Manual Instruccion Sistemas Combustible Motores Gat 3 Caterpillar

MANUAL DEL ESTUDIANTE INSTRUCCION TECNICA

CURSO : TEMA :

DESARROLLO TECNICO OCTUBRE -2005

MOTORES GAT 3 SISTEMAS DE COMBUSTIBLE

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INDICE GENERAL

AGENDA .......................... ................................................................................................... 5 DESCRIPCION DEL CURSO........................................................................................... 7 MÓDULO 1: SISTEMAS DE INYECCIÓN ........................................................................ 11 LECCIÓN 1.1: TIPOS DE SISTEMAS DE COMBUSTIBLES - EVOLUCIÓN ....... 13 LECCIÓN 1.2: CARACTERÍSTICAS DEL COMBUSTIBLE .................................. 15 MÓDULO 2: COMPONENTES PRINCIPALES ................................................................ 23 LECCIÓN 2.1: IDENTIFICACION DE COMPONENTES ....................................... 25 LECCIÓN 2.2: INYECTORES ................................................................................. 26 LECCIÓN 2.3: GOBERNADOR .............................................................................. 28 LECCIÓN 2.4: CURVAS CARACTERISTICAS DEL MOTOR ............................... 35 LECCIÓN 2.5: CONTROL DE RELACION AIRE - COMBUSTIBLE (FRC) ........... 38 LECCIÓN 2.6: BOMBA DE INYECCIÓN ................................................................ 42 MÓDULO 3: SISTEMA DE COMBUSTIBLE NUEVA HELICE ........................................ 47 LECCIÓN 3.1: INTRODUCCIÓN ............................................................................ 49 LECCIÓN 3.2: IDENTIFICACION DE COMPONENTES PARA MOTORES 3400 - 3300 .................................................................. 50 LECCIÓN 3.3: BOMBA DE TRANSFERENCIA DE COMBUSTIBLE .................... 52 LECCIÓN 3.4: BOMBA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE ............................... 54 LECCIÓN 3.5: GOBERNADOR .............................................................................. 59 LECCIÓN 3.6: CONTROL DE RELACION AIRE - COMBUSTIBLE ...................... 62 LECCIÓN 3.7: UNIDAD DE AVANCE DE SINCRONIZACIÓN ............................... 64 MÓDULO 4: SISTEMA DE UNIDAD DE INYECCIÓN MECANICA (MUI) ........................ 71 LECCIÓN 4.1: INTRODUCCIÓN ............................................................................ 73 LECCIÓN 4.2: IDENTIFICACION DE COMPONENTES ........................................ 74 LECCIÓN 4.3: BOMBA DE TRANSFERENCIA DE COMBUSTIBLE .................... 75 LECCIÓN 4.4: BOMBA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE .............................. 76 LECCIÓN 4.5: GOBERNADORES ......................................................................... 79 LECCIÓN 4.6: VARILLAJE DE CONTROL DE LA CREMALLERA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE ................................................... 82 LECCIÓN 4.7: CONTROL DE RELACIÓN AIRE-COMBUSTIBLE ........................ 84 LECCIÓN 4.8: SOLENOIDE DE CORTE DE COMBUSTIBLE .............................. 86

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AGENDA DEL CURSO

PRIMER DIA

SEGUNDO DIA

TERCER DIA

Horario de clase Horario de Intermedios Horario de Almuerzo

: : :

Mañana

• • • •

Tarde

• Modulo 2 (Continuación)

Mañana

• Modulo 3

Tarde

• Modulo 3 (Continuación) • Modulo 4

Mañana

• Modulo 4 (Continuación)

Tarde

• Repaso • Examen Final • Encuesta.

Presentación Inicial, Expectativas. Pre-Test. Modulo 1 Modulo 2

de 8:10 a.m. a 5:00 p.m. 10:30 a.m. y 3:30 p.m. Duración : 15 minutos 1:30 p.m. Duración : 45 minutos

Las horas de intermedio y de almuerzo son recomendadas.

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DESCRIPCION DEL CURSO

MOTORES: NIVEL III El curso ha sido diseñado para familiarizar a todo el personal, involucrado con los motores Caterpillar, acerca de los principios de funcionamiento de los dispositivos mças comunes de los sistemas de combustibles, y el funcionamiento integral de todos ellos en un sistema de combustible en particular. En resumen este curso abarca los diversos conceptos necesarios para el entendimiento de sistemas de combustible Nueva hçelice y Unidad Inyectora Mecánica (MUI). El contenido del curso a sido separado en 4 modulos, el contenido de cada modulo es detallado a continuación.

MÓDULO 1: SISTEMAS DE INYECCIÓN Lección 1.1 : Lección 1.2 :

Tipos de sistemas de combustible - Evolución. Características del combustible.

MÓDULO 2: COMPONENTES PRINCIPALES Lección 2.1 Lección 2.2 Lección 2.3 Lección 2.4 Lección 2.5 Lección 2.6

: : : : : :

Indentificación de componentes. Inyectores DI y PC. Governador Curvas caracteristicas del motor. Control de relación Aire-Combustible (FRC) Bombas de inyección.

MÓDULO 3: SISTEMA DE COMBUSTIBLE NUEVA HÉLICE Lección 3.1 : Lección 3.2 : Lección Lección Lección Lección Lección

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3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

: : : : :

Introducción. Identificación de componentes para motores 3400 - 3300. Bomba de transferencia de combustible. Bomba de inyección de combustible. Gobernador. Control de relación aire-combustible. Unidad de avance de sincronización.

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MÓDULO 4: SISTEMA DE UNIDAD DE INYECCIÓN MECANICA (MUI) Lección 4.1 Lección 4.2 Lección 4.3 Lección 4.4 Lección 4.5 Lección 4.6

: : : : : :

Lección 4.7 : Lección 4.8 :

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Introducción. Identificación de componentes. Bomba de transferencia de combustible. Bomba de inyección de combustible. Gobernadores. Varillaje de control de la cremallera de inyección de combustible. Control de relación aire-combustible. Solenoide de corte de combustible.

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MODULO 1 SISTEMAS DE INYECCIÓN

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MÓDULO 1: SISTEMAS DE INYECCIÓN

El propósito de este módulo es permitir al estudiante saber reconocer los distintos sistemas de combustibles en la linea Caterpillar, asi como saber las propiedades, caracteristicas, ventajas y desventajas de los diferentes combustibles de nuestro mercado. OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en la capacidad de:

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1.

Reconocer los Sistemas de combustibles.

2.

Explicar la evolución en los sistemas de combustibles.

3.

Utilizar correctamente los conceptos y terminología empleada para la selección del combustible.

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LECCIÓN 1.1 : TIPOS DE SISTEMAS DE COMBUSTIBLES EVOLUCIÓN Caterpillar actualmente usa varios tipos de sistemas de combustible. El uso de diferentes sistemas es debido a la evolución de la tecnología de los mismos. Los sistemas usados en la actualidad se ordenan cronológicamente a continuación: B&L (Bombas & Línea): Usado en todos los motores de la serie 3200, 3300, 3400 (excepto la serie 3400E, que es electrónico). El sistema de combustible más común usado en los motores diesel para trabajo pesado es el sistema de inyección directa de embolo múltiple (Bombas y Líneas). Inyección directa significa que la boquilla atomiza directamente el combustible dentro de la cámara de combustión, en vez que usar una pre-cámara. Los sistemas de inyección directa ofrecen mejoras de rendimiento, menos emisiones a altas presiones de inyección y mejor control de la atomización de combustible. Este sistema tiene tres componentes principales: • • •

Bomba de embolo múltiple. Líneas de combustible de alta presión. Boquillas de inyección.

La carcasa de la bomba contiene un émbolo accionado por una leva y un conjunto de barril para cada cilindro del motor. El émbolo y el barril presurizan y dosifican la cantidad precisa de combustible necesario para cada cilindro. El pulso de combustible de alta presión es controlado mecánicamente, por lo que este se dirige a través de la línea de alta presión y abre la boquilla de inyección en el tiempo correcto. La boquilla del inyector sirve como una válvula check de alta presión, la cual atomiza el combustible de alta presión para la combustión y previene que combustible residual de las fugas ingresen en el cilindro. Los sistemas de bombas y líneas son muy confiables y duraderos, pero son estructuralmente limitados a una presión máxima de inyección de 18,000 psi, aproximadamente. La sincronización de la inyección y capacidad de relación de inyección también están limitadas. En la actualidad, las emisiones del motor y requerimientos de rendimiento demandan presiones de inyección de más de 20,000 psi y gran flexibilidad de sincronización. MUI: Inyectores unitarios activados mecánicamente / controlados mecánicamente. Usados en los motores 3114, 3116, 3126 y en los primeros motores 3500.

