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MANUAL DE TA L L E R PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO (SISTEMA COMMON RAIL)

DDGX131(E)

2001

ÍNDICE

PRINCIPIOS

1

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2

E S T R ATEGIAS DE CONTROL

3

© Delphi Diesel Systems France

Publicación N°: DDGX131(E)

200/12.01/SYNTAXE

i

A B R E V I ATURAS Y NOTACIÓN CONVENCIONAL

ABS AMF AOS ASR BVA BVM BVR CAN Cde CME CME CMI CH C2I EGR EOBD ESP FAP Vano GMV IMV MDP Bloqueo de la alimentación PPH PWM TGV THP VAN Vext

-

Sistema de frenado antibloqueo Caudal de masa de aire (Caudalímetro) Antioscilación Antideslizamiento Transmisión automática Caja de cambios manual Caja de cambios robotizada Red de área del controlador Control Par eficaz medio Conector externo del motor Conector interno del motor Conector del compartimento de pasajeros Corrección individual de los inyectores Recirculación de los gases de escape Diagnósticos a bordo para Europa Control de estabilidad Filtro de partículas El vano representa los dos dientes no mecanizados del volante del motor Conjunto del ventilador de refrigeración Válvula dosificadora de entrada (Actuador del caudal en la bomba) Impulso mínimo de actuación (impulso mínimo necesario para la inyección) Fase en que la DCU continúa en estado de atención después de cortar el encendido

-

Pre/poscalentamiento Relación cíclica de apertura (%) por impulsos Turbina de geometría variable Calentador de inmersión Red de área del vehículo Alimentación eléctrica exterior del sensor

Publicado por: Delphi Diesel Systems After-Sales 12 - 14 Boulevard de l'industrie B.P. 1044 - 41010 Blois Cedex Francia

Tel.: (33) (0) 2 54 55 39 39 Fax: (33) (0) 2 54 55 39 12

ii

ÍNDICE

1 1.1 1.2

1.3 1.4 2 2.1 2.2

2.3

2.4

2.5

3 3.1

3.2

PRINCIPIOS Disminución del ruido .....................................................................................................................................................5 Reducción de la contaminación .....................................................................................................................................5 1.2.1 Óxidos de nitrógeno (NOx)..................................................................................................................................6 1.2.2 Partículas ...............................................................................................................................................................6 1.2.3 Hidrocarburos sin quemar (HC) ..........................................................................................................................6 1.2.4 Monóxido de carbono (CO) .................................................................................................................................6 Menor consumo de combustible ...................................................................................................................................7 Mejores prestaciones ......................................................................................................................................................8 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA Composición del sistema ................................................................................................................................................9 2.1.1 Circuito hidráulico ..............................................................................................................................................10 Bomba de transferencia ................................................................................................................................................11 2.2.1 Descripción..........................................................................................................................................................11 2.2.2 Principio de funcionamiento .....................................................................................................................11 a 12 2.2.3 Características de la bomba de transferencia..................................................................................................12 Bomba de alta presión ..................................................................................................................................................13 2.3.1 Descripción..........................................................................................................................................................13 2.3.2 Principio de funcionamiento .....................................................................................................................13 a 15 2.3.3 Prestaciones de la bomba de alta presión .......................................................................................................15 El inyector.......................................................................................................................................................................16 2.4.1 Función ................................................................................................................................................................16 2.4.2 Tecnología ...........................................................................................................................................................16 2.4.3 Descripción..........................................................................................................................................................17 2.4.4 Principio de funcionamiento .....................................................................................................................17 a 18 2.4.5 Control de los inyectores...................................................................................................................................19 2.4.6 Descarga a través de los inyectores .................................................................................................................19 2.4.7 Calibración individual de los inyectores (C2I) .........................................................................................19 a 20 2.4.8 Procedimiento.....................................................................................................................................................20 La IMV .............................................................................................................................................................................21 2.5.1 Función ................................................................................................................................................................21 2.5.2 Descripción..........................................................................................................................................................21 2.5.3 Principio de funcionamiento .............................................................................................................................22 2.5.4 Características de la IMV ...................................................................................................................................22 ESTRATEGIAS DE CONTROL Control de presión .........................................................................................................................................................23 3.1.1 Demanda de presión ..........................................................................................................................................23 3.1.2 Control de presión..............................................................................................................................................23 Control de inyección......................................................................................................................................................24 3.2.1 Demanda de avance de la inyección principal ................................................................................................24 3.2.2 Demanda de avance de la inyección piloto .....................................................................................................24 3.2.3 Demanda de caudal principal ...................................................................................................................25 a 27 3.2.4 Demanda de caudal piloto.................................................................................................................................28 3.2.5 Determinación de impulsos ......................................................................................................................28 a 29 3.2.6 Estrategia de equilibrado de cilindros..............................................................................................................29 3.2.7 Estrategia del acelerómetro ......................................................................................................................29 a 31

iii

ÍNDICE

iv

PRINCIPIOS

Se ha desarrollado el sistema de inyección Common Rail a fin de conseguir: • Disminución del ruido. • Menos emisiones contaminantes. • Menor consumo de combustible. • Mejores prestaciones (en particular mayor par a bajo régimen del motor).

