UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE CUENCA Carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz


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1 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE CUENCA Carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz DISEÑO DE UN SIMULADOR PARA DIAGNÓSTICO DE BOMBAS CRDI E IMPLEMENTACIÓN EN UN BANCO DE PRUEBAS HARTRIDGE DE BOMBAS CONVENCIONALES Tesis previa a la obtención del título de Ingeniero Mecánico Automotriz. Autores: Félix Isaías Arízaga Idrovo Pablo Fernando Torres Ortiz Director: Ing. Lauro Barros Cuenca, Octubre 2014 I

2 CERTIFICACIÓN Que el siguiente trabajo de tesis: Diseño de un simulador para diagnóstico de bombas CRDI e implementación en un banco de pruebas Hartridge de bombas convencionales, para la carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz de la Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca, realizado por los estudiantes Félix Isaías Arízaga Idrovo y Pablo Fernando Torres Ortiz, fue dirigido por mi persona. Cuenca, 21 de octubre de 2014 Ing. Lauro Barros II

3 DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD Nosotros Félix Isaías Arízaga Idrovo y Pablo Fernando Torres Ortiz, declaramos bajo juramento que el trabajo que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional, y que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Universidad Politécnica Salesiana, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente. Félix Isaías Arízaga Idrovo Pablo Fernando Torres Ortiz III

4 AGRADECIMIENTO Agradezco a Dios por protegerme durante todo mi camino y darme fuerzas para superar obstáculos y dificultades a lo largo de toda mi vida. A mis padres y hermanos por el apoyo bridado. Al Ing. Lauro Barros, director de tesis, por su valiosa guía y asesoramiento a la realización de la misma. Gracias a todas las personas que ayudaron directa e indirectamente en la realización de este proyecto. Félix Arízaga Idrovo. IV

5 AGRADECIMIENTO Agradezco a Dios, a mi familia por brindarme el apoyo, el tiempo, la dedicación y la confianza durante esta etapa de mi vida. A los técnicos del Laboratorio Reina del Cisne, por compartir sus conocimientos, experiencia adquirida y opiniones durante el desarrollo de la misma. A mi director de tesis por compartir el conocimiento adquirido y por su voluntad para guiarnos en el desarrollo de la tesis. Pablo Fernando Torres Ortiz V

6 DEDICATORIA Dedico este trabajo principalmente a Dios, por haberme dado la vida y permitirme el haber llegado hasta este momento tan importante de mi formación profesional. A mi madre, por ser el pilar más importante y por demostrarme siempre su cariño y apoyo incondicional. A mi padre, por ser el ejemplo de vida a seguir y siempre estar dispuesto a escucharme y ayudarme en cualquier momento. A mis hermanos por el apoyo incondicional que me han brindado. Félix Arízaga Idrovo. VI

7 DEDICATORIA A mi padre Carlos y mi madre Lidia por apoyarme en la culminación de mi carrera, además de brindarme todo su apoyo, amor y confianza. Además a mis hermanos Juan Carlos y Eduardo que de una u otra manera aportaron con su granito de arena, brindándome su apoyo y palabras de aliento, a lo largo de mi carrera. Pablo Fernando Torres Ortiz VII

8 RESUMEN El considerable desarrollo tecnológico en la actualidad, ha permitido la creación de sistemas de inyección diésel que trabajan de manera más eficiente, lo que genera un avance semejante en el desarrollo de máquinas diseñadas para el diagnóstico de estos sistemas, como los bancos de pruebas, los cuales son equipos que permiten realizar evaluaciones previas de las condiciones de calidad de un sistema. De aquí la importancia de contar con equipos que permitan diagnosticar sistemas de inyección diésel modernos, utilizando bancos de pruebas que presenten la tecnología suficiente para trabajar con dichos sistemas. El banco de pruebas Hartridge serie PGM y modelos contemporáneos, son equipos que no permiten el diagnóstico de las bombas de alta presión de los sistemas de inyección diésel modernos. El problema radica fundamentalmente en que estos bancos no cuentan con los siguientes dispositivos: Un simulador de la señal que va del ECM (o PCM dependiendo del vehículo) hacia la SCV (válvula de control de la aspiración). Un instrumento de medición de la presión otorgada por la bomba ya que esta supera los 1700 bares, este puede ser analógico o digital. Un instrumento para la medición de caudal del líquido de pruebas consumido. Muchos técnicos de laboratorios diésel que no poseen bancos con todas estas características debido a su elevado costo, sugieren que un dispositivo complementario, sería de gran ayuda para diagnosticar fallas en estas bombas, y mantener aun útiles sus bancos de pruebas; reduciendo gastos que corresponden a la adquisición de equipos nuevos y modernos. Los capítulos que se consignan en este trabajo son: Fundamentación teórica del funcionamiento, valores de trabajo y función de las diferentes partes de las bombas CRDI, Diseño y construcción del simulador con sus accesorios, Pruebas de funcionamiento y puesta a punto del simulador. VIII

9 INDICE CAPÍTULO I... 1 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DEL FUNCIONAMIENTO, VALORES DE TRABAJO Y FUNCIÓN DE LAS DIFERENTES PARTES DE LAS BOMBAS CRDI INTRODUCCÓN SISTEMAS COMMON RAIL Sistemas utilizados en la actualidad Elementos de un sistema Common Rail Gestión electrónica del sistema Common Rail BOMBA DE ALTA PRESIÓN CRDI Funcionamiento de la Bomba CRDI Válvula SCV Operación Abertura Pequeña de la SCV Abertura Grande de la SCV Sistema Common Rail Bosch Bomba CRD Bosch Bomba de Alimentación Especificaciones de la bomba Válvula limitadora de presión Estructura y función Sensor de presión Common Rail Bosch Sistema Common Rail Denso Bomba de suministro Denso (HP3) Construcción y características Funciones de las piezas componentes Bomba de alimentación Válvula reguladora Válvula de control de succión SCV Denso Unidad de bomba (leva excéntrica, leva anular, émbolo buzo) Válvula de descarga Sensor de temperatura del combustible Sistema Common Rail Delphi Bomba de suministro Delphi Generación de presión IX

10 1.7. Sistema Common Rail Siemens Bomba de suministro Siemens Generación de presión SENSOR DE CAUDAL AICHI OF05ZAT Información general BANCO DE PRUEBAS HARTRIDGE PGM CAPÍTULO II DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL SIMULADOR Y SUS ACCESORIOS INTRODUCCIÓN DISEÑO DE PLACA MATRIZ Parámetros para el diseño Dimensiones Material Análisis por elementos finitos de la placa Soportes Cargas Calidad de enmallado Resultados Esfuerzo equivalente de Von Mises Deformación total Factor de seguridad CONSTRUCCIÓN DE LA PLACA MATRIZ DISEÑO DE RIEL Parámetros para el diseño Dimensiones Material Análisis por elementos finitos de la placa Soportes Cargas Calidad de enmallado Resultados Esfuerzo equivalente de Von Mises Deformación total Factor de seguridad CONSTRUCCIÓN DEL RIEL DISEÑO DEL SIMULADOR X

11 Parámetros para el diseño DISEÑO DEL CIRCUITO DE POTENCIA CONSTRUCCION DE LA CAJA DE CIRCUITO DE POTENCIA Elementos Comprobaciones del circuito SOFTWARE Y TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS Tarjeta NI USB Labview PROGRAMACIONES Programación para la generación de la señal Programación del receptor de la señal del sensor de presión Proceso de caracterización del sensor de presión Programación del sensor de caudal Programación de la visualización de los datos de funcionamiento CONSTRUCCIÓN DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD MONTAJE DE LOS ACCESORIOS DEL SIMULADOR CAPÍTULO III PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO Y PUESTA A PUNTO DEL SIMULADOR INTRODUCCIÓN CORRECCIÓN DE LA MEDICIÓN DE PRESIÓN Calibrador de presión DPC DESCRIPCION DE PRUEBAS DEL SIMULADOR Descripción de la prueba de presión Descripción de la prueba de estanqueidad Descripción de la prueba de caudal DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS PARA EFECTUAR LAS PRUEBAS Configuración de la señal de comandado de la válvula SCV Determinación de las RPM PROCESO PARA EFECTUAR LAS PRUEBAS Prueba de presión Prueba de estanqueidad Prueba de caudal EJECUCIÓN DE PRUEBAS Prueba de presión XI

12 Análisis de resultados Prueba de estanqueidad Análisis de resultados Prueba de caudal CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS ANEXO XII

13 LISTA DE FIGURAS CAPÍTULO I Figura Componentes del sistema CRDI...3 Figura Diagrama del sistema CRDI...4 Figura Vista seccionada de una bomba de presión...5 Figura Esquema del funcionamiento de la bomba de alta presión...6 Figura Partes externas de la bomba CRDI. Figura1.6 Válvula IMV Delphi...7 Figura Válvula IMV Delphi...7 Figura Sistema de Inyección CRDI Bosch...11 Figura Bomba CRDI Bosch...12 Figura Funcionamiento de la Bomba CRDI Bosch...12 Figura Bomba de alimentación Bosch...13 Figura Bomba de alimentación Bosch...14 Figura Válvula limitadora de presión...15 Figura Sensor de presión Bosch...16 Figura Sensor de presión de riel...16 Figura Sistema Global Denso...17 Figura Bomba HP3 Denso...18 Figura Esquema de flujo de combustible Bomba HP3 Denso...19 Figura Bomba de alimentación Denso...20 Figura Válvula reguladora del caudal - Bomba de alimentación Denso HP Figura Válvula SCV Denso Figura Control del porcentaje de servicio de válvula SCV Figura Conjunto de Bombeo de la bomba HP3 Denso...22 Figura Válvula de descarga. Bomba HP XIII

14 Figura Sensor de temperatura de combustible Bomba HP Figura Sistema Common Rail Delphi con IDM...24 Figura Sistema Common Rail Delphi sin MDI...25 Figura Bomba Common Rail Delphi...25 Figura Sistema Common Rail Delphi sin MDI...26 Figura Cámara de presión de la bomba Delphi- etapa de llenado...27 Figura Cámara de presión de la bomba Delphi-etapa presurización...27 Figura Sistema CRDI Siemens...28 Figura Bomba CRDI Siemens...28 Figura Partes de bomba CRDI Siemens...29 Figura Ingreso de combustible al embolo de la bomba CRDI Siemens...30 Figura Presurización de combustible al embolo de la bomba CRDI Siemens...31 Figura Sensor de caudal Aichi...32 Figura Sensor de presión de riel...32 Figura Banco de pruebas Hartridge PGM CAPÍTULO II Figura Diagrama de bloques del simulador para bombas CRDI Figura Toma de medidas de la torre del banco...38 Figura Toma de medidas de la bomba...39 Figura Diseño en CAD de la placa matriz...39 Figura Configuración de los puntos de sujeción...41 Figura Configuración de las cargas...41 Figura Calidad del enmallado...42 Figura Esfuerzo de Von Mises con acero estructural...43 Figura Esfuerzo de Von Mises con aluminio...43 XIV

15 Figura Deformación total con acero estructural...44 Figura Deformación total con aluminio...44 Figura Factor de seguridad con acero estructural Figura Factor de seguridad con aluminio...45 Figura Mecanizado de la placa...46 Figura Mecanizado de la placa Figura Prueba de concentricidad...47 Figura Diseño CAD del riel y sus accesorios...48 Figura Material para la fabricación del riel...49 Figura Configuración del punto de sujeción del riel...50 Figura Configuración de la presión...50 Figura Calidad del enmallado...51 Figura Esfuerzo de Von Mises en el riel...52 Figura Deformación total en el riel...52 Figura Factor de seguridad en el riel...53 Figura Mecanizado del riel...53 Figura Mecanizado del riel Figura Circuito de potencia...55 Figura Circuito de potencia Figura Vista interna caja de circuito de potencia...57 Figura Vista externa caja de circuito de potencia...57 Figura Tarjeta de adquisición de datos NI USB Figura Pines de tarjeta de adquisición de datos NI USB Figura Modulación por ancho de pulso...60 Figura Programación gráfica del generador de señal...61 XV

16 Figura Riel de pruebas montado en el banco Common Rail...61 Figura Tester montado en el banco Common Rail...62 Figura Manómetro de presión banco Common Rail...62 Figura Programación en grafica de la lectura de presión Figura Ensayo de comprobación de caudal...65 Figura Comprobación de la lectura de caudal...66 Figura Programación en bloques de la lectura de caudal...67 Figura Medición de caudal en Labview...67 Figura Medición del periodo de la señal del caudal en Labview...67 Figura Programación en bloques de la visualización de los datos de funcionamiento Figura Interfaz gráfica del simulador Figura Corte de la lámina de acrílico...69 Figura Ensamblaje del habitáculo de seguridad...70 Figura Habitáculo de seguridad...70 Figura Simulador y sus accesorios...71 CAPÍTULO III Figura Equipo de calibración de presión...73 Figura Montaje del equipo de calibración de presión...74 Figura Medición con el equipo de calibración de presión...74 Figura Programación en bloques del sensor de presión...76 Figura Calibración de la válvula de sobrepresión Figura Calibración de la válvula de sobrepresión Figura Parámetros de un banco de pruebas Bosch...78 Figura Resultado con un PWM del 80%...79 XVI