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El sistema de inyector unitario mecánico (MUI) fue usado sólo una vez en motores de calibre muy grande para eliminar la necesidad de líneas de alta presión largas y los problemas de relacionados con el control de presiones en esas líneas. El inyector unitario mecánico contiene un conjunto de boquilla, el cual realiza la misma función que la boquilla de inyección de combustible del sistema B&L. Este también contiene un émbolo y un barril para presurizar y dosificar el combustible para cada cilindro. El émbolo es accionado por un tren de mando mecánico. Este tren de mando requiere una leva adicional, un levantador y una varilla de empuje para cada cilindro. El combustible es dosificado por un émbolo tipo hélice en el inyector unitario, el cual es controlado por un varillaje mecánico del gobernador. La mayor ventaja de este sistema es la eliminación de las líneas de combustible de alta presión. Sin embargo, la habilidad para dosificar con precisión el combustible, para condiciones variables, es limitada por las capacidades del gobernador mecánico. EUI: I nyectores unitarios activados mecánicamente / controlados

electrónicamente. Usados en los motores 3176, 3406E y en los motores 3500 serie B. El Inyector unitario accionado mecánicamente y controlado electrónicamente tiene algunas ventajas adicionales. Mientras este sistema requiere un tren de válvulas mecánico para accionar el émbolo, el combustible es dosificado electrónicamente por medio de una válvula de contrapunta (poppet) operada por un solenoide HEUI: Inyectores unitarios activados hidráulicamente / controlados electrónicamente. Usado en los motores 3116, 3126, 3408E, 3412E. El sistema de inyección electrónica HEUI es el más avanzado. Este sistema no solo tiene control del avance de la inyección y de la duración de esta, también se tiene control electrónico sobre la presión de la inyección a todos los valores de RPM del motor. El combustible es dosificado electrónicamente y el émbolo del inyector es impulsado hidráulicamente.

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LECCIÓN 1.2: CARACTERÍSTICAS DEL COMBUSTIBLE

SELECCION DEL COMBUTIBLE: Esta lección discute respecto la adecuada selección del combustible para su motor, técnica necesaria para el mantenimiento de su Sistema de Combustibles Caterpillar. Recomendaciones sobre el combustible diesel. Los motores diesel tienen la habilidad de quemar una gran variedad de combustibles. Estos combustibles están divididos en dos grandes llamados: Combustibles preferidos Los combustibles preferidos son destilados del petróleo crudo y estos proveen la máxima vida de servicio y desempeño del motor. Estos combustibles son llamados comúnmente: combustible diesel, aceite combustible, kerosene, etc. Combustibles permisibles Entre estos combustibles se encuentran el petróleo crudo y combustibles mezclados. El petróleo crudo es aceite o básicamente es el petróleo sin refinar que se extrae del pozo Tomar en cuenta lo siguienta: 1. La operación con combustibles que no estén dentro de las especificaciones Caterpillar pueden causar los siguientes efectos: • • • • •

Dificultad para el arranque Pobre combustión Formación de escoria en los inyectores Reducir la vida de servicio del sistema de combustibles Generación en exceso de hollín en la cámara de combustión y reducción de la vida útil del motor

2. Combustibles pesados (HFO), Combustibles residuales, o combinaciones de combustibles no deben de usarse en motores Caterpillar (excepto en la familia 3600 de los motores HFO), desgastes severos y componentes fallidos resultaran si un tipo HFO combustible es usado en motores que no pertenezcan o trabajen con diferente a este tipo de combustible pesado. En condiciones medioambientales de extremo frío, UD puede usar una lista de combustibles destilados alternativos como se muestran en la siguiente Tabla. Sin embargo, el combustible seleccionado de esta tabla debe de reunir los requerimientos y especificaciones Caterpillar, consulte su manual de SYSTEM OPERATION para mayor información FERREYROS S.A.A. CAPACITACION LOYOVAL-OCT-05

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Características de los combustibles diesel. Lubricidad y bajo contenido de Azufre La lubricidad es importante, Ud debe de considerar la lubricidad de los combustibles cuando opere equipos en climas árticos. También debe de tener la misma consideración cuando este utilizando combustibles de baja viscosidad. Hay una gran diversidad de aditivos que pueden mejorar estas características del combustible. Si la lubricidad es un problema consulte a su proveedor de combustible para recibir una orientación respecto al adecuado o adecuados aditivos necesarios. Lubricidad: La lubricidad de los fluidos describe la habilidad de los fluidos a reducir la fricción entre dos superficies que se encuentran bajo carga. Esta habilidad reduce el daño que es ocasionado por la fricción. Los sistemas de combustibles dependen de una adecuada lubricidad. Hasta que los límites permisibles de azufre en el combustible fueron demandados, se creía que la lubricidad era una propiedad generalmente de la cantidad de azufre en el combustible. No todos los combustibles con bajo contenido en azufre, tienen una baja lubricidad, la lubricidad de los combustibles puede aumentarse con aditivos especiales si fuese necesario hacerlo. Muchos aditivos pueden ayudar a mejorar la lubricidad del combustible, pero no use uno de ellos antes de consultar con su proveedor de combustible. Algunos aditivos pueden no ser compatibles con los aditivos que ya están en el combustible o inclusive con algunos sellos utilizados en otros sistemas de combustibles. Otros aditivos que se encuentran en el Mercado no proporcionan un buen desempeño a altas temperaturas de operación, estos FERREYROS S.A.A. CAPACITACION LOYOVAL-OCT-05

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pueden degradarse y formar sedimentos debido a la alta temperatura que existe en los sistemas de combustibles diesel. Recordar siempre, que el mejor desempeño de su motor diesel se puede lograr siguiendo las siguientes tareas: • •

Saber elegir el proveedor de combustible Realizar un adecuado mantenimiento del sistema de combustibles y utilizar los filtros Caterpillar de alta eficiencia.

Viscosidad La viscosidad del combustible es significante porque este sirve como un lubricante para los componentes en el sistema de combustible, todos los combustibles por más ligeros que sean necesitan tener una viscosidad que sea lo suficientemente útil. La viscosidad siempre debe de estar por encima del mínimo valor de 1.4 cSt recomendado. Numero de Cetano El cetano es un compuesto que se encuentra de forma natural en el combustible. El numero de cetano (cantidad de cetano) es una medida de la calidad del encendido de un combustible. La capacidad de arranque del motor y la aceleración con carga son especialmente sensibles al valor de cetano en el combustible. A valores mas altos de cetano se asegura un fácil arranque en la mayoría de las condiciones del motor. Los combustibles deben de tener como mínimo un numero de cetano recomendado de: • •

Los motores con Pre-cámara de Los motores de inyección directa de

35 40

Los combustibles con bajo nivel de cetano pueden ocasionar arranque difícil, exceso humo blanco en funcionamiento en frío y bajo rendimiento del motor. Generalmente un aumento en 10 en el numero de cetano bajara la temperatura a la cual el motor pueda arrancar con facilidad aproximadamente entre 9ºC -11ºC Modificación del Numero de Cetano El número de cetano del combustible cambiara si el combustible es mezclado con otro combustible que tenga un número de cetano diferente. Generalmente, el número de cetano de una mezcla entre dos combustibles tendrá una relación directa entre la cantidad de cetano de ambos combustibles que fuesen mezclados. Su proveedor de combustible puede darle información respecto al numero exacto de cetano del combustible a utilizar.

