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1 Riel Comn Bosch Captulo 3
DISTRIBUCIN DE ALTA PRESIN
La etapa de Alta Presin de las instalaciones del Sistema de Inyeccin de Riel
Comn comprende:
-Una Bomba de Alta Presin con una Vlvula de Control de presin.
-Caeras o lneas de Alta presin.
- El Riel Comn, como un acumulador del Combustible, el cual tiene un Sensor de
Presin, una Vlvula de limitacin de presin y limitador de flujo.
-Inyectores del igual nmero al de los cilindros del Motor.
-Caeras de retorno del combustible.
BOMBA DE ALTA PRESIN
La Bomba de Alta presin recibe el combustible de la bomba de alimentacin,
a travs del Filtro, y eleva la presin sobre los 1.350 bares (sobre las 20.000
lb/pulg2). Esta presin de combustible se dirige a travs de una caera de alta
presin hasta el acumulador tabular de alta presin (llamado Riel Comn).
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La Bomba de Alta presin es una interfase entre la presin baja venida de la
bomba de alimentacin y la etapa de alta presin. Dentro de las condiciones de
operacin, es la responsable de generar la adecuada alta presin del combustible
durante la vida til del servicio de un vehculo. Esto incluye tambin la provisin
del combustible extra que se requiere para el arranque rpido y para el aumento
de la presin en el Riel Comn.
La bomba de alta presin genera continuamente la presin que se requiere en el
acumulador de presin (Riel). Esto significa que, a diferencia de los sistemas
anteriores, no se requiere comprimir el combustible para cada elemento individual
(inyector), sino para todo el sistema de inyectores, como un proceso completo de
Inyeccin.
DISEO Y CONSTRUCCIN DE LA BOMBA DE ALTA PRESIN
La bomba de alta presin es instalada preferiblemente en el mismo lugar en la que
ira la bomba rotativa de un motor Diesel convencional. Es movida por el motor (a
mitad del nmero de revoluciones del Cigeal o al mismo nmero de
revoluciones del Eje de Levas), pero con un mximo de 3.000 revoluciones por
minuto (RPM), por medio de algn acople o pin de mando, una cadena o
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banda dentada (de acuerdo al diseo del motor que la impulsa). La Bomba es
lubricada con el mismo combustible que la comba debe presionar y elevar.
Dependiendo del espacio diseado, una vlvula de control de presin es
instalada directamente con la lnea de alta presin, pero a su vez localizada en
esta misma lnea. Dentro de la Bomba de alta presin, el combustible es
presionado por medio de tres pistones, localizados en un ngulo de 120 grados
entre ellos, de forma radial, empujados por un eje excntrico (levas) de tres
caras. Debido a que en cada vuelta genera tres carreras de los pistones,
solamente se produce un pico de torque bajo y bajo desgaste en el comando de
la bomba, manteniendo un empuje uniforme.
Con 16 Nm, el torque utilizado es solamente un valor aproximado de 1/9 parte de
la que se necesitara en una bomba rotativa para comandarla, esto significa que
un Sistema de Riel Comn requiere menos carga en el comando de la Bomba, en
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proporcin con la presin generada para alimentar al Riel Comn y la velocidad
misma para producir un caudal similar.
Para un Motor de 2 litros de cilindrada, a una velocidad valorada y con una presin
de trabajo de 1.350 bar en el Riel, esta Bomba de Alta presin requiere
aproximadamente 3.8 KW, presumiendo una eficiencia mecnica de
aproximadamente un 90 %. La alta demanda de poder (ms alto que la necesidad
terica) resulta del coteo de combustible y la cantidad de control en los inyectores
y del retorno de combustible a travs de la vlvula de control de presin.