17 Figura Resultado con un PWM del 81%...80 Figura Resultado con un PWM del 83%...80 Figura Resultado con un PWM del 85%...80 Figura Resultado con un PWM del 87%...81 Figura Resultado con un PWM del 88%...81 Figura Resultado con un PWM del 89%...82 Figura Resultado con un PWM del 90%...82 Figura Resultado a 100 rpm...83 Figura Resultado a 150 rpm...84 Figura Resultado a 200 rpm...84 Figura Resultado a 250 rpm...85 Figura Resultado a 300 rpm...85 Figura Resultado a 350 rpm...86 Figura Resultado a 400 rpm...86 Figura Interruptor de encendido del banco de pruebas...87 Figura Manómetro de presión de alimentación...87 Figura Panel de control del banco de pruebas...88 Figura Ventanas de configuración de la señal de la válvula...88 Figura Botón para congelar la gráfica...88 Figura Ventana de visualización de presión...88 Figura Indicador de tiempo...89 Figura Pasos para realizar la prueba de presión...89 Figura Panel de control del banco de pruebas...90 Figura Pasos para realizar la prueba de estanqueidad...91 Figura Botón para medición de caudal...91 XVII

18 Figura Fotografía de la ejecución de pruebas...92 Figura Fotografía de la ejecución de pruebas Figura Captura de pantalla de la prueba de presión...93 Figura Análisis de los resultados de la prueba de presión...94 Figura Pasos para realizar la prueba de presión Figura Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad...95 Figura Análisis de los resultados de la prueba de estanqueidad...96 Figura Pasos para realizar la prueba de estanqueidad Figura Captura de pantalla del caudal a 200 rpm...97 Figura Análisis de los resultados de la prueba de caudal a 200 rpm...98 Figura Captura de pantalla del caudal a 350 rpm...98 Figura Análisis de los resultados de la prueba de caudal a 350 rpm...99 Figura Captura de pantalla del caudal a 600 rpm Figura Análisis de los resultados de la prueba de caudal a 600 rpm Figura Captura de pantalla del caudal a 600 rpm Figura Análisis de los resultados de la prueba de caudal a 1000 rpm Figura Captura de pantalla de la prueba de presión Figura Captura de pantalla de la prueba de presión Figura Captura de pantalla de la prueba de presión Figura Captura de pantalla de la prueba de presión Figura Captura de pantalla de la prueba de presión Figura Captura de pantalla de la prueba de presión Figura Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad Figura Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad Figura Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad XVIII

19 Figura Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad Figura Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad Figura 3.61 Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad CAPÍTULO I LISTA DE TABLAS Tabla Partes de la bomba CRDI...5 Tabla Especificaciones de La bomba de alimentación Bosch...14 Tabla Especificaciones de La bomba de presión Bosch...14 Tabla Funciones de las Piezas Bomba HP3 Denso...19 Tabla Características del valor de resistencia del sensor de temperatura de combustible...23 Tabla Características del sensor de cudal Aichi...33 Tabla Parametros que muestra la pantalla del banco de pruebas Hartridge...35 CAPÍTULO II Tabla Propiedades físicas del acero estructural...40 Tabla Propiedades físicas del aluminio...40 Tabla Costo de materiales...46 Tabla Elementos del circuito de potencia...56 Tabla Datos de prueba del sensor de presión...63 Tabla Coeficientes de la curva del sensor de presión. Fuente: Autores...64 Tabla Accesorios del simulador...71 CAPÍTULO III Tabla Valores de voltaje y presión prueba de sensor con calibrador de manómetros...75 Tabla Coeficientes de la curva del sensor de presión...75 Tabla Caudal máximo de una bomba Bosch...78 XIX

20 Tabla Ajustes del simulador para la determinación del PWM...79 Tabla Ajustes del simulador para la determinación de las RPM...83 Tabla RPM correspondientes a cada prueba...87 Tabla Resultados de las pruebas de presión...93 Tabla Resultados de las pruebas de estanqueidad...96 Tabla Resultados de las pruebas de caudal a 200 rpm...98 Tabla Resultados de las pruebas de caudal a 350 rpm...99 Tabla Resultados de las pruebas de caudal a 600 rpm...99 Tabla Resultados de las pruebas de caudal a 1000 rpm LISTA DE GRAFICAS Gráfica Curva Flujo/Intensidad de corriente. Válvula SCV...8 Gráfica Masa de bombeo de combustible en apertura pequeña de la SCV...9 Gráfica Masa de bombeo de combustible en apertura grande de la SCV...10 Grafica Curva del comportamiento de la presión con respecto al voltaje...64 Grafica Curva del sensor de presión...75 LISTA DE ECUACIONES Ecuación Ciclo de trabajo o Duty Cycle...60 Ecuación Ecuación del comportamiento de la presión con respecto al voltaje...63 Ecuación Ecuación del conteo de pulsos...66 Ecuación Ecuación del factor de conversión de frecuencia-caudal...66 XX

21 LISTA DE ABREVIATURAS ECM CRDI SCV ECU PWM FRP IMV Modulo de Control Electrónico Inyección diesel riel común Válvula de control de succión Unidad de control de motor (Engine Control Unit) Modulación por ancho de pulso Presión del riel de combustible Válvula de medición de entrada de combustible (Inlet Metering Valve) HP Presión Alta (High Pressure ) DCU (HP3) IDM PCM CAD USB NI OEM Unidad de control diesel (Diesel Control Unit) Bomba de lesión Denso Módulo de control de inyector (Inyector Drive Module) Modulo de Control del Tren de Potencia (Powertrain Control Module) Diseño asistido por computador Bus serie universal (universal serial bus) Nationals Instruments Fabricante de equipos originales (Original Equipment Manufacturer) XXI

22 CAPÍTULO I FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DEL FUNCIONAMIENTO, VALORES DE TRABAJO Y FUNCIÓN DE LAS DIFERENTES PARTES DE LAS BOMBAS CRDI 1

23 1.1. INTRODUCCÓN Antes de señalar algunas de las características más importantes de cada sistema de inyección Common Rail, es necesario mencionar que en el presente capítulo se busca aclarar inicialmente el funcionamiento de un sistema Common Rail de forma generalizada, y seguidamente se explica el funcionamiento de cada sistema separándolas por la marca del fabricante, siempre enfocándonos en la bomba de suministro de cada uno SISTEMAS COMMON RAIL Los vehículos operados con gasoil, también llamado en nuestro medio Diésel, toman cada día mucha importancia debido a varios factores, entre estos está la problemática mundial respecto al costo del combustible, y los efectos de emisiones de gases de escape en la salud de seres vivos y el ambiente. El desarrollo en la gestión electromecánica de la inyección en los nuevos sistemas diésel ha permitido incorporar la inyección diésel en vehículos cada día más pequeños, contrario al pensamiento que se tenía anteriormente, lo cual relacionaba el combustible diésel solo con camiones. El motor diésel tiene un principio de operación diferente a un motor a Nafta 1, lo cual cambia completamente el concepto de cómo se desarrolla la combustión. El principio diésel se basa en una reacción química espontánea la cual es activada por el ingreso del combustible a alta presión en una cámara de combustión que se encuentra llena de aire comprimido con una temperatura elevada, con lo cual se logra una combinación efectiva que logra encender el combustible. Si bien este principio no ha cambiado, los nuevos sistemas Common Rail permiten manejar algunos factores como los momentos de la inyección y lograr una mayor eficiencia de funcionamiento, pero sobre todo no se debe olvidar la finalidad de todos estos modernos sistemas que es reducir el número de partículas contaminantes Sistemas utilizados en la actualidad En la actualidad existen varias marcas que fabrican sistemas de inyección Common Rail, de las cuales estudiaremos brevemente sus principales características y peculiaridades, enfocándonos en las bombas que utilizan cada sistema. Entre las gestiones más comunes tenemos: Sistema Common Rail de Bosch Sistema Common Rail de Denso Sistema Common Rail de Delphi Sistema Common Rail de Siemens 1 Combustible utilizado en motores de encendido provocado, también llamado Gasolina 2

24 En todos estos sistemas las diferentes gestiones electrónicas hacen uso de componentes que son muy similares respecto al funcionamiento como es el caso de sensores y actuadores por esta razón se explican a continuación de forma general los diferentes elementos Elementos de un sistema Common Rail Los componentes principales de un sistema Common Rail se dividen en dos grupos, los que suministran combustible generalmente llamado circuito de baja presión y los que forman parte del circuito que suministra el combustible a alta presión. El circuito de baja presión consta de: Depósito de combustible con filtro previo. Bomba previa. Filtro de combustible. Tuberías de combustible de baja presión. El circuito de alta presión consta de: Bomba de alta presión con válvula reguladora de presión. Tuberías de combustible de alta presión. Rail como acumulador de alta presión con sensor de presión del Rail, válvula limitadora de la presión y limitador de flujo. Inyectores. Tuberías de retorno de combustible. Todos estos componentes son los más utilizados en el sistema, y según el fabricante, estos pueden aumentar según el nivel de control y tecnología en el sistema. A continuación se identifican los componentes en el siguiente esquema de la figura 1.1: Figura 1.1 Componentes del sistema CRDI. Fuente: [1] 3

25 Gestión electrónica del sistema Common Rail El sistema CRDI es controlado principalmente por el conductor por medio de los controles que tiene el vehículo para ser conducido; pero el que lleva acabo el correcto funcionamiento del sistema es el ECM o Modulo de Control Electrónico, el cual recibe la información proporcionada por los diferentes sensores del vehículo para posteriormente controlar los actuadores del sistema. Figura 1.2 Diagrama del sistema CRDI. Fuente: [1] 4

26 1.3. BOMBA DE ALTA PRESIÓN CRDI Tiene asignada la función de presurizar el combustible a la intensidad necesaria para la inyección a alta presión. Tabla 1.1 Partes de la bomba CRDI. Fuente: [2] Figura 1.3 Vista seccionada de una bomba de presión. Fuente: [2] 1 SCV 1 6 Rodillo 2 Bomba de alta presión / Cabezal hidráulico 7 Bomba de transferencia 3 Embolo pistón 8 Sensor de temperatura de combustible 4 Eje de transmisión 9 Salida de alta presión 5 Leva rotativa Las bombas CRDI están basadas por un conjunto de levas y pistones radiales, los cuales se encargan de presurizar el combustible que reciben desde la bomba de transferencia, la misma genera una presión constante llamada presión de transferencia que está entre los 6 y 10 Bares según el fabricante. Las bombas de presión disponen de un actuador de llenado que se encuentra justo antes de la etapa de presurización llamado SCV y permite controlar la cantidad de combustible por medio de la ECU (Engine Control Unit), quien determina la frecuencia y el PWM 2 que necesita la bobina para obtener la selección de paso de combustible requerida por el motor Funcionamiento de la Bomba CRDI Para mejor explicación tomaremos como ejemplo la bomba Denso montada en vehículos Toyota, la cual es una bomba tipo pistón que trabaja por la rotación del eje, con una leva excéntrica que permite el movimiento alternante de los pistones al interior de la bomba. 1 Válvula de control de succión. 2 (pulse-width modulation) Modulación por ancho de pulsos: Modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica. 5

27 Figura1.4 Esquema del funcionamiento de la bomba de alta presión. Fuente: [1] La operación de la bomba es sencilla, en la Figura 1.4, el eje con leva excéntrica esta movido por el motor de combustión, cada vez que la excéntrica se gira permite el movimiento alternante de los pistones, cada uno de los pistones cuenta con una válvula de admisión y una de escape, la válvula de admisión comunica con el conducto de la presión de trasferencia que viene desde una bomba de engranes instalada en el mismo conjunto de la bomba, el paso de fluido a las válvulas de admisión está controlado por una válvula (Solenoide) que es manejada electrónicamente por el ECM, este control es pulsante y depende en gran medida de la presión que quiera generar el sistema, esta válvula se denomina SCV 1. Cada vez que los pistones reciben el fluido por la válvula de admisión en la carrera descendente del pistón, llenan la cámara de combustible, en el siguiente movimiento del pistón impulsado por la excéntrica, comprime el combustible abriendo la válvula de escape y enviando el fluido directamente al riel de presión, donde el ECM mide electrónicamente la presión con el sensor de presión del riel FRP 2. A esta presión se le denomina la presión de alta y puede llegar en algunos motores hasta los 2200 Bares. Estos elementos se pueden apreciar en una fotografía de la bomba que se muestra a continuación en la figura 1.5: 1 Válvula de control de succión. 2 Fuel Rail Pressure (presión de combustible del riel) 6

28 Figura1.5 Partes externas de la bomba CRDI. Fuente: [3] Ahora como en estos sistemas el control de la presión es completamente electrónico, existe una series de ajuste que el ECM, continuamente está realizando sobre el sistema de la bomba y gran parte de ellos están enfocados hacia el porcentaje de control electrónico que el sistema realiza sobre la válvula SCV. [1] Cabe recalcar que existe un gran número de modelos de bombas de presión; dependiendo del nivel de control electrónico y la magnitud del motor al que son aplicadas, estas varían en sus dimensiones y elementos auxiliares; pero a pesar de lo dicho, todas las bombas tienen el mismo principio de funcionamiento Válvula SCV Figura1.6 Válvula IMV Delphi. Fuente: [2] También llamada IMV 1 en los sistemas Delphi; esta válvula tiene similares características en todos los fabricantes y está encargada de controlar la presión del riel mediante la 1 Inlet Metering Valve (Válvula de medición de entrada de combustible) En los sistemas Delphi ubicada en la bomba de presión. 7