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Aditivos también pueden usarse para mejorar el número de cetano, estos aditivos son evaluados a través de maquinas especiales. Sin embargo, las características del combustible no pudieran llegar a alcanzar un comportamiento del todo natural al original. En ambos caso pueden llegar a obtener los mismos niveles de cetano pero el arranque del motor puede tener diferentes comportamientos. Punto de Enturbiamiento Es importante entender que el punto de enturbiamiento es diferente al punto de fluidez. Que quede claro que no hay una relación directa entre ambos. El punto de enturbiamiento es la temperatura a la cual permite que los componentes mas pesados como las ceras se solidifiquen en el combustible. Esta cera no es un contaminante del combustible, la cera tiene la mayor concentración de cetano. La extracción de las las ceras baja el punto de enturbiamiento del combustible esto también eleva considerablemente el costo porque menor será la cantidad de combustible sustraído o procesado de la misma cantidad de petróleo crudo. Diesel Nº-2 contiene mas cera que el Diesel Nº-1 El punto de enturbiamiento es importante en el combustible porque limita el desempeño de los filtros de combustible. La cera en climas fríos puede taconear o bloquear los filtros, inclusive la cera cuando se solidifica empieza a minimizar la fluidez del combustible, para estos casos especiales se utilizan calentadores para mantener siempre la temperatura del punto enturbiamiento por encima de la temperatura medio ambiental. Modificación del punto de enturbiamiento Para bajar el punto de enturbiamiento de un combustible solamente tiene que realizar una mezcla entre dos combustibles con diferentes puntos de enturbiamiento, es decir, uno pesado y otro liviano. La eficiencia de este método no es buena porque la relación alcanzada no tiene una relación directa con el nuevo punto de enturbiamiento encontrado, es decir, la mezcla realizada no se comportara de igual manera a un combustible que tenga ese mismo punto de enturbiamiento sin haber sido alterado antes. A mayor cantidad de combustible ligero utilizado dentro de la mezcla menor será los resultados favorables encontrados. Para la utilización apropiada del siguiente cuadro Ud. debe de saber exactamente el punto de enturbiamiento de ambos combustibles, estos datos siempre les serán proporcionados por su proveedor de combustible local.

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Existen otras formas para mejorar las cualidades del combustible, pero estas no bajan el punto de enturbiamiento solamente minimizan a dimensiones inferiores la formación de ceras en el combustible de manera que no afecte a los filtros estándar.

PUNTO DE ENTURBIAMIENTO DEL COMBUSTIBLE MAS LIVIANO

PUNTO DE ENTURBIAMIENTO DEL COMBUSTIBLE MAS PESADO

2 ºC (36 ºF)

- 1 ºC (30 ºF)

C - 7 ºC (20 ºF)

A - 12 ºC (10 ºF)

- 18 ºC (0 ºF)

- 18 ºC (0 ºF)

B

- 23 ºC (-10 ºF)

- 23 ºC (-10 ºF)

- 29 ºC (-20 ºF)

- 29 ºC (-20 ºF)

- 34 ºC (-30 ºF)

- 34 ºC (-30 ºF) - 40 ºC (-40 ºF)

- 46 ºC (-50 ºF) - 51 ºC (-60 ºF)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

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PORCENTAJE DEL COMBUSTIBLE MAS LIVIANO EN LA MEZCLA

Punto de fluidez El punto de fluidez de un combustible esta siempre por debajo del punto de enturbiamiento. Por debajo de este punto el combustible deja de fluir, es decir este punto limita el punto de desplazamiento del combustible impulsado por la bomba. Para determinar este la temperatura del combustible es bajado por debajo de la temperatura del punto de enturbiamiento en rangos de temperatura de 3ºC por vez, la temperatura es bajada hasta el punto el cual el combustible deje de desplazarse por acción de la bomba, el punto de fluidez es el ultimo antes que el combustible deje de fluir en la cual la cera se llega a solidificar

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fuera del combustible, es decir, el combustible tiene una porción mas sólida que liquida. Para mejorar el punto de fluidez del combustible no es necesario mas que seguir los mismos pasos que se utilizo para variar el punto de enturbiamiento. Como medida de seguridad el punto de fluidez es deseable que sea menor en 6ºC a la menor temperatura medio ambiental mas baja.

Modificación del punto de fluidez

2 ºC (36 ºF)

PUNTO DE FLUIDEZ DEL COMBUSTIBLE MAS LIVIANO

PUNTO DE FLUIDEZ DEL COMBUSTIBLE MAS PESADO

- 1 ºC (30 ºF)

C - 7 ºC (20 ºF)

A - 12 ºC (10 ºF)

- 18 ºC (0 ºF)

- 18 ºC (0 ºF)

B

- 23 ºC (-10 ºF)

- 23 ºC (-10 ºF)

- 29 ºC (-20 ºF)

- 29 ºC (-20 ºF)

- 34 ºC (-30 ºF)

- 34 ºC (-30 ºF) - 40 ºC (-40 ºF)

- 46 ºC (-50 ºF) - 51 ºC (-60 ºF)

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PORCENTAJE DEL COMBUSTIBLE MAS LIVIANO EN LA MEZCLA

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MODULO 2 COMPONENTES PRINCIPALES

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MÓDULO 2: COMPONENTES PRINCIPALES

El propósito de este módulo es permitir al estudiante el reconocimiento y funcionamiento de los diversos componentes del sistema de combustible. Este módulo tambien ayuda a familiarizarse con la obtención de las curvas de torque o sobrecarga, desde trabajo en vacío y a distintas revoluciones del motor. OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en la capacidad de:

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1.

Entender el funcionamiento de los inyectores.

2.

Comprender el sistema de control de combustibles en motores mecánicos.

3.

Interpretar las curvas características del motor.

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LECCIÓN 2.1 : IDENTIFICACION DE COMPONENTES

Componentes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Tanque de combustible Filtro primario Bomba Transferencia Bomba de Inyección Gobernador Control de avance de sincronización Control de relación aire combustible Línea de alta presión Bomba de Cebado Inyector Línea de retorno al tanque

La cantidad de combustible que consume el motor esta relacionada directamente con la cantidad de potencia y el par motor necesarios. En general, cuanto más combustible llegue a un motor, mayor será el par motor disponible en la volante. El sistema de combustible suministra combustible limpio en el momento adecuado y en la cantidad adecuada para satisfacer la demanda de potencia. Los componentes del sistema de combustible hacen corresponder el suministro de combustible con la demanda de potencia del motor, variando la cantidad de combustible inyectada y el momento de la inyección.

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LECCIÓN 2.2 : INYECTORES

INYECTOR TIPO LAPIZ

Función El inyector de combustible está instalado en la culata de los cilindros y dentro de la cámara de combustión. La bomba de inyección de combustible envía el combustible a alta presión a la boquilla del inyector de combustible, después, el combustible se convierte en un rociado fino para una buena combustión.

Partes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

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Sello de carbón Sello de compresión Conducto interno Rejilla de filtro Orificio del inyector Válvula de retención Diámetro Resorte

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Operación El combustible que sale a alta presión de la bomba de inyección de combustible, fluye dentro del conducto de admisión. Después, pasa a través de la rejilla de filtro (4) y entra en el conducto (3). El combustible continua hasta el área que queda por debajo del diámetro (7) de la válvula (6). La presión de combustible aumenta en el diámetro (7). Entonces la presión de combustible excede la presión del resorte (8). La válvula (6) se levanta. Esto ocurre cuando la presión de combustible se eleva por encima de la presión de apertura de la válvula (VOP). La punta de la válvula se quita del asiento de la boquilla. El combustible fluye a través del orificio (5) y dentro de la cámara de combustión, La inyección de combustible continúa hasta que la presión del mismo disminuye contra el diámetro (7). La presión de combustible disminuye por debajo de la presión del resorte (8). El resorte (8) fuerza la válvula (6) contra el asiento de la boquilla, esto detiene el flujo de combustible hacia la cámara de combustión.Se debe considerar que no se puede desarmar la boquilla del inyector de combustible ni hacer ajustes.

INYECTOR TIPO CAPSULA - ID

Vista de la boquilla desarmada de un inyector (DI) para motor 3406, Sus componentes son similares a muchas boquillas. Partes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

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Rejilla o filtro final Tope Espaciador Guía de la válvula Resorte de apertura de la válvula Válvula de retención Punta con orificios Caja

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LECCIÓN 2.3 : GOBERNADOR FUNCION Todos los motores diesel Caterpillar con sistemas de combustible mecánicos están equipados con un gobernador. Los motores diesel pueden acelerar a más de 2000 rpm por minuto. Sin un gobernador, el motor diesel puede destruirse

Nunca opere un motor diesel sin que un gobernador lo controle. Si se pisa el acelerador hasta un 100% sin carga, con el gobernador desconectado, la velocidad del motor puede elevarse y exceder límites seguros de operación antes de poder ser apagados. Puede haber pasado uno o dos segundos antes de saber que pasa, para ese instante el motor puede haber sufrido un daño grave por sobre velocidad. Adicionalmente, los gobernadores mantienen al motor girando a la velocidad requerida, incrementando o reduciendo la potencia de salida del motor para varias demandas de capacidad requerida.

Esta es una vista del gobernador, montado en la parte de atrás de la carcasa de la bomba de inyección

Usaremos esquemas para explicar la construcción y operación del gobernador.

