DOI 10.35381/cm.v8i4
Análisis
y simulación del sistema de inyección de combustible del vehículo Chevrolet
Aveo Family
Analysis and
simulation of the fuel injection system of the Chevrolet Aveo Family vehicle
Jorge Luis Cepeda-Miranda
ua.jorgecepeda@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de los Andes, Ambato, Tungurahua
Ecuador
https://orcid.org/0000-0002-6880-2515
Dennis Iván Pérez-Aldás
ia.dennisipa69@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de los Andes, Ambato, Tungurahua
Ecuador
https://orcid.org/0000-0001-7625-8858
Johann Paulo Córdova-Corella
ia.johannpcc88@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de los Andes, Ambato, Tungurahua
Ecuador
https://orcid.org/0000-0002-1493-044X
Darién Geordano Rodríguez-Vélez
ia.dariemgrv22@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de los Andes, Ambato, Tungurahua
Ecuador
https://orcid.org/0000-0002-0137-3437
Recibido: 15 de junio 2022
Revisado: 10 de agosto 2022
Aprobado: ‘15 de septiembre 2022
Publicado: 01 de octubre 2022
RESUMEN
La presente investigación tiene como objetivo analizar el
principio de funcionamiento del Sistema de Inyección de combustible del
vehículo Chevrolet Aveo Family, mediante una investigación teórica práctica,
para elaborar un sistema de gestión de mantenimiento. Del mismo modo, en el
trabajo investigativo se realizó una serie de investigaciones cuantitativas
para la elaboración de tablas y cálculos, los mismos que fueron necesarios para
identificar y valorar ciertos parámetros de criticidad. En el enfoque
cualitativo se investigó todo lo relacionado al sistema de inyección de este
vehículo en estudio, los temas que fueron tomados en cuenta para este proyecto
son los componentes del sistema de inyección, los materiales con los que se
construyen estos componentes, se realizó unos árboles de fallas, los mismos que
sirven para prevenir o identificar fallas antes de que ocurran.
Descriptores: Análisis
cuantitativo; sistema
en línea; vehículo automotor; mantenimiento, combustible gaseoso. (Tesauro
UNESCO)
ABSTRACT
The objective of this investigation is
to analyze the principle of operation of the Fuel Injection System of the
Chevrolet Aveo Family vehicle, through practical theoretical research, to
develop a maintenance management system. In the same way, in the investigative
work a series of quantitative investigations was carried out for the
elaboration of tables and calculations, the same ones that were necessary to
identify and assess certain criticality parameters. In the qualitative
approach, everything related to the injection system of this vehicle under
study was investigated, the issues that were taken into account for this
project are the components of the injection system, the materials with which
these components are built, some fault trees, the same ones that serve to
prevent or identify faults before they occur.
Descriptors: Quantitative
Analysis; online system; motor vehicle; maintenance, gaseous fuel. (UNESCO thesaurus).
A nivel mundial, la gestión de
mantenimiento es uno de los criterios más importantes a considerar de manera
urgente en los sistemas de los vehículos, puesto que los fallos inesperados de
un vehículo por averías en un componente en específico, lleva consigo pérdidas
económicas a nivel empresarial y también malestar en el ámbito personal ya sea
por la pérdida de tiempo o el simple hecho de quedarse dañado en un lugar
inhóspito. El sistema de inyección de combustible, al estar directamente
relacionado con la emisión de gases contaminantes, tiene un impacto negativo en
el medio ambiente, por lo que es necesario plantear estrategias que permitan
minimizar los efectos negativos que este produce, por medio de un correcto
mantenimiento de sus elementos constitutivos, para que cada uno de ellos cumpla
con la función asignada dentro de los estándares correctos de operatividad.
En
Ecuador los conductores tienen el mal hábito de esperar a que sus vehículos
sufran daños para ahí corregirlos, cuando pudo haber sido prevenido con
anterioridad, este es un sistema muy importante puesto que, sin él, el vehículo
simplemente no podría operar.
