Inyeccion diesel

Trabajo Fin de Grado
Grado en Ingeniería de las Tecnologías Indutriales
Sistemas de Inyección en Motores Diesel
Autor: Alejandro Castillejo Calle
Tutor: Prof. Dr. D. Tomás Sánchez Lencero
Dep. de Ingeniería Energética
Grupo de Máquinas y Motores Térmicos
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2014

Trabajo Fin de Grado
Grado en Ingeniería de las Tecnologías Indutriales
Autor:
Alejandro Castillejo Calle
Tutor:
Prof. Dr. D. Tomás Sánchez Lencero
Dep. de Ingeniería Energética
Grupo de Máquinas y Motores Térmicos
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2014

Trabajo Fin de Grado: Sistemas de Inyección en Motores Diesel
Autor: Alejandro Castillejo Calle
Tutor: Prof. Dr. D. Tomás Sánchez Lencero
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes
miembros:
Presidente:
Vocales:
Secretario:
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Sevilla, 2014
El Secretario del Tribunal

vii
RESUMEN
El trabajo fin de grado que se ha desarrollado se enmarca en una de las materias que
siempre ha estado vinculadas al Ingeniero Industrial desde los inicios de esta rama de la
ingeniería. Esta materia, los motores de combustión interna alternativos, ha sido objeto de
estudio desde la especialidad mecánica y la especialidad energética aunque, actualmente,
los alumnos de Ingeniería Industrial (especialidad Energética) reciban una formación
mayor que los otros en torno a dichos motores.
Por tanto, este trabajo fin de grado pretende contribuir a ampliar la formación del
autor en esta materia, contemplando aspectos que no pueden ser tratados con la
profundidad que aquí se hace durante las clases regladas de la asignatura
correspondiente. Asimismo, se integran aspectos mecánicos que son inseparables del
tema sobre el que versa el trabajo.
En este sentido, en este trabajo fin de grado se analizan los sistemas de formación de
mezcla de los motores diesel, denominados comúnmente “sistemas de inyección de
combustible”. Estos sistemas están íntimamente ligados al proceso de combustión ya que
el desarrollo de la combustión en estos motores depende fuertemente de los parámetros
fundamentales que caracterizan la inyección del combustible. Es necesario tener presente
que en los motores diesel se quema una mezcla heterogénea que comienza a formarse
dentro del cilindro desde el momento que penetra la primera gota de combustible pero
que, una vez producido el autoencendido y el período de rápida combustión, coexiste,
generalmente durante un tiempo, la formación de la mezcla con la propia combustión y
por tanto la velocidad con la que ésta progresa está condicionada por aquélla.
En el trabajo desarrollado en esta memoria se comienza analizando los principios
básicos de la inyección de combustible, los elementos esenciales que constituyen los
sistemas de inyección de combustible y sus tipologías. Posteriormente se analizan cada
uno de los sistemas de inyección partiendo de los de bomba en línea más tradicionales
hasta los actuales más sofisticados y precisos como el “common rail” que permiten
alcanzar el nivel de prestaciones (potencia/litro, consumo específico, emisiones gaseosas
contaminantes, nivel de ruido, etc.) que el mercado y/o la legislación actual, cada vez más
restrictiva, requiere. Este análisis se hace bajo una misma estructura: aplicaciones,
principio de funcionamiento y sistemas de control.
Finalmente se incluye un apartado a modo de conclusiones y aspectos que a juicio del
autor podrían ser motivo de un trabajo fin de grado que completase el aquí realizado y
otro con el listado de referencias bibliográficas consultadas.

viii
ÍNDICE
Resumen vii
Índice viii
1 Introducción 1
1.1 Planteamiento y objetivos del trabajo 1
1.2 Bosquejo histórico del motor Diesel 3
1.3 El motor diesel 5
2 Principios basicos de inyección del combustible 5
2.1 Tipos de camara de combustión 7
2.1.1 Motores con cámara abierta (inyección directa) 7
2.1.2 Motores con cámara dividida (inyección indirecta) 8
2.2 Distribución de la mezcla 11
2.2.1 Factor de exceso de aire λ 11
2.2.2 Niveles de lambda en motores Diesel 11
2.3 Parámetros de inyección 13
2.3.1 Inicio de la inyección y suministro 13
2.3.2 Cantidad de combustible inyectado 16
2.3.3 Duración de la inyección 17
2.3.4 Curva de inyección 19
2.3.5 Presión de inyección 24
3 Sistemas de inyección de combustible 26
3.1 Función 26
3.2 Suministro de combustible (etapa de baja presión) 26
3.2.1 Depósito de combustible 27
3.2.2 Líneas de transporte 27
3.2.3 Filtro de combustible 27
3.2.4 Bomba de prealimentación 29
3.2.5 Bomba de alimentación 29
3.3 Inyección (etapa de alta presión) 31
3.4 Tipos de sistemas de inyección 31
3.4.1 Sistemas con bomba de inyección en línea 31
3.4.2 Sistemas con bombas de inyección rotativas 32
3.4.3 Sistemas con bombas de inyección individuales 33
3.4.4 Sistemas de inyección Common-Rail 34
4 Sistemas con bomba de inyección en línea 35
4.1 Aplicaciones de las bombas de inyección en línea 36
4.2 Circuito de combustible 37
4.3 Bombas de alimentación 38
4.3.1 Bomba de alimentación de simple efecto 39

ix
4.3.2 Bomba de alimentación de doble efecto 40
4.4 Constitución 40
4.4.1 Elemento de bombeo 42
4.5 Funcionamiento de la bomba de inyección en línea tipo estándar PE 44
4.5.1 Funcionamiento de la regulación del caudal de combustible 45
4.5.2 Formas de las levas 47
4.6 Válvulas de descarga 48
4.6.1 Estrangulador de retroceso 49
4.7 Regulador de velocidad 50
4.7.1 Regulador de maxima velocidad 50
4.7.2 Regulador de minima y máxima velocidad 51
4.7.3 Regulador de todas las velocidades 52
4.8 Variador de avance 52
4.8.1 Principio de funcionamiento 54
4.8.2 Variador de avance de excéntrica 56
4.9 Lubricación de la bomba 58
4.10 Puesta a punto de la bomba en el motor 59
5 Sistemas con bomba de inyección rotativa 60
5.1 Aplicaciones 60
5.2 Diseños 60
5.2.1 Control del caudal de inyección 61
5.2.2 Método de generación de alta presión 61
5.2.3 Tipo de sistema de control 61
5.3 Etapa de baja presión 63
5.3.1 Bomba de alimentación de paletas 63
5.3.2 Válvula reguladora de presión 64
5.3.3 Estrangulador de rebose 64
5.4 Bombas rotativas de émbolo axial VE 65
5.4.1 Diseño y funcionamiento 65
5.4.2 Discos de levas y formas de leva 65
5.4.3 Bomba VE con control de caudal por corredera 66
5.4.4 Bomba VE con control de caudal por electroválvula 69
5.5 Bombas rotativas de émbolos radiales VR 71
5.5.1 Diseño 71
6 Bombas de inyección individuales PF 73
6.1 Aplicaciones 73
6.2 Diseño y operación 73
6.3 Control 74
7 Sistemas con inyector unitario (UIS) 75
7.1 Instalación y accionamiento 75
7.2 Diseño y construcción 76
7.3 Método de operación 78
7.3.1 Inyección principal 78
7.3.2 Preinyección 80
7.4 Electroválvula de alta presión 82

x
7.4.1 Diseño y construcción 82
Principio de operación 82
8 Sistemas con bomba unitaria (UPS) 84
8.1 Instalación y accionamiento 84
8.2 Diseño y construcción 85
9 Sistemas de inyección con acumulador “Common Rail” 86
9.1 Aplicaciones 87
9.2 Diseño y estructura 88
9.3 Componentes de la etapa de alta presión 89
9.3.1 Bomba de alta presión 90
9.3.2 Acumulador de alta presión 92
9.3.3 Sensor de presión 93
9.3.4 Válvula limitadora de presión 94
9.3.5 Válvula reguladora de presión 95
9.3.6 Inyector con electroválvula 97
9.3.7 Inyector piezoeléctrico integrado en la tubería 100
10 Toberas de inyectores 102
10.1 Toberas de inyector de tetón 103
10.2 Toberas de inyector de orificios 104
11 Regulación electronica Diesel (EDC) 105
11.1 Sinopsis del sistema 106
11.1.1 Requisitos 106
11.1.2 Funcionamiento 107
11.1.3 Bloques del sistema 108
11.2 Procesamiento de datos 108
11.3 Control de la inyección 110
Conclusiones 114
Abreviaturas 115
Bibliografía 117

1
1 INTRODUCCIÓN
1.1 Planteamiento y objetivos del trabajo
En el ámbito de los sistemas de producción de potencia los motores de combustión
interna alternativos encuentran su aplicación en:
- la generación de energía eléctrica (motores que accionan generadores
eléctricos desde potencias de menos de 1 kW hasta potencias de más de 80 MW),
- los sistemas propulsivos (automoción, vehículos agrícolas y de obras públicas,
marítima, ferroviaria, aérea),
- otras aplicaciones (motobombas, motosierras, otras herramientas
motorizadas, etc.).
A partir de los años cincuenta del pasado siglo comienza en el estado de California la
preocupación por las emisiones gaseosas de los motores de combustión interna
alternativos de automoción y aparecen las primeras normativas para su regulación en
dicho estado. Posteriormente, estas normativas se extienden al resto de EEUU y otros
países como Japón y más tarde a Europa. Las sucesivas crisis del petróleo de 1973 y la de
1979 y la preocupación asociada por el posible agotamiento del petróleo, así como por la
contaminación atmosférica conduce el desarrollo de los motores, no ya sólo en el campo
de la automoción si no también en otros campos, por el camino de la mejora integral de
todas sus prestaciones no sólo de la potencia específica (kW/l), como había sido hasta
entonces, si no también del consumo específico y de las emisiones gaseosas y sonoras. Así,
la normativa que regula estos parámetros ha ido haciéndose cada vez más restrictiva y ha
supuesto un gran reto para la industria del motor ya que la reducción conjunta de estos
parámetros (consumo y emisiones gaseosas y sonoras) y aumento de la potencia
específica es un objetivo difícil de conjugar.
En esta hoja de ruta, la dieselización de la potencia instalada con motores alternativos a
nivel mundial ha crecido sobremanera en las últimas décadas del pasado siglo y en lo que
va de éste.
Esta dieselización, en el contexto expresado anteriormente, ha supuesto un acicate
notabilísimo en el desarrollo y mejora del diseño de estos motores en todas sus
aplicaciones.
Como es sabido, a causa del principio de funcionamiento de los motores diesel, el
proceso de combustión y por ende el sistema de formación de mezcla, del que depende

2
fuertemente aquél, es de vital importancia.
Este trabajo se circunscribe en este contexto y trata de completar e integrar la
formación del autor en este campo. No trata por tanto de presentar nada nuevo si no de
tratar de manera estructurada los sistemas de inyección de los motores diesel recopilando
lo publicado en distintas referencias bibliográficas e integrándolo en un cuerpo de doctrina
con un hilo conductor. Los objetivos del trabajo pueden resumirse en dos puntos.
- Realizar una revisión ordenada e integral de los sistemas de inyección de los
motores diesel (parámetros que los caracterizan, principio de funcionamiento,
elementos esenciales, control) desde los más simples a los actuales más
sofisticados y precisos.
- Plasmar esta revisión en un documento que sirva para ampliar el conocimiento
de los alumnos de Grado en el campo de los motores diesel de una manera
sintetizada y estructurada.

