Bujías incandescentes cilíndricas autorreguladas

Técnica de encendido Tecnología de arranque Electrónica Técnica de sensores
en frío para diesel
Todo sobre bujías
incandescentes
Información
técnica
no. 04
A BorgWarner
Business
2
Índice
El motor Diesel
Funcionamiento
Arranque en frío
Sistemas de inyección
Bujías incandescentes cilíndricas autorreguladas
Exigencias que debe cumplir una bujía incandescente moderna
Estructura y funcionamiento
Bujías incandescentes cilíndricas de incandescencia posterior (GN)
3
3
3
4
5
5
6
7/8
El sistema de arranque instantáneo ISS de BERU (ISS) 9
Concepto de sistema
Control electrónico
9
9
Desarrollos para los vehículos del futuro
10
Calidad BERU
11
Construcciones baratas – a ellas debería renunciar
12
Causas de fallos de bujías incandescentes cilíndricas
13
Consejos para el taller
14
Comprobador de bujías incandescentes: Comprobar sin desmontar la bujía
De este modo arranca de nuevo con rapidez y seguridad el Diesel
Pares de apriete
Escariador BERU: Para un rápido y seguro taladro en la culata
14
14
15
15
3
El motor Diesel
Funcionamiento
Los motores Diesel son de ignición instantánea, lo que significa:
el combustible inyectado se enciende, sin que sea necesaria
una chispa de encendido. La activación del ciclo de trabajo se
efectúa en tres pasos:
1. En primer lugar se aspira aire puro.
2. Este aire se comprime a 30–55 bar – al hacerlo se calienta
a 700–900 °C.
3. El combustible Diesel se inyecta en la cámara de combustión.
Debido a la elevada temperatura del aire comprimido se
activa la ignición instantánea, la presión interior se
incrementa y el motor aporta su trabajo.
En comparación con los motores gasolina, los modelos de ignición
instantánea requieren sistemas de inyección y formas constructivas de motores más laboriosas y costosas. Los primeros motores Diesel no fueron motores particularmente confortables y
silenciosos. Debido al duro proceso de combustión eran muy
ruidosos cuando estaban fríos. Estaban caracterizados por una
elevada relación peso/potencia, una potencia reducida por litro
de cilindrada así como por un peor comportamiento a la aceleración.
Gracias al constante perfeccionamiento de la técnica de inyección
de bujías incandescentes se pudieron eliminar todas estas desventajas. Actualmente el Diesel rige como fuente de propulsión
de igual o mayor calidad.
Arranque en frío
Por arranque en frío se entienden todos aquellos procesos de
arranque en los que el motor y los medios no presenten una
temperatura de servicio. Cuánto más baja sea la temperatura,
peores serán las condiciones para lograr un encendido rápido y
una combustión completa y respetuosa con el medio ambiente.
Para que en caso de temperaturas muy bajas, el arranque no sea
inadmisiblemente largo o incluso imposible, se aplican medios
auxiliares para el soporte del arranque en frío. Éstas compensan
las condiciones eventualmente inapropiadas para el arranque e
inician el encendido a tiempo y uniformemente para lograr una
combustión estable.
Un componente de la asistencia al arranque en frío es la bujía
incandescente. Mediante la energía calorífica generada eléctricamente y recolectada en la cámara de combustión, la bujía
crea las condiciones necesarias para la ignición del combustible
inyectado. Dicha bujía resulta imprescindible como medio auxiliar
de arranque en los motores con cámara de combustión dividida
para garantizar el arranque también dentro del rango de temperatura existente a menudo de 10 – 30 ºC. Debido al notable
empeoramiento de la calidad del arranque por debajo del punto
de congelación, la bujía incandescente se emplea como medio
auxiliar de arranque en frío también en el caso de los motores
diesel de inyección directa.
4
El motor Diesel
Sistemas de inyección
Según el diseño y la disposición de la cámara de combustión se diferencia en
estos motores Diesel entre los siguientes sistemas de inyección:
1. Sistema de antecámara
2. Procedimiento de cámara de turbulencia
3. Inyección directa
En todos los sistemas son necesarias bujías incandescentes para que pueda
evaporar el combustible inyectado y se pueda encender la mezcla de
combustible y aire en la superficie caliente de la bujía.
SISTEMA DE ANTECÁMARA
La cámara de combustión esta dividida en dos en este sistema: En una antecámara y en la cámara de combustión principal. Éstas están unidas entre sí a
través de varios taladros (canales de detonación). Durante el tiempo de compresión se prensa una parte del aire comprimido en la antecámara. Poco antes
de alcanzar el tiempo muerto superior se inyecta combustible por medio de
una tobera directamente en la antecámara del pistón correspondiente. Allí
tiene lugar la combustión parcial del combustible inyectado. Las altas temperaturas producidas se encargan de un aumento rápido de la presión. Por ello, se
sopla todo el contenido de la antecámara a través de los canales de detonación
a la cámara de combustión principal, donde tiene lugar la propia combustión.
1
3
2
5
PROCEDIMIENTO DE CÁMARA DE TURBULENCIA
La cámara de turbulencia de forma cónica está dispuesta separada de la cámara
de combustión principal en la culata. La cámara de combustión principal y la
cámara de turbulencia están unidas entre sí por un canal de detonación con un
diámetro grande. El canal de detonación produce en la cámara de turbulencia
durante el tiempo de compresión una rotación intensa del aire aspirado. En esta
turbulencia de aire se inyecta el combustible Diesel. La combustión comienza en
la cámara de turbulencia y accede entonces a la cámara de combustión principal.
Durante la marcha, la temperatura del aire comprimido para la ignición instantánea es suficientemente elevada. Sin embargo, para arrancar el motor, ésta ya
no es suficiente especialmente con bajas temperaturas exteriores.
