Análisis de Fallas y Mantenimiento de Inyectores de Motores Diesel Marinos

Análisis de Fallas y Mantenimiento de Inyectores de Motores Diesel Marinos

Resumen: El motor diesel es el corazón del barco, y el inyector de combustible es un componente principal del motor diesel; su estado de funcionamiento afecta directamente el rendimiento del motor. Por lo tanto, comprender y dominar las causas, características y métodos de eliminación de las fallas del inyector es muy importante.

Palabras clave: Inyector; Características Estructurales; Inspección; Ajuste
Código CLC: TK42 Código de Documento: A ID del Artículo: 1672-3791(2012)04(c)-0107-01

1. Función y Requisitos del Inyector

La función del inyector es atomizar el combustible de alta presión suministrado por la bomba de inyección en un momento específico en finas partículas de combustible, inyectarlas en el cilindro y distribuirlas en toda la cámara de combustión para mezclarse bien con el aire y formar una mezcla combustible. Cuando el inyector de combustible no funciona bien, causará dificultades para arrancar el motor diesel, humo negro durante el funcionamiento, una disminución en la potencia y la economía, y una rotación inestable. Pueden ocurrir fenómenos como ruido anormal, "golpeteo del cilindro" e incluso paradas del motor.

Los motores diesel marinos tienen requisitos muy estrictos para los inyectores. Debe haber una cierta presión de inyección, distancia de inyección (es decir, alcance) y un cierto ángulo de cono de inyección. La calidad del rociado debe ser buena, las partículas de aceite inyectadas deben ser finas y uniformes, y deben poder distribuirse por toda la cámara de combustión. También debe ser consistente con la bomba de inyección de combustible para asegurar que la inyección comience y termine de manera nítida.

2. Tipos y Características Estructurales de los Inyectores

Hay muchos tipos de inyectores. Actualmente, la mayoría de los motores diesel marinos utilizan inyectores de válvula de aguja hidráulica (también conocidos como inyectores cerrados). La situación estructural de este inyector afecta el trabajo del motor diesel, principalmente en la válvula de aguja y el cuerpo de la válvula de aguja en su parte central delantera. Los inyectores de válvula de aguja hidráulica se pueden dividir en inyectores de un solo orificio e inyectores de múltiples orificios según el número de orificios de rociado.

Los inyectores de un solo orificio tienen solo un orificio de rociado ubicado en el centro de la boquilla. El diámetro del orificio es relativamente grande, la presión de apertura es baja, la presión de inyección es relativamente baja y la calidad de atomización es pobre. Se utiliza principalmente en pequeños motores diesel de alta velocidad. Los inyectores de múltiples orificios tienen varios orificios de rociado, que pueden distribuirse uniformemente en la punta de la boquilla o en un lado de la punta. Su diámetro de orificio es relativamente pequeño, la presión durante la apertura y cierre de la válvula de aguja y el proceso de inyección es alta, y la calidad de atomización es buena. Su forma de rociado debe coincidir con la forma de la cámara de combustión. Se utiliza principalmente en motores diesel marinos de velocidad media y baja.

3. Análisis de Fallas del Inyector y Métodos de Eliminación

El inyector está ubicado en la parte superior de la cámara de combustión y está expuesto directamente a gases combustibles de alta temperatura y alta presión. La temperatura de trabajo es alta y las condiciones de trabajo son deficientes. La carga térmica y la carga mecánica a menudo causan un sellado flojo del par de la válvula de aguja, reflujo de gas e incluso la detención del trabajo. Además, si el inyector funciona bien o no afecta directamente la economía, la potencia, las emisiones y la confiabilidad del motor diesel. Por lo tanto, es necesario realizar análisis de fallas y eliminación de fallas comunes del inyector.

La principal forma de daño al inyector de combustible es el desgaste. En primer lugar, ocurre principalmente en la superficie del cono de sellado de la válvula de aguja y el asiento del cuerpo de la válvula, y la superficie de acoplamiento cilíndrica del par de la válvula de aguja; en segundo lugar, es la corrosión de la cara del extremo del cuerpo de la válvula de aguja y el agrandamiento y la pérdida de redondez del orificio de rociado. Para estos problemas en pares de precisión, las partes donde el inyector se desgasta a menudo son la superficie del cono de sellado, el orificio de rociado y la superficie de guía de la válvula de aguja y el orificio de la válvula.