Este proyecto busca realizar un plan de
mantenimiento del sistema de inyección de combustible del Chevrolet Aveo
Family, en función de poder prevenir y corregir algunos desperfectos que se
pudieran generar con el paso del tiempo y el uso que se le da, dado que con un
buen plan de mantenimiento se puede reducir al mínimo los gases contaminantes
que se producen y minimizar la probabilidad de ocurrencia de un mal
funcionamiento de alguno de los componentes del sistema en estudio,
consiguiendo de esta manera que cumpla con su función asignada dentro de los
estándares correctos de operatividad.
Analizar el principio de funcionamiento del
Sistema de Inyección de combustible, mediante una investigación teórica
práctica, para elaborar un sistema de gestión de mantenimiento, y a la vez,
conocer la función de cada uno de los componentes, detallando las averías más
frecuentes que se presentan, para elaborar un plan de gestión de mantenimiento.
‘‘El sistema de inyección de combustible es
un mecanismo de alimentación en los motores de combustión interna. En el caso
de los motores de explosión o ciclo Otto, los inyectores han reemplazado al
carburador, mientras que en los vehículos con motor Diésel el sistema de
inyección se usa de forma obligatoria desde siempre, ya que el combustible se
debe inyectar en la cámara al momento de la combustión.’’
El sistema de inyección cumple con la
función de llevar el combustible desde el tanque reservorio por medio de una
bomba de gasolina hasta los cilindros, este sistema debe ser muy preciso en la
cantidad y presión de combustible que inyecta en cada cilindro, cada fabricante
tiene las especificaciones más convenientes para el buen funcionamiento de su
vehículo.
El objetivo de este sistema es tener una
mezcla estequiométrica lo más exacta posible entre el aire y el combustible,
para aprovechar una combustión total en cada cilindro, en la antigüedad este
proceso era realizado por un carburador el cual ha ido evolucionando en función
de las nuevas tecnologías, hoy en día se utiliza una inyección electrónica
moderna.
En la actualidad los motores de combustión
interna utilizan una inyección más sofisticada la cual es programada por la
Unidad de Control Electrónica (ECU) para distribuir de mejor manera el
combustible y así reducir los gases contaminantes tomando en cuenta las normas
de contaminación ambiental.
Análisis
de modos de falla, efectos y criticidad
El análisis de modos de falla, efectos y
criticidad (AMFEC) es una metodología que tiene como objetivo identificar los
modos de falla que representan un mayor riesgo, para posteriormente seleccionar
la mejor tarea de mantenimiento a utilizar, ya sea preventiva, predictiva o
correctiva. El AMFEC se emplea para la búsqueda y evaluación de escenarios que
puedan representar un impacto adverso para la planta de proceso, identificando
los escenarios de mayor riesgo y emitiendo acciones tendientes a minimizar los mismos
(Mercedes, 2011).
El objetivo del FMECA es tomar decisiones y
gestionar e implementar acciones correctivas que permitan eliminar el modo de
falla o en su defecto disminuir su porcentaje de afectación para la generación
de energía y correcto funcionamiento del motor (Miño, 2015). El AMFEC es un
método básico de análisis en el sector automotriz, que puede aplicarse a otros
sectores. Es un procedimiento de análisis de fallos en un sistema y
clasificación por gravedad, por los efectos o consecuencias de los fallos. Es
aplicable a productos y procesos, tanto en la fase de diseño, como de proceso,
montaje, comercialización y otras aéreas (Rodríguez, 2012).
El
AMFEC es una herramienta de análisis sistemático y de detalle de todos los
modos de fallo de los componentes de un sistema, que identifica su efecto sobre
el mismo. Así, componente a componente, se analiza cada modo de fallo
independientemente y se identifican sus efectos sobre otros componentes del
sistema y sobre el sistema en su conjunto (Mulet, Alberola, Chulv, Ramos, &
Bovea, 2011).