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Los gobernadores mecánicos para motores diesel consisten de 2 mecanismos básicos. El mecanismo para medir velocidad y el de cambio de velocidad. Mecanismo para medir la velocidad. ←

Mecanismo para cambiar la velocidad. →

El mecanismo para medir velocidad es simple y tiene pocas piezas móviles y funciona en forma precisa. Sus partes principales son:

1. Engranaje del eje de levas de la bomba lineal. 2. Contrapesos 3. Resorte del gobernador

Los contrapesos es el mecanismo encargado de medir la velocidad a diferentes RPM del motor en el gobernador.

Un desplazamiento hacia el exterior de los contrapesos provoca una disminución en la cantidad de combustible suministrado por la bomba a los inyectores.

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A medida que se incrementa la velocidad de salida del motor mayor será la fuerza centrífuga generada. Por lo tanto mayor será la fuerza que trate de desplazar los contrapesos hacia fuera. (fig. izq)

Necesitamos controlar esta fuerza centrífuga, por lo que tenemos el resorte del gobernador. La fuerza de este resorte actúa en contra de la fuerza de los pesos rotantes. La fuerza ejercida por el resorte depende de la regulación del gobernador.

El control del gobernador mostrado es una palanca simple, que puede ser operada a mano o mediante un pedal acelerador.

Una palanca conectada al gobernador empuja o comprime el resorte (imagen superior). La fuerza del resorte se opone al desplazamiento de los contrapesos a medida que se incrementa las RPM del motor, una vez que las RPM sobrepasan las RPM deseadas, la fuerza de resorte cede y este provoca una disminución de la cantidad del combustible inyectado para nuevamente caigan las RPM y mantengan unas RPM deseadas.

El mecanismo para medir velocidad sensa los cambios de ésta. El mecanismo de cambio de combustible une el mecanismo para medir combustible con las bombas de inyección, para controlar la velocidad del motor.

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Las partes principales de este mecanismo son: 1. Varillaje de conexión. 2. Cremallera. 3. Elemento de bomba. El movimiento del contrapeso hacia fuera, en este gráfico es debido al incremento de la velocidad del motor, es transmitido a través de varillaje a la cremallera, y de allí, al émbolo de la bomba de inyección disminuyendo la carrera útil de la inyección de combustible. Disminución del combustible suministrado. →

Aumento de carga ← Un aumento de entrega de combustible (fig. sup) se presenta cuando las RPM del motor bajan por la exigencia de la carga , este incremento se da debido a que la fuerza que genera el resorte es mucho mayor al ofrecido por los contrapeso

Disminución de carga →

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En resumen, el gobernador básico consiste de engranajes impulsores, contrapesos, resorte y brazo de control del medidor de velocidad, y el varillaje de conexión, cremallera y bomba de inyección del control de combustible.

La cremallera, que se une a los sectores dentados de los émbolos de la bomba de inyección, se extiende desde la carcasa de la bomba de inyección hasta el gobernador. La cremallera y bombas de inyección son partes del grupo de bomba de inyección. 1

2 3

1. 2. 3. 4.

4

5

Palanca del gobernador Asiento del resorte Resorte Asiento del resorte y cojinete axial 5. Contrapesos

Las flechas indican la rotación del engranaje conductor y el movimiento de la cremallera Se tiene dos tornillos de ajuste, que limitan el recorrido del brazo de control del gobernador entre las posiciones de BAJA EN VACÍO y ALTA EN VACÍO. (low idle y high idle)

1

2

1. Tornillo de ajuste de altas en vacio. 2. Tornillo de ajuste de bajas en vacio.

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Los tornillos de ajuste limitan las velocidades mínima y máxima cuando no hay carga. ¿Qué limita la potencia del motor cuando está a toda la carga?

Un collar y una barra de tope limitan el máximo desplazamiento de la cremallera y por lo tanto la potencia máxima de salida del motor 1

2 3

1. Tornillo de ajuste en altas en vació 2. Collar 3. Barra de tope

Ejemplo cuando el motor opera a velocidad máxima en vació y recibe una carga súbita, esta tiende a frenar a la volante lo cual provoca la caída de las RPM de salida del motor, acto siguiente producirá un incremento en la potencia de salida 2

3

1 4

1. 2. 3. 4.

Collar Barra de tope Perno Cremallera

Como otros componentes de un motor diesel, el gobernador debe ser lubricado, para que tenga vida larga. Observemos un esquema de lubricación del gobernador. →

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En resumen, hemos estudiado los componentes principales del gobernador y su principio de funcionamiento. Recordemos que el gobernador tiene dos mecanismos básicos:

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LECCIÓN 2.4 : CURVAS CARACTERISTICAS DEL MOTOR Existen dos controles del límite de performance en los motores diesel: La velocidad alta en vacío y la regulación del combustible. Ambas se efectúan sobre el gobernador de combustible. La regulación de la velocidad alta en vacío determina la máxima velocidad del motor, mientras que la de combustible, la cantidad de petróleo que puede inyectarse por cada embolada.

Fig. 1 Velocidad a la que trata de funcionar el motor, con el control del gobernador totalmente abierto

El punto señalado en la figura representa las RPM maxima que llega alcanzar el motor cuando esta sin carga, este punto es determinado por el gobernador para mantener una velocidad limite segura.

Fig. 2 Variación por uso de gobernador mecánico

La velocidad alta en vacio queda estableciada por el gobernador, la misma que puede ser modificada mecanicamente, pero siempre siguiendo las especificaciones de la maquina en el TMI (Terminal Managment Information)

Fig. 3 Cremallera en su tope

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Para una posición fija del pedal del acelerador la entrega de combustible se mantendrá constante de manera que la curva característica presentara un Torque y una Potencia máxima a dichas condiciones.

Fig. 4 Varias posiciones de cremalleras

Por lo tanto para cada posición fija del pedal del acelerador tendremos diferentes niveles de Torque y Potencia entregados por el motor

Fig. 5 Varias regulaciones del gobernador

Hay dos tipos de gobernadores: o o

Gobernadores en todas las posiciones. Gobernadores bajas y altas en vacio.

Los primeros regulan a diferentes RPM del motor y los segundos solamente en dos puntos basicos altas en vacio y bajas en vacio. OBTENCIÓN DE LA CURVA DE TORQUE Ahora superpondremos las distintas operación de los familias de curvas, de modo que obtenemos un mapa completo de motores.

Fig. 6 Curvas de cremallera y gobernador juntas

Las curvas de la cremallera son aquellas generadas a partir de una determinada posicion del pedal del acelador, estas se interceptar con las del gobernador determinando una curva caracteristica especifica final del motor.

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Fig. 7 Una curva de torque específica

Control de la relacion aire combustible

Aquí obtenemos una curva especifica, es decir a una determinada posicion del pedal del acelerador que sera controlada por el gobernador en un determidas RPM. ANÁLISIS DE CURVAS Aca nos dedicaremos al análisis de las curvas de sobrecarga, para distintas condiciones de operación.

Fig. 8 Comparación con la curva de potencia del mismo motor

A medida que aumenta el consumo de combustible en el motor,la potencia generada aumenta hasta llegar a un punto en el cual el denpaño del motor es el de maxima eficiencia, este punto esta regulado por el gobernador y se llama PUNTO DE BALANCE.

Fig. 9 Zonas de la curva de torque.

Esta grafica visualiza los puntos mas importantes a considerar en una curva caracteristica del motor.

Fig. 10 Ejemplo

Los valores mostrados determinan el comportamiento real del motor, a su maxima a plena carga.

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LECCIÓN 2.5 : CONTROL DE RELACION AIRE COMBUSTIBLE (FRC) En la foto a continuación, vemos la carcasa de las bombas de inyección y el gobernador, con el Control de relación Aire-Combustible.

Cuando el motor está operando con una carga, la cantidad de recorrido de la cremallera en la dirección de alimentación de combustible está limitada automáticamente por el Control de relación Aire-Combustible, hasta que la velocidad del turbocargador y la presión del múltiple de admisión son adecuadas para tener combustión completa. Esto ocurre a aproximadamente un 50% de la presión de refuerzo nominal, después de lo cual no hay más restricciones. El Control de relación A/C limita la cantidad de combustible a los cilindros durante un incremento de la velocidad del motor (aceleración) para reducir gases de escape. El Control de relación Aire-Combustible está instalado en la parte de atrás de la carcasa del gobernador. El control permite a la cremallera estar en posición de apertura total para arrancar el motor. El control no actúa durante el giro y es activado por el incremento inicial de presión de refuerzo, que cierra el drenaje de aceite y activa el control.