(1) Desgaste del cono de la válvula de aguja y el asiento del cuerpo de la válvula: 

El desgaste es causado por el impacto del resorte del inyector y el fregado de impurezas en el diesel. El desgaste del cono de sellado hará que la superficie de contacto de la banda de sellado se ensanche, se deforme y reduzca el acabado. El resultado es el goteo del inyector, la formación de depósitos de carbón cerca del orificio de la boquilla e incluso el bloqueo del orificio. Los inyectores con goteo grave también harán sonidos de golpeteo intermitentes durante el trabajo, lo que provocará un trabajo desigual del motor diesel y humo negro en el escape. Método de eliminación: Desmonte el inyector, pegue un poco de pasta de esmerilado fino de óxido de cromo en la cabeza de la válvula de aguja para rectificar la superficie del cono, luego lávelo con diesel y finalmente colóquelo en el inyector para probar su rendimiento. Si la prueba de rendimiento falla, es necesario reemplazar el par de válvulas de aguja. En el proceso de reparación real, preste especial atención a no moler la pasta de esmerilado en el orificio de la válvula de aguja. También se puede usar pasta de dientes o aceite de motor para el mantenimiento si no hay pasta de esmerilado.

(2) Desgaste de la superficie de acoplamiento cilíndrica del par de válvulas de aguja:

 Esto es causado por impurezas contenidas en el diesel. La mayor parte del desgaste ocurre en el extremo inferior de la parte guía, lo que hace que la superficie de la parte guía de la válvula de aguja muestre finos rasguños axiales. El resultado es un aumento en el volumen de retorno de aceite del inyector, una disminución en el volumen de inyección de combustible, una disminución en la presión de inyección de combustible, un retraso en el tiempo de inyección, mala atomización y goteo, y la formación de depósitos de carbón. En este estado, el motor diesel no puede trabajar a plena carga, lo que resulta en dificultad para arrancar. Para evitar el desgaste de la superficie de guía de la válvula de aguja y el orificio de la válvula, el filtro de diesel debe mantenerse limpio y los lodos en el filtro y el tanque de aceite deben descargarse con frecuencia para evitar la intrusión de arena e impurezas y acelerar el desgaste del par de válvulas de aguja. Para válvulas de aguja severamente desgastadas, se deben reemplazar nuevos pares de válvulas de aguja a tiempo.

(3) Agrandamiento del diámetro del orificio de la boquilla causado por la corrosión de la cara del extremo del cuerpo de la válvula: 

Generalmente 0.12 mm ~ 0.8 mm. El agrandamiento del diámetro del orificio de rociado se debe al fregado a largo plazo de las impurezas arrastradas en el diesel de alta presión. Después de que el orificio de rociado se desgasta, aparecen finas marcas de ranuras axiales en la pared del orificio, el orificio de rociado se agranda y pierde su redondez, lo que hace que la presión de inyección caiga, la distancia de inyección se acorte y la atomización se deteriore. Los depósitos de carbón se acumulan dentro del orificio. Los depósitos de carbón alrededor del orificio de rociado generarán acumulación de calor, lo que no solo afecta la atomización del combustible sino que también hace que el cuerpo de la válvula de aguja se sobrecaliente y se dañe. Cuando se acumulan depósitos de carbón, se puede usar un cepillo de alambre de cobre para eliminarlos. Cuando el orificio de rociado está bloqueado, se puede usar una herramienta de orificio pasante para limpiarlo. Al limpiar el orificio, no gire violentamente ni use fuerza excesiva para evitar romper la aguja en el orificio.

Al fortalecer el análisis de fallas y la eliminación de inyectores de motores diesel marinos, la tasa de fallas de los motores diesel puede reducirse efectivamente. Las fallas del inyector conducirán directamente a un trabajo anormal del motor diesel, pero no todas las fallas del motor diesel son causadas por el inyector. Por lo tanto, el juicio de las fallas del inyector debe ser cuidadoso, y el inyector no debe desmontarse para inspección precipitadamente, dañando así su precisión de procesamiento y ensamblaje y causando pérdidas innecesarias. Además, para reducir las fallas y extender la vida útil del inyector, el trabajo de mantenimiento y conservación debe hacerse bien en tiempos normales.