CURVA DE ENTREGA DE COMBUSTIBLE
Debido a que la bomba de alta presin est diseada para entregar una gran
cantidad de combustible, mayor a la cantidad requerida por el sistema, el exceso
de presin es enviado de retorno durante los estados de Ralent y carga parcial
del Motor. Este combustible retorna hacia el tanque a travs de la vlvula de
control de presin. El combustible comprimido se descomprime en el tanque y
la energa utilizada para comprimir este combustible se pierde, y adicionalmente el
calentamiento por la elevacin de la presin reduce la eficiencia total del sistema.
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MTODO DE OPERACIN
A travs de un filtro y de un separador de agua, la bomba de alimentacin
entrega el combustible desde el tanque hasta la entrada de combustible de la
bomba de alta presin y la vlvula de seguridad. Esto obliga al combustible a
ingresar a travs del orificio de la vlvula de seguridad (check) para llegar al
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circuito de lubricacin y refrigeracin de la bomba de alta presin. El eje con sus
tres levas excntricas empuja a los tres pistones dentro de sus cilindros, en un
movimiento de subida y bajada, de acuerdo al recorrido que permite la altura de
las levas.
Tan pronto como la presin de alimentacin excede la presin de apertura de la
vlvula de seguridad (0,51,5 bar) la pre- bomba puede formar al combustible a
pasar por las vlvulas de la entrada hasta las cmaras de alta presin, cuando
los pistones estn en la etapa de descenso (ciclo de succin).
Cuando el pistn llega al Punto inferior de su recorrido, las vlvulas de ingreso o
succin se cierran, siendo imposible en este momento que el combustible retorne
o escape de la cmara de presin, ya que el mismo movimiento ascendente del
pistn (carrera de presin) la cierra hermticamente.
Cuando el pistn empieza su carrera ascendente, se inicia la etapa de elevacin
de presin, abrindose la vlvula de salida, enviando esta alta presin generada
hacia el circuito de alta presin, es decir, la caera principal de salida y el Riel
Comn.
El pistn se mantiene entregando la alta presin hacia la salida hasta el momento
en que llega a su carrera mxima, iniciando su retorno, momento en el cual se
cierra la vlvula de salida y se abre la vlvula de succin, para que nuevamente
ingrese combustible a la cmara, repitindose nuevamente el proceso. Este
proceso, como se notar se produce en todos y cada uno de los tres pistones de
la Bomba de alta presin, ya que cada uno tiene una vlvula de succin y una
vlvula de salida.
RELACIN DE TRANSMISIN DE LA BOMBA DE ALTA PRESIN
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La cantidad de entrega de la bomba de alta presin es proporcional a la velocidad
de rotacin, y esto significa que depende del nmero de revoluciones del
motor que la impulsa. Durante la ingeniera de las aplicaciones de sistema de
inyeccin que trabajan en el motor, la relacin de transmisin debe ser
proporcional para que, de un lado, el exceso de caudal no sea tan alto, y por otro
lado que en trabajo mximo los niveles de entrega puedan ser suficientes. Con
relacin al Cigeal, las relaciones de transmisin de 1:2 y de 2:3 son posibles.
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ACUMULADOR DE ALTA PRESIN (RIEL COMN)
La alta presin enviada por la Bomba de Alta Presin llega por medio de una
caera hasta el Riel.
Antes de que se alimente a cada inyector del combustible desde el Riel, la
presin de combustible se mantiene prcticamente constante. Esto se logra
gracias al efecto de acumulacin que permite el combustible al ser elstico.
La presin de combustible dentro del riel es medida por el sensor de presin y
mantenida al nivel designado por la vlvula de control de presin. El trabajo de
la vlvula de limitacin es justo mantener la presin dentro del riel hasta una
presin mxima de 1.500 bar, permitiendo el retorno del exceso de presin.
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La alta presin acumulada se entrega a cada inyector por medio de Caeras de
alta presin con limitadores de flujo, los cuales previenen del enriquecimiento
excesivo de combustible en las cmaras de combustin.
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El acumulador de alta presin (el Riel) mantiene al combustible con alta presin
dentro de l. Al mismo tiempo, las oscilaciones de presin que se generan durante
la entrega de alta presin desde la bomba, as como la inyeccin del combustible
en los inyectores son amortiguados en el Riel Comn.