3
1.2 Bosquejo histórico del motor Diesel
El motor de encendido por compresión nace el 27 de febrero de 1892 cuando el
ingeniero alemán Rudolf Diesel, a quien debe su nombre este motor, presenta en Berlín su
patente.
Diesel llevaba años trabajando en su proyecto de un motor más eficiente que el
utilizado hasta la época, la maquina de vapor, cuyo rendimiento energético era
aproximadamente del 10%. Su idea era crear un motor basado en el ciclo isotérmico que,
de acuerdo a la teoría del físico francés Sadi Carnot, podría operar con una eficencia en
torno al 90%.
Así, Diesel desarrollo su motor inicialmete en papel, basado en el modelo de Carnot.
Este nuevo motor sería comparativamente más pequeño y potente. Diesel estaba
convencido de la potencia y funcionalidad de su motor.
El 23 de febrero de 1893, Diesel recibe el documento oficil de su patente “Nuevo motor
térmico racional”. Unos meses mas tarde alcanza un convenio con el fabricante de
motores MAN (Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg). Su proyecto requería alcanzar una
presión máxxima de compresión de 250 bar, pero por razones mecánicas tuvo que
reducirse a 30 bar, lo que naturalmente tendría un efecto perjudicial en la combustión. Su
primera idea era utilizar carbón pulverizado como combustible. Ese mismo año comienzan
la construcción del motor, finalmente utilizando como combustible el queroseno.
En 1897, con su tercer modelo ensayado, consiguieron demostrar la alta eficiencia de
este motor, un 26.2%. En este modelo el combustible se intruducía en el cilindro mezclado
con aire mediante un compresor.
A finales del siglo XIX, el motor de Diesel ya se utilizaba en la industria y en algunas
locomotoras. En 1903 se contruyó el primer barco movido por un motor diesel. Sin
embargo, este motor aún no se podía utilizar en vehículos por ser demasiado grande,
pesado y ruidoso, debido principalmente a la compleja instalación que requería el sistema
utilizado para inyectar el combustible.
En 1922, el técnico alemán Robert Bosh decidió desarrollar su propio sistema de
inyección para motores Diesel. En 1925 consiguió culminal su proyecto con la bomba de
inyección en línea y en 1927 comenzó la fabricación en serie de ésta.
La bomba inyectora diseñada por Bosch permitió el uso por primera vez del motor
diesel en vehículos. El primero fue un camión fabricado por MAN. Este llevaba un sistema
de inyección directa al cilindro, lo que provocaba que el motor tuviera una mala
combustión con excesivas vibraciones y ruidos.
No fue hasta 1936 cuando se fabricó por primera vez un coche propulsado por un
motor diesel, el Mercedes-Benz 260D. Conseguía dar una potencia de 33 kW (45 CV) con
un consumo de 9.5 l/100km. Este motor tenía como novedad la inyección en una cámara

4
de precombustión. Con esto se consiguió mejorar la combustión y reducir el ruido del
motor, haciendo factible su uso en la automoción.
La bomba de inyección en línea fue el sistema de inyección utilizado en los motores
diesel durante muchos años. A medida que se desarrollaba el campo de la aotomoción se
hacía cada vez mas preciso desarrollar un sistema de inyección más avanzado, pues la
bomba en línea no conseguía dar al motor la aceleración y respuesta suficientes para
poder competir contra los motores de gasolina de la época. Así en 1962 Bosch creó un
nuevo prototipo de bomba inyectora que conseguía satisfacer estos requisitos, la bomba
rotativa.
El desarrollo de las bombas rotativas, debido principalmente a la incorporación de la
electrónica y el aumento de la presión de inyección, hizo que los automóviles con motor
Diesel fueran ganando cada vez mas peso en el mercado.
El desarrollo de los sistemas de inyección ya no solo estaba impulsado por mejorar el
rendimiento del motor. También debía hacer frente a las resticciones sobre emisiones
contaminantes, cada vez más exigentes.
En la actualidad existen sistemas que son capaces de controlar la inyección de forma
totalmente electrónica, con presiones de inyección muy elevadas. Solo así se consigue
cumplir la legislación vigente sobre emisiones.
Con el desarrollo de los sistemas de inyección y la incorporación del uso del
turbocompresor, los automóvles con motor Diesel han conseguido prácticamente igualar
en prestaciones a los de gasolina. Por esto y su mayor eficiencia, el Diesel esta cada vez
más extendido y en los últimos años ha llegado a superar en ventas a los automóviles con
motor de gasolina.

5
1.3 El motor diesel
El motor diesel es un motor de combustión interna alternativo de encendido por
compresión. La combustión de la mezcla se inicia por el autoencendido del combustible
que tras ser inyectado en la cámara de combustión al final de la fase de compresión se ha
evaporado y mezclado con el aire.
Los motores Diesel son los motores de combustión interna alternativos más eficientes,
pudiendo sobrepasar un rendimiento del 50% en el caso de los grandes motores lentos.
El menor consumo de combustible tiene como resultado un menor nivel de
contaminación, esto destaca la importancia del motor diesel.
Pueden ser diseñados para trabajar con un ciclo de 2 o de 4 tiempos dependiendo de
su aplicación. En la automoción casi siempre se usa el de 4 tiempos; las principales
aplicaciones del de 2 tiempos son en el campo naval y el ferroviario, y en los motores
estacionarios para la generación de energía eléctrica. El mayor motor de combustión
interna alternativo existente es un motor diesel de 2 tiempos sobrealimentado de 14
cilindros con una potencia que supera los 80 MW y un rendimiento superior al 50%
(Wärtsilä RT-flex 96C).
2 PRINCIPIOS BASICOS DE INYECCIÓN DEL
COMBUSTIBLE
El proceso de combustión en el motor diesel que influye fuertemente en factores tales
como el rendimiento, las emisiones de los gases de escape y el nivel de ruido, depende en
gran medida de cómo se prepara la mezcla aire-combustible.
Los parámetros de la inyección más influyentes en la calidad de la mezcla formada son
principalmente:
 Inicio de la inyección
 Curva de inyección y duración de la inyección
 Presión de inyección
 Número de inyecciones
En los motores diesel, los gases de escape y el ruido de la combustión, se pueden
reducir en gran parte con medidas dentro del motor, es decir, controlando el proceso de
combustión.

6
Hasta la los años 1980 la cantidad de combustible inyectado y el inicio de la inyección
eran controlados únicamente de forma mecánica. Sin embargo, el compromiso con la
limitación de emisiones requiere una alta precisión de los parámetros de inyección (pre-
inyección, inyección principal, cantidad de combustible inyectada, presión de inyección y
comienzo de la inyección) adaptados al estado de operación del motor. Esto sólo es
posible utilizando una unidad de control electrónico ECU (Electronic Control Unit) que
calcula los parámetros de inyección en función de otros parámetros externos como:
temperatura, velocidad del motor, carga, altitud, etc. El control electrónico EDC (Electronic
Diesel Control) se ha extendido de forma general en los motores diesel.
Las normativas sobre emisiones de los gases de escape en el futuro serán cada vez más
estrictas, por lo que habrá que introducir más medidas para minimizar la contaminación.
Las emisiones, además del ruido de la combustión, pueden continuar reduciéndose
usando presiones de inyección más altas, como las que se consiguen con el sistema
bomba-inyector unitario UIS (Unit Inyector System), y con una curva inyección ajustable
independientemente de la presión de acumulación, como ocurre en el sistema common-
rail.

7
2.1 Tipos de camara de combustión
La forma de la cámara de combustión es uno de los factores determinantes en la
calidad de la combustión y, por tanto, del rendimiento del motor y las características de
los gases de escape. Con el diseño adecuado de la cámara de combustión y el movimiento
del pistón se puede conseguir crear turbulencias en el interior del cilindro y así mejorar la
formación de la mezcla aire/combustible.
Según el diseño de la cámara de combustión, los moteres se dividen en dos tipos:
 Moteres con cámara de combustión abierta o de inyección directa (el
combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión).
 Motores con cámara de combustión dividida o de inyección indirecta (la
inyección tiene lugar en la precámara o cámara de turbulencia).
2.1.1 Motores con cámara abierta (inyección directa)
Una cámara de combustión abierta es aquella en la que el espacio de combustión no
contiene restricciones suficientemente pequeñas como para producir diferencias grandes
de presión entre partes diferentes de la cámara durante el proceso de combustión.
En la cámara abierta la formación de la mezcla aire/combustible depende unicamente
de las características del chorro y del movimiento del aire dentro del cilindro. Por este
motivo, este tipo de motores son muy sensibles a la pulverización del combustible, que
debe ajustarse con precisión para asegurar una mezcla rápida. La formación de la mezcla
se ve favorecida por el uso de altas presiones de inyección y la subdivisión del chorro. En el
caso de los motores de gran velocidad (cilindros pequeños), se favorece el proceso de
mezcla mediante la creación de swirl (movimiento de remolino provocado por la inercia
del aire que entra al cilindro (Figura 1, segunda imagen)) y squish (movimiento del aire al
entrar en el hueco del cilindro, donde se reduce el diámetro de la cámara). El movimiento
del aire favorece la homogeneización de la mezcla y acelera el proceso de combustión.
En los motores de mayor tamaño, la cantidad de movimiento y la energía del chorro
son suficientes para alcanzar una distribución del combustible y velocidad de mezcla
adecuadas.

8
Figura 1. Tipos frecuentes de cámaras de combustión abiertas de motores de encendido por compresión,
(Heywood)
2.1.2 Motores con cámara dividida (inyección indirecta)
Una cámara de combustión dividida es aquella en la que el espacio de combustión se
halla dividido en dos compartimentos distintos, entre los que hay un estrechamiento
suficientemente pequeño para que existan diferencias apreciables de presión entre ellos
durante el proceso de compresión y combustión.
A la parte de la cámara en la que se encuentra el pistón se le conoce por el nombre de
cámara principal y a la otra con el nombre de precámara o antecámara.
En este tipo de cámara de combustión la homogeneización de la mezcla está
fundamentalmente encomendada al propio fluido, como consecuencia de la importante
turbulencia que aparece durante el tránsito del fluido, a través del estrechamiento. El
sistema de inyección juega en este caso un papel secundario, siendo, en general el
inyector de orificio único e inyectado el combustible en la precámara a una presión
comparativamente baja.
Durante la compresión el aire se introduce en la precámara, generándose turbulencia a
su paso a través del orificio de comunicación entre la cámara principal y la precámara. Al
inyectarse el combustible en la precámara la turbulencia favorece la mezcla.

9
Figura 2. Cámaras de combustión divididas típicas de motores de encendido por compresión: a) con
cámara arremolinadota Ricardo Comet; b) con precámara Mercedes, (Heywood)
Las cámaras de combustión divididas han sido muy utilizadas en en los motores de
automóvil y maquinaria agrícola e industrial de pequeña o media cilindrada, ya que con los
sistemas de inyección tradicionales era la única forma de reducir las emisiones de ruido y
gases contaminantes. Con el desarrollo de los sistemas de inyección (mayor presión de
inyección y precisión) se ha podido implantar en estos motores la inyección directa, que ya
se usaba desde un principio en los motores de gran cilindrada, consiguendo un mejor
rendimiento.

