UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Sede Santo Domingo
FACULTAD CIENCIAS DE LA INGENIERIA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
Tesis de grado previo a la obtención del título de:
INGENIERO AUTOMOTRIZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS DEL SISTEMA DE INYECCIÓN CRDI CON MANDOS ELECTRÓNICOS EN MOTORES DIESEL (HINO FC EURO 3)
Estudiante: JOSÉ IGNACIO RONQUILLO MUÑOZ
Director de Tesis: ING. EDWIN GRIJALVA
ii
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS DEL SISTEMA DE INYECCIÓN CRDI CON MANDOS ELECTRÓNICOS EN MOTORES DIESEL (HINO FC EURO 3)
ING. EDWIN GRIJALVA
DIRECTOR DE TESIS ________________________________
APROBADO
ING. NILO ORTEGA
PRESIDENTE DEL TRIBUNAL ________________________________
ING. ARTURO FALCONI
MIEMBRO DEL TRIBUNAL ________________________________
ING. MARCELO ESTRELLA
MIEMBRO DEL TRIBUNAL ________________________________
v Dedicatoria
Este trabajo lo dedico y agradezco en primera instancia a Dios ya que toda la gloria es de Cristo. Por brindarme la fuerza y la voluntad de luchar día a día y no darme por vencido hasta alcanzar mí objetivo.
A mi mamá Margarita florida Muñoz Andrade por brindarme su apoyo incondicional en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su inmenso amor.
A mi papá José Manuel Ronquillo Román que es el pilar fundamental de nuestro hogar por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante, por todo su apoyo que me brinda sin condiciones y por su amor.
A mis queridos hermanos que día a día me han brindado todo su respaldo y constante apoyo.
A mi novia Yadira por constante su apoyo, su comprensión, sus consejos para salir adelante, por compartir bellos momentos conmigo, por su amor incondicional y por siempre estar dispuesta a escucharme y ayudarme en cualquier momento.
Finalmente a los ingenieros, que marcaron cada etapa de mi vida universitaria, y que de una u otra manera me ayudaron a despejar dudas que se presentaron en la elaboración de la tesis.
vi
Agradecimiento
Mi más sincero agradecimiento a la Universidad Tecnológica Equinoccial Sede Santo Domingo, en especial a la facultad de Ingeniería Automotriz, por brindarme la oportunidad de obtener una profesión y ser persona útil a la sociedad.
De igual forma también para todos mis amigos, ingenieros, compañeros y personas que me apoyaron de una u otra manera para culminar con éxito una de mis metas que me he propuesto en mi vida.
vii
ÍNDICE DE CONTENIDO
TEMA PAG.
Portada…… ... i
Sustentanciòn y aprobación de los integrantes del tribunal ... ii
Responsabilidad del Autor...………..………..………. iii
Informe del director de tesis ... iv
Dedicatoria ... v
Agradecimiento ... vi
Índice de contenido ... vii
Resumen ejecutivo ... xiv
Executive Summary ... ¡Error! Marcador no definido. CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1.1. Situación problemática ... 1
1.2. Justificación ... 1
1.3. Objeto de estudio ... 2
1.4. Formulación del problema de investigación ... 2
1.5. Campo de acción... 2
1.6. Objetivos ... 3
1.6.1. Objetivo general... 3
1.6.2. Objetivos específicos. ... 3
1.7. Sistemas de tareas por objetivos específicos ... 3
1.8. Paradigma o enfoque epistemológico ... 4
1.9. Nivel de investigación ... 4
1.10. Alcance de la investigación ... 4
viii CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Motores diesel ... 6
2.2. Características del sistema de riel común. ... 7
2.3. Sistema crdi denso ... 8
2.3.1. Sistema de Alta presión ... 9
2.3.1.1. Bomba de alta presión ... 9
2.3.1.2. Bomba de alimentación ... 11
2.3.1.3. Regulador de la presión de combustible (FRP) ... 11
2.3.1.4. Válvula Limitadora de presión ... 12
2.3.1.5. Riel o Rampa de inyectores ... 13
2.3.1.5.1. Sensor de Presión del Riel de Combustible (FRP) ... 13
2.3.2. INYECTOR DE COMBUSTIBLE... 14
2.3.2.1. Inyecciones múltiples. ... 15
2.3.3. Sistema electrónico ... 16
2.3.3.1. Sensores ... 16
2.3.3.1.1. Sensor de posición cigüeñal (CKP) ... 16
2.3.3.1.2. Sensor de Temperatura del combustible (FT) ... 17
2.3.3.1.3. Sensor de posición del árbol de levas (CMP) ... 17
2.3.4. ECU del motor ... 18
2.3.4.1. El paso de lo mecánico a lo electrónico, ECU y sus inicios ... 19
2.3.4.2. Pasado y presente, distintos tipos de ECUs ... 20
2.3.5. EDU ... 22
2.3.5.1. Convertidor DC/DC ... 23
CAPÍTULO III DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS 3.1. Selección de materiales. ... 24
3.2. Diseño mecánico del banco de pruebas. ... 25
ix
3.2.2. Determinación de las cargas. ... 27
3.2.3. Diseño del acople motor – bomba. ... 29
3.2.4. Diseño del disco flexible del acople. ... 32
3.2.5. Diseño de la cámara de inyección. ... 33
3.2.6. Diseño de la estructura soporte del banco... 34
3.2.7. Diseño de la base de la bomba. ... 36
3.3. Diseño del circuito hidráulico... 37
3.4. Construcción del banco de pruebas. ... 37
3.4.1. Estructura para la inyección y medición de combustible. ... 38
3.4.2. Depósito de combustible. ... 39
3.4.3. Panel de control. ... 40
3.4.4. Instalación de la bomba con el motor eléctrico. ... 41
3.4.5. Filtro de Combustible. ... 42
3.4.6. Transformador. ... 42
3.4.7. Puente rectificador. ... 43
3.4.8. Plancha de policarbonato. ... 44
CAPITULO IV RECOMENDACIONES E INSTRUCCIONES PARA EL USO DEL BANCO DE PRUEBAS CRDI 4.1. Iintroducción ... 45
4.2. Funcionamiento del banco de pruebas... 45
4.3. Mantenimiento periódico ... 47
4.4. Ficha técnica del banco de pruebas ... 48
4.5. Funcionamiento del módulo ... 49
4.6. Componentes del módulo ... 49
4.7. Descripción general componentes del módulo. ... 49
4.8. Conexión del módulo y la fuente. ... 50
x
4.8.2. Operación del módulo ... 51
CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. CONCLUSIONES: ... 53
5.2. RECOMENDACIONES: ... 54
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 55
xi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla N° 1 Estudiar y comprender el funcionamiento de los inyectores DENSO. ... 3
Tabla N° 2 Revisar el funcionamiento de la bomba de combustible de alta presión. ... 3
Tabla N° 3 Analizar los resultados obtenidos del banco didáctico del sistema CRDI. ... 4
Tabla N° 4 Realizar el manual de usuario y guía de laboratorio. ... 4
Tabla N° 5 Función de las piezas y componentes de la bomba HP3 ... 10
Tabla N° 6 Requisitos generales del funcionamiento del componente ... 24
Tabla N° 7 Selección de sistemas diesel common rail. ... 25
Tabla N° 8 Propiedades del acero estructural AISI 1018 ... 30
Tabla N° 9 Materiales utilizados ... 31
Tabla N° 10 Propiedades del acero ASTM A653 ... 34
Tabla N°11 Propiedades del acero ASTM A500 ... 35
Tabla N° 12 Acero AISI 1020 ... 36
Tabla N° 13 Acero Inoxidable 430 ... 40
xii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Evolución bombas. ... 7
Figura 2 Bomba denso HP3. ... 9
Figura 3 Despiece bomba HP3. ... 10
Figura 4 Bomba de alimentación. ... 11
Figura 5 Válvula reguladora. ... 12
Figura 6 Rampa de inyectores. ... 13
Figura 7 Sensor de presión de rampa... 14
Figura 8 Inyector Denso ... 15
Figura 9 Modelo de cinco inyecciones. ... 15
