UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS PARA LA DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE
FUNCIONAMIENTO DE LA EFICIENCIA DE UN FILTRO DE
PARTÍCULAS EN UN MOTOR DIÉSEL HINO DUTRO EN LA
CIUDAD DE QUITO
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
QUISHPE PUMASUNTA DENNIS JAIR
DIRECTOR: ING. EDDY WLADIMIR VILLALOBOS ESPINOSA MSc.
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2017
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO CÉDULA DE IDENTIDAD: 1720986502
APELLIDO Y NOMBRES: QUISHPE PUMASUNTA DENNIS JAIR DIRECCIÓN: Urb. 14 de diciembre S4-24 y Calle B1
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 022322102
TELÉFONO MOVIL: 0982224946
DATOS DE LA OBRA
TITULO:
Análisis para la determinación de parámetros de funcionamiento de la eficiencia de un filtro de partículas en un motor diésel Hino Dutro en la ciudad de Quito.
AUTOR O AUTORES: Quishpe Pumasunta Dennis Jair FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN:
Jueves 12 de enero del 2017
DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
Ing. Eddy Villalobos
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN:
Este estudio titulado, análisis para la determinación de parámetros de funcionamiento de la eficiencia de un filtro de partículas de un motor diésel Hino Dutro en la ciudad de Quito, tiene como objetivo principal analizar por fases los componentes para determinar los parámetros de funcionamiento de la eficiencia de un filtro de partículas, con el scanner se observó las correcciones de inyección que dependerán del régimen de funcionamiento de motor por lo que a menor régimen puede existir mayor rango de corrección de inyección con una menor cantidad de combustible inyectado; a
régimen máximo las correcciones serán similares en los cilindros por tal motivo será evidente el aumento de la cantidad de combustible inyectado total, Los sistemas de inyección que están bajo las especificaciones EURO 3 en adelante tiene problemas con el cálculo de inyección y por ende de emisión de gases en ciudades con altura que sobrepasan los 2000m. Es por ello que la programación que hacen los fabricantes para evitar códigos de diagnóstico es anular el cálculo de consumo de combustible en base a la presión del múltiple de admisión, en consecuencia el MAP del vehículo analizado no se encuentra programado. Se realizó un análisis a la bobina de los inyectores y se determinó que a un régimen de 650 rpm se tiene 1.8 milisegundos entre la pre inyección y la inyección principal este tiempo es inversamente proporcional al incremento de revoluciones, a un régimen de 2700 rpm ya no existe una pre inyección debido a que el tiempo es muy corto para realizarla. En las pruebas realizada para obtener datos de la temperatura de gases de escape medido con una termocupla y un pirómetro se tuvo que 291°C es la máxima temperatura en el múltiple de escape, se realizó una simulación térmica en SolidWorks donde se construyó un silenciador y en la que se indicó que la temperatura máxima en la cara externa del silenciador es de 291°C y haciendo la simulación para determinar la temperatura de los gases de escape en la cara interna del silenciador fue de más menos 430°C con lo que se determinó que la eficiencia del filtro de partículas va a ser mínimo casi nula debido a que en nuestro medio se tiene una combustión incompleta por falta de oxígeno en Quito. Los valores obtenidos (mayor a 300°C) harán que en caso de una post inyección los valores límites de temperatura sobrepasan los 800 grados de temperatura, valores críticos para fundir los materiales. Este sistema no sería eficiente en nuestro medio.
PALABRAS CLAVES:
Filtro de partículas diésel, Obturación, Regeneración, Hino 500,
ABSTRACT:
DEDICATORIA
En primer lugar quiero agradecer a Dios porque me ha dado la fortaleza para poder culminar mi carrera, por él he logrado dar un paso más en mi vida.
Quiero dedicar este estudio a mis padres Patricio Quishpe y Guadalupe Pumasunta quienes les agradezco infinitamente por todo su apoyo, quienes me dieron la vida y me guían en este largo camino, A mi mamita Zoila y papá Segundo quienes son mi inspiración para continuar este camino, a mis tíos Gerardo, Julia, Wilson, Néstor y Guillermo quienes con un consejo, un abrazo me han dado fuerzas en todo este largo camino en especial para mis tías Martha y Emma quienes desde lejos siempre me han apoyado incondicionalmente en toda situación en mi vida, a pesar de que están lejos siempre están en mi mente, a mi tío Jaime muchas gracias por sus consejos, por su preocupación y su tiempo.
De igual manera a mis dos hermanos, David a quien admiro mucho y a quien agradezco por compartir sus conocimientos y ayuda en este estudio. Ariel quien ya está en este camino que sea un incentivo para continuar esta dinastía. Dedicar también este trabajo a Estefanía Díaz, mi gran amor, quien me ha dado su apoyo siempre, gracias por el tiempo que hemos compartido y el cariño que me brindas, siempre estarás en mi corazón.
Quiero expresar un agradecimiento muy especial a mi mentor Alejandro Rojas, por su tiempo, paciencia y por compartir sus conocimientos conmigo. A la familia C-tres quien me acogió en su equipo de trabajo y poder desarrollarme en el campo laboral.
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN 1
1. INTRODUCCIÓN 3
2. METODOLOGÍA 20
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 22
3.1. REQUISITOS MÍNIMOS PARA EL DIESEL PREMIUM 22
3.2. RESUMEN COMPARATIVO DEL DIESEL Y NORMATIVA……..
ECUADOR VS EUROPA 22
3.3. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL VEHÍCULO 23
3.4. PROCEDIMIENTO CON SCANNER PARA REALIZAR UNA……..
REGENERACIÓN DE FILTRO DE PARTÍCULAS 24
3.5. DATOS OBTENIDOS EN PRUEBA 1 (ESTÁTICA) 29
3.7. DETERMINACIÓN DE PARAMETROS DE SENSORES CON…….
OSILOSCOPIO 34
3.7.1. SENSOR MAP ... 34
3.7.2. SENSOR APP ... 37
3.7.3. SENSOR CMP ... 39
3.7.4. BOBINA DEL INYECTOR ... 40
ii 3.8.2. OBTENCIÓN DE DATOS PRUEBA 2 (EN RUTA) DE…….
TEMPERATURA ... 47
3.9. SIMULACIÓN SOLIDWORKS 49 3.10. ANÁLISIS DE RESULTADOS 50 3.10.1. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE CORRECCCIÓN DE,….. INYECCIÓN…. ... 50
3.10.2. ANÁLISIS DE LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE INYECTADO ... 51
3.10.3. ANÁLISIS DE CORRECCIONES EN RUTA ... 52
3.10.4. ANÁLISIS DEL SENSOR MAP ... 53
3.10.5. ANÁLISIS DE PRE INYECCIÓN–INYECCIÓN PRINCIPAL ... 54
3.10.6. ANÁLISIS DE DATOS DE TEMPERATURAS ... 55
3.10.7. ANÁLISIS DE TEMPERATURA EN RUTA ... 57
3.10.8. ANÁLISISDE LA SUMULACIÓN EN SOLIDWORKS ... 57
3.10.9. CÁLCULO DE PERDIDA DE CALOR EN EL TUBO ... 60
3.10.10.DETERMINACIÓN DE TIPO DE FLUJO Y CÁLCULO DEL ---FLUJO MÁSICO DEL GAS Y CALOR EN EL SISTEMA ... 61
3.10.11.CORDIERITA DEL FILTRO DE PARTÍCULAS DIESEL (DPF) ... 64
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 66
4.1. CONCLUSIONES 66
4.2. RECOMENDACIONES 67
5. BIBLIOGRAFÍA 68
iii
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Requisitos del diésel Premium 22
Tabla 2. Resumen comparativo del diésel y normativa Ecuador vs Europa 23
Tabla 3. Especificaciones técnicas Hino 500 Modelo 1018 año 2016 24
Tabla 4. Parámetros de diferencial de presión según el tipo de motor 29
Tabla 5. Datos de la prueba 1 (Vehículo parado) 30
Tabla 6. Datos prueba 2 en Ruta 32
Tabla 7. Datos prueba 2 en Ruta (continuación) 33
Tabla 8. Identificación de cables sensor MAP 35
Tabla 9. Valores de señal del sensor MAP 36
Tabla 10. Identificación de cables sensor APP 37
Tabla 11. Valores en Voltaje del sensor APP a distinto régimen de motor 38
Tabla 12. Identificación de cables del sensor CMP 39
Tabla 13. Identificación de cables para cada inyector 41
Tabla 14. Intervalo de tiempo entre la pre inyección e inyección principal 43
Tabla 15. Valores de temperatura en el múltiple a distintos regímenes………
de motor. 45
Tabla 16. Datos de temperatura a distintos regímenes de motor 46
Tabla 17. Temperatura en abrazadera 1 y 2 47
Tabla 18. Datos de temperatura de la prueba 2 (sin carga) 47
Tabla 19. Datos de temperatura de la prueba 2 (sin carga) continuación 48
Tabla 20. Datos de temperatura prueba 2 (con carga) 48
Tabla 21. Datos de temperatura prueba 2 (con carga) continuación 49
Tabla 22. Dimensiones del filtro de partículas simulado 59
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Diagrama Presión vs Ángulo de cigüeñal. Durante la combustión…..