11
2.2 Distribución de la mezcla
2.2.1 Factor de exceso de aire λ
El factor de exceso de aire λ (lambda) indica el grado en que la mezcla aire/combustible
se desvía de la relación másica estequiométrica. Se calcula como la relación entre la masa
de aire introducida y la masa de aire requerida para la combustión estequiometrica:
ó é
 λ = 1: La masa de aire introducida es igual a la masa de aire teórica requerida
para la combustión completa de todo el combustible inyectado.
 λ < 1: La masa de aire introducida es menor que la cantidad requerida y por lo
tanto se tiene una mezcla rica.
 λ > 1: La masa de aire introducida es mayor que la cantidad requerida y por lo
tanto se tiene una mezcla pobre.
2.2.2 Niveles de lambda en motores Diesel
Las zonas en las que hay una mezcla rica son las responsables de la formación de
partículas durante la combustión. Para prevenir esto, en los motores Diesel (al contrario
de lo que ocurre en los de gasolina) tienen que funcionar con un exceso de aire.
Los niveles de lambda en motores sobrealimentados a plena carga se encuentran entre
1,15 y 2,0. En ralentí y en vacío, lambda se encuentra por encima de 10.
El factor de exceso de aire es el principal responsable del autoencendido y de la
formación de gases contaminantes.
Los motores Diesel operan con formación de mezcla heterogénea y autoencendido. No
es posible lograr una mezcla completamente homogénea de combustible y aire antes o
durante la combustión. Dentro de esa mezcla heterogénea el factor de exceso de aire
puede variar de forma localizada desde λ=0 (solo combustible) en el chorro cerca del
inyector, hasta λ=∞ (solo aire) en el otro extremo del chorro. Alrededor una gota de
liquido envuelta en vapor, los niveles de λ se encuentran entre 0,2 y 1,5 (Figuras 3 y 4).
Por esto, se puede deducir que mejorando la atomización (alto número de gotas muy
pequeñas), con alto exceso de aire y el movimiento adecuado del flujo de aire, se consigue
reducir las zonas localizadas con bajo lambda. Esto da como resultado menos formación
de partículas durante la combustión.

Principios basicos de inyección del combustible
12
La atomización se consigue optimizar con altas presiones de inyección de hasta 2200
bar que se consiguen con los sistemas Common Rail y con inyector-bomba.
Por otro lado, se trata de obtener la máxima potencia posible de un motor de un cierto
tamaño, o lo que es lo mismo, reducir su tamaño para una determinada potencia, y así
reducir su peso y coste. Para esto el motor debe funcionar con el mínimo exceso de aire
posible a plena carga. Esto lleva a buscar el óptimo que cumpla con las emisiones máximas
permitidas por la legislación vigente obteniendo el máximo rendimiento posible del
motor.
Figura 3. Curva relación aire/combustible en una
gota estática (Robert Bosch GmbH)
Figura 4. Curva relación aire/combustible en una

13
gota en movimiento (Robert Bosch GmbH)
2.3 Parámetros de inyección
2.3.1 Inicio de la inyección y suministro
Inicio de la inyección
El punto en el que se inyecta el combustible dentro de la cámara de combustión tiene
un efecto decisivo sobre el instante en el que se inicia la combustión de la mezcla, y por lo
tanto, sobre el nivel de emisiones, el consumo de combustible y el ruido de la combustión.
Por este motivo, el inicio de la inyección juega el papel más importante en la optimización
del rendimiento del motor.
El inicio de la inyección especifica la posición del cigüeñal, en grados con respecto a la
posición del mismo en el PMS (Punto Muerto Superior), en la que abre la tobera del
inyector y se inyecta el combustible dentro de la cámara.
La posición del pistón relativa al PMS en ese momento, además de la densidad y
temperatura del aire, influye en el flujo de aire dentro de la cámara de combustión. De
acuerdo a esto, el grado de mezcla de aire y combustible depende también del inicio de la
inyección. Por tanto, el inicio de la inyección afecta a las emisiones de elementos como
partículas, óxidos de nitrógeno (NOx), hidrocarburos inquemados (HC) y monóxido de
carbono (CO).
El punto de inicio de inyección varía de acuerdo a la carga, la velocidad y la temperatura
del motor. Para cada motor se determinan unos valores optimizados, teniendo en cuenta
su impacto sobre el consumo de combustible, las emisiones contaminantes y el ruido.
Estos valores se almacenan en un mapa de inicio de inyección (Figura 5 ). La variación del
inicio de inyección dependiendo de la carga se controla también a través de dicho mapa.
Comparado con los sistemas controlados por leva, el common-rail ofrece un mayor
grado de libertad para elegir la cantidad, el instante y la presión de inyección. Como la
presión del combustible se genera por una bomba de alta presión separada y la inyección
se controla por un solenoide o un actuador piezoeléctrico, es posible optimizar la
inyección para cada punto de operación con el sistema de control del motor.
Valores estándar para el inicio de la inyección
En un mapa de datos de un motor diesel, los puntos óptimos de inicio de la combustión
para reducir el consumo de combustible se encuentran en el rango de 0 a 8 grados del
cigüeñal antes del PMS. Como resultado, y en base a los límites legales de emisiones de los
gases de escape, los puntos de inicio de inyección se sitúan en los siguientes rangos
orientativos:

14
Motores de automóvil de inyección directa:
 En vacio: entre -2 y 4º (2 grados en el cigüeñal antes del PMS y 4 grados
después del PMS)
 Carga parcial: entre -6 y 4º
 Plena carga: entre -15 y -6º
Motores de vehículos comerciales (sin EGR)
 En vacío: entre -12 y -4º
 Plena carga: entre -6 y 2º
Cuando el motor esta frío, el inicio de la inyección tanto para motores de automóvil
como de vehículos comerciales se adelanta ente 3 y 10º. El tiempo de la combustión a
plena carga equivale a un ángulo de giro del cigüeñal de entre 40 y 60º.
Inicio de la inyección avanzado
La mayor temperatura alcanzada durante la compresión se da un poco antes del PMS
del pistón. Si la combustión se inicia mucho antes del PMS, la presión crece bruscamente y
actúa como una fuerza que se opone a la carrera de ascenso del pistón. La perdida de
calor en el proceso disminuye la eficiencia del motor y, por tanto, aumenta el consumo de
combustible. La elevación brusca de la presión de compresión hace también que la
combustión sea más ruidosa.
El mayor incremento de temperatura como consecuencia del inicio de inyección
avanzado tiene como consecuencia un aumento de los niveles de NOx en los gases de
escape y reducción de los HC (Figura 6).
Inicio de la inyección retardado
En condiciones de baja carga, el inicio de la inyección retardado puede dar como
resultado una combustión incompleta y, por tanto, un incremento en las emisiones de
hidrocarburos inquemados y de monóxido de carbono, ya que la temperatura en la
cámara de combustión desciende notablemente.
El compromiso para compensar, por un lado, el consumo especifico de combustible y
las emisiones de hidrocarburos, y por el otro, las emisiones de partículas y NOx, hacen que
la tolerancia sea muy pequeña cuando se modifica el inicio de inyección para ajustarlo a
un determinado motor (Figura 6).

15
Comienzo del suministro
Además del inicio de la inyección, el inicio del suministro es otro aspecto que a menudo
hay que considerar. Esto se refiere al punto en el que la bomba de inyección comienza a
suministrar combustible al inyector.
En los sistemas de inyección antiguos, el inicio del suministro juega un papel
importante a la hora de ajustar una bomba en línea o rotativa a un determinado motor. La
sincronización entre la bomba y el motor se fija al inicio del suministro, ya que éste es más
fácil de definir que el punto real de inicio de inyección, el cual tiene lugar con un cierto
retraso con respecto al inicio del suministro (injection lag). Se puede fijar de esta forma
porque hay una relación definida entre ambos, que se puede medir por tiempo o por el
ángulo barrido por el cigüeñal.
El retraso de la inyección es el resultado del tiempo que tarda la onda de presión en
recorrer el trayecto entre la bomba de alta presión y la tobera del inyector, y por lo tanto,
depende de la longitud de la línea. Para distintas velocidades del motor, el retraso de la
inyección medido en ángulos del cigüeñal es distinto.
Además del retaso en la inyección también existe un retraso en el autoencendido
después del instante en que se inyecta el combustible (ignition lag). También se hace
mayor, medido en ángulo barrido por el cigüeñal, a medida que aumenta la velocidad de
giro del motor.
Figura 5. Inicio de la inyección en función de la
velocidad del motor y la carga, (Robert Bosch
GmbH)
Figura 6. Emisiones de NOx y HC en función del
inicio de inyección, (Robert Bosch GmbH)

16
Para compensar ambos efectos el sistema de inyección debe ser capaz de ajustar el
inicio del suministro en respuesta a la velocidad, la carga y la temperatura del motor.
2.3.2 Cantidad de combustible inyectado
La masa de combustible, , que requiere un cilindro del motor por cada carrera de
trabajo (una cada dos revoluciones en el caso de los motores de 4 tiempos) se calcula
usando la siguiente ecuación:
donde:
P = potencia del motor [kW]
= consumo especifico de combustible del motor [g/kWh]
n= velocidad de giro del motor [rpm]
= numero de cilindros del motor
El volumen correspondiente (cantidad de combustible inyectado), , medido en
o se calcula con la ecuación:
es la densidad del combustible en , que depende de la temperatura.
La potencia del motor, asumiendo que el rendimiento es constante ( ) es
directamente proporcional a la cantidad de combustible inyectado.
La masa de combustible inyectado depende de los siguientes parámetros:
 Dosificación de combustible a través de la sección de la tobera del inyector
 Duración de la inyección
 La variación temporal de la diferencia entre la presión de inyección y la presión
en la cámara de combustión
 La densidad del combustible
La desviación entre la cantidad de combustible de referencia programada en el mapa y
la cantidad real inyectada, influye directamente sobre el rendimiento y las emisiones
contaminantes. En los sistemas de inyección de alta precisión controlados
electrónicamente, la cantidad requerida de combustible a inyectar se puede medir con un
alto grado de precisión.

17
2.3.3 Duración de la inyección
Uno de los principales parámetros de la curva inyección es la duración de la inyección.
Durante este periodo, la tobera del inyector está abierta y el combustible fluye dentro de
la cámara de combustión. Este parámetro se especifica en grados del cigüeñal o del árbol
de levas, o en milésimas de segundo. Diferentes procesos de inyección requieren
diferentes duraciones de la inyección, como por ejemplo:
 En automóviles con motores de inyección directa la duración es de
aproximadamente 32-38º de giro del cigüeñal
 En automóviles con motores de inyección indirecta, aproximadamente 35-40º
 En vehículos comerciales con motores de inyección directa, aproximadamente
entre 25-36º
Un ángulo de 30º en el cigüeñal equivale a 15º en el árbol de levas (motores de 4
tiempos). Una velocidad de 2000 rpm en la bomba inyectora, equivale a una duración de
la inyección de 1,25 ms.
Con el objetivo de minimizar el consumo de combustible y las emisiones, la duración de
la inyección debe ser definida en función del punto de operación y del inicio de la
inyección. En la Figura 7 se muestra aproximadamente el efecto de el inicio y la duración
de la inyección sobre el consumo de combustible y las principales emisiones
contaminantes.