Figura 10 Sensor posición del cigüeñal ... 16
Figura 11 Sensor de temperatura del combustible ... 17
Figura 12 Sensor CMP ... 18
Figura 13 ECU del motor ... 22
Figura 14 EDU O IDM del motor ... 23
Figura 15 Diseño del banco de pruebas ... 26
Figura 16 Modelo del Acople Motor - Bomba ... 29
Figura 17 Modelo del Acople Motor - Bomba ... 29
Figura 18 Asignación de cargas y sujeciones al acople motor – bomba ... 30
Figura 19 Tensión de Von Mises en el acople motor – bomba ... 31
Figura 20 Modelo del disco flexible ... 32
Figura 21 Asignación de cargas y sujeciones al disco flexible ... 33
Figura 22 Modelo ensamblado de la Cámara de Inyección... 33
Figura 23 Modelo de la estructura soporte del banco de pruebas ... 34
Figura 24 Asignación de cargas a la estructura soporte del banco de pruebas ... 35
Figura 25 Base del motor y bomba ... 36
Figura. 26 Elementos del circuito hidráulicos de alta presión ... 37
Figura 27 Proceso de soldadura de la estructura del banco. ... 38
Figura 28 Estructura del banco de pruebas ... 38
Figura 29 Estructura de la cámara de inyección. ... 39
Figura 30 Platina porta inyectores (A), probetas de medición (B) ... 39
xiii
Figura 32 Estructura del panel eléctrico ... 41
Figura 33 Instalación y acoplamiento de motor eléctrico y bomba de combustible ... 41
Figura 34 Instalación de la polea dentada ... 41
Figura 35 Filtro de combustible diésel ... 42
Figura 36 Transformador reductor de voltaje 220-24V... 43
Figura 37 Puente rectificador de corriente ... 43
Figura 38 Esquema de conexión transformador / puente rectificador ... 44
Figura 39 Plancha de policarbonato ... 44
Figura 40 Banco de pruebas armado completo ... 45
Figura 41 Breaker del Variador ... 46
Figura 42 Variador de frecuencia ... 46
Figura 43 Filtro de Combustible ... 47
Figura 44 Panel De Control ... 47
Figura 45 Componentes del modulo ... 49
Figura 46 Conexión fuente de alimentación ... 50
Figura 47 Encendido fuente de energía ... 51
Figura 48 Menú de operación ... 51
Figura 49 Menú de operación Ralentí ... 51
Figura 50 Menú de operación Media Carga ... 52
xiv
RESUMEN EJECUTIVO
Este trabajo trata sobre el diseño e implementación de un banco de pruebas didáctico de inyectores de vehículos a diesel CRDI, de marca DENSO, con el objetivo de diagnosticar el óptimo funcionamiento de los inyectores.
Este proyecto implementa el sistema de módulo controlador de pulsos electrónicos, el mismo que hace el trabajo de la ECU en un vehículo diésel, es decir da el mando para que el inyector a través de los pulsos, inyecte el combustible, abriendo y cerrando la tobera del inyector, con los datos establecidos en el módulo controlador.
Los resultados obtenidos son los siguientes: si los niveles de entrega y retorno son iguales: el inyector funciona regularmente pero debe ser reparado; si el nivel de entrega es mayor al nivel de retorno: el inyector funciona normalmente; si el nivel de retorno es mayor que el nivel de entrega hay una fuga y el vehículo no enciende; se recomienda
xv
EXECUTIVE SUMMARY
This paper discusses the design and implementation of a didactic test group of injectors for diesel vehicles CRDI diesel, DENSO brand in order to diagnose the optimal
functioning of the injectors.
This project implements the system of control module of electronic pulses, which does the job of the ECU in a diesel vehicle, that is, it gives the command so the injector through the pulse injects the fuel, by opening and closing the injector nozzle with the data in the driver module.
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
1.1. Situación problemática
La Universidad Tecnológica Equinoccial – Campus Santo Domingo, cada día sigue preparando estudiantes profesionales en la carrera de Ingeniería Automotriz, y la falta de poner en práctica los conocimientos adquiridos el en aula, dejan en el estudiante un mínimo interés de aprendizaje. Por lo cual se debe complementar la enseñanza, con las prácticas demostrativas de taller para que los estudiantes, tengan la posibilidad de comparar lo textual y lo práctico.
Por esta razón es importante contar con un banco de pruebas didáctico del sistema CRDI, porque con nuestros conocimientos teóricos no podríamos establecer un perfecto entendimiento de la materia.
1.2. Justificación
Mi proyecto está orientado a aportar a la educación, para beneficiar a nuestros compañeros de la Carrera de Ingeniería Automotriz quienes contaran en los laboratorios de Mecánica con un banco de pruebas didáctico del sistema de inyección diesel CRDI del Hino FC Euro 3 con sistema “Common Rail” a la vez que también con un módulo que contendrá toda la
información sobre la “Riel Común” de inyectores, y Bomba de alta presión de dicho sistema.
El desarrollo de este proyecto, contribuirá en una pequeña parte a solucionar la falta de material didáctico para la realización de prácticas en los laboratorios automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial.
automotriz como lo es el sistema “Common Raíl”. Así como también se pretende
complementar los conocimientos teóricos impartidos por el docente con la práctica.
1.3. Objeto de estudio
Crear un banco didáctico de sistema de inyección diesel “Common Rail” para la escuela de
Ingeniería Automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial – Campus Santo Domingo, con el propósito de mejorar el conocimiento estudiantil.
1.4. Formulación del problema de investigación
¿La carencia de un banco didáctico de sistema de inyección diesel “Common Rail” en el
taller automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial – Campus Santo Domingo?
Debido a los nuevos avances y desarrollos tecnológicos en los motores Diesel como es el sistema “Common Rail” y su incursión al mercado automotriz ecuatoriano, y teniendo en cuenta la poca disponibilidad de Motores tipo “Riel Común” y módulos de información en
la Carrera de Ingeniería Automotriz como material didáctico, para realizar prácticas de aprendizaje y poder adquirir nuevos conocimientos en este tipo de sistemas que se han desarrollado para los motores Diesel con lo cual el aprendizaje de los estudiantes de la carrera de ingeniería automotriz queda limitado.
Por tal motivo es importante contar con un banco de pruebas para la escuela de Ingeniería Automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial – Campus Santo Domingo, para un aprendizaje más entendible, complementando nuestros conocimientos teóricos, con la práctica.
1.5.Campo de acción
1.6. Objetivos
1.6.1. Objetivo general
Diseñar y construir un banco didáctico del sistema de inyección diesel Common-Rail con mandos electrónicos en motores diesel (Hino FC Euro.3), para la Universidad Tecnológica Equinoccial, Campus Santo Domingo 2015.
1.6.2. Objetivos específicos.
Estudiar y comprender el funcionamiento de los inyectores DENSO. Revisar el funcionamiento de la bomba de combustible de alta presión. Analizar los resultados obtenidos del banco didáctico del sistema CRDI. Realizar el manual de usuario y guía de laboratorio.