29 regulación la cantidad de combustible enviado a los componentes de bombeo de la HP 1. Este actuador tiene un doble papel como se explica de la siguiente manera: En primer lugar, mejora el rendimiento del sistema de inyección, ya que la bomba HP sólo comprime la cantidad de combustible necesario para mantener la presión del riel requerida por el sistema. En segundo lugar, reduce la temperatura en el depósito de combustible. De hecho, cuando el exceso de combustible se envía al circuito de retorno, la expansión del fluido (a partir de la presión del raíl a la presión atmosférica) implica una gran cantidad de calor generando un aumento de la temperatura del combustible enviado de vuelta al tanque. Para evitar la generación de una temperatura demasiado elevada, la válvula SCV reduce la tasa de descargarse, enviando el combustible sobrante de vuelta al depósito Operación El actuador de baja presión se utiliza para medir la cantidad de combustible enviado a los elementos de bombeo de la bomba de HP; de tal manera que la presión medida por el sensor de HP es igual al nivel de presión exigido por el DCU 2. Cada punto operativo debe tener la siguiente condición: Importe introducido en la bomba HP = Volumen inyectado + cantidad de descarga del inyector + cantidad de control del inyector. La SCV está normalmente abierta cuando no está siendo alimentado pues se compone de dos muelles de diferentes rigideces y cargas, por lo que no puede ser utilizado como un dispositivo de seguridad para apagar el motor si es necesario. La curva flujo / corriente se muestra en el gráfico opuesto. Gráfica 1.1 Curva Flujo/Intensidad de corriente. Válvula SCV. Fuente: [2] 1 High Pressure (Presión Alta) Se refiere a la bomba de alta presión. 2 Diese Control Unit (Unidad de control de diesel) 8

30 La DCU determina el valor de la corriente a ser enviado a la SCV en función de: La velocidad del motor. Flujo exigido. Presión del carril exigido. Medida de presión del raíl. Temperatura del combustible El modo de combustión. [2] Abertura Pequeña de la SCV (a) Cuando la abertura de la SCV es pequeña, el área de succión de combustible se mantiene pequeña, lo cual disminuye la cantidad transferible de combustible. (b) El buzo hace una carrera completa, sin embargo, el volumen de succión se reduce debido al área de succión pequeña. Por lo tanto, la diferencia de volumen entre el volumen de geometría y el volumen de succión está en el estado del vacío. (c) El bombeo comenzará en el momento en que la presión de combustible se haga mayor que la presión del riel-común. [3] Gráfica 1.2 Masa de bombeo de combustible en apertura pequeña de la SCV. Fuente: [3] 9

31 Abertura Grande de la SCV (a) Cuando la abertura de la SCV es grande el área de succión del combustible se mantiene grande, lo cual incrementa la cantidad transferible de combustible. (b) Si el buzo hace la carrera completa, el volumen de succión aumentará porque el área de succión es grande. (c) El bombeo comenzará en el momento en que la presión de combustible he haga mayor que la presión del riel-común. [3] Gráfica 1.3 Masa de bombeo de combustible en apertura grande de la SCV. Fuente: [3] 10

32 1.4. Sistema Common Rail Bosch Figura 1.7 Sistema de Inyección CRDI Bosch. Fuente: [3] En el esquema se puede apreciar que el control de los inyectores es realizado directamente por el PCM el cual se encuentra recibiendo información de cada uno de los sensores y los requerimientos de actividad del motor como el encendido y los cambios de carga con la línea verde se puede apreciar la conexión con el sensor de presión del riel el cual trabaja en un lazo cerrado con la válvula reguladora de presión sombreada en azul, manteniendo permanentemente un estricto control de la presión y elevando así el rendimiento de la inyección. La presión del riel se mantiene estable de acuerdo a cada consideración del PCM, esta presión llega por medio de la bomba de combustible por unas tuberías especiales para este fin. 11

33 Bomba CRD Bosch Figura 1.8 Bomba CRDI Bosch. Fuente: [4] La presión se genera al interior de la bomba de acuerdo al movimiento del eje como lo muestra la flecha en torsión de la figura, cada vez que se mueve el eje de la bomba se acciona una bomba de transferencia 1 luego este combustible ingresa a unos cilindros de presión 3 en los cuales una excéntrica 4 está permanentemente creándoles un movimiento alternativo, la presión depende de que la válvula 2 permita que se genere, esta válvula simplemente abre y cierra un pasaje para este fin y es controlada por PWM de parte del PCM en el esquema inferior se ve a detalle el funcionamiento de los pistones generadores de presión. [3] Figura 1.9 Funcionamiento de la Bomba CRDI Bosch. Fuente: [3] El combustible ingresa por el conducto sombreado en azul proveniente de la bomba de transferencia y se ubica en el conducto de baja presión una vez que el eje de la bomba está 12

34 en movimiento el eje impulsor 5 el cual esta agarrado a la leva excéntrica 6 permite que en cada una de las cámaras se genere un efecto de compresión de combustible, para esto hay que vencer la tensión del resorte 3 es así como cuando el embolo de bombeo 8 cumple su carrera descendente, succiona al interior de la cámara 7 el combustible de baja presión permitiendo la apertura de la válvula de entrada 9, una vez que la excéntrica vuelve a permitir el ascenso del embolo se comprime el combustible hasta el nivel de vencer la válvula de salida 2 y llevando el combustible presurizado hacia la rampa de inyección. La presión de baja está dispuesta por una bomba de transferencia de engranes la cual está colocada en el mismo cuerpo del conjunto de la bomba, la imagen de esta se muestra a continuación Bomba de Alimentación Figura 1.10 Bomba de alimentación Bosch. Fuente: [4] La bomba de engranaje es una bomba de pre elevación con un funcionamiento puramente mecánico en versión auto aspirante, la cual mantiene a la bomba de alta presión siempre alimentada en cualquier condición. La bomba de engranaje está directamente conectada a la bomba de alta presión, al girar los engranajes, el combustible es succionado entre los lóbulos y a través de las cámaras es conducido para el lado de ceración de presión. Entonces, penetra en la carcasa de la bomba de alta presión. La construcción de los lóbulos de los engranajes evita el retorno de combustible. 13

35 Ventajas de la bomba mecánica de engranajes: Menor propensión a ensuciarse (protección contra partículas) Fiabilidad Vida útil Resistencia a sacudidas Especificaciones de la bomba Tabla 1.2 Especificaciones de La bomba de alimentación Bosch. Fuente: [5] Bomba de Alimentación Caudal máximo por vuelta 3,1 cc/vuelta Caudal max en función del tiempo 40 ltr./h a 300 rpm 120 ltr./h a rpm Tabla 1.3 Especificaciones de La bomba de presión Bosch. Fuente: [5] Presión máx Gama de regímenes Caudal máximo/vuelta Potencia absorbida Bomba de Presión bares /min 0,6 0,7 cc/vuelta 3,5 kw a régimen nominal y una presión en el conducto común (Rail) de 1.350res Válvula limitadora de presión La misión de esta válvula corresponde a la de una válvula de sobrepresión. La válvula limitadora de presión limita la presión en el Rail dejando libre una abertura de salida en caso de un aumento demasiado grande. La válvula admite en el Rail una presión máxima de 1500 a 2000 bar brevemente. Figura 1.11 Válvula limitadora de presión Bosch. Fuente: [6] 14

36 Estructura y función Esta válvula trabaja mecánicamente y consta de las siguientes piezas: - Un cuerpo con rosca exterior para enroscarla en el Rail. - Un empalme a la tubería de retorno hacia el depósito. - Un émbolo móvil. - Un muelle. El cuerpo presenta hacia el lado de conexión del Rail un taladro que se cierra por parte del extremo cónico del émbolo en el asiento estanco en el interior del cuerpo. Bajo una presión de servicio normal (hasta 1350 bar), un muelle presiona sobre el émbolo estanque izándolo en el asiento, de forma que se mantiene cerrado el Rail. Solamente cuando se sobrepasa la presión máxima del sistema, el émbolo se levanta por la presión en el Rail contra la fuerza del muelle, pudiendo escapar el combustible que se encuentra bajo presión. El combustible es conducido entonces por canales en un taladro céntrico del émbolo y retorna al depósito de combustible a través de una tubería colectora. Al abrir la válvula, sale combustible del Rail, la consecuencia es una reducción de presión en el Rail. Figura 1.12 Válvula limitadora de presión. Fuente: [7] 15

37 Sensor de presión Common Rail Bosch Figura 1.13 Sensor de presión Bosch. Fuente: Autores. El sensor de presión trabaja con una resistencia eléctrica la cual es aplicada en capas sobre la membrana del sensor, esta resistencia varía si cambia su forma. Este cambio de forma (aprox. 1mm a 1500 bar) que se establece por la presión del sistema, origina una variación de la resistencia eléctrica y genera un cambio de tensión en el puente de resistencia abastecido con 5 V la señal del sensor. Esta tensión es del orden de 0mV a 70 mv (conforme a la presión existente) y es amplificada por el circuito evaluador hasta un margen de 0,5V a 4,5 V. [8] Figura 1.14 Sensor de presión de riel. Fuente: [9] Este sensor de presión dispone de 3 cables de conexión con la computadora, tal como ocurre con otros sensores de presión, uno de los cables es el positivo de alimentación de 5 voltios, el cable de salida de señal hacia la computadora y la masa del sensor. 16

38 1.5. Sistema Common Rail Denso Figura 1.15 Sistema Global Denso Fuente: [10] Se puede observar que los inyectores son controlados directamente por el ECU, el cual ejerce control sobre las válvulas de presión y dosificación de flujo para controlar la presión. Dicha presión es medida por el sensor ubicado en el riel mostrado en las líneas del ECU, este tipo de control también trabaja en un lazo cerrado para buscar la eficiencia de la presión Bomba de suministro Denso (HP3) Esta bomba de suministro de tipo HP3 es compacta, pesa poco y proporciona una presión lo suficientemente alta para ser monta sobre todo en vehículos de pasajeros y en camiones pequeños. 17

39 Figura 1.16 Bomba HP3 Denso. Fuente: [10] Construcción y características La bomba de suministro se compone principalmente de la unidad de bomba (leva excéntrica, leva anular, dos émbolos buzo), la SCV (válvula de control de succión), el sensor de temperatura del combustible y la bomba de alimentación (tipo trocoide), y se activa con una rotación o con media rotación del motor. Los dos émbolos buzo de la unidad de bomba compacta están colocados simétricamente por encima y por debajo de la parte exterior de la leva anular. La SCV controla el volumen de descarga del combustible, con el fin de reducir la carga de actuación y evitar la subida de temperatura del combustible. Además, hay dos tipos de SCV de HP3: el tipo normalmente abierto (la válvula de succión se abre cuando no está excitada) y el tipo normalmente cerrado (la válvula de succión se cierra cuando no está excitada). [10] 18

40 Figura 1.17 Esquema de flujo de combustible Bomba HP3 Denso. Fuente: [11] Funciones de las piezas componentes A continuación se indica las funciones de los componentes principales de la bomba HP3 tabuladas de la siguiente manera: Tabla 1.4 Funciones de las Piezas Bomba HP3 Denso Fuente: [11] Piezas componentes Bomba de alimentación Válvula reguladora SCV (válvula de control de succión) Leva Unidad de excéntrica bomba Leva anular Émbolo buzo Válvula de succión Válvula de descarga Sensor de temperatura del combustible Funciones Aspira el combustible desde el depósito y se lo suministra al émbolo buzo. Regula la presión del combustible en la bomba de suministro. Controla el volumen de combustible que se suministra a los émbolos buzo. Activa la leva anular. Activa el émbolo buzo. Se mueve en vaivén para aspirar y comprimir el combustible. Evita el flujo inverso de combustible comprimido hacia la SCV. Evita el flujo inverso desde la rampa del combustible que se bombea desde el émbolo buzo. Detecta la temperatura del combustible Bomba de alimentación La bomba de alimentación de tipo trocoide integrada en la bomba de suministro aspira el combustible del depósito y lo suministra a los dos émbolos buzo a través del filtro de combustible y la SCV (válvula de control de succión). El eje impulsor activa los rotores externo e interno de la bomba de alimentación, haciendo que éstos empiecen a girar. Según 19

41 el espacio que aumenta y disminuye por el movimiento de los rotores externo e interno, la bomba de alimentación aspira combustible dentro de la lumbrera de succión y bombea el combustible fuera de la lumbrera de descarga. [10] Figura 1.18 Bomba de alimentación Denso Fuente: [11] Válvula reguladora La válvula reguladora mantiene la presión de alimentación de combustible (presión de descarga) por debajo de un cierto nivel. Si aumenta el régimen de la bomba y la presión de suministro excede la presión fijada en la válvula reguladora, la válvula se abre venciendo la fuerza del muelle para permitir el retorno del combustible al lado de succión. [10] Figura 1.19 Válvula reguladora del caudal de la Bomba de alimentación Denso HP3 Fuente: [11] Válvula de control de succión SCV Denso Es una válvula electromagnética de tipo solenoide lineal para controlar el tiempo durante el cual se aplica corriente desde la ECU a la SCV (control de porcentaje de servicio), y de esta forma controla el volumen de flujo de combustible al émbolo buzo a alta presión. Cuando la corriente fluye a través de la SCV, el inducido de su interior se mueve según el porcentaje de servicio. El volumen de flujo de combustible cambia según el funcionamiento del inducido y se controla en función del tamaño de la apertura del conducto de combustible del cilindro. Como resultado, se controla el volumen de combustible de 20