El
AMFEC es la evaluación sistemática más popular del proceso (producto) que nos
permite determinar la localización y el mecanismo de fallas potenciales, con el
objetivo 5 de prevenir fallas de proceso. El AMFEC se caracteriza por un
enfoque de abajo hacia arriba mediante el cual cualquier sistema de producción
complejo se descompone en sus partes constituyentes, que se analizan
sucesivamente para encontrar todas las posibles causas de falla y sus efectos.
El analista construye una tabla con todas las causas de fallo y realiza una
evaluación de criticidad para medir el nivel de riesgo de cada falla, en
términos de criterios tales como la probabilidad de fallo o la gravedad de la
falla misma (Braglia, Frosolini, & Montanari, 2003).
Estado del arte
El AMFEC fue desarrollado por primera
vez como metodologías formales de diseño en la década de 1960 por la industria
aeroespacial con sus evidentes requisitos de confiabilidad y seguridad. Desde
entonces, se ha utilizado ampliamente para ayudar a garantizar la seguridad y
la fiabilidad de los productos utilizados en una amplia gama de industrias, en
particular en el aeroespacial, automotriz, nuclear y las industrias biomédicas
(Gargama & Kumar, 2011).
Uno de los métodos para determinar de
forma cuantitativa la criticidad, es mediante la cuantificación del riesgo, en
este método se evalúa de manera subjetiva en lo que corresponde a la severidad
del efecto y una estimación de la probabilidad de su ocurrencia durante un
periodo determinado de tiempo propuesto para el análisis.
El método 101 de la norma americana
MIL-STD-1629A permite resaltar los modos de falla cuyos efectos son importantes
en relación a severidad, detectabilidad, mantenibilidad, seguridad. El método
102 de la MIL-STD-1629A incluye consideraciones de tasa de falla o
probabilidad, (nivel de criticidad) (Departament of Defense, United States of
America, 1980)
El AMFEC se emplea para la búsqueda y
evaluación de escenarios que puedan representar un impacto adverso para el
proceso, identificando los escenarios de mayor riesgo y emitiendo acciones
tendientes a minimizar los mismos (Mercedes, 2011).
La SVM básica está diseñada para separar
sólo dos clases entre sí, sin embargo, en muchas aplicaciones reales, se
requiere un método para tratar varias clases. Por ejemplo, en el diagnóstico de
fallas de una máquina eléctrica, existen varias clases de fallo además de un
funcionamiento saludable (Pöyhönen, Arkkio, & Hyötyniemi, 2004).
(Pöyhönen, Arkkio, & Hyötyniemi, 2004)
comparan diferentes estrategias de acoplamiento para reconstruir un
clasificador de varias clases a partir de clasificadores basados en SVM en
pares con la aplicación al diagnóstico de fallas de un motor de inducción de
jaula.
(Demetgul, 2013) utiliza la
clasificación basada máquinas de soporte vectorial para aplicar al diagnóstico
de fallas de una máquina eléctrica. Además, usan un análisis del campo
magnético numérico para proporcionar datos de medición virtuales del
funcionamiento sano y defectuoso de una máquina eléctrica. La SVM se ha aplicado
con éxito a una serie de aplicaciones que van desde la detección de rostros,
verificación y reconocimiento, detección de objetos y reconocimiento, carácter
manuscrito y reconocimiento de dígitos, detección de texto y categorización,
verificación de voz y orador, reconocimiento, predicción y así sucesivamente.
Sin embargo, son pocos los trabajos que discuten el uso de SVM en el monitoreo
y diagnóstico de la condición de la máquina.
En la supervisión de la condición de la
máquina y el problema de diagnóstico de fallos, SVM se emplea para reconocer
patrones especiales de la señal adquirida, y luego estos patrones se clasifican
de acuerdo con la ocurrencia de falla en la máquina. Debido al hecho de que es
difícil obtener suficientes muestras de fallos en la práctica, el SVM se
introduce en el diagnóstico de fallas de las máquinas debido a su alta
precisión y buena generalización para un número menor de muestras. SVM tiene el
potencial para manejar espacios de características muy grandes, porque la formación
de SVM se lleva a cabo de modo que la dimensión de los vectores clasificados no
tiene una influencia tan distinta sobre el rendimiento de SVM como lo ha hecho
en el rendimiento del clasificador convencional (Widodo & Yang, 2007).