1.1

DISMINUCIÓN DEL RUIDO

El ruido en la combustión se debe al rápido aumento de la presión en el cilindro. En los motores diesel, la combustión no comienza inmediatamente después de inyectar el combustible en el cilindro. Inicialmente, se vaporizan pequeñas gotitas de combustible y después se forman compuestos inestables. Cuanto mayor sea el retraso entre el comienzo de la inyección y la ignición, mayor será la cantidad de combustible inyectada en el cilindro durante este período. La ignición y el aumento de presión consecuente se hacen más violentos al aumentar la cantidad disponible de combustible. Por tanto, para reducir el ruido de la combustión es necesario reducir el tiempo de ignición, que es la suma del tiempo de vaporización física y el tiempo de formación química de los compuestos inestables.

El combustible diesel se vaporiza con mayor rapidez cuando aumentan la temperatura y la presión en el cilindro. La velocidad de formación de compuestos inestables aumenta también con la temperatura y la presión en el interior del cilindro. Por tanto, para reducir el tiempo de ignición es preciso un aumento de la temperatura y de la presión en el interior del cilindro. Puede conseguirse dicho aumento mediante la inyección de una pequeña cantidad de combustible unos pocos grados antes del comienzo de la inyección principal. Esto se conoce como inyección preliminar o inyección piloto.

1.2

REDUCCIÓN DE LA CONTA M I N A C I Ó N

Las normas de control de contaminación abarcan los siguientes contaminantes: • Óxidos de nitrógeno ( N O x ). • Partículas. • Monóxido de carbono (CO). • Hidro c a r b u ros sin quemar ( H C ). (Véase 1.2 fig. nº 1)

1.2 Fig. N°1

1-5

PRINCIPIOS

1.2.1 Óxidos de nitrógeno (NOx)

1.2.3 Hidrocarburos (HC) sin quemar

Los óxidos de nitrógeno (NOx) se forman por la oxidación del nitrógeno en el aire. Esta reacción se p roduce únicamente a muy altas temperaturas (>1800ºC) cuando existe un considerable exceso de aire. Para limitar las emisiones de óxidos de nitrógeno, se utiliza un dispositivo que permite que parte de los gases de escape realimenten el aire de admisión para limitar la cantidad de aire que entra al motor. Este dispositivo, conocido como EGR o "re c i rculación de gases de escape", se controla eléctricamente para permitir un control preciso de la cantidad de gases de escape que se reintroduce en el motor. Si esta cantidad fuera demasiado pequeña no se optimizaría la eficacia del sistema; si fuera demasiado grande existiría un aumento de humos y de hollín. También pueden obtenerse menores emisiones de óxido de nitrógeno mediante un posterior tratamiento de los gases de escape en un c o n v e rtidor catalítico DENOX. El fundamento consiste en la reducción de las moléculas de NOx que se hayan formado durante la combustión para poder obtener moléculas de oxígeno por un lado, y moléculas de nitrógeno por otro. El combustible diesel actúa como un catalizador de la reducción de los NOx. Por tanto, para fomentar la reducción de los NOx en el convertidor catalítico DENOX, se inyecta una pequeña cantidad de combustible diesel inmediatamente antes de que se abra la válvula de escape. Esto se conoce como postinyección.

Los hidro c a r b u ros no quemados son la consecuencia de una falta local de oxígeno (distribución deficiente del combustible) o de la inyección del combustible sobre las partes frías de la cámara de combustión (normalmente cuando el combustible alcanza las pare d e s ). La unión de una cámara de combustión toroidal con una inyección directa hace posible obtener: • un nivel muy alto de turbulencia que garantiza una buena distribución del combustible en el interior de la cámara de combustión. Se evita de esta forma la formación de zonas de mezcla rica donde puedan quedar hidrocarburos sin quemar. • una cámara de combustión compacta cuyas p a redes estén lo suficientemente calientes para impedir la formación de hidro c a r b u ros sin quemar.

1.2.4 Monóxido de carbono CO

1.2.2 P a rt í c u l a s Como consecuencia de una deficiente atomización del combustible en el interior de la cámara de combustión se producen humo y hollín. Cuanto mayores sean las gotitas de combustible, mayor será el tiempo necesario para su vaporización. Si este tiempo se hace muy grande, el centro de la gotita no tendrá tiempo de vaporizarse. Bajo los efectos de temperaturas muy altas (>1800ºC) producidas en el interior de la cámara de combustión, las moléculas de combustible no vaporizadas se ven sometidas a cracking (fragmentación de las cadenas de hidrocarburo s ). Este fenómeno físico produce compuestos carbonosos muy duros que constituyen el hollín y otras partículas características de los motores diesel. La inyección directa a muy altas presiones permite la utilización de orificios de inyector extremadamente pequeños. Ello se traduce en tal grado de atomización que se produce una vaporización completa de las gotitas de combustible, lo que reduce en gran modo la formación de partículas y de hollín.