y su ley de inyección. 4
Figura 2. Perfil de desprendimiento de calor en un motor diésel durante……
la combustión 6
Figura 3. Comparación de dos leyes de inyección 7
Figura 4. Carrera de la aguja del inyector y curva de presión en el cilindro……
(sin pre inyección) 9
Figura 5. Carrera de la aguja del inyector y curva de presión en el cilindro……
(con pre inyección) 10
Figura 6. Carrera de la aguja del inyector y curva de presión en el cilindro……
(con pre inyección) 11
Figura 7. Despiece sistema DPF con revestimiento Delphi 12
Figura 8. Sistema activo de reducción de partículas diésel (DPR) 14
Figura 9. Diferencial de presión vs MAF 15
Figura 10. Ubicación de sensores de temperatura en el DPF 15
Figura 11. Temperatura gases de escape vs voltaje 16
Figura 12. Tabla de coeficientes combinados de convección y radiación 17
Figura 13. Fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas 18
Figura 14. Ubicación del conector DCL en el vehículo 25
Figura 15. Revisión del estado del DPR 26
Figura 16. Pantalla G-Scan DPR STATUS CHECK 26
Figura 17. Pantalla regeneración forzada DPR 27
Figura 18. Pantalla 2 de regeneración forzada del DPR 27
Figura 19. Pantalla revisión de diferencial de presión del DPR 28
Figura 20. Parámetros estándar de diferencial de presión en el DPR 28
Figura 21. Datos de scanner en prueba 1 30
Figura 22. Mapa de recorrido en la prueba 2. (En ruta) 31
Figura 23. Pantalla datos en ruta proporcionada por el scanner 34
Figura 24. Ubicación del sensor MAP 35
v
Figura 26. Oscilograma del cable de señal del sensor MAP 36
Figura 27. Ubicación del sensor APP en el vehículo 37
Figura 28. Conector del sensor APP 37
Figura 29. Oscilograma del sensor APP 38
Figura 30. Ubicación del sensor CMP en el motor 39
Figura 31. Conector del sensor CMP 39
Figura 32. Oscilograma sensor CMP 40
Figura 33. Conector de las bobinas de los inyectores 40
Figura 34. Ilustración del Conector de las bobinas de los inyectores 41
Figura 35. Esquema eléctrico del sistema de inyección 41
Figura 36. Conexión del osciloscopio para observar la grafica 42
Figura 37. Oscilograma de la bobina del inyector 42
Figura 38. Oscilograma de la inyección principal 43
Figura 39. Acople y termocupla 44
Figura 40. Montaje de la termocupla en un perno del múltiple de escape 44
Figura 41. Montaje de la termocupla en el perno de sujeción del freno………
de máquina 46
Figura 42. Mapa de la ruta de la prueba 2 de temperatura 48
Figura 43. Silenciador construido en SolidWorks 49
Figura 44. Resultantes de las correcciones de inyección 51
Figura 45. Presión en el riel común a diferente régimen 52
Figura 46. Cantidad de inyección de combustible. 52
Figura 47. Correcciones de la cantidad de combustible inyectado enruta 53
Figura 48. Curva de trabajo del sensor MAP 54
Figura 49. Intervalo de tiempo entre pre inyección y la inyección principal 54
Figura 50. Incremento de temperatura en el múltiple de escape y perno……
del freno de maquina 55
Figura 51. Incremento de temperatura el tubo de escape obturado 56
Figura 52. Incremento de temperatura en la abrazadera 1 y 2 56
Figura 53. Simulación térmica del silenciador construido. 57
Figura 54. Vista en el simulador de la temperatura del solido 58
Figura 55. Dimensiones del filtro de partículas 58
Figura 56. Circuito eléctrico del DPF 63
vi
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
Anexo 1. Límites de emisiones Euro 5 70
Anexo 2. Límites de emisiones Euro 6 70
1
RESUMEN
Este estudio titulado, análisis para la determinación de parámetros de funcionamiento de la eficiencia de un filtro de partículas de un motor diésel Hino Dutro en la ciudad de Quito, tiene como objetivo principal analizar por fases los componentes para determinar los parámetros de funcionamiento de la eficiencia de un filtro de partículas, con el scanner se observó las correcciones de inyección que dependerán del régimen de funcionamiento de motor por lo que a menor régimen puede existir mayor rango de corrección de inyección con una menor cantidad de combustible inyectado; a régimen máximo las correcciones serán similares en los cilindros por tal motivo será evidente el aumento de la cantidad de combustible inyectado total, Los sistemas de inyección que están bajo las especificaciones EURO 3 en adelante tiene problemas con el cálculo de inyección y por ende de emisión de gases en ciudades con altura que sobrepasan los 2000m. Es por ello que la programación que hacen los fabricantes para evitar códigos de diagnóstico es anular el cálculo de consumo de combustible en base a la presión del múltiple de admisión, en consecuencia el MAP del vehículo analizado no se encuentra programado. Se realizó un análisis a la bobina de los inyectores y se determinó que a un régimen de 650 rpm se tiene 1.8 milisegundos entre la pre inyección y la inyección principal este tiempo es inversamente proporcional al incremento de revoluciones, a un régimen de 2700 rpm ya no existe una pre inyección debido a que el tiempo es muy corto para realizarla. En las pruebas realizada para obtener datos de la temperatura de gases de escape medido con una termocupla y un pirómetro se tuvo que 291°C es la máxima temperatura en el múltiple de escape, se realizó una simulación térmica en SolidWorks donde se construyó un silenciador y en la que se indicó que la temperatura máxima en la cara externa del silenciador es de 291°C y haciendo la simulación para determinar la temperatura de los gases de escape en la cara interna del silenciador fue de más menos 430°C con lo que se determinó que la eficiencia del filtro de partículas va a ser mínimo casi nula debido a que en nuestro medio se tiene una combustión incompleta por falta de oxígeno en Quito. Los valores obtenidos (mayor a 300°C) harán que en caso de una post inyección los valores límites de temperatura sobrepasan los 800 grados de temperatura, valores críticos para fundir los materiales. Este sistema no sería eficiente en nuestro medio.
2
ABSTRACT
This study titled, analysis for the determination of operating parameters of the efficiency of a filter of particles of a Hino Dutro diesel engine in the city of Quito, has as main objective to analyze in phases the components to determine the parameters of operation of the efficiency Of a particulate filter, with the scanner it was observed the injection corrections that will depend on the engine operating regime, so that at a lower rate there may be a greater range of injection correction with a smaller amount of fuel injected; At the maximum rate the corrections will be similar in the cylinders for such reason will be evident the increase of the amount of fuel injected total, The injection systems that are under the specifications EURO 3 onwards has problems with the calculation of injection and therefore of emission Of gases in cities with height that exceeds 2000m. This is why the manufacturers' programming to avoid diagnostic codes is to cancel the calculation of fuel consumption based on the pressure of the intake manifold, consequently the MAP of the vehicle under analysis is not programmed. An analysis was made to the coil of the injectors and it was determined that at a rate of 650 rpm is 1.8 milliseconds between the pre injection and the main injection this time is inversely proportional to the increase of revolutions, at a rate of 2700 rpm no longer There is a pre injection because the time is too short to perform. In the tests performed to obtain data of the exhaust gas temperature measured with a thermocouple and a pyrometer, 291 ° C was the maximum temperature in the exhaust manifold, a thermal simulation was performed in SolidWorks where a silencer was constructed and In which it was stated that the maximum temperature on the outer side of the muffler is 291 ° C and the simulation to determine the exhaust gas temperature on the inner side of the muffler was at least 430°C Determined that the efficiency of the particulate filter is going to be almost zero because in our environment there is an incomplete combustion due to lack of oxygen in Quito. The values obtained (greater than 300 ° C) will make that in case of a post injection the temperature limit values exceed 800 degrees of temperature, critical values to melt the materials. This system would not be efficient in our environment.
3
1. INTRODUCCIÓN
El presente estudio tiene como objetivo analizar las condiciones para determinar los parámetros de funcionamiento de la eficiencia de un filtro de partículas de un motor diésel Hino Dutro en la ciudad de Quito. El análisis se desarrolló mediante cálculos de pérdidas de calor, flujo másico de gas y se realizó una simulación con el software SolidWorks que nos permitirá establecer parámetros adecuados de funcionamiento de un filtro de partículas diésel. Para el cumplimiento del objetivo general se plantean realizar los siguientes objetivos específicos como: analizar las características del diésel que en el Ecuador, describir el sistema de inyección del Hino para conocer el funcionamiento de este tipo sistema, establecer dimensiones para la simulación del filtro de partículas en el software en base a las mediciones tomadas previamente en cuanto a temperatura.
El diésel en el Ecuador es de mediana calidad debido a que en su composición se tiene la presencia de azufre en cantidades muy altas, al cual se lo puede llamar un contaminante del combustible ya que afecta a los motores con ciclo diésel. La presencia de azufre en el combustible produce corrosión en los inyectores, anillos y pistón; reduciendo así la vida útil del motor produciendo un bajo rendimiento del motor (Kates & Luck, 2003).
La deficiencia en los inyectores provocado por depósitos de azufre, hace que se pierda hasta un 15% de combustible en recorridos urbanos mientras que un 5% en recorridos en carretera (EPA, 2007).
Estos depósitos de azufre hacen que los inyectores reduzcan su rendimiento hasta un 30%, disminuyendo el flujo de diésel en comparación a un inyector en perfectas condiciones (CEPAL, 2005).
El índice de cetano mínimo que se requiere en el Ecuador según la norma INEN 1489:2012 Séptima revisión -.PRODUCTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO. DIÉSEL.REQUISITOS, la que establece el mínimo índice de cetano calculado es de 45 según la norma INEN 1495.
Un aspecto importante en este estudio es el proceso de combustión en los motores diésel. La combustión en los motores diésel es por difusión que comienza con la autoinflamación de una mínima cantidad de masa. En el proceso de admisión solo ingresa aire al cilindro, posteriormente antes de PMS en el tiempo de compresión, empieza la inyección de combustible (Muñoz & Robira, 2016).
4 inyectó debido a que se tiene la temperatura del aire adecuada para que se autoinflame el combustible. Este fenómeno se da luego de haber transcurrido un periodo pequeño de tiempo denominado tiempo de retraso. Por otro lado la inflamación por difusión viene dada por la velocidad y forma de inyectar el resto de combustible y se produce simultáneamente al anterior proceso. Debido a esto la cantidad de masa autoinflamada y el proceso de combustión por difusión, junto a ellos los fenómenos que pueden ocurrir quedan sujetos a lo que se denomina ley de inyección, esta debe ser diseñada para obtener mejores prestaciones y un mejor comportamiento del motor.
En la figura 1 se puede observar un ejemplo de la ley de inyección y la evolución de la presión frente al ángulo del cigüeñal, en ella se muestran demás las etapas o fases del proceso de combustión: primera etapa o de pre reacciones, la segunda fase o proceso de combustión y la tercera fase de combustión por difusión.
Figura 1. Diagrama Presión vs Ángulo de cigüeñal. Durante la combustión y su ley de inyección.
(Muñoz & Robira, 2016)
La combustión como tal es una ración termoquímica entre el oxígeno del aire y el combustible, que estos forman teóricamente el dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) adicionalmente se desprende calor, teniendo una relación exotérmica en este proceso. Cuando de esta reacción se obtiene luz en el visible a esto se le denomina como llama.
Para tener como resultado una buena combustión en un motor diésel se debe cumplir algunas premisas:
• Una transformación del combustible de estado líquido a vapor de diésel, esto debido a que, cuanto mayor sea el peso molecular del hidrocarburo menos volátil es y por ende más complejo será el proceso de combustión.
5 encuentran en una mezcla en forma de vapor, pasando a una segunda zona es más heterogénea ya que el combustible no se encuentra en su totalidad en forma de gas.
En la ignición del combustible se da cuando las gotas están formadas y a una temperatura y presión suficiente en la cámara de combustión, pero, si no se tienen las condiciones adecuadas ya sean estas: moléculas demasiado grandes o tener poca cantidad de oxígeno o insuficiente temperatura, el combustible se quemará parcialmente por ende la combustión va a ser incompleta, es decir se oxidará obteniendo partículas de carbonilla y otros contaminantes (Ciria, Estudio de la combustión en motores diesel, 2012).
Las características que se tienen en la combustión se debe estudiar mediante un análisis de desprendimiento de calor y además complementado con la observación del comportamiento de la presión que se tiene en el cilindro durante el proceso mismo de combustión.
Con un análisis se logra obtener información acerca proceso de combustión y se podría descubrir una posible anomalía, el análisis está basado en la medida de presión y temperatura para lo cual se toma en cuenta una serie de estimaciones:
1. Se consideró la composición química tanto de los gases quemados y no quemados.
2. Que no exista transferencia de calor hacia las paredes, ni fugas. 3. Se consideró una reacción entre gases ideales.
La inyección en motores diésel se realiza en una atmosfera de aire caliente comprimido dando lugar a la ignición. La etapa de generación de llama ocurre cuando la combustión comienza con el aire y el combustible en una mezcla pobre, la velocidad de combustión viene en referencia a la velocidad de inyección y la velocidad de mezcla en el cilindro, se tiene ciertos fenómenos importantes en la combustión como son el retazo de la combustión, la combustión por inflamación de la premezcla, la combustión de la mezcla controlada y la combustión de carbonilla (Ciria, Estudio de la combustión en motores diesel, 2012).
6 Figura 2. Perfil de desprendimiento de calor en un motor diésel durante la combustión
(Ciria, Estudio de la combustión en motores diesel, 2012)
1. Tasa de desprendimiento de calor. 2. Comienzo de la inyección.
3. Angulo de cigüeñal (grados). 4. Periodo de retraso de ignición.
5. Fase de combustión de la premezcla.
6. Fase de combustión de difusión controlada. 7. Fase de combustión tardía.
Las tres fases de la combustión son:
Primera fase: tiempo de retraso
La primera fase en la combustión en motores de encendido por compresión (MEC) se da inicio desde el instante que comienza la inyección del combustible hasta que se produce la inflación de mezcla.
Durante su transcurso de esta fase se generan varios procesos físicos y químicos, los físicos inciden directamente en la atomización y evaporación del combustible, por otro lado están los químicos que consisten en el inicio de las primeras reacciones de combustión, poco exotérmicas que continúan gracias a que la temperatura es más alta que la de autoinflamación (Muñoz & Robira, 2016).
Segunda fase: combustión rápida
7 Los factores a considerar en esta fase son las presión máxima alcanzada y el gradiente de presiones en el diagrama presión vs. Ángulo del cigüeñal, esto será mayor cuando la cantidad de combustible evaporizado y mezclado con el aire sea mayor. Tomando en cuenta el tiempo de retraso y la ley de inyección influyen mucho en el aumento de presión en la cámara de combustión, si el tiempo de retraso es mayor, mayor será la cantidad de combustible que se continúa inyectando y la presión será mayor (Ciria, 2012).
Lo mismo ocurre en la ley de inyección, si se inyecta más combustible en el mismo tiempo durante la primera fase, la autoinflamación será más intensa y la presión que llega será mayor.
En la figura 3 se observa la comparación de dos leyes de inyección que se suministra la misma cantidad de combustible pero la velocidad de inyección es distinta, la segunda fase de la combustión tomando en cuenta un tiempo de retraso igual será más intensa en la ley de inyección 2, debido a que la evaporación será mayor debido a que se ha inyectado más.
Figura 3. Comparación de dos leyes de inyección (Muñoz & Robira, 2016)
Tercera fase: combustión por difusión
Esta etapa consiste en la combustión del resto del combustible que queda por quemar, esta etapa no tiene un final localizado, ya que depende de la cantidad que se haya inyectado esto dependerá de la carga del motor (Muñoz & Robira, 2016).
8 Sistema Common Rail
En este sistema existe una bomba de alta presión la cual suministra diésel a una presión muy elevada a un conducto común o llamado también acumulador, donde se encuentran todos los inyectores.
La computadora del motor dará la orden en el instante preciso para que los inyectores se abran y suministren la cantidad de combustible adecuada en los cilindros a una presión oscilante a los 1300 bares (ELECTRONICS, 2013).
El sistema common rail en su desarrollo ha sido diseñado principalmente para:
Reducir el ruido.
Reducir las emisiones contaminantes.
Reducir el consumo de combustible.
El ruido de combustión es la resultante del aumento rápido de la presión en el cilindro, este aumento de presión es producida por la inflamación de la mezcla aire/combustible (DELPHI, 2007).
Control de la inyección
El sistema common rail debe cumplir los siguientes requisitos:
La inyección ha de realizarse en el momento preciso, de existir una divergencia derivará en un consumo anómalo de combustible y emisiones de escape acompañado de ruidos de combustión (DELPHI, 2007).
El control de la inyección está constituido por tres fases marcadas en este proceso que realiza, en la primera fase genera un primer tiempo de la Demanda de inyección, la segunda fase genera un tiempo donde controla los inyectores de acuerdo a las necesidades de conducción traducidas en corriente de control de los inyectores y la tercera fase corrige el comportamiento de los inyectores de ser necesario (DELPHI, 2007).
Este control tiene como función
La gestión de la puesta en fase de todos los inyectores.
La gestión de caudales de inyección.
La conversión de las 2 primeras fases en un impulso de inyección.
9 Inyecciones Pilotos
Las inyecciones pilotos sirven para reducir el ruido producido por la combustión, en efecto la inflamación de una mínima cantidad de combustible previo a la inyección principal permite tener presiones de combustión menor a las de otro sistema de inyección (DELPHI, 2007).
El avance en la inyección piloto va a ser determinada en función del régimen del motor y del caudal requerido, durante una fase de arranque del motor, se puede calcular en función del régimen del motor y de la temperatura del agua (DELPHI, 2007), como se puede observar en la figura 4.
La inyección principal
Figura 4. Carrera de la aguja del inyector y curva de presión en el cilindro (sin pre inyección)
(ELECTRONICS, 2013) 1. Presión de combustión en el cilindro
2. Carrera de la aguja 3. PMS
4. Carrera de la aguja en la inyección principal 5. Angulo del cigüeñal
En la curva de presión de combustión aumenta en la zona previa a PMS de una forma constantes, de acuerdo a la compresión, pero se incrementa muy evidentemente en el inicio de la combustión, este incremento pronunciado de la presión se refleja con los ruidos de la combustión (ELECTRONICS, 2013).
10 Pre inyección
Figura 5. Carrera de la aguja del inyector y curva de presión en el cilindro (con pre inyección)
(ELECTRONICS, 2013)
1. Presión de combustión en el cilindro 2. Carrera de la aguja
3. PMS
4. Carrera de la aguja en la pre inyección 5. Carrera de la aguja en la inyección principal 6. Angulo del cigüeñal
En los vehículos que cuentas con un sistema de inyección common rail se tiene una pre inyección controlada eléctricamente previa a la inyección principal que parte en un momento preciso en el proceso de inyección.
Consiste en una pequeña inyección de combustible en el cilindro, gracias a la pre inyección se tiene un aumento progresivo de la presión de combustión dando como resultado una combustión de mayor calidad (ELECTRONICS, 2013).
Con la pequeña cantidad de combustible preinyectada se consigue tener un frente de llama y calentar la parte superior del cilindro, consiguiendo un margen de temperatura óptimo haciendo así un acondicionamiento de la cámara de combustión. La pre inyección ayuda a controlar los óxidos nitrosos que se genera en los gases de escape (DELPHI, 2007), como se puede observar en la figura 6.
11 Figura 6. Carrera de la aguja del inyector y curva de presión en el cilindro (con pre
inyección) (ELECTRONICS, 2013)
1. Carrera de la aguja 2. Pre inyección 3. Angulo del cigüeñal 4. Inyección principal 5. Post inyección inicial 6. Post inyección final
Los vehículos que cuentan con el sistema de filtro de partículas diésel ocurren tanto la pre inyección y la inyección principal, dos postinyecciones durante el proceso de regeneración, que se explicara más adelante (ELECTRONICS, 2013).
Una post inyección inicial hace presencia inmediatamente ocurrida la inyección principal a determinadas cargas y regímenes del motor, esta post inyección tiene lugar dentro de la combustión que aun se ha de encontrar en proceso.
La finalidad de esta post inyección inicial es incrementar la temperatura de los gases de escape mientras ocurre el proceso de regeneración del filtro de partículas diésel, además de incinerar algunas partículas de hollín producto de la combustión y de la regeneración (ELECTRONICS, 2013).
12 persistente de esta manera contribuye en la regeneración del filtro de partículas diésel (ELECTRONICS, 2013).
Filtro de partículas diésel
Para cumplir con los controles de emisiones es necesario implementar sistemas de control sobre los gases de escape, estos se logra con la utilización de filtros atrapa partículas los cuales tienen diferentes tipos de funcionamiento e intervención por parte de la computadora del vehículo por la parte de gestión electrónica del sistema (ELECTRONICS, 2013).
Filtros de partículas con revestimiento
Este tipo de filtros de partículas vienen diseñados utilizando materiales especiales como el carburo de silicio, los paneles internos tienen un revestimiento de platino y oxido de cerio, con estos materiales se logra que a temperaturas cercanas a los 300°C para que cumpla una regeneración de los gases resultantes de la combustión (ELECTRONICS, 2013), como se observa en la figura 7.
Figura 7.Despiece sistema de filtro de partículas con revestimiento Delphi (DELPHI, 2007)
1. Catalizador de oxidación
2. Sensor de temperatura de los gases de escape del catalizador 3. Sección flexible
4. Sensor de temperatura de los gases de escape del filtro de partículas 5. Pantalla térmica del filtro de partículas
6. Filtro de partículas diésel
7. Tubería trasera del sensor de presión diferencial del filtro de partículas 8. Tubería delantera del sensor de presión diferencial del filtro de partículas
13
Hidrocarburos no quemados y monóxidos de carbono los cuales se oxidan debido a las presencia de oxigeno de los gases de escape.
Este sistema trabaja separando los óxidos de nitrógeno NOx en 𝑁2 y CO, este se unen con el oxígeno y forma el dióxido de carbono.
Este proceso se lleva a cabo a niveles de temperatura de 350-450°C. De no tener estas condiciones para realizar la regeneración de los contaminantes interviene una regeneración activa (ELECTRONICS, 2013).
Esta regeneración activa debe darse cuando el vehículo realice trayectos cortos debido a que no alcanzará la temperatura óptima, la ECU recibe y procesa los datos de funcionamiento del motor y da la orden de inicio de regeneración activa luego de evaluar los datos del sensor de presión diferencial del filtro de partículas (ELECTRONICS, 2013).
El motor realiza un procedimiento auxiliar para alcanzar una temperatura de 600°C variando y utilizando un mapeo adicional de la ECU en el sistema de inyección, parámetros que varias son:
Post inyección próxima a la inyección principal
Incremento de la cantidad de combustible inyectado
Retraso en la inyección principal
Restricción en el ingreso de aire en la admisión mediante la válvula de corte del colector de admisión
Una segunda post inyección más retrasada en relación a la inyección principal
La ECU del vehículo registra y evalúa datos provenientes de los sensores de temperatura para los gases de escape y un sensor de presión diferencial así detectara cuando el filtro de partículas se encuentra obturado y realizara una regeneración activa (ELECTRONICS, 2013).
Filtro de partículas Hino 500
14 Figura 8. Sistema activo de reducción de partículas diésel (DPR)
(Control Electronico Hino Dutro, 2009)
1. Convertidor catalítico 2. Gases de escape
3. Catalizador de oxidación 4. Flujo de gases de escape
Se debe conocer que las partículas generadas por la combustión del combustible pueden ser desintegradas a una temperatura mayor a 600 grados centígrados (también llamado etapa de regeneración). Por tal motivo en este sistema en primera instancia se atrapan las partículas en un filtro para así una vez que esté por saturase este, lograr aumentar la temperatura en el escape hasta alcanzar esta temperatura de desintegración.
Esto quiere decir que las etapas para lograr este objetivo son:
• Detención del material particulado en los poros del filtro de cerámica. • Lectura de parámetros de temperatura y presión en el filtro de partículas. • Lectura de parámetros de temperatura de motor y cantidad de caudal
másico de aire a fin de determinar momentos ideales para la eliminación de partículas (regeneración).
• Activación de regeneración (post inyección).
• Control de temperatura y presión en el filtro de partículas.
Medición de presión de saturación del filtro de partículas
15 rpm, con un ingreso de 100 a 110 g/s y a una temperatura de escape no mayor a 200 grados centígrados.
Lo que quiere decir a valores de presión diferencial mayor, es un indicativo de inicio de saturación del filtro hasta valores diferenciales de 50 KPa que indican que se necesita una regeneración eminente por saturación, como se observa en la figura 9.
Figura 9. Diferencial de presión vs MAF (Dutro, 2009)
1. Valor límite de diferencial de presión 2. Limite
Medición de temperatura filtro de partículas diésel
Es importante el monitoreo de temperatura de los gases de escape tanto antes como después del filtro de partículas, esta temperatura va en aumento a medida de que el filtro se obtura y obviamente en función del régimen del motor y la carga del mismo.
Las condiciones normales para tener lecturas ideales de diferencia de presión son de 200 grados centígrados en el escape, las mismas que cuando aumentan a unos 300 a 350 grados centígrados cuando el filtro está taponado. Mientras que en etapa de regeneración esta temperatura alcanza más de 600 grados centígrados, en los cuales hay que tener valores de lumbrera inferiores a 800 grados centígrados para así evitar que los materiales se fundan.
Estos sensores son de tipo termistor NTC, ya que a mayor temperatura disminuyen su resistencia. Estos tienen una alimentación de cinco voltios y sus valores estándar están entre 0,2 a 4,9 voltios, fuera de los cuales la computadora tomará como valor erróneo para enviar un DTC (código de falla), como se observa en las figuras 10 y 11.
16 1. Flujo de gases de escape
2. Sensor de temperatura de gases de escape 1 3. Sensor de temperatura de gases de escape 2 4. Filtro de partículas diésel
5. Sensor de temperatura de gases de escape
Figura 11. Temperatura gases de escape vs voltaje (Dutro, 2009)
Cálculo teórico de transferencia de calor a través del filtro de partículas
Existen dos resistencias en la transferencia de calor:
Pared del tubo:
Ecuación [1] trasferencia de calor a través de la pared del tubo.
𝑞 =
2 𝜋𝐾𝑡2.3 log𝐷2
𝐷1
(𝑡
1− 𝑡
2)
[1]
Radiación y convección del aire:
Ecuación [2] trasferencia de calor por radicación y convección del aire
𝑞 = ℎ
𝑎𝜋𝐷
2(𝑡
2− 𝑡
𝑎)
[2]
Combinando estas ecuaciones que reflejan en flujo de calor por cada resistencia y el como el flujo de calor es el mismo a la largo de todo el área de transferencia, vamos a calcular el flujo de calor desde el interior del tubo hasta el aire ambiente es decir (𝑡1− 𝑡𝑎)
Ecuación [3] trasferencia de calor en combinación.
(𝑡
1− 𝑡
𝑎) = q (
2.32𝜋𝑘1
log
𝐷2
𝐷1
+
1
h𝑎𝜋𝐷2
)
[3]El término dentro del paréntesis del denominador son las dos resistencias. Por tanto la tenemos la ecuación [4]
q =
𝜋 (𝑡1−𝑡𝑎) 2.3 2𝑘1log 𝐷2 𝐷1+ 1 h𝑎𝐷2[4] 0 500 1000 1500
0 1 2 3 4 5 6
17
𝜋 es una constante matemática relacionada con la fórmula de una circunferencia y tiene valor de 3.1416.
𝐷2 y 𝐷1 son variables que significan el diámetro externo e interno de la tubería respectivamente, al igual que 𝜋 son constantes que no dependen de la temperatura.
𝑘1es valor de la conductividad térmica de la tubería en este caso el acero inoxidable AISI 316, este valor es característico de cada material y varía en función de la temperatura.
𝑘1 = 16,3 𝑊
𝑚𝐾 = 113,016 Btu/h. pie2. (°F/pie)
h𝑎es el coeficiente convectivo del aire y al igual que la conductividad térmica de la tubería varía en función de la temperatura pero no de la misma forma que la conductividad térmica, el coeficiente convectivo es también una propiedad característica de cada material.
Se supone la temperatura de la pared externa del tubo para así calcular mediante una gráfica preestablecida el coeficiente convectivo de aire.
Con esta temperatura en la figura 55 del libro Procesos de transferencia de calor de Donald Q. Kern Página 34 y obtengo el valor de h, la tabla se observa en la figura 12.
Figura 12. Tabla de coeficientes combinados de convección y radiación Se tiene 𝑡2= 650 F, t2 – 70°F = 580 °F, ha = 5.4 Btu/h.pie2.°F
Se supone también que la temperatura de la pared interna del tubo igual a la temperatura de los gases de escape, es decir, ti=t1
Régimen del flujo
18 en el comportamiento de las partículas fluidas, que a su vez depende del balance entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas o de rozamiento, como se ve en la figura 13.
Figura 13. Fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas
Como se verá posteriormente, el número de Reynolds es el parámetro que expresa la relación entre las fuerzas de inercia y las viscosas en el interior de una corriente, por lo que el régimen hidráulico va a depender de su valor.
Régimen laminar: las partículas del fluido se mueve siempre a lo largo de trayectorias uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido, dirección y magnitud.
En tuberías de sección circular, si hacemos un corte transversal, las capas de igual velocidad se disponen de forma concéntrica, con v > 0 junto a las paredes de la tubería y velocidad máxima en el centro.
Corresponde el régimen laminar a bajos valores del número de Reynolds y suele darse a pequeñas velocidades, en tubos con pequeño diámetro y con fluidos viscosos. En estas condiciones, las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia.
El paso de régimen laminar a turbulento no se produce de manera instantánea. Cuando se trabaja en régimen laminar, a velocidades bajas, y se fuerza al fluido para que adquiera mayor velocidad, comienzan a aparecer ondulaciones (régimen crítico), y de persistir este aumento llevará al fluido a alcanzar el régimen turbulento. Así, un filete de colorante inyectado en una corriente laminar sigue una trayectoria bien definida. Si aumentamos la velocidad, el filete comenzará a difundirse hasta terminar coloreando toda la corriente (régimen turbulento).
19 Número de Reynolds
El número de Reynolds es el número adimensional
[5]
Donde D es el diámetro del tubo, 𝛿 la densidad del fluido, y h la viscosidad, y v su velocidad.
Re < 2000: Régimen laminar.
2000 >Re <4000: Zona crítica o de transición.
Re < 4000: Régimen turbulento.
20
2. METODOLOGÍA
En esta sección describe los métodos de utilizados en la realización de este estudio, se hará una revisión lógica del proceso que se el cual e llevo a cabo en este estudio. Con la finalidad de tener un soporte y sustento del presente estudio permitiendo comprender de una mejor manera la investigación realizada.
Se recopiló toda la información necesaria para poder conocer a partir del combustible que se utilizara, las propiedades que tiene el mismo en su composición para pasar a luego a saber cómo se realiza la combustión en los motores diésel, los residuos que se tiene producto de esa combustión, cuantificarlos y analizar con las normativas vigentes en cuanto a emisiones producidas por fuentes móviles diésel, teniendo claro este punto se adentrara en lo que es la gestión electrónica diésel y que es lo que se hace para reducir las emisiones contaminantes lo cual se indica en la sección siguiente. Posteriormente se realizó un análisis del funcionamiento del sistema Common Rail, el control de inyección que tiene este sistema para realizar tres tipos de inyecciones, una pre inyección con el fin de reducir el ruido una inyección principal y una post inyección que se requiere para un proceso de regeneración del filtro de partículas diésel este proceso se detalla en el marco teórico.
Se utilizó para la obtención de datos en cuanto a valores de temperatura en los gases de escape. Para tener una visión clara de lo que se busca con este estudio se visualizó la información del vehículo proporcionada por el scanner y ver parámetros como los de presión del riel común y consumo de combustible a diferentes regímenes de motor.
Con la ayuda de un multímetro y osciloscopio automotriz se ubicó y describió con el oscilograma el funcionamiento de los sensores MAF, APP y CMP, además se observó el pulso de inyección desde los cables de la bobina de cada inyector.
El proceso de obtención de datos de temperatura en el sistema de escape fue el siguiente:
Se construyó un acople el cual va en los mismos pernos del múltiple de escape, abrazaderas antes y después del silenciador del vehículo
21
Se realizó dos tipos de pruebas, una estática es decir con el vehículo parado y otra prueba en ruta.
Se compiló los datos y se realizó una simulación en SolidWorks del flujo de los gases de escape
Se observó los datos obtenidos en las pruebas tanto estáticas como en ruta, teniendo datos como rpm y presión del riel, las correcciones de inyección que hace la ECU dependiendo las regímenes de motor que se tiene en ruta, el consumo de combustible, se dio en forma de interpretación para tener una visión clara de lo que se va obteniendo en la investigación. la interpretación de las mismas curvas en cuanto a un incremento significativo de temperatura cuando el vehículo se encuentra con carga, comparando con datos del fabricante y con un diésel de mejor calidad se ve una diferencia notable de temperatura que se debería tener en el sistema de escape.
Se realizó los cálculos teóricos en cuanto a perdida de calor en trasferencia por la pared del tubo con la ecuación [1], se realizó el cálculo de calor desprendido tomando en cuenta los parámetros de diseño del filtro de partículas simulado con la ecuación [4] para determinar si el flujo es laminar o turbulento se calculó el número de Reynolds con la ecuación [5], calculamos luego el flujo másico del gas, para estos cálculos se tomó en cuanta al dióxido de carbono se realizó con la ecuación [6]. Con estos resultados se realizó una comparación con los datos obtenidos del simulador.
Los equipos que se utilizó en este proyecto fueron de gran importancia para el desarrollo de esta investigación, fue el scanner automotriz G-Scan 1 el cual permitió visualizar los datos reales del funcionamiento del vehículo y además que permitirá realizar un chequeo del estado del DPR y una regeneración manual del DPR si es sistema estuviera habilitado, otro instrumento que se utilizo fue el osciloscopio con el cual se observó los oscilogramas de los sensores y poder entender su función en el vehículo, se observó una pre inyección y una inyección principal en el oscilogramas y los intervalos de tiempo entre estas dos inyecciones, una termocupla y un termómetro láser con los que se obtuvo los datos para su posterior análisis e interpretación y deducir los parámetros de funcionamiento del DPF.
22
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. REQUISITOS MÍNIMOS PARA EL DIESEL PREMIUM
La norma técnica ecuatoriana NTE INEN 1489:2012, es la que se encuentra en rigor actualmente para los productos derivados del petróleo: diésel, a continuación la tabla 1 hace referencia a los requisitos mínimos que se debe cumplir para el diésel premium que es utilizado para motores de autoignición y para la propulsión de vehículos del sector automotriz a nivel nacional.
Tabla 1. Requisitos del diésel Premium
(NORMA TÉCNICA ECUATORIANA NTE INEN 1489:2012).
3.2. RESUMEN COMPARATIVO DEL DIESEL Y NORMATIVA
ECUADOR VS EUROPA
23 Tabla 2. Resumen comparativo del diésel y normativa Ecuador vs Europa RESUMEN COMPARATIVO DEL DIESEL Y NORMATIVA ECUADOR VS EUROPA
CALIDAD DEL DIESEL ECUADOR EUROPA
Origen geográfico Oriente ecuatoriano Medio Oriente (Arabia)
Crudo utilizado para refinar Diésel
pesado 25 grados API liviano 35 grados API
Número de procesos de refinación del
Diésel
1 3
Cantidad de Azufre en Diésel (ppm)
500 (Premium) 15
Índice de Cetano mínimo 45 46
Contenido de Biodiesel del 0 al 5% del 5 al 10%
Temperatura de
destilación al 90% 360 °C 360 °C
Viscosidad @ 40°C 2 a 5 mm2/s 2 a 4,5 mm2/s
EMISIONES Norma NTE INEN 2207
(vigente)
EURO 5 (vigente)
HC + NOx (g/Km) 0,97 0,23
PM (g/Km) 0,14 0,005
CO (g/Km) 2,72 0,5
Prueba de revisión vehicular de diésel
Opacidad al 50% Opacidad al 50% (Ing. Ortiz Vallejo, 2010)
3.3. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL VEHÍCULO
Teniendo en consideración estas comparativas de uso de diésel, se procede a realizar las pruebas para este estudio.
24 Tabla 3. Especificaciones técnicas Hino 500 Modelo 1018 año 2016
MOTOR
Marca Hino
Referencia J05ETY
Desplazamiento 5123 c.c. Potencia máxima 207 HP @ 2500 rpm
Torque máximo 65 Kg.m @1500rpm
No. cilindros y disposición cuatro en línea
Combustible Diésel
Aspiración Turbo intercooler Norma de emisiones Euro III
CAJA
Marca Hino
Referencia LX06S
Tipo Manual
No. cambios (adelante) 6MT PESOS Y CAPACIDADES
Peso bruto vehicular 10400 Kg
Peso chasis 3115 Kg
Capacidad de carga bruta 7285 Kg (Dutro, 2009)
3.4. PROCEDIMIENTO CON SCANNER PARA REALIZAR UNA
REGENERACIÓN DE FILTRO DE PARTÍCULAS
25 Como primer punto se ubicó el conector DLC (Conector de Enlace de Datos o Conector de Diagnosis) que es un conector de 16 pines estandarizado entre los equipos de diagnosis y los fabricantes de automóviles. El DLC está ubicado en la zona inferior izquierda del panel de instrumentos, debajo o alrededor del lado del conductor como en la mayoría de vehículos. En la figura 15 se puede observar la ubicación del conector DCL en este vehículo, como se puede observar en la figura 14.
Figura 14. Ubicación del conector DCL en el vehículo (Dutro, 2009)
Se conectó el scanner G-Scan 1, siguiendo el protocolo de ingreso que permita visualizar los datos del vehículo, como se puede observar en la figura 15. Además de:
1. Elegir la marca del vehículo: HINO 2. Buscar la serie del vehículo: Serie 500 3. Elegir tren motriz
4. Funciones especiales
26 Figura 15. Revisión del estado del DPR
Se ingresa en esta función especial que permite el scanner; en el cual se pudo observar las condiciones que el equipo recomienda para realizar una regeneración indicándonos que: si el estado del DPR actual y el estado previo del DPR está todo en (OFF) apagado es una condición de funcionamiento normal.
Si uno de los estados de DPR actual o DPR anterior está en (ON) encendido, necesitaría limpiar o inspeccionar DPR, para luego resetear el estado del DPR y así poder realizar limpieza de los filtros de partículas es decir acciona el estado de DPR.
Lo que se pudo observar en el equipo de diagnóstico fue lo siguiente:
Indicador de nivel alarmante para obstrucción: (apagado)
Indicador de nivel peligroso para obturación: (apagado)
Mal funcionamiento en la temperatura del catalizador: (apagado)
Las condiciones indicadas, dan la pauta para poder hacer una regeneración manual mediante el escáner., como se puede observar en la figura 16.
Figura 16. Pantalla G-Scan DPR STATUS CHECK
27
Figura 17. Pantalla regeneración forzada DPR
Ingresando en esta función especial de regeneración manual del DPR, como se puede observar en la figura 18. El escáner desplegó indicaciones fundamentales para realizar esta actividad, las cuales fueron:
1. Parquear el vehículo en una zona segura
2. Colocar en neutro la trasmisión, y con freno de parqueo 3. Desconectar el PTO o toma fuerza
4. El motor de vehículo esté a temperatura normal de funcionamiento 5. Esta regeneración durará aproximadamente 20 minutos
6. Confirmar que no existan códigos DTC presentes
28 Una vez que se revisó estos puntos a tomar en cuenta, se colocó en OK. Si bien se procede a empezar esta regeneración, el equipo dió un aviso de que la programación del mismo no está habilitada.
La siguiente prueba que se realizó es la de revisión del diferencial de presión en el DPR, es decir diferencial de presión en el filtro de partículas si lo tuviere, como se puede observar en la figura 19.
Figura 19. Pantalla revisión de diferencial de presión del DPR
Se Ingresó en la opción y presenta los parámetros estándar de diferencial de presión con los que se debería comparar con los obtenidos en la prueba a cierto régimen de revoluciones por minuto, como se puede observar en la figura 20.
29 Se observó los parámetros estándar que se tiene en el diferencial de presión según los tipos de motores utilizados en la serie 500, como se indica en la tabla 4.
Tabla 4. Parámetros de diferencial de presión según el tipo de motor
TIPO DE MOTOR RPM VALOR DE DIFERENCIAL DE PRESION
ESTANDAR (KPa)
J05 3300 11.0
J07 3100 17.5
J08 3100 23.0
Se observó también que, el scanner no permitía observar la presión que en ese momento se tenía a 1442 rpm, no se obtuvo un dato del diferencial de presión, por consecuencia tampoco se realizó esta prueba debido a que no está equipado con estos sensores.
Pruebas de parámetros de funcionamiento de motor en referencia a inyección de combustible
Para saber el comportamiento de temperatura de los gases de escape y lógicamente de los elementos de escape por donde se trasladan estos, se realizó la toma de medidas con escáner de los principales parámetros de inyección y su comportamiento con el motor en ralentí y bajo carga, tanto con el vehículo detenido y en movimiento.
3.5. DATOS OBTENIDOS EN PRUEBA 1 (ESTÁTICA)
30 Tabla 5. Datos de la prueba 1 (Vehículo parado)
En la figura 21 se indica los parámetros que provee el scanner, estos datos se obtuvo en el test de actuaciones, es decir con el vehículo en plenas condiciones de funcionamiento
Figura 21. Datos de scanner en prueba 1
RPM Corrección cantidad de inyección 1 [𝐦𝐦𝟑] Corrección cantidad de inyección 2 [𝐦𝐦𝟑] Corrección cantidad de inyección 3 [𝐦𝐦𝟑] Corrección cantidad de inyección 4 [𝐦𝐦𝟑] Inyección de combustible. [𝐦𝐦𝟑]
650 2,1 2,5 1 0,8 10
900 1,7 1,9 1,3 1,1 10,2
1100 1,6 1,6 1,1 1,2 10,5
1300 1,6 1,6 1,1 1,2 10,7
1500 1,6 1,6 1,1 1,2 10,8
1700 1,6 1,6 1,1 1,2 11,3
1900 1,6 1,6 1,1 1,2 11,6
2100 1,6 1,6 1,1 1,2 12,1
2300 1,6 1,6 1,1 1,2 12,9
2500 1,6 1,6 1,1 1,2 14
2700 1,6 1,6 1,1 1,2 14,9
3000 1,6 1,6 1,1 1,2 15,8
31
3.6. DATOS OBTENIDOS EN PRUEBA 2 (EN RUTA)
La prueba 2 tiene un recorrido el cual se observa en la figura 22 la se realizó en el tramo comprendido entre San Miguel de Atalpamba (Finca El Chiván) – Estadio de Chinchinloma (Finca Santa Martha) este recorrido está comprendido en aproximadamente 15 km.
Figura 22. Mapa de recorrido en la prueba 2. (En ruta)
32 Tabla 6. Datos prueba 2 en Ruta
Velocidad [𝒌𝒎/𝒉] RPM Presion del riel común [𝑷𝑺𝑰] Apertura del sensor de aceleración 1 [%] Apertura del sensor de aceleración 2 [%] Corrección cantidad de inyección 1 [𝐦𝐦𝟑]
20 1480 10747 NA NA 1,7
19 1435 10438 NA NA 1,7
23 1813 11352 NA NA 2,4
20 1531 10454 NA NA 2,4
23 1752 11922 NA NA 2,4
24 1673 12612 60 57,3 2,4
25 1947 13076 65,1 62,4 2,4
11 1305 9879 48,2 45,9 2,4
22 1781 13849 100 100 2,4
16 1883 10909 34,9 34,5 1,9
64 2162 13767 61,6 58,4 1,3
80 2060 16343 100 100 1,3
63 2111 16623 100 100 1,3
65 2143 15425 76,9 72,9 1,3
58 2139 14933 100 100 1,3
85 2168 17474 92,5 89,8 1,3
89 2293 13707 62,7 60 1,3
67 2282 19242 100 100 1,9
85 2211 15639 77,6 74,5 1,9
52 1798 11371 59,6 60,4 1.3
12 1528 9711 30,6 27,8 0,8
15 1951 11387 42,7 42,2 0,8
33 observa en la tabla 7. Se tiene que la velocidad mínima en esta prueba es de 11 km/h en una pendiente pronunciada aproximadamente de 15%, y una máxima de 89 km/h con una pendiente de 0.6% todas las pruebas se realizaron a una temperatura entre 89°C y 94°C temperatura normal del motor.
Tabla 7. Datos prueba 2 en Ruta (continuación)
Corrección de la cantidad de inyección 2
[𝐦𝐦𝟑]
Corrección de la cantidad de inyección 3
[𝐦𝐦𝟑]
Corrección de la cantidad de inyección 4 [𝐦𝐦𝟑] Cantidad de inyección de combustible [𝐦𝐦𝟑]
2,2 1.1 1,9 34,6
2,2 1.1 1,9 37
2,1 1,1 1,9 29,6
2,1 1,1 1,9 59,7
2,1 1,1 1,9 66,7
2,1 1,1 1,9 58,1
2,1 1,1 1,9 65,3
2,1 1,1 1,9 52,5
2,1 1,1 1,9 108,5
1,6 2,1 0,4 17,4
1,1 1,4 0,6 70,7
1,1 1,4 0,6 109,4
1,1 1,4 0,6 109,6
1,1 1,4 0,6 77,2
1,1 1,4 0,6 109,4
1,1 1,4 0,6 109,4
1,1 2,2 0,1 45,1
0,6 1,9 0,6 109,3
0,6 1,9 0,6 72,5
1.1 1.3 0.6 68
1,1 1,3 0,6 7,2
1,1 1,3 0,6 23,1
34 que se encuentra, estos datos se interpretaran más adelante, se puede observar en la figura 23 los datos proporcionados por el scanner.
Figura 23. Pantalla datos en ruta proporcionada por el scanner
3.7. DETERMINACIÓN DE PARAMETROS DE SENSORES
CON OSILOSCOPIO
3.7.1. SENSOR MAP
Se utilizó el osciloscopio para observar el comportamiento de los sensores que influyen en el funcionamiento de DPR.
35 Figura 24. Ubicación del sensor MAP
Figura 25. Conector sensor MAP
Como siguiente paso se identificó cada uno de los cables del sensor MAP como se indica en la tabla 8.
Tabla 8. Identificación de cables sensor MAP Amarillo/rojo Voltaje de referencia 5V
Amarillo Señal 341 mV Amarillo/negro Masa 41 mV
36
Figura 26. Oscilograma del cable de señal del sensor MAP
Como se observa en la figura 26 se tiene una señal de una corriente pulsante y de frecuencia variable, el voltaje varía de acuerdo al flujo de aire del régimen de motor al que se encuentre, se obtuvo los datos a diferentes rangos de rpm, El osciloscopio se encuentra a una escala de 0.2 mV y a 20 ms por división, que se muestran en la tabla 9.
Tabla 9. Valores de señal del sensor MAP SENSOR MAP
RPM SEÑAL (mV)
700 243
900 244,6 . 245,9
1300 246,9
1500 253,3
1700 266
1900 289
2100 322
2300 365
2500 414
2700 490
2900 570
37
3.7.2. SENSOR APP
El siguiente sensor a analizar fue el APP (Accelerator Pedal Position) sensor de posición del pedal del acelerador, se ubica detrás del pedal de aceleración, como se indica en la figura 27.
Figura 27. Ubicación del sensor APP en el vehículo
Se identifica cada cable, el APP cuenta con dos sensores 3 cables cada uno, eso se puede confirmar como se vió en el scanner existen 2 datos de porcentaje de apertura de la mariposa de aceleración, como se observa en la figura 28.
Figura 28. Conector del sensor APP
En la tabla 10 se indica la identificación de cada cable del sensor APP y su voltaje.
Tabla 10. Identificación de cables sensor APP Rojo Voltaje de
referencia
5 V Rojo/verde Señal 0.7 V
Negro Voltaje de referencia
5 V
Rojo/tomate Masa 41.2 mV Rojo /amarillo Señal 0.7 V
38 Se observa la gráfica en el osciloscopio del cable de señal con un acelerón fuerte, como se indica en la figura 29.
Figura 29. Oscilograma del sensor APP
Identificados los dos cables de señal se realiza una prueba a distintos regímenes de motor para observar el funcionamiento del sensor APP, como se observa en la tabla 11 los resultados.
Tabla 11. Valores en Voltaje del sensor APP a distinto régimen de motor
SENSOR APP
RPM SEÑAL 1 (V) SEÑAL 2 (V)
700 0,84 0,76
900 1,22 0,83
1100 1,77 1,72
1300 1,91 1,86
1500 2,1 1,95
1700 2,08 2,03
1900 2,17 2,15
2100 2,25 2,21
2300 2,35 2,31
2500 2,45 2,41
2700 2,54 2,49
2900 2,63 2,59
39
3.7.3. SENSOR CMP
El sensor CMP (Camshaft Position Sensor) sensor de posición del árbol de levas, es muy importante para el funcionamiento del vehículo, ubicado en la parte posterior del motor, como se observa en la figura 30.
Figura 30. Ubicación del sensor CMP en el motor
El sensor cuenta con 3 cables, se procede a identificarlos, como se observa en la figura 31, con la ayuda del multímetro se puede identificar que es cada cable del sensor, los datos obtenidos se muestran en la tabla 12.
Figura 31. Conector del sensor CMP
Tabla 12. Identificación de cables del sensor CMP Azul Voltaje de referencia 5 V Azul/morado Masa 49.4 mV
Celeste Señal 5.15 V
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Figura 32. Oscilograma sensor CMP
La escala del osciloscopio está a 5V y 20 ms, se observa que el voltaje máximo que alcanza es de 5V y el gradiente de señal del árbol de levas se muestra cada 40ms.
3.7.4. BOBINA DEL INYECTOR
Se identificó el arnés de cables que van hacia los inyectores del cual se observó el pulso de inyección que tiene cada inyector, como se puede observar en la figura 33.
Figura 33. Conector de las bobinas de los inyectores
41 Figura 34. Ilustración del Conector de las bobinas de los inyectores
Tabla 13. Identificación de cables para cada inyector INYECTOR 1 Blanco Verde
INYECTOR 2 Amarillo Negro INYECTOR 3 Morado Rojo INYECTOR 4 Azul Rosado
Se interpreta de mejor manera la estructura de la conexión del arnés de las bobinas de los inyectores en el siguiente esquema eléctrico de la figura 35.
42 Teniendo ya claro como es la conexión de este sistema y los cables plenamente identificados, se pincha cada par de cables de cada inyector y se observa el oscilograma, como se observa en las figuras 36 y 37.
Figura 36. Conexión del osciloscopio para observar la grafica
Figura 37. Oscilograma de la bobina del inyector
43 prueba a diferentes regímenes de motor para observar el tiempo entre pre inyección e inyección principal. Los valores se observan en la tabla 14.
Tabla 14. Intervalo de tiempo entre pre inyección y la inyección principal BOBINA DE INYECTOR
RPM t (ms)
700 1,9
900 1,7
1100 1,5
1300 1,3
1500 1,1
1700 1
1900 0,8
2100 0,75 2300 0,60 2500 0,55
2700 NA
2900 NA
3100 NA
Se tiene que el tiempo comprendido entre pre inyección e inyección principal es inversamente proporcionalmente al aumento de las revoluciones y que a partir de 2900 rpm ya no se tiene pre inyección, como se observa en la figura 38.
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3.8. PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCIÓN DE DATOS DE
TEMPERATURA
Como se vió con el scanner no se tiene información acerca de la temperatura de los gases de escape, esto influye mucho en el sistema de regeneración del DPR, para obtener datos sobre la temperatura de los gases de escape, se fabricó un acople el cual con una termocupla en contacto con el múltiple de escape y previo al silenciador, con la información que se obtenga realizar una simulación en SolidWorks comparar con cálculos teóricos y deducir la temperatura de los gases de escape, como se puede observar en la figura 39.
Figura 39. Acople y termocupla
Una vez construido el acople el cual sirve como soporte para la termocupla en el múltiple de escape, se procede a la instalación del mismo, como se observa en la figura 40.