Este es el control hidráulico de la Relación Aire-Combustible, el vástago (izq.) encaja en la muesca del collar tope de la cremallera. En el extremo opuesto hay una entrada, con un codo, conectado a una toma del múltiple de admisión. El control tiene una serie de pasajes, que son para la entrada y salida de aceite de motor.

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OPERACION 3

6

4

1

7

5

2 8 9

10

11

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

10

Caja Válvula y pistón activador Retenedor del resorte grande Válvula de control con el diafragma y el retenedor Arandela del diafragma Tapa de la caja Tapa de ajuste Resorte de la cámara de aceite Resorte de la cámara de aire Perno y arandelas Resorte 2

Este es un esquema de un control hidráulico, en posición DESACTIVADA. Se muestra una sección del gobernador.

3

1

Las partes principales son: 1. Caja del regulador 2. Collar de tope de la cremallera 3. Barra de tope y tornillo de par

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Operación-Motor Apagado - O funcionando sin presión de Refuerzo

No hay presión de refuerzo o aire en la cámara. El aceite fluye desde el motor, al pasaje de aceite, a la cámara de la válvula de activación y a través de la válvula y pistón de activación, al drenaje. El pistón es empujado a la izquierda, contra la carcasa del control por el resorte. Notar que se puede alimentar combustible. En esta posición, la válvula y pistón de activación están extendidos, y no hacen contacto con el collar tope de la cremallera. El recorrido de la cremallera no está limitado. La cremallera está en posición de alimentación de combustible máxima, para que el arranque sea fácil. Operación – Motor Encendido – Con presión de Refuerzo

Con el motor encendido, y después de tener una carga pequeña, la presión de refuerzo aumenta en el múltiple de admisión. Este incremento es enviado a la cámara de la válvula de control, desplazándola a la izquierda, bloqueando los pasajes de aceite en la válvula de activación. El aceite no puede salir de la cámara de esta válvula, por lo que la llena. Al hacer esto mueve la válvula y pistón de activación a la derecha. En esta posición, la válvula de activación está retenida y mantiene a la válvula de control en esta posición. Cuando la válvula y pistón de activación son movidos a la derecha – a la posición retenida – por el flujo de aceite, el vástago de la válvula de activación se vuelve un tope para el collar de la cremallera. Con la válvula en esta posición, el control hidráulico de A/C limita automáticamente el recorrido de la cremallera en la dirección de

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alimentación, hasta que se tenga suficiente aire en el múltiple de admisión para tener una combustión completa.

La válvula se debe girar para realizar ajustes al control. ¿Qué sucede cuando hacemos esto? Cuando giramos la válvula en sentido horario, se mueve a la izquierda. La válvula y pistón de activación también se mueven a la izquierda. La posición retenida de la válvula de activación cambia con el ajuste de la válvula de control. Cuando la válvula de activación se mueve a la izquierda, permite una carrera mayor de la cremallera en la dirección de alimentación de combustible. Hay una restricción menor en la cremallera cuando la válvula de activación esté en posición retenida. En este esquema podemos apreciar que si la presión de refuerzo aumenta, la válvula de control se mueve a la izquierda. Esto permite que aceite pase por la válvula al drenaje de la cámara de aceite. El resorte mueve la válvula de activación a la izquierda, mientras que el aceite sale. La válvula y pistón de activación se mueven con la válvula de control. Esto permite que la cremallera se mueva en la dirección de alimentación de combustible. Una presión de refuerzo adicional moverá la válvula hasta que el pistón se extienda completamente, a la posición de arranque. Tendremos toda la carrera de combustible a aproximadamente media carga de presión de refuerzo. Si la presión de refuerzo cae debido a un cambio de carga, la válvula de control regresa a la derecha, y el flujo de aceite mueve la válvula y pistón de activación a la derecha. La velocidad de este movimiento dependerá del flujo de aceite. Todos estos cambios de posición suceden en forma muy rápida.

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LECCIÓN 2.6 : BOMBA DE INYECCIÓN La función de la bomba de inyección es la de dosificar y entregar combustible a los inyectores. Caterpillar tiene dos tipos de bombas de inyección: de cuerpo forjado (bombas de inyección en la parte de arriba de la carcasa, expuestas A) y el sistema compacto (las bombas están dentro de la carcasa B). Ambos sistemas tienen apariencias distintas, pero trabajan bajo un mismo principio.

Bombas de Inyeccion

B

A

Cada bomba contiene un émbolo conectado a un segmento de engranaje, y un barrel, en donde el cilindro encaja con exactitud. En ambos sistemas, émbolo y barrel son emparejados desde su fabricación, por lo que no se pueden intercambiar con piezas de otras bombas.

Para hacer estos trabajos, el émbolo de la bomba de inyección tiene dos movimientos dentro de su barrel. Un movimiento vertical, que inyecta combustible, y un movimiento de rotación, que regula la cantidad de combustible inyectado.

El movimiento vertical del émbolo lo causa el eje de levas de la bomba de inyección, mientras que el movimiento de rotación lo provoca el movimiento de la cremallera de combustible, que está conectada al varillaje del acelerador, a través del gobernador.

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Operación

La ranura vertical en el tope del barrel y el rebaje en la parte inferior hacen posible el ciclo de inyección ←

Tres etapas del ciclo de inyección: 1. Llenado 2. Inyección 3. Alivio →

1 .1.

2 .2.

3 .3.

Cuando el émbolo está en su posición más baja, el combustible entra en el barrel, sobre el émbolo y por la ranura, en el rebaje. ←

A medida que el émbolo se mueve hacia arriba, cierra el puerto de entrada (lumbrera). La presión del combustible dentro del barrel se eleva rápidamente, por lo que es forzado a ir por las líneas. Cuando la presión es lo suficientemente alta, puede abrir la válvula de inyección, y el combustible es inyectado al cilindro. →

La inyección continúa hasta que el émbolo descubre la lumbrera de ingreso. En esta posición, el combustible puede pasar por la ranura a la lumbrera de ingreso, de regreso al múltiple de combustible, donde la presión es mucho menor. ←

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Cuando la ranura vertical en el émbolo está alineada con la lumbrera de admisión, el combustible puede entrar y salir del barrel sin generar presión. Como el combustible no alcanza ser inyectado cuando la cremallera coloca al émbolo en esta posición, es llamada posicion de corte de combustible. Cuando estamos en mínimo o carga baja, la cremallera gira el émbolo ligeramente, de modo que cubre la lumbrera de ingreso. La distancia recorrida por el émbolo, con la lumbrera cubierta, se llama carrera efectiva. Al variar esta carrera, la cantidad de combustible que se inyecta por carrera cambiará.

Cuando se mueve la cremallera a su posición tope, el émbolo gira lo más posible. Debido al rebaje en forma de hélice que tiene el embolo, la lumbrera es cubierta por un tiempo mayor. En el esquema de la derecha, el émbolo tendrá mayor carrera efectiva, lo que significa ingreso de más combustible. Imaginemos las distintas posiciones que puede tener el émbolo dentro del barrel, entre la posición de apagado y tope. Estas son las que dosificarán combustible de acuerdo a la carga.

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MODULO 3 SISTEMA DE COMBUSTIBLE NUEVA HELICE

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MÓDULO 3: SISTEMA DE COMBUSTIBLE NUEVA HELICE Este módulo da una introducción al sistema de combustible usado en las familias de motor 3300 y 3400. Este módulo discute la bomba de transferencia, la bomba de inyección de combustible, el gobernador y los componentes relacionados tales como el control de aire combustible y el solenoide de corte. OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en la capacidad de: 1.

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Identificar componentes y entender la operación del sistema de combustible nueva helice.

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LECCIÓN 3.1 : INTRODUCCIÓN El 3406 fue introducido en 1973, desde entonces, un número de cambios han sido hechos para satisfacer las demandas de un producto confiable y económico que cumpla con las regulaciones de protección del medio ambiente, el 3406B fue lanzado al mercado en 1983, el cambio más grande fue el sistema de combustible. El sistema de nueva hélice ha estado en producción desde 1980 con los motores 3300, este sistema de combustible fue un aporte importante para los mejoramientos en el sistema 3406B. En 1991, el sistema de combustible fue cambiado para incorporar un eje de levas más conveniente para mejorar las emisiones. En 1992 el 3406C fue lanzado. No hubo cambios en el sistema de combustible.

