S I S T E M A D E I N Y E C C I Ó N D E C O M B U S T I B L E
COMMON RAIL
COMMON RAIL
GENERALIDADESCOMMON RAIL
• -El sistema 'Common Rail' es un sistema de control electrónico de la
• inyección de combustible del motor diesel.
• -Una alta presión de combustible está disponible en forma constante
• para todo estado de funcionamiento del motor.
• -La generación y control de la alta presión son independientes del
control
• de inyección.
• -La presión y el tiempo de inyección de combustible están diseñados para
• motores de inyección directa de alta velocidad.
• -Los parámetros de inyección tales como distribución de inyección,
• cantidad de inyección y presión de combustible se controlan mediante
el
COMMON RAIL V/S INYECCIÓN
TRADICIONAL
COMMON RAIL V/S INYECCIÓN
TRADICIONAL
• -En los motores diesel tradicionales, la bomba es impulsada por el motor
• y su función es asegurar la cantidad y distribución de la inyección de • combustible correcta a cada inyector y regular el tiempo de apertura .
• -En el sistema 'Common Rail' la bomba sirve sólo para acumular el • combustible a una muy alta presión en una línea de alimentación
común
• desde la cual se envía a los inyectores.
• -El tiempo de abertura de los inyectores es controlado por un Módulo de • Control Electrónico (ECM) y Sensores relativos.
• -Además de mejorar su desempeño y reducir el ruido y los niveles de • emisión de gases, el sistema 'Common Rail' permite que los motores
-El control electrónico de la entrega de combustible y avance de inyección permite que el combustible sea bombeado a una presión
óptima en forma independiente de la velocidad de funcionamiento del motor. Es posible, por lo tanto, mantener una alta presión constante en el sistema aún cuando el motor esté funcionando a velocidades bajas. - Los principales problemas que había que superar para mejorar el
desempeño y el consumo eran: La regulación de la cantidad de
combustible que se iba a atomizar para cada fase de combustión y el momento preciso de la inyección de combustible en la cámara de combustión.
• - En el circuito de baja presión se aspira el combustible del tanque • por medio de una bomba de suministro previo, forzando al
• combustible a pasar por las líneas al circuito de alta presión.
• - Un pre-filtro separa los contaminantes del combustible evitando así • el desgaste prematuro de los componentes de alta precisión.
Circuito de Alta Presión (1.)
Genera y almacena alta presión.
- El combustible pasa a través del filtro de combustible a la bomba de alta presión que lo fuerza dentro del acumulador (riel) de alta presión generando una presión máxima de 1.350 bar.
Para todo proceso de inyección el combustible se toma desde el
acumulador de alta presión. La presión del riel permanece constante. Se emplea una válvula de control de presión para asegurar que la presión del riel no exceda el valor deseado o caiga bajo él.
Circuito del Alta Presión (2.)
Control dinámico de la presión del riel.
- La válvula de control de presión es activada por el ECM. Una vez abierta, permite que el combustible regrese al tanque vía líneas de retorno y la presión del riel cae. Para que el ECM pueda activar la válvula de control de presión en forma correcta, se mide la presión del riel por medio de un sensor de presión del riel.
Circuito de Alta Presión (3.) Inyección de Combustible
- Cada vez que se inyecta combustible, se extrae del riel a alta presión y se inyecta directamente al cilindro. Cada cilindro tiene su propio
inyector. Cada inyector contiene una válvula de solenoide que recibe el comando de apertura desde la ECM.
Mientras permanece abierto, se inyecta combustible en la cámara de combustión de los cilindros.
Bomba de Alta Presión.
- El principal defecto de la bomba de pistón giratorio convencional es la presión máxima que se puede alcanzar. Dicha presión está fija entre 200 y 400 bar lo que considerando que solo la alta presión garantiza
la trasferencia rápida, es insuficiente para asegurar una rápida inyección de la cantidad necesaria de combustible para la combustión.
Con el Common Rail es posible aumentar la presión del combustible a 1.350 bar aumentando con eso la velocidad a la cual se puede transferir. Esta alta presión no solo asegura la inyección rápida sino que también hace posible preceder la inyección con una pre-inyección anticipando con esto el proceso de combustión con las consiguientes ventajas
para la combustión subsiguiente.