1-6

La presencia de monóxido de carbono en los gases de escape es consecuencia de una oxidación incompleta del carbono existente en el combustible diesel. Esta oxidación incompleta es consecuencia de la combustión que se produce, ya sea de forma generalizada, o localmente en una mezcla rica. El motor diesel funciona con un considerable exceso de aire y, por tanto, las emisiones de CO son elevadas. No obstante, es posible reducir las emisiones de CO eliminando las zonas ricas en el interior de la cámara de combustión. Para lograrlo, es preciso optimizar la a e rodinámica interna de la cámara de combustión para conseguir un alto nivel de turbulencia.

PRINCIPIOS

1.3

MENOR CONSUMO DE COMBUSTIBLE

Se obtiene una reducción del consumo de combustible mejorando el control de la combustión, esto es, adaptando el caudal, la sincronización y la presión de inyección, de a c u e rdo con las necesidades de motor a lo largo de la totalidad de su margen de funcionamiento. En comparación con los sistemas clásicos de inyección, el sistema de rampa común "Common Rail" pro p o rciona una flexibilidad de uso que permite un ajuste preciso del caudal de inyección, de su sincronización, de la velocidad de introducción y de la presión de inyección, de acuerdo con las necesidades del motor en todas las condiciones de funcionamiento. (Véase 1.3 fig. nº 1)

1.3 Fig. N°1

La inyección directa ayuda asimismo a mejorar el rendimiento del motor a causa de la reducción de las p é rdidas de calor por las paredes. (Véase 1.3 fig. nº 2)

1.3 Fig. N°2

1-7

PRINCIPIOS

1.4

MEJORES PRESTA C I O N E S

Para aumentar el par a bajo régimen, es necesario poder inyectar grandes cantidades de combustible a bajas revoluciones. La cantidad inyectada es proporcional al tiempo de inyección y a la raíz cuadrada de la presión de inyección. Por tanto, para aumentar el flujo es necesario aumentar la presión de inyección, ya que el tiempo disponible para la inyección del combustible en el cilindro es limitado. (Véase 1.4 fig. nº 1)

1.4 Fig. N°1

1-8

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.1

•

COMPOSICIÓN DEL SISTEMA

El sistema de inyección de rampa común consta de los siguientes componentes: • Una bomba de transferencia incluida en el cuerpo de la bomba de alta presión. • Una bomba de alta pre s i ó n alimentada con combustible procedente de la bomba de transferencia. Produce una alta presión en la rampa. • Un actuador de baja presión que permite controlar la cantidad de combustible enviada a la bomba de alta presión, de acuerdo con las necesidades del motor. • Una rampa que contiene una reserva presurizada de combustible. • Inyectores que introducen una cantidad precisa de combustible en la cámara de combustión en el momento requerido. • Una DCU que controla la inyección (flujo, sincronización e inyección múltiple) y la presión en la rampa de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del motor. La DCU controla también otras funciones, tales como la EGR, el precalentamiento y el acondicionamiento de aire. Por último, la DCU puede comunicarse con las otras ECU del vehículo.

Sensores que permiten conocer la información necesaria para un control exacto de la inyección: - un sensor de la presión en la rampa. - un sensor de la temperatura del combustible. - un sensor de la temperatura del aire de admisión. - un sensor de la presión en el colector de admisión. - un caudalímetro de aire(opcional). - un sensor del pedal. - un acelerómetro. - un sensor de la posición angular del volante del motor. - un sensor de la fase del árbol de levas. (Véase 2.1 fig. nº 1)

2.1 Fig. N°1

2-9

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.1.1 Circuito hidráulico

2.1 Fig. N°2

2-10

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.2

LA BOMBA DE TRANSFERENCIA

2.2.2 Principio de funcionamiento

2.2.1 Descripción La bomba de transferencia está colocada en el cuerpo de la bomba de alta presión. La bomba de transferencia es del tipo de pala volumétrica y consta de los siguientes componentes: • Un rotor movido por el eje de la bomba de alta presión. La conexión se obtiene mediante las estrías del eje. • Una camisa de revestimiento excéntrica fijada al cuerpo de la bomba de alta presión mediante 6 p e rnos To rx. La excéntrica se coloca en su sitio mediante dos pasadores descentrados para impedir erro res de montaje. • Una placa provista de dos orificios alargados. • El orificio de entrada y el orificio de salida. • C u a t ro palas dispuestas a 90º. Cada pala se mantiene apretada contra la excéntrica por la acción de los muelles correspondientes. (Véase 2.2 fig. nº 1)

Consideremos la cámara que existe entre el rotor, la excéntrica y dos palas consecutivas. (Véase 2.2 fig. nº 2). • Cuando la cámara se encuentra en la posición 1, el volumen de la cámara es mínimo. Los cambios de volumen con el ángulo de giro del rotor son pequeños. • El rotor efectúa un giro de un cuarto de vuelta en sentido de las agujas del reloj. La cámara anterior se encuentra ahora en la posición 2. El orificio de entrada está destapado. El volumen que encierra la cámara aumenta rápidamente. La presión en el interior de la cámara cae bruscamente. El combustible penetra en la cámara. • El rotor continúa girando. Ahora se encuentra en la posición 3. En este momento los orificios de entrada y de salida están cerrados. El volumen d e t e rminado por el rotor, la excéntrica y las dos palas alcanza un máximo. Los cambios de volumen con el ángulo de giro del rotor son pequeños. • El rotor continúa girando. Finalmente se encuentra en la posición 4. El orificio de salida está destapado. El volumen delimitado por el ro t o r, la excéntrica y las palas disminuye rápidamente. La presión en el interior de la cámara sube bruscamente. Se expulsa el combustible sometido a presión. La depresión producida por el giro de la bomba de transferencia es suficiente para aspirar el combustible a través del filtro. La bomba de transferencia es arrastrada por el eje de la bomba de alta presión; por tanto, la presión de transferencia aumenta con el régimen del motor.

2.2 Fig. N°1

2.2 Fig. N°2

2-11

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

Una válvula reguladora permite que se mantenga la presión de transferencia en un valor prácticamente constante (de unos 6 bares) en todo el campo de funcionamiento del motor, devolviendo parte del combustible a la entrada de la bomba. (Véase 2.2. fig. nº 3)

2.2.3 Características de la bomba de transferencia P resión de regulación: Volumen controlado: Caudal:

Capacidad de admisión:

6 bares 5,6 cm3/revolución 90 l/h a 300 rpm de la bomba. 650 l/h a 2500 rpm de la bomba. 65 mbares a 100 rpm de la bomba.

(Véase 2.2. fig. nº 4) 2.2 Fig. N°3

2.2 Fig. N°4

2-12

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.3 Fig. N°1

2.3

BOMBA DE ALTA PRESIÓN

2.3.1 Descripción La bomba de alta presión utiliza el principio de leva y émbolos radiales que ya ha demostrado su validez en las bombas rotativas DPC y EPIC. En motores que re q u i e ren un caudal elevado, la bomba tiene dos cámaras dispuestas según un ángulo de 45º. Esta disposición permite reducir los pares excesivos y las fluctuaciones de presión en la rampa. El aro de levas de cuatro lóbulos es idéntica a la de las bombas rotativas clásicas, pero puesto que la bomba ya no determina el período de inyección es posible prolongar la fase de bombeo para reducir considerablemente el par de arrastre, la vibración y el ruido. La diferencia con las bombas rotativas clásicas reside en el hecho de que ya no es el rotor del cabezal hidráulico el que gira en el interior del aro de levas, sino que es el aro de levas la que gira alrededor del cabezal hidráulico. De esta forma se eliminan todos los problemas de estanqueidad de la presión dinámica, ya que las altas presiones se forman en la parte fija de la bomba. (Véase 2.3 fig. nº 1)

2.3.2 Principio de funcionamiento a) Alimentación de la bomba La bomba de transferencia hace pasar el combustible a través del filtro. Después llega a la entrada de la bomba de alta presión a una p resión prácticamente constante que se denomina presión de transferencia.

2-13

b) •

•

•

En lo alto de la bomba de alta presión se encuentra un actuador de control de llenado. Este actuador controla la cantidad de combustible que se envía a los elementos de bombeo mediante la variación de la sección recta del paso. La DCU d e t e rmina el valor de la corriente que se envía a la bobina para obtener la sección recta de paso adecuada a fin de conseguir la presión necesaria de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del motor. Cuando desciende la demanda de presión aumenta la corriente, y al contrario. El principio de funcionamiento del bombeo Durante la fase de llenado, los rodillos están en contacto con el aro de levas gracias a muelles helicoidales montados a ambos lados de cada zapata. La presión de transferencia es suficiente para abrir la válvula de entrada y separar los émbolos de bombeo. De esta forma el espacio m u e rto entre los dos émbolos se llena de combustible. Cuando los rodillos que se encuentran opuestos diametralmente inciden en el borde de avance del aro de levas, empujan a los émbolos uno contra el otro. La presión aumenta rápidamente en el espacio comprendido entre los dos émbolos. Tan pronto como la presión se hace mayor que la presión de transferencia, la válvula de entrada se cierra.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

Cuando la presión llega a ser mayor que la que existe en el interior de la rampa, se abre la válvula de suministro. Por consiguiente, se bombea el combustible a presión en la rampa. (2.3 fig. nº 2 y 2.3 fig. nº 3)