1.7.Sistemas de tareas por objetivos específicos
Tabla N° 1 Estudiar y comprender el funcionamiento de los inyectores DENSO.
Método Procedimiento Técnica
Observación
Analizar e interpretar la activación de los inyectores DENSO
Observación
Fuente: Investigación propia
Autor: José Ignacio Ronquillo Muñoz
Tabla N° 2 Revisar el funcionamiento de la bomba de combustible de alta presión.
Método Procedimiento Técnica
Observación Investigación
Interpretar y analizar la forma de accionar y trabajo de la bomba de alta presión
Observación
Fuente: Investigación propia
Tabla N° 3 Analizar los resultados obtenidos del banco didáctico del sistema CRDI.
Método Procedimiento Técnica
Observación
Indagar en funcionamiento del sistema de inyección CRDI
Observación
Fuente: Investigación propia
Autor: José Ignacio Ronquillo Muñoz
Tabla N° 4 Realizar el manual de usuario y guía de laboratorio.
Método Procedimiento Técnica
Observación
Realizar guas de prácticas
para la utilización del banco didáctico
Practico
Fuente: Investigación propia
Autor: José Ignacio Ronquillo Muñoz
1.8.Paradigma o enfoque epistemológico
Para el desarrollo del banco didáctico del sistema de inyección diesel Common-Rail con mandos electrónicos en motores diesel (Hino FC Euro.3), se utilizara el método cuantitativo ya que serán utilizados términos teóricos y prácticos para ejercerlo dentro del campo laboral.
1.9.Nivel de investigación
Para la elaboración del banco didáctico del sistema de inyección diesel Common-Rail con mandos electrónicos en motores diesel (Hino FC Euro.3), se utilizó el nivel de investigación exploratorio y aplicativo ya que enmarca las innovaciones técnicas asi como la resolución de problemas.
1.10. Alcance de la investigación
Domingo, dado a que la estructura del banco de pruebas fue diseñada para poder observar y analizar el funcionamiento del sistema de inyección CRDI, enfocándonos en la activación y accionamiento de las inyectores de marca denso que se utiliza en la fabricación del banco didáctico.
El modulo didáctico y manual de utilización estarán a disposición de los docentes y estudiantes de la carrera de ingeniería automotriz que deseen realizar prácticas en el mismo, para una mejorar los conocimientos teóricos obtenidos en las clases.
1.11. Hipótesis
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. MOTORES DIESEL
El motor Diesel, llamado también motor de ignición por compresión recibe su nombre por el doctor Rudolf Diesel quien patento un motor del tipo de ignición por compresión en Alemania en 1983.
Los motores diésel empleados en automoción funcionan casi todos con el ciclo de cuatro tiempos. Diferente del de gasolina de la forma en la que se realizan la alimentación y la combustión. Durante la admisión el cilindro solo se llena de aire, y como su relación de compresión es muy superior a la de los motores a gasolina, la presión de compresión eleva la temperatura del aire lo suficiente para encender el combustible introducido en la cámara por un inyector.
Dentro de lo que representa la evolución que ha existido en estos motores, nos encontramos con el mejoramiento en el sistema de inyección en el cual el más conocido e implementado es el sistema de inyección common rail, el cual debido al accionamiento de una serie de accesorios a este sistema se logra optimizar tanto el desempeño del motor, el consumo del combustible y disminuye el ruido conocido y característico de estos motores,
éste sistema consta de una variedad de instrumentos dentro los cuales los más importantes o relevantes son la bomba de alta presión y la existencia de un riel común para la inyección del combustible a través de los inyectores hacia el cilindro.
Atreves de los años el sistema CRDI fue evolucionado desde el año de 1995 que apareció para camiones el primer “common rail” y luego con el tiempo y las pruebas necesarias se
fue implementado en vehículos de pasajeros y para el año de 1999 se lanzó un “common rail” que utilizaba la bomba de suministro HP2. Continuando con la historia en el año 2001
mismo se pone a disposición una bomba de suministro más ligera, compacta y con un mejor rendimiento a su predecesora, es así que en el año 2001 se comienza con la utilización de la bomba HP3. En 2004 se lanzó la HP4 de tres cilindros, basada en la HP3.En la figura (1) se observa la evolución de las bombas a lo largo de los años.
Figura 1. Evolución bombas.
Fuente: Manual de servicio y funcionamiento, Denso Corporation, 2004.
2.2. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE RIEL COMÚN.
El sistema de riel común utiliza un tipo de cámara acumuladora llamado el riel de combustible para almacenar combustible a presión, y los inyectores son controlados electrónicamente, estos contienen válvulas de solenoide para rociar el combustible a presión en las cámaras de combustión. El sistema de inyección (presión de inyección, velocidad de inyección, y el tiempo de inyección) está controlado por el ECM, y por lo tanto el sistema de riel común puede ser controlado de manera independiente, libre de la influencia de la velocidad del motor y la carga.
diesel generados durante la aceleración del vehículo de partida se puede reducir drásticamente.
Como resultado, las emisiones de gases de escape son claros y menor cantidad de contaminación.
Los elementos principales dentro del sistema common rail podemos acotar la existencia de cuatro tipos: los sensores, ECU del motor, EDU y los actuadores.
2.3.SISTEMA CRDI DENSO
Dispone de una bomba de alimentación que es la encargada de llevar el combustible desde el depósito hasta la bomba de alta presión.
La bomba de alta presión se encarga de elevar la presión del combustible y enviarla al riel de combustible.
Utiliza inyectores de tipo bobinados.
Los inyectores tienen una resistencia de 0,8 a 1 Ohm.
Un acumulador de presión se encarga de mantener la entrega de combustible a elevadas presiones a los inyectores y disminuir las pulsaciones de la presión del combustible.
Un computador (ECM) se encarga de controlar la cantidad de combustible que deben entregar los inyectores según la información recopilada de los sensores del sistema.
2.3.1. Sistema de Alta presión
2.3.1.1. Bomba de alta presión
La bomba de suministro de alta presión que se va a utilizar en el simulador de pruebas es la bomba DENSO de tipo HP3.
La bomba de suministro de combustible incluye la bomba de alimentación, dos émbolos, regulador de presión de combustible y el sensor de temperatura del combustible. La bomba de suministro de combustible se deriva por la fuerza de rotación del cigüeñal a través del engranaje intermedio.
El ECM controla la relación de trabajo del combustible lineal tipo carril de presión (FRP) regulador, a fin de controlar la cantidad de combustible que se suministra a los émbolos de alta presión.
Figura 2 Bomba denso HP3. Fuente: Manual de servicio y Hino.
Al Riel de Presión
Línea de Combustible del Regulador de Presión
Desde el Filtro de Combustible Tuberia de
Tabla N° 5 Función de las piezas y componentes de la bomba HP3
Piezas componentes Funciones
Bomba de alimentación Aspira el combustible desde el depósito y se lo suministra el embolo al buzo.
Valva reguladora Regula la presión del combustible en la bomba de suministro.
SCV (válvula de control de succión) Controla el volumen de combustible que se suministra a los émbolos buzo.
Unidad de bomba
Leva excéntrica Activa la lava anular.
Leva anular Activa el embolo buzo.
Embolo buzo Se mueve en vaivén para aspirar y comprimir el combustible.
Válvula de succión Evita el flujo inverso de combustible comprimido hacia la SCV.
Válvula de descarga Evita el flujo inverso desde la rampa del combustible que se bombea desde el embolo buzo.
Sensor de temperatura del combustible Detecta la temperatura del combustible. Fuente: Manual de servicio y Hino.