En la parte superior de la imagen podemos ver una bomba de inyección de combustible 3406 (CSFS –Sistema de Combustible Hélice Corriente), fue diseñado así pues en ese momento no se consideró el compresor debajo de la bomba. En la parte inferior vemos una bomba de inyección de un 3406 B/C (NSFS-Sistema de Combustibles Nueva Hélice). Es más corta, pero más maciza. La menor longitud de esta última bomba deja más espacio para el servicio de mantenimiento de esta bomba. Muchos de los cambios y mejoras fueron internos y no pueden ser vistos. Aquí vemos los ejes de levas del 3406A en la parte superior y del 3406B en la parte inferior, más largo y pesado. Las levas del 3406B tienen una configuración diferente, ellos tienen un levante más rápido y una duración más corta, incrementando las presiones de inyección de combustible y reduciendo el tiempo de inyección, para mayor eficiencia del consumo de combustible

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LECCIÓN 3.2 : IDENTIFICACION DE COMPONENTES PARA MOTORES 3400 - 3300 Esquema del sistema de combustible 3406B/C

11

12

10

7 13

9

6

14 8

15

5 4 3 2

1

Tanque de combustible

Líneas de alta presión

Drenaje del Tanque

Adaptador

Válvula de corte de combustible

Inyector

Filtro primario

Manguito

Bomba de Transferencia

Cámara de combustión

Filtro secundario

Válvula de purga constante

Bomba de cebado manual

Líneas de retorno

Múltiple de combustible En la vista inferior podemos ver algunos de los componentes del sistema de inyección 3406B/C del motor, son visibles la caja de la bomba de combustible , la caja del gobernador, la bomba de transferencia y las líneas de inyección de combustible

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Esquema del sistema de combustible 3306B/C

1

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4

3

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13 7

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9

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5

11

Tanque de combustible

Válvulas Check

Linea de retorno

Bomba de Transferencia

Bomba de cebado manual

Filtro secundario

Inyector

Válvula de purga constante

Caja de la bomba de inyección

Elemento de la bomba

Líneas de alta presión

Drenaje al tanque

Filtro primario

En esta vista podemos ver algunos componentes del motor 3306 B/C, son visibles la caja de la bomba de inyección de combustible, la bomba de transferencia, la caja del gobernador y la bomba de cebado.

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LECCIÓN 3.3 : BOMBA DE TRANSFERENCIA DE COMBUSTIBLE

1

2

3

4

5

6

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8

La bomba de transferencia de combustible está localizada abajo, en los motores 3406 B/C, de la caja de la bomba o a un lado de los motores 3304 3306B/C , es activada por un anillo excéntrico en el eje de levas de la bomba de combustible y puede llevar 193 L (51 galones) de combustible por hora a 172 kPa (25 psi). Esta es una bomba de tipo de pistón donde la presión podría variar entre 20 a 45 psi dependiendo de las condiciones de operación del motor. La bomba sólo suministra lo que el motor necesita mas un adicional que retornará al tanque.

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1

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6

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Es una bomba de simple acción de un pistón con tres válvulas check (De admisión, de bombeo y de salida respectivamente). 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

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Varilla de empuje. Pistón. Válvula de retención de salida. Válvula de retención de la bomba. Resorte de bombeo. Lumbrera de entrada a la bomba. Válvula de retención de admisión. Lumbrera de salida de la bomba.

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LECCIÓN 3.4 : BOMBA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE

PARTES DE LA BOMBA DE INYECCIÓN

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2 3

4

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7 8 9

10 11

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Conducto de admisión

Embolo de la bomba

Válvula de retención

Resorte

Lumbrera de derivación

Cremallera de combustible

Lumbrera de derrame

Engranaje

Hélice

Levantador

Canal

Leva

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FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA DE INYECCIÓN

La vista corresponde al múltiple de combustible de una bomba de inyección de un motor 3406 B/C. Esta área es presurizada por la bomba de transferencia de combustible y una válvula purga constante.

En esta vista vemos un corte de las bomba de combustible 3406B/C, nos muestra una bomba completa y una bomba en corte en el lado derecho. Podemos observar claramente la relación del grupo de la bomba y cremallera así como el sector dentado engranado a la cremallera , también los levantadores y los resortes de retorno.

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En este corte observamos como es dosificado el combustible y entregado a los inyectores. Este es un sistema de combustible de nueva hélice, el engranaje en el fondo del embolo es enganchado dentro de la cremallera. La cremallera hace girar el embolo en el barril de la bomba y cambia la posición de la hélice en el puerto de suministro. El mecanismo de la leva y el levantador mueve el embolo hacia arriba y hacia abajo dentro del barril. En esta posición el embolo esta en el fondo de su carrera. El combustible ingresa al barril a través ambas lumbreras, la de derrame como la de by pass (con la flecha)

Ahora la leva ha levantado el embolo y tanto el puerto de llenado y de derrame han sido cerrados. Este es inicio de la carrera efectiva del émbolo y el inicio de la inyección, esta posición es llamada derivación cerrada. El combustible en el barril es presurizado y luego es enviado a alta presión a través de las líneas hacia el inyector. La inyección continúa hasta el final de la carrera efectiva, cuando la hélice del embolo se alinea con el puerto de derrame en el barril.

Al final de la carrera efectiva el puerto de derrame es abierto por la hélice, el combustible a presión es liberado. Esta posición es llamada derivación abierta durante el ciclo total de bombeo la acanaladura en el embolo es posicionado sobre el pasaje de retorno posterior.

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Cuando el canal del émbolo está en esta posición, está alineada con el pasaje de presión retorno en el barril. Este drena el combustible que va entre el barrel y el plunger y evita dilución de combustible en el aceite del motor.

La válvula check mantiene la línea de combustible llena entre las carreras del inyector

Cuando la presión por encima del embolo alcanza una diferencia aproximada de 100 psi la válvula check se levantara ligeramente, permitiendo pasar la el combustible a alta presión a través de ranuras alrededor del sombrerete hacia los inyectores.

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Una vez que la hélice del embolo descubre la lumbrera de derrame al finalizar la carrera “efectiva” o “util” la presión cae y la válvula de retención del inyector se cierra, la válvula check en la bomba comienza a cerrar completamente hasta no antes de haber caído la presión de la línea hasta un valor de 1000psi.

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LECCIÓN 3.5 : GOBERNADOR FUNCIONAMIENTO DEL GOBERNADOR El gobernador controla la cantidad de combustible necesaria para que el motor mantenga las RPM deseadas, los contrapesos giratorios del gobernador ( 8) están impulsados directamente por el árbol de levas de la bomba de combustible. Los contrapesos (8) y el resorte del regulador (1) mueven el elevador de par (10). La palanca (7) conecta el elevador de par con el manguito (2) que está sujeto a la válvula (3). La válvula (3) forma parte del servorregulador (5) esta válvula mueve el pistón (4) y la cremallera de combustible (6). Cuando se cambia el servorregulador a combustible cerrado, la cremallera del combustible se mueve hacia la parte delantera de la caja de bomba de combustible. El resorte del regulador siempre aplica presión, de manera que el regulador puede proporcionar más combustible al motor. La fuerza centrífuga (fuerza rotatoria) de los contrapesos (8) aplica una presión opuesta. Esto reduce la cantidad de combustible al motor, cuando estas dos fuerzas están en equilibrio (equivalente),el motor opera a RPM constantes.

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PARTES DE UN GOBERNADOR 1 .- Resorte regulador 2 .- Manguito 3 .- Válvula 4 .- Pistón 5 .- Servo regulador 6 .- Cremallera de combustible 7 .- Palanca 8 .- Contrapesos 9 .- Resorte de torque 10.- Barra de tope elevadora de par 11.- Manguito 12.- Asiento del resorte 13.- Tornillo de full torque

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14.- Perno de tope 15.- Resorte de torque 16.- Tornillo para full load 17.- Collar de tope

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LECCIÓN 3.6 : CONTROL DE RELACION AIRE COMBUSTIBLE

Esta ubicado en la parte posterior de la carcasa (housing) del gobernador, tiene como propósito limitar el humo, mejorando la economía de combustible durante una rápida aceleración, este esta controlando el movimiento de la cremallera en la dirección de suministro de combustible «FUEL ON», hasta que haya suficiente aire ( Presión de Boost) y permite una combustión completa en los cilindros. Con el control de relación aire combustible apropiadamente ajustado también minimiza el incremento de hollín en el motor.