Durante la fase de entrada, la bola de la válvula de suministro está sometida a la presión en la rampa por su cara exterior y a la presión de transferencia por su cara interior. De esta forma, la bola descansa en su asiento, asegurando la estanqueidad del cuerpo del elemento de bombeo. Cuando los dos rodillos opuestos diametralmente inciden sobre los bordes de avance del aro de levas, se fuerzan los émbolos uno contra el otro y la presión aumenta rápidamente en el cuerpo del elemento de bombeo. Cuando la presión en el elemento se hace mayor que la presión en la rampa, la bola se desequilibra y abre el paso (la calibración del muelle es despreciable en comparación con las f u e rzas de presión). En ese momento se bombea combustible a alta presión en la rampa.

2.3 Fig. N°2

2.3 Fig. N°4 2.3 Fig. N°3

c) Las válvulas de entrada y de suministro Durante la fase de entrada, la presión empuja la válvula de entrada hacia atrás. El combustible penetra en el cuerpo del elemento de bombeo. Los dos émbolos se separan por el efecto de la presión de transferencia. Cuando los rodillos inciden simultáneamente sobre el borde de avance del aro de levas, la presión aumenta repentinamente en el cuerpo del elemento de bombeo. La válvula se cierra tan pronto como la presión en el elemento de bombeo supera a la presión de transferencia. (2.3 fig. nº 4 y 2.3 fig. nº5)

2.3 Fig. N°5

2-14

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

d) Lubricación y refrigeración de la bomba La circulación del combustible pro p o rciona la lubricación y la refrigeración de la bomba. El caudal mínimo requerido para asegurar un adecuado funcionamiento de la bomba es de 50 l/h. e) S i n c ronización de la bomba Las bombas de inyección clásicas aseguran la presurización y la distribución de combustible en los distintos inyectores. Es esencial ajustar la bomba de forma que la inyección se produzca en el punto necesario del ciclo. La bomba de alta presión del sistema de rampa común ya no se utiliza para la distribución del combustible, por lo que no es necesario ajustar la bomba con relación al motor. No obstante, el ajuste o sincronización de la bomba presenta dos ventajas: • P e rmite sincronizar las variaciones de par en el árbol de levas y en la bomba para poder reducir las tensiones en la correa de distribución. • P e rmite mejorar el control de la presión mediante la sincronización de los picos de pre s i ó n producidos por la bomba con las caídas de presión ocasionadas por cada inyección. Esta s i n c ronización hace que mejore la estabilidad de la presión, lo que ayuda a reducir la diferencia de caudal entre los cilindros (alineados). Se consigue la sincronización de la bomba por medio de un pasador situado en el eje de arrastre de la bomba.

2.3.3 Prestaciones de la bomba de alta presión

2-15

a) Tiempo de aumento de la presión El tiempo requerido para conseguir una presión suficiente en la rampa que permita que el motor a rranque, depende del volumen del sistema (definición de la rampa, longitud de los conductos,...). El objetivo es conseguir una presión de 200 bares en 1,5 revoluciones (3ª compresión). (2.3 fig. nº 6) b) C u rva de máxima presión

2.3 Fig. N°6

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.4

EL INYECTOR

2.4.1 Función El inyector del sistema Common Rail se controla de forma electrónica. Se ha diseñado el inyector para: • P e rmitir muchas inyecciones con pequeños intervalos entre cada una de ellas. • Controlarlo de forma totalmente electrónica. • Desprender poca cantidad de calor.

2.4.2 Tecnología Las presiones máximas de inyección son de 1600 bares aproximadamente. Por tanto, las fuerzas que deben vencerse para poder levantar la aguja del inyector son muy grandes. Por consiguiente, es imposible controlar de forma directa el inyector mediante un actuador electromagnético, a menos que se utilicen corrientes muy grandes, lo que sería incompatible con los tiempos de reacción requeridos para las múltiples inyecciones. Es mas, el uso de corrientes elevadas exige una electrónica de gran tamaño y consumo de energía, que llevaría a un calentamiento importante del actuador y de la DCU. Por tanto, el inyector se controla de forma indirecta por medio de una válvula que actúa sobre la presurización o la descarga de la cámara de control situada por encima de la aguja: • Cuando se precisa que la aguja suba (al comienzo de la inyección), se abre la válvula para descargar la cámara de control en el circuito de retorno. • Cuando la aguja debe cerrar (al final de la inyección), la válvula se cierra de nuevo y se restablece la presión en la cámara de control.

a) La válvula (2.4 fig. nº 1) Para garantizar el tiempo de respuesta y el mínimo consumo de energía: • La válvula debe ser tan ligera como sea posible. • El re c o rrido de la válvula debe ser tan corto como sea posible. • La fuerza necesaria para mover la válvula debe ser mínima, lo que significa que la válvula debe encontrarse en equilibrio hidráulico cuando está en la posición de cerrada. La presión del muelle asegura el contacto entre la válvula y su asiento. Por tanto, para levantar la válvula se re q u i e re vencer la fuerza aplicada por este muelle.