Mientras más alta la presión de inyección, más alta la eficiencia
termodinámica. Esto hace al motor diesel de inyección directa el más eficiente desde el punto de vista termodinámico de todas las alternativas de combustión interna.
Bomba de Alta Presión
- La bomba de alta presión es responsable de generar la alta presión necesaria para la inyección de combustible, y para asegurar que haya suficiente combustible (a alta presión) disponible para todas las
condiciones de funcionamiento.
- El eje de la bomba de alta presión es impulsado por el motor a la mitad de revoluciones de éste a través de una correa dentada. Se lubrica
y enfría por medio del combustible que bombea. El combustible es forzado por la bomba de suministro previo dentro de la cámara interior de la bomba de alta presión por medio de una válvula de seguridad.
- Cuando el émbolo de la bomba se mueve hacia abajo, se abre la válvula de admisión y se succiona combustible dentro de la cámara (tiempo de succión). Al final de punto muerto inferior (PMI) se cierra la válvula de admisión y el combustible en la cámara puede ser
Acumulador de alta presión (Common Rail)
Las tareas del acumulador de alta presión (Common Rail) son: - Almacenar combustible
- Evitar fluctuaciones de presión (a través de mantener un volumen adecuado)
El acumulador de alta presión es un tubo de acero forjado. Dependiendo del motor en cuestión su diámetro interno es aproximadamente 10 mm y tiene entre 280 y 600 mm de largo. Para evitar fluctuaciones de presión, se debe escoger un volumen lo más grande posible, en otras palabras el máximo posible en longitud y diámetro. Se prefiere un volumen
pequeño para una partida rápida, lo que significa que el volumen óptimo debe ser: lo más pequeño posible; pero tan grande como sea necesario.
Inyector
La tarea de los inyectores es inyectar en la cámara de combustión exactamente la cantidad correcta de combustible en el momento preciso. Para cumplir con esto, el inyector es activado por señales del ECM.
El inyector tiene una servo-válvula electromagnética. es un componente de alta precisión que ha sido fabricado para tolerancias extremadamente pequeñas. La válvula, la boquilla y el electroimán están ubicados en el cuerpo del inyector. Desde la conexión de alta presión fluye combustible a través de una mariposa de entrada a la cámara de control de la válvula. Existe la misma presión dentro del inyector que en el riel, y se inyecta el
combustible a través de la boquilla a la cámara de combustión.
El combustible que no se utiliza fluye de vuelta al tanque por la línea de retorno. Por medio de los inyectores que son controlados por la ECM se logran las RPM máximas y el corte de combustible al sobre revolucionar el motor.
Objetivos de la pre-inyección. reducción en:
- Ruido de combustión - Emisiones de HC
- Consumo de combustible (partida tardía de la inyección). Consecuencias de la pre-inyección.
Pre acondicionamiento del espacio de combustión para el proceso de inyección principal tanto en términos de presión como de temperatura. - Atraso de encendido porque se acorta la inyección principal.
- Ventajas respecto al ruido (reducida presión de combustible máxima) - Combustión óptima.
Posibilidades de activación
pre-inyección: desde 90º antes de PMS hasta 10º después de PMS
inyección principal: desde 20º antes de PMS hasta 10º después de PMS
COMMON RAIL
SENSORES
• ECM y sensores del sistema: Control del proceso de inyección.
• El ECM emite todos los comandos necesarios con el objeto de:
• - Mantener constante la presión en el acumulador (riel) de alta
presión.
• - Iniciar y terminar el proceso mismo de inyección.
• El ECM usa las señales de los sensores (por ej. Velocidad del motor, posición del pedal del acelerador, temperatura del aire) para
calcular la cantidad correcta de inyección de combustible y el punto de partida para una óptima inyección.
• Los llamados mapas almacenados en el ECM contienen la
información de inyección apropiada para cada valor medido. Esto significa que se puede realizar tanto una pre-inyección como una post-inyección.