42 admisión para conseguir la presión de rampa deseada y disminuye la carga de actuación de la bomba de suministro. [10] Figura 1.20 Válvula SCV Denso Fuente: [11] Hay dos tipos de SCV de HP3: el tipo normalmente abierto (la válvula de succión se abre cuando no está excitada) y el tipo normalmente cerrado (la válvula de succión se cierra cuando no está excitada). Cada uno de estos tipos funciona a la inversa del otro. La ECU del motor emite señales de onda en diente de sierra con una frecuencia constante. El valor de la corriente es el valor efectivo (medio) de estas señales. Cuando aumenta el valor efectivo, disminuye la apertura de la válvula, y cuando disminuye el valor efectivo, la apertura de la válvula aumenta. [10] Figura 1.21 Control del porcentaje de servicio de válvula SCV Fuente: [11] Cuando la duración de la excitación de la SCV (tiempo de servicio ON) es corta. La corriente media que fluye a través de la válvula solenoide es pequeña, el cilindro retorna por la fuerza del muelle y la apertura de la válvula es grande. Como resultado, el volumen de succión de combustible aumenta. Cuando la duración de la excitación de la SCV (tiempo de servicio ON) es larga. La corriente media que fluye a través de la válvula solenoide es grande, el cilindro se aprieta hacia afuera y la apertura de la válvula es pequeña. Como resultado, el volumen de succión de combustible disminuye. [10] 21

43 Unidad de bomba (leva excéntrica, leva anular, émbolo buzo) La leva excéntrica está conectada al árbol de levas y la leva anular está instalada sobre la leva excéntrica. Hay dos émbolos buzo en posición simétrica por encima y por debajo de la leva anular. Figura 1.22 Conjunto de Bombeo de la bomba HP3 Denso Fuente: [10] Debido a que la rotación del árbol de levas hace que la leva excéntrica rote excéntricamente, la leva anular sigue este movimiento y se mueve de arriba abajo, lo que a su vez mueve los dos émbolos buzo recíprocamente. (La propia leva anular no gira) [11] Válvula de descarga La válvula de descarga de HP3 cuenta con un elemento integrado que consta de la bola de retención, muelle y montura. Cuando la presión del émbolo buzo excede la presión de la rampa, la bola de retención se abre para descargar combustible. [10] Figura 1.23 Válvula de descarga. Bomba HP3 Fuente: [11] 22

44 Sensor de temperatura del combustible El sensor de temperatura del combustible está instalado en la parte de admisión del combustible y tiene las características de un termistor en el cual la resistencia eléctrica cambia con la temperatura para poder detectar la temperatura del combustible. [10] El componente de detección utiliza un termistor. Figura 1.24 Sensor de temperatura de combustible Bomba HP3 Fuente: [10] A medida que va aumentando la temperatura del combustible, la resistencia del sensor de temperatura aumenta, como se indica en la Tabla 1.5. Tabla 1.5 Características del valor de resistencia del sensor de temperatura de combustible Fuente: [10] Temperatura ( C) Valor de la resistencia (kω) -30 (25,4) ,0±1,5-10 (9,16) 0 (5,74) 10 (3,70) 20 2,45±0,24 30 (1,66) 40 (1,15) 50 (0,811) 60 (0,584) 70 (0,428) 80 0,318±0, (0,240) 100 (0,1836) 110 (0,1417) 120 (0,1108) 23

45 1.6. Sistema Common Rail Delphi En el caso de Delphi se pueden encontrar dos tipos de sistemas, uno en el cual el PCM controla directamente los inyectores y bomba; otro en el cual existe un módulo el cual se comunica con el PCM y controla este a los inyectores llamado IDM (Inyector Drive Module) este módulo actúa como un amplificador del PCM dados los requerimientos de potencia que se requieren para operar este tipo de inyectores. En la figura inferior se aprecia el primer arreglo de Delphi el cual involucra un módulo IDM. Figura 1.25 Sistema Common Rail Delphi con IDM. Fuente: [3] En este esquema se puede apreciar el PCM, este recibe todas las informaciones necesarias para operar el motor como son sensores, monitoreo, requerimientos de arranque estado seguro, inmovilizador, entre otros. Una vez que se desea operar, el motor se comunica con el IDM como se observa en la línea con trazado azul en este momento el IDM actúa inicialmente sobre la electro válvula de generación de presión de la bomba la cual lograra que se eleve la presión al interior de sus cámaras, si por cualquier motivo el PCM no quisiera encender el motor simplemente no activa el solenoide y la bomba por más que gire, no sería capaz de elevar la presión. La línea de activación se observa sombreada con la línea amarilla, esta activación se realiza por modulación de ancho de pulso. Al unísono de activar la bomba, el IDM gestiona la activación de los inyectores de acuerdo a su respectivo orden de encendido logrando de esta forma encender el motor y accionarlo de acuerdo a las diferentes condiciones requeridas para cada una de las condiciones solicitadas o exigidas para el motor. Debe existir una respectiva señal de un sensor para de este forma el PCM la comprare con un valor previamente almacenado y así logre un perfecto funcionamiento. 24

46 El otro arreglo para el caso de Delphi es tener un solo modulo como control del sistema, es así como el PCM se encargara directamente de operar los inyectores y obtener las señales requeridas por parte de los sensores en el esquema inferior se puede analizar este sistema. [3] Figura 1.26 Sistema Common Rail Delphi sin MDI. Fuente: [3] En el esquema se puede observar que la gestión del PCM se basara en recibir las señales importantes por parte de los sensores y en el momento de tener el requerimiento de encendido actuará con la respectiva modulación PWM sobre la válvula reguladora de presión que se encuentra en la bomba, de no actuar sobre esta simplemente no se lograría la presión en las cámaras al interior de la bomba y esta no podría llegar al riel común, luego se puede apreciar que el PCM controla los inyectores de acuerdo al respectivo orden de encendido del motor Bomba de suministro Delphi Figura 1.27 Bomba Common Rail Delphi. Fuente: [12] 25

47 La generación de presión se logra mediante el esquema mostrado en la gráfica inferior. Figura 1.28 Sistema Common Rail Delphi sin MDI. Fuente: [3] Como se nota en la figura 1.28, la presión proveniente del depósito y que previamente pasó por sus respectivos filtros de combustible, llega a la bomba de transferencia 7 por la línea punteada con verde, esta bomba de transferencia se encuentra al interior del conjunto bomba, luego de esto es enviada a través de una válvula controladora de presión 1 que regula por baja la presión final generada en alta, en ese momento envía el remanente de combustible a la misma bomba de transferencia, luego este combustible pasa por el orificio 2 en donde existe un orificio de retorno, el combustible que va a la cámara de alta presión va por la línea 3 y pasa por el dosificador de combustible llegando a la cámara de alta presión con salida de alta por el ducto 3; en 5 se tiene el retorno de combustible que va de nuevo a tanque, acá también llega el remanente de combustible que queda en la operación de los inyectores. El pasaje 2 funciona de forma estratégica puesto que sirve en parte para lubricar y refrigerar los mismos componentes de la bomba, y en altas RPM se genera un efecto Venturi en la descarga lo que posibilidad un mejor drenaje Generación de presión La cámara de alta presión funciona con una serie de levas que al rotar generan un efecto cuña el cual logra elevar la presión hacia la rampa de los inyectores. 26

48 Figura 1.29 Cámara de presión de la bomba Delphi- etapa de llenado. Fuente: [3] En la figura 1.29 inicialmente a la cámara de presión ingresa el combustible a la presión de transferencia por la válvula 1 llenando todas las cámaras que inician por los ductos mostrados con azul 6 esa presión permite que los balines 3 se coloquen a presión contra las paredes del contorno que tienen configuración de levas, en este momento la presión que existe en la cámara es la presión de transferencia,en el movimiento del conjunto el balín toma la parte de alzada y es impulsado hacia atrás elevando la presión del fluido que se encuentra en el ducto azul como lo muestra la imagen inferior. Figura 1.30 Cámara de presión de la bomba Delphi-etapa presurización. Fuente: [3] Ahora la mima presión generada y mostrada con rojo 7 se forzó en la cámara de presión 4 y dispone su salida con lo que anteriormente era el combustible a baja presión 6 logrando así un constante caudal con elevada presión, es importante analizar que la presión final depende de la presión de entrada la cual fue controlada inicialmente el mismo efecto de descarga permite que la válvula de ingreso de baja 1 retraiga un resorte y ayude al ingreso de más combustible al interior. 27

49 1.7. Sistema Common Rail Siemens Figura 1.31 Sistema CRDI Siemens. Fuente: [3] En este sistema se puede apreciar que el PCM controla los inyectores directamente, también ejerce un control por modulación de ancho de pulso sobre una válvula reguladora de presión y una válvula dosificadora de flujo, estos controles los podemos ver en color azul para las válvulas y rojo para los inyectores, en este sistema las dos válvulas trabajan en función de la señal emitida por el sensor de presión del riel de inyección el cual está en el gráfico con línea verde la gestión se realiza en un control de lazo cerrado Bomba de suministro Siemens Figura 1.32 Bomba CRDI Siemens. Fuente: [13] 28

50 La bomba de alta presión constituye el punto de intersección entre los sistemas de baja y alta presión. Su función es suministrar siempre el combustible lo suficientemente comprimido en todos los estados de funcionamiento y durante toda la vida útil del vehículo. Primeramente, la bomba de transferencia aspira el combustible del depósito y lo envía a la bomba de alta presión. La bomba de alta presión genera permanentemente la alta presión del sistema para la rampa de combustible. Por esa razón, el combustible comprimido ya no debe someterse a alta presión de forma puntual para cada fase de inyección, tal y como sucede en los sistemas con bomba rotativa de inyección. Las cámaras de alta presión constituyen tres elementos de alta presión (conjuntos de émbolo y cilindro) desalineados 120 grados entre sí. La válvula dosificadora de combustible y la válvula reguladora de presión del combustible van atornilladas y embridadas a la carcasa de la bomba de alta presión. De este modo se regula de forma óptima la alta presión del sistema. Gracias a la alta presión permanente se optimiza la calidad de la inyección para todos los regímenes. Figura 1.33 Partes de bomba CRDI Siemens. Fuente: [3] La bomba de transferencia integrada en la bomba de alta presión aspira el combustible del depósito de combustible a través del filtro de combustible. La bomba de transferencia envía el combustible a la válvula dosificadora y a la válvula de lubricación. Si la válvula dosificadora de combustible está cerrada, se abre la válvula 29

51 reguladora de presión primaria y envía de nuevo el combustible de alimentación sobrante al lado de admisión de la bomba de transferencia. La válvula de lubricación está calibrada de modo que siempre están garantizadas una lubricación y una refrigeración suficientes de la cámara interior de la bomba. Por medio de la válvula dosificadora de combustible electromagnética (controlada por el PCM) se determina la cantidad de combustible que llega a las cámaras de alta presión (elementos de la bomba). En el conducto de alta presión, entre las cámaras de alta presión y la salida de alta presión hacia la rampa de combustible, se encuentra la válvula reguladora de presión del combustible. Esta válvula electromagnética controlada por el PCM regula la presión del combustible, que finalmente entra a la rampa de combustible a través de la salida de alta presión. La válvula reguladora de presión del combustible conduce el combustible de alimentación sobrante al retorno de combustible, y por tanto, al depósito de combustible Generación de presión La generación de presión al interior de las cámaras se da en dos etapas las cuales se muestran a continuación. Figura 1.34 Ingreso de combustible al embolo de la bomba CRDI Siemens. Fuente: [3] Como en la figura 1.34, inicialmente el combustible a la presión de transferencia C ingresa por la válvula de entrada 1 esto en la carrera descendente del embolo 3 este embolo es movido por la excéntrica 5 que a su vez es impulsada por el eje 4. 30

52 Una vez que el combustible ingresa a la respectiva cámara sigue una carrera ascendente del pistón esto hace que se comprima y luego salga por la válvula de salida 2 como lo muestra la figura siguiente: Figura 1.35 Presurización de combustible al embolo de la bomba CRDI Siemens. Fuente: [3] Ya en este caso el combustible sale por el conducto D hacia las líneas que conducen luego al respectivo riel de inyección. 31

53 1.8. SENSOR DE CAUDAL AICHI OF05ZAT Figura 1.36 Sensor de caudal Aichi. Fuente: Autores. Este sensor es utilizado en este proyecto gracias a que presenta las siguientes características: El sensor fue desarrollado para satisfacer las demandas de ingeniería de fluidos, para un control preciso de una tasa de flujo y fácil de usar, por lo tanto se puede aplicar a una amplia gama de campos. Cuenta con un diseño compacto y pesa tan sólo 95 gramos (OF05). Además, la conexión se ha diseñado para facilitar la instalación en cualquier disposición del sistema. El cuerpo súper-duro de plásticos de ingeniería de alta resistencia a los productos químicos, petróleo, y el desgaste, por lo que este sensor es ideal para su uso con el queroseno, petróleo ligero, pesado, y el agua fría, así como para los productos químicos. [14] Figura 1.37 Sensor de presión de riel. Fuente: [14] 32