En la tabla (1) se observa las funciones de las piezas y componentes de la bomba HP3.
Figura 3 Despiece bomba HP3.
2.3.1.2. Bomba de alimentación
La bomba de alimentación de tipo trocoide, que está integrado en la bomba de suministro de combustible, extrae combustible del tanque de combustible y la alimenta a los dos émbolos a través del filtro y la presión de combustible de riel es controlada por el regulador (FRP).
La bomba de alimentación es impulsada por el eje de accionamiento.
Con la rotación del rotor interno, la bomba de alimentación extrae combustible desde su puerto de succión y la bombea a través del orificio de descarga.
Figura 4 Bomba de alimentación. Fuente: Manual de servicio Hino.
2.3.1.3. Regulador de la presión de combustible (FRP)
El ECM controla la frecuencia que debe ser de 200 Hz en la válvula reguladora de tipo lineal FRP, para controlar la cantidad de combustible que se suministra a los émbolos de alta presión. Dado que sólo la cantidad de combustible que se requiere debe alcanzar la presión del raíl.
Cuando la corriente fluye a la bobina del solenoide de FRP regulador (5), la fuerza electromotriz variable se crea de concordancia con la relación de trabajo, moviendo el émbolo del solenoide (3) hacia el lado derecho y el cambio de la apertura del paso de salida de combustible (2) y por lo tanto se produce la regulación de la cantidad de combustible.
Para aumentar el flujo de combustible en los pistones de alta presión, la relación de control de trabajo y el flujo de transmisión de corriente a la bobina (5) disminuye como lo muestra la imagen de la izquierda "A". Así, el muelle de retorno (4) se estira y el solenoide de
émbolo (3) se mueve al lado izquierdo.
Figura 5 Válvula reguladora.
Fuente: Manual de servicio y funcionamiento, Denso Corporation, 2004.
2.3.1.4. Válvula Limitadora de presión
La válvula de presión limitador alivia la presión mediante la apertura de la válvula (1) si la presión de generación es muy alta.
La válvula (1) se abre cuando la presión en el riel alcanza aproximadamente 220 MPa (32.000 psi), y se cierra cuando la presión cae a aproximadamente 50 MPa (7250 psi).
2.3.1.5. Riel o Rampa de inyectores
Junto con el empleo de un tipo común de sistema de riel de inyección electrónica de control de combustible, la línea de combustible está provista para almacenar combustible a alta presión entre la bomba y los inyectores.
Un sensor de presión y un limitador de presión están instalados en el riel de combustible.
El sensor de presión detecta la presión del combustible en el interior del riel de combustible y envía su señal al ECM.
En base a esta señal, el ECM controla la presión del combustible en el interior del riel de combustible a través del (FRP) regulador presión de la bomba de suministro.
El limitador de presión abre la válvula mecánica para aliviar la presión cuando la presión del combustible en el interior del riel de combustible es excesiva.
Figura 6 Rampa de inyectores. Fuente: Manual de servicio Hino.
2.3.1.5.1. Sensor de Presión del Riel de Combustible (FRP)
El sensor de presión FRP se instala en el riel de combustible y detecta la presión de este.
Cuando la presión del combustible es baja, baja la velocidad del motor, el ECM detecta un voltaje bajo en el circuito de señal.
Cuando la presión del combustible aumenta, la velocidad del motor se eleva o es de plena carga, el ECM detecta un voltaje más alto en el circuito de señal.
El ECM utiliza esta señal de voltaje para controlar la presión del combustible real del riel y controla la cantidad de combustible de descarga de la bomba de suministro según la presión del combustible deseada.
Figura 7 Sensor de presión de rampa. Fuente: Manual de servicio Hino.
2.3.2. INYECTOR DE COMBUSTIBLE
Los Inyectores son controlados electrónicamente por el ECM en comparación con las boquillas de inyección convencionales, un pistón de mando, es añadida una válvula solenoide y son añadidos códigos de identificación que muestran diversas características de inyección, son marcados con láser en la caja del conector, y los códigos de identificación que muestran éstos en forma alfanumérica (24 cifras alfanuméricas).
El sistema utiliza la información del flujo de combustible del inyector según el código de identificación para optimizar el control de la cantidad de entrega de la inyección.
Cuando un inyector está recién instalado en un vehículo, es necesario introducir los códigos de identificación en el ECM. QR (Quick Response) o los códigos de velocidad de
MPa psi Volts
0 0 1.0
20 2900 1.3
40 5800 1.6
60 8700 2.0
80 11600 2.3
100 14500 2.6
120 17400 2.9
140 20310 3.2
160 23210 3.6
180 26110 3.9
200 29010 4.2
flujo de combustible del inyector (códigos de identificación), estos se han adoptado para mejorar la precisión de la cantidad de inyección que producen estos.
La adopción de códigos permite controlar la cantidad de la dispersión en todos los rangos de presión, lo que contribuye a la mejora en la eficiencia de la combustión y la reducción de las emisiones de gases de escape.
Figura 8 Inyector Denso Fuente: Manual de Servicio Hino.
2.3.2.1. Inyecciones múltiples.
Cuando nos referirnos a inyecciones múltiples nos indica que “la inyección múltiple significa que la inyección principal se realiza mediante un número de inyecciones de combustible entre uno y cinco sin que cambie la cantidad de inyección, con el fin de reducir las emisiones de gases de escape y el ruido” En la figura (9) se encuentra el modelo
de cinco inyecciones.
Figura 9 Modelo de cinco inyecciones.
2.3.3. Sistema electrónico
2.3.3.1. Sensores
Son aquellos dispositivos que están en la capacidad de detectar magnitudes tanto químicas como físicas llamadas también variables de instrumentación, y convertirlas en variables eléctricas o señales. Los sensores son aquellos encargados de enviar este tipo de señales a la ECU del motor.
2.3.3.1.1. Sensor de posición cigüeñal (CKP)
El sensor CKP está situado en el lado izquierdo de la parte trasera del bloque de cilindros. El rotor del sensor se fija sobre el cigüeñal. Hay 56 muescas espaciadas separados 6 ° y una sección de 30 ° que es la esperanza abierta.
Esta porción lapso abierta permite la detección de punto muerto superior (PMS). El sensor CKP es también un sensor de tipo de ERM, que genera un impulso de onda cuadrada de señal.
La detección de la porción de espacio abierto desde el sensor CKP y una proyección de referencia de la posición del árbol de levas (CMP) del sensor, el ECM determina cilindro número 1 de compresión del PMS para asegurar que se correlacionan entre sí. El sensor CKP y el sensor CMP tienen una capacidad de intercambio entre sí.
En mi caso el sensor esta simulado por una señal grabada del mismo vehículo y es reproducida por un dispositivo de audio.
2.3.3.1.2. Sensor de Temperatura del combustible (FT)
El sensor FT se instala en la bomba de suministro de combustible.
El sensor FT es un sensor de tipo termistor y mide la temperatura del combustible que entra a la bomba de suministro.
El sensor tiene un circuito de señal y un circuito de referencia baja.
Cuando la temperatura del combustible está fría, la resistencia del sensor es alta y el ECM detecta un alto voltaje en el circuito de señal.
Cuando aumenta la temperatura del combustible, disminuye la resistencia del sensor y el ECM detecta un voltaje más bajo en el circuito de señal. El ECM utiliza esta señal de voltaje para compensar un control de inyección de combustible.
