PREÂMBULO
As exigências em matéria de aumento das performances e de redução do ruído, da poluição e do consumo que serão exigidas aos motores DIESEL dos anos 2000 levaram a procurar soluções na injecção directa, empregando um sistema mais eficaz que as bombas de injecção de alta pressão actualmente utilizadas.
Este objectivo é alcançado graças ao conjunto de gestão da injecção chamado «Common rail» cujo princípio lembra o da injecção sequencial dos motores a gasolina, mas que utiliza a altíssima pressão comandada electronicamente. É um produto da sociedade Robert BOSCH que deve equipar uma grande parte da nova família de motores Diesel (A série D.W...).
Este sistema proporciona uma diminuição do consumo de 20% em relação à geração precedente, melhorando ao mesmo tempo o prazer da condução graças a um binário superior de 50% a baixo regime e 25% de potência a mais, com uma redução das vibrações e dos ruídos.
Um outro objectivo é a performance ambiental. Os motores da nova geração serão, logo após o lançamento, entre os mais limpos da sua categoria e possuem, com a catálise «DENOX», grandes capacidades de evolução a curto prazo.
PRINCÍPIO
Uma bomba de alta pressão accionada pelo motor alimenta em permanência uma reserva de gasóleo a alta pressão: o «Rail» ou rampa de alimentação.
A rampa está ligada por tubos a todos os injectores.
A abertura de cada injector é comandada por uma electroválvula de duas vias integrada. Um calculador gere, em função dos parâmetros do motor:
- A pressão na rampa - O débito da bomba
- O tempo de abertura e o faseamento (Avanço) de cada injector.
O sistema «COMMON RAIL» permite, para cada injector, várias injecções num ciclo motor: - Uma injecção piloto ou pré-injecção
- Uma injecção principal
- Uma pós-injecção (Caso das despoluições mais severas no futuro, tais como «Euro 2000») O pequeno tempo concedido à injecção piloto, e consoante o equipamento, à pós-injecção, leva-nos a descobrir uma nova unidade: o microssegundo (µs) mil vezes mais pequeno que o milissegundo
ESQUEMA GERAL
14
15
16
1
18
17
13
10
12
11
8
9
7
4
5
6
3
2
Alta pressão Baixa pressão RetornoNOMENCLATURA
1 Calculador de controlo do motor 2 Pré-filtro
3 Bomba de alimentação forçada baixa pressão 4 Filtro principal com decantador de água 5 Aquecedor
6 Serpentina de arrefecimento de gasóleo
7 Bomba de alta pressão de três êmbolos radiais 8 Comando de desactivação do terceiro êmbolo 9 Regulador de pressão
10 Rampa de alimentação (ou «common rail») 11 Sensor de pressão
12 Sensor de temperatura gasóleo 13 Injectores de comando eléctrico
14 Sensor de posição do pedal do acelerador 15 Sensor de regime
16 Sensor de referência cilindro
17 Informações provenientes de diversos sensores: - O sensor de pressão de sobrealimentação
- O sensor de massa de ar (debimetro de filme quente) - O sensor de temperatura da água
- O sensor de temperatura do ar de admissão - O sensor do pedal dos travões
- O sensor do pedal da embraiagem - O sensor de velocidade do veículo - Anti-arranque electrónico
- Outras funções consoante o equipamento (C.V.A....).
18 Comando dos accionadores, sistemas anexos e interfaces com outros sistemas: - Pressão de turbocompressor
- Pré-aquecimento e pós-aquecimento - Sistema E.G.R. em circuito fechado - Gestão aquecimento adicional - Compressor de refrigeração
FILTRO DE COMBUSTÍVEL
1
2
S3
3
E2
S2
5
4
S1
2a
2b
2c
E1
DESCRIÇÃO - FUNCIONAMENTO PARTE HIDRÁULICA
A BOMBA DE ALIMENTAÇÃO FORÇADA
Está integrada no módulo de aspiração situado no depósito e aspira através de um pré-filtro (limite de filtração de 300 µm).
O seu débito é de 200 litros/hora para uma pressão máxima de 2,5 bars.
O FILTRO PRINCIPAL
Participa de maneira activa na protecção do sistema (limite de filtração: 5 µm) e decantação da água). Está ligado aos diversos circuitos por meio de ligações de encaixar. Possui na sua entrada um elemento termostático que desvia, a frio, uma fracção do combustível (gasóleo) proveniente da bomba de alimentação forçada para o aquecedor situado no motor. O filtro está munido de um regulador de baixa pressão calibrado a 1,25 ±0,25 bars.