MÉTODOS
En el trabajo investigativo se realizó una
serie de análisis e investigaciones cuantitativos en la elaboración de tablas y
cálculos, los mismos que fueron necesarios para identificar diversos valores
como la tabla de criticidad y árboles de fallas. En el enfoque cualitativo
investigamos todo lo relacionado al sistema de inyección de este vehículo en
estudio, los temas que fueron tomados en cuenta para este proyecto son los
componentes del sistema de inyección, los materiales con los que se construyen
estos componentes, y un árbol de análisis de fallas.
Modalidad
básica de la investigación
- De campo de manera Participante: Se
obtuvo datos para el desarrollo de mediciones de la presión del sistema,
estando en contacto directo con el sistema del vehículo en estudio se realizó
una estimación de la longitud de tubería con la finalidad de obtener
información.
- Bibliografía Documental: Se obtuvo
información actualizada y validada del sistema de inyección del vehículo en
cuestión a partir de fuentes secundarias como manuales, catálogos, normas, y
una investigación realizada en repositorios universitarios.
Nivel
o tipo de Investigación
- No Experimental: la investigación
consiste en la recolección de datos directamente del objeto en estudio en este
caso el sistema de inyección, sin la manipulación o alteración de las
condiciones ya existentes con la finalidad de estructurar los lineamientos para
un buen plan de mantenimiento.
- En el nivel Descriptivo se determinó las
características de los componentes del sistema de inyección del vehículo
estudiado, también se analizó los posibles fallos en sus componentes y los
tipos de mantenimiento que se le puede dar ya sea correctivo o preventivo,
dando como resultado un plan de mantenimiento.
RESULTADOS
En la presente investigación en base a los
resultados obtenidos se tiene que, a partir de un grado de Criticidad en el
programa desarrollado, se puede considerar crítico o de importancia y
dependiendo de la gravedad de los daños que puedan causarse. Una vez obtenidos
los datos con el desarrollo de la corrida experimental, proceden a establecer
la base de datos, para finalizar proceden a desarrollar un programa en el
software LabVIEW, el mismo que sirve para predecir la severidad, ocurrencia,
detección, en un determinado tiempo de muestra (Aguilar, 2017).
Se obtuvo
resultados de interés acerca del funcionamiento del sistema de inyección del
Chevrolet Aveo Family fundamentados en métodos científicos para entender su
funcionamiento y como está conformado.
Usando
investigación científica y de campo se realizó una tabla de componentes donde
se especifica cómo está formado el sistema con un claro detalle del mismo,
también se realizó tablas de criticidad para saber cuál de sus componentes o
partes son propensos a dañarse más rápido y por último se elaboró un árbol de
falla para identificar y planificar cuando se debe realizar un mantenimiento
correctivo, preventivo y predictivo en un tiempo correcto para así evitar daños
mayores en el sistema.
DISCUSIÓN
Esta investigación
dio como resultado que el sistema de inyección es más complejo de lo que parece
y está compuesto de varios componentes conectados para que funcione, es
necesario analizar cada una de las tablas para obtener estos resultados.
Con la matriz de criticidad
se consiguió ordenar los componentes y darles un valor dependiendo de su grado
de criticidad. Nos ayuda a conocer cuál de sus componentes es necesario
cambiarlo primero para evitar daños en el sistema y que componentes no
requieren un cambio inmediato. Tenemos valores críticos, semicríticos y no
críticos. En los componentes críticos tenemos que realizar un chequeo frecuente
para evitar daños que requieran una paralización inmediata del vehículo en la
carretera y dañar todo el sistema, varios ejemplos son los inyectores, tuberías
de descargas, bomba de combustible y reguladores de presión.