18
Figura 7. Consumo de combustible y principales emisiones en función del la duracionón y el inicio de la
inyección, (Robert Bosch GmbH)

19
2.3.4 Curva de inyección
La curva de inyección representa gráficamente el flujo másico de combustible frente al
tiempo en el que es inyectado en la cámara de combustión (Figura 8).
Figura 8. Curvas de inyección de un sistema de convencional (izquierda) y de un sistema Common Rail (derecha),
(Robert Bosch GmbH)
Sistemas controlados por leva
En los sistemas de inyección de combustible controlados por leva, la presión se genera
continuamente a lo largo del proceso por la bomba inyectora. Así, la velocidad de la
bomba repercute directamente en la tasa de suministro de combustible y, por tanto, en la
presión de inyección.
Las bombas inyectoras en línea y las bombas rotativas controladas mecánicamente no
permiten realizar una preinyección. Sin embargo, con un montaje de tobera y porta
inyector con dos muelles, se puede reducir el caudal al inicio de la inyección para mejorar
el ruido de la combustión.
Sí es posible la preinyección en las bombas rotativas controladas por electroválvulas.
También hay sistemas con unidad bomba-inyector equipados con control hidráulico y
mecánico que permiten la preinyección, pero con un límite de tiempo.
En todo caso, en estos sistemas, la generación de presión y el suministro de la cantidad
de combustible inyectado están vinculados con la leva y la bomba inyectora. Esto
repercute en las características de la inyección en:
 Al aumentar la velocidad del motor, se incrementa la presión de inyección y la
cantidad de combustible inyectado, hasta alcanzar la presión máxima.
 La presión se eleva al inicio de la inyección, pero antes del final de la inyección,
en el instante en que termina el suministro, desciende hasta llegar al valor en el
que cierra la tobera.

20
Eso tiene las siguientes consecuencias:
 Se inyectan pequeñas cantidades de combustible a baja presión.
 La curva de inyección tiene una forma aproximadamente triangular.
La curva triangular favorece la combustión en régimen de carga parcial y baja velocidad
del motor, ya que la elevación de la presión en la cámara de combustión es menos
pronunciada y esto hace que la combustión sea más silenciosa; sin embargo esta curva no
favorece la combustión a plena carga, donde se consigue un funcionamiento más eficiente
con una curva con forma más cuadrada.
En los motores de inyección indirecta (con pre-cámara), se utilizan inyectores de tetón
para producir un único chorro y definir la curva de inyección. Este tipo de toberas de
inyección controla la sección transversal de salida en función de la elevación de una aguja.
Esto provoca un incremento de presión gradual y, por tanto, una combustión algo más
silenciosa.
Sistemas common-rail
En estos sistemas una bomba genera la presión necesaria en el combustible
independientemente del ciclo de inyección. Esta presión se mantiene prácticamente
constante durante el proceso de inyección. En un sistema con una determinada presión, la
cantidad de combustible inyectado es proporcional al tiempo que el inyector permanece
abierto, y esto es independiente de la velocidad del motor o de la bomba.
Esto tiene como resultado una curva de inyección casi cuadrada con inyecciones de
corta duración y casi constantes, con altas velocidades de pulverización a plena carga que
permiten incrementar la potencia especifica del motor.
Sin embargo, un alto caudal al principio de la inyección (durante el retraso de
encendido) no es beneficioso, en el sentido en que hace que la presión en la cámara de
combustión crezca bruscamente y el proceso de combustión sea más ruidoso. Por eso,
como la inyección se puede controlar de forma precisa, se pueden realizar hasta dos
preinyecciones. Con esto se consigue preacondicionar la cámara de combustión, haciendo
que la presión crezca de forma más progresiva, reduciendo el tiempo de retraso de la
inyección y, por tanto, consiguiendo reducir al mínimo el ruido de la combustión y la
formación de NOx.
Esto es posible debido al control electrónico sobre los inyectores que permite variar la
curva de inyección en función de las condiciones de operación.

21
Funciones de la inyección
Dependiendo de la aplicación para la que esté destinado el motor, se requieren las
siguientes funciones (Figura 9):
 Pre-inyección (1): reduce el ruido de la combustión y las emisiones de NOx,
especialmente en los motores de inyección directa.
 Gradiente positivo de inyección durante la inyección principal (3): reduce
emisiones de NOx en motores sin válvula EGR.
 Gradiente de presión en dos etapas (4): durante la inyección principal reduce
las emisiones de NOx y partículas en motores sin EGR.
 Alta presión constante durante la inyección principal (3,7): reduce las emisiones
de partículas durante la operación en motores con EGR.
 Inyección secundaria avanzada (8): reduce las emisiones de partículas.
 Inyección secundaria avanzada (9).
Figura 9. Patrones de inyección (Robert Bosch GmbH)

22
Pre-inyección
Consiste en la inyección de una pequeña cantidad de combustible (aprox. 1 mg), que se
quema durante la fase de compresión. Con esto se consigue que aumente la presión y la
temperatura en el punto en el que se produce la inyección principal, con lo cual se reduce
el retardo de encendido de la inyección principal. Se reduce el aumento de la presión de
combustión y los picos de presión, lo que se traduce en una combustión más suave y
menos ruido del motor. Esto además tiene un efecto positivo sobre la reducción del
consumo y de las emisiones contaminantes (NOx fundamentalmente).
La inyección previa contribuye indirectamente, a la generación de par motor, mediante
la reducción del retardo de encendido. En función del comienzo de la inyección principal y
de la separación entre la inyección previa y la inyección principal, puede aumentar o
disminuir el consumo específico de combustible.
Por otro lado, las altas temperaturas en la cámara de combustión son favorables para
el arranque en frio y cuando el motor trabaja en el rango de baja carga, ya que estabilizan
la combustión y reducen las emisiones de HC y CO.
De nuevo se presenta un compromiso entre la reducción de ruido y de las emisiones de
NOx, lo que hace que haya que ajustar el intervalo entre pre-inyección e inyección
principal, y la cantidad de combustible pre-inyectado en función del punto de operación.
Figura 10. Efecto de la preinyección en la presion de la cámara de
combustión, (Robert Bosch GmbH)

23
Inyección secundaria retardada
Esta fase trascurre tras la inyección principal, durante la carrera de expansión o de
escape (hasta 200º del cigüeñal después del PMS). Se inyecta una cantidad precisa de
combustible en los gases de escape. El combustible inyectado en esta etapa no
combustiona, pero se evapora por el calor residual de los gases de escape. La mezcla
resultante se expulsa durante la carrera de escape.
La combustión de los hidrocarburos de esta mezcla genera también un incremento de
la temperatura de los gases de escape por la oxidación en el acumulador catalítico. Esta
medida tiene como objetivo regenerar el filtro de partículas y el acumulador de NOx.
Inyección secundaria avanzada
En los sistemas common-rail, la inyección secundaria
transcurre directamente después de la inyección
principal cuando aún se está produciendo la
combustión. Esto hace que se quemen las partículas de
hollín, consiguiendo reducir estas emisiones entre un
20 y un 70%.
Características del “timing” de los
sistemas de inyección
La figura 11 representa un ejemplo de una bomba
rotativa de émbolos radiales. La posición de la leva
determina el inicio del suministro, cuando el
combustible sale desde la bomba hacia el inyector. Se
observa que la presión y los parámetros de inyección
varian notablemente entre la bomba y el inyector.
Estos parámetros están determinados por las
características de los componentes que controlan la
inyección (leva, bomba, válvula de alta presión, tuberías
y toberas). Por este motivo, el sistema de inyección
debe ser ajustado con precisión a cada motor.
Estas características son similares en todos los
simtemas de inyección en los que la presión es
generada por un émbolo (bombas de inyección en
línea, inyectores unitarios y bombas unitarias).
Figura 11. Patrones de inyección en
sistemas de accionamiento por leva

24
Volumen perjudicial en sistemas de inyección convencionales
El término “volumen perjudicial” se refiere al volumen en el lado de alta presión de los
sistemas de inyección (lado de alta presión de la bomba inyectora, tuberías de alta presión
y el volumen del inyerior de la tobera y el portainyector. En cada inyección, este volumen
es comprimido y descomprimido. Como resultado de esto, hay una pérdida de compresión
y por lo tanto retraso de la inyección. El combustible que se encuentra en las tuberías es
comprimido por el proceso dinámico generado por la onda de presión. En la Figura 11,
representa el tiempo que tarda el combustible en pasar a través de la línea.
Cuanto mayor sea este volumen, peor será la eficiencia hidráulica del sistema de
inyección. Por eso, cuando se diseña un sistema de inyección la principal consideración es
reducir el volumen perjudicial lo máximo posible. Los sistemas con inyector unitario o
inyector-bomba son los que tienen menor volumen perjudicial, ya que se elimina el
volumen de la tubería entre a bomba y el inyector.
Para garantizar el control uniforme del motor, el volumen perjudicial debe ser igual
para todos los cilindros.
2.3.5 Presión de inyección
La presión generada en el sistema de inyección tiene como finalidad que el combustible
salga del inyector en forma de chorro. Un sistema con alta presión de inyección consigue
que el chorro salga más pulverizado. La colisión del combustible pulverizado con el aire en
el interior de la cámara de combustión causa la atomización del combustible. Así, cuanto
mayor sea la velocidad relativa entre el combustible y el aire, y mayor sea la densidad del
aire, mejor será la atomización del combustible. La presión de inyección en la tobera
puede ser mayor que a la salida de la bomba, debido que en el tramo de tubería se refleja
la onda de presión.
Motores de inyección directa (DI)
En los motores Diesel de inyección directa, la velocidad del aire en la cámara de
combustión es relativamente lenta, ya que sólo se mueve a causa del momento de inercia
de su masa. Esto genera un movimiento en forma de remolino dentro del cilindro (swirl).
La carrera de compresión del pistón intensifica el moviento del aire dentro del cilindro al
forzarlo a entrar en el hueco del pistón, de menor diámetro que el cilindro (squish). A
pesar de esto, en movimiento del aire el menor que en los motores con cámara dividida.
Debido al menor flujo de aire, el combustible debe ser inyectado a mayor presión (la
presión máxima de pico puede estar entre 1000 y 2200 bar). Sin embargo, a excepción de
los sistemas Common Rail, esa presión máxima de pico sólo se alcanza a altos regímenes

25
de giro del motor.
Un factor decisivo para obtener una curva de par ideal con bajo nivel de emisiones de
partículas, es conseguir inyectar el combustible a alta presión cuando el motor funciona a
baja velocidad y plena carga. Como la densidad del aire a baja velocidad es relativamente
baja, se debe limitar la presión máxima de inyección para evitar la deposición del
combustible en las paredes del cilindro. Por encima de las 2000 rpm aproximadamente se
llega a la máxima presión del aire de entrada, y la presión de inyección se puede
incrementar.
Para obtener la máxima eficiencia del motor, el avance de la inyección de debe ajustar
en función de la velocidad del motor. A altas velocidades del motor se requiere una
presión de inyección alta para poder acortar la duración de la inyección.
Figura 12. Influencia del inicio y de la presión de inyección en el consumo
de combustible y en las emisiones de partículas y NOx, (Robert Bosch
GmbH)
Motores con inyección indirecta (IDI)
En los motores diesel con cámara de combustión dividida, la elevación de presión
durante la combustión expulsa la carga fuera de la precámara o cámara de turbulencia,
asemejándose a una inyección neumática. Este proceso transcurre a alta velocidad en la
cámara de turbulencia y en su salida a la cámara de combustión principal.

26
3 SISTEMAS DE INYECCIÓN DE
COMBUSTIBLE
3.1 Función
El sistema de inyección es el responsable de suministrar el combustible al motor. Se
compone de una etapa de baja presión y otra de alta, en la que se encuentra la bomba
inyectora; ésta genera la presión de inyección requerida y suministra el combustible al
circuito de alta presión. A su vez, la bomba inyectora es alimentada a través del circuito de
baja presión, encargado de transportar el combustible desde el depósito y filtrarlo para
garantizar que entre en el circuito de alta presión libre de impurezas y humedad.
3.2 Suministro de combustible (etapa de baja presión)
La función del sistema de suministro de combustible (también denominado sistema de
alimentación) es almacenar y filtrar el combustible requerido y abastecer de éste al
sistema de inyección a la presión de operación requerida. Además se encarga del retorno
del combustible sobrante al depósito de combustible y, en algunos casos, la refrigeración
de éste antes de devolverlo al depósito.
El sistema de alimentación puede variar dependiendo del tipo de sistema de inyección
y las características de la bomba inyectora. A continuación de relacionan los componentes
esenciales del sistema, que más adelante serán descritos detalladamente.
- Depósito de combustible
- Bomba de prealimentación (opcional, puede ir en el interior del depósito de
combustible)
- Filtro preliminar (situado en el interior del depósito de combustible, por donde se
aspira el combustible)
- Unidad de refrigeración del combustible de retorno (opcional)
- Filtro principal de combustible
- Bomba de alimentación de combustible (baja presión)
- Válvula limitadora de presión (suele ir integrada en la bomba de alimentación)
- Conductos de baja presión
- Unidad de control
En sistemas de inyección con bomba rotativa y en algunos casos en sistemas Common
Rail, la bomba de alimentación de combustible está integrada en la bomba de alta presión.