COMMON RAIL
SENSORES
• El ECM del Common Rail evalúa las señales de los siguiemtes
sensores:
• - Sensor de posición del cigüeñal • - Sensor de temperatura del aire
• - Sensor de posición del eje de levas
• - Sensor de temperatura del refrigerante • - Sensor del pedal del acelerador
• - Sensor del flujo del aire (MAF)
• - Sensor de presión del riel
• - Sensor de presión atmosférica (en el ECM) • - Interruptor del pedal de freno
• - Interruptor del pedal del embrague
• - Sensor de temperatura del combustible • - Sensor de presión del turboalimentador (VGT)
COMMON RAIL
SENSOR DEL PEDAL DEL ACELERADOR
• En contraste con la distribución convencional y las bombas de
inyección en línea, con EDC (Control Electrónico Diesel) la aceleración que imprime el conductor ya no se transmite
directamente a la bomba de inyección a través de un cable o
varillaje mecánico, sino que es registrada por un sensor del pedal del acelerador y transmitida luego al ECM. (esto también se conoce
como control eléctrico).
• Se genera un voltaje a través del potenciómetro en el sensor del
pedal del acelerador en función de la posición del acelerador.
Usando una curva característica programada, se calcula entonces la posición del pedal a partir de éste voltaje.
• El sensor del pedal tiene dos potenciómetros, una señal es la
posición del pedal para el ECM, la otra es para la verificación de la carga.
• Si fallara el sensor del pedal, se establece el modo a prueba de falla y una velocidad de ralentí levemente mayor.
• No comprobar el sensor del pedal con un Multímetro Análogo
(riesgo de daño al circuito interno).
• [Ralentí]
• La señal de salida promedio en condición ralentí se convierte en 0.6~0.8V en APS 1.(depende del vehículo)
• [Carga]
• La señal de salida promedio en condición de carga se convierte en 3.9V en APS 1. (depende del vehículo)
• Cuando el conductor presiona el pedal del acelerador más de un 1% y simultáneamente presiona el pedal de freno (interruptor de freno
abierto), el ECM considera esta condición como una condición de trabajo anormal del pedal del acelerador, o bien que éste se ha atascado en alguna ubicación distinta de la del ralentí. Otra razón para utilizar esta señal de verificación es prevenir una aceleración súbita imprevista e involuntaria por parte del conductor.
• (Condición de detección: más de 650rpm y 2 km/h de velocidad en el
vehículo)
• Error de verosimilitud entre APS 1 y APS 2 (0220-C004)
• Cuando la diferencia del resultado de comparar APS 1 y APS 2 este
sobre el valor prefijado, por ejemplo:
• -la razón de presión del pedal del acelerador es 1.8 ~ 6%: 308mV • -la razón de presión del pedal del acelerador es 7%: 406mV
• El ECM considera esto como una falla de APS 1 ó APS 2 en razón de la • verificación de racionalidad.
• A. El interruptor de freno tiene dos circuitos;
• 1. Circuito de luz de advertencia del freno • 2. Cancelación del control crucero
• B. Freno redundante
• El circuito del freno es activado cuando se presiona el acelerador y el
pedal del freno al mismo tiempo.
• El ECM aplicará el modo a prueba de fallas, limitando la señal del
acelerador y controlando el funcionamiento del inyector (modo en ralentí rápido), lo que permite que el motor gire a 1200 rpm.
• Sólo cuando se suelta el freno, la señal APS vuelve y se restablece el
funcionamiento del inyector.
• Esta operación es de transición suave sin tironeo.
• NOTA.
• Esto sólo se aplica cuando el vehículo se está moviendo (VSS). Para
llevar a cabo las pruebas de "stall" en la transmisión automática se aplican los procedimientos normales.
SENSOR DEL PEDAL DEL ACELERADOR
El interrutor del pedal de embrague tiene las siguientes funciones. 1.Cancelación del control crucero.
2.Señal de carga inminente del motor (desembrague, enganche en primera marcha, salida).
3.Evitar el aumento brusco de las rpm del motor al desembragar durante un cambio de marcha, el ECM ajusta el funcionamiento del inyector.
El sensor de presión del riel debe medir instantáneamente la presión en el riel con la precisión adecuada y de la forma más rápida posible.
El combustible presurizado actúa sobre el diafragma del sensor, lo que convierte la presión en señal eléctrica, que después se ingresa a un circuito de evaluación que amplifica esta señal y la envía al ECM. Cuando el diafragma se mueve (aprox. 1 mm a 1500 bar) provoca una diferencia del voltaje a lo largo del puente de resistencia de 5V. Este cambio de voltaje esta en un rango de 0.7 mV (dependiendo de la presión) y es amplificado por el circuito de evaluación a 0.5, 4.5 V.