1 - Elemento filtrante 2 - Elemento termostático 3 - Regulador de baixa pressão
4 - Torneira de purga da água decantada 5 - Caixa de saída de água
E1 - Entrada filtro
S1- Saída para caixa de saída de água E2 - Entrada de gasóleo aquecido S2 - Saída para bomba de alta pressão S3- Retorno depósito
O elemento termostático é formado por uma anilha bilâmina que se deforma em função da temperatura do combustível.
- Temperatura inferior a 15
°
C: (2a) a bilâmina é deformada e fecha a passagem directa para o filtro.O combustível é orientado para a caixa de saída da água do motor para ser aquecido antes da filtragem.
- Temperatura entre 15
°
C e 25°
C: (2b) a bilâmina endireita-se e divide o fluxo de entrada. Umaparte do combustível passa directamente para o elemento filtrante e a outra parte continua a ser aquecida.
- Temperatura superior a 25
°
C: (2c) a bilâmina fecha a passagem directa para o circuito deaquecimento. Todo o combustível é orientado para o elemento filtrante
O AQUECEDOR DE GASÓLEO
Está situado na caixa de saída de água na cabeça do motor. Aquece a fracção de gasóleo que o elemento termostático do filtro deixa circular.
O SISTEMA DE ARREFECIMENTO DE GASÓLEO
As altas pressões existentes no circuito provocam um forte aquecimento do combustível, o que influi sobre a sua viscosidade e a segurança de funcionamento.
Um sistema de arrefecimento, fixado sob a carroçaria, é colocado na canalização de retorno para arrefecer o combustível antes do depósito.
É constituído por uma serpentina metálica numa chapa com alhetas para aumentar as superfícies de troca.
BOMBA DE ALTA PRESSÃO
C
E
D
G
A
B
F
A
BOMBA DE ALTA PRESSÃO
A bomba de alta pressão, de três êmbolos radiais, é accionada de maneira assíncrona pela correia de distribuição. Por razões de controlo do débito em todas as fases de funcionamento, a relação de accionamento é de 0,5.
A alta pressão de serviço varia entre 200 e 1350 bars. Potência máxima absorvida: 3,5 kW.
A - Entrada baixa pressão B - Válvula de segurança C - Câmara
D - Desactivador 3° êmbolo E - Saída alta pressão
F - Regulador de pressão
G - Retorno ao depósito
O gasóleo entra na bomba por «A» e atravessa a válvula de segurança «B» que regula a alimentação da bomba de alta pressão:
- Se a baixa pressão for pequena, o fluxo de combustível atravessa a válvula (por um orifício calibrado) e serve prioritariamente à lubrificação e ao arrefecimento.
- Quando o diferencial de pressão entre a entrada e o retorno da bomba for superior a 0,8 bar, o êmbolo da válvula move-se e descobre o furo de alimentação dos elementos de bombagem. As câmaras «C» enchem-se, o fluxo reservado à lubrificação mantém-se.
Para diminuir a potência absorvida em baixa carga, num momento em que não é necessário dispor de um forte débito, a bomba possui um sistema eléctrico de desactivação de um êmbolo «D». Um solenóide, montado na cabeça de um dos cilindros, move a haste de comando que mantém aberta a válvula de alimentação. Não pode ocorrer nenhuma pressurização do gasóleo porque este volta para a admissão.
A desactivação do terceiro êmbolo é também realizada pelo calculador para limitar voluntariamente o débito no caso de incidente (aquecimento excessivo do gasóleo, por exemplo).
O gasóleo pressurizado dirige-se para a saída alta pressão «E», para a rampa e injectores.
Paralelamente a esta saída, encontra-se o regulador de pressão «F» de comando RCA (Relação Cíclica de Abertura), assegurada pelo calculador. O regulador cria uma fuga controlada. A duração variável dos ciclos de abertura e de fecho regula a pressão de injecção. O gasóleo libertado por este regulador volta para o depósito pela saída «G» para arrefecimento e lubrificação.
Com o motor parado, não subsiste pressão residual no circuito de alta pressão.
A RAMPA DE ALIMENTAÇÃO
A rