Diagnóstico de Motores Diesel

DIAGNÓSTICO DE MOTORES DIESEL

UNIDAD 1 INTRODUCCIÓN AL DIAGNÓSTICO DEL MOTOR DIESEL INTRODUCCIÓN: Esta unidad suministra una introducción al diagnóstico y reparación del motor, también considera los recursos de diagnóstico disponibles para ayudar a resolver problemas del motor. OBJETIVO GENERAL: •

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

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • • •

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

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

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

Caterpillar lidera el mercado con 47% de participación, algunos de sus modelos son:

Tabla 1.1 Modelos de motor Cat.

Figura 1.2 Motor Cat.

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

Tabla 1.2 Modelos de motor Cummins.

Figura 1.3 Motor Cummins.

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

Tabla 1.3 Modelos de motor Cat.

Figura 1.4 Motor Detroit.

El diagnóstico del motor evalúa la condición del motor y las causas que pueden ocasionar un funcionamiento displicente. Para el diagnóstico eficiente del motor se deben utilizar los recursos de diagnóstico correctamente, tales como Software especializado del fabricante (agiliza el proceso del diagnóstico), manuales de servicio (especificaciones, pruebas y ajustes), troubleshooting (recomendaciones que el fabricante propone como ayuda a sus distribuidores), publicaciones (anuncios del fabricante para con sus distribuidores informando nuevos productos, mejoras en el diseño, etc.), instrumentos y herramientas de diagnóstico (equipos que el fabricante recomienda utilizar para el diagnóstico de sus productos). 1.2.- PASOS PARA LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS: Es necesario para localizar y solucionar fallas seguir un proceso lógico de análisis que tiene los siguientes pasos:

1. Aísle el problema: • • •

Reúna la información. Realice una inspección visual. Verifique que el problema existe.

2. Use los recursos disponibles: • •

Herramientas de diagnóstico. Información de servicio.

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

Prepare las pruebas. Realice las pruebas. Analice los resultados de las pruebas.

5. Repare las fallas. 6. Verifique la reparación. 7. Documente la reparación. 1.3.- RESPONSABILIDADES DEL FABRICANTE, DISTRIBUIDOR Y CLIENTE: El éxito del diagnóstico está determinado por asumir las responsabilidades que tienen en forma conjunta el fabricante, distribuidor y cliente. Responsabilidades del fabricante: • • • • • •

Confiabilidad. Facilidad de servicio. Larga vida útil antes del reacondicionamiento general. Costos bajos de reacondicionamiento general. Flexibilidad en las aplicaciones. Rendimiento.

Responsabilidades del distribuidor: • • • • • •

Soporte post – venta. Servicio especializado. Repuestos originales. Entrenamiento / capacitación del personal interno y externo. Garantía. Estabilidad de la empresa.

Responsabilidades del cliente: • • • • • • •

Organización del mantenimiento. Programación de mantenimiento. Organización del personal. Flujo de documentos y registros. Control de los indicadores de gestión del mantenimiento. Sistemas de control en pc’s. Formatos y reportes típicos.

UNIDAD 2 DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE INTRODUCCIÓN: Esta unidad presenta los componentes y la operación de los sistemas de admisión de aire de los motores e incluye las pruebas, el diagnóstico y los procedimientos de localización y solución de problemas del sistema de admisión de aire. OBJETIVO GENERAL: •

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

OBJETIVO ESPECÍFICOS: • • •

Identificar los diferentes tipos de sistema de admisión de aire del motor. Explicar la operación de un sistema de admisión de aire típico. Diagnosticar y reparar los problemas del sistema de admisión de aire del motor.

2.1.- SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE: Para diagnosticar el sistema de admisión y escape del motor diesel, se deben identificar los componentes y conocer el funcionamiento de los mismos. 2.1.1.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE: Un sistema de admisión de admisión y escape básico cuenta con los siguientes componentes: POSENFRIADOR MULTIPLE DE ADMISION

FILTRO DE AIRE TURBOCOMPRESOR

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

VALVULA DE ADMISION

CULATA

VALVULA DE ESCAPE

PISTON

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

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

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

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

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

Figura 2.3.- Turbocompresor.

Cuando la carga del motor aumenta, mayor cantidad de combustible se inyecta en los cilindros. El aumento de la combustión produce mayor cantidad de gases de escape y hacen que la turbina y la rueda del compresor giren más rápido. Mientras más rápido gira la rueda del compresor, más aire entra en los cilindros. Las rpm máximas del turbocompresor dependen del ajuste de inyección de combustible, del ajuste de velocidad alta en vacío y de la altitud sobre el nivel del mar. La refrigeración de aire forzado disipa diversas cargas térmicas de motor. Una paleta de ventilador accionada por motor hace circular el aire por el radiador de refrigeración del motor. Este radiador sirve también de posenfriador del aire de combustión. Los posenfriadores se usan junto a los turbocompresores para bajar la temperatura del aire que llega al turbocompresor antes de que éste entre en el cilindro. Esto hace que el aire sea más denso y contenga más oxígeno por unidad de volumen. Este aumento de oxígeno en el cilindro se traduce en mayor potencia y eficiencia del motor. El aire ambiente se calienta a aproximadamente 149° C (300° F) en el proceso de compresión en el turbocompresor. En el caso del posenfriador “air to air”, el aire ambiente fluye a través del posenfriador, entonces, enfría el aire de carga hasta aproximadamente 38° C (100° F) en las válvulas de admisión. Este tipo de sistema proporciona el mayor grado y el nivel más consistente de reducción de la temperatura del aire de carga.

POSENFRIADOR

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

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

DEPURADOR TURBOCOMPRESOR

SILENCIADOR

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

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

ESCUDOS TERMICOS

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

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

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

Este diagrama de un sistema de admisión de aire típico con la ubicación de los puntos de pruebas del sistema de admisión de aire. Los puntos de pruebas y las descripciones de las pruebas son: T1: Temperatura ambiente máxima del aire de admisión T2: Temperatura máxima del múltiple de admisión T3: Temperatura máxima de escape P1: Restricciones máximas del filtro de aire P2: Presión de refuerzo P2 menos P3: Restricciones máximas del posenfriador P4: Presión del múltiple de admisión P5: Restricción máxima de escape 2.2.2.- PRUEBAS Y ESPECIFICACIONES: PUNTO DE PRUEBA T1

DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA Temperatura ambiente máxima del aire T1 de admisión. Restricción máxima del filtro de aire.

P1

49° C (120° F) 1. Motores para camión: a. Con filtro limpio, seco = 15" H2O b. Con filtro sucio = 25" H2O 2. Motores de la serie 3500: a. Con filtro limpio, seco = 15" H2O b. Con filtro sucio = 25" H2O 3. Motores de la serie 3600: a. Con filtro limpio, seco = 5" H2O b. Con filtro sucio = 15" H2O 4. Otros motores diesel = 30" H2O

Restricciones máximas del posenfriador.

1. JWAC = 3" Hg 2. ATAAC = 4" Hg para la mayoría de aplicaciones Las excepciones son: a. 3116: mayor de 215 hp y todos los motores de camión 3126 = 5" Hg b. 3406E/C-15: 475 hp y mayor, y todos los motores para camión C16 = 4,5" Hg

Temperatura máxima de escape--medida 6“ a continuación del turbocompresor.

1. Turbocompresión - 593° C (1.100° F) 2. Aspiración natural - 704° C (1.300° F)

P2 menos P3

T3

ESPECIFICACIÓN

P5

Restricción máxima de escape--medida en una sección recta de tubería, nunca en un codo

1. Turbocompresión = 27" H2O 2. Aspiración natural = 34" H2O 3. Camiones con turbo = 40" H2O

Temperaturas máximas del múltiple de admisión

1. Turbocompresión = 163° C (325° F) 2. Turbocompresión/posenfriado con el agua de las camisas = 118° C (245° F) 3. Turbocompresión/posenfriado con circuito separado. [con agua a 30° C (85° F) ] = 51,6° C (125° F) 4. Turbo/posenfr. aire-aire = 65,5° C (150° F)

La presión del múltiple de admisión debe estar dentro de +10% / -15% (respecto de la especificación TMI) a carga plena.

1. Aunque los términos “refuerzo” y “presión del múltiple de admisión” comúnmente se usan en forma intercambiable, técnicamente no son lo mismo. a. Refuerzo es la presión medida después del compresor del turbocompresor, y antes del posenfriador (P2). b. La presión del múltiple de admisión es la presión dentro del múltiple (P4). La disminución de presión a través del posenfriador hará que esta presión sea menor que la presión de refuerzo. 2. La presión del múltiple de admisión tiene una tolerancia grande, debido a todos los factores que la afectan. Éstos incluyen la temperatura del aire de admisión, la temperatura del combustible, API del combustible y restricciones del sistema.

T2

P4

2.2.3.- TROUBLESHOOTING SISTEMA DE ADMISIÓN Y ESCAPE: CONDICIÓN Presión alta del múltiple de admisión. Presión baja del múltiple de admisión.

Fallas en el turbocompresor.

Temperatura de escape demasiado alta.

Temperatura de admisión demasiado alta.

CAUSA PROBABLE - Temperatura alta del aire de admisión. - Falla de la válvula Wastegate. - Ajuste erróneo del regulador o cremallera. - Sincronización retardada. - Restricción en el sistema de admisión (filtros o conductos). - Fugas de aire. - Falla en el turbocompresor. - Bajo suministro de combustible. - Falta de lubricante. - Lubricante contaminado. - Apagado del motor caliente. - Incrustación de objetos extraños. - Presión excesiva en el Carter. - Falla de la válvula Wastegate. - La entrada del aire o el sistema de escape tienen una restricción. - Sincronización errónea de la inyección de combustible. - Presión de refuerzo baja. - Carga excesiva del motor. - Posenfriador obstruido. - Temperatura alta del aire de admisión.

UNIDAD 3 DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN INTRODUCCIÓN: Esta unidad trata acerca del aceite del motor, el sistema de lubricación del motor, el consumo de aceite y las pruebas y procedimientos de localización y solución de problemas del sistema de lubricación. Los problemas con el aceite del motor y el sistema de lubricación pueden relacionarse con fugas de aceite, exceso de consumo de aceite o presiones incorrectas del sistema de lubricación. OBJETIVO GENERAL: •

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

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • • • •

Seleccionar el tipo de aceite, la viscosidad y el paquete de aditivos apropiados para los motores. Medir y evaluar las presiones y las temperaturas del sistema de aceite de un motor en operación. Seguir los pasos apropiados para diagnosticar un problema de consumo de aceite. Diagnosticar y reparar un problema relacionado con el aceite en un motor en operación.

3.1.- SISTEMA DE LUBRICACIÓN: Para diagnosticar el sistema de lubricación del motor diesel, se deben conocer las propiedades de los aceites lubricantes, identificar a los componentes básicos del sistema y su funcionamiento. 3.1.1.- ACEITES LUBRICANTES: Un aceite lubricante, es un producto que se introduce entre dos superficies en movimiento, con el fin de reducir la fricción y el desgaste.

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

Un aceite lubricante resulta de la mezcla de aceites básicos más un paquete de aditivos. Un aceite básico es un fluido de origen mineral (petróleo) o sintético, con propiedades lubricantes, que se usa como base para hacer aceite y grasas lubricantes. Los lubricantes pueden ser:

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

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

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

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

Reducir el desgaste. Proteger y extender la vida del equipo y del aceite.

Los aditivos mas usados son:

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

Dispersantes: El aditivo dispersante es un compuesto químico que mantiene en

suspensión (flotando) a los contaminantes derivados de la combustión. Los filtros logran retener aquellos contaminantes de mayor tamaño y las partículas pequeñas que provocan que el aceite se ponga negro.

Antidesgaste: No obstante que la correcta viscosidad logra separar las superficies en movimiento, el aditivo antidesgaste refuerza este trabajo, formando una película la cual evita el contacto metálico, este aditivo contribuye a una mejor lubricación, disminuyendo el desgaste del motor, sobretodo, durante los arranques en frío, la baja temperatura de trabajo y degradación del aceite. Antiox idantes: Los aceites al ser sometidos a temperatura elevada y en presencia de oxígeno, (del aire dentro del motor), tienden a oxidarse (descomponerse), por lo cual el aditivo antioxidante los protege y ayuda a aumentar el periodo de drenado. Todos los aceite en operación se oxidan, esta degradación va directamente relacionada a la calidad, entre mas elevada mayor es la resistencia a esta descomposición. La oxidación progresiva disminuye la eficiencia de la lubricación ya que producen ácidos, la viscosidad se incrementa y hay generación de lodos, lacas y barnices. Anticorrosivos: Dentro del motor se forman productos corrosivos como humedad y

ácidos derivados de la combustión y de la oxidación del aceite, los cuales son contrarrestados con aditivos anticorrosivos, que protegen a todas las partes metálicas de su ataque. Los productos corrosivos, generan desprendimiento de partículas de metal y estas ocasionan desgaste abrasivo.

M odificadores de viscosidad: Los aceites tienden a engrosarse con el frío y se

adelgazan con el calor, esta variación afecta al motor en el arranque y en su operación. Este aditivo reduce la variación, haciendo que sea mas fluido en frío y mas grueso (mayor película) en operación (caliente).

Antiespum antes: Durante la operación de un motor o una transmisión, se genera

espuma, la cual provoca la variación en la película lubricante y oxidación del aceite. El aditivo actúa rompiendo constantemente las burbujas, evitando que se forme espuma. El aceite al estar libre de espuma, proporcionará una mejor lubricación y mínima degradación.

Depresor de punto de fluidez: Un aceite se hace más viscoso con el frío y al

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

Los aceites lubricantes tienen las siguientes características:

Viscosidad: Técnicamente se define como la resistencia de un líquido a fluir a una

determinada temperatura. En términos comunes es el cuerpo del aceite, es lo grueso o delgado del aceite. El funcionamiento adecuado de un equipo y su vida útil depende principalmente, de la viscosidad correcta del aceite que lo lubrica.

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

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

3.1.2.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN: Un sistema de lubricación básico cuenta con los siguientes componentes:

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

3.1.3.- FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN: El flujo del sistema de lubricación comienza cuando la bomba de aceite succiona aceite del colector del cárter. El tubo recogedor de la bomba de aceite tiene una campana de succión en el extremo abierto ubicado dentro del colector. La campana de succión tiene una rejilla para evitar la entrada de material extraño a la bomba. La bomba de engranajes básica es el tipo de bomba más comúnmente usada. Esta bomba tiene dos engranajes en conexión. Un engranaje es accionado por el motor y el otro es un engranaje loco. Los dos engranajes rotan en direcciones opuestas, tomando el aceite del motor y enviándolo alrededor de la parte interna de la caja. Cuando los dientes se engranan, el aceite fluye hacia afuera y pasa a través de la salida de la bomba al resto del sistema de lubricación.

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

Figura 3.6.- Funcionamiento de la bomba de aceite.

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

Figura 3.7.- Enfriador de aceite.

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

Figura 3.8.- Filtro de aceite.

3.2.- DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN: 3.2.1.- PUNTOS DE DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE LUBRICACIÓN:

Figura 3.9.- Puntos de diagnóstico sistema de lubricación. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

3.2.2.- PRUEBAS Y ESPECIFICACIONES: PUNTO DE PRUEBA P

T

DESCRIPCIÓN DE LA PRUEBA Presión en el conducto de aceite. Temperatura del aceite a la salida del enfriador.

ESPECIFICACIÓN 40 lb/pulg2 La válvula de derivación del enfriador está normalmente abierta hasta que la temperatura del aceite llega a 101° C (215 °F), luego la válvula de derivación del enfriador de aceite se cierra y actúa sólo como una válvula de alivio de presión. Si el aceite en la válvula tiene una temperatura de 126° C (260° F), la válvula actuará como “referencia” y permanecerá cerrada. En temperaturas inferiores a 101°C (215° F). En esta condición, actuará sólo como una válvula de alivio de presión. Se puede decir si el aceite del motor ha llegado o excedido la temperatura de 126° C (260° F), quitando la válvula y midiendo su longitud.

3.2.3.- TROUBLESHOOTING SISTEMA DE LUBRICACIÓN: CONDICIÓN

Presión baja del aceite.

CAUSA PROBABLE -Nivel de aceite bajo del cárter. -Medidor defectuoso. -Aceite caliente. -Dilución del combustible. -Enfriador de aceite obstruido. -Fuga de aire en el lado de suministro de la bomba. -Engranajes de la bomba desgastados. -Rociador suelto o faltante. -Varilla de medición incorrecta. -Filtro de aceite obstruido. -Viscosidad de aceite demasiado baja. -Velocidad de la bomba de aceite baja. -Rejilla de admisión del tubo de suministro obstruida. -Válvula de alivio atascada en posición abierta.

Presión alta del aceite.

Consumo excesivo de aceite.

-Cojinetes desgastados. -Lectura en ubicación errónea. -Válvula de alivio atascada en posición cerrada. -Viscosidad del aceite demasiado alta. -Medidor defectuoso. -Lectura en ubicación errónea. -Fugas. -Viscosidad del aceite demasiado baja. -Guías de válvula desgastadas. -Sellos de turbo defectuosos. -Nivel de aceite alto. -Respiradero del cárter taponado. -Motor sobrecargado. -Anillos y camisas desgastados. -Cárter sobrellenado.

UNIDAD 4 DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO INTRODUCCIÓN: El máximo rendimiento y la larga vida útil del motor dependen en gran medida del sistema de enfriamiento. Los problemas del sistema de enfriamiento van desde fugas menores y mayor consumo de combustible hasta desgaste acelerado del motor o una falla repentina catastrófica del motor. Si se detiene el flujo refrigerante en el motor, inclusive por un corto tiempo, hay alto riesgo de que el motor sufra daño significativo. OBJETIVO GENERAL: •

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

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • • • •

Explicar el flujo de refrigerante por los diferentes componentes de los sistemas de enfriamiento. Determinar los diferentes problemas de flujo o transferencia de calor en el sistema de enfriamiento. Identificar el punto de estabilización de temperatura de un motor con diferentes cargas, durante una práctica de taller. Diagnosticar las causas de los problemas de estabilización de temperatura de un motor en operación, durante una práctica de taller.

4.1.- SISTEMA DE ENFRIAMIENTO: El enfriamiento de un motor depende de los principios de conducción, convección y radiación de la energía calorífica con el fin de mantener el motor funcionando a la temperatura de operación correcta. El refrigerante recibe el calor a través de los componentes metálicos del motor, el bloque, la culata, etc. El refrigerante entonces pasa al radiador por acción de la bomba de refrigerante. En el radiador la energía calorífica es transferida por convección al aire que se mueve a través de las aletas del radiador. Además, el motor también transfiere cierta cantidad de energía a la atmósfera directamente en forma de calor, transferida del motor al aire circundante. 4.1.1.- REFRIGERANTES: El refrigerante se compone normalmente de tres elementos: agua, aditivos y glicol.

Agua, se utiliza en el sistema de enfriamiento para transferir el calor. Si no dispone de agua destilada o desionizada, use agua que cumpla o exceda los requisitos mínimos de agua aceptable de la tabla 1.

TABLA 1 Requerimientos mínimos de agua Propiedad

Límite máximo

Prueba ASTM

Cloruros (Cl)

40 mg/L (2,4 granos/gal. EE.UU.)

"D512", "D4327"

Sulfatos (SO4)

100 mg/L (5,9 granos/gal. EE.UU.)

"D516", "D4327"

Dureza total

170 mg/L (10 granos/gal. EE.UU.)

"D1126"

Sólidos totales

340 mg/L (20 granos/gal. EE.UU.)

Acidez

pH de 5,5 a 9,0

"D1888" "Método Federal 2540B"

(1)

"D1293"

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

Aditivos,

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

Corrosión Formación de depósitos minerales Óxido Escama Picaduras y erosión por cavitación de la camisa de cilindro Formación de espuma en el refrigerante

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

Formación de compuestos gelatinosos Reducción de la transferencia de calor Fugas por el sello de la bomba de agua Obstrucción de radiadores, enfriadores y conductos pequeños

Glicol en el refrigerante protege contra lo siguiente: • • •

Ebullición Congelación Cavitación de la bomba de agua.

Para obtener un rendimiento óptimo, se recomienda una mezcla de 1:1 de agua destilada o desionizada apropiadamente inhibida y glicol. La mayoría de los refrigerantes/anticongelantes convencionales de servicio pesado utilizan glicol etilénico. También se puede utilizar glicol propileno. En una mezcla 1:1

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

Protección contra la congelación

Protección contra la ebullición (1)

50 por ciento

−37°C (−34°F)

106 °C (223 °F)

60 por ciento

−52°C (−62°F)

111 °C (232 °F)

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

TABLA 3 Concentración de glicol etilénico Concentración 50 por ciento

Protección contra la congelación −32°C (−26°F)

Protección contra la ebullición (1) 106 °C (223 °F)

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

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

Figura 4.1.- Punto de congelación del glicol etilénico en una solución típica. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

TABLA 4

Protección contra la congelación para concentraciones de anticongelante (1) Protección hasta:

Concentración

−15 °C (5 °F)

30% glicol 70% agua

−24°C (−12°F)

40% glicol 60% agua

−37°C (−34°F)

50% glicol 50% agua

−52°C (−62°F)

60% glicol 40% agua

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

4.1.2.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO: Un sistema de enfriamiento básico cuenta con los siguientes componentes:

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

4.1.3.- FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO: La bomba hace posible que el refrigerante fluya en el sistema de enfriamiento. Dentro del motor están los conductos del refrigerante por los que pasa el refrigerante. Estos conductos incluyen la llamada "camisa de agua". La camisa de agua es una cavidad

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

Figura 4.3.- Bomba de agua.

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

Figura 4.4.- Termostato.

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

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

Figura 4.5.- Radiador.

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

Figura 4.5.- Tapa del radiador.

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

Figura 4.6.- Ventilador.

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

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

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

Figura 4.8.- Implosión.

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

Figura 4.9.- Picadura de camisa.

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

Figura 4.10.- Erosión de la camisa.

4.2.- TROUBLESHOOTING SISTEMA DE ENFRIAMIENTO: CONDICIÓN

Recalentamiento

Pérdida de refrigerante

Enfriamiento excesivo

CAUSA PROBABLE -Medidor de temperatura de refrigerante defectuoso. -Sobrecarga del motor. -Radiador taponado, refrigerante o aire lateral. -Regulador de temperatura defectuoso. -Ventilador o cubierta protectora defectuosa. -Nivel bajo de refrigerante. -Otros componentes generadores de calor. -Restricción del flujo de refrigerante. -Poleas y correas defectuosas. -Fugas del motor, internas o externas. -Radiador o tapa defectuosa. -Fugas por mangueras o conexiones de mangueras. -Temperatura baja del aire ambiente. -Reguladores de temperatura abiertos o en derivación. -Cargas lumínicas. - Medidor de temperatura del refrigerante defectuoso.

UNIDAD 5 DIAGNÓSTICO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE INTRODUCCIÓN: Esta unidad presenta los componentes y la operación de los sistemas de combustible de los motores, así como la inspección, las pruebas y el ajuste del sistema de combustible y la sincronización del motor. OBJETIVO GENERAL: •

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

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • • •

Explicar las características del combustible diesel y los procedimientos de mantenimiento correctos del sistema de combustible de los motores diesel. Identificar y explicar la operación de los sistemas de combustible para motores mecánicos y electrónicos. Determinar los efectos en el punto de control, la potencia y el refuerzo del motor al cambiar los ajustes del sistema combustible, la velocidad alta en vacío y la sincronización del motor.

5.1.- SISTEMA DE COMBUSTIBLE: De los costos de operación y posesión del motor, el más alto para el propietario durante la vida del motor es el combustible diesel. El rendimiento y la vida útil del motor están directamente relacionados con las características, la calidad y el manejo del combustible diesel. Por tal motivo las tareas de diagnóstico y mantenimiento tienen una gran importancia en la optimización de los costos operativos de los equipos y también la armonía con el medio ambiente, con emisiones de gases controladas que cumplan con las normas internacionales. 5.1.1.- COMBUSTIBLE: El valor calorífico de un combustible se define como la cantidad de calor producido al quemar un peso específico de combustible. Éste es un indicador de cuánta energía disponible existe en una cantidad específica de combustible. La tabla 1 muestra los valores caloríficos de diferentes tipos de combustible. El diesel grado 1 es la mezcla para uso en invierno, y el diesel grado 2 es la mezcla para uso en verano. Note que ambas mezclas de combustible diesel tienen un valor calorífico significativamente mayor que los otros combustibles indicados. Esto significa que en una cantidad de combustible diesel hay más energía disponible para ser convertida en trabajo útil. Ésta es una de las ventajas significativas de usar combustible diesel como fuente de energía.

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

5.1.1.1.- PUNTO DE ENTURBAMIENTO DEL COMBUSTIBLE: En temperaturas bajas, el combustible puede contener partículas sólidas de cera que pueden taponar los filtros rápidamente. El punto de enturbiamiento de un combustible es la temperatura a la cual parte de los componentes de parafina pesados (ceras) comienzan a formar cristales. Éste es un proceso natural que sucede si se llega a la temperatura de fusión del combustible. Estos cristales de cera le dan al combustible una apariencia lechosa. Esta cera no es contaminante. La cera es un elemento importante del combustible diesel, que posee un alto contenido de energía y un valor muy alto de cetano. El punto de enturbiamiento del combustible es importante, ya que los cristales de cera pueden taponar el filtro de combustible. Si el punto de enturbiamiento del combustible es menor que la temperatura ambiente más baja a la cual el motor se espera que arranque y opere, no habrá problema por taponamiento de filtros, ya que no habrá formación de ceras en el combustible. 5.1.1.2.- PUNTO DE FLUIDEZ DEL COMBUSTIBLE: El punto de fluidez de un combustible es la indicación de la temperatura mínima a la cual puede fluir. A la temperatura del punto de fluidez, la cantidad de cristales de cera aumenta hasta un punto en que comienzan a fundirse. Esto puede restringir el flujo de combustible del tanque a la bomba de transferencia del motor y, si el combustible está en la tubería entre el tanque y la bomba, podría pasar a la bomba de transferencia. El punto de fluidez del combustible es aproximadamente -12° C (10° F) menor que el punto de enturbiamiento. El punto de fluidez puede disminuirse con mejoradores de flujo o añadiendo gasóleo o un combustible diesel más liviano. Los calentadores de combustible generalmente no pueden solucionar los problemas relacionados con temperaturas altas del punto de fluidez, ya que los calentadores de combustible comúnmente usan el refrigerante del motor como fuente de calor. 5.1.1.3.- CONTENIDO DE AZUFRE: El contenido de azufre presente en el combustible DIESEL no afecta directamente el rendimiento del motor. Éste tampoco tiene un efecto en la capacidad de arranque del

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

TABLA 2: CONTENIDO DE AZUFRE SEGÚN EL ASTM.

5.1.1.4.- CALENTADOR DE COMBUSTIBLE: Un calentador de combustible mantendrá la cera disuelta y permitirá que el combustible fluya a través de los filtros. Hay varios tipos de calentadores de combustible disponibles en los motores y son optativos. Los calentadores de combustible pueden instalarse entre la base de filtro del combustible y el filtro de rosca o entre el tanque de combustible y el filtro del combustible. En la mayoría de los calentadores se usa el refrigerante del motor para calentar el combustible y evitar que se formen cristales de hielo o cera en el filtro. Los calentadores de combustible deben usarse solamente si es necesario, ya que un aumento de la temperatura del combustible disminuye el rendimiento del motor. Hay una pérdida aproximada de 1% de potencia por cada 6° C (10° F) de aumento de la temperatura del combustible. Los calentadores de combustible no deben usarse si la temperatura ambiente es mayor que 15° C (60° F). La temperatura del combustible a la salida del calentador de combustible no debe ser mayor que 74° C (165° F). Algunos motores electrónicos ajustan la entrega de combustible de acuerdo con la temperatura de éste. Los calentadores de combustible usados en motores electrónicos deben tener control de temperatura. 5.1.2.- COMPONENTES DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE: 5.1.2.1.- SISTEMA DE COMBUSTIBLE CONVENCIONAL:

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

1.- Tanque de combustible. 2.- Línea de retorno. 3.- Bomba de cebado. 4.- Inyector. 5.- Cañería de alta presión. 6.- Elemento de bombeo. 7.- Filtro separador de agua. 8.- Válvulas check. 9.- Bomba de transferencia. 10.- Filtro secundario de combustible. 11.- Orificio de retorno. 12.- Bomba de inyección. El combustible es succionado por la bomba de transferencia y enviado en un primer momento hacia el filtro separador de agua y luego al filtro secundario a una presión de 170 a 290 kPa (25 a 42 psi). El combustible refrigerado y filtrado ingresa a la bomba de inyección. El combustible de alimentación no es utilizado en su totalidad por ello existe una línea de drenaje que permite el retorno del exceso de combustible al tanque. El combustible utilizado es presurizado por los elementos de bombeo enviándolo a alta presión a través de las cañerías hacia los inyectores, quienes producen la pulverización del combustible hacia la cámara de combustión.

5.1.2.2.- SISTEMA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE MUI:

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

(A) Bomba de cebado de combustible (si tiene) 1.- Rejilla (si tiene) 2.- Válvula de retención de admisión 3.- Bomba de transferencia de combustible que está integrada con el regulador 4.- Válvula de retención de salida 5.- Filtro de combustible 6.- Culata 7.- Válvula reguladora de presión 8.- Válvula de retención 9.- Filtro primario de combustible (si tiene) 10.- Válvula de alivio de presión 11.- Tanque de combustible La bomba de transferencia de combustible (3) hace pasar el combustible del tanque de combustible (11) a través de una rejilla en línea (1). La bomba de transferencia de combustible está integrada con el regulador. El combustible se envía desde la bomba de transferencia de combustible a través de la válvula de alivio de presión (10). La válvula de alivio de presión está cerrada en operación normal. El combustible pasará a través del filtro de combustible (9) y entrará a un conducto taladrado en la culata (6). Una vez que la presión del combustible sea mayor que la gama deseada, la válvula de alivio de presión se abrirá. Esto permitirá que el combustible regrese al tanque. El conducto taladrado en la culata cruza un conducto que pasa alrededor de cada inyector unitario para proporcionar un flujo continuo de combustible a todos los inyectores. Cuando hay el aire en el lado de admisión del sistema de combustible, se puede usar la bomba de cebado de combustible (A) (si tiene) para llenar el filtro de combustible y el conducto de combustible que está en la culata. Se realiza esto antes de que arranque el motor. Cuando se usa la bomba de cebado, las válvulas de retención que están

ubicadas en la bomba de cebado de combustible controlan el movimiento del combustible. El combustible se fuerza a través del lado de baja presión del sistema de combustible. Esto elimina el aire de las tuberías de combustible y de los componentes de vuelta al tanque de combustible.

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

1.- Balancín 2.- Tornillo de ajuste 3.- Botón flotante 4.- Resorte del levantaválvulas 5.- Varilla de empuje 6.- Émbolo 7.- Armazón 8.- Sello anular 9.- Cañón 10.- Conducto de combustible 11.- Manguito 12.- Sello anular 13.- Levantaválvulas 14.- Árbol de levas La bomba de inyección de combustible (inyector unitario) permite que una cantidad pequeña de combustible se inyecte en el momento apropiado en la cámara de combustión. El combustible que se proporciona al conducto de combustible (10) rodea

cada inyector unitario. Cada uno de estos conductos está conectado por un conducto taladrado en la culata. Este conducto proporciona un flujo continuo de combustible a todos los inyectores unitarios. El manguito (11) aísla el inyector unitario de los conductos de refrigerante. El manguito proporciona también la superficie de asiento para el inyector unitario. La ubicación angular del árbol de levas (14) y la ubicación vertical del émbolo (6) en el cañón (9) determinan la sincronización de la inyección. El engranaje del árbol de levas y el engranaje del cigüeñal se engranan juntos en la parte delantera del motor para lograr la ubicación angular del árbol de levas. El tornillo de ajuste (2) ajusta la ubicación del émbolo (sincronización del combustible). El levantaválvulas (13) y la varilla de empuje (5) envían el perfil del árbol de levas al balancín (1) a medida que el árbol de levas gira. El movimiento del balancín (1) se envía entonces al émbolo (6) a través del botón flotante (3).

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

1.- Palanca 2.- Resorte de torsión 3.- Eje 4.- Cremallera 5.- Tornillo de sincronización 6.- Abrazadera 7.- Abrazadera 8.- Tornillo de regulación del combustible 9.- Eslabón 10.- Conjunto de palanca 11.- Inyector unitario

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

(A) COMBUSTIBLE CONECTADO (B) COMBUSTIBLE DESCONECTADO 1.- Palanca 3.- Eje 4.- Cremallera 5.- Tornillo de sincronización 6.- Abrazadera 7.- Inyector unitario El varillaje de control de la cremallera conecta la salida del regulador al inyector unitario (11) en cada cilindro. El eje de salida del regulador está conectado con un pasador al eslabón (9). El eslabón está conectado al conjunto de palanca (10). Cuando el regulador solicita más combustible, el eslabón (9) y el conjunto de palanca (10) hacen que el eje (3) y las abrazaderas (6) giren. El eje (3) y las abrazaderas (6) giran en el sentido de COMBUSTIBLE CONECTADO (A). Cada abrazadera empuja la palanca (1) a medida que el eje gira. La palanca (1) tira de la cremallera (4). Esto permitirá que se inyecte más combustible en el cilindro. Cuando el regulador requiere menos combustible, el eslabón (9) causa la rotación del eje (3) y de las abrazaderas (6). El eje (3) y las abrazaderas (6) giran en el sentido de COMBUSTIBLE DESCONECTADO (B). El resorte de torsión (2) fuerza la palanca (1) a girar hacia la derecha. Esto empuja la cremallera (4) hacia la posición de corte de suministro. Hay un resorte de torsión ubicado en cada inyector unitario. Esto permite que el varillaje de control de la cremallera vaya a la posición cerrada incluso si se atasca abierta la cremallera de uno de los inyectores de combustible. El ajuste de potencia del inyector unitario para el cilindro No. 1 se hace con el tornillo de regulación de combustible (8) en el conjunto de abrazadera (7). A medida que se gira el tornillo de regulación del combustible (8), el eje (3) gira a una posición nueva con respecto al eslabón (9) y al conjunto de palanca (10). Los tornillos de ajuste (8) permiten la sincronización de los inyectores con respecto al inyector unitario del cilindro No. 1.

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

(A) Salida de COMBUSTIBLE CONECTADO (B) Entrada de COMBUSTIBLE CONECTADO desde el operador 1.- Eje de salida del regulador 2.- Orificio de entrada 3.- Control de la relación de combustible (FRC) 4.- Eje retén 5.- Palanca de control de la relación de combustible 6.- Tornillo de ajuste de la palanca de límite 7.- Tornillo de ajuste de la palanca del control de la relación de combustible 8.- Palanca de límite El control de la relación de combustible (FRC) (3) opera utilizando la presión de refuerzo de aire que se recibe por medio de un tubo desde el múltiple de admisión del motor al orificio de admisión (2). Cuando la presión de refuerzo es baja, el eje retén (4) se mantiene estacionario por medio de resortes que están dentro del FRC. Cuando el operador solicita más combustible, el eje de salida del regulador (1) se mueve en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO (A). El eje de salida del regulador se moverá en esta dirección hasta que la palanca de límite (8) toque el tornillo de ajuste (7) de la palanca de control de la relación de combustible (5). Cuando el FRC evita que la palanca de control de la relación de combustible (5) gire hacia la derecha en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO, se para el movimiento del eje de salida del regulador (1) en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO. De este modo, se evita suministrar exceso de combustible. A medida que la potencia del motor aumenta, la presión de refuerzo aumenta también. Esta presión actúa contra un diafragma dentro del FRC. Cuando la presión de refuerzo es suficiente, se supera la fuerza de resorte dentro del FRC y el eje retén (4) se mueve a la derecha. Este movimiento permitirá que la palanca de control de la relación de combustible (5) y la palanca de límite (8) gire hacia la derecha. El eje de salida del regulador (1) se puede mover ahora en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO hasta que la palanca de límite (8) toque el tornillo de ajuste de la palanca de límite (6). Cuando la presión de refuerzo disminuye, los resortes dentro del control de la relación de combustible (FRC) (3) regresarán el eje retén (4) a la posición normal. Se limita otra vez el movimiento del eje de salida del regulador (1) en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO.