La medición precisa de la presión en el riel es fundamental para el
funcionamiento correcto del sistema. Si el sensor falla, la válvula de control de presión queda en una condición "ciega", usando una función y valores de emergencia (o modo a prueba de fallas).
Sensor de presión (Riel) Encendido ON = 0.5V
Partida = 0.5V y aumentando Ralentí = Aprox. 1.25V
SENSOR DE PRESIÓN DEL RIEL
Durante el funcionamiento dinámico es fundamental el establecimiento preciso de la correcta relación A/F (aire/combustible), para cumplir con las normas referentes a los límites de gases de escape.
Esto requiere el uso de sensores para registrar de manera precisa el flujo de masa de aire que realmente ingresa al motor en un momento
determinado.
Estos sensores que miden con precisión deben ser independientes de la pulsación, flujo inverso, EGR, control variable del eje de levas y cambios en el control de temperatura del aire.
Se elige un medidor de masa de aire tipo "Lámina Caliente" como el más conveniente. El principio de la lámina caliente se basa en la transferencia de calor desde un elemento sensor que está caliente, al flujo de aire.
Se utiliza un sistema de medición micro mecánico que permite la
medición del flujo de aire y la detección de la dirección del mismo. Los flujos inversos también se detectan en caso que se produzcan flujos de aire con fuerte pulsación.
El elemento sensor micro-mecánico se ubica dentro del sensor en el paso del flujo.
Durante el funcionamiento dinámico es fundamental el establecimiento preciso de la correcta relación A/F (aire/combustible), para cumplir con las normas referentes a los límites de gases de escape.
Esto requiere el uso de sensores para registrar de manera precisa el flujo de masa de aire que realmente ingresa al motor en un momento
determinado.
Estos sensores que miden con precisión deben ser independientes de la pulsación, flujo inverso, EGR, control variable del eje de levas y cambios en el control de temperatura del aire.
Se elige un medidor de masa de aire tipo "Lámina Caliente" como el más conveniente. El principio de la lámina caliente se basa en la transferencia de calor desde un elemento sensor que está caliente, al flujo de aire.
Se utiliza un sistema de medición micro mecánico que permite la
medición del flujo de aire y la detección de la dirección del mismo. Los flujos inversos también se detectan en caso que se produzcan flujos de aire con fuerte pulsación. El elemento sensor micro-mecánico se ubica dentro del sensor en el paso del flujo.
El eje de levas controla las válvulas de admisión y escape del motor. Gira a la mitad de velocidad del cigüeñal. Cuando un pistón se
mueve en dirección del PMS, la posición del eje de levas determina si está en la fase de compresión con la de encendido subsiguiente o en la fase de escape.
Esta información no se puede generar únicamente con el dato del eje cigüeñal durante la fase de partida. Por otra parte, durante el
funcionamiento normal del motor, la información generada por el sensor del cigüeñal basta para determinar el estado del motor. En otras
palabras, esto significa que si el sensor del eje de levas fallara mientras se conduce el vehículo, el ECM aún recibe la información sobre el estado del motor desde el sensor del cigüeñal.
El sensor del eje de levas utiliza el efecto electromagnético (Hall) al establecer la posición del eje de levas. Un diente de material
ferromagnético está unido al eje de levas y gira con él. Cuando este diente pasa frente a los discos (wafers) semiconductores del sensor del eje de levas, su campo magnético desvía los electrones en los discos semiconductores en ángulos rectos a la dirección de la corriente que fluye a través de los discos. Esto da como resultado una señal breve de voltaje (voltaje Hall) que informa al ECM que el cilindro Nº 1 ha ingresado recién a la fase de compresión.
El sensor de temperatura del combustible se ubica en la línea de alimentación de combustible.
A medida que aumenta la temperatura del combustible, el ECM
modificará la inyección y tasa de entrega, al mismo tiempo ajustará los parámetros de funcionamiento de la válvula de control de presión del riel.