INYECCIÓN DIRECTA
En la inyección directa de combustible Diesel (distribución de aire y combustible)
dicho combustible se inyecta para su pulverización con alta presión a través de
una tobera de múltiples agujeros en el aire aspirado altamente comprimido,
transportándose la generación de mezcla mediante el correspondiente diseño del
fondo del pistón. El aire aspirado frío se calienta muy rápidamente durante el
arranque por la elevada presión de compresión. La varilla calefactora se eleva,
entrando en la cámara de combustión principal. En principio, la función de la
bujía incandescente es la misma en los motores de inyección directa y en los
motores con cámara de combustión: supone un medio auxiliar de ignición para
el arranque. En una bujía incandescente cilíndrica moderna, la varilla calefactora
alcanza una temperatura de más de 1.000 °C en pocos segundos.
En el arranque en frío, por norma general rige lo siguiente: El aire aspirado
conduce a unas temperaturas bajas al final de la compresión. Sin embargo, es
aún más serio el bajo número de revoluciones al arrancar. Debido al largo tiempo
de retención de la carga, las pérdidas de presión y temperatura son mucho más
altas que, p. ej., en el caso de revoluciones elevadas en régimen sin carga.
1
2
4
5
2
1
5
1
2
3
4
5
|
|
|
|
|
Tobera de inyección
Bujía incandescente cilíndrica
Antecámara
Cámara de turbulencia
Cámara de combustión
5
Bujías incandescentes cilíndricas autorreguladas
Exigencias que debe cumplir una bujía incandescente moderna
TIEMPO DE CALENTAMIENTO CORTO
Las bujías incandescentes deben proporcionar una temperatura elevada
en el menor tiempo posible para que contribuya como ayuda al encendido, y mantener dicha temperatura con independencia de cuáles sean
las condiciones del entorno o incluso adaptar la temperatura en función
de esas condiciones.
MENOR NECESIDAD DE ESPACIO
Hasta ahora los motores diesel de coches de turismo trabajaban
preferentemente como motores de inyección directa con 2 válvulas y
ofrecen así el suficiente espacio para toberas de encendido y bujías
incandescentes. Sin embargo, en los motores diesel modernos con una
tubería de combustible común o con un sistema de inyección directa
bomba-tobera y 4 válvulas, el espacio está muy limitado. Es decir: se
debe minimizar el espacio empleado para la bujía incandescente, lo
que hace que su forma sea muy fina y larga. En la actualidad, se usan
unas bujías incandescentes BERU con un tubo incandescente cuyo
diámetro se ha reducido a 3 mm.
ADAPTACIÓN EXACTA A LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN
Lo ideal es que la varilla incandescente esté colocada justo al borde de la
turbulencia de la mezcla (pero debe alcanzar lo suficiente como para
introducirse en la cámara de combustión o en la antecámara). Sólo así
logrará la varilla llevar el calor allí donde sea necesario. La varilla no debe
penetrar demasiado en la cámara de combustión ya que, de hacerlo, se
obstaculizaría el tratamiento del combustible inyectado y, con ello, la
formación de una mezcla inflamable de combustible y aire. Como
consecuencia de esto, aumentarían las emisiones de gases de escape.
SUFICIENTE VOLUMEN DE INCANDESCENCIA
Además de las bujías incandescentes, el sistema de inyección también
desempeña un papel especial en el arranque en frío del motor. Sólo un
sistema con un momento de inyección, un caudal de inyección y una
generación de la mezcla optimizados, además de la correcta posición y
generación de temperatura de la bujía incandescente, permite efectuar un
buen arranque en frío. Después del arranque del motor, la circulación más
intensa del aire en la cámara de combustión tampoco debe "enfriar la
bujía incandescente soplándola". En particular, en el caso de los motores
con antecámara y con cámara de turbulencia, predominan unas velocidades del aire muy altas en la punta de la bujía incandescente. En estas
circunstancias, la bujía sólo funciona si posee suficientes reservas; es decir,
si dispone de un volumen de incandescencia lo suficientemente grande
como para poder transmitir el calor a la zona enfriada por la circulación
del aire.
Las bujías incandescentes desarrolladas por BERU cumplen óptimamente
todas estas exigencias. Los ingenieros de BERU colaboran estrechamente
con la industria del automóvil desde el propio diseño de los motores. El
resultado: arranque frío para diesel entre dos y cinco segundos y que cuida
el medio ambiente entre 2 y 5 segundos (incluso más corto en combinación con el sistema de arranque instantáneo), arranque seguro hasta –30 °C,
arranque silencioso y preservador del motor, hasta un 40 % menos de
emisión de hollín en la fase de marcha en caliente en las bujías de incandescencia de poscalentamiento (más información a partir de la página 7).
6
Bujías incandescentes cilíndricas autorreguladas
Estructura y funcionamiento
Esencialmente, la bujía incandescente cilíndrica de BERU se compone del
cuerpo de la bujía, la varilla de caldeo con una espiral calentadora y otra de
regulación, y el perno de conexión. La varilla incandescente resistente a la
corrosión está montada a presión en la carcasa de manera que sea impermeable
a los gases. Además, la bujía está estanqueizada por medio de una junta
tórica o una pieza de plástico colocada en la pieza de conexión. La bujía
incandescente toma la energía eléctrica de la batería. Del control se hace
cargo una unidad electrónica de control.
ESPIRAL CALENTADORA Y DE REGULACIÓN
El principio básico de una bujía incandescente cilíndrica moderna es la combinación de una espiral calefactora y una espiral de regulación conectadas a un
elemento de resistivo. La espiral calentadora está hecha de un material resistente
a las temperaturas elevadas cuya resistencia eléctrica no depende prácticamente
de la temperatura. Dicha espiral forma, junto con la parte anterior de la varilla
incandescente, la zona de calentamiento. La espiral de regulación está fijada al
perno de conexión conductor de corriente y su resistencia presenta un alto
coeficiente de temperatura.
Perno de conexión
Cuerpo de la bujía
Junta tórica
Disco aislante
Tuerca cilíndrica
Toda la espiral está "envuelta" en un polvo cerámico compacto y aislante eléctrico, que es un buen conductor del calor. Dicho polvo se compacta hasta tal punto
durante el proceso de compactación mecánico que la espiral queda asentada
como si se le hubiera echado cemento. De esa manera, queda tan estable que los
finos alambres de la espiral de caldeo y la espiral de regulación presentan una
resistencia permanente a todas las vibraciones. Aunque las espiras individuales
estén dispuestas a tan sólo una décima parte de un milímetro de distancia entre
sí, no se puede producir un cortocircuito entre espiras (y, por supuesto, tampoco
un cortocircuito con el tubo incandescente, cosa que estropearía la bujía).