4. Inspección y Ajuste de Inyectores de Motores Diesel Marinos

De acuerdo con la operación del motor diesel, se deben mantener inspecciones preventivas periódicas e inspecciones de diagnóstico irregulares en el inyector. Si se encuentra alguna irregularidad durante la inspección, se debe agregar mantenimiento y ajuste de inmediato para asegurar que el inyector siempre tenga una buena calidad de atomización. El contenido de la inspección incluye la presión de apertura, la calidad de atomización y el sellado del par de válvulas de aguja.

(1) Inspección y ajuste de la presión de apertura del inyector: 

La presión de apertura se refiere a la presión mínima de inyección requerida para que la válvula de aguja supere la fuerza de preapriete del resorte regulador de presión bajo la acción de la presión del combustible. Tiene una gran influencia en la calidad de la atomización. Por lo tanto, todos los motores diesel especifican la presión de apertura del inyector, generalmente 20MPa ~ 35MPa. La inspección de la presión de apertura consiste en fijar el inyector en el conector de la bomba de aceite de alta presión y abrir la válvula de cierre. Abra la válvula de purga del inyector, bombee aceite con la palanca manual y, cuando el aceite se desborde de la válvula de purga, ciérrela y bombee rápidamente varias veces para dejar que el diesel enjuague el orificio de rociado. Luego presione lentamente la palanca manual, y la presión cuando el combustible comienza a rociar es la presión de apertura del inyector. Si este valor no coincide con el valor especificado, se puede ajustar mediante el tornillo de ajuste hasta que sea satisfactorio.

(2) Inspección del sellado del inyector:

La inspección del sellado del inyector incluye el sellado de la superficie cilíndrica de la válvula de aguja y el cuerpo de la válvula y el sellado de la válvula de aguja y la superficie del cono del asiento de la válvula.
La inspección del sellado entre la válvula de aguja y la camisa de la válvula es observar la velocidad de caída de la presión del aceite cuando la presión del aceite aumenta ligeramente por debajo de la presión de apertura. Si excede el rango especificado, indica que el espacio entre la válvula de aguja y la camisa es demasiado grande, el sellado es deficiente y se produce una fuga de aceite.
La inspección del sellado de la superficie del cono de la válvula de aguja y el asiento también se lleva a cabo en el dispositivo de prueba anterior. En este momento, cuando la presión del aceite sube cerca de la presión de apertura del inyector, eleve lentamente la presión del aceite a una velocidad de 10 veces por minuto hasta que la boquilla rocíe aceite. Luego observe si hay goteo cerca de la boquilla. Si la boquilla está ligeramente húmeda alrededor del orificio, el sellado es bueno.

(3) Prueba de atomización del inyector:

La prueba de atomización del inyector consiste en juzgar la calidad de la atomización observando la forma y el número de los haces de aceite inyectados, la finura y uniformidad del rociado, la longitud de la distancia de rociado y el ángulo del cono, la sensibilidad del inicio y parada de la inyección, y la humedad alrededor del orificio de rociado después de que se detiene la inyección. Una buena calidad de atomización significa que la inyección cumple con los requisitos, los haces de aceite se distribuyen uniformemente sin acumulación densa local ni goteo de aceite. Cada inyección es rápida, clara y nítida de principio a fin, y hace un sonido "chirriante" nítido, sin goteo de aceite después de la inyección continua. Para inyectores con mala calidad de atomización, como un sellado deficiente de la superficie del cono de la válvula de aguja, se puede usar un poco de pasta de esmerilado o aceite de motor mixto para rectificar finamente la superficie del cono. Si se encuentra que el orificio de rociado está bloqueado, se puede remojar en diesel primero y luego dragar con una aguja de acero ligeramente más pequeña que el diámetro del orificio. Si el diámetro del orificio aumenta debido al desgaste, generalmente cuando aumenta en un 10%, se debe reemplazar un nuevo inyector.

Referencias
[1] Lu Fengming. Desmontaje y Operación de Equipos de Potencia [M]. Dalian Maritime University Press.
[2] Du Rongming. Motor Diesel Marino [M]. Dalian Maritime University Press.