La bomba de inyección Diesel
La bomba de inyección Diesel
La bomba de inyección Bosh o en linea como se conoce también, es un aparato mecánico de elevada precisión que tiene la función principal en el sistema de inyección Diesel, esto es:
Elevar la presión del combustible a los valores de trabajo del inyector en el momento y con el ritmo y tiempo de duración adecuados.
Dosificar con exactitud la cantidad de combustible que será inyectado al cilindro de acuerdo a la voluntad del conductor.
Regular las velocidades máximas y mínimas del motor.
Esta bomba, representada en gris en el gráfico de la derecha (figura 1), recibe el movimiento desde el motor generalmente a través de un acoplamiento flexible, de forma tal que gira sincronizada con él. Tiene la desventaja con respecto a otros tipos de bombas que es mas pesada, voluminosa y que no puede girar a altas revoluciones, no obstante es la mas utilizada en los motores Diesel de equipos pesados y camiones de carga cuyos motores no son muy rápidos, por su robustez, vida útil y estabilidad. En el gráfico pueden apreciarse también los tubos que salen de la bomba hacia los inyectores, en este caso seis.
Es en esencia una bomba de pistones colocados en fila, cada uno de los cuales es de caudal variable, con un émbolo por cada uno de los cilindros del motor, es decir para alimentar cada inyector.
Estos émbolos se mueven en la carrera de compresión del combustible accionados por una leva de un árbol de levas común que tiene una leva exactamente igual para cada uno, pero desplazada en ángulo de giro de acuerdo a la diferencia de ángulo de cada pistón del motor para que cada inyección corresponda en tiempo, al momento adecuado de cada pistón del motor.
La carrera de admisión de nuevo combustible de los pistones-bomba se realiza por el empuje en sentido contrario a la carrera de bombeo por un resorte. Todos los pistones de alimentan de un conducto común elaborado en el cuerpo de la bomba presurizado con combustible por la bomba de trasiego.
Alimentación con combustibleEn la figura de abajo (figura 2) se muestra muy esquemáticamente como se produce la alimentación de combustible a la bomba de inyección.
Se ha representado el árbol de levas así como los émbolos de bombeo de alta presión para dar mejor idea del interior.
Figura 1
Figura 2
Observe que hay un conducto elaborado en el cuerpo de la bomba (señalado de color verde) que va de extremo a extremo. Por uno de los extremos del conducto se conecta el tubo procedente de la bomba de trasiego, del otro lado hay una válvula reguladora de presión, de manera que todo el conducto interno está lleno con combustible a la presión regulada por la válvula. El combustible en exceso se desvía de nuevo al depósito por el retorno.
El combustible que retorna al depósito, ha circulado por el interior de la bomba, retirando calor del sistema para mantener la temperatura a los valores adecuados. Esto es importante porque si el combustible que está dentro del conducto de alimentación de la bomba se calienta en exceso, se dilata y disminuye su densidad. Como la bomba de inyección dosifica el combustible por volumen, entonces resultaría afectada la cantidad neta de combustible en masa inyectado, y el motor pierde potencia.
Este conducto de combustible presurizado permite que la cámara de los émbolos se llenen de combustible en el descenso y luego lo compriman en el ascenso. Los detalles de la operación del émbolo se describen a continuación.
Émbolo de bombeo
El la figura de la derecha (figura 3) se muestra un esquema simplificado de una bomba seccionada de un solo émbolo. Lo que se explique aquí para este émbolo simple, sirve para el resto de los existentes en una bomba de múltiples émbolos, ya que en este caso, lo que se hace es repetir en línea los émbolos necesarios de acuerdo al número de cilindros del motor con el adecuado cambio en el ángulo de cada leva con respecto a las otras.
Cuando la leva gira el resorte mantiene apretado el seguidor junto con el pistón copiando su perfil, de esta manera el pistón sube y baja constantemente. Cuando el pistón está en la posición mostrada se ha abierto el paso a la parte superior desde la cámara de alimentación visto en el punto anterior.
En la carrera de ascenso el propio pistón cierra el paso al bloquear el conducto de entrada lateral y el combustible atrapado sobre la su cabeza no tiene otra posibilidad que levantar la válvula de descarga y salir por el tubo al inyector.
Figura 3
De esta forma se garantiza la presión adecuada para la formación del aerosol dentro del cilindro. En la próxima carrera de descenso se cierra la válvula de descarga, vuelve a descubrirse el agujero de entrada desde la cámara de alimentación y el ciclo se repite. En la figura de la izquierda (figura 4) se muestra una animación del proceso.
El esquema presentado es de caudal fijo, es decir siempre irá al inyector todo el combustible atrapado sobre el émbolo por lo que a esta bomba le falta una funcionalidad muy importante, la posibilidad de regular la entrega de combustible tan importante en el trabajo del sistema.
En el punto a continuación veremos como se resuelve este problema.
Figura 4
Regulación de la entrega
Figura 5
Figura 6
Para regular la entrega de combustible entre entrega nula (para detener el motor) y la entrega máxima, para máxima potencia se usan unos cortes especiales en la superficie del pistón.
A la izquierda (figura 5) aparece un esquema de un émbolo real de la bomba de inyección en varias posiciones. El pistón está representado en amarillo, note como se han efectuado unos cortes a bajo relieve en su superficie cilíndrica. Como ya habíamos visto, cuando el pistón está en la parte inferior de la carrera de descenso, se abre el orificio de alimentación y entra combustible al volumen sobre su cabeza (dibujo superior izquierdo), luego en la carrera de ascenso (segundo dibujo) ese combustible se impulsa al inyector al quedar cerradas las lumbreras de entada.
La impulsión de combustible podrá llevarse a cabo hasta que el borde del acanalado tallado en el pistón alcance uno de los orificios de alimentación (tercer dibujo), en este caso el combustible restante sobre la cabeza del pistón no será inyectado al motor, si no que retrocederá a la linea de alimentación que tiene mucha menor presión según indican las flechas. Ya no toda la carrera del pistón sirve para inyectar, solo hay una carrera efectiva de impulsión marcada como "h" en el dibujo inferior (figura 6).
Observe que el corte del pistón tiene un perfil helicoidal, de manera que si lo hacemos girar, la carrera efectiva crece (en la dirección de la flecha de la figura 6) o disminuye en sentido contrario. De esta forma es que se consigue cambiar la entrega de la bomba.
Los dibujos de la derecha (figura 7) muestran como se realiza este giro en el motor real.
Un engrane en forma de abrazadera se aprieta a la base del émbolo, este engrane se acciona desde una cremallera dentada solidaria con el acelerador del vehículo, por lo que el movimiento del acelerador se transforma en deslizamiento de la cremallera y esta, a giro del pistón, lo que a su vez cambia la cantidad de combustible entregado. En una de las posiciones extremas la ranura vertical practicada en el pistón coincide toda la carrera de este con la lumbrera de alimentación, por lo que la entrega es nula y el motor se detiene.
Figura 7
Figura 8
En la figura de la izquierda (figura 8) se muestra un esquema del conjunto de piezas de una bomba seccionada para ver sus partes, y en la de abajo (figura 9) una bomba real seccionada. Note todas los elementos descritos hasta aquí.
Figura 9
Hasta aquí, la parte de la bomba encargada de suministrar el combustible a alta presión a los inyectores, aun esta bomba le falta dos funciones básicas, la de regular las velocidades de rotación mínimas y máximas del motor, así como la posibilidad de cambiar el avance a la inyección.