Sistemas de inyección de combustible
27
Figura 13. Sistema de inyección de combustible con bomba de inyección en línea, (Robert Bosch GmbH)
3.2.1 Depósito de combustible
El depósito de combustible debe ser resistente a la corrosión, además de a prueba de
fugas para presiones superiores al doble de la de operación y de al menos 0.3 bar de
sobrepresión y disponer de válvulas de seguridad para el escape de los gases en caso de
que haya sobrepresión. El diseño debe tener en cuenta que no se produzcan fugas cuando
el vehículo, en su caso, se incline y en caso de sacudidas y de impactos. Por último, debe ir
separado del motor, en un lugar en el que se prevenga la ignición del combustible en caso
de accidente.
3.2.2 Líneas de transporte
Compuestos por tubos de metal, flexibles e ignífugos. Así mismo tienen que estar
preparados para no sufrir daños ante movimientos de torsión del bastidor, movimientos
del motor o similares.
Todos los elementos del sistema de transporte de combustible deben estar previstos
para evitar daños en operación provocados por incrementos de temperatura.
3.2.3 Filtro de combustible
Su función es garantizar un nivel pureza del combustible que evite daños en el sistema
de inyección. Su diseño depende del tipo de sistema de inyección y de las condiciones de
operación, es más exigente para sistemas que trabajen a presiones más elevadas como el
common-rail.

28
El sistema completo de filtrado se compone de:
- Filtro preliminar:
Situado en el interior del depósito, filtra el combustible antes de su entrada en la
bomba de alimentación previa. Está formado por una malla capaz de filtrar
partículas de hasta 300 µm.
- Filtro principal:
Las pequeñas partículas sólidas presentes en el combustible quedan atrapadas en
el filtro, por eso tiene un elemento fácilmente extraíble que debe ser sustituido
periódicamente.
Este elemento está constituido por una espiral en forma de v capaz de filtrar
elementos de distintas formas. Es posible montar más de uno, en paralelo
(aumenta la capacidad de almacenamiento) o en serie (filtros multietapa para
mejorar la eficiencia de filtración).
- Separador de humedad:
Este dispositivo, normalmente integrado en el filtro principal, evita que el agua,
libre o emulsionada con el combustible, entre en el equipo de inyección.
El agua es el contaminante más común; entra al sistema de suministro de
combustible cuando el aire húmedo y caliente entra al depósito del vehículo o
equipo, y después condensa en las paredes frías. El agua reduce la lubricidad del
combustible, causando desgaste o atascamiento de piezas con poca tolerancia.
- Precalentador de combustible:
Este componente, integrado en el filtro principal, calienta el combustible
eléctricamente, mediante el agua de refrigeración o mediante el combustible de
retorno.
En invierno o en climas de bajas temperaturas, las parafinas presentes pueden
precipitar formando cristales. Al aumentar la temperatura del combustible antes de
su paso por el filtro, se evita la presencia de esos cristales de parafina que
obstruirían los poros del filtro.
- Bomba manual:
La bomba manual ayuda a llenar y purgar el aire contenido en el sistema de
inyección después de cambiar el filtro o de cualquier otra operación de
mantenimiento. Suele ir integrado en la cubierta del filtro.

29
3.2.4 Bomba de prealimentación
Puede ser una bomba eléctrica (Figura 14) o de accionamiento mecánico. Esta bomba
aspira el combustible del depósito a través del filtro y lo envía por el circuito de baja
presión, pasando por el filtro principal, hasta la bomba de alta presión.
3.2.5 Bomba de alimentación
Bomba eléctrica
(Figura 14)
Se compone de un motor eléctrico que acciona un elemento de bombeo (disco de
rodillos). Se usa en los siguientes sistemas:
 Sistemas con bomba rotativa (opcional, sólo como bomba de prealimentación)
 En sistemas de inyector unitario (UIS)
 En sistemas Common Rail
Figura 14. Esquema de una bomba eléctrica de combustible, (Robert Bosch GmbH)
Bomba de engranajes
(Figura 15)
La bomba de engranajes se usa en los siguientes
casos:
 Para todos los sistemas con bombas
individuales en vehículos industriales (unidad
inyector-bomba, unidad bomba-tubería-
inyector y bombas de inyección individuales
PF)
 Parcialmente en sistemas Common Rail en
vehículos industriales y automóviles
La bomba de inyección de engranajes está fijada
directamente al motor o, en el caso del Common Rail,
está integrada en la bomba de alta presión. Se acciona
Figura 15. Esquema de una bomba de
engranajes, (Robert Bosch GmbH)

30
mecánicamente por medio de un acoplamiento, una rueda dentada o una correa de
distribución.
Sus componetes principales son dos ruedas dentadas que engranan entre sí y que
tienen sentido de giro opuesto, que impelen el combustible de los huecos entre dientes y
la carcasa impulsándolo del lado de aspiración al lado de presión. En el engranaje entre las
dos ruedas se produce un cierre hermético entre ambos lados.
Bomba de paletas
Estas bombas van integradas dendro del cuerpo de las bombas rotativas.
(Ver cápitulo 5, apartado 5.3.1)
Bomba de paletas de bloqueo
(Figura 16)
Su principal uso son sistemas con
bomba-inyector para automóviles.
En la bomba de paletas de bloqueo,
unos muelles presionan dos paletas de
bloqueo contra el rotor. Cuando este gira,
el volumen aumenta en el lado de
aspiración y el combustible se aspira hacia
el interior de la cámara. En el lado de
compresión, el volumen disminuye e
impulsa al combustiblea salir de la cámara.
Estas bombas pueden aspirar el
combustible velocidades de giro bajas.
Figura 16. Esquema de una bomba de paletas de
bloqueo, (Robert Bosch GmbH)

31
3.3 Inyección (etapa de alta presión)
El sistema de inyección se encarga de inyectar la cantidad adecuada de combustible a
alta presión dentro de la cámara de combustión en el momento adecuado.
Los principales componentes son la bomba de inyección, encargada de dar al
combustible la presión adecuada, y los inyectores; ambos están unidos por la línea de alta
presión (excepto en los sistemas con bombas de inyección individuales). En todos los casos
la tobera de cada inyector sobresale dentro de la cámara de combustión de cada cilindro.
En la mayoría de los sistemas, la tobera o boquilla del inyector deja pasar el
combustible cuando se alcanza una determinada presión de apertura, y cierra cuando la
presión cae por debajo de este valor. Sólo se controla de forma externa, mediante un
controlador electrónico, en el caso de los sistemas common-rail.
En el capítilo 10 se detallan los dos tipos de toberas principales que existen.
En los siguientes capítulos se explica el funcionamiento, de forma general, de todos los
tipos de bombas inyectoras.
3.4 Tipos de sistemas de inyección
3.4.1 Sistemas con bomba de inyección en línea
El elemento principal de bombeo de este tipo de bombas se compone de un cilindro y
un émbolo. Éste se encarga de comprimir el combustible para que sea inyectado a una
determinada presión. La bomba tiene tantos elementos de bombeo como cilindros el
motor. El movimiento de sube y baja de cada embolo lo provoca un árbol de levas,
accionado por el motor, y un muelle que provoca el descenso.
Los elementos de bombeo están dispuestos en línea dentro de la bomba. Su carrera no
puede variar, por lo que necesitan un sistema que varíe la cantidad de combustible
bombeado. Para ello el émbolo tiene una serie de ranuras inclinadas y mediante un
mecanismo que lo hace girar, permite la variación de la carrera útil en función de la carga y
el número de revoluciones del motor. El funcionamiento de este sistema es algo
complicado de resumir, por lo que se tratará con detalle en el próximo punto.
Otro de los elementos principales de estas bombas es la válvula de descarga. Se
encuentra situada entre el elemento de bombeo y la tubería de alta presión que conduce
el combustible al inyector. Estas válvulas hacen que la inyección se corte bruscamente.

32
Bomba de inyección en línea tipo PE estándar
Este fue el primer tipo de bomba inyectora. Su invención permitió el uso por primera
vez del motor diesel en vehículos.
El comienzo de la inyección está determinado por una lumbrera de admisión situada en
la parte inferior del cilindro, que es cerrada por el émbolo cuando este empieza a subir. La
ranura del émbolo y su ángulo de giro determinan el fin de la carrera útil y, por tanto, el
caudal de inyección. El giro de los émbolos lo efectúa una cremallera o varilla de
regulación que puede ser controlada por un regulador mecánico de fuerza centrifuga (este
fue el primer sistema diseñado) o, en el caso de las bombas más modernas, con un
mecanismo actuador eléctrico (EDC).
Bomba de inyección en línea con válvula de corredera
Esta bomba se diferencia de la de inyección en línea estándar PE en que puede variar
con facilidad la carrera del émbolo. Tiene un elemento móvil (corredera) que se desliza
sobre el émbolo de la bomba mediante un eje actuador convencional, con lo que puede
modificarse la carrera, y con ello también el comienzo de la inyección. La posición de la
válvula corredera se ajusta en función de diversos parámetros para optimizar el proceso
de combustión. En comparación con la bomba de inyección en línea estándar, la bomba
de inyección en línea con válvula de corredera tiene un grado de libertad de adaptación
adicional.
3.4.2 Sistemas con bombas de inyección rotativas
Estas bombas tienen, al igual que las bombas en línea, un regulador mecánico que
ajusta el caudal de inyección, además de un regulador de avance de inyección que puede
ser hidráulico o electrónico. También pueden tener un único elemento de control
electrónico que realiza ambas funciones. En éstas, los elementos mecánicos se sustituyen
por actuadores electrónicos.
Las bombas rotativas solo tienen un elemento de bombeo de alta presión que
distribuye el combustible a todos los inyectores.
Bomba de inyección rotativa de embolo axial (VE)
Lleva integrada una bomba de alimentación de paletas que aspira combustible del
depósito y lo suministra al interior de la cámara de la bomba de inyección. Un único
émbolo distribuidor central, que gira mediante un disco de levas, se encarga de la
generación de presión y la distribución a los diversos cilindros. Durante una vuelta del eje
de accionamiento, el émbolo realiza tantas carreras como cilindros del motor a abastecer.
Los resaltes de leva en el lado inferior del disco de leva se deslizan sobre los rodillos del

33
anillo de rodillos y originan así en el émbolo distribuidor un movimiento de elevación
adicional al movimiento de giro.
Las bombas rotativas de émbolo axial convencionales disponen de un regulador de
revoluciones mecánico (por fuerza centrifuga), o con mecanismo actuador regulado
electrónicamente. Tienen una corredera de regulación que determina la carrera útil y
dosifica el caudal de inyección. El comienzo de suministro de la bomba puede regularse
mediante un anillo de rodillos (variador de avance). En la bomba rotativa de émbolo axial
controlada por electroválvula, existe una electroválvula de alta presión controlada
electrónicamente, que dosifica el caudal de inyección, en lugar de la corredera de
inyección. Las señales de control y regulación son procesadas en dos unidades de control
electrónicas ECU (unidad de control de bomba y unidad de control de motor).
Bomba de inyección rotativa de émbolos radiales
Esta bomba rotativa utiliza émbolos radiales accionados por un anillo de levas, pueden
ser dos o cuatro. Una electroválvula de alta presión dosifica el caudal de inyección. El
comienzo de la inyección se regula mediante el giro del anillo de levas, con el variador de
avance. Igual que en la bomba de émbolo axial controlada por electroválvula, todas las
señales de control y regulación se procesan en las unidades de control electrónicas ECU.
Mediante la activación apropiada del elemento actuador se regula el número de
revoluciones.
3.4.3 Sistemas con bombas de inyección individuales
Bombas de inyección individuales PF
Estas bombas tienen diversas aplicaciones: motores pequeños, locomotoras diesel,
motores navales, maquinaria de construcción, etc. El sistema que utilizan para conseguir la
presión de inyección es el mismo que el del elemento de bombeo de la bomba de
inyección en línea estándar PE.
No tienen árbol de levas propio, sino uno común a todas se encuentra sobre el árbol
de levas correspondiente al control de válvulas del motor. Por este motivo no es posible la
variación del avance mediante un giro del árbol de levas. Aquí puede conseguirse un
ángulo de variación de algunos grados mediante la regulación de un elemento intermedio
(por ejemplo situando un balancín entre el árbol de levas y el impulsor de rodillo). En
motores grandes, el regulador mecánico-hidráulico o electrónico está integrado en el
cuerpo del motor.

