Common rail volvo
- 1. 1 COMMON RAIL VOLVO I.- INTRODUCCIÓN. La Gestión Electrónica Diesel se utiliza hoy en día tanto en motores de "inyección indirecta" como en los famosos motores de "inyección directa". Dentro de los motores de inyección directa hay que distinguir tres sistemas diferentes a la hora de inyectar el combustible dentro de los cilindros. - Mediante bomba de inyección rotativa. - Common Rail. - Inyector-bomba. El sistema de conducto común (common-rail) en el que una bomba muy distinta a la utilizada en el sistema anterior, suministra gasoleo a muy alta presión a un conducto común o acumulador donde están unidos todos los inyectores. En el momento preciso una centralita electrónica dará la orden para que los inyectores se abran suministrando combustible a los cilindros. Esta tecnología es muy parecida a la utilizada en los motores de inyección de gasolina con la diferencia de que la presión en el conducto común o acumulador es mucho mayor en los motores diesel (1300 Bares) que en los motores gasolina (6 Bares máximo). Este sistema es utilizado por los motores, DCI de Renault de nueva generación, los HDI del Grupo PSA y los JTD del Grupo Volvo. Hablar de common-rail es hablar de Fiat ya que esta marca automovilística es la primera en aplicar este sistema de alimentación en los motores diesel de inyección directa. Desde 1986 cuando apareció el Croma TDI, primer automóvil diesel de inyección directa del mundo. Se daba el primer paso hacia este tipo de motores de gasóleo que tenían una mayor eficacia de combustión.
- 2. 2 II.- DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA. La técnica utilizada en el diseño del "Common Rail" está basada en los sistemas de inyección gasolina pero adaptada debidamente a las características de los motores diesel de inyección directa. La palabra "Common Rail" puede traducirse como "rampa de inyección", es decir, se hace alusión al elemento característico del sistema de inyección gasolina. La diferencia fundamental entre los dos sistemas viene dada por el funcionamiento con mayores presiones de trabajo en los motores diesel, del orden de 1350 bar que puede desarrollar un sistema "Common Rail" a los menos de 5 bar que desarrolla un sistema de inyección gasolina. III.- FUNCIONES. El sistema de inyección de acumulador "Common Rail" ofrece una flexibilidad destacadamente mayor para la adaptación del sistema de inyección al funcionamiento motor, en comparación con los sistemas propulsados por levas (bombas rotativas). Esto es debido a que están separadas la generación de presión y la inyección. La presión de inyección se genera independientemente del régimen del motor y del caudal de inyección. El combustible para la inyección está a disposición en el acumulador de combustible de alta presión "Rail". El conductor preestablece el caudal de inyección, la unidad de control electrónica (UCE) calcula a partir de campos característicos programados, el momento de inyección y la presión de inyección, y el inyector (unidad de inyección) realiza las funciones en cada cilindro del motor, a través de una electroválvula controlada. La instalación de un sistema "Common Rail" consta: - unidad de control (UCE), - sensor de revoluciones del cigüeñal, - sensor de revoluciones del árbol de levas, - sensor del pedal del acelerador, - sensor de presión de sobrealimentación, - sensor de presión de "Rail", - sensor de temperatura del líquido refrigerante, - medidor de masa de aire. La ECU registra con la ayuda de sensores el deseo del conductor (posición del pedal del acelerador) y el comportamiento de servicio actual del motor y del vehículo. La ECU procesa las señales generadas por los sensores y transmitidas a través de líneas de datos. Con las informaciones obtenidas, es capaz de influir sobre el vehículo y especialmente sobre el motor, controlando y regulando. El sensor de revoluciones del cigüeñal mide el número de revoluciones del motor, y el sensor de revoluciones del árbol de levas determina el orden de encendido (posición de fase). Un potenciómetro como sensor del pedal acelerador comunica con la UCE, a través de una señal eléctrica, la solicitud de par motor realizado por el conductor.