54 Información general Tabla 1.6 Características del sensor de cudal Aichi. Fuente: [14] 33

55 1.9. BANCO DE PRUEBAS HARTRIDGE PGM10-12 El banco de pruebas marca HARTRIDGE SERIE PGM 10-12, es electrónico, y permite probar bombas de inyección en línea o rotativas, con una cantidad de tres hasta doce elementos, las de uno y dos se calibran con la ayuda de un dispositivo adicional llamado caja de levas. Este banco trabaja con un liquido de pruebas de similares caracteristicas que el diesel y proporciona alimenaciones de alta y baja presion para las distintas pruebas de bombas. Figura 1.38 Banco de pruebas Hartridge PGM Fuente: [15] La utilidad del banco de pruebas es ayudar a diagnosticar el estado o la calibración de una bomba de inyección en línea o rotativa de acuerdo a los datos técnicos que especifica el fabricante, simplemente se debe comparar los datos que nos da el fabricante con los que obtenemos en las distintas pruebas, estos valores se observa e ingresa por un teclado y una pantalla que dispone. 34

56 Tabla 1.7 Parametros que muestra la pantalla del banco de pruebas Hartridge. Fuente: [15] 35

57 CAPÍTULO II DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL SIMULADOR Y SUS ACCESORIOS 36

58 2.1. INTRODUCCIÓN Este proyecto se enfoca en el diseño y construcción de un simulador, para diagnosticar el estado de bombas de sistemas CRDI, montando las mismas en bancos de pruebas para bombas convencionales. En la figura 2.1 se representa el diagrama de bloques del diseño del simulador para bombas CRDI. Figura 2.1 Diagrama de bloques del simulador para bombas CRDI. Fuente: Autores DISEÑO DE PLACA MATRIZ Es necesario construir una placa para montar este tipo de bombas en el banco de pruebas, ya que en el kit de accesorios del mismo no posee una placa para estas bombas más recientes, en este caso se utilizara una bomba del fabricante Bosch, modelo CP3. Un punto favorable es que se puede utilizar la torre que viene para montar bombas rotativas. 37

59 Parámetros para el diseño Se debe considerar dos aspectos como los más importantes para ser tomados en cuenta al momento de diseñar la placa, los cuales son: El eje de la bomba debe estar centrado con el eje del banco, caso contrario al momento de hacer girar la bomba durante las pruebas se producirían vibraciones, que podrían dañar las piezas internas de la bomba. Las dimensiones de la placa deben estar acordes a las de la torre de montaje y configuradas de tal manera de evitar lo expuesto en el punto anterior Dimensiones Para determinar estas se procede a tomar tanto las medidas de la torre y como de la bomba de tal manera que ambas se queden centradas entre sí y con el banco de pruebas. Como se ve en las siguientes imágenes se procedió a tomar las medidas de ambas partes. Figura 2.2 Toma de medidas de la torre del banco. Fuente: Autores. 38

60 Figura 2.3 Toma de medidas de la bomba. Fuente: Autores. Una vez obtenidas las medidas correspondientes, se procede diseñar la placa en un software CAD, tomando en cuenta todas las especificaciones previas expuestas en los parametros de diseño, obteniendo: Figura 2.4 Diseño en CAD de la placa matriz. Fuente: Autores Material Para la elección apropiada del material se tomaran en cuenta dos aspectos importantes, los resultados que se obtengan en el análisis por elementos finitos; así como el costo del mismo. 39

61 A continuación se exponen las tablas con las características de los materiales seleccionados que son aluminio y acero estructural. Tabla 2.1 Propiedades físicas del acero estructural. Fuente: Autores. Propiedad Valor Densidad 7850 kg/m 3 Módulo de Young 2E 11 Pa Esfuerzo a la tensión admisible 2,5E 8 Pa Esfuerzo a la tensión ultimo 4,6E 8 Pa Esfuerzo a la compresión admisible 2,5E 8 Pa Tabla 2.2 Propiedades físicas del aluminio. Fuente: Autores. Propiedad Valor Densidad 2770 kg/m 3 Módulo de Young 7,1E 10 Pa Esfuerzo a la tensión admisible 2,8E 8 Pa Esfuerzo a la tensión ultimo 3,1E 8 Pa Esfuerzo a la compresión admisible 2,8E 8 Pa Análisis por elementos finitos de la placa Para realizar el análisis se utilizara un software de diseño para lo cual es necesario fijar ciertos parámetros como: El material de los sólidos los cuales ya se expusieron anteriormente en las tablas 2.1 y 1.2. Los puntos de sujeción. La fuerza o carga que soportara (magnitud y dirección). La calidad del enmallado. Los resultados que se desea obtener Soportes Los puntos de sujeción serán en los que se sujeta la placa a la torre del banco de pruebas, una vez configurado esto en el software se tiene: 40

62 Figura 2.5 Configuración de los puntos de sujeción. Fuente: Autores Cargas A continuación se configura la carga que en este caso es el peso de la bomba, el cual estará directamente soportado en los espárragos que unen la bomba con la placa, será necesario suponer la peor condición en la que se ocupe la placa, es decir con la bomba más pesada y el peso de la misma aplicada a cada esparrago. Valor de la carga: 98 N. Figura 2.6 Configuración de las cargas. Fuente: Autores. 41

63 Calidad de enmallado Ahora que se tiene configurada las condiciones bajo las que trabajara la placa se genera el enmallado, para obtener unos resultados fiables es necesario que la calidad del mismo sea mayor al 0,60; luego de varias configuraciones se obtuvo el siguiente enmallado. Figura 2.7 Calidad del enmallado. Fuente: Autores. Se obtuvo una calidad promedio del 0,6685; lo cual nos garantiza unos resultados fiables Resultados Esfuerzo equivalente de Von Mises Necesario en el diseño de cualquier pieza mecánica, con las configuraciones expuestas anteriormente se obtiene: 42

64 Figura 2.8 Esfuerzo de Von Mises con acero estructural. Fuente: Autores. Figura 2.9 Esfuerzo de Von Mises con aluminio. Fuente: Autores. El valor máximo del esfuerzo que se presenta es 56,968 MPa el cual es descartable en comparación con el máximo soportado por el material que es de 280 MPa; mientras que con aluminio se presenta un esfuerzo de 53,939 MPa que de igual manera es descartable con respecto a los 250 MPa soportados por el material; por lo que en lo que respecta a este parámetro ambos materiales son aptos para la construcción. 43

65 Deformación total El más importante a la hora de diseñar una parte automotriz, ya que de este depende el acoplamiento con el resto de componentes. Figura 2.10 Deformación total con acero estructural. Fuente: Autores. Figura 2.11 Deformación total con aluminio. Fuente: Autores. La deformación presente en los espárragos en ambos casos es despreciable ya que la misma es inferior a 1 mm y se presenta en un área donde el peso de la bomba ya no está ejercería efecto. 44

66 Factor de seguridad Este parámetro es indispensable ya que este determinara la vida útil de la placa. Figura 2.12 Factor de seguridad con acero estructural. Fuente: Autores. Figura 2.13 Factor de seguridad con aluminio. Fuente: Autores. Como se aprecia en la figura 2.13 se tiene un factor de seguridad mínimo en las zonas más críticas de la placa con el acero estructural de , mientras que con el aluminio se obtiene 4,

67 Lo cual nos muestra que ambos materiales son idóneos para la construcción de la placa, dejando al costo del material como el factor determinante para escoger que material se utilizara, hay que tomar en cuenta que el material debe estar sobredimensionado para lograr mecanizar el mismo. A continuación se expone una tabla con las dimensiones del material a adquirir y el precio de las mismas. Tabla 2.3 Costo de materiales. Fuente: Autores. Material Plancha de acero estructural de 25 cm x 25 cm y ¼ de pulgada de espesor. Taco de aluminio de 25 cm de diámetro y 1,25cm de espesor. Costo $ 25 $ 45 El espesor del taco de aluminio es el mínimo que venden los distribuidores, por lo que se determina que el acero estructural es el mejor material para la construcción de la placa CONSTRUCCIÓN DE LA PLACA MATRIZ La construcción de la placa, se la realizo en un taller industrial donde se entregó los planos de la misma, así como el material antes mencionado. Figura 2.14 Mecanizado de la placa. Fuente: Autores. 46

68 Figura 2.15 Mecanizado de la placa 2. Fuente: Autores. Una vez construida se procede a verificar la concentricidad de tanto la bomba con la placa, y esta última con la torre del banco. Figura 2.16 Prueba de concentricidad. Fuente: Autores. 47

69 2.4.DISEÑO DE RIEL Parámetros para el diseño Se deben considerar dos aspectos importantes para ser tomado en cuenta al momento de diseñar el riel, los cuales son: El material del riel debe ser lo suficientemente resistente para soportar las elevadas presiones en las que trabaja este sistema de inyección. Sus dimensiones deben garantizar la acumulación de presión de combustible minimizando las fluctuaciones de presión provocadas por la bomba de presión Dimensiones En comparación al diseño de la placa, lo primero que se buscó fue un material solido en el cual se puede mecanizar un riel, lo ideal era encontrar un material con forma cilíndrica parecido a los rieles que vienen incorporados en estos sistemas; pero debió a la dificultad de mecanizar todos los conductos de ingreso y salida en un mismo cuerpo se optó por un material de forma cuadrangular. Con el material obtenido se procedió a diseñar en software CAD el riel con las entradas y salidas necesarias, para luego analizar el diseño en un software adecuado. Figura 2.17 Diseño CAD del riel y sus accesorios. Fuente: Autores. 48

70 Figura 2.18 Material para la fabricación del riel. Fuente: Autores Material El material a utilizarse será acero estructural, el cual se mostró sus propiedades físicas con anterioridad en la tabla 2.1 y Análisis por elementos finitos de la placa A diferencia de la placa ahora el análisis se lo realizara aplicando una presión y no con una fuerza, pero de igual forma es necesario configurar ciertos parámetros como los puntos de sujeción, el valor de la presión, la calidad del enmallado y los resultados que se desea obtener Soportes La presión que ejercerá la bomba estará actuando sobre las paredes internas del riel, pero será necesario seleccionar un punto de sujeción ya que de no hacerlo el software desplazara al riel por la acción de la presión. El punto de sujeción será ubicado en la cara posterior del riel como se aprecia a continuación. 49

71 Figura 2.19 Configuración del punto de sujeción del riel. Fuente: Autores Cargas A continuación se configura la presión, la cual actuara sobre el conducto interno del riel, desde aquí es donde se reparte a las diferentes salidas, así como al sensor de presión y la válvula de sobrepresión. Valor de la carga: 140 MPa. Figura 2.20 Configuración de la presión. Fuente: Autores. 50

72 Calidad de enmallado Ahora que se tiene configurada las condiciones bajo las que trabajara el riel se genera el enmallado, para obtener unos resultados fiables es necesario que la calidad del mismo sea mayor al 0,60, luego de varias configuraciones se obtuvo el siguiente enmallado: Figura 2.21 Calidad del enmallado. Fuente: Autores. Se obtuvo una calidad promedio del 0,6685; lo cual nos garantiza unos resultados fiables Resultados Los mismos se presentan a continuación. 51

73 Esfuerzo equivalente de Von Mises Figura 2.22 Esfuerzo de Von Mises en el riel. Fuente: Autores. El valor máximo del esfuerzo que se presenta es 452,03 MPa el cual es descartable en comparación con el máximo soportado que es de 280 MPa; por lo que en lo que respecta a este parámetro el material es apto para la construcción Deformación total Figura 2.23 Deformación total en el riel. Fuente: Autores. La deformación presente en el riel es descartable ya que su valor máximo es inferior a 1 mm. 52

74 Factor de seguridad Figura 2.24 Factor de seguridad en el riel. Fuente: Autores. Como se aprecia en la figura anterior se tiene un factor de seguridad mínimo en las zonas más críticas de la placa con el acero estructural de , mientras que con el aluminio se obtiene 4, CONSTRUCCIÓN DEL RIEL Igual que la placa el riel se construyó en un taller industrial donde se entregó los planos del mismo, así como el material antes mencionado. Figura 2.25 Mecanizado del riel. Fuente: Autores. 53

75 Figura 2.26 Mecanizado del riel 2. Fuente: Autores DISEÑO DEL SIMULADOR Parámetros para el diseño El simulador para cumplir con las funciones de la ECU debe cumplir con las siguientes características: Generar una señal digital, para controlar SCV. Además de funciones adicionales propias de un dispositivo de diagnóstico, tales como: Recibir las señales generadas por el sensor de caudal y el sensor de presión, procesarlas y mostrar en una pantalla el valor de las mismas. Mostrar en la misma pantalla los datos de funcionamiento de las diferentes bombas presentes en los vehículos del mercado nacional, en especial las del fabricante Bosch. Alimentar los sensores tanto de presión como de caudal. Para que el simulador cumpla con todas estas características, es necesario: La construcción de un circuito electrónico que reciba la señal de control de la válvula SCV para amplificarla y sirva de fuente de alimentación para los sensores de presión y caudal. Adquirir y programar una placa de adquisición de datos, para generar la señal de la válvula SCV, recibir las señales de los sensores y graficar las mismas. Realizar la programación en un software grafico para la visualización de los datos de funcionamiento en una computadora. 54