Este acumulador de alta presin es comn para todos los cilindros del motor (para
sus inyectores), y de all su nombre Riel Comn. A pesar de largas cantidades
extradas de combustible, el riel comn mantiene una presin interna casi
invariable y prcticamente constante. Esto asegura que la presin de inyeccin se
mantenga constante desde el momento en el que el inyector se abre.
En el siguiente esquema se puede apreciar el diseo de este Riel, notndose el
ingreso del combustible proveniente de la bomba de alta presin, y el retorno en
exceso se dirige hacia el tanque de combustible.
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DISEO Y CONTRUCCIN DEL RIEL
Con el objetivo de cumplir con la amplia variedad de condiciones en las
instalaciones de los motores, el riel con sus limitadores de flujo y el
aprovisionamiento del alojamiento del sensor de presin del riel, para la vlvula
de control de presin, y la vlvula limitadora de presin, es diseada en
diferentes nmeros de diseos.
FUNCION DEL RIEL COMUN
El volumen designado en el riel es llenado permanentemente con combustible
presurizado. La compresibilidad del combustible es el resultado del efecto
buscado debido a la alta presin de llenado.
Cuando el combustible es inyectado en cada inyector, al salir del riel, la presin
que se mantiene en el riel es prcticamente constante. Similarmente, la resultante
de las variaciones de presin debido a las pulsaciones de combustible debido al
llenado de la bomba de alta presin, son compensadas permanentemente.
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CAERAS EN LA SECCIN DE ALTA PRESIN
Estas caeras o lneas llevan la alta presin de combustible desde el Riel Comn
hasta los inyectores. Estas estn diseadas para permitir mantenerse estables
permanentemente con alta presin del sistema y, durante las pausas en la
inyeccin, cuando ocurren fluctuaciones de presin de alta frecuencia. Ellas
estn diseadas de tubos de acero, normalmente tienen un dimetro exterior de 6
mm, con un dimetro interno de 2,4 mm.
Las caeras para los inyectores entre el Riel Comn y los inyectores deben
mantenerse de la misma longitud. Las diferencias de longitud entre el Riel y cada
inyector individual son compensadas utilizando curvas o leves o muy pronunciadas
en los largos individuales de las caeras. De todas maneras, las caeras de
inyeccin se deben mantener siempre lo ms cortas posibles.
A continuacin tenemos una foto, en la cual podemos observar un riel de alta
presin y las caeras que se conectan con los inyectores de cada cilindro.
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TRABAJO DEL SISTEMA DE ALTA PRESIN
Cuando la alta presin que enva la bomba de alta presin llega hasta el riel a
travs de la caera, la presin se distribuye hasta cada inyector por medio de
caeras individuales, llegando a todos y cada uno de los inyectores la misma
presin.
Cuando la presin entregada por la bomba de alta presin quiere sobrepasar el
lmite mximo permitido de seguridad, se abrir la vlvula limitadora, retornando
el exceso de presin hacia el depsito.
El computador del sistema controlar la apertura de cada inyector, enviando
pulsos en el orden correspondiente al orden de encendido de los cilindros del
motor. Como lo podemos observar en la grafica
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TRABAJO DEL MOTOR CON RIEL COMN
Para entender mejor el trabajo del sistema con Riel Comn, revisemos la siguiente
grfica en la cual se ha instalado al riel, conectando a un inyector con la caera
de alta presin.
Esta presin del riel se mantiene alta de forma permanente o constante mientras
el motor est girando y est obligando a la bomba de alta presin a girar y a
generar esta alta presin. El inyector, como hemos dicho, es obligado a abrirse
solamente con los pulsos que le enva el computador de control.
Para que el computador conozca el caudal de inyeccin y el tiempo, recibir la
informacin de varios sensores del motor, parmetros que modificaran este
caudal y tiempo inyectados.
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