Gracias a los distintos materiales, longitudes, diámetros y espesores de alambre
de las espirales de caldeo y regulación, se pueden modificar y adaptar a los
requisitos del tipo de motor que corresponda los tiempos de calentamiento y las
temperaturas de incandescencia.
FUNCIONAMIENTO
Al principio de la incandescencia previa, una corriente fuerte fluye a través del
perno de conexión y de la espiral calentadora hasta la espiral de regulación. Ésta
se calienta rápidamente y produce la incandescencia en la zona de calentamiento.
La incandescencia se expande velozmente; transcurridos entre 2 y 5 segundos, la
varilla calefactora entra en incandescencia hasta prácticamente el cuerpo de la
bujía. De ese modo, la temperatura de la espiral de regulación, que ya había sido
calentada por la corriente, aumenta aún más. Como consecuencia, aumenta su
resistencia eléctrica y la corriente se reduce de tal modo que la varilla incandescente no pueda resultar dañada. De este modo queda excluida la posibilidad de
un sobrecalentamiento de la bujía incandescente.
Si no se efectúa ningún arranque, la unidad de control del tiempo de incandescencia apaga la bujía incandescente una vez transcurrido un determinado tiempo
de disponibilidad.
En las bujías incandescentes de BERU se utiliza una aleación cuya resistencia
aumenta por encima de la temperatura. De esa manera, se puede disponer la
espiral de regulación de forma que al principio deje circular hacia la espiral
calentadora una corriente mayor que al alcanzar la temperatura teórica. Así, la
temperatura de arranque se alcanza más rápidamente y se mantiene en el rango
admisible gracias a la intensa regulación.
Junta
Rosca de tornillo
Paso anular
Tubo incandescente
Espiral de regulación
Revestimiento
aislante
Espiral calentadora
Estructura de una bujía incandescente
cilíndrica autorregulada de calentamiento rápido.
7
Bujías incandescentes cilíndricas autorreguladas
Bujías incandescentes cilíndricas de
incandescencia posterior (GN)
La mayoría de vehículos antiguos están dotados de bujías incandescentes que sólo entran en incandescencia antes y durante la
fase de arranque. Dichas bujías se reconocen por la abreviatura
"GV". Por lo general, los modernos coches de turismo con motores
diesel salen de la cadena de producción con bujías incandescentes
GN. Están equipadas con el innovador sistema de incandescencia
de tres fases. Es decir, entran en incandescencia
I
I
I
I
antes del arranque,
durante la fase de arranque,
después del arranque y
durante el funcionamiento del motor (en régimen de empuje).
FUNCIÓN
La incandescencia previa controlada electrónicamente comienza
al accionar el interruptor de arranque de la cerradura del
encendido y, con unas temperaturas ambiente normales, dura
entre 2 y 5 segundos hasta que se está dispuesto para el
arranque. El tiempo de incandescencia posterior es de hasta
3 minutos después del arranque del motor para minimizar la
emisión de sustancias nocivas y ruidos.
El estado de servicio del motor se registra, p. ej. a través de la
medición de la temperatura del agua de refrigeración. El proceso de incandescencia posterior dura hasta que la temperatura
del agua de refrigeración haya alcanzado 70 °C, o cuando
detiene tras un tiempo depositado en el campo característico.
Si la temperatura del agua de refrigeración ya se encuentra
antes del arranque más allá de 70 °C, no se realiza la incandescencia posterior en la mayoría de los casos.
PROTECCIÓN CONTRA EL SOBRECALENTAMIENTO
Las bujías incandescentes cilíndricas autorreguladas se autoprotegen frente a sobrecalentamientos limitando la corriente
a medida que aumenta la temperatura. Sin embargo, cuando el
motor está en marcha la tensión aumenta tanto que las bujías
incandescentes que no hayan sido concebidas para la más
moderna tecnología se funden. Además, las bujías que consumen corriente después del arranque están sometidas a elevadas
temperaturas de combustión y, por tanto, se calientan por dentro y por fuera. Las bujías incandescentes cilíndricas de BERU,
que admiten la incandescencia posterior, siguen funcionando
correctamente cuando el generador alcanza la tensión plena.
Aunque su temperatura aumenta rápidamente, una nueva
espiral de regulación se encarga de regularla a una temperatura
de calentamiento inferior a la de las bujías que no admiten la
incandescencia a posteriori.
Importante: En un sistema de incandescencia concebido para
bujías incandescentes tipo GN sólo se puede instalar ese tipo
de bujías. Las bujías incandescentes tipo GV se podrían deteriorar al cabo de un breve tiempo.
La técnica de incandescencia de 3 fases.
T (° C)
1.000
850
Fase 1
Fase 2
Incandescen Incandescenc
cia previa
ia inicial
2-7 Sek.
2 Sek.
Fase 3
Incandescencia posteriorca.
aprox. 180 seg.
Alternador de
corriente
trifásica
Batería
Dispositivo
de arranque
Piloto de
ontrol
Interruptor de
arranque de la
cerradura del
encendido
Unidad de
control de la
electrónica
Principio de conexión de un sistema de
incandescencia posterior dotado de
cuatro bujías incandescentes cilíndricas
de calentamiento rápido conectadas en
paralelo y un sensor de temperatura.
8
Bujías incandescentes cilíndricas autorreguladas
ARRANQUE RÁPIDO EN 2 SEGUNDOS
Con la bujía incandescente GN de BERU que admite la incandescencia posterior se ha logrado acortar el tiempo de incandescencia a 2 - 5 segundos. Para conseguirlo, los constructores han
reducido el diámetro del extremo anterior de la varilla calefactora.