Figura 11 Sensor de temperatura del combustible Fuente: Manual de Servicio DENSO
2.3.3.1.3. Sensor de posición del árbol de levas (CMP)
El sensor CMP detecta un total de cinco proyecciones por ciclo del motor (unas cuatro proyecciones dispuestas igualmente cada 90 ° y una proyección de referencia sobre la superficie del engranaje del árbol de levas). El sensor de CMP es un elemento magnético resistencia (MRE) sensor de tipo, que genera un impulso de onda cuadrada de la señal.
Figura 12 Sensor CMP Fuente: Manual de Servicio Hino.
La simulación de este sensor está realizada a través de un Arduino mega que se encuentra programado para dar la misma señal digital que en un principio se octavo del vehículo a través del osciloscopio automotriz.
2.3.4. ECU del motor
El ECM está situado en frente del chasis transversal, o fijado a la cubierta lateral del motor a través de soporte de montaje. El ECM controla principalmente las funciones que le permiten trabajar al sistema de Inyección.
El ECM constantemente observa la información de varios sensores.
El ECM controla los sistemas que afectan el rendimiento del vehículo.
El ECM realiza la función de diagnóstico del sistema.
2.3.4.1. El paso de lo mecánico a lo electrónico, ECU y sus inicios
Las normas de regulación generadas por los organismos de protección del medio ambiente
en el sector automotriz determino un porcentaje para las emisiones contaminantes durante
los últimos años, exigen a los fabricantes de vehículos a optar por sistemas de mayor
eficiencia, para lo cual los sistemas electrónicos son de mayor eficiencia respecto a la
ejecución y regulación de los diversos parámetros, que previamente se realizaba a través de
mecanismos neumáticos, mecánicos y actualmente controlados por un dispositivo
electrónico de control llamado ECM "Electronic Unit Control", para de esta manera lograr
controlar con mayor eficiencia la combustión del motor.
Se puede definir la ECM como el dispositivo electronico que controla el funcionamiento
del motor. De una manera más sencilla se puede decir que es el cerebro de un complejo
sistema electrónico compuesto por sensores y actuadores, en la que los sensores informan
de manera eléctrica a la ECM y ésta emite la orden necesaria a los actuadores para
transformar dicha información inicial.
Los sensores son los encargados de informar los diversos parámetros de funcionamiento
del motor (por ejemplo, las revoluciones del motor, temperatura de funcionamiento de los
sistemas, la posición algunos periféricos, etc.) Estos sensores actúan como informantes al
sistema central o ECM y transforman dichas magnitudes físicas en electrónicas.
En otro aspecto, los actuadores son los elementos controlados por la ECU y son los
encargados de convertir las señales eléctricas recibidas en magnitudes mecánicas. Como
por ejemplo los inyectores de combustible, electro-ventiladores, relés, bobinas y demás
sistemas electrónicos comandados por la ECM, y actúen de una manera mecánica sobre
alguna función en el vehículo.
Los primeros módulos de control electrónico MCE eran constituidos de manera más
inyectaba por cilindro en cada ciclo de trabajo del motor, mientras que las ECM actuales
controlan la mayor parte de los sistemas del vehículo, obteniendo como resultado complejo
trabajo de diagnóstico para la determinación de las posibles averías en el sistema
electrónico del vehículo.
En la ECM el micro-procesador es el dispositivo electrónico en el que se carga el software
de los parámetros de funcionamiento del vehículo, el microprocesador se encarga de
controlar las acciones de la ECU, es necesario que disponga de su propio sistema operativo
para poder controlar la sección de potencia o control de actuadores, acorde a la
información emitida por los distintos sensores del motor.
En igual forma, las unidades de control han evolucionado hasta las que conocemos hoy en
día con sistemas de autodiagnóstico, que nos avisa de las posibles fallas que la ECM puede
sufrir si detecta valores fuera del rango pre-establecido por fábrica. Este sistema hace un
análisis cuando se inicia el arranque y si existe error alguno nos lo comunica directamente
mediante distintos símbolos ubicados en el tablero de mandos del automóvil.
Debido a la innovación de las funciones y sistemas electrónicos en los nuevos vehículos,
hablamos de varios tipos de ECM encargadas cada una de ellas de una función de manera
específica. Todas estas unidades están centralizadas y comunicadas mediante una red CAN
de datos o CAN-BUS, que es un protocolo de comunicación basado en un bus serie e
ideado por la empresa alemana Bosch en los años 1980 para el intercambio de información
de las distintas unidades de control ECM, reduciendo el cableado y mejorando costos.
2.3.4.2. Pasado y presente, distintos tipos de ECUs
Se puede hacer una clasificación de las distintas ECM en base a la tecnología utilizada y
época de fabricación, desde las más antiguas en las cuales sólo controlaban cantidad de
para así poder realizar ciertos cambios en los distintos parámetros, mejorando así el
rendimiento del vehículo acorde a las necesidades del conductor.
Las unidades de control creadas a principios de los años 1980 se caracterizaban por ser de
diseño híbrido digital. Dicho sistema utilizaba métodos análogos para la toma de medidas,
para posteriormente usar una tabla de valores almacenada en una memoria de sólo lectura y
obtener así los valores finales de salida. Esto significa que no disponían de la suficiente
tecnología como para tener los datos exactos de cada componente y solamente podían
compararse con dichos valores almacenados, causando considerables inconvenientes, ya
que estos valores estándar eran los prefijados para los vehículos con sus componentes
totalmente nuevos, y con el paso del tiempo podían dar lugar a fallos debido al desgaste
por el uso de los mismos.
Las ECM programables, son aquellas que pueden ser modificadas como consecuencia de
una reprogramación en la memoria EPROM o EEPROM dependiendo del tipo de memoria
que contenga la ECM se verá alterado el comportamiento y rendimiento del automóvil.
Estas unidades más modernas (en algunos automóviles fabricados a partir de 1996
generalmente) ya utilizan ECM con sistemas OBD-II, capaces así de poder ser
programadas mediante puertos OBD de manera externa, pudiendo ser modificadas
mediante el uso de un puerto portátil conectado al vehículo, en el cual podrán visualizarse
todas las características de funcionamiento del mismo y podrá modificarse, parámetros
como, la cantidad de combustible que se inyectará en el motor, la mezcla correcta de
oxígeno y combustible o distintos parámetros claves necesarios en el vehículo.
En síntesis la ECM es aquella que recepta las señales de los sensores y a través de estos
determina constantemente el estado de funcionamiento del motor, la ECU se encarga de
calcular la cantidad y el calado de inyección adecuada para un funcionamiento óptimo del
motor y envía las señales eléctricas necesarias a los actuadores. La ECU tiene también
Figura 13 ECU del motor Fuente: Autor
2.3.5. EDU
2.3.5.1. Convertidor DC/DC
El convertidor Boost (o elevador) es un convertidor DC a DC que obtiene a su salida una tensión continua mayor que a su entrada. Es un tipo de fuente de alimentación conmutada que contiene al menos dos interruptores semiconductores (diodo y transistor), y al menos un elemento para almacenar energía (condensador, bobina o combinación de ambos). Frecuentemente se añaden filtros construidos con inductores y condensadores para mejorar el rendimiento.
Un conector de suministro de energía habitual normalmente no se puede conectar directamente a dispositivos como ordenadores, relojes o teléfonos. La conexión de suministro genera una tensión alterna (AC) y los dispositivos requieren tensiones continuas (DC). La conversión de potencia permite que dispositivos de continua utilicen energía de fuentes de alterna, este es un proceso llamado conversión AC a DC y en él se usan convertidores AC a DC como rectificadores.