- 3. 3 El medidor de masa de aire entrega información a la UCE sobre la masa de aire actual, con el fin de adaptar la combustión conforme a las prescripciones sobre emisiones de humos. En motores equipados con turbocompresor el sensor de presión de turbo mide la presión en el colector de admisión. En base a los valores del sensor de temperatura del líquido refrigerante y de temperatura de aire, a temperaturas bajas y motor frio, la UCE puede adaptar a las condiciones de servicio los valores teóricos sobre el comienzo de inyección, inyección previa y otros parámetros. IV.- FUNCIONES BASICAS Las funciones básicas de un sistema "Common Rail" controlan la inyección del combustible en el momento preciso y con el caudal y presión adecuados al funcionamiento del motor. V.- FUNCIONES ADICIONALES Estas funciones sirven para la reducción de las emisiones de los gases de escape y del consumo de combustible, o bien sirven para aumentar la seguridad y el confort. Algunos ejemplos de estas funciones son: la retroalimentación de gases de escape (sistema EGR), la regulación de la presión turbo, la regulación de la velocidad de marcha, el inmovilizador electrónico de arranque, etc. El sistema CANbus hace posible el intercambio de datos con otros sistemas electrónicos del vehículo (p. ejemplo: ABS, control electrónico de cambio). Una interfaz de diagnóstico permite al realizar la inspección del vehículo, la evaluación de los datos del sistema almacenado en memoria. VI.- COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA
- 4. 4 En los sistemas de inyección convencionales (bombas rotativas o en línea) la generación de presión, la dosificación del combustible así como la distribución van unidos en el mismo dispositivo esto tiene unos inconvenientes: - La presión de inyección aumenta junto con el nº de revoluciones y el caudal de inyección. - Durante la inyección aumenta la presión de inyección, pero hasta el final de la inyección disminuye otra vez hasta el valor de la presión de cierre de inyector. Las consecuencias de ello son: - Los caudales de inyección pequeños se inyectan con presiones más bajas y la presión punta es más del doble que la presión de inyección media. - El desarrollo de la inyección es aproximadamente triangular. Traduciendo estos datos lo que quieren decir es que a bajas revoluciones el motor no desarrolla todo su potencial por tener una baja presión de inyección y altas revoluciones la presión punta de inyección es mayor que la necesaria. Lo anterior mencionado no sucede con el sistema "Common Rail" ya que en estos sistemas la generación de presión está separada de la dosificacióny de la inyección de combustible, esto tiene la ventaja de poder tener una presión de inyección constante que no dependa del nº de revoluciones. También el grado de libertad en el momento de avance o retraso de la inyección es mucho más grande, lo que hace de los motores equipados con "Common Rail" unos motores muy elásticos que desarrollan todo su potencial en toda la gama de revoluciones. El sistema "Common Rail" divide la inyección en una "inyección previa", "inyección principal" y en algunos casos en una "inyección posterior".
- 5. 5 VII.- ESTRUCTURA Y FUNCION DE LOS COMPONENETES La instalación de un sistema Common Rail se estructura en dos partes fundamentales la parte que suministra el combustible a baja presión y la que suministra el combustible a alta presión. La parte de baja presión consta de: - Depósito de combustible con filtro previo. - Bomba previa. - Filtro de combustible. - Tuberías de combustible de baja presión. La parte de alta presión consta de: - Bomba de alta presión con válvula reguladora de presión. - Tuberías de combustible de alta presión. - Rail como acumulador de alta presión con sensor de presión del Rail, válvula limitadora de la presión y limitador de flujo. - Inyectores. - Tuberías de retorno de combustible VIII.- FUNCION El volumen existente en el Rail está lleno continuamente con combustible sometido a presión. La capacidad de compresión de combustible conseguida con la elevada presión, se aprovecha para obtener un efecto de acumulador. Al extraer combustible del Rail para una inyección, se mantiene casi constante la presión en el acumulador. Igualmente se amortiguan, es decir, se compensan las oscilaciones de presión procedentes de la alimentación pulsatoria por la bomba de alta presión. Sensor de presión de Rail Este sensor debe medir la presión actual en el Rail