76 2.7. DISEÑO DEL CIRCUITO DE POTENCIA La señal generada por la tarjeta de adquisición de datos, beberá ser recibida por el circuito de potencia, el cual tiene que amplificar el voltaje de dicha señal desde 5 a 12 voltios. Conjuntamente el circuito tiene que proporcionar la alimentación de voltaje para los sensores de presión y caudal. A continuación se muestra un diseño del circuito a utilizarse: Figura 2.27 Circuito de potencia. Fuente: Autores 2.8. CONSTRUCCION DE LA CAJA DE CIRCUITO DE POTENCIA Elementos Los elementos utilizados en este circuito se detallan en la siguiente tabla: 55

77 Tabla 2.4 Elementos del circuito de potencia. Fuente: Autores. Elemento Cantidad Mosfet IRFP064N 1 Regulador de tensión positiva 1 Disipador de calor 2 Amperímetro Digital 1 Interruptor pulsante de dos posiciones 1 Interruptor primavera dos posiciones 1 Ventilador helicoidal 1 Baquelita perforada 1 Caja plástica para circuitos 1 Arnés de 12 pines 1 Arnés de 2 pines 2 Cables numero 8 6metros Puerto de 2 pines 8 Fusible de 5 Amperios Comprobaciones del circuito Una vez que se armó el circuito en un Protoboard, se procedió a efectuar una serie de pruebas con la bomba montada en el banco y además con todos sus accesorios ensamblados, para comprobar el buen funcionamiento del circuito. Además estas pruebas sirvieron para tomar una serie de datos necesarios para la programación gráfica. A continuación en la figura 2.28 se muestra el circuito de potencia: Figura 2.28 Circuito de potencia. Fuente: Autores. Una vez comprobado el circuito se procede con el ensamblaje de los demás elementos de la caja porta circuitos. 56

78 Figura 2.29 Vista interna caja de circuito de potencia. Fuente: Autores. Figura 2.30 Vista externa caja de circuito de potencia. Fuente: Autores SOFTWARE Y TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS Luego de buscar en el mercado las tarjetas de adquisición de datos disponibles, se optó por la tarjeta NI-USB 6212, y para su programación se eligió el software Labview, ya que entre sus paquetes de adquisición de datos, presenta una interfaz con esta tarjeta. A continuación se procedió a buscar toda la información necesaria tanto en videos tutoriales, así como en archivos bibliográficos para la realizar la comunicación entre estos elementos. Seguidamente se detalla las características tanto de la placa como del software ocupado en la adquisición de datos. 57

79 Tarjeta NI USB 6212 Figura 2.31 Tarjeta de adquisición de datos NI USB Fuente: [16] Es un módulo interfaz para adquisición desarrollado por Nacional Instruments 1 que funciona con un software, generalmente con Labview, y permite realizar adquisición de datos o adquisición de señales para ser manipulados por un ordenador. Su trabajo consiste en tomar un conjunto de señales físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora o PAC. Se requiere una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles con el elemento que hace la transformación a señal digital. El elemento que hace dicha transformación es el módulo de digitalización o tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ). Especificaciones Generales la tarjeta NI USB entradas analógicas (16 bits, 400 ks/s) 2 salidas analógicas (16 bits, 250 ks/s), 32 E/S digitales (24 para terminación masiva), 2 contadores de 32 bits Energizado por bus USB para una mayor movilidad, conectividad de señal integrada Tecnología NI Signal Streaming para transferencia de datos sostenida a alta velocidad en USB; la versión OEM está disponible Compatible con LabVIEW, ANSI C/C++, C#, Visual Basic.NET y Visual Basic 6.0 El software de NI-DAQmx y software interactivo LabVIEW SignalExpress LE para registro de datos. [17] 1 Nacional Instruments: Empresa dedicada al desarrollo y venta de productos de software, hardware y servicios. 58

80 Labview. Figura 2.32 Pines de tarjeta de adquisición de datos NI USB Fuente: [16] Labview (acrónimo de Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) es una plataforma y entorno de desarrollo para diseñar sistemas, con un lenguaje de programación visual gráfico. Recomendado para sistemas hardware y software de pruebas, control y diseño, simulado o real y embebido, pues acelera la productividad. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Gráfico. Este programa fue creado por National Instruments (1976) para funcionar sobre máquinas MAC, salió al mercado por primera vez en Ahora está disponible para las plataformas Windows, UNIX, MAC y GNU/Linux. [18] 59

81 2.10. PROGRAMACIONES Programación para la generación de la señal. Para la generación de señal es necesario programar en Labview, un bloque que nos permita generar una señal periódica donde podremos variar la frecuencia y modularla mediante la técnica de PWM 1 para modificar el ciclo de trabajo de la señal. Figura 2.33 Modulación por ancho de pulso. Fuente: [19] Para la programación se debe tener en claro que el ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente en la Ecuación 2.1: Ecuación 2.1 Ciclo de trabajo o Duty Cycle. Fuente: [20] D -Es el ciclo de trabajo τ -Es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso) T -es el período de la función El porcentaje mostrado en la Ecuación 2.1 es una medida cualitativa donde se procede a modificar la señal, de tal manera que logremos controlar la apertura de la válvula SCV. A continuación en la Figura 2.34 se muestra la programación gráfica del generador de señal realizada en el software Labview: 1 PWM: Modulación por ancho de pulsos (siglas en inglés de pulse-width modulation) 60

82 Figura 2.34 Programación gráfica del generador de señal. Fuente: Autores Programación del receptor de la señal del sensor de presión Para la programación del receptor de señal del sensor, es necesario conocer el funcionamiento y características del sensor que se utiliza para el proyecto, como se muestra en la página 16 del capítulo anterior. Una vez que se obtuvo toda la información y recursos necesarios se procedió a la toma de datos de este sensor. A continuación se describe el proceso que se llevó a cabo Proceso de caracterización del sensor de presión Inicialmente se procedió a instalar el riel de pruebas junto con su sensor de presión, en un banco de pruebas para sistemas Common Rail. Figura 2.35 Riel de pruebas montado en el banco Common Rail. Fuente: Autores. 61

83 Una vez montado el Riel de pruebas en el banco Common Rail se procede a instalar un Tester para visualizar el voltaje que nos indica el sensor al momento de girar el banco y acumular presión en riel. Figura 2.36 Tester montado en el banco Common Rail. Fuente: Autores. Seguidamente se procedió a tomar los datos de presión y voltaje que marcaba el manómetro de presión del banco y el Tester respectivamente. Figura 2.37 Manómetro de presión banco Common Rail. Fuente: Autores. Los datos de presión se tomaron desde 0 a 2000 bares en un rango de 50 bares con su respectivo valor de voltaje como se muestra en la tabla

84 Tabla 2.5: Datos de prueba del sensor de presión. Fuente: Autores. Bares MPa V Bares MPa V(lectura 1) 0 0 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,58 Gracias a los valores obtenidos se conoce el comportamiento del voltaje en este tipo de sensor. Se sabe que el voltaje varía en forma lineal y directamente proporcional a la presión, por lo que con los valores obtenidos se procede a ingresarlos en un software matemático, para obtener una ecuación lineal que describa el comportamiento del sensor en función al voltaje que proporcione el sensor, y así saber el valor de presión en cualquier etapa. La ecuación obtenida es la siguiente, donde x es el voltaje proveniente del sensor. Ecuación 2.2 Ecuación del comportamiento de la presión con respecto al voltaje. Fuente: Autores. 63

85 Tabla 2.6 Coeficientes de la curva del sensor de presión. Fuente: Autores. Grafica 2.1 Curva del comportamiento de la presión con respecto al voltaje. Fuente: Autores. Esta ecuación la ingresamos en Labview, con lo que obtenemos finalmente la programación para la lectura de la presión. Figura 2.38 Programación en grafica de la lectura de presión. Fuente: Autores. 64

86 Programación del sensor de caudal Una vez que se tuvo claro el comportamiento de la señal del sensor de caudal en la página 32 y 33 del capítulo anterior, se procede a realizar un ensayo para obtener la cantidad de diesel que circula por el sensor de caudal, en un tiempo estimado y con su frecuencia correspondiente; para ello se utiliza un osciloscopio, un cronometro, y una fuente para alimentar el sensor de caudal. Figura 2.39 Ensayo de comprobación de caudal. Fuente: Autores. El tiempo cronometrado de medición del diesel que circula por el sensor fue de 30 segundos, luego se procedió a medir la cantidad de diesel con ayuda de una probeta de 150ml como se muestra en la figura

87 Figura 2.40 Comprobación de la lectura de caudal. Fuente: Autores. El caudal que se llegó a medir fue de litros en 30 segundos o a su vez l/h con una frecuencia que marco el osciloscopio de 7,8637 hertzios. Con estos datos se procedió calcular los números de pulsos en un segundo Ecuación 2.3 Ecuación del conteo de pulsos. Fuente: Autores. Donde τ es el periodo de la señal del sensor de caudal. Y como se explica en la ecuación el número de pulsos es igual a la frecuencia de la señal generada por el sensor de caudal. Con el caudal medido en litros por hora se procede a buscar el factor de conversión de frecuencia a caudal con la siguiente ecuación: Ecuación 2.4 Ecuación del factor de conversión de frecuencia-caudal. Fuente: Autores. Donde es el factor de conversión. Luego de obtener los datos se procedió a programar en Labview para que el software sea capaz de contar los pulsos que diera en un minuto, ya que se tiene como dato que cada pulso es igual 46 ml (mililitros). La programación final para la lectura de caudal en Labview es la siguiente: 66

88 Figura 2.41 Programación en bloques de la lectura de caudal. Fuente: Autores. Una vez finalizada la programación se volvió a realizar la prueba bajo las mismas condiciones de funcionamiento para comprobar si la programación está trabajando de manera correcta, obteniendo el siguiente resultado: Figura 2.42 Medición de caudal en Labview. Fuente: Autores. Figura 2.43 Medición del periodo de la señal del caudal en Labview. Fuente: Autores. Como se aprecia en las figuras 2.38 y 2.39, el valor calculado con el valor obtenido en la programación, varía con 0.024, obteniendo una confiabilidad del resultado de 99.98% Programación de la visualización de los datos de funcionamiento Luego de probar varias maneras de visualizar los datos de funcionamiento, se optó por crear un archivo de texto con los datos de funcionamiento de cada vehículo con sistema CRDI presente en el país. Para poder visualizar, los datos de un vehículo especifico abra que hacerlo desde la ventana principal del simulador, en una pestaña desplazable habrá que escoger la marca y en otra el 67

89 modelo de vehículo. Una vez seleccionado ambos se mostrara en una ventana los datos de funcionamiento de ese vehículo. La base datos está constituida por los vehículos con sistema Bosch existentes en el país, al ser la marca líder en el país con el simulador se abarcara más de la mitad de los vehículos presentes en el mercado. En la figura 2.38 se muestra la programación gráfica del diagrama de bloques de visualización de los datos de funcionamiento y guía de usuario. Figura 2.44 Programación en bloques de la visualización de los datos de funcionamiento. Fuente: Autores. Una vez que se obtuvo un correcto funcionamiento de cada programación por separado, se procedió a armar todos los bloques en un solo archivo, el mismo cumple con todos los requisitos expuestos al inicio de la investigación. A continuación se muestra la programación grafica final del simulador: 68

90 Figura 2.45 Interfaz gráfica del simulador. Fuente: Autores CONSTRUCCIÓN DEL HABITÁCULO DE SEGURIDAD El funcionamiento de los accesorios del simulador, y en especial la válvula de sobrepresión, provocan salpicaduras del líquido de pruebas que proporciona el banco de pruebas. Para evitar que el operario reciba dichas salpicaduras y que sufra algún daño en caso de fugas o percances en el funcionamiento del simulador, se construyó una cámara de seguridad que garantice la protección deseada en el sistema. El habitáculo de seguridad fue construido con láminas de acrílico transparente para mayor visualización del sistema. Figura 2.46 Corte de la lámina de acrílico. Fuente: Autores. 69

91 El ensamblaje del habitáculo se realizó con ayuda de tiras de un ángulo de aluminio para mayor fijación y rigidez del mismo. Figura 2.47 Ensamblaje del habitáculo de seguridad. Fuente: Autores. El habitáculo se construyó también con una tapa para facilitar la manipulación de los elementos del sistema y con las dimensiones apropiadas, de tal manera que se acople adecuadamente en el banco de pruebas. Figura 2.48 Habitáculo de seguridad. Fuente: Autores. 70

92 2.12. MONTAJE DE LOS ACCESORIOS DEL SIMULADOR Para el correcto funcionamiento del simulador es necesario añadir algunos accesorios como se muestran en la Tabla 2.5: Tabla 2.7 Accesorios del simulador. Fuente: Autores. Accesorio Cantidad Manguera de alta presión H100 de ½ 3 metros Ojo de cañería con espiga de ½ 2 Acople de cañería con espiga de 3/8 x1/2 2 Bridas de tornillo 6 Perno racor de cañería de ½ 2 Todos los accesorios y elementos construidos se montaron en el banco de pruebas para que a continuación se empiece a realizar las pruebas que se mencionaran en el siguiente capítulo. Figura 2.49 Simulador y sus accesorios. Fuente: Autores. 71