De ese modo, en esa zona la varilla calefactora comienza su
incandescencia muy rápidamente. Con una temperatura de 0 °C,
sólo se tarda 2 segundos hasta que se da el arranque. Con temperaturas más bajas, el sistema se adapta mediante el dispositivo de
regulación del tiempo de incandescencia y aumenta dicho tiempo:
a –5 °C aprox. 5 segundos y a –10 °C alrededor de 7 segundos.
DISMINUCIÓN DEL HUMO BLANCO - AZUL
Hasta que se alcanza la temperatura ideal de encendido, sale por el
tubo de escape el denominado humo blanco o azul. Esta formación
de humo se debe a la combustión incompleta del combustible
como consecuencia de una temperatura de encendido demasiado
baja. La incandescencia posterior permite completar la combustión
del carburante diesel en la fase de marcha en caliente. Con ello, se
reduce de la emisión a la atmósfera de gas de combustión en hasta
un 40 %.
Cantidad de hollín en el papel filtrante
tres minutos después del arranque en
frío. Con la incandescencia posterior
(derecha), la cantidad de hollín en aprox.
Un 40 % menor que sin.
ELIMINACIÓN DE LOS GOLPETEOS DEL ARRANQUE EN FRÍO
El golpeteo de arranque en frío con carburante diesel se debe
al gran retardo que el encendido presenta cuando el motor está
frío. El combustible se enciende bruscamente y el motor da
golpes. Las bujías incandescentes GN hacen que el motor alcance
la temperatura de servicio más rápido mediante la incandescencia
previa y posterior. Esto protege al motor, permite que éste marche más silenciosamente y evita los ruidosos golpeteos. Además,
el combustible se quema de manera uniforme y completa. De
ese modo, se libera más energía y la temperatura de la cámara
de combustión aumenta más rápidamente.
Características técnicas de la bujía incandescente GN
I
I
I
I
I
I
I
I
Bujía incandescente de arranque rápido con una nueva forma más estilizada.
Corto tiempo de incandescencia previa: sólo aprox. 2—7 segundos
Arranque seguro (incluso a –30 °C)
Respetuosa con el medio ambiente: 40 % menos de emisiones de sustancias nocivas
en la fase de marcha en caliente
No hay golpeteo
Funcionamiento del motor más silencioso
Arranque suave del motor
Para vehículos con una tensión de servicio de hasta 14,5 V
9
El sistema de arranque instantáneo ISS de BERU (ISS)
El gran desafío fue permitir a los vehículos Diesel también un arranque
rápido como el motor gasolina. La solución de los ingenieros de BERU: el
sistema de arranque instantáneo ISS.
Concepto de sistema
El sistema ISS de BERU consta de una unidad electrónica de control de
bujías incandescentes y de bujías incandescentes optimizadas con un
tiempo de calentamiento reducido de 2 segundos, como máximo, frente
a los 5 segundos de una bujía incandescente estándar (SR). Es notable
el descenso en el consumo de energía que las bujías incandescentes
presentan tanto en la fase de calentamiento como en la fase de régimen constante.
En la unidad de control, se utilizan como conmutadores para controlar
las bujías incandescentes unos semiconductores de potencia que sustituyen a los relés electromecánicos que se empleaban antes. En comparación con la bujía incandescente convencional autorregulada, la combinación de espirales en el caso de la bujía incandescente optimizada del
ISS se ha recortado notablemente y el área de incandescencia se ha
reducido a aproximadamente un tercio. En el caso de los motores de
inyección directa, esto corresponde a la parte de la varilla calefactora
que sobresale en la cámara de combustión.
Estructura interna de la bujía incandescente estándar autorregulada SR
(izquierda) y bujía incandescente optimizada del SSl (derecha).
Control electrónico
Esta bujía incandescente se enfría estando el motor en marcha a través
del cambio de carga y de la circulación de aire en la fase de compresión.
La temperatura de la bujía incandescente se reduce a medida que
aumenta el número de revoluciones siendo la tensión de la bujía y el
caudal de inyección constantes, y crece a medida que el caudal de inyección aumenta y la tensión de la bujía y el número de revoluciones es
constante. Estos efectos se pueden compensar a través de la unidad
electrónica de control: las bujías incandescentes siempre reciben la tensión efectiva óptima para cada punto de funcionamiento. De ese modo,
la temperatura de las bujías incandescentes se puede controlar en función de las condiciones de funcionamiento. Además, el uso combinado
de una bujía incandescente de bajo voltaje y la unidad electrónica de
control sirve para calentar la bujía de manera excepcionalmente rápida.
Esto es así porque la tensión de a bordo íntegra se transmite a la bujía
incandescente durante un espacio de tiempo previamente definido y
sólo entonces puede funcionar sincronizadamente a la tensión efectiva
necesaria. El tiempo previo de incadescencia se reduce así para alcanzar
las temperaturas más altas en un máximo de 2 segundos. El grado de
eficiencia del sistema es tan elevado que apenas se toma de la red de a
bordo más potencia de la que precisa la bujía incandescente. Puesto
que con el ISS cada una de las bujías incandescentes es controlada por
medio de un semiconductor de potencia independiente, es posible vigilar la corriente en cada circuito de incandescencia por separado. De esa
manera, se puede obtener un diagnóstico individualizado en cada bujía.
Sistema de incandescencia ISS controlado electrónicamente: unidad de control y bujías incandescentes.
El sistema de arranque instantáneo de
BERU permite un “arranque rápido del
motor Otto“ del modelo de ignición
instantánea.
Características técnicas del ISS
I
I
I
I
I
Arranque seguro incluso a temperaturas de –30 °C
Tiempo de calentamiento extremadamente rápido:
en 2 segundos se alcanzan los 1.000 °C
Menor demanda de potencia (especialmente
importante en motores con 8 o más cilindros)
Mayor seguridad de funcionamiento
Temperatura controlable para incandescencia
previa, posterior e intermedia
I
I
I
I
I
Numerosas funciones de diagnóstico
Ralentí estable inmediato y carga de cálculo
limpia
Emisión de sustancias nocivas minimizada
(cumple la norma EURO IV)
Especialmente concebido para motores
Diesel con inyección directa
Apto para diagnóstico de a bordo
10
BERU – líder de innovaciones con la PSG – bujía
incandescente con sensor de presión
Reconocer tendencias prematuramente, desarrollar productos de
alto rendimiento conjuntamente con nuestros clientes y producir
de modo eficiente éstas son nuestras fuerzas.