La posición del pistón en la cámara de combustión es fundamental para definir el comienzo de la inyección. Todos los pistones del motor están conectados al cigüeñal a través de las bielas. Un sensor mide las
rotaciones del cigüeñal por minuto. Esta importante variable de entrada se calcula en el ECM, mediante la señal del sensor de posición del
cigüeñal.
Generación de la señal
Una rueda "objetivo" de material ferromagnético de 60 dientes está unida al cigüeñal. En la rueda que se usa en la práctica faltan 2 dientes. A este espacio más grande se le asigna una posición definida del cigüeñal para el cilindro 1.
El sensor de velocidad del cigüeñal monitorea la secuencia de dientes de la rueda, éste está compuesto por un imán permanente y un alma de hierro dulce con un bobinado de cobre. El flujo magnético en el sensor cambia a medida que los dientes y espacios pasan frente a él,
generando un voltaje sinusoidal de CA cuya amplitud aumenta
abruptamente en respuesta a la mayor velocidad del motor (cigüeñal).
Cálculo de la velocidad del motor
La relación angular (desfase) entre los pistones es tal que dos rotaciones completas del cigüeñal (720°) ocurren antes del comienzo de cada nuevo ciclo de un cilindro. Si los pistones se compensan uniformemente entre ellos, esto significa que
Distancia angular del encendido en [°] = 720° / N° de cilindros
En un motor de 4 cilindros, la distancia angular de encendido es 180°, en otras palabras el sensor de posición del cigüeñal debe sensar 30 dientes por cada dos encendidos. El periodo de tiempo requerido es
denominado tiempo de segmento, y la velocidad promedio del cigüeñal en el tiempo de segmento es la velocidad del motor.
SENSOR DE PRESIÓN DEL TURBO ALIMENTADOR (VGT)
El sensor de presión del turboalimentador esta disponible sólo para el motor equipado con éste elemento (VGT).
Este supervisa la presión del turboalimentador para controlar la turbina del VGT.
El sensor de temperatura se ubica en el circuito de refrigeración, para monitorear la temperatura del motor a través de la temperatura del refrigerante.
COMMON RAIL
Inyectores especiales equipados un sistema servo-hidraúlico y un elemento de activación eléctrica se utilizan con el sistema Common Rail para lograr eficiencia al comienzo de la inyección y dosificar la cantidad de
combustible inyectado. Al comienzo de la inyección, se aplica una elevada corriente al inyector, de manera que se abra rápidamente la
válvula solenoide. Apenas la aguja de la boquilla haya recorrido su carrera completa, y la boquilla se haya abierto completamente, se disminuye la corriente energizante a un valor de retención menor. La cantidad de combustible inyectado está definida por el tiempo de apertura del inyector y la presión del riel. La inyección termina cuando la válvula solenoide es desactivada y como resultado se cierra.
Síntomas de Fallas:
Cuando ocurre una falla en dos ó más inyectores al mismo tiempo, el motor se detiene inmediatamente. Si el problema ocurre en un sólo
inyector, el ECM controla el volumen de combustible de inyección dando como resultado un límite máximo de rpm de aproximadamente 2.000 rpm.
C018 Causa probable del problema :
- Corto circuito de la línea lateral alta a B(+) - Corto circuito de la línea lateral baja a TIERRA
- Problemas de inyectores y voltaje del inyector (ECM lateral) C019 Causa probable del problema:
- Línea lateral alta rota / línea lateral baja rota - Resistencia de contacto
La válvula de control de presión es responsable de mantener la presión en el riel a nivel constante. Este nivel es función de las condiciones de
funcionamiento del motor. Si la presión de combustible es excesiva, se
abre la válvula y el combustible se devuelve al tanque a través de la línea de retorno. Si la presión no es lo suficientemente elevada, se cierra la
válvula y la bomba de alta presión aumenta la presión en el riel.
La bola del asiento de la válvula está expuesta a la presión del
acumulador de alta presión. Esta fuerza se superpone al total de las
fuerzas que actúan contra la bola desde el otro lado mediante el resorte y el electroimán. La fuerza generada es función de la corriente con la cual se activa. Por lo tanto, una variación en la corriente permite que la alta presión en el acumulador pueda ser fijada en un valor dado. La corriente variable se obtiene usando una modulación de pulso ancho (PWM).
