionamiento real a través de un voltaje constante

de señal del sensor IAP.

• El ECM cambia constantemente la corriente de control a la válvula de control de la bomba. Esto cambia el flujo de salida de la bomba.

Hay dos tipos de presiones de accionamiento: • Presión de accionamiento deseada. • Presión de accionamiento real.

La presión de accionamiento deseada es la presión de accionamiento de la inyección que el sistema necesita para obtener un funcionamiento óptimo del motor. Los mapas de funcionamiento en el ECM establecen la presión de accionamiento deseada. El ECM selecciona la presión de accionamiento deseada. La selección se basa en las señales de entrada de muchos sensores. El ECM está obteniendo señales de entrada de algunos de los siguientes sensores: sensor de posición de acelerador, sensor de la presión de refuerzo, sensores de velocidad/sincronización y sensor de temperatura del refrigerante. La presión de accionamiento deseada cambia constantemente. El cambio se basa en diversas señales de entrada. La velocidad variable del motor y la carga del motor causan también que la presión de accionamiento deseada cambie. La presión de accionamiento deseada solamente es constante en condiciones de estado estacionario (velocidad y carga del motor estacionarias).

La presión de accionamiento real es la presión real del sistema del aceite de accionamiento que está impulsando los inyectores. El ECM y el regulador de presión de la bomba cambian constantemente la cantidad de flujo de salida de la bomba. Este cambio constante hace que la presión de accionamiento real sea igual a la presión de accionamiento deseada.

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