- 6. 6 - Con suficiente exactitud - En un tiempo que sea corto y suministrar una señal de tensión a la unidad de control, en función de la presión existente. Estructura El sensor de presión del Rail consta de los siguientes elementos: - Un elemento sensor integrado, que esta sobresoldado en el empalme de presión. - Una placa de circuito impreso con circuito de evaluación eléctrico. - Un cuerpo de sensor con conector de enchufe eléctrico. El combustible fluye a través de un taladro en el Rail hacia el sensor de presión del Rail, cuya membrana de sensor cierra herméticamente el final del taladro. A través de un orificio en el taladro ciego llega a la membrana el combustible sometido a presión. Sobre esta membrana se encuentra el elemento sensor que sirve para transformar la presión en una señal eléctrica. A través de cables de unión se transmite la señal generada a un circuito evaluador que pone a disposición de la unidad de control la señal de medición amplificada. Función El sensor de presión Rail trabaja según el siguiente principio: La resistencia eléctrica de las capas aplicadas sobre la membrana, varía si cambia su forma. Este cambio de forma (aprox. 1mm a 1500 bar) que se establece por la presión del sistema, origina una variación de la resistencia eléctrica y genera un cambio de tensión en el puente de resistencia abastecido con 5V: Esta tensión es del orden de 0.... 70 mV (conforme a la presión existente) y es amplificada por el circuito evaluador hasta un margen de 0,5...... 4,5 V. La medición exacta de la presión en el Rail es imprescindible para el funcionamiento del sistema. Por este motivo son también muy pequeñas las tolerancias admisibles para el sensor de presión en la medición de presión. La precisión de la medición en el margen de servicio principal es de aprox. ±2% del valor final. En caso de fallar el sensor de presión del Rail, se activa la válvula reguladora de presión con una función de emergencia "a ciegas" mediante valores preestablecidos. Válvula limitadora de presión La misión de esta válvula corresponde a la de una válvula de sobrepresión. La válvula limitadora de presión limita la presión en el Rail dejando libre una abertura de salida en caso de un aumento demasiado grande. La válvula admite en el Rail una presión máxima de 1500 bar brevemente. Estructura y función Esta válvula trabaja mecánicamente y consta de las siguientes piezas: - Un cuerpo con rosca exterior para enroscarla en el Rail.
- 7. 7 - Un empalme a la tubería de retorno hacia el depósito. - Un émbolo móvil. - Un muelle. El cuerpo presenta hacia el lado de conexión del Rail un taladro que se cierra por parte del extremo cónico del émbolo en el asiento estanco en el interior del cuerpo. Bajo una presión de servicio normal (hasta 1350 bar), un muelle presiona sobre el émbolo estanqueizandolo en el asiento, de forma que se mantiene cerrado el Rail. Solamente cuando se sobrepasa la presión máxima del sistema, el émbolo se levanta por la presión en el Rail contra la fuerza del muelle, pudiendo escapar el combustible que se encuentra bajo presión. El combustible es conducido entonces por canales en un taladro céntrico del émbolo y retorna al depósito de combustible a través de una tubería colectora. Al abrir la válvula, sale combustible del Rail, la consecuencia es una reducción de presión en el Rail. Limitador de flujo El limitador de flujo tiene la misión de evitar el caso poco probable de inyecciones permanentes en un inyector. Para cumplir esta misión, el limitador de flujo cierra la afluencia al inyector afectado, si se sobrepasa el caudal de extracción máximo. Estructura El limitador de flujo consta de un cuerpo máximo con una rosca exterior para enroscarlo al Rail y con una rosca exterior para enroscarlo en las tuberías de alimentación de los inyectores. El cuerpo lleva en sus extremos un taladro, que establece respectivamente una comunicación hidráulica hacia el Rail o hacia las tuberías de alimentación de los inyectores. En el interior del limitador de flujo se encuentra un émbolo presionado por un muelle en dirección al acumulador o Rail. Este émbolo cierra herméticamente contra la pared del cuerpo; el taladro longitudinal en el émbolo es la comunicación hidráulica entre la entrada y la salida. El diámetro de este taladro longitudinal esta reducido por su extremo. Esta reducción actúa como un estrangulador con un flujo de paso exactamente definido.