93 CAPÍTULO III PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO Y PUESTA A PUNTO DEL SIMULADOR. 72

94 3.1. INTRODUCCIÓN Esta última parte del proyecto está enfocada a la realización de pruebas con todos los equipos construidos en el capítulo anterior, así como a la calibración del equipo realizando las respectivas modificaciones. Además se efectúa la validación de los resultados obtenidos mediante un software apropiado. 3.2.CORRECCIÓN DE LA MEDICIÓN DE PRESIÓN Con la ayuda de un equipo para calibración de manómetros con el que cuenta la carreara de ingeniería mecánica en uno de sus laboratorios, se procede a tomar nuevamente los datos correspondientes a la presión y voltaje, para así poder tener una medición exacta de la presión. A continuación se describe detalles del equipo utilizado para la medición Calibrador de presión DPC-501 El DPC-501 es una solución fácil de usar, preciso y compacto para calibraciones de comparación de presión. El calibrador de presión electrónico DPC-501 se utiliza para la calibración de alta precisión de los instrumentos de presión, medidores de presión, por ejemplo, transmisor de presión, manómetro digital, interruptores de presión, válvulas de protección contra la sobrepresión, etc. El sensor de referencia incorporado es variable, por lo que varios rangos de presión se pueden cubrir con una DPC-501 unidad. Todos los rangos de presión estándar entre vacío y bar ( psi) están disponibles, así como los rangos de vacío y presión absoluta. Figura 3.1 Equipo de calibración de presión. Fuente: Autores Una vez que se realizó las conexiones necesarias se obtiene el siguiente montaje de todos los equipos. 73

95 Figura 3.2 Montaje del equipo de calibración de presión. Fuente: Autores. Figura 3.3 Medición con el equipo de calibración de presión. Fuente: Autores. Luego de realizar las pruebas de medición se obtiene la siguiente tabla. 74

96 Tabla 3.1 Valores de voltaje y presión prueba de sensor con calibrador de manómetros. Fuente: Autores. Presión (MPa) Voltaje (V) Con los datos obtenidos se procede a elaborar una nueva ecuación utilizando un software matemático, de lo cual se obtiene unos coeficientes con un 95% de confiabilidad, como se aprecia en la graficas 3.4 y 3.5. Tabla 3.2 Coeficientes de la curva del sensor de presión. Fuente: Autores. Grafica 3.1 Curva del sensor de presión. Fuente: Autores. 75

97 Los nuevos coeficientes obtenidos son ingresados en la programación de la lectura de presión, como se aprecia a continuación. Figura 3.4 Programación en bloques del sensor de presión. Fuente: Autores. Una vez que se obtiene una lectura más exacta de la presión es posible ejecutar las distintas pruebas con el simulador DESCRIPCION DE PRUEBAS DEL SIMULADOR Descripción de la prueba de presión Luego de una investigación se opta por verificar el estado de la bomba mediante un análisis cualitativo, en el cual se verifica el tiempo que la presión va desde cero a 1600 bares (160 MPa) que es la presión máxima con la que trabaja el motor en el que viene equipada esta bomba, es decir el tiempo que le toma llegar al 100% de su presión, aprovechando las características de Labview para la visualización de la señal de presión; así como para medir el tiempo que le toma a la bomba efectuar esta acción. Para que la medición sea exacta se calibra la válvula de sobrepresión, con la ayuda del banco de pruebas Su Kwang presente en laboratorio diésel, para que la liberación de presión se efectúe a la presión especificada anteriormente. La calibración se logra apreciar de una mejor manera en las figuras de a continuación. 76

98 Figura 3.5 Calibración de la válvula de sobrepresión 1. Fuente: Autores. Figura 3.6 Calibración de la válvula de sobrepresión 2. Fuente: Autores Descripción de la prueba de estanqueidad Para realizar la prueba de estanqueidad se opta por un análisis cualitativo parecido al de la prueba de presión, con la diferencia que no se busca llegar a la presión máxima; en cambio se busca determinar las RPM adecuadas en las que la bomba mantenga la presión más cercana a su valor máximo. El porcentaje de diferencia aceptable será determinado por las distintas pruebas que se realice Descripción de la prueba de caudal A diferencia de las pruebas anteriores en esta se verificara que valor de caudal de consumo se encuentre por debajo del caudal máximo especificado por el fabricante de la bomba, a distintas revoluciones. Los mismos que se exponen a continuación. 77

99 Tabla 3.3 Caudal máximo de una bomba Bosch. Fuente: Autores. Caudal máximo RPM 40 l/h l/h DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS PARA EFECTUAR LAS PRUEBAS Configuración de la señal de comandado de la válvula SCV Esta señal puede ser modificada tanto en frecuencia como en PWM, para la determinación de la frecuencia se tomara el valor que utiliza un banco propio de la marca de la bomba para realizar sus pruebas, que es de 180 Hz; tal como se aprecia en la siguiente figura. Figura 3.7 Parámetros de un banco de pruebas Bosch. Fuente: Autores. Una vez obtenido el valor de la frecuencia se procede a realizar pruebas variando el PWM y ubicando una velocidad de giro constante en el banco para determinar el rango de trabajo y de esta manera determinar el valor más apropiado de PWM para realizar las distintas pruebas. Se determinó ejecutar las pruebas con los datos expuestos en la siguiente tabla: 78

100 Tabla 3.4 Ajustes del simulador para la determinación del PWM. Fuente: Autores. RPM Frecuencia(Hz) PWM (%) Luego de realizar las pruebas se obtiene que variando desde 10 al 80 %, no se presentaba mayor cambio en el comportamiento de la bomba, sin embargo al ubicar un PWM del 90% la presión no lograba llegar a su valor máximo, por lo que se opta por analizar el comportamiento de la bomba en este rango de PWM, de lo cual se obtiene los siguientes resultados, que se exponen a continuación. Figura 3.8 Resultado con un PWM del 80%. Fuente: Autores. 79

101 Figura 3.9 Resultado con un PWM del 81%. Fuente: Autores. Figura 3.10 Resultado con un PWM del 83%. Fuente: Autores. Figura 3.11 Resultado con un PWM del 85%. Fuente: Autores. 80

102 Figura 3.12 Resultado con un PWM del 87%. Fuente: Autores. Como se aprecia en la figura el valor de la presión se comporta de una forma normal subiendo de 0 a160 MPa y descendiendo súbitamente debido a la acción de la apertura de la válvula de sobrepresión. Este comportamiento se mantiene hasta cuando se ubica valores de PWM mayores al 88% donde ya es posible notar una variación en el comportamiento de la presión. Como se visualiza en las siguientes figuras. Figura 3.13 Resultado con un PWM del 88%. Fuente: Autores. 81

103 Figura 3.14 Resultado con un PWM del 89%. Fuente: Autores. Figura 3.15 Resultado con un PWM del 90%. Fuente: Autores. Las gráficas muestran como la presión no aumenta de manera lineal, llega a un valor cercano al máximo pero presenta con fluctuaciones en su amplitud, esto ayuda a deducir que luego de determinadas pruebas es necesario calibrar la válvula de sobrepresión y además que se puede ubicar cualquier valor de PWM menor a un 88%. Con los resultados obtenidos se opta por configurar la señal de comandado con una frecuencia de 180 Hz y un PWM de 85%, este dato puede variar luego de realizar el resto de pruebas de considerarse necesario Determinación de las RPM Una vez que se obtiene la configuración de la señal es necesario determinar que numero de revoluciones se debe ejecutar cada prueba por lo que se determina realizar pruebas a diferentes rpm y manteniendo constante la señal ya obtenida. Los valores a los que se realiza cada prueba se presentan en la siguiente tabla. 82

104 Tabla 3.5 Ajustes del simulador para la determinación de las RPM. Fuente: Autores. RPM Frecuencia(Hz) PWM (%) Una vez realizadas las pruebas se obtiene los siguientes resultados, los cuales se muestra con su debida interpretación. Figura 3.16 Resultado a 100 rpm. Fuente: Autores. Como se aprecia en la figura la presión no llega a su valor máximo, se mantiene oscilando entre el 75 y 80% del mismo, por lo que a estas revoluciones no habría como realizar la prueba de presión. 83

105 Figura 3.17 Resultado a 150 rpm. Fuente: Autores. Al igual que la prueba anterior la presión no alcanza el valor máximo, pero en cambio la oscilación de la misma se da entre un 83 y 90% del valor máximo. Figura 3.18 Resultado a 200 rpm. Fuente: Autores. El comportamiento presente en las pruebas anteriores continua presente, pero el valor en que oscila la presión se encuentra entre el 91 y 97% del valor máximo, lo cual es un indicativo que estas revoluciones son las idóneas para realizar la prueba de estanqueidad. 84

106 Figura 3.19 Resultado a 250 rpm. Fuente: Autores. A estas revoluciones se logra apreciar el comportamiento de la presión idóneo para realizar la prueba de presión sin embargo el mismo no se estabiliza por lo que el tiempo que le toma a la bomba presurizar a su valor máximo no es constante. Figura 3.20 Resultado a 300 rpm. Fuente: Autores. Se logra estabilizar el comportamiento de la presión así como el tiempo que toma llegar al valor máximo, pero la fluctuación que se muestra casi al final de la curva podría ser determinante al momento de escoger las revoluciones óptimas para la prueba de presión. 85

107 Figura 3.21 Resultado a 350 rpm. Fuente: Autores. La fluctuación expuesta en la prueba anterior continua presente, pero la misma es atenuada a estas revoluciones, pero el tiempo que le toma llegar a esta presión es constante. Figura 3.22 Resultado a 400 rpm. Fuente: Autores. La figura muestra como la fluctuación expuesta es atenuada en mayor proporción, lo cual es un indicativo que la misma es propia del comportamiento de la presión. Una vez realizadas todas las pruebas se opta por realizar la prueba de presión a 350 rpm ya que a estas revoluciones la rampa de presión graficada se muestra estable, además a este número de revoluciones de la bomba el motor se encuentra girando a 700 rpm; lo cual es un valor promedio de giro en ralentí de un motor con un sistema CRDI. Finalmente se obtiene la siguiente tabla con los valores de RPM correspondientes a cada prueba, cabe destacar que la prueba de caudal de combustible consumido se realizara durante la ejecución del resto de pruebas. Tabla 3.6 RPM correspondientes a cada prueba. Fuente: Autores. 86

108 RPM Prueba 200 Estanqueidad 350 Presión 3.5. PROCESO PARA EFECTUAR LAS PRUEBAS Una vez determinados todos los parámetros con los que se debe realizar las pruebas, es necesario establecer un algoritmo para la ejecutar las mismas, este último se describe a continuación para cada prueba Prueba de presión 1.- Encender el banco de pruebas, seguido de su bomba de alimentación, compruebe que la presión de alimentación sea de 0.2 bares. Figura 3.23 Interruptor de encendido del banco de pruebas. Fuente: Autores. Figura 3.24 Manómetro de presión de alimentación. Fuente: Autores. 2.- Gire el eje de la bomba a 350 rpm y encender la caja de circuitos. Verificar que la tapa del habitáculo de seguridad se encuentre cerrada. 87

109 Figura 3.25 Panel de control del banco de pruebas. Fuente: Autores. 3.- Ejecute el simulador y selecciones tanto la prueba como el vehículo al que pertenezca la bomba, luego configure la señal de control de la válvula con una frecuencia de 180 Hz y un PWM del 85%; seguidamente de clic en cargar nueva señal. Verificar que el amperímetro muestre un valor de 1.23±1. Figura 3.26 Ventanas de configuración de la señal de la válvula. Fuente: Autores. 4.- Espere a que la señal de presión se estabilice y seleccione congelar gráfica. Figura 3.27 Botón para congelar la gráfica. Fuente: Autores. 5.- Arrastre los cursores, para que se muestre en el indicador el tiempo que le toma a la presión ir desde cero a 160 MPa. Figura 3.28 Ventana de visualización de presión. Fuente: Autores. 88

110 Figura 3.29 Indicador de tiempo. Fuente: Autores. 6.- Compare el valor obtenido con el correspondiente al vehículo. 7.- Seleccione medir caudal y verifique que el caudal de consumo se encuentre por debajo de 40 l/h. Este el procedimiento para ejecutar la prueba de presión, este procedimiento también se muestra en la interfaz gráfica del simulador, pero expuesta desde el punto en que el operador comienza a realizar las pruebas a la bomba. El procedimiento que se expone en el simulador se muestra a continuación. Figura 3.30 Pasos para realizar la prueba de presión. Fuente: Autores. El tiempo para esta prueba así como el resto de valores para las distintas pruebas serán expuestos más adelante luego de ejecutar las respectivas pruebas, así como su debida validación con un software apropiado. 89