BUJÍA INCANDESCENTE CON SENSOR DE PRESIÓN
INTELIGENTE
Las nuevas leyes de gases de escape más estrictas en Europa y en
EE.UU reducirán los valores admisibles de emisiones de gases de
escape de los motores Diesel. Los valores límite para las emisiones de
NOx y partículas relevantes para el motor Diesel estarán en el futuro
hasta un 90 % por debajo del nivel actual. Estos estándares de emisiones no se pueden alcanzar sólo con soluciones convencionales.
Conector
Conexión de máxima intensidad
Con sistemas modernos de filtros de partículas parece accesible la
Placa de circuitos impresos con electrónica
reducción necesaria de las partículas. Para representar los objetivos
NOx, no son suficientes las medidas de tratamiento posterior
Varilla de caldeo de
bujía incandescente
conocidas actualmente. Aquí se han de mejorar considerablemente
además las emisiones del motor. Por ello, se investiga intensivamente los procedimientos de combustión alternativos como HCCI Membrana de medición
(Homogeneous Charge Compression Ignition), HCLI (Homogeneous
Cuerpo de bujía incandescente
Junta
Charge Late Injection), HPLI (Highly Premixed Late Injection) y
DCCS (Dilution Controlled Combustion System), que se caracteriLa nueva bujía incandescente inteligente
zan por sus muy bajas emisiones de NOx.
con sensor de presión PSG (Pressure
Sensor Glow Plug).
Ante estos antecedentes se lleva a cabo con mayor presión el
desarrollo de procedimientos de combustión alternativos en todos
nuestros clientes. La necesaria y muy alta exactitud de caudal de
inyección, momento de inyección y velocidades de realimentación
de los gases de escape hace necesaria una constante supervisión del
proceso de combustión. Como sensor se ofrece aquí de forma ideal
la bujía incandescente ubicada en la cámara de combustión.
Los ingenieros de desarrollo de BERU han elaborado una solución
inteligente y han integrado un sensor de presión piezoresistivo
en el calentador. Un factor de éxito importante es la estructura
mecánica de la bujía incandescente desde el punto de vista de las
temperaturas extremadamente elevadas, vibraciones y relaciones
de presión en la culata. La varilla calefactora no está como hasta
ahora prensada en el cuerpo de la bujía incandescente, sino que
está alojada elásticamente como pieza móvil, y transmite la presión sobre una membrana en la zona posterior de la bujía. Por
ello, el auténtico sensor de presión se encuentra lejos de la cámara
de combustión en una zona con unas condiciones ambientales
más favorables. La carga térmica está controlada por su excelente
diseño ya que se utiliza una varilla calefactora del sistema de
arranque instantáneo para Diesel ISS de BERU, que sólo entra en
incandescencia en la punta.
En el marco de la conferencia de ministros
de EUREKA celebrada en Ljubljana, se concedió el premio EUREKA Lillehammer Award
2008 a la bujía incandescente con sensor
de presión PSG (Pressure Sensor Glow Plug)
de BERU. EUREKA, la iniciativa europea
para investigación y desarrollo orientada
al mercado, premia cada año desde el 1994
proyectos que realizan una contribución
esencial para el cuidado persistente del
medio ambiente.
La bujía incandescente inteligente con sensor de presión - la PSG
(Pressure Sensor Glow Plug) ya se monta en Volkswagen y Opel en
primer equipo. Otros inicios en serie seguirán a corto plazo para la
última generación de motores Diesel.
Innovación inteligente: Como preludio de la
feria Automechanika 2006, un jurado profesional, independiente a los fabricantes de
Automóviles ha concedido a BERU el premio
de innovación (Automechanika Innovation
Award) por su bujía incandescente con
sensor de presión PSG.
11
Bujías incandescentes BERU:
quíntuple seguridad para la máxima calidad
1. DESARROLLADA EN ESTRTECHA COOPERACIÓN CON LOS
FABRICANTES DE AUTOMÓVILES
Como especialistas en sistemas de arranque en frío y socio de
desarrollo de la industria del automóvil, BERU no sólo está integrado desde el principio en la concepción de las bujías incandescentes, sino incluso ya en el desarrollo de nuevos motores.
Por ello, se puede adaptar exactamente la situación de montaje
de la bujía incandescente en el motor – y los ingenieros de BERU
están informados del modo más exacto de a qué parámetros se
les da especial importancia o que premisas de rendimiento tiene
que presentar la bujía a desarrollar.
2. FABRICADAS SEGUN NORMAS ISO
Las bujías incandescentes de BERU están diseñadas según la
norma ISO estándar 7578 y 6550. Éstas regulan las dimensiones
y tolerancias de la geometría, del ángulo de estanqueidad, del
ancho de llave, del diámetro de la varilla de caldeo, etc.
3. DESARROLLADA SEGÚN LOS PLIEGOS DE CONDICIONES
DE LA INDUSTRIA DEL AUTOMÓVIL
Las bujías incandescentes de BERU cumplen los pliegos de
condiciones de la industria del automóvil que se diferencian
según el fabricante de automóviles. Así, por ejemplo, se
requieren entre 10.000 y 25.000 ciclos como marcha continua.
Además, las bujías incandescentes de BERU se someten a
procesos de prueba en la cámara de frío. Adicionalmente se
comprueba la resistencia frente a influencias medioambientales, tejidos de contacto, aditivos y limpiadores de motores.
4. SOMETIDOS A PRUEBAS ESPECIALES DE BERU
Las bujías incandescentes de BERU se someten a procesos de
prueba especiales adaptadas a las exigencias prácticas en el
día a día y en el taller, por ejemplo mediante la simulación de
fuerzas de separación de la conexión de enchufe o pruebas
rápidas de sobrecarga. En estas pruebas rápidas de sobrecarga,
los comprobadores son inflexibles: incluso tras 3.000 ciclos
cada pieza a comprobar ha de funcionar todavía correctamente.