2.4 Fig. N°1

b) El separador (2.4 fig. nº 2) Se dispone el separador por debajo del soporte de la válvula. Incorpora la cámara de control y los tres orificios calibrados que permiten el funcionamiento del inyector. Estos orificios son: • El orificio de alimentación del inyector (Orificio de acceso a la tobera: NPO). • El orificio de descarga de la cámara de control (Orificio de descarga: SPO). • El orificio de llenado de la cámara de control (Orificio de entrada: INO).

2.4 Fig. N°2

2-16

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.4.3 Descripción (2.4 fig. nº 3) El inyector del sistema de rampa común consta de las partes siguientes: • Una tobera con perforaciones y una aguja. • Un cuerpo portainyector con orificios de entrada y de salida. • Una bobina integrada en el cuerpo del inyector. • Un conector en la parte superior del inyector. • Un filtro situado en el orificio de alimentación de combustible. • Un separador provisto de una cámara de control y de los orificios calibrados precisos para el c o n t rol de la aguja. • Una válvula y su soporte. • Una tuerca. La estanqueidad a la presión entre el inyector, el separador, el soporte de la válvula y el p o rtainyector se asegura por medio de placas a p retadas entre sí por la tuerca. La posición angular entre el inyector, el separador, el soporte de la válvula y el portainyector está fijada mediante pasadores de centrado situados asimétricamente para impedir errores de montaje. El ajuste de la carga previa del muelle de la válvula se consigue mediante un pasador de calibración situado entre la bobina y el muelle.

2.4.4 Principio de funcionamiento a) Notación Sea S el área de la superficie plana superior de la aguja del inyector. Ff la fuerza aplicada por el combustible a la sección S. S el área de superficie de la aguja situada por encima de la sección de contacto entre la aguja y su asiento. Fo la fuerza aplicada por el combustible sobre la superficie S. b) Inyector en reposo La válvula está cerrada. La cámara de control está sometida a la presión de la rampa. La fuerza de presión aplicada por el combustible s o b re la aguja es: Ff = Sxprampa La aguja está en posición de cerrada y por tanto no existe circulación de fluido a través del orificio NPO. En la posición estática, la tobera no produce caída de presión. Por tanto, el cono de la aguja está sometido a la presión de la rampa. La f u e rza aplicada por el combustible sobre la aguja es: Fo = sxprampa Ya que S > s, la aguja se mantiene en la posición de cerrada. No hay inyección.

2-17

2.4 Fig. N°3

c) Control de la electroválvula Cuando se alimenta la electroválvula, se abre la válvula. Se expulsa el combustible contenido en la cámara de control a través del orificio de descarga denominado orificio de descarga (SPO). Mientras Ff > Fo, la aguja permanecerá contra su asiento y no existirá inyección. d) Comienzo de la inyección Tan pronto como Ff < Fo, o en otras palabras: P control < P rampa x s/S La aguja se levanta y comienza la inyección. Mientras la válvula permanezca abierta, la aguja del inyector sigue levantada. Cuando comienza la inyección, se establece la circulación de combustible para alimentar el inyector. El paso de combustible a través del orificio de entrada del inyector (similar a una tobera) a c a rrea una caída de presión que depende de la presión en la rampa. Cuando la presión en la rampa alcanza su valor máximo (1600 bares), esta caída de presión supera 100 bares. La presión aplicada al cono de la aguja, ( l a presión de inyección), es por tanto menor que la presión de la rampa.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

e) Fin de la inyección Tan pronto como la electroválvula deja de estar alimentada, se cierra la válvula y se llena la cámara de control. Ya que la aguja está en la posición de abierta, el área de las secciones de empuje situadas a ambos lados de la aguja es igual a S. La única forma de cerrar la aguja es aplicar presiones distintas a cada una de ellas. La presión en la cámara de control no puede superar la presión en la rampa, por lo que es necesario limitar la presión aplicada al cono de la aguja. Se consigue esta limitación de la presión gracias al orificio NPO que produce una caída de presión ( p) cuando el combustible pasa a su través. Prampa x S (Prampa p) x S En situación estática, esta caída de presión es nula. Cuando la presión en la cámara de control se hace mayor que la presión aplicada al cono de la aguja, se para la inyección.