La energía también puede provenir de fuentes DC como baterías, paneles solares, rectificadores y generadores DC, pero ser de niveles inadecuados. El proceso de cambiar una tensión de continua a otra diferente es llamado conversión DC a DC. Un convertidor Boost es uno de los tipos de convertidores DC a DC. Presenta una tensión de salida mayor que la tensión de la fuente, pero la corriente de salida es menor que la de entrada.
CAPÍTULO III
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS
3.1.Selección de materiales.
En el proceso de selección de un material se debe tomar en cuenta los requisitos y
funciones a las que se va a someter dicho componente para la fabricación del proyecto.
Hay que tener claro la o las funciones que va realizar el componente, sus propiedades y
condiciones que cada uno de los materiales ofrece, la forma o diseño del mismo y el
material con el cual se realizará su fabricación.
Dentro de los requisitos generales de funcionamiento se pueden incluir:
Tabla N° 6 Requisitos generales del funcionamiento del componente La naturaleza de las fuerzas aplicadas al componente.
Los tipos y magnitudes de los esfuerzos creados por las fuerzas aplicadas.
La deformación admisible del componente en sus puntos críticos.
La conexión con otros componentes del producto.
El ambiente en el que debe funcionar el componente.
El tamaño físico y el peso del componente.
Factores estéticos que se esperan del componente y del producto en general.
Las metas de costos de producto en su totalidad
Anticipar los procesos de manufactura disponible.
Fuente: Diseño de elementos de máquinas.
Teniendo en cuenta los factores antes mencionados se procede a la selección de los
Entre las partes fundamentales para el la fabricación del proyecto está la necesidad de seleccionar el tipo de bomba de alta presión con la que se va a trabajar, el riel y las cañerías que se utilizarán. Se debe tomar en cuenta el costo, disponibilidad, marca y estado de las piezas; a continuación en la tabla (3) se observa el proceso de selección.
Tabla N° 7 Selección de sistemas diesel common rail.
REFERENCIAS DENSO BOSCH DELPHI
COSTO $ 2100 3200 3500
DISPONIBILIDAD Disponible 1 mes 1 mes
SISTEMA Completo Partes Completo
ESTADO Usado Nuevo Nuevo
Fuente: investigación propia
Autor: José Ignacio Ronquillo Muñoz
En esta tabla se puede apreciar sus valores, y determinar tanto por costo y disponibilidad de sus piezas que la opción que más se ajusta a un presupuesto económico para la realización del proyecto es utilizar el sistema DENSO.
Previo a una verificación del estado en el cual se encuentran las partes del sistema DENSO, se encuentra la bomba de alta presión HP3, la rampa de inyectores sus respectivas
cañerías de alta presión y la ECU correspondientes al sistema.
3.2. Diseño mecánico del banco de pruebas.
El diseño más adecuado para el banco de pruebas para bomba de inyección CRDI Denso figura (15) con mandos electrónicos en Motores Diesel, acorde a cumplir con todos los
Figura 15 Diseño del banco de pruebas
3.2.1. Requerimientos de diseño.
Las especificaciones técnicas que tienen equipos semejantes existentes en el mercado y tomando en cuenta los recursos económicos disponibles para su construcción, se determinaron los principales parámetros de diseño los mismos que se describen a continuación:
Potencia del motor de corriente alterna = 5 hp (3.728,5W) Velocidad nominal de giro del motor = 1800 rpm (188,4 rad/s) Tipo de bomba rotativa de inyección = Denso (TWV)
Número de inyectores en la cámara = 4 Factor de seguridad mínimo requerido = 3
3.2.2. Determinación de las cargas.
Cuando el banco de pruebas tiene un funcionamiento normal debe soportar las siguientes cargas:
Fórmula N° 1 Torque transmitido por el motor ( ):
El torque que transmite el motor viene dado por:
TM = 12.40 N. m
TM =2.337,1 N.
m s 188,4rads
Dónde:
= potencia que entrega el motor = 2237,1 W
= velocidad de giro que posee el motor = 188,4 rad/s
k = factor de servicio = 1.15 (indica que el motor puede estar en sobrecarga segura hasta un 15% de su potencia nominal pasado de eso tendría un sobrecalentamiento).
Peso del motor:
De acuerdo con las especificaciones del fabricante el peso del motor es:
Peso del panel de Control:
Teniendo en cuenta los diferentes componentes instalados en el tablero de control, el mismo tienen un peso aproximado de:
Wpc = 8 kg = 17,63 lb
Peso de la Bomba de Inyección:
De acuerdo con las especificaciones del fabricante el peso de la bomba de inyección es:
Wbp = 3,8 kg = 8.37 lb
Fórmula N° 2 Peso del combustible (diesel):
El tanque de combustible instalado en el banco didáctico tiene una capacidad de 5 galones (18927 cm3) ya que el diesel tiene un peso específico de 832kg/m3 (0,832 g/cm3), el peso
del combustible viene dado por:
WD = 0,832g/cm3.18927cm3 WD = 15747g
Peso de la Cámara de Inyección:
Teniendo en cuenta los diferentes componentes que deben ser instalados en la cámara de inyección y ensamblando los mismos en el programa SolidWorks, el software determina que la cámara tiene un peso aproximado de:
3.2.3. Diseño del acople motor – bomba.
Esta acople será el encargado de transmitir el torque producido por el motor hacia la bomba de alta presión para accionarla por lo cual debe de ser capaz de transmitir ese movimiento sin deformarse.
Diseño del Acople Motor - Bomba
Teniendo en cuenta la función que debe cubrir este elemento figura (16), se procede a diseñar en SolidWorks el acople Motor – Bomba.
Figura 16 Modelo del Acople Motor - Bomba
Figura 17 Modelo del Acople Motor - Bomba
Materiales: El torque que transmite el motor no es muy elevado, por lo que se determinó emplear el acero AISI 1018 para su fabricación cuyas propiedades se muestran en la siguiente tabla.
Tabla N° 8 Propiedades del acero estructural AISI 1018 Dureza 126 HB (71 HRb) Esfuerzo de fluencia 370 MPa (53700 PSI)
Esfuerzo máximo 440 MPa (63800 PSI) Elongación máxima 15% (en 50 mm)
Reducción de área 40%
Módulo de elasticidad 205 GPa (29700 KSI) Maquinabilidad 76% (AISI 1212 = 100%)
Densidad 7.87 g/cm3 (0.284 lb/in3) Fuente: http://start.iminent.com
Sujeción y asignación de cargas.
El acople motor – bomba tiene una sujeción fija en el agujero para el eje del motor y estará sometido a un torque de 12,4 Nm, aplicado en las caras laterales de muescas salientes, como se muestra en la figura (18).
Resultados:
Los resultados obtenidos luego de ejecutar el análisis de esfuerzos fueron los siguientes:
Los análisis realizados a los siguientes elementos y estructuras fueron determinantes ya que se llegó a la conclusión que si es óptimo y adecuado para trabajar con el material que se detalla a continuación en la siguiente tabla.
Tabla N° 9 Materiales utilizados
Elementos Material
Motor Aluminio
Bomba Aluminio
Base del motor bomba AISI 1020
Tanque Acero inoxidable 430
estructura AISI 1020
Acople motor-bamba AISI 1018 Fuente: investigación propia
Autor: José Ignacio Ronquillo Muñoz
En la distribución del esfuerzo de Von Mises realizada al acople motor - bomba al momento de analizarlo se determina que la máxima tensión ocurre en la base de las muescas salientes con un valor de 30,07 MPa, pero al ser este valor menor que la resistencia a la fluencia del acero AISI 1018, nos indica que el acople resiste esta tensión sin problema alguno.