34
Unidad bomba-inyector UIS
La bomba de inyección y el inyector son una única pieza. Cada cilindro lleva una unidad,
montada en la culata del motor. Al igual que las bombas de inyección individuales son
accionadas por un árbol de levas montado sobre el bloque del motor; bien directamente
mediante un empujador, o indirectamente mediante balancín.
Debido a la supresión de las tuberías de alta presión, se puede conseguir una presión
de inyección de hasta 2000 bar (mayor que en los sistemas con bomba inyectora común).
Con esta elevada presión de inyección y mediante la regulación electrónica del comienzo y
fin de inyección es posible mejorar el proceso de combustión, reduciendo notablemente el
consumo de combustible y las emisiones contaminantes del motor diesel.
Unidad bomba-tubería-inyector UPS
Este sistema trabaja según el mismo procedimiento que la unidad de bomba-inyector,
pero está dividido en módulos (bomba individual, tubería e inyector). También dispone de
una unidad de inyección por cada cilindro del motor, accionada por un árbol de levas.
En este caso, debido a la regulación electrónica, también se consigue una reducción del
consumo y las emisiones.
3.4.4 Sistemas de inyección Common-Rail
Este sistema, como su nombre indica, dispone de un “raíl” o acumulador común para
todas las líneas de inyección. En él se acumula el combustible suministrado por la bomba
de alta presión. Esta presión es independiente del régimen de giro del motor y del caudal
de inyección.
El acumulador suministra el combustible a alta presión a todos los inyectores, que
abren y cierran por medio de electroválvulas. La unidad de control electrónica ECU, en
función de unos parámetros almacenados, del régimen del motor y de la carga gestiona la
inyección actuando sobre las electroválvulas.
Al igual que en los sistemas de unidad bomba-inyector, el preciso control de la
inyección, consigue reducir notablemente el consumo de combustible y las emisiones
contaminantes.

35
4 SISTEMAS CON BOMBA DE INYECCIÓN EN
LÍNEA
Como ya se había mencionado, este tipo de bomba fue diseñada por Robert Bosch a
principios del siglo XX; desde entonces la compañía Robert Bosch GmbH, fundada por él
mismo, ha sido el principal fabricante de este tipo de bombas.
Ha sido la más utilizada y lo sigue siendo en vehículos pesados; en turismos lo fue
hasta la década de los 60 cuando se vio sustituida por las bombas rotativas, más pequeñas
y aptas para motores rápidos.
Este tipo de bombas son de constitución muy robusta y de una fiabilidad mecánica
contrastada. Sus inconvenientes son su tamaño, peso y que están limitadas a un número
de revoluciones, lo que las hacen aptas para vehículos pesados pero no para turismos.
Los principales elementos que la componen son:
- Elementos de bombeo colocados en línea, uno por cada cilindro del motor.
- Un regulador de velocidad que puede ser centrifugo, neumático o hidráulico.
- Un variador de avance automático de inyección acoplado al sistema de arrastre de
la bomba.
- Válvulas de descarga
- Además, suele llevar acoplada la bomba de alimentación.
Figura 17. Bomba de inyección en línea PE, (Robert Bosch GmbH)
1. Carcasa de la bomba
2. Regulador de velocidad mecánico
3. Bomba de suministro
4. Dispositivo de avance
5. LDA
6. Válvulas de descarga

Sistemas con bomba de inyección en línea
36
4.1 Aplicaciones de las bombas de inyección en línea
Las bombas de inyección en línea se utilizan en motores con potencias que van desde
10 hasta 200 kW/cilindro; esto es posible gracias a la extensa gama de modelos que existe
de estas bombas.
Actualmente se utilizan sobre todo en motores diesel instalados en camiones,
autobuses, tractores y otra maquinaria de uso agrícola y de construcción. Otros campos
de aplicación son los motores navales y los estacionarios, desde grandes motores
industriales hasta los más pequeños utilizados en grupos electrógenos.
Existen bombas de distintos tamaños que se adaptan a la potencia del motor que van
alimentar. Los tipos de bombas se reúnen en series cuyos rendimientos se solapan en los
máximos y mínimos. Dentro de las bombas de inyección en línea PE existen dos
construcciones distintas. Por un lado tenemos las denominadas "M" y "A" y por el otro las
"MW" y "P".
A continuación se muestra una clasificación de las bombas de inyección más comunes
usadas en vehículos, con los valores máximos de presión de inyección y potencia por
cilindro de cada tipo:
Clasificación de la bombas de inyección en linea PE
Características: Tipos:
M A MW P3000 P7100
Presión de inyección
(bar)
550 750 1100 950 1300
Aplicación
Turismos y
vehículos de
transporte
Camiones ligeros y medianos, tractores,
motores industriales
Camiones de gran
tonelaje, motores
industriales
Potencia por cilindro
(kW/cilindro)
20 27 36 60 160

37
4.2 Circuito de combustible
La bomba de inyección se acompaña de un circuito de alimentación que le suministra
combustible (Ver cápitulo 3, apartado 3.2). A través de él la bomba de alimentación aspira
el combustible del depósito y lo bombea hacia la bomba de inyección a una presión
conveniente, que oscila entre 1 y 2 bar. El sobrante de este combustible tiene salida a
través de la válvula de descarga situada en la bomba de inyección, retornando al depósito.
Esta válvula de descarga controla la presión del combustible en el circuito.
En vehículos donde la distancia y la altura del depósito con respecto a la bomba de
inyección estén muy alejados, se instala una bomba de alimentación, normalmente ésta se
encuentra acoplada a la bomba de inyección. Según las condiciones de funcionamiento del
motor y de sus características constructivas, se requieren distintos sistemas de
alimentación de la bomba de inyección (Figura 18).
Si el filtro de combustible está en las proximidades inmediatas del motor, pueden
formarse burbujas de gas dentro del sistema de tuberías. Para evitar esto resulta
necesario "barrer" la cámara de admisión de la bomba de inyección. El combustible
sobrante vuelve al depósito de combustible a través de la válvula de descarga y de la
tubería de retorno.
En algunos casos, especialmente cuando se prevé que en el entorno de operación del
motor hay una temperatura ambiente elevada, puede utilizarse un circuito de
alimentación como el representado en la figura 18 (derecha). En este circuito el filtro de
combustible lleva también instalada una válvula de descarga a través de la cual una parte
del combustible retorna al depósito durante el funcionamiento, arrastrando eventuales
burbujas de gas o vapor. Las burbujas de gas que se forman en la cámara de admisión de
la bomba de inyección son evacuadas por el combustible a través de la tubería de retorno.
El barrido continuo de la cámara de admisión refrigera la bomba de inyección e impide
que se formen burbujas de gas.

38
Figura 18. Esquemas de un sistema de inyección con bomba en línea
4.3 Bombas de alimentación
(Figura 19)
El combustible tiene que llegar a la cámara de admisión de la bomba de inyección con
una presión de aproximadamente 1 bar para garantizar el llenado de la cámara de
admisión. Esta presión se puede conseguir utilizando un depósito de combustible
instalado por encima de la bomba de inyección (alimentación por gravedad), o bien
recurriendo a una bomba de alimentación. Este es el caso de la mayoría de los vehículos,
donde el depósito de combustible se instala por debajo y alejado de la bomba de
inyección. La bomba de alimentación se encarga de aspirar combustible del depósito y
suministrarlo a presión a la cámara de admisión de la bomba de inyección a través de un
filtro de combustible.
La bomba de alimentación es generalmente una bomba mecánica de émbolo fijada a la
bomba de inyección y accionada por el árbol de levas de esta. Además la bomba puede
venir equipada con un cebador o bomba manual que sirve para llenar y purgar el lado de
admisión del sistema de inyección para la puesta en servicio o tras efectuar operaciones
de mantenimiento.
Existen bombas de alimentación de simple y de doble efecto. Según el tamaño de la
bomba se acoplan en la misma una o dos bombas de alimentación.

39
Figura 19. Estructura interna de una bomba de alimentación, (Robert Bosch GmbH)
4.3.1 Bomba de alimentación de simple efecto
(Figura 20)
Esta bomba está constituida por dos cámaras separadas por un émbolo móvil. El
émbolo es empujado por una leva excéntrica a través del impulsor de rodillo y un perno
de presión. Durante la carrera intermedia, el combustible se introduce en la cámara de
presión a través de la válvula de retención instalada en el lado de alimentación. Durante la
carrera de admisión y alimentación, el combustible es impulsado desde la cámara de
presión hacia la bomba de inyección por el émbolo que retrocede por efecto de la fuerza
del muelle. Al mismo tiempo, la bomba de alimentación aspira también combustible
desde el depósito a través de la válvula de retención del lado de admisión, haciéndolo
pasar por un pre-purificador.
Si la presión en la tubería de alimentación sobrepasa un determinado valor, la fuerza
del muelle del émbolo deja de ser suficiente para que se realice una carrera de trabajo
completa. Con esto se reduce el caudal de alimentación, pudiendo llegar a hacerse cero si
la presión sigue aumentando. De este modo, la bomba de alimentación protege el filtro de
combustible contra presiones excesivas.

40
Figura 20. Esquema de funcionamiento de una bomba de alimentación de simple efecto, (Robert Bosch GmbH)
4.3.2 Bomba de alimentación de doble efecto
Esta bomba cuenta con dos válvulas de retención adicionales que convierten la cámara
de admisión y la cámara de presión de la bomba de alimentación de simple efecto, en una
cámara de admisión y de presión combinadas, es decir al mismo tiempo que hace la
admisión, hace también la alimentación. La bomba no realiza carrera intermedia. A cada
carrera de la bomba de alimentación de doble efecto, el combustible es aspirado hacia
una cámara, siendo impulsado simultáneamente desde la otra cámara hacia la bomba de
inyección. Por lo tanto, cada carrera es al mismo tiempo de alimentación y de admisión. Al
contrario de lo que ocurre en la bomba de simple efecto, el caudal de alimentación nunca
puede hacerse cero. Por lo tanto, en la tubería de impulsión o en el filtro de combustible
tiene que preverse una válvula de descarga a través de la cual pueda retornar al depósito
el exceso de combustible bombeado.
4.4 Constitución
(Figura 21)
En la figura 21 se puede ver la sección de una bomba de inyección en línea en la que
aparecen todos los elementos que componen la unidad de bombeo.
Se puede ver que dispone de un cárter o cuerpo, de aleación de aluminio-silicio, que
aloja en su parte inferior o cárter inferior, al árbol de levas, que tiene tantas levas como
cilindros el motor. En el lateral del cárter inferior de bomba, se encuentra la bomba de
alimentación, que recibe movimiento del mismo árbol de levas de la bomba de inyección,
por medio de una excéntrica labrada en él.