2.4 Fig. N°4

2-18

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.4.5 Control del inyector

2.4.7 Calibración individual de los inyectores (C2I)

La corriente de control de la bobina presenta la forma siguiente: (Véase 2.4 fig. nº 5)

La cantidad de combustible inyectada es pro p o rcional al tiempo de inyección (el impulso) y a la raíz cuadrada de la presión en la rampa. Las curvas del caudal en función del impulso y de la presión en la rampa se denominan características del inyector, y presentan la forma siguiente:

2.4 Fig. N°5

La baja intensidad de corriente permite que se reduzcan las pérdidas por efecto Joule en la DCU y en el inyector. La corriente de apertura es mayor que la corriente de mantenimiento ya que durante la fase de mantenimiento: • Se reduce la separación de aire entre la válvula y la bobina (en el valor del recorrido de la válvula, esto es, en unas 30 mm) y por consiguiente se puede reducir la fuerza electromagnética a aplicar a la válvula. • Ya no es preciso vencer la inercia de la válvula.

2.4.6 Descarga a través de los inyectores Cuando cae bruscamente la demanda de presión en la rampa (si el conductor retira el pie del acelerador o con ocasión de una avería que requiera la rápida descarga de la rampa, por ejemplo), el cierre de la IMV no permitirá que la nueva presión requerida, definida por la DCU, se alcance con la rapidez suficiente. Por tanto, el sistema utiliza los inyectores para descargar la rampa. Este método de funcionamiento se basa en el tiempo de respuesta de los inyectores. En realidad, para descargar el circuito de alta presión sin peligro de introducir combustible en los cilindros, es preciso alimentar la bobina con impulsos lo suficientemente largos como para levantar la válvula y de esa forma poner la rampa en comunicación directa con el circuito de retorno del inyector, pero lo suficientemente cortos como para impedir que se levante la aguja del inyector y que se produzca una entrada no deseada de combustible en la cámara de combustión. Solo es posible este método de funcionamiento si es perfecto el control del tiempo de respuesta del inyector, esto es, el tiempo entre el comienzo de la activación de la electroválvula y el momento en que se levanta la aguja del inyector. Es evidente que este tiempo es diferente para cada inyector, ya que depende de las características iniciales del inyector (C2I) y de su desgaste. Por tanto es esencial conocer con precisión las características iniciales y la desviación de cada inyector.

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2.4 Fig. N°6

Los inyectores del sistema de rampa común son piezas de gran precisión. Son capaces de inyectar caudales que varían entre 0,5 y 100 mg/carrera, a p resiones de 150 a 1600 bares. La pre c i s i ó n requerida exige unas tolerancias de producción muy estrictas (algunas mm) para el diámetro de las toberas y para las holguras funcionales entre las diversas partes móviles. Sin embargo, a causa de ligeras variaciones producidas durante la fabricación, las caídas de presión, el rozamiento mecánico entre las partes móviles y la fuerz a magnética pueden variar de un inyector a otro. A causa de ello, se pueden producir desviaciones de caudales de hasta 5 mg/carrera. Ello significa que si se aplica el mismo impulso a dos inyectores, se pueden presentar diferencias de 5 mg/carrera. Es imposible controlar eficazmente un motor con tales diferencias entre los inyectores. Por tanto, es necesario aplicar una corrección que haga posible inyectar la cantidad requerida de combustible cualquiera que sea la característica inicial del inyector. Para lograrlo, es necesario conocer estas características y corregir el impulso que se aplica al inyector, de acuerdo con la diferencia entre su característica y la que se usa en la DCU. (Véase 2.4 fig. nº 6)

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

La característica incorporada en la DCU constituye el objetivo. Se corresponde con la característica media de los caudales medidos en una muestra de inyectores re p resentativa. Este objetivo se utiliza para convertir la demanda de caudal Q en un impulso T. Pero este impulso no puede aplicarse directamente al inyector ya que las características de éste son diferentes de las del objetivo. Por ello, es necesario corregir el impulso T mediante la característica individual del inyector. Se determina esta característica midiendo los caudales con diferentes valores de la presión. La C2I constituye una modelización de estas características.

2.4.8 P ro c e d i m i e n t o Se prueban los inyectores en un banco de pruebas eléctrico al final de la línea de producción. Se procesan las mediciones efectuadas para determinar los coeficientes de corrección. Se anotan los coeficientes en el inyector de dos formas: en un código de matriz de datos y en caracteres alfanuméricos en la etiqueta posventa. En la fábrica de motores, se leen las matrices de datos y se guardan en soportes intermedios. Estos incluyen las C2I y el número del cilindro en que se monta el inyector considerado. Se leen los valores de las C2I de los cuatro inyectores antes de montarlos en el motor a fin de facilitar la lectura de los códigos de matrices de datos con ayuda de un lector láser. Mediante este proceso, el cliente debe recibir la garantía de que no existe riesgo de confusión entre el orden de lectura del código y el orden de los cilindros en que se montarán los inyectores. En la fábrica del vehículo se lee el contenido del soporte intermedio y se carga en la DCU del sistema de inyección. Cuando se sustituye un inyector X, es preciso que el servicio posventa cargue el valor C2I del inyector X en la DCU. Si se sustituyen todos los inyectores, es preciso: • Cargar en la DCU los valores C2I de todos los inyectores. • Reinicializar los parámetros aprendidos que caracterizan el estado en que se ha autoprogramado el sistema. Ya que el sistema arrancará con los nuevos componentes, es aconsejable re t o rnar estas programaciones a sus valores originales.