3.2.4. Diseño del disco flexible del acople.
Este elemento se instala entre los elementos del acople motor – bomba y es el encargado de mantener sellado el matrimonio, así como el de cumplir la función de trabajar como un amortiguador oscilante que absorbe la vibraciones que se pudieran producir.
Diseño del Disco Flexible
Teniendo en cuenta la función que debe cumplir este elemento se modela en SolidWorks el disco flexible, con la geometría mostrada en la figura (20).
Figura 20 Modelo del disco flexible
Sujeción y asignación de cargas.
Figura 21 Asignación de cargas y sujeciones al disco flexible
3.2.5. Diseño de la cámara de inyección.
La cámara de inyección está constituida por varios elementos mecánicos que permiten la manipulación tanto de los inyectores así como de las probetas por lo cual se buscó realizar el diseño más óptimo para el proyecto y de buena apreciación así como se muestra en la siguiente imagen.
Material.
Los distintos elementos de la cámara de inyección serán elaborados con planchas y platinas de Acero estructural ASTM A653 cuyas características se indican en la siguiente tabla.
Tabla N° 10 Propiedades del acero ASTM A653
Material
Resistencia a la fluencia
Resistencia a la
tensión Densidad Acero ASTM
A653
248MPa 400MPa 7850 kg/m3
Fuente: Elementos de Maquina.
3.2.6. Diseño de la estructura soporte del banco.
Para el diseño de la estructura del banco didáctico se utilizó el programa SolidWorks, para
con su ayuda, realizar de forma rápida y precisa el análisis de esfuerzos de las diferentes alternativas de diseño hasta llegar a obtener las dimensiones, formas y perfiles más adecuados que garantizan un funcionamiento satisfactorio y seguro del Banco de Pruebas.
Diseño de la estructura del banco de pruebas.
Teniendo en cuenta todos los requisitos y necesidades que se requieren del banco de pruebas se diseñó la estructura metálica que a continuación se muestra en la figura.
Material.
En la construcción de la estructura se emplearan perfiles estructurales de tubo cuadrado 3x3 y planchas de acero comercial existentes en el mercado local, por lo tanto, el material que se utilizará es Acero ASTM A500.
Tabla N°11 Propiedades del acero ASTM A500 Material Resistencia a la
fluencia
Resistencia a la tensión
Densidad
Acero ASTM A500
248MPa 400MPa 7850 kg/m3
Fuente: Diseño de Elementos de Maquina.
Asignación de Cargas y Sujeciones
La estructura diseñada debe ser capaz de resistir el peso de cada uno de los componentes del sistema de inyección que se empotraran en la estructura por lo cual se realizo es estudio de simulación de cargas como se muestra en la figura (24) y llegamos a la conclusión que el diseño empleado es óptimo ya que si resiste las asignaciones de cargas establecidas.
3.2.7. Diseño de la base de la bomba.
La base de la bomba está conformada por el material conocido como Acero y tiene un espesor de 3mm, en la tabla (8) se puede observar sus características y propiedades por las cuales se tomó en consideración este material.
Tabla N° 12 Acero AISI 1020
Propiedades Valor Unidades
Módulo de elasticidad en X 200000 N/mmˆ2
Coeficiente de posición en XY 0.29 N/D
Módulo cortante en XY 77000 N/mmˆ2
Densidad de la masa 7900 kg/mˆ3
Límite de tracción en X 420.51 N/mmˆ2
Límite de compresión en X N/mmˆ2
Límite elástico 351.57 N/mmˆ2
Coeficiente de expansión térmica en X 1.5e-005 /K
Conductividad térmica en X 47 W/(m-K)
Calor especifica 420 J/(kg-K)
3.3. Diseño del circuito hidráulico.
En el diseño y elaboración del circuito hidráulico de alta presión figura (26), se consideró aspectos fundamentales como: el número de inyectores, el tipo de bomba en este caso la HP3, la presión de la bomba de inyección para de esta manera seleccionar el material correcto para la construcción de las cañerías de alta presión.
Figura. 26 Elementos del circuito hidráulicos de alta presión Fuente: Manual HINO GM COMMON RAIL
3.4.Construcción del banco de pruebas.
Para la construcción del banco de pruebas primeramente hay que tener en cuentas los elementos que integraran y formaran parte de la misma para darle una correcta distribución en lo que a su ubicación se refiere.
Figura 27 Proceso de soldadura de la estructura del banco.
Figura 28 Estructura del banco de pruebas
3.4.1. Estructura para la inyección y medición de combustible.
Figura 29 Estructura de la cámara de inyección.
Para la recolección del combustible se utilizó probetas platicas además de una protección de capsula de poliéster acrílico que posee cada inyector por seguridad los probetas van sujetadas con correas plásticas a la platina protectora que va instalada en la estructura metálica.
Imagen A Imagen B
Figura 30 Platina porta inyectores (A), probetas de medición (B)
3.4.2. Depósito de combustible.
herméticamente teniendo un tapón de desfogue y una tapa de llenado para su respectivo mantenimiento.
Figura 31 Depósito de combustible.
El tanque de combustible está conformado por el material conocido como Acero
inoxidable 430 y tiene un espesor de 1mm, en la tabla (9) se puede observar sus características y propiedades por las cuales se tomó en consideración este material.
Tabla N° 13 Acero Inoxidable 430
Propiedades Valor Unidades
Módulo de elástico 200000 N/mmˆ2 Coeficiente de posición 0.28 N/D
Módulo cortante 77000 N/mmˆ2
Densidad 7800 kg/mˆ3
Límite de tracción 413.61 N/mmˆ2 Límite de compresión en X N/mmˆ2 Límite elástico 172.34 N/mmˆ2 Coeficiente de expansión térmica 1.1e-005 /K Conductividad térmica 18 W/(m-K) Calor especifica 460 J/(kg-K)
3.4.3. Panel de control.
Figura 32 Estructura del panel eléctrico
3.4.4. Instalación de la bomba con el motor eléctrico.
En la instalación del motor con la boba tanto la bomba CRDI como el motor eléctrico van empotrados sobre sus respectivas bases siendo unidos por medio de los acoples y disco de amortiguación intermedio el cual será el encargado de adsorber las vibraciones.
Figura 33 Instalación y acoplamiento de motor eléctrico y bomba de combustible
3.5.5 Instalación de la polea dentada. Para captar las rpm y pulsaciones para el funcionamiento del sistema hemos instalado la polea dentada figura (34), la cual se compone de 56 muescas espaciadas separados 6 ° y una sección de 30 ° cuyo lapso abierto permite la detección de punto muerto superior (PMS).
3.4.5. Filtro de Combustible.
El conjunto de filtro de combustible está unido al lado izquierdo del motor, se puede reemplazar sólo el elemento de papel periódicamente mantenimiento. Se encuentra unido el diafragma de la bomba de cebado bastidor la misma que se utiliza durante el procedimiento de purga de aire de la línea de alimentación de Combustible.
Dispone de un flujo de retorno de combustible del sistema y se utiliza para calentar el combustible del motor durante el arranque en frío. Este sistema es operado (válvula abierta) cuando el combustible de succión está por debajo de los 32 ゜ C (90 ゜ F), y una
parte de combustible de retorno se hace fluir de nuevo a la línea de combustible de succión. Uno de los resortes de válvula utiliza aleaciones que le permiten operar la válvula hasta obtener la temperatura necesaria para el combustible de succión.
Figura 35 Filtro de combustible diésel
3.4.6. Transformador.
En el caso del transformador utilizado en el simulador su tensión de entrada es de 220v y por medio del fenómeno de la inducción electromagnética su tensión de salida es de 24v.