La bomba celular de rodillos es impulsada por un motor eléctrico. Su
rotor está montado de manera excéntrica y está provisto de ranuras por las cuales circulan libremente rodillos móviles. El combustible fluye a
través de la cavidad con forma de riñón en el lado de succión de la bomba y hacia la cámara entre la placa base y los rodillos. Puesto que los rodillos son forzados contra la placa base por la rotación y por la
presión del combustible, el combustible es trasportado a las aberturas de salida en el lado de presión de la bomba.
Bomba de combustible (de engranajes)
En los automóviles de pasajeros, vehículos comerciales y los vehículos todo terreno, se usa una bomba tipo engranaje para suminstrar
combustible a la bomba de alta presión de Common Rail. Esta integrada aya sea a la bomba de alta presión con la cual comparte una
propulsión común o está conactada directamente al motor y tiene propulsión propia.
Las formas comunes de propulsión son los acoples, rueda dentada o correa dentada.
Los componentes principales son dos engranajes de rotación opuesta que se entrecruzan mientras giran, con lo cual se atrapa el combustible en las cámaras formadas entre los dientes y la pared de la bomba
trasportándolo hacia la salida (lado de presión).
La linea de contacto entre los engranajes que giran constituyen un sello para la succión y presión de la bomba y evita que el combustible se devuelva.
El caudal que entrega la bomba de combustible tipo engranaje es
prácticamente proporcional a la velocidad del motor. Es por esto que el caudal es reducido por una válvula de succión en el lado de entrada (succión) o limitada por una válvula de rebalse en el lado de la salida (presión).
La bomba tipo engranaje no necesita mantenimiento. Para purgar el sistema de combustible antes de la primera partida, o cuando el tanque se ha "secado", se puede instalar una bomba manual directamente en la bomba o en las líneas de baja presión.
Con la recirculación de los gases de escape (EGR) una parte de los gases es derivada de vuelta al ducto de admisión del motor. El
alimentar una parte del contenido de los gases de escape residuales tiene un efecto positivo en la conservación de la energía y, por tanto, en las emisiones.
De acuerdo con el punto de funcionamiento del motor, la masa de aire/gas entregada a los cilindros puede estar compuesta por hasta un 40% de gases de escape.
Para el control ECM, la masa real de aire fresco que ingresa se mide y se compara en cada punto de funcionamiento con el valor establecido de masa de aire. Con la señal generada por el circuito de control, la válvula solenoide de la EGR se hace funcionar, permitiendo que la EGR se abra por vacío.
Re-circulación de los gases de escape (EGR)
La válvula EGR esta comunicada a través de la culata por el lado posterior,
Y luego, a través de un ducto separado en la entrada del múltiple de admisión, antes de entrar en el flujo de aire succionado.
Válvula de control de mariposa EGR Sólo en SM 2WD
La válvula de mariposa en el motor diesel realiza una función
completamente diferente a la del motor de gasolina. Esta sirve para
aumentar la proporción de recirculación de los gases de escape a través de reducir la sobrepresión en el múltiple de admisión.
El control de la Válvula-mariposa sólo opera en el rango de velocidad más bajo del motor.
Las bujías incandescentes son responsables de asegurar la partida eficiente en frío acortando el periodo de calentamiento del motor, lo cual también es muy relevante para las emisiones de escape. El periodo de calentamiento previo depende del ECM y la temperatura del
refrigerante, controlado a través del funcionamiento del relé de
incandescencia. Las bujías pueden alcanzar 850°C dentro de unos pocos segundos.
Las fases siguientes de incandescencia durante la partida del motor o bien cuando el motor está funcionando, están determinadas por un
sinnúmero de parámetros que incluyen la velocidad del motor y cantidad de combustible inyectado. Con las temperaturas de las bujías
incandescentes las cuales fluctúan entre 950°C y 1050°C se reducen las emisiones de humo y ruido. El sistema de incandescencia tiene tres
modos de funcionamiento y utiliza un relé, controlado por el ECM, que las energiza.
El ECM controla una válvula solenoide (relación de trabajo) para efectuar un vacío en el actuador que a su vez está conectado a un varillaje que tira una placa base giratoria. Dentro de la placa base están conectadas las paletas mediante un mecanismo de levas a través del cual se
establece el ángulo de inclinación de la paleta.