5. FABRICADA SEGÚN LOS MÉTODOS DE PRODUCCIÓN MÁS
MODERNOS
La fabricación de las modernas bujías incandescentes extremadamente largas y delgadas para motores Diesel con inyección directa
plantea especiales exigencias. El diámetro del tubo incandescente
ha de estar exactamente alineado en la cámara de combustión.
La varilla incandescente ha de penetrar en la longitud exactamente dimensionada en la cámara de combustión – sólo así
queda garantizado que por la turbulencia no se forman más
gases de escape nocivos adicionales. También ha de estar adaptado
el comportamiento de la temperatura de la bujía incandescente
exactamente al diseño de la cámara de combustión – y el consumo de corriente ha de estar exactamente a medida de la red
de a bordo existente. Sólo en las más modernas instalaciones de
producción, como las que explota BERU, se pueden fabricar estar
bujías incandescentes delgadas en la calidad exigida.
12
Construcciones baratas – a ellas debería renunciar
ASPECTO DE DOBLE ESPIRAL, PERO SÓLO TÉCNICA DE 1 ESPIRAL
Sólo una bujía incandescente de doble espiral permite conseguir el tiempo
reducido de calentamiento y la resistencia a los choques térmicos que necesitan
los fabricantes de automóviles. Como visualmente la segunda espiral no se detecta desde el exterior, algunos fabricantes no instalan la denominada espiral de
regulación. Al faltar la regulación del flujo de incandescencia, la batería soporta
al arrancar una carga excesiva y, como el calentamiento no se alcanza en el
tiempo predeterminado, el vehículo no arranca o le cuesta gran esfuerzo hacerlo.
(Véase al respecto la figura 3.)
LLENADO DE LA VARILLA DE CALDEO CON POLVO AISLANTE DE CALIDAD INFERIOR
1
16
2
15
3
14
En lugar del polvo de magnesita de compactación rápida empleado por BERU
y secado antes de la colocación, en las bujías incandescentes baratas se suele
emplear simplemente un polvo aislante poco compacto, parcialmente sucio y sin
secar. Consecuencia fatal: con la primera incandescencia, el polvo se expande
fuertemente y el tubo incandescente se infla. En ese caso, las bujías incandescentes sólo se podrán desmontar desmontando también la culata. (Véase al
respecto la figura 9.)
13
ESPIRAL CALENTADORA NO CENTRADA Y ENGARZADA EN LA ESPIGA DE CONEXIÓN
12
También aquí se muestra la calidad de producción: sólo con la más moderna
maquinaria de producción se puede centrar con precisión y apretar la espiga
de conexión. Los fabricantes dudosos solamente empujan la espiral calentadora
sobre la clavija de conexión. Sin embargo, de esa manera es imposible garantizar
la seguridad necesaria frente a posibles cortocircuitos. (Véase al respecto la
figura 5 y 13.)
4
5/6
7
11
8
17
CONTACTO DEFECTUOSO
En las bujías incandescentes de baja calidad, la posición de las pestañas de
retención de la conexión eléctrica no cumple las normas de los fabricantes de
equipos originales (OE). Aunque la conexión sí que se asemeja a la de las bujías
incandescentes originales, el contacto no encaja correctamente. Como consecuencia, no queda garantizada la conexión eléctrica a la bujía incandescente.
También se ahorra en el material de las piezas de conexión, y se hace a costa
de los contactos. (Véase al respecto la figura 16.)
10
9
TUBO INCANDESCENTE NO SOLDADO EXACTAMENTE
Muchos fabricantes baratos no poseen la técnica de producción necesaria para
efectuar un termosoldado preciso de los tubos incandescentes. La consecuencia:
finas grietas en el tubo incandescente que provocan fugas que, a su vez, pueden
producir cortocircuitos.
En qué se reconocen las bujías
incandescentes de calidad inferior
Síntoma
Peligro
1 Estanqueización sencilla
No impermeable al agua
2 Llenado con polvo de magnesio
de calidad inferior
Aislamiento deficiente, hinchamiento
del tubo incandescente
3 Es necesaria la técnica de 2 espirales,
pero sólo hay montada una espiral,
El perfil característico no corresponde
a las indicaciones del fabricante
4 Grosor de las paredes no permeable
La varilla incandescente se funde
Síntoma
Peligro
11 Punta del tubo incandescente girada, Formación de cascarilla, vida útil
Varilla calefactora demasiado fina
reducida
12 Espiral incandescente no diseñada
correctamente
Sobrecarga de la batería por un consumo
de corriente demasiado alto, por lo que
amenaza la quemadura de los contactos
de la unidad de control del tiempo de
incandescencia: así se reduce la vida útil
o se impide la función
5 Espiral oblicua en el tubo incandescente Cortocircuito
13 Espiral incandescente montada
oblicuamente
Cortocircuito
6 Varilla incandescente no centrada
por lo que no hay concentricidad:
La bujía incandescente está colocada
oblicua en la antecámara y cámara
de turbulencia
La bujía incandescente es fragmentada por el chorro de inyección y
se funde
14 El cono no es adecuado para la
culata
Problemas de estanqueidad,
culata destruida
15 Superficie sin protección superficial
Oxidación firme en el taladro
7 Varilla calefactora con finas grietas
Fusión
16 Casquillo roscado sólo insertado
8/9 Punta de la varilla calefactora llena
de polvo de magnesio sin compactar
y/o húmeda
Cortocircuito, hinchamiento de la
varilla incandescente, vida útil
reducida
Desenroscado e interrupción de la
alimentación de corriente, contacto
suelto
17 Medida de resalto no según
indicaciones del fabricante
10 Caperuza taladrada, no soldada
correctamente
Fusión
Si la medida de resalto es excesivamente larga: la bujía incandescente es
fragmentada por el chorro y se funde.