5.1.2.3.- SISTEMA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE HEUI:

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

1.- Bomba de aceite 2.- Inyectores unitarios electrónicos de accionamiento hidráulico 3.- Filtro del aceite 4.- Enfriador de aceite 5.- Aceite de alta presión 6.- Combustible 7.- Conector para la Válvula de Control de la Presión de Accionamiento de la Inyección (IAPCV) 8.- Bomba hidráulica del inyector unitario 9.- Sensor para la Presión de Accionamiento de la Inyección (IAP) 10.- Filtro de combustible 11.- Filtro primario del combustible y separador de agua 12.- Tanque de combustible 13.- Engranaje del árbol de levas 14.- Sensores de velocidad/sincronización 15.- Módulo de Control Electrónico (ECM) 16.- Batería 17.- Regulador de la presión de combustible 18.- Sensor de la presión de refuerzo 19.- Sensor de la presión del aceite 20.- Sensor de temperatura del refrigerante 21.- Sensor de posición del acelerador 22.- Sensor de la temperatura del aire de admisión 23.- Sensor de la presión atmosférica 24.- Calentador del aire de admisión

La operación del sistema hidráulico y electrónico de combustible de los inyectores unitarios es completamente diferente de cualquier otro sistema de combustible accionado mecánicamente. El sistema de combustible HEUI no necesita ajustarse en lo absoluto. No se pueden hacer ajustes de los componentes mecánicos. Los cambios en el funcionamiento se realizan instalando un software diferente en el ECM. Este sistema de combustible consta de cuatro componentes básicos: • • • •

Inyector unitario electrónico de accionamiento hidráulico (HEUI) ECM Bomba hidráulica del inyector unitario Bomba de transferencia de combustible

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

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

1.- Bomba hidráulica del inyector unitario 2.- Bomba de transferencia de combustible 3.- Inyector unitario electrónico de accionamiento hidráulico

4.5.6.7.-

Filtro secundario del combustible Filtro primario del combustible y separador de agua Tanque de combustible Regulador de la presión del combustible

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

Tanque de combustible Filtro primario del combustible/separador de agua Filtro secundario del combustible, de dos micrones Bomba de transferencia de combustible Regulador de la presión del combustible

El combustible se extrae del tanque de combustible y fluye a través de un filtro primario de combustible/separador de agua, de trece micrones. El filtro primario de combustible/separador de agua ayuda a eliminar la basura grande del combustible. El elemento primario del filtro separa también el agua del combustible. El agua se acumula en el recipiente que está en la parte inferior del filtro primario de combustible/separador de agua. El combustible fluye del filtro primario de combustible/separador de agua al lado de admisión de la bomba de transferencia de combustible. La válvula de retención en el orificio de entrada de la bomba de transferencia de combustible se abre para permitir el paso del combustible a la bomba. Después de detener el paso del combustible, esta válvula se cierra para impedir que el combustible salga del orificio de entrada. El combustible fluye del orificio de admisión en la bomba hacia el orificio de salida. El combustible presurizado fluye del orificio de salida de la bomba hacia el filtro secundario de combustible de dos micrones. Un filtro secundario de combustible de dos micrones, estos filtros de combustible son de alta eficiencia. Este filtro elimina los contaminantes abrasivos muy pequeños del combustible. El filtro primario de combustible/separador de agua no atrapará estos contaminantes pequeños. Las partículas abrasivas muy pequeñas en el combustible causan un deterioro abrasivo de los inyectores unitarios. El filtro secundario de combustible impide la entrada de partículas de dos micrones de tamaño y/o de partículas mayores de dos micrones de tamaño. El uso y mantenimiento regular de este filtro de dos micrones proporcionará un mejoramiento significativo en la vida útil del inyector. El combustible fluye desde el filtro secundario de dos micrones, al conducto de suministro de combustible en la culata de cilindros. El conducto de suministro de combustible es un orificio taladrado que comienza en la parte delantera de la culata. El conducto de suministro de combustible se extiende hasta la parte trasera de la culata. Este conducto se conecta con cada perforación del inyector unitario para suministrar combustible a los inyectores unitarios. El exceso de combustible sale por la parte trasera de la culata de cilindros. El combustible fluye dentro del regulador de la presión de combustible.

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

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

1.- Bomba hidráulica del inyector unitario 8.- Filtro del aceite 9.- Enfriador de aceite 10.- Bomba de aceite del motor 11.- Aceite de alta presión El sistema de accionamiento de la inyección tiene dos funciones. El sistema de accionamiento de inyección proporciona aceite de alta presión para impulsar los inyectores. Además, el sistema de accionamiento de inyección regula la presión de inyección producida por los inyectores unitarios. El sistema de accionamiento de inyección consta de cuatro componentes básicos: Bomba de aceite del motor Filtro de aceite del motor Bomba hidráulica del inyector unitario Sensor de la presión de accionamiento de la inyección (Sensor IAP) La bomba de aceite del motor presuriza el aceite que se extrae del sumidero hasta la presión del sistema de lubricación. El aceite fluye de la bomba de aceite del motor a través del enfriador de aceite, a través del filtro de aceite del motor y después al conducto de aceite principal. Un circuito separado del conducto de aceite principal dirige una parte del aceite lubricante para alimentar la bomba hidráulica del inyector unitario. Un tubo de acero en el lado izquierdo del motor conecta el conducto de aceite principal con el orificio de admisión de la bomba hidráulica del inyector unitario. El punto de conexión es el orificio superior del múltiple en la tapa del lado del motor.

El aceite fluye dentro del orificio de admisión de la bomba hidráulica del inyector unitario y llena el depósito arranque. Además, el depósito de la bomba suministra aceite a la bomba hidráulica del inyector unitario hasta que la bomba de aceite del motor pueda aumentar presión. El aceite del depósito de la bomba se presuriza en la bomba hidráulica del inyector unitario y luego se expulsa del orificio de salida de la bomba a alta presión. El aceite fluye entonces desde el orificio de salida de la bomba hidráulica del inyector unitario al conducto de aceite de alta presión en la culata de cilindros. El aceite de accionamiento que está bajo alta presión fluye de la bomba hidráulica del inyector unitario, a través de la culata de cilindros, a todos los inyectores. El aceite está contenido en el conducto de aceite a alta presión hasta que es utilizado por los inyectores unitarios. El aceite que ha sido agotado por los inyectores unitarios se expulsa por debajo de las tapas de válvulas. Este aceite regresa al cárter a través de los orificios de drenaje de aceite de la culata.

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

12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.-

Solenoide de la válvula de control Válvula de disco Inducido Resorte accionador Camisa deslizante Pistón accionador Disco de mando excéntrico Rueda guía Orificio de derrames Orificios de salida de la bomba Engranaje de mando Válvula de retención

24.- Pistón La bomba hidráulica del inyector unitario es una bomba de pistón de entrega variable. La bomba de pistón variable utiliza un disco de mando angulado que gira. Los pistones no giran. Los pistones se mueven en relación con el disco de mando angulado. Los pistones se mueven en las camisas deslizantes. El tren de engranajes en la parte delantera del motor impulsa la bomba hidráulica del inyector unitario. El engranaje de mando en la parte delantera de la bomba hace girar el eje común. El disco de mando angulado está montado en el eje común. La rotación del disco de mando angulado causa que el pistón de la bomba se mueva dentro de las camisas deslizantes hacia dentro y hacia fuera. A medida que los pistones se mueven hacia fuera de las camisas deslizantes, el aceite es arrastrado hacia el interior de los pistones a través del conducto en el disco de mando. El aceite es forzado fuera del pistón cuando se empuja el pistón hacia atrás en la camisa deslizante y se exponen los orificios. Al cambiar la posición relativa de la camisa deslizante al orificio de derrames, cambia el volumen de aceite en el pistón. La ubicación de la camisa deslizante cambia continuamente. El ECM determina la ubicación de la camisa deslizante. Al cambiar la ubicación de las camisas deslizantes, cambia el flujo de la bomba. El resultado es la cantidad de aceite que se puede presurizar. La presión del sistema de accionamiento de inyección se controla adaptando el flujo de salida de la bomba y la presión resultante a la demanda de presión para el sistema de accionamiento de la inyección. Se cambia la posición de las camisas deslizantes para controlar el flujo de salida de la bomba. Si se mueven las camisas a la izquierda, se cubre el orificio de derrames para una distancia más larga. Esto aumenta la carrera eficaz de bombeo y el flujo de salida de la bomba. Si se mueven las camisas a la derecha, se cubren los orificios de derrames para una distancia más corta lo cual reduce la carrera eficaz de bombeo. Esto reduce también el flujo de salida de la bomba. Las camisas deslizantes están conectadas por una guía. Una camisa está conectada a un pistón accionador. Si se mueve el pistón accionador hacia la derecha o hacia la izquierda se causa que la guía y las camisas se muevan la misma distancia hacia la derecha o hacia la izquierda. La cantidad de corriente del ECM al solenoide determina la presión de control. Una pequeña cantidad del flujo de salida de la bomba pasa a través de un conducto pequeño en el pistón accionador. Esta pequeña cantidad sale de un orificio y penetra en la cavidad de la presión de control. Una pequeña válvula de disco limita la presión en esta cavidad. La abertura de la válvula de disco permite que una porción del aceite en la cavidad fluya hacia el drenaje. Una fuerza mantiene cerrada la válvula de disco. Esta fuerza en la válvula de disco es creada por un campo magnético que actúa en un inducido. La fortaleza del campo magnético determina la presión necesaria para vencer la fuerza del resorte accionador. Un aumento de corriente al solenoide causa un aumento a los siguientes artículos: •

La fortaleza del campo magnético.