41
Cada una de las levas acciona un elemento llamado empujador o taqué. Este posee un
rodillo que, debido a la acción del muelle, se encuentra en contacto con la leva. El
empujador a su vez da movimiento al émbolo, que se desliza en el interior del cilindro, que
se comunica por medio de unos orificios laterales llamados lumbreras con la canalización,
por donde le llega el combustible procedente de la bomba de alimentación.
Además del movimiento de subida y bajada del pistón, éste puede girar un cierto
ángulo sobre su eje vertical, ya que la parte inferior tiene un saliente, que encaja con el
manguito cilíndrico, que a su vez rodea la parte inferior del cilindro y que, en su parte
superior, lleva adosada la corona dentada, que engrana con la barra cremallera. El
movimiento de esta barra cremallera hace girar a la corona dentada, quien comunica su
giro al pistón, por medio del manguito cilíndrico y el saliente de la parte inferior del
pistón.
La parte superior del cilindro, está cerrada por la válvula de retención, que ajusta sobre
su asiento, por la acción del muelle.
Cuando el saliente de la leva acciona el empujador, este acciona el pistón, haciéndolo
subir. Tras quedar tapadas las lumbreras que comunican el cilindro con la canalización el
pistón comienza a comprimir el combustible encerrado en el cilindro hasta que se alcanza
una determinada presión en el cilindro, que provoca la apertura de la válvula, venciendo la
acción del muelle antagonista, en ese momento el combustible sale por el cilindro hacia el
inyector correspondiente.
Cuando ha pasado el saliente de la leva, el impulsor baja por la acción del muelle,
haciendo bajar a su vez el émbolo, que vuelve a ocupar la posición representada en la
figura 21, permitiendo de nuevo el llenado del cilindro a través de sus aberturas laterales.
Mientras tanto, la válvula ha bajado y cerrado el paso de combustible al inyector.

42
Figura 21. Sección de una bomba de inyección en línea, (Robert Bosch GmbH)
4.4.1 Elemento de bombeo
(Figura 22)
La bomba de inyección tiene tantos elementos de bombeo como cilindros el motor.
Cada elemento de bombeo, está constituido por un cilindro y un pistón. Cada cilindro se
comunica con la tubería de admisión por medio de las lumbreras, y con el conducto de
salida al inyector por medio de una válvula de retención que se mantiene cerrada, por la
acción del muelle antagonista, hasta que el combustible alcanza la presión de inyección.
El pistón se ajusta en el cilindro con una precisión del orden de varias micras. Tiene una
forma peculiar que permite variar la cantidad de combustible que se inyecta; en su parte

43
inferior el pistón tiene un rebaje circular que se comunica con la cara superior del pistón
por medio de una rampa helicoidal y una ranura vertical.
En la parte inferior, el pistón lleva un dedo de mando o saliente, que encaja en un
manguito cilíndrico, sobre el que se fija la corona dentada, que engrana con la cremallera.
El movimiento de la cremallera, puede hacer girar el pistón un cierto ángulo sobre su eje
vertical.
En ciertos tipos de bombas, la cremallera es reemplazada por una barra corredera, que
lleva unas escotaduras en las que encaja el dedo de mando que forma el pistón en su
parte inferior.
Figura 22. Esquema del elemento de bombeo, (Robert Bosch GmbH)

44
Figura 23. Embolo de la unidad de bombeo, (Robert Bosch GmbH)
4.5 Funcionamiento de la bomba de inyección en línea tipo
estándar PE
(Figura 24)
El émbolo o pistón realiza un movimiento de sube y baja en el interior del cilindro. El
movimiento de descenso se produce debido a la acción del muelle cuando el saliente de la
leva, en su giro, deja de actuar sobre el empujador. La subida del pistón se produce
cuando la leva actúa sobre el empujador, venciendo el empuje del muelle.
Cuando el pistón desciende crea una depresión en el interior del cilindro que permite la
entrada de combustible cuando el pistón ha destapado las lumbreras de admisión. Debido
a la presión del combustible en el conducto de alimentación, provocada por la bomba de
alimentación, el cilindro se llena completamente. Al comienzo de esta subida, las
lumbreras no están tapadas y por ello, parte del combustible es devuelto al conducto de
alimentación.
Si la ranura vertical del pistón, está situada frente a la lumbrera de admisión, el interior
del cilindro comunica con el conducto de alimentación, por lo que, aunque suba el pistón,
no se comprime el combustible en el cilindro y, por lo tanto, no hay inyección. Esta
posición del pistón, corresponde al suministro nulo de la bomba de inyección.
Si la ranura vertical no está frente a la lumbrera de admisión se produce la inyección.
Tras cerrar la lumbrera de admisión, en la subida del pistón, la presión del combustible en
el interior del cilindro va aumentando hasta que el valor de esta presión es superior a la
fuerza que ejerce el muelle de la válvula de retención. En ese momento ésta se abre
venciendo la fuerza de su muelle, con lo cual, el combustible pasa al conducto de
inyección que comunica el elemento de inyección con el inyector. El comienzo de la
inyección, se produce siempre en el mismo instante o, mejor dicho, para la misma

45
posición del pistón. Mientras el combustible no salga por el inyector, la presión en todo el
circuito irá aumentando a medida que el pistón vaya subiendo. En el momento que esta
presión es superior a la del tarado del inyector, este permite el paso del combustibles al
cilindro del motor, comenzando en este momento la inyección.
El final de la inyección depende de la posición de la rampa helicoidal. Llegado el pistón
a cierta altura, ésta pone en comunicación el cilindro con el conducto de alimentación, con
lo cual, desciende bruscamente la presión en el interior del cilindro.
El cierre de la válvula de readmisión, debido a la acción conjunta de su muelle y de la
presión existente en el conducto de salida, mantiene en esta canalización una cierta
presión, llamada residual, que permite en el siguiente ciclo una subida de presión más
rápida y un funcionamiento mejor del inyector.
Figura 24. Fases de funcionamiento del elemento de bombeo, (Robert Bosch GmbH)
4.5.1 Funcionamiento de la regulación del caudal de combustible
(Figuras 25 y 26)
A diferencia del motor de gasolina, donde la variación de la carga se obtiene
modificando la cantidad de mezcla aire-gasolina que entra en el cilindro; en el motor
Diesel, esta variación se obtiene actuando únicamente sobre la cantidad de gasóleo
inyectado en el cilindro, es decir, modificando la duración de la inyección.
La cantidad de combustible inyectado depende de la longitud de la carrera efectuada
por el pistón, desde el cierre de la lumbrera de admisión, hasta la puesta en comunicación
de ésta con el cilindro, por medio de la rampa helicoidal.
El fin de la inyección depende de la posición de la rampa helicoidal con respecto a la
lumbrera de admisión. Esta posición puede ser modificada haciendo girar el pistón sobre
su eje vertical, por medio de una cremallera que engrana sobre la corona dentada fijada

46
sobre el casquillo cilíndrico, que a su vez mueve al pistón. La cremallera es movida por el
pedal del acelerador, o automáticamente por medio de un regulador, y da movimiento
simultáneamente a todos los elementos de inyección de la bomba.
Figura 25. Esquema regulación de elementos de bombeo, (Robert Bosch GmbH)
Moviendo la cremallera en uno u otro sentido, pueden conseguirse carreras de
inyección más o menos largas que corresponden:
- Inyección nula
- Inyección parcial
- Inyección máxima
Figura 26. Posibles posiciones de la cremallera, (Robert Bosch GmbH)
En un motor Diesel para provocar su paro debemos cortar el suministro de combustible
que inyectamos en sus cilindros, para ello es necesario desplazar a la cremallera hasta su
posición de suministro nulo. Para esto, los motores dotados con bomba de inyección en
línea llevan un dispositivo de mando accionado, por un tirador y cable desde el tablero de
mandos del vehículo, o bien, electrónicamente.

47
4.5.2 Formas de las levas
(Figura 27)
La leva tiene la función de accionar el émbolo. Su forma influye sobre la duración de la
inyección, el rendimiento de la bomba y la velocidad de la alimentación. Los criterios para
el diseño de la leva son la carrera y la velocidad de levantamiento (velocidad de émbolo)
con relación al ángulo de leva.
Para propiciar un rápido corte de inyección se aprovecha la zona central de la leva,
donde la velocidad de levantamiento es grande. La inyección termina antes de que dicha
velocidad de levantamiento alcance su máximo valor. Esto es necesario para que la
compresión superficial entre el impulsor de rodillo y la leva no sobrepase un valor
determinado. Por esta razón, en cada proceso de inyección se respeta una distancia de
seguridad de 0,3 mm.
Para la aplicación práctica existen diversas formas de levas. Esto es necesario, ya que
las diferentes formas de las cámaras de combustión del motor y los distintos métodos de
combustión exigen condiciones de inyección individuales. Por este motivo se realiza un
ajuste especial del proceso de inyección por parte de la leva a cada tipo de motor.
Partiendo de formas de levas estándar pueden construirse levas de forma divergente, a fin
de conseguir una inyección óptima y una presión máxima.
Se utilizan formas de levas simétricas, asimétricas y con seguro contra retroceso. Estas
últimas hacen que el motor no pueda arrancar en el sentido de giro contrario. La forma de
leva a aplicar depende del tipo de la bomba, del diseño del motor y de su campo de
aplicación.
Figura 27. Formas de las levas, (Robert Bosch GmbH)
Las diferencias de presiones que se originan entre la parte superior de la válvula de
reaspiración y la parte inferior, obligan a ésta a cerrarse, ayudada al mismo tiempo por la
acción de su muelle, impidiendo así que el combustible situado en el circuito de inyección
pudiera retornar a la bomba.
Aunque la compresión del pistón cesa no ocurre lo mismo con la inyección, que

48
continua un breve instante de tiempo debido a la presión restante en el circuito de
inyección. Esta presión desciende a medida que disminuye la cantidad de combustible que
hay en el circuito y que continúa entrando al cilindro. Llegado un momento determinado,
la presión es menor que la del tarado del inyector, en cuyo caso cesa la inyección de forma
violenta.
El pistón de la bomba sigue subiendo hasta el PMS pero ya sin comprimir el
combustible, que se escapa por la rampa helicoidal al circuito de combustible por las
lumbreras de admisión.
4.6 Válvulas de descarga
(Figura 28)
La válvula de descarga (también llama válvula de presión o válvula de reaspiración) se
encuentra entre la bomba de inyección y la tubería que conecta la propia bomba con el
inyector.
Su misión es descargar la tubería de inyección tras concluir la fase de alimentación de la
bomba, extrayendo un volumen exactamente definido de la tubería para, por una parte,
mantener la presión en la tubería (así la siguiente inyección se realizará sin retardo
alguno) y, por otra parte, asegurar, igualmente, la caída brusca de la presión del
combustible en los conductos para obtener el cierre inmediato del inyector, evitando así
cualquier mínima salida de combustible, unida al rebote de la aguja sobre su asiento.
Funcionamiento
Al final de la inyección por parte del elemento de bombeo cae la presión en el cilindro
y, por tanto, la válvula de presión desciende bajo la acción del muelle. El macho de válvula
se introduce en el porta-válvula, antes de que el cono de válvula descienda sobre su
asiento, aislando la bomba del tubo de alimentación del inyector.
El descenso final de la válvula realiza una reaspiración de un determinado volumen
dentro de la canalización; cuando ésta cierra, el émbolo de descarga aspira también un
pequeño volumen de combustible. Esto da lugar a una expansión rápida del combustible,
provocando un descenso de presión en la tubería y, en consecuencia, el cierre brusco del
inyector, cortando así la alimentación de combustible al cilindro del motor para evitar el
goteo. Este volumen de combustible está calculado para una longitud determinada de
tubería, por lo que no se debe variar la longitud de ésta en caso de reparación.
Para conseguir una adaptación deseada a los caudales de alimentación, en
determinado casos especiales, se utilizan válvulas compensadoras que presentan un
tallado adicional en el émbolo de descarga.