111 Prueba de estanqueidad 1.- Encender el banco de pruebas, seguido de su bomba de alimentación, compruebe que la presión de alimentación sea de 0.2 bares. 2.- Gire la bomba a 200 rpm y encender la caja de circuitos. Verificar que la tapa del habitáculo de seguridad se encuentre cerrada. Figura 3.31 Panel de control del banco de pruebas. Fuente: Autores. 3.- Ejecute el simulador y selecciones tanto la prueba como el vehículo al que pertenezca la bomba, luego configure la señal de control de la válvula con una frecuencia de 180 Hz y un PWM del 85%; seguidamente de clic en cargar nueva señal. Verificar que el amperímetro muestre un valor de 1.23± Espere a que la señal de presión se estabilice y seleccione congelar gráfica. 5.- Verifique que la señal se mantenga dentro del rango determinado para este vehículo. 6.- Seleccione medir caudal y verifique que el caudal de consumo se encuentre por debajo de 40 l/h. A igual que la prueba de presión esta también se expone en la interfaz gráfica del simulador de la siguiente manera. 90

112 Prueba de caudal Figura 3.32 Pasos para realizar la prueba de estanqueidad. Fuente: Autores. Como se explicó en la descripción de la prueba, para la ejecución de esta es necesario realizar una medición del caudal consumido por la bomba durante la ejecución del resto de pruebas, para lo cual se debe seleccionar el botón de medir caudal y verificar que el caudal de consumo se encuentre por debajo de 40 l/h. Figura 3.33 Botón para medición de caudal. Fuente: Autores EJECUCIÓN DE PRUEBAS Ya obtenidos los parámetros para la ejecución de las pruebas, se procede a realizar las mismas en un numero de 15 veces, tomando el valor necesario para cada prueba. 91

113 Figura 3.34 Fotografía de la ejecución de pruebas. Fuente: Autores. Figura 3.35 Fotografía de la ejecución de pruebas 2. Fuente: Autores. 92

114 Prueba de presión Para esta prueba se tomara el tiempo que le toma llegar a la bomba a su valor máximo, se toma 3 tiempos en cada prueba por lo que se obtiene 45 muestras. A continuación se expone una captura de pantalla de la realización de la prueba de presión, el resto de capturas se expone en el anexo 1. Figura 3.36 Captura de pantalla de la prueba de presión. Fuente: Autores. Los resultados obtenidos son los que se muestra a continuación Tabla 3.7 Resultados de las pruebas de presión. Fuente: Autores. Tiempo1 Tiempo 2 Tiempo3 Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba

115 Análisis de resultados Con la ayuda de un software de estadística se procede a realizar un análisis ANOVA de un solo factor desapilado, mediante comparaciones de Tukey con un nivel de confianza del 95% obteniendo los siguientes resultados. Figura 3.37 Análisis de los resultados de la prueba de presión. Fuente: Autores. Obtener una desviación estándar del nos indica que las muestras en este caso el tiempo, son válidos esto acompañado con la conclusión propia del software la cual nos expone que las muestras tienen un nivel de confianza individual del 99.91%. Por lo que se toma como valido el experimento de con los parámetros configurados, a continuación se determina el valor promedio de todas las muestras, que es de ± segundos. Este último valor será introducido en la información de la prueba de presión, que se muestra en la interfaz gráfica del simulador obteniendo lo siguiente. 94

116 Prueba de estanqueidad Figura 3.38 Pasos para realizar la prueba de presión 2. Fuente: Autores. Esta prueba se la realizo 15 veces y se tomó 4 valores mínimos de cada prueba, para de esta manera determinar el porcentaje máximo en el que debe fluctuar la presión durante esta prueba. En total se tiene 60 muestras. A continuación se expone una captura de pantalla correspondiente a una prueba de estanqueidad, el resto de capturas se exponen en el anexo de este proyecto. Figura 3.39 Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad. Fuente: Autores. Seguidamente se expone la tabla con los resultados obtenidos en cada prueba. 95

117 Tabla 3.8 Resultados de las pruebas de estanqueidad. Fuente: Autores. Valor mínimo 1 Valor mínimo 2 Valor mínimo 3 Valor mínimo 4 Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Análisis de resultados Se realiza el mismo análisis que en la prueba anterior, con lo que se obtiene los siguientes resultados. Figura 3.40 Análisis de los resultados de la prueba de estanqueidad. Fuente: Autores. Al igual que la prueba anterior se obtiene una desviación estándar agrupada de 0.198, lo cual con el dato de nivel de confianza individual del 99.92% que indica el software, por lo que se toma como valido el experimento de con los parámetros configurados, a 96

118 continuación se determina el valor promedio de todas las muestras, que es de 145.5±1.5 MPa. Este último valor será introducido en la información de la prueba de estanqueidad, que se muestra en la interfaz gráfica del simulador obteniendo lo siguiente Prueba de caudal Figura 3.41 Pasos para realizar la prueba de estanqueidad 2. Fuente: Autores. Para las pruebas de caudal se procedió a realizar 5 veces, a distintas revoluciones tomando tres muestras por prueba, con lo que se obtiene 15 muestras. De esta manera mediante análisis se valida el dato obtenido Las capturas de pantallas, así como las tablas y análisis de resultados se presentan a continuación. Figura 3.42 Captura de pantalla del caudal a 200 rpm. Fuente: Autores. 97

119 Tabla 3.9 Resultados de las pruebas de caudal a 200 rpm. Fuente: Autores. Caudal 1 Caudal 2 Caudal 3 Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Figura 3.43 Análisis de los resultados de la prueba de caudal a 200 rpm. Fuente: Autores. El nivel de confianza individual es del 97.94%, por lo que el experimento realizado es válido. Figura 3.44 Captura de pantalla del caudal a 350 rpm. Fuente: Autores. 98

120 Tabla 3.10 Resultados de las pruebas de caudal a 350 rpm. Fuente: Autores. Caudal 1 Caudal 2 Caudal 3 Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba Figura 3.45 Análisis de los resultados de la prueba de caudal a 350 rpm. Fuente: Autores. El nivel de confianza individual es del 97.94%, por lo que el experimento realizado es válido. Figura 3.46 Captura de pantalla del caudal a 600 rpm. Fuente: Autores. Tabla 3.11 Resultados de las pruebas de caudal a 600 rpm. Fuente: Autores. Caudal 1 Caudal 2 Caudal 3 Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba

121 Figura 3.47 Análisis de los resultados de la prueba de caudal a 600 rpm. Fuente: Autores. El nivel de confianza individual es del 97.94%, por lo que el experimento realizado es válido. Figura 3.48 Captura de pantalla del caudal a 600 rpm. Fuente: Autores. Tabla 3.12 Resultados de las pruebas de caudal a 1000 rpm. Fuente: Autores. Caudal 1 Caudal 2 Caudal 3 Prueba Prueba Prueba Prueba Prueba

122 Figura 3.49 Análisis de los resultados de la prueba de caudal a 1000 rpm. Fuente: Autores. El nivel de confianza individual es del 97.94%, por lo que el experimento realizado es válido. 101

123 CONCLUSIONES Luego de la investigación bibliográfica podemos concluir que el sistema CRDI abarca un campo de estudio muy amplio, pero la característica que marca la diferencia con el resto de sistemas es su gestión electrónica, ya que mediante la generación de pulsos electromagnéticos es posible controlar la alta presión generada por la bomba. Una bomba de alta presión de un sistema de riel común no necesita calibraciones mecánicas, la gestión electrónica es la encargada de mantener la presión constante, mediante el continuo sensado de la presión en el riel y con las correcciones acordes a la información proporcionada por el resto de sensores involucrados en el sistema. Además con las investigaciones realizadas, se llegó a determinar que los sistemas de riel común presentes en el mercado ecuatoriano, son con control de presión por medio de una SCV, a su vez presentan dos tipos de válvulas, las NO (normalmente abierta) como en el caso de la bomba utilizada, así como las NC (normalmente cerrada), ambos tipos de válvulas cumplen el mismo trabajo, la variación radica en el momento de su regulación ya que las NC se regulan con la parte alta de la señal, mientras que las NO lo hacen con la parte baja de la señal. Tras la información obtenida en las pruebas se determinó que el rango de control de la SCV, se amplía a medida que aumentan las revoluciones de la bomba; a bajas revoluciones, como las que se realizaron en las pruebas el rango, se encuentra entre el 85 al 90% de PWM. Después de experimentar con varias opciones para la generación y recepción de señales se concluye que el uso de un software junto con una tarjeta de adquisición de datos, evita el diseño y fabricación de circuitos electrónicos avanzados, además proporcionan una visualización de las distintas señales a analizar, así como un mejor control de la señal de control de la SCV. Al no poder elaborar una base de datos para realizar un análisis cuantitativo, se optó por un análisis cualitativo, de lo cual se obtuvo resultados con un nivel de confianza individual entre los 97 y 99%, lo cual es mayor al esperado que era del 90 %; tal como se expuso en el anteproyecto. 102

124 Luego de realizar las pruebas a la bomba con el simulador se puede discernir algunos diagnósticos, los cuales se exponen en la siguiente tabla: Prueba Valor Resultado Diagnóstico Presión Entre = Buen estado (tiempo de ± presurización) segundos Se recomienda revisar el estado de los émbolos, cilindros y resortes de la bomba de alta presión. Desmontar la SCV y comprobar su funcionamiento, verificando que abra o cierre el paso dependiendo de su configuración inicial. Revisar las válvulas de sobrepresión de la bomba, estas deben permanecer completamente secas. Estanqueidad -10 % Buen estado (fluctuación máxima) > Revisar estado de las válvulas de admisión de combustible al embolo de alta presión. Verificar estado de válvulas de salida del combustible hacia el riel (En ambos casos dar prioridad a los resortes). Caudal (comparar valor ) Menor a 40 l/h Buen estado > Revisar estado de las válvulas de admisión de combustible al embolo de alta presión. El combustible puede estar desviándose al retorno. Busque fugas en los acoples de la SCV y bomba de baja presión con la carcasa de la bomba. 103

125 RECOMENDACIONES Para la realización de proyectos de este tipo, lo mejor opción para la adquisición de datos son las DAQ, ya que las mismas presentan un mejor muestreo, con respecto a otras que se encuentran en el mercado. Así como también se puede obtener directamente parámetros de las señales de entrada, como frecuencia, periodo, entre otras. En caso de utilizar un contador para medir la frecuencia de una señal, no se debe utilizar las salidas de +5V con la que cuentan las DAQ s. Para trabajos futuros se podría armar una base de datos, con diferentes a presiones correspondientes a las revoluciones del motor, y de esta manera realizar un análisis cuantitativo del estado de la bomba. Todas las conexiones tanto hidráulicas como eléctricas se encuentran bien realizadas, de tal manera que cualquier estudiante u operador pueda ejecutar las pruebas sin embargo se recomienda siempre utilizar el equipo de protección personal durante la ejecución de las mismas. 104

126 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] A. Avance, «Auto Avance Asistencia en Tecnología Automotriz,» ADS, 25 Febrero [En línea]. Available: [Último acceso: 16 Abril 2014]. [2] DELPHI, Common Rail Manual Principles of Operations, Troy Míchigan, Estados Unidos, [3] J. M. Fustillo, «Programa Master Sistemas Common Rail,» Miami, [4] R. B. Ltda., Entrenamiento del Sistema Common Rail, [5] A. AG, Sistema de inyección Common Rail para el motor V8 TDI de 3,3 ltr. Diseño y funcionamiento, Germany, [6] Eurodiesel, «Eurodieselweb,» [En línea]. Available: [Último acceso: 11 Septiembre 2014]. [7] D. meganeboy, «Aficionados a la Mecanica,» [En línea]. Available: [Último acceso: 4 Septiembre 2014]. [8] R. Bosch, «Regulacion Electrónica Diesel (EDC),» de Sensores de presión Rail, Stuttgart, Bosch, 2002, p. 25. [9] R. Bosch, Sistemas de inyección diesel por acumulador Common Rail, stuttgart: bosch, [10] D. Corporation, Manual de Servicio Common Rail System, Showa-cho, Kariya, Aichi Prefecture, Japón, [11] D. Corporation, Sistema de rampa común para NISSAN Motor de tipo YD1-K2, Showa-cho, Kariya, Aichi Prefecture, Japón: Denso Corporation, [12] D. A. LLP, «Delphi Automotive,» [En línea]. Available: [13] F. Diesel, «Feather Diesel Limited,» [En línea]. Available: 105

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128 ANEXOS ANEXO 1 Figura 3.50 Captura de pantalla de la prueba de presión 2. Fuente: Autores. Figura 3.51 Captura de pantalla de la prueba de presión 3. Fuente: Autores. Figura 3.52 Captura de pantalla de la prueba de presión 4. Fuente: Autores. 107

129 Figura 3.53 Captura de pantalla de la prueba de presión 5. Fuente: Autores. Figura 3.54 Captura de pantalla de la prueba de presión 6. Fuente: Autores. Figura 3.55 Captura de pantalla de la prueba de presión 7. Fuente: Autores. 108

130 Figura 3.56 Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad 2. Fuente: Autores. Figura 3.57 Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad 3. Fuente: Autores. Figura 3.58 Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad 4. Fuente: Autores. 109

131 Figura 3.59 Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad 5. Fuente: Autores. Figura 3.60 Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad 6. Fuente: Autores. Figura 3.61 Captura de pantalla de la prueba de estanqueidad 7. Fuente: Autores. 110

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