• •

La fuerza en el inducido y la válvula de disco. La presión de control que mueve el pistón accionador a una posición que causa más flujo.

Una reducción de corriente al solenoide causa una reducción a los siguientes artículos: • • •

La fortaleza del campo magnético. La fuerza en el inducido y válvula de disco. La presión de control que mueve el pistón accionador a una posición que causa menos flujo.

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

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

El circuito de bucle cerrado funciona de la manera siguiente: • • •

El ECM determina una presión de accionamiento deseada uniendo la información de las señales de entradas del sensor y los mapas de software. El ECM vigila la presión de accionamiento real a través de un voltaje constante de señal del sensor IAP. El ECM cambia constantemente la corriente de control a la válvula de control de la bomba. Esto cambia el flujo de salida de la bomba.

Hay dos tipos de presiones de accionamiento: • •

Presión de accionamiento deseada. Presión de accionamiento real.

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

La válvula de control de la bomba tiene las tres siguientes etapas: • • •

Operación de la válvula (motor apagado). Operación de la válvula (motor girando para el arranque). Operación de la válvula (motor en funcionamiento).

Cuando el motor está apagado, no hay presión de salida de la bomba de la bomba y no hay corriente al solenoide de la válvula de control del ECM. El resorte accionador empuja completamente el pistón accionador a la izquierda. La guía, que no se muestra, y las camisas deslizantes se mueven también hacia la izquierda. En este punto, la bomba está en la posición de salida máxima. Durante el arranque del motor, se requiere una presión de accionamiento de la inyección de aproximadamente 6 MPa (870 lb/pulg2) para activar el inyector unitario. Esta baja presión de accionamiento de la inyección genera una baja presión de inyección de combustible de unos 35 MPa (5.000 lb/pulg2). Esta baja presión de inyección ayuda al arranque en frío. Para arrancar el motor rápidamente, la presión de accionamiento de la inyección tiene que aumentar rápidamente. Como se está haciendo girar la bomba hidráulica del inyector unitario a la velocidad de rotación del motor durante el arranque, el caudal de la bomba es muy bajo. El ECM envía una corriente fuerte al solenoide de la válvula de control para mantener cerrada la válvula de disco. Con la válvula de disco en la posición cerrada, todo el flujo al drenaje se bloquea. Las fuerzas hidráulicas que actúan en cada lado del pistón accionador son iguales. El resorte accionador mantiene el accionador a la izquierda. La bomba produce un flujo máximo hasta que se alcanza la presión deseada de 6 MPa (870 lb/pulg2). Ahora, el ECM reduce la corriente al solenoide regulador de la presión para reducir la presión de control. La presión de control reducida permite que el pistón accionador se mueva a la derecha. Esto reduce el flujo de salida de la bomba para mantener la presión deseada de 6 MPa (870 lb/pulg2). Nota: Si el motor ya está caliente, la presión requerida para arrancar el motor puede ser mayor de 6 MPa (870lb/pulg2). Los valores de las presiones de accionamiento deseadas se almacenan en los mapas de funcionamiento del ECM. Los valores de las presiones de accionamiento deseadas varían con la temperatura del motor. Una vez que los inyectores unitarios comienzan a operar, el ECM controla la corriente a la válvula de control. El ECM y el solenoide de la válvula de control mantendrán la presión de accionamiento a 6 MPa (870 lb/pulg2) hasta que el motor arranque. El ECM vigila la presión de accionamiento real por medio del sensor IAP que está ubicado en el múltiple de aceite a alta presión. El ECM establece la presión de accionamiento deseada vigilando varias señales eléctricas de entrada y, basándose en ello, envía una corriente predeterminada al solenoide de la válvula de control. El ECM también compara la presión de accionamiento deseada con la presión de accionamiento real en el conducto de aceite a alta presión. El ECM ajusta los niveles de corriente al solenoide de la válvula de control para hacer que la presión de accionamiento real sea igual a la presión de accionamiento deseada.

Una vez que el motor arranca, el ECM controla la corriente a la válvula de control de la bomba para mantener la presión de accionamiento deseada. El sensor IAP vigila la presión de accionamiento real en el conducto de aceite de alta presión en la culata de cilindros. El ECM compara la presión de accionamiento real con la presión de accionamiento deseada 67 veces por segundo. El ECM ajusta los niveles de corriente a la válvula de control de la bomba cuando la presión de accionamiento real y la presión de accionamiento deseada no coinciden. Estos ajustes hacen que la presión de accionamiento real de la inyección se iguale con la presión de accionamiento deseada de la inyección. Una pequeña cantidad de la salida de la bomba fluye a través del pistón accionador y penetra en la cavidad de la presión de control. La presión de control aumenta y esa presión incrementada levanta la válvula de disco. La válvula de disco abierta permite el flujo al drenaje. El ECM cambia la presión de control aumentando o reduciendo la corriente al solenoide de la válvula de control y la fuerza resultante en la válvula de disco. Los siguientes artículos producen un sistema de circuito cerrado: • • •

El ECM La Presión de Accionamiento de la Inyección (IAP) El regulador de presión

Este sistema de circuito cerrado proporciona un control infinitamente variable de la presión de salida de la bomba. Esta presión de salida de la bomba tiene una gama desde 6 MPa (870 lb/pulg2) hasta 28 MPa (4.061 lb/pulg2).

Figura 5.11.- Inyector bomba HEUI. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.- Solenoide 2.- Resorte del inducido 3.- Inducido 4.- Pasador de asiento 5.- Resorte de carrete 6.- Válvula de carrete 7.- Bola de retención del pistón intensificador 8.- Pistón intensificador 9.- Resorte de retorno 10.- Embolo 11.- Cañón 12.- Caja de la boquilla 13.- Retención de llenado de la admisión 14.- Tope 15.- Resorte de la boquilla 16.- Pistón de retención 17.- Manguito 18.- Válvula de retención de flujo inverso 19.- Retención de la boquilla 20.- Punta de la boquilla Vea la ilustración 5.11. El inyector HEUI consta de tres piezas principales: • Extremo superior o accionador (A) • Intermedia o unidad de bombeo (B) • Extremo inferior o conjunto de boquilla (C) El extremo superior (A) consta de los siguientes artículos: • • • • • • •

Solenoide (1) Resorte de inducido (2) Inducido (3) Pasador de asiento (4) Resorte de carrete (5) Válvula de carrete (6) Bola de retención para el pistón intensificador (7)

El punto medio del inyector (B) contiene los siguientes artículos: • • • •

Pistón intensificador (8) Resorte de retorno (9) Embolo (10) Cañón (11)

El extremo inferior del inyector (C) consta de los siguientes artículos: • • • • • • •

Caja de la boquilla (12) Retención de llenado de la admisión (13) Tope (14) Resorte de la boquilla (15) Pistón de retención (16) Camisa (17) Válvula de retención de flujo inverso (18)

• •

Retención de la boquilla (19) Punta de la boquilla (20)

Estos componentes funcionan unidos para producir regímenes diferentes para la inyección de combustible. Los regímenes de inyección de combustible se controlan electrónicamente por el software de funcionamiento en el ECM. El inyector HEUI opera con un ciclo de inyección dividido. El ciclo de inyección dividido tiene cinco fases de inyección: • • • • •

Pre-inyección. Inyección piloto. Demora de inyección. Inyección principal. Llenado.

5.1.2.4.- SISTEMA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE EUI:

Figura 5.12.- Sistema de Inyección de combustible EUI. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.- Tubería de suministro de combustible 2.- Inyectores unitarios 3.- Conducto de combustible (colector del combustible) 4.- Interruptor de presión diferencial (combustible) 5.- Detector de presión de combustible 6.- Sensor de temperatura del combustible 7.- Tubería de retorno de combustible 8.- Válvula reguladora de presión 9.- Filtro secundario de combustible 10.- Base del filtro de combustible

11.12.13.14.15.16.-

Bomba de transferencia de combustible Bomba de cebado de combustible eléctrica Válvula de alivio de presión Filtro primario de combustible Tanque de combustible Línea de retorno de combustible al tanque

El circuito de suministro de combustible es un diseño convencional para motores diesel con inyectores unitarios. El sistema consta de los siguientes componentes principales que se utilizan para entregar combustible a baja presión a los inyectores unitarios:

Tanque de com bustible, el tanque de combustible se utiliza para almacenar el combustible.