49
Figura 28. Estructura interna de una válvula de presión, (Robert Bosch GmbH)
4.6.1 Estrangulador de retroceso
(Figura 29)
Está situado entre la válvula de presión y la tubería que alimenta al inyector. Puede
instalarse en el racor de impulsión acompañando a la válvula de presión.
Este elemento se utiliza para reducir en el sistema de
alta presión fenómenos de desgaste producidos por los
cambios rápidos de presión (cavitación). Durante la
alimentación la presión del combustible es tan alta que
la placa de la válvula es comprimida contra el muelle,
con lo que el combustible puede fluir hacia el inyector
sin obstáculos. Al final de la carrera útil del elemento de
bombeo, el cierre de la aguja del inyector provoca una
onda de presión en sentido contrario al de la
alimentación. Esto puede ser causa de cavitación. Al
mismo tiempo, el muelle de presión empuja la placa de
válvula contra su asiento, por lo que el combustible tiene que retroceder pasando por la
sección del estrangulador, amortiguándose así la onda de presión, haciéndola
imperceptible.
Figura 29. Estrangulador de retroceso, (Robert
Bosch GmbH)

50
4.7 Regulador de velocidad
Los reguladores empleados para bombas de inyección en línea pueden ser de tres
tipos:
 Mecánicos (basan su funcionamiento en los efectos de la fuerza centrífuga)
 Neumáticos (de vacío)
 Electrónicos, EDC
La función principal del regulador de velocidad es limitar la velocidad máxima del motor
en vacío. Sin este sistema de control el motor en vacío se podría acelerar sin control hasta
llegar a la autodestrucción.
Dependiendo del diseño, también puede tener la misión de regular la velocidad de
ralentí y de mantener una velocidad constante al variar el par resistente del motor o
cuando éste trabaja en vacío, actuando sobre la cremallera que regula la carrera útil del
émbolo en el cilindro. Como es sabido la cantidad de combustible a inyectar en los
cilindros depende de la posición que ocupe la cremallera, ésta es accionada por el pedal
del acelerador.
Podría ocurrir, por ejemplo, que al descender por una pendiente (el par resistente del
motor decrece) el motor se revolucione; en este caso, el regulador para máxima velocidad
desplaza la cremallera, de forma que disminuya el caudal de combustible a inyectar a
medida que aumenta el número de revoluciones.
Según su misión los reguladores pueden ser:
 De máxima velocidad
 De mínima y máxima velocidad
 De todas las velocidades
4.7.1 Regulador de maxima velocidad
(Figura 30)
Los reguladores de maxima velocidad están
destinados para motores diesel que mueven
maquinaria a su velocidad nominal. El trabajo del
regulador es mantener el motor a su velocidad
máxima, no siendo necesario el control de la
velocidad de ralentí ni el control durante el arranque.
Si la velocidad del motor sube por encima de la
velocidad nominal, nvo, causa del decremento de la
carga, el regulador mueve la cremallera para reducir
el suministro (Figura 30). La máxima velocidad en
vacio, nno, se alcanza cuando el motor se descarga
Figura 30. Mapa caracteristico de un regulador
de máxima velocidad, (Robert Bosch GmbH)

51
completamente. La diferencia entre nvo y nno esta determinada por la respuesta
proporcional del regurador.
4.7.2 Regulador de minima y máxima velocidad
(Figura 31)
Los motores Diesel utilizados en vehículos no requieren el control de la velocidad en el
rango entre el ralentí y la máxima velocidad. Dentro de este rango, la cremallera de
control de la bomba inyectora es accionada directaente por el pedal del acelerador bajo el
control del conductor. Este regulador únicamente se encarga de evitar que el motor se
pueda parar estando en ralentí, y también de limitar la velocidad máxima del motor.
El regulador para velocidad mínima del motor actúa cuando, estando la cremallera en
posición de mínimo consumo, la carga o par resistente en el motor aumenta (por ejemplo
al conectarse el compresor del aire acondicionado), con lo cual, al decrecer el número de
revoluciones, el motor podría calarse. En estas condiciones, el regulador desplaza a la
cremallera para aumentar el suministro de combustible de forma que evita que el motor
se pare. También se encarga aumentar el suministro durante el arranque en frío.
Figura 31. Mapa caracteristico de un regulador de mínima y máaxima velocidad con control de par,
(Robert Bosch GmbH)

52
4.7.3 Regulador de todas las velocidades
(Figura 32)
Los reguladores de todas las velocidades actúan cuando se produce cualquier variación
del régimen motor que no sea la deseada por el conductor. Se utilizan principalmente en
motores industriales y de maquinaria agrícola, pues en ellos interesa mantener un
régimen del motor constante, cualquiera que sean las resistencias opuestas al motor
(pendientes a superar, dureza mayor del terreno, etc.). En ellos, el conductor selecciona el
régimen más apropiado para realizar el trabajo y el regulador actúa manteniendo ese
régimen, en todos los momentos en que pueda producirse variación debido a las
diferentes condiciones de trabajo por las que atraviesa el motor.
Figura 32. Mapa característico de un regulador de todas las velocidades, (Robert Bosch GmbH)
4.8 Variador de avance
Cuando se inyecta el combustible, éste necesita un cierto tiempo para evaporarse,
mezclarse con el aire y que se produzca la inflamación de la mezcla. A este tiempo se le
llama retraso al encendido y depende de varios factores: tendencia del combustible a
inflamarse, relación de compresión del motor, temperatura del aire de admisión, grado de
pulverización del combustible, proceso de formación de la mezcla, etc.

53
El retraso al encendido comienza a tener más importancia a medida que aumenta el
régimen de giro del motor, ya que la carrera completa se realiza en menor tiempo y, por
tanto, la inflamación del combustible ocurre con más retraso respecto a la posición del
pistón. El hecho de que la inflamación del combustible se produzca con retraso genera
algunos problemas como: un funcionamiento más ruidoso del motor, mayor consumo,
generación de NOx y de humos de escape debido a que parte del combustible no se
quema correctamente, pérdida de potencia del motor, etc.
Para evitar estos problemas, la bomba inyectora debe disponer de un elemento que
actué sobre el árbol de levas de la misma y así poder sincronizar el principio de inyección
en los elementos de bombeo por medio del giro en el árbol de levas un cierto ángulo que
puede variar hasta 8º. Este elemento es el variador de avance, que se encarga de
adelantar el momento de la inyección a medida que aumenta el régimen de giro del
motor.
Figura 33. Elementos de un variador de avance, (Robert Bosch GmbH)

54
4.8.1 Principio de funcionamiento
(Figura 34)
El regulador está formado por un plato acoplado al árbol de levas de la bomba por
medio del manguito roscado (plato de acoplamiento). En este plato y sobre los pernos van
situados los contrapesos o masas centrifugas en cuyos rebajes de forma circular se acopla
la brida de mando, formada por los salientes de acoplamiento en los contrapesos y las
garras de arrastre, a través de las cuales la bomba recibe el movimiento del motor.
La posición y regulación de los salientes, con respecto a las masas centrífugas, se realiza
por medio de unos muelles y unas arandelas de reglaje, que unen los salientes con los
pernos del plato de acoplamiento, alojándose en los huecos del saliente. El conjunto va
cerrado por medio de la cápsula soporte y la tapa.
Cuando el motor aumenta su velocidad, los contrapesos, por efecto de la fuerza
centrífuga, tienden a desplazarse hacia el exterior, empujando a los salientes de la brida
de mando, que se desplazan comprimiendo a los muelles y disminuyendo, por tanto, el
ángulo de acoplamiento en la brida de arrastre. Como esta brida no puede adelantarse ni
retrasarse por estar unida a la transmisión del motor, son los pernos los que se desplazan
en el sentido de avance de la bomba. Con ello arrastran el plato de acoplamiento con el
árbol de levas y, por tanto, logran un adelanto de las levas del mismo.
De esta forma, la fuerza centrífuga de los contrapesos actúa en contra de la forma de
los muelles, pero en el sentido de rotación de los pernos de la brida de acoplamiento, de
modo que esta brida (y por tanto el árbol de levas) se adelanta a la brida de mando en
proporción al número de revoluciones del motor. Con ello se adelanta el comienzo de la
inyección en la bomba.
El ángulo de avance a la inyección varía entre un máximo y un mínimo según el
desplazamiento de los contrapesos, limitado por medio del rebaje o guía circular de los
mismos, de forma que el desplazamiento de las masas es relativamente grande para un
pequeño valor de fuerza centrífuga y se reduce a medida que la fuerza centrífuga
aumenta; es decir, que el desplazamiento es mayor para un número de revoluciones bajo
y se reduce a medida que el número de revoluciones aumenta.
De esta forma se obtiene la fuerza suficiente para la variación angular, incluso con
reducido número de revoluciones. Cuando existe una gran fuerza centrífuga, para la
variación angular basta un recorrido más pequeño de las masas, ya que la fuerza
centrífuga aumenta con el cuadrado de la velocidad.
El reglaje o variación del ángulo de avance se efectúa poniendo o quitando arandelas
entre el muelle y su asiento del saliente, con lo cual se consigue dar mayor o menor
presión al muelle y, por tanto, favorecer o no la acción de los contrapesos sobre el
mecanismo de arrastre.

55
Figura 34. Principio de funcionamiento de un regulador de avance, (Robert Bosch GmbH)
Figura 35. Funcionamiento de un variador de avance, (Robert Bosch GmbH)

56
4.8.2 Variador de avance de excéntrica
Este tipo de regulador puede estar contenido en una estructura abierta o cerrada.
Normalmente va montado sobre el árbol de levas de la bomba de inyección, pero también
es posible su instalación sobre un eje intermedio. Para su lubricación el variador de avance
cerrado va provisto de una carga de aceite suficiente para engrasarlo durante toda su vida
útil. El variador de avance abierto se lubrica directamente por conexión al circuito del
aceite lubricante del motor.
Constitución
(Figura 36)
El cuerpo del variador de avance de excéntrica de tipo abierto está unido a una rueda
dentada mediante una rosca. Dentro del cuerpo van alojados, de forma que puedan girar,
el disco de reglaje con el buje así como las excéntricas de ajuste y de compensación. Estas
dos excéntricas son conducidas por un bulón fijado firmemente en el cuerpo. Los bulones
de los contrapesos se insertan en el orificio de la excéntrica de ajuste. En los contrapesos
van dispuestos por parejas los muelles de presión, que también son guiados por un bulón.
Los contrapesos están asegurados contra un posible desplazamiento axial.
Figura 36. Estructura interna de un variador de avance de excentrica, (Robert
Bosch GmbH)

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