Los componentes
con grados semicríticos no necesitan de un mayor cuidado puesto que los daños
que presentan no son tan graves por lo que el auto no se detendría de inmediato
y los componentes con grados no críticos no afectaría al sistema, teniendo una
probabilidad de fallo muy baja como por ejemplo el filtro de aire, sensor de
temperatura de aire de admisión y los filtros de combustible.
Se realizó un
análisis modal de fallas y efectos con la finalidad de bajar el índice de
prioridad de riesgos (IPR) de algunos componentes cuyas fallas potenciales
solían ser de gravedad, al realizar los mantenimientos correctivos y
preventivos se consiguió menorar la frecuencia en la que estos componentes
puedan fallar.
Mediante el uso
de CAD se realizó un prototipo de inyector eléctrico y se lo sometió a diversas
pruebas como de temperatura y presión, el inyector es de acero por lo cual no
tuvo mayor problema, al realizar la simulación en algunas partes el estrés
causado por las cargas que soporta este inyector nos dio una tabla en la que
indica mediante el uso de colores, siendo el color rojo un indicador de los
puntos donde la pieza es más propensa a romperse y el color azul un indicador
de que no va a sufrir sobrecarga de presión ni roturas. Se corrigió para evitar
fisuras o rotura y se redujo material en ciertas partes para reducir el peso
del inyector.
Inyectores
Los inyectores
son muy importantes en los motores de combustión interna, para mejorar el
rendimiento y reducir el consumo de combustible al máximo.
Cuando un
inyector falla puede ocasionar serios daños en el motor, por eso es muy
importante realizar un mantenimiento y limpieza de inyectores lo antes posible,
cada inyector trabaja con un cilindro del motor, se inyecta combustible antes
que el aire ingrese, en este proceso la aguja del
inyector se eleva unos 0,1 mm de su asiento para que el
combustible pueda pasar sin ningún problema (Espinoza, 2014).
Inyección de
combustible electrónica multipunto se puede realizar un
control de dosis, en el que
se monitorean una variedad de parámetros para detectar el
tiempo de inyección de referencia, tales como:
• Flujo, caudal y temperatura del aire.
• Temperatura del motor.
• Régimen de giro del motor.
• Carga del motor.
• Oxígeno residual de la mezcla (sonda
lambda).
• Condiciones de funcionamiento (marcha
mínima, ralentí, en frío).
Se utilizan los sensores para determinar
modificaciones de tensión eléctrica, en función de variables físicas como la
presión y la temperatura también variables químicas como los gases
combustionados. Los sensores transmiten la información a la unidad de control
electrónica, está la procesa para luego ordenar a los actuadores.
La inyección del combustible está basada
en:
• Medir la cantidad de aire que ingresa al
motor, la mariposa es la que controla la entrada, en función de la cantidad de
aire que el motor necesite, con la finalidad de cambiar el caudal de
combustible.
• Dosificar el combustible lo más exacto
posible de acuerdo a la requerida por esta cantidad de aire, necesaria para que
la combustión sea lo más exacta posible, es decir, para que pueda ser una
mezcla estequiométrica, dentro de los límites del factor lambda.
• Completar la función de la combustión
junto con el encendido del motor.
CONCLUSIONES
Con la matriz de criticidad se identificó
cuál de los componentes tiene una mayor probabilidad de presentar un fallo y
ver la posibilidad de realizar un mantenimiento preventivo para evitar daños
futuros que comprometan a todo el sistema y que el vehículo se quede detenido.
EL
sistema de inyección y sus componentes son muy útiles puesto que contribuye al
ahorro de combustible y, por ende, mientras menos combustible se utilice,
menores serán las emisiones del vehículo pues este solo inyecta al motor la
cantidad de gasolina necesaria para las distintas revoluciones de este. Esto es
importante para el ahorro de los usuarios de vehículos.
FINANCIAMIENTO
No
monetario
AGRADECIMIENTO
A
los fiscales penales de los distintos niveles que prestan servicios en el
Ministerio Público de Lima Norte.
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