Bom ba de cebado de com bustible, la bomba de cebado de combustible se utiliza

para descargar el aire del sistema de combustible. A medida que se purga el aire, el sistema se llena con combustible. Filtro de com bustible, el filtro de combustible se utiliza para eliminar los materiales abrasivos y las sustancias contaminantes del sistema de combustible. Tuberías de sum inistro y tuberías de retorno, las tuberías de suministro y las tuberías de retorno se utilizan para entregar el combustible a los diferentes componentes. El propósito del circuito de suministro de combustible de baja presión es suministrar combustible filtrado a los inyectores de combustible en un régimen constante y a una presión constante. El sistema de combustible se utiliza también para enfriar componentes como el ECM y los inyectores de combustible. Una vez que los inyectores reciben el combustible a baja presión, se presuriza otra vez el combustible antes de inyectarlo en el cilindro. El inyector unitario usa la energía mecánica proporcionada por el árbol de levas para obtener las presiones que pueden ser mayores que 200.000 kPa (30.000 lb/pulg2). El ECM administra el control de la entrega de combustible. El ECM reúne datos de varios de los sistemas del motor y los procesa para administrar estos aspectos del control de la inyección de combustible: • • • •

Sincronización de la inyección Avance de la sincronización de la inyección de combustible Duración del ciclo de inyección Estado de la modalidad fría del motor

El sistema mecánico y electrónico del combustible depende de una gran cantidad de datos de los otros sistemas del motor. Los datos acumulados por el ECM se utilizan para proporcionar el rendimiento óptimo del motor.

Figura 5.13.- Mecanismo del inyector unitario típico. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.2.3.4.-

Inyector unitario Tuerca de ajuste Conjunto de balancín Árbol de levas

El mecanismo del inyector unitario proporciona la fuerza descendente necesaria para presurizar el combustible en el inyector unitario. Cuando se recibe una señal del ECM, el inyector unitario (1) inyecta el combustible presurizado en la cámara de combustión. Un engranaje loco, impulsado por el tren delantero del engranaje del cigüeñal, impulsa el engranaje del árbol de levas. Los engranajes del tren delantero que están sincronizados tienen que estar alineados para así proporcionar la relación correcta entre el pistón y el movimiento de la válvula. Durante el armado del tren de engranajes delanteros, se debe tomar el cuidado de alinear correctamente las marcas de sincronización de los engranajes. El árbol de levas tiene tres lóbulos de leva para cada cilindro. Dos lóbulos operan las válvulas de admisión y de escape y uno opera el mecanismo del inyector unitario. La fuerza se transfiere desde el lóbulo del inyector unitario en el árbol de levas (4) a través del conjunto de balancín (3) hasta la parte superior del inyector unitario. La tuerca de ajuste (2) permite regular el ajuste del inyector unitario.

Figura 5.14.- Inyector bomba EUI. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

1.2.3.4.5.-

Solenoide Varilla de empuje Émbolo Cuerpo cilíndrico Conjunto de boquilla

La operación del Inyector unitario electrónico (EUI) consta de las cuatro etapas siguientes: pre-inyección, inyección, fin de inyección y llenado. Los inyectores unitarios usan un émbolo y un barril para bombear combustible a alta presión a la cámara de combustión. Los componentes del inyector incluyen el levanta válvulas, el émbolo, el cañón y el conjunto de toberas. Los componentes del conjunto de toberas incluyen el resorte, la válvula de retención de la tobera y la punta de la tobera. La válvula de cartucho consta de los siguientes componentes: Solenoide, inducido, válvula de disco y resorte de contrapunta. El inyector está montado en un orificio de inyector en la culata que tiene un conducto integrado de suministro de combustible. El manguito del inyector separa el inyector del refrigerante del motor en la camisa de agua. Algunos motores usan un manguito de acero inoxidable. La camisa de acero inoxidable se conecta a la culata con un ajuste a presión ligera.

5.1.2.5.- SISTEMA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE COMMON RAIL:

Figura 5.15.- Sistema de inyección de combustible Common Rail. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

El combustible se extrae del tanque y pasa a través de un filtro de combustible primario de 20 micras y del separador de agua a la bomba de la transferencia. La bomba de transferencia aumenta la presión del combustible de 400 a 500Kpa (58 a 72.52 PSI). El combustible se bombea a través del ECM para refrigerarlo. El combustible pasa del ECM a un filtro de combustible primario de 2 micrones. El filtro de combustible quita macro-partículas a partir de 20 a 2 micrones de tamaño para prevenir la contaminación de los componentes de alta presión en el sistema. El combustible pasa del filtro de combustible a la bomba de alta presión. El combustible se bombea en una presión creciente al colector de alta presión, abasteciendo de combustible presurizado al inyector. El exceso de combustible en el múltiple de alta presión se envía al tanque a través de una válvula de retorno. Hay un pequeño orificio en la base del filtro para la purga de aire del combustible con retorno al tanque.

Figura 5.16.- Circuito de baja presión del sistema de inyección de combustible Common Rail. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

Figura 5.17.- Circuito de baja presión del sistema de inyección de combustible Common Rail. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

La bomba de alta presión suministra el combustible a los inyectores. La bomba de la inyección suministra el combustible a una presión de 160 Mpa (23.200 PSI) a los inyectores.

Figura 5.17.- Bomba de alta presión del sistema de inyección de combustible Common Rail. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

La bomba de alta presión incluye dos émbolos y un eje con 2 levas. La bomba de alta presión es capaz de desarrollar presiones de 160Mpa (23.200 PSI). La bomba de alta presión es lubricada por el aceite de motor suministrado por una línea de presión de la galería de aceite de motor.

Figura 5.18.- Inyector del sistema de inyección de combustible Common Rail. (Fuente: Caterpillar – www.sis.cat.com)

La figura 5.18 muestra los componentes internos y el flujo del combustible en el inyector del sistema Common Rail. Cuando el ECM del motor energiza el solenoide (comienzo de la inyección), el vástago de válvula se levanta, este dirige el combustible al interior del inyector para producir la pulverización. Cuando el solenoide es desenergizado por el ECM del motor, la válvula cierra y bloquea el flujo de combustible al interior del inyector. Con el inyector cerrado, cualquier exceso de combustible se envía a lado superior de la válvula y se dirige por el conducto de retorno. 5.2.- TROUBLESHOOTING DEL SISTEMA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE: PROBLEMA Potencia baja

CAUSAS POSIBLES Falta de combustible. API alto del combustible. Presión baja de combustible causada por: • Drenaje del tanque taponado. • Restricción en la tubería de suministro de combustible. • Filtro primario taponado (si está equipado). • Filtro secundario taponado. • Falla de la válvula de alivio (si está equipado con bomba de transferencia de engranajes). • Falla en la bomba de transferencia. Agua o aire en el combustible. Varillaje doblado o ajustado incorrectamente. Falla del control de relación de combustible. Ajuste incorrecto de entrega de combustible. Punto de control incorrecto. Problemas de sincronización.

Sobrecarga. Operación inadecuada de los calentadores de combustible - aceite demasiado caliente. Gran altura. Alta carga debida a accesorios. Consumo alto de combustible

API alto del combustible. Ajuste de entrega de combustible incorrecto. Punto de control incorrecto. Sincronización inadecuada. Velocidad en vacío muy alta. Filtro de aire sucio. Operación sin termostato. Técnicas de cambios incorrectas. Tren de fuerza que no corresponde - funciona el motor a rpm ineficientes. Manejo de camión a velocidades altas en autopista.

Sincronización retardada

Humo blanco en el arranque. Temperaturas de escape altas - combustible quemándose en los múltiples de escape. Fuego por el tubo de escape. Refuerzo alto. Recalentamiento. Potencia baja. Consumo alto de combustible.

Sincronización adelantada

Arranque difícil Refuerzo bajo Potencia baja o funcionamiento irregular Detonación (golpeteo) Humo negro Temperatura de escape baja Consumo alto de combustible

UNIDAD 6 DIAGNÓSTICO DE MOTORES ELECTRÓNICOS INTRODUCCIÓN: Esta unidad presenta los sensores y actuadores en los motores electrónicos, explicando la función que desempeñan. OBJETIVO GENERAL: •

Diagnosticar e identificar a sensores y actuadores que se encuentran en los motores electrónicos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: • • • •

Ubicar a los sensores y actuadores en el motor. Conocer la función de cada uno de los sensores y actuadores. Conocer el derrateo que sufre el motor por parámetros de funcionamiento irregulares. Utilizar software de diagnóstico para identificar fallas en el sistema electrónico del motor.