Si es demasiado corta: problemas de
arranque
13
Causas de fallos de bujías incandescentes cilíndricas
En caso de tiempo caluroso y seco arranca el Diesel aun cuando esté defectuosa una bujía incandescente y sólo se presente incandescencia previa en el resto de las bujías. Aunque el arranque se
produzca la mayoría de las veces con una emisión elevada de estancias nocivas y eventualmente
también esté unido al golpeteo, el conductor no percibe, sin embargo, conscientemente estos
signos o no los sabe indicar correctamente. La sorpresa desagradable aparece cuando el tiempo
es frío y húmedo y aparece la primera helada nocturna: La “distribución de calor”:
del motor diesel no funciona más y, en el mejor de los casos, arranca mal y con humo, probablemente ya no funciona nada. A continuación se muestran los daños típicos y se listan sus posibles
causas. En la mayoría de los casos, la ayuda de diagnóstico aquí ofrecida suele permitir subsanar
el fallo con rapidez.
VARILLA CALEFACTORA CON PLIEGUES Y ABOLLADURAS
Causas:
Interrupción de la espiral debido a
a) Funcionamiento con una tensión
excesivamente alta, por ejemplo,
debido a un dispositivo auxiliar de
arranque
b) alimentación de corriente demasiado
prolongada debido a un relé que se
atasca
c) incandescencia posterior inadmisible
estando el motor en marcha
d) uso de una bujía incandescente que
no admite la incandescencia posterior
Solución:
a) Dispositivo auxiliar de arranque sólo
con red de a bordo de 12 voltios.
b)/c) Comprobar el equipo de incandes
cencia previa, cambiar el relé
temporizador de la incandescencia.
d) Montar una bujía con incandescencia
posterior.
VARILLA CALEFACTORA FUNDIDA, REQUEMADA O PARTIDA
Causas:
Sobrecalentamiento de la varilla de
caldeo debido a
a) inicio prematuro de la inyección
b) toberas de inyección carbonizadas o
desgastadas
c) daños del motor, p. ej. por pistón
gripado, rotura de válvulas, etc.
d) toberas que gotean
e) segmentos de pistón bloqueados
Solución:
a) Ajustar exactamente el momento de
inyección.
b) Limpiar las toberas de inyección.
c) Comprobar la calidad del chorro..
PUNTA DE LA VARILLA CALEFACTORA DAÑADA
Causas:
Sobrecalentamiento de la varilla de
caldeo debido a
a) inicio prematuro de la inyección,
sobrecalentándose la varilla y la espiral
calentadora; la espiral calentadora se
vuelve frágil y se rompe.
b) Paso anular entre la carcasa de la
bujía y la varilla de caldeo cerrado;
como consecuencia la varilla de caldeo
desprende demasiado calor, la espiral
de regulación permanece fría permitiendo que la espiral calentadora sea
atravesada por demasiada corriente y
se sobrecaliente.
Solución:
a) Comprobar el sistema de inyección,
ajustar exactamente el momento de
inyección.
b) Al enroscar una bujía incandescente,
respete siempre los pares de apriete
prescritos por el fabricante.
PERNO DE CONEXIÓN RASGADO, LLAVE MACHO HEXAGONAL DAÑADA
Causas:
a) Rotura del perno de conexión: la tuerca de conexión a la corriente ha sido
apretada con un par demasiado alto.
b) Llave macho hexagonal dañada:
Utilización de una herramienta incorrecta; la bujía tiene por deformación un cortocircuito de la caja con la
tuerca cilíndrica.
Solución:
a) Apretar con la llave dinamométrica
la tuerca de conexión a la corriente.
Respetar al mismo tiempo el par de
apriete.
No aceitar ni engrasar la rosca.
b) Apretar la bujía con la llave de tubo
de par de apriete adecuada. Para ello,
respetar exactamente el par de apriete
prescrito (puede consultarse en las
prescripciones del fabricante del
vehículo).
Garantía BERU: Si no se debe
a ninguna de las causas de
fallo aquí indicadas, envíe la
bujía para su comprobación
a BERU AG, Ludwigsburg.
Si se tratara de un defecto
de material o de fabricación,
le sustituiremos naturalmente
la bujía.
14
Consejos para el taller
Comprobador de bujías incandescentes:
Comprobar sin desmontar la bujía
Mediante el comprobador rápido de bujías incandescentes, puede comprobar el
funcionamiento de las bujías incandescentes cilíndricas de 12 voltios (no de las
bujías del ISS, ya que éstas han sido concebidas para menos de 11voltios)
de manera sencilla, fiable y rápida (por separado o en conjunto y sin necesidad
de arrancar el motor). Lo que se mide es el consumo de corriente y la regulación
efectuada.
El comprobador de bujías incandescentes de BERU debe estar en cada
taller.
CONDICIONES DE COMPROBACIÓN
Refrigeración durante el proceso de incandescencia: La culata proporciona la
suficiente refrigeración a la bujía integrada. Si se desea comprobar una bujía
incandescente que se haya desmontado, se tiene que enroscar en un bloque
refrigerador o en una culata de cilindro desmontada. De ser necesario, la bujía
también se puede introducir por la llave macho hexagonal en un tornillo de
banco.
I Fuente de tensión: batería de 12 voltios o fuente de tensión continua
I
PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
1. Desatornille las conexiones de las bujías incandescentes (carril colector de
alimentación de corriente).
2. Conecte la tenaza roja del equipo de prueba al borne positivo y la tenaza
negra al borne negativo de la batería (o a los polos del condensador de tensión continua de la manera que corresponda). Fije después la tercer pinza al
perno de conexión de la bujía que va a comprobar.
3. Inicie la prueba de la bujía pulsando el botón. Si el indicador se mantiene
dentro del campo rojo, la bujía incandescente está averiada; si avanza hasta el
campo verde, la bujía funciona correctamente. La bujía averiada debe ser
sustituida. Duración de la prueba aprox. 14 segundos.