Figura 36 Transformador reductor de voltaje 220-24V Fuente:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1d/Transformer
3.4.7. Puente rectificador.
El puente rectificador es un circuito eléctrico que se encarga de la conversión de corriente
alterna 110 a corriente continua, en este caso en el simulador transformamos la corriente alterna entregada por el transformador a corriente continua.
El puente rectificador consta de 4 diodos comunes dando una señal compuesta por partes positivas y negativas, éste se encargan de convertir la señal única y exclusivamente en positiva. En la figura (37), se muestra el puente rectificador utilizado en el simulador.
Figura 37 Puente rectificador de corriente
Vp = (24)(√2) = 33.9V
Vcd = 2Vp
π =
2(33.9)
π = 21.5 V
Icd = Vcd
Rl =
21.5 V
100 = 0.21 A
Figura 38 Esquema de conexión transformador / puente rectificador
3.4.8. Plancha de policarbonato.
El policarbonato pertenece a un grupo de termoplásticos fáciles de moldear y trabajar mediante calor local, el cual lo utilizamos como un método de protección que aísla la pulverización de los inyectores antes de llegar a la probetas de medición y como una carcasa de protección transparente para la ECU para poder hacer las respectivas prácticas y apreciar los elementos que la componen.
CAPITULO IV
RECOMENDACIONES E INSTRUCCIONES PARA EL USO DEL BANCO DE PRUEBAS CRDI
4.1.Introducción
Este banco de pruebas, es un equipamiento utilizado para pruebas en dispositivos del sistema de inyección diesel, más específicamente en sistemas Common Rail y en específico para inyectores de la marca DENSO.
Se realizada la prueba de estanqueidad y prueba de flujo en cada inyector, midiéndose el caudal de inyección y de retorno.
Figura 40 Banco de pruebas armado completo
4.2.Funcionamiento del banco de pruebas
3. Revisar las cañerías tanto de baja como de alta presión que no estén flojas ni existan fugas.
4. Verificar que no exista anomalías eléctricas como cables rotos o empalmes flojos.
5. Levantar el breaker del variador de frecuencia.
Figura 41 Breaker del Variador
6. Seleccionar el sentido de giro del motor en el variador.
Figura 42 Variador de frecuencia
Figura 43 Filtro de Combustible
8. Conectar el inyector a probar e instalar los acoples y mangueras en la tobera. 9. Girar la llave de encendido en el Panel de Control.
Figura 44 Panel De Control
10.Girar en sentido horario el potenciómetro para incrementar las rpm en el variador de frecuencia hasta obtener las rpm necesarias para las diferentes pruebas a realizarse.
11.Una vez culminadas las pruebas, cerrar la llave en sentido de apagado y bajar el breaker del variador de avance.
4.3. Mantenimiento periódico
Algunos ítems que necesita de cuidados.
A. Limpieza del Porta Probetas.
Mantenga el porta probetas siempre limpio. Para eso, algunos cuidados son necesarios:
Utilice un paño absorbente, sin agua, para limpiar la porta probetas después del uso o al término del trabajo.
No deje llaves, conectores u adaptadores dentro de la máquina.
Antes de colocar un inyector, límpielo para retirar residuos como tierra y carbón.
B. Fluido del estanque y filtro
El fluido del tanque de combustible, pasa por un filtro, tiene una vida útil de aproximadamente 500 horas de uso.
C. Reposición de pequeña parte del fluido
Durante las pruebas, parte del fluido se va perdiendo. Una parte se pierde dentro de los componentes probados, otra por pérdidas o por cualquier otro motivo.
4.4. Ficha técnica del banco de pruebas
Tabla N° 14 Ficha técnica Informaciones técnicas Motor:
Trifásico 220V / 23,2 A Potencia 7,5 HP
Bomba de alta presión: Denso HP3 Mecánica
Capacidad del estanque de fluido: 5 GALONES
4.5.Funcionamiento del módulo
La alimentación del módulo se la realiza con la fuente de poder de 110V C.A.
La fabricación del módulo para inyectores CRDI, está constituida por material plástico, el cual no debe estar dispuesto a la luz solar, también hay que considerar que es un elemento electrónico el cual debe estar fuera del alcance de líquidos, y finamente tiene que estar bien sujeto a una superficie plana ya que se trabaja con grandes presiones el cual exige esfuerzos los cuales podrían arrojar al suelo y dañarlo.
4.6.Componentes del módulo
1. LCD
2. Pulsadores de selección 3. Pulsador OK
4. Interruptor ON-OFF de 5V
5. Carcasa del módulo 6. Pulsador Reset 7. LE´D indicadores
Figura 45 Componentes del modulo
4.7.Descripción general componentes del módulo.
A. LCD: Es la pantalla en la cual vamos a observar las distintas opciones que posee el módulo; tiene una conexión multiplexada con comunicación CAN de Arduino.
1
2 2
3
6
4 5
B. PULSADOR DE SELECCIÓN: Permite seguir o retroceder el cursor en las opciones de la pantalla principal del módulo.
C. PULSADOR OK: Permite aceptar las configuraciones preestablecidas por el operador.
D. INTERRUPTOR ON –OFF 5 V: Permite el paso de una corriente de 5 V para el encendido o apagado de la placa de mando.
E. CARCASA DEL MÓDULO: Es el habitáculo en el contiene las placas y controladores del módulo.
F. PULSADOR RESET: Permite re iniciar la configuración para una nueva prueba.
G. LED Indicador: Nos da a conocer visualmente el trabajo que realiza el inyector.
4.8.Conexión del módulo y la fuente.
Las conexiones a realizar son fáciles pero esto no quiere decir que ce debe tomar las debidas precauciones a continuación se detalla:
4.8.1. Conectar la fuente de alimentación a un interruptor que tenga 100 voltios de CA.
4.8.2. Operación del módulo
1. Encender la fuente de alimentación ON - OFF y verificar si el ventilador gira.
Figura 47 Encendido fuente de energía
2. Pulsamos el interruptor ON –OFF de encendido del LCD. 3. Esperamos el tiempo de presentación.
4. Una vez encendida la pantalla elegimos el modo de operación.
Figura 48 Menú de operación
Figura 49 Menú de operación Ralentí
Figura 50 Menú de operación Media Carga
6. Regresamos y ejecutamos la siguiente opción q seria Alta Carga.
Figura 51 Menú de operación Alta Carga
7. Apagar el menú de operación.
Equipos de protección personal
Mandil Guantes
Gafas de seguridad Casco
Tapones
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUSIONES:
Luego de realizar la construcción e implementación de un simulador didáctico para
inyectores con control electrónico de riel común podemos concluir que este proyecto es viable en su fabricación y desempeño del mismo y permitirá fortalecer el laboratorio del taller automotriz.
Se realizó la selección de la bomba adecuada de tal manera que permite absorber
directamente el combustible del tanque evitando así la instalación de un sistema adicional que contempla otro motor trifásico y una bomba de baja que presión que alimente a la de alta presión. Esto nos evitó un peso y un gasto innecesario.
Se diseñó y construyó el circuito electrónico y eléctrico del módulo comprobador de inyectores CRDI basado en tres ¨placas¨ o circuitos que han sido
denominados: CONTROL, POTENCIA y TRANSFERENCIA, cada uno de estos circuitos permitirán a través del ingreso de datos, enviar pulsos electromagnéticos de ciclo de trabajo variable a los inyectores DENSO.
El banco podrá simular el funcionamiento de los inyectores diésel modernos DENSO electromagnéticos.
El banco fue desarrollado considerando la comodidad y seguridad de los