6.1.- SENSORES Y ACTUADORES EN LOS MOTORES ELECTRÓNICOS: Los motores electrónicos cuentan con sensores encargados de informar al ECM (Módulo de Control Electrónico) del motor sobre los parámetros de funcionamiento que el motor va desarrollando, para de esta forma tener un funcionamiento más eficiente y controlar la dosificación de combustible proporcional a la carga. Los sensores serán el ingreso de información al ECM, con esta información el ECM controlará el funcionamiento de los actuadores. La figura 6.1 muestra como los sensores envían señales al ECM, para que luego en base a esta información determine la energización de los solenoides de los inyectores para el control de combustible y al solenoide del ventilador para ajustar su velocidad.

Figura 6.1.- Sensores y actuadores en un motor electrónico. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.1.1.- ECM (MÓDULO DE CONTROL ELECTRÓNICO): El ECM esta ubicado al lado izquierdo del motor. Normalmente el conector del ECM tiene 70 y 120 pines, que son identificados por J1 y J2 respectivamente. El ECM cuenta con software instalado en fábrica, pero conforme se realicen mejoras al producto este software es instalado como actualización y mejora en la eficiencia del motor.

Figura 6.2.- ECM (Módulo de control electrónico) (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.1.2.- Sensor Speed and timing del cigueñal: El sensor speed and timing del cigüeñal está ubicado en la parte inferior de la tapa de sincronización. Este sensor primario de velocidad informa al ECM con información sobre la velocidad y posición del cigüeñal. Este sensor tiene 4 funciones en el control del sistema electrónico del motor: • • • •

Medir la velocidad del motor. Informa la sincronización del motor. Indica el TDC y el cilindro respectivo. Protección por rotación en reversa.

Figura 6.3.- Sensor speed and timing del cigüeñal (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

.

6.1.3.- SENSOR DE PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y SPEED AND TIMING DEL EJE DE LEVAS: El sensor de presión atmosférica está ubicado al lado izquierdo del motor, el ECM utiliza esta señal para determinar una posible restricción en el filtro de aire y realizar el derrateo de motor respectivo. Todos los sensores en el sistema miden presión absoluta y algunos requieren la presión atmosférica para calcular sus presiones manométricas. El sensor speed and timing del eje de levas esta localizado debajo del sensor de presión atmosférica, este informa cuando el cilindro número 1 se encuentra en el tiempo de compresión para el arranque del motor sea inmediato. Si este sensor se daña y deja de enviar información al ECM el motor demorará en encender porque solo estará confirmando la información enviada por el sensor speed and timing del cigüeñal, y si ambos llegaran a fallar el motor no arranca.

Figura 6.4.- Sensor de presión atmosférica y speed and timing del eje de levas (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.1.4.- Sensor de temperatura de refrigerante: El sensor de temperatura del refrigerante esta ubicado en la parte delantera del motor, debajo de la caja de termostato. Cuando se registra una temperatura por encima de lo normal, se enciende un led de alarma en el tablero de la cabina de operación. Además la información de este sensor servirá para la activación del inyector de éter, para el arranque en frío.

Figura 6.5.- Sensor de temperatura de refrigerante. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.1.5.- Sensor de presión de aceite: El sensor de presión de aceite esta localizado en la parte izquierda del motor cerca al ECM. Si la presión del aceite disminuye o aumenta del rango recomendado por el fabricante se activara una alarma en el tablero de la cabina de operación.

Figura 6.6..- Sensor de presión de aceite. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.1.6.- Sensor de presión y temperatura del aire de admisión: El sensor de presión de admisión a la salida del turbocompresor está ubicado al lado izquierdo del motor. Este es utilizado para determinar el FRC (Fuel ratio control) permitiendo controlar las emisiones de gases, además permite conocer el boost de turbo. El sensor de temperatura de admisión esta localizado al lado izquierdo del motor, este proporciona datos de la temperatura del aire.

Figura 6.7.- Sensor de presión y temperatura de admisión (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.1.7.- Sensor de presión de aire al ingreso del turbocompresor: El sensor de presión de aire al ingreso del turbocompresor se encuentra entre el filtro de aire y el turbocompresor. El ECM utiliza la señal de este sensor con la del sensor de presión atmosférica para determinar la restricción del filtro.

Figura 6.8.- Sensor de presión de aire al ingreso del turbocompresor. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.1.8.- Switch de presión diferencial de combustible, sensor de presión y temperatura de combustible: El switch diferencial de presión de combustible esta ubicado en la parte superior del portafiltros al lado izquierdo del motor. Este switch indica la restricción del filtro proporcionando una señal de alarma al ECM. El sensor de presión de combustible esta ubicado en la parte superior del cabezal del filtro secundario al lado izquierdo del motor. El ECM utiliza la señal del sensor de temperatura del combustible para corregir la dosificación de combustible y mantener la potencia del motor, esta corrección es llamada “compensación de temperatura del combustible”.

Figura 6.9.- Switch diferencial de presión de combustible, sensor de presión y temperatura de combustible. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.2.- DERRATEO DE POTENCIA DEL MOTOR: El derrateo de potencia del motor es un porcentaje de reducción de la potencia teórica del motor obtenida a la misma rpm, esta se aplica automáticamente cuando el ECM detecta un funcionamiento irregular en el sistema.

Figura 6.10.- Derrateo de potencia. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.2.1.- Derrateo del motor por alta temperatura de refrigerante: Cuando el refrigerante excede la temperatura de 110ºC, el ECM del motor inicia un derrateo de nivel 1. Cuando la temperatura del refrigerante excede 111ºC el ECM del motor inicia un derrateo del 25%. En un derrateo al 100% la potencia del motor disponible es aproximadamente el 50%.

Figura 6.11.- Derrateo de potencia por alta temperatura del refrigerante. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.2.2.- Derrateo del motor por baja presión de aceite de motor: Cuando la presión de aceite está por debajo de la línea azul (22 PSI a 1600 RPM), el sistema monitor inicia una alarma de nivel 1; si la presión esta por debajo de la línea roja (15 PSI a 1600 RPM), el sistema monitor inicia una alarma de nivel 3, el operador debe apagar el motor inmediatamente, a este nivel el ECM inicia un derrateo del 35%.

Figura 6.12.- Derrateo de potencia por baja presión de aceite. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.2.3.- Derrateo de potencia por alta temperatura del aire en el múltiple de admisión: Después de que el motor este encendido por lo menos 3 minutos y si la temperatura del aire esta sobre los 82ºC, el ECM inicia una alarma de nivel 1. Después de que el motor este encendido por lo menos 3 minutos y si la temperatura del aire esta sobre los 86ºC, el ECM inicia una alarma de nivel 2. Con el nivel 2 se inicia un derrateo del 3%, este derrateo tiene un límite máximo del 20%.

Figura 6.13.- Derrateo de potencia por alta temperatura de aire en el múltiple de admisión. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.2.4.- Derrateo de potencia por restricción en el filtro de aire: Cuando la diferencia entre la presión en el ingreso del turbocompresor y la presión atmosférica es de 9Kpa, el ECM inicia un derrateo de potencia del 2% aproximadamente, por cada Kpa de diferencia que incremente se aumentará el 2% de derrateo hasta un máximo del 10%.

Figura 6.14.- Derrateo de potencia por restricción del filtro de aire. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.2.5.- Derrateo de potencia por alta temperatura de combustible: Cuando la temperatura de combustible excede de 90ºC, el ECM del motor activa una alarma de nivel 1, cuando se incrementa a 91ºC se tiene una alarma de nivel 2 y al mismo tiempo se inicia un derrateo de 12.5% y si la temperatura excede 92ºC se tiene un derrateo de 25%.

Figura 6.15.- Derrateo de potencia por alta temperatura de combustible. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.2.6.- Derrateo de potencia por restricción del filtro de combustible: Cuando el switch diferencial de presión reconoce una presión de 15 PSI por 3 horas, el ECM inicia una alarma de nivel 1 y si llega a 4 horas inicia una alarma de señal 2 con un derrateo de 17.5%. Después de 1 segundo el ECM inicia un segundo derrateo de 17.5%. El total del derrateo será del 35%.

Figura 6.16.- Derrateo de potencia por restricción en el filtro de combustible. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

6.2.7.- Derrateo virtual por alta temperatura de escape: El derrateo virtual por alta temperatura de los gases de escape se obtiene por el cálculo que realiza el ECM con las señales obtenidas por el sensor de presión atmosférica, temperatura del aire en el múltiple de admisión y las rpm del motor. Este cálculo determina un máximo incremento de combustible para mantener la potencia del motor.

Figura 6.17.- Derrateo de potencia por alta temperatura de los gases de escape. (meeting guide motoniveladora CAT 16M www.sis.cat.com)

BIBLIOGRAFÍA: • • • • • • • •

Manual de servicio Cargador de bajo perfil ST710 Atlas Copco, Unidad de Potencia Motor Detroit Serie 40. Cummins QSL – 9 Troubleshooting and repair manual. Deutz BF6M operation manual 1012 – 1013. Volvo multimedia entrenamiento técnico. https://quickserve.cummins.com https://sis.cat.com https://lacd.cat.com https://tmi.cat.com