4. Comprobar la alimentación de corriente. En el caso de una bujía que funcione
correctamente, después de esa prueba de funcionamiento, es necesario
comprobar también si la alimentación de corriente presenta alguna interrupción, contactos sueltos, o posibles cortocircuitos. Sólo cuando se registre el valor
de tensión total en una bujía es señal inequívoca de que ésta funciona. Cuando
la bujía incandescente cilíndrica esté intacta, el consumo de corriente transcurridos 20 segundos está entre 8 y 15 amperios.
Nuestro consejo:
Compruebe las bujías incandescentes
cada 75.000–100.000 km con el comprobador rápido de bujías incandescentes. En caso de averías o capacidad limitada de funcionamiento, lo
mejor es sustituir inmediatamente el
juego completo de bujías.
De este modo arranca de nuevo con rapidez y seguridad el Diesel
El problema:
La causa
La solución de BERU
Arranque con humo
Formación de humo
Bujía incandescente con una sola
espiral, temperatura demasiado bajo
Colocar bujías incandescentes de BERU en tecnología de doble espiral (mediante
la espiral de caldeo y de regulación se alcanza una temperatura mayor con un
tiempo de calentamiento reducido)
Fase de arranque con golpeteo
Bujía incandescente sin efecto
regulador y sin reserva de calor
Montar bujías incandescentes BERU de incandescencia posterior para una mejor
y rápida disipación del calor
Arranque prolongado que agota la
batería
La bujía incandescente llega muy
lentamente a la temperatura, tiempo
de calentamiento excesivo
El motor funciona con dificultad
e irregularmente
Bujía incandescente con temperatura
final demasiado baja
El motor arranca sólo después de
varios intentos
Bujía incandescente averiada
El motor sólo arranca con unas
fuertes molestias por mal olor
Los valores eléctricos de la bujía
incandescente no están dimensionados
correctamente
La varilla incandescente está a punto
de fundirse o con cascarilla
El grosor de las paredes de la varilla de
caldeo es demasiado pequeño
(a menudo es el caso de bujías
incandescentes baratas)
La varilla incandescente está fundida
La tobera de inyección está averiada
Montar las bujías incandescentes GN de BERU adaptadas exactamente al motor
y al sistema de incandescencia de 3 fases (Incandescencia previa –
Incandescencia inicial – Incandescencia posterior)
Sustituir el portatoberas por el portatoberas de recambio de BERU
15
Consejos para el taller
Pares de apriete
Importante en la sustitución
de las bujías incandescentes:
¡Observar los pares de apriete!
Rosca de la bujía Par de rotura
incandescente
8 mm
9 mm
10 mm
12 mm
20 Nm
22 Nm
35 Nm
45 Nm
Rosca de la bujía Par de apriete
incandescente
M8
M9
M 10
M 12
10 Nm
12 Nm
12–18 Nm
22–25 Nm
Rosca de tuerca
de conexión
Par de apriete
M4
M5
2 Nm
3 Nm
PAR DE APRIETE DE ROTURA
Para el desmontaje de bujías incandescentes se ha de cumplir el
par de apriete de rotura.
¿QUÉ HACER CUANDO SE HA ALCANZADO EL PAR DE
APRIETE DE ROTURA?
En ningún caso se habrá de seguir enroscando, de lo contrario
podría romperse la bujía incandescente. En su lugar hay que
proceder según el programa de 3 puntos Calentar – Aflojar –
Desenroscar:
1. Calentar: Arrancar el motor hasta que esté caliente o someter a
corriente bujías incandescentes intactas con un cable separado
durante 4–5 minutos – por lo que se calienta la bujía incandescente.
2. Aflojar: Aplicar generosamente disolvente de óxido o aceite
multifunción en el elemento roscado de la bujía incandescente
y dejarlo actuar unos 5 min.
3. Desenroscar: A continuación iniciar otro intento de desenroscar
y soltar con cuidado la bujía incandescente con la herramienta
apropiada de la culata. (Al hacerlo no sobrepasar el par de
rotura máximo – véase la tabla superior. Interrumpir sin falta
antes de alcanzar el par de apriete de rotura, en caso necesario
iniciar otro intento calentándola.)
Después de desenroscar la anterior bujía incandescente deberían
limpiarse sin falta la rosca, el asiento estanco cónico y el canal de
la bujía incandescente en la culata con la correspondiente herramienta. (véase abajo).
PAR DE APRIETE
Al enroscar las nuevas bujías incandescente se ha de observar el
par de apriete prescrito para el fabricante de automóviles.
Nota: En bujías incandescentes con conexión roscada se ha de
tener en cuenta también el par de apriete de la tuerca de conexión. Especialmente tras la fusión (coquización) entre la varilla
incandescente y la culata, el taladro de la culata presenta frecuentemente residuos de la combustión o partículas de suciedad. En
culatas con rosca de 10 mm se pueden eliminar estas coquizaciones de forma sencilla y segura – con el escariador BERU (n.º de
pedido 0 890 100 003).
Inyectar aquí aceite sintético.
Estos residuos de combustión pueden
eliminarse con el escariador de BERU.
El desmontaje y el montaje de las
bujías incandescentes se deben
realizar exclusivamente con una llave
dinamométrica.
Escariador BERU:
para un rápido y seguro taladro en la culata
El escariador BERU – disuelve las
coquizaciones que se puedan producir
tras la “fusión“ entre la bujía
incandescente y la culata.
Y ASÍ FUNCIONA:
I Limpiar previamente con un trapo el taladro de la bujía
incandescente.
I Untar el escariador de BERU con grasa en la zona del filo y
enroscarlo en la culata: Los residuos de la combustión
permanecen en la grasa y se eliminan al desenroscar la
herramienta.
I A continuación se puede montar la nueva bujía incandescente
sin problemas (¡observar de nuevo el par de apriete!).
I Antes del montaje de las bujías incandescentes, aplicar grasa
GK en la zona del vástago y de la rosca.
4 014427 1 09 587
Impreso en Alemania · 4.10.09 · N.º de pedido 5 100 006 005
A BorgWarner
Business
BERU AG
Mörikestraße 155
71636 Ludwigsburg
Germany
Tel.: +49(0)7141 132 366
Fax: +49(0)7141 132 760
E-Mail: info@beru.com
www.beru.com