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Si se sustituye la DCU, es preciso: • C a rgar en la nueva DCU los valores C2I y la configuración del vehículo. • Copiar los parámetros aprendidos que caracterizan el estado en que se encuentra el sistema. Ya que la DCU es nueva, no conocerá los v a l o res de estas programaciones y utilizará, por tanto, valores neutros. Para obtener un funcionamiento óptimo desde el primer arranque sin posterior intervención, es necesario introducir estos valores de programación en la nueva DCU. Se han definido ciertos servicios para conseguir que la red de servicios posventa lleve a cabo estas tareas fácilmente.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.5

LA IMV

2.5.1 Función El actuador de baja presión, también denominado válvula dosificadora de entrada (Inlet Metering Valve), se utiliza para controlar la presión en la rampa mediante la regulación de la cantidad de combustible que se envía al elemento de bombeo de la bomba de alta presión. Este actuador tiene dos misiones: • En primer lugar, p e rmite mejorar el rendimiento del sistema de inyección, ya que la bomba de alta p resión comprime solamente la cantidad de combustible precisa para mantener en la rampa la presión requerida por el sistema en función de las condiciones de funcionamiento del motor. (Véase 2.5 fig. nº 1) 2.5 Fig. N°2

2.5.2 Descripción

2.5 Fig. N°1

• En segundo lugar, p e rmite reducir la temperatura en el depósito de combustible. Cuando se descarga el exceso de combustible en el circuito de re t o rno, la reducción de presión en el fluido (desde la presión en la rampa hasta la presión atmosférica) disipa una gran cantidad de calor. Esto produce un aumento de temperatura en el combustible que llega al depósito. Para impedir que se alcance una temperatura demasiado alta, es preciso limitar la cantidad de calor producida por la reducción de la presión del combustible, disminuyendo el caudal de retorno. Para ello, es suficiente adaptar el caudal de la bomba de alta presión a las necesidades del motor a lo largo de su campo de funcionamiento. (Véase 2.5 fig. nº 2)

La IMV está situada en el cabezal hidráulico de la bomba. La bomba de transferencia la alimenta de combustible a través de dos orificios radiales. Se incorpora un filtro cilíndrico sobre los orificios de alimentación de la IMV. De esa forma se protegen, no solo el actuador de baja presión, sino también todos los componentes del sistema de inyección situados aguas abajo de la IMV. La IMV consta de los siguientes componentes: • Un émbolo que se mantiene en posición de total a p e rtura gracias a un muelle. • Una bobina controlada por corriente eléctrica. • Un manguito que se mantiene contra el émbolo gracias a un muelle de tensión calibrada, inferior a la del primer muelle. • Un cuerpo provisto de dos orificios radiales de entrada y un orificio axial de salida. • Un filtro cilíndrico situado en los orificios de entrada. • Dos juntas toroidales que garantizan la estanqueidad entre el cabezal hidráulico y el cuerpo de la IMV. (Véase 2.5 fig. nº 3)

NOTA: Enfriar el combustible en un intercambiador de calor sería una solución costosa, voluminosa y no muy eficaz. 2.5 Fig. N°3

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DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

2.5.3 Principio de funcionamiento

2.5.4 Características de la IMV

El actuador de baja presión se utiliza para pro p o rcionar la cantidad de combustible que se envía al elemento de bombeo de la bomba de alta presión, de forma que la presión medida por el sensor de alta presión sea igual a la demanda de presión requerida por la DCU. En cada momento de la operación es preciso que: Caudal introducido en la bomba de alta presión = Caudal inyectado + caudal de retorno del inyector + caudal de control del inyector. Normalmente, la IMV está abierta si no se alimenta de combustible. Por tanto, no puede utilizarse como dispositivo de seguridad para parar el motor en caso necesario. Se controla mediante una corr i e n t e eléctrica. A continuación se representa la función caudal/corriente:

C a rrera del émbolo Diámetro de los orificios Resistencia de la bobina Alimentación eléctrica

: : : :

C o rriente máxima Peso Temperaturas de funcionamiento Temperaturas del fluido Lógica de control

: : : : :

2.5 Fig. N°4

La DCU determina el valor de la corriente que se envía a la IMV de acuerdo con: • El régimen del motor. • La demanda de caudal. • La demanda de presión en la rampa. • La presión medida en la rampa. (Véase 2.5 fig. nº 4)

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1,4 mm 3,4 mm 5,4 a 25°C Vbat (Se prohibe alimentar la IMV directamente con el voltaje de la batería durante las pruebas de diagnóstico!) 1A 260 g 40