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El vástago extendido fuera del control de aire combustible, este vástago ataca en un tope en una palanca que posee contactos en el final de la cremallera de la válvula servo. La entrada de presión de aire (Boost) es sensada por el diafragma en el control, este diafragma empuja el resorte contra el pistón. El movimiento del pistón controla el flujo de aceite cuando se mueve el pistón conectado al vástago. 2

1

3

4

5

6 L

7 H

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9

11

10

Cámara de aire

Pistón activador

Diafragma

Pasaje interior de aceite

Válvula de control

Cámara de aceite

Pasaje de drenaje de aceite

Palanca

Entrada de aceite

Presión de refuerzo

Vastago

Aceite del motor con presión

Resorte SOLENOIDE DE CORTE DE COMBUSTIBLE ( Fuel shut off solenoid) Esta localizado en la parte posterior del gobernador, hay dos tipos, uno permite el funcionamiento energizado y otro corta el combustible siendo energizado. El que se muestra permite el paso de combustible energizándolo. Cuando el sistema eléctrico del motor es energizado (key on), el solenoide es activado y permitirá el movimiento del rack en cualquier dirección.

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LECCIÓN 3.7 : UNIDAD DE AVANCE DE SINCRONIZACIÓN

3406B/C UNIDAD DE AVANCE DE SINCRONIZACION

Dependiendo de la aplicación, el gobernador y el mando de la bomba de inyección están SINCRONIZADOS por una unión sólida de transmisión o una unidad hidráulica de avance automático la que controla el avance de la sincronización de la inyección del combustible. Esta unidad de avance es usada ahora comúnmente en camiones, aplicaciones industriales y algunas aplicaciones marinas

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12

Resorte mayor

Resorte del contrapeso

Contrapesos

Perno

Engrane de sincronización

Corona externa

Portador

Corona

Eje de levas

Carrete

Caja del tornillo

Cuerpo de la válvula

Tornillo de regulación

Vemos la remoción de la unidad. Observe los 10 o de inclinación del dentado en el portador

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1

2

3

4

5

6

7

8

13 9

10

12

11

El engranaje de sincronización es impulsado por el tren de engranajes delanteros del motor. El portador (4) se desliza en el interior del anillo exterior (10), el carrete (12) se activa como un regulador de inicio o retardo en la unidad de avance de sincronización. 1

3

2

4

5

6

7

8

13

9

10

11

12

INICIO DEL AVANCE DE SINCRONIZACION, Una vez que las RPM del motor alcanzan niveles elevados, los contrapesos comienzan a

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vencer la oposición del resorte (8), permitiéndole al carrete (12) un desplazamiento hacia la izquierda y dejando libre un pasaje por el cual pasa el aceite presurizado del motor hacia una cámara que es retenida por el resorte mayor (1). Cuando esta presión es mayor a la del resorte se inicia el avance de la inyección. 1

3

2

4

5

6

7

8

13 9

10

12

11

AVANCE MÁXIMO DE SINCRONIZACION, se llega a obtener cuando la cámara detrás de los contrapesos llega a un desplazamiento alcanzando un giro de 9 grados como máximo. 1

3

2

4 5

6

7

8

13

9

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10

11

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RETARDO DEL AVANCE DE SINCRONIZACION, A medida que las RPM se reduce los contrapesos ejercen una menor fuerza sobre el resorte (8), entonces el carrete (12) se desplaza hacia la derecha cerrando el pasaje de aceite de suministro a la cámara detrás de los contrapesos y permitiendo el pase de este aceite a la cámara del resorte mayor (1) de esta manera el resorte mayor (8) tiene menos oposición y por lo tanto retarda el avance a su posición inicial.

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MODULO 4 SISTEMA DE UNIDAD DE INYECCIÓN MECÁNICA (MUI)

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MÓDULO 4: SISTEMA DE UNIDAD DE INYECCIÓN MECÁNICA (MUI) Este módulo da una introducción al sistema de combustible usado en las familias de motor 3100 y 3500. Este módulo discute la bomba de transferencia, la bomba de inyección de combustible, el gobernador y los componentes relacionados tales como el control de aire combustible y el solenoide de corte. OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en la capacidad de: 1.

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Identificar componentes y entender la operación del sistema de unidad de inyección mecánica (MUI).

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LECCIÓN 4.1 : INTRODUCCIÓN El sistema de combustible MUI emplea una unidad de inyección mecánica, combinado con un inyector y una alta presión de la bomba de inyección de combustible. La bomba de transferencia jala el combustible del tanque a través pasando primero por el filtro primario y lo envía hacia el filtro secundario, luego el combustible pasa a un pasaje taladrado en la parte posterior de la culata. El pasaje taladrado llevará combustible hacia el interior de la galería alrededor de cada unidad de inyección y provee un flujo constante de combustible a los inyectores. El combustible que no es utilizado sale y pasa por un orificio regulador de presión y una válvula check y retorna al tanque, este sistema es muy compacto y elimina las fugas de combustible en las líneas de alta presión y tiene una rápida respuesta a cargas y consumo destacado de combustible, adicionalmente este sistema permite presiones muy alta de inyección y tiempos cortos de inyección con un sub-secuente control de las emisiones. Esquema del sistema de combustible

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LECCIÓN 4.2 : IDENTIFICACION DE COMPONENTES

1

2

3

4

5

A

6

7 8

10 11

9

Componentes (A) Bomba de cebado de combustible (si está disponible) (1) Rejilla (si está equipado) (2) Válvula Check de ingreso (3) Bomba de transferencia. Forma un solo cuerpo con el gobernador. (4) Válvula check de salida. (5) Filtro de combustible. (6) Culata. (7) Válvula reguladora de Presión. (8) Válvula check. (9) Filtro primario de combustible ( si está equipado) (10) Válvula de alivio de Presión. (11) Tanque de combustible.

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LECCIÓN 4.3 : BOMBA DE TRANSFERENCIA DE COMBUSTIBLE 1

2

B

3

A

5

4

6

8

Partes :

9

7

Flujo de entrada de combustible

Conducto de salida

Rejilla (si tiene)

Árbol de levas

Válvula de retención de

Conjunto de válvula de

admisión

contrapunta

Resorte

Válvula de retención de pistón

Flujo de salida de combustible

Conjunto de pistón

Válvula de retención de salida Funcionamiento La bomba de transferencia de combustible está ubicada en la caja delantera del regulador. El árbol de levas (8) que está conectado al eje del engranaje de mando del regulador activa la bomba. El árbol de levas y el resorte (3) mueven el conjunto de pistón (4) y el conjunto de válvula de contrapunta (7) hacia arriba y hacia abajo. El combustible entra en la bomba de transferencia a través de la rejilla (1) (si tiene) y de la válvula de retención de admisión (2). En la carrera ascendente del conjunto de pistón (4), la válvula de retención (2) se cierra. La válvula de retención de salida (5) se cierra para evitar que vuelva a entrar combustible en la bomba desde la salida. Cuando la presión aumenta por encima del conjunto de pistón (4), la válvula de retención de pistón (6) se abre para llenar la cavidad que está encima del conjunto de pistón. En la carrera descendente, a medida que la presión de combustible en el conducto (9) aumenta, se cierra la válvula de retención de pistón (6) y se abre la válvula de retención de salida (5). Esto causa que el combustible pase a través del filtro secundario de combustible y llegue al motor. La válvula de retención de admisión (2) se abre para permitir que el combustible llene la cavidad por encima del conjunto de pistón (4) .Durante la parada del motor, las válvulas de retención se mantienen cerradas por resortes. FERREYROS S.A.A. CAPACITACION LOYOVAL OCT05

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LECCIÓN 4.4 : BOMBA DE INYECCIÓN DE COMBUSTIBLE 1

2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

14

Partes:

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1

Balancín

10

Conducto de combustible

2

Tornillo de ajuste

9

Cañón

5

Varilla de empuje

8

Sello anular

13 Levantador

7

Cremallera

14 Árbol de levas

6

Émbolo

12 Sello anular

4

Resorte levanta válvulas

11

3

Botón flotante

Manguito

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Descripción 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 levantador (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). 4 6 7

15

8

16

17 19 20 12

18

21

Componentes 4

Resorte levanta válvula

17

Hélice

6

Émbolo

18

Orificio inferior

7

Cremallera

19

Orificio superior

8

Sello anular

20

Resorte

21

Válvula de retención

15 Engranaje 16 Filtro de manguito FERREYROS S.A.A. CAPACITACION LOYOVAL OCT05

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Funcionamiento En la parte superior de la carrera del émbolo, combustible del conducto de combustible (10) entra en el inyector unitario alrededor de los bordes del filtro de manguito (16). El combustible llena entonces el volumen por debajo del émbolo (6) . Durante el movimiento descendente de émbolo, el combustible debajo del émbolo se mueve al conducto a través de los dos orificios en el cañón (9). A medida que el borde inferior del émbolo cierra el orificio superior (19), el combustible continúa saliendo a través del orificio inferior (18). Cuando se cierra el orificio inferior, la carrera efectiva empieza. El combustible dentro del inyector unitario es presurizado por el movimiento descendente continuado del émbolo. Cuando la presión de combustible es suficiente para abrir la válvula de retención (21), el combustible a alta presión pasará a través de orificios en la parte inferior de la boquilla y entrará a la cámara de combustión. Esto continuará hasta que la hélice (17) del émbolo destape el orificio superior (19). En este instante, la carrera efectiva termina y este combustible a alta presión saldrá a través del orificio superior (19) al conducto. Esto permitirá que el resorte (20) cierre la válvula de retención (21) con lo que terminará el ciclo de inyección. El movimiento descendente del émbolo continuará hasta que el levantador (13) alcance la parte delantera (la nariz) del árbol de levas. El resorte del levantaválvulas (4) regresará el émbolo hacia arriba. Esto permitirá que la cavidad debajo del émbolo se llene del combustible en el conducto. El inyector unitario está ahora listo para el próximo ciclo. Además de movimiento vertical, el émbolo puede girar con respecto al cañón (9) por medio del engranaje (15). El engranaje se desliza para permitir el movimiento vertical del émbolo y el engranaje se engrana con la cremallera (7). La rotación del engranaje cambia la relación entre la hélice (17) y el orificio superior (19). La cantidad de combustible que se inyecta en cada cámara de combustión cambia. Por ejemplo, si la cremallera (7) se mueve a la derecha, el émbolo (6) girará hacia la izquierda. (Este movimiento se observa desde la parte superior). La distancia entre el extremo inferior del émbolo y la hélice (17) aumenta con respecto al orificio superior (19). Se aumenta la carrera efectiva y se inyecta más combustible en la cámara de combustión.

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LECCIÓN 4.5 : GOBERNADORES Funcion El gobernador o regulador transfiere los requerimientos del operador al varillaje de control de la cremallera de inyección de combustible. El regulador mantiene la velocidad deseada del motor por la posición del acelerador. El eje de salida del regulador se mueve inmediatamente cuando se mueve el acelerador. El movimiento del eje de salida del regulador causa entonces que el varillaje de control de la cremallera de inyección de combustible gire. La rotación del varillaje de control de la cremallera de inyección de combustible causa que la cremallera de inyección de combustible se mueva. A medida que la cremallera se mueve para cambiar la velocidad del motor, el regulador ajusta la cantidad de combustible que se entrega a los cilindros. Esto causa que el motor se estabilice en la velocidad que corresponde a la posición de acelerador.

SISTEMA DE OPERACION El gobernador está montado en la parte superior izquierda de la carcasa del motor. Es conducido por el engranaje del eje de levas en el frente del tren de engranajes; la relación de combustible (fuel rate) y la velocidad del motor son controlados por un varillaje conectado a la cremallera de inyector. El gobernador es regulado en el banco dinámicamente. La potencia es controlada por un varillaje de control de la cremallera de inyección de combustible en la culata usando un indicador de posición de dial. Todos los ajustes son hechos en este varillaje de control el cual es sellado en la fábrica, El gobernador es sellado también después de la regulación en el banco.

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GOBERNADORES TIPO Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V Tipo VI Tipo VII

CODIGO A B C A,0,1 D D D

PALANCA COMPONENTES DE ACELERACION Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo Tipo

I I I o II II II II II

Sin servo

Caja fundida FRC Potencia Doble Potencia Doble

Hay siete tipos de gobernador usados en los motores de 1.1 y 1.2 litros.

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1

3

2

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8 A E

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E

A

7

8

Engranaje de mando del regulador Eje Portador de los contrapesos Contrapesos Manguito Resorte de baja en vacío Resorte de alta en vacío Pasador Levantador Calces

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LECCIÓN 4.6 : VARILLAJE DE CONTROL DE LA CREMALLERA DE INYECCION DE COMBUSTIBLE

6 11

5

10

4

9

3

2

8 1

7

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1

Eje

7

Conjunto de palanca

2

Resorte de tensión

8

Tornillo de sincronización

3

Abrazadera

9

Cremallera

4

Conjunto de palanca

10

Abrazadera

5

Eslabón

11

Inyector Unitario

6

Tornillo de regulación

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FUNCIONAMIENTO 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 al eslabón (5) con un pasador. El eslabón está conectado al conjunto de palanca (4). Cuando el regulador solicita más combustible, el eslabón (5) y el conjunto de palanca (4) causan la rotación del eje (1) y las abrazaderas (3). El eje (1) y las abrazaderas (3) giran en la dirección de COMBUSTIBLE CONECTADO (A). Cada abrazadera empuja entonces el conjunto de palanca (7) a medida que el eje gira. El conjunto de palanca (7) tira de la cremallera (9). Esto permitirá que se inyecte más combustible en el cilindro. Cuando el regulador requiere menos combustible, el eslabón (5) causa la rotación del eje (1) y las abrazaderas (3). El eje (1) y las abrazaderas (3) giran en la dirección de COMBUSTIBLE DESCONECTADO (B). El resorte de torsión (2) fuerza el conjunto de palanca (7) a girar hacia la derecha. Esto empuja la cremallera (9) hacia la posición cerrada. 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 (6) en la abrazadera (10). A medida que se hace girar el tornillo de regulación del combustible (6), el eje (1) gira a una posición nueva con respecto al eslabón (5) y el conjunto de palanca (4). Los tornillos de ajuste (8) permiten la sincronización de los inyectores con respecto al inyector unitario del cilindro No. 1.

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LECCIÓN 4.7 : CONTROL DE RELACIÓN AIRECOMBUSTIBLE 1

3

2

4

5

A B

7

6

8

9

13 14 10

11

12

15

Partes: 1.2.3.4.5.6.7.8.-

Eje de salida del regulador Orificio de entrada de aire con presión de refuerzo Control de la relación de combustible (FRC) Eje retén Palanca de control de la relación de combustible Palanca de control Palanca de límite Tornillo de ajuste de la palanca del control de la relación de combustible 9.- Tornillo de tope de la palanca de límite 10.- Palanca de pivote 11.- Palanca de articulación 12.- Eje de leva de torsión 13.- Eje pivote 14.- Leva de torsión 15.- Palanca del levantador A.- Salida de combustible conectado a cremallera B.- Entrada de combustible conectado desde el operador FUNCIONAMIENTO El motor con turbocompresor usa un control de la relación de combustible (FRC) para controlar el humo durante la aceleración en niveles bajos de presión de refuerzo. El FRC restringe la cantidad de FERREYROS S.A.A. CAPACITACION LOYOVAL OCT05

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combustible que entra a las cámaras de combustión hasta que se haya logrado la presión de refuerzo suficiente. 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 (7) toque el tornillo de ajuste (8) 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 (7) giren 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 (7) toque el tornillo de ajuste de la palanca de límite(9) . 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. 1

2

3

4

5

9

A

B

8

7

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LECCIÓN 4.8 : SOLENOIDE DE CORTE DE COMBUSTIBLE

FUNCION Un Solenoide de corte de combustible es un dispositivo opcional, con dos bobinas y una traba mecánica. Puede ser instalado en el gobernador. El mecanismo de corte de combustible es activado por el solenoide. Un émbolo cargado por un resorte dentro del solenoide actúa sobre una palanca dentro de la caja frontal del gobernador. Esta palanca presiona el eje de salida del gobernador a la posición de corte de combustible cuando el émbolo está desenergizado o cuando el émbolo es liberado manualmente a la posición de corte En la posición de arranque el solenoide es energizado para asegurar una posición de funcionamiento. El eje de salida del gobernador está entonces libre de moverse a la posición de alimentación de combustible para ponerlo en la posición de funcionamiento

1

2

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Diagrama eléctrico de un típico solenoide de corte de combustible 3 4

5

6

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8 9

10

2

11

12

13

(2) Solenoide de corte de combustible. (3) Conexión de parada(«STOP» Connection») (4) Conexión «G». (5) Conexión «S». (6) Conexión a bateria «BAT» (7) Terminal Positivo (8) Terminal Negativo (9) Conexión «GND» (10) Conexión de arranque («START» Connection) (11) Conexión «MTR» (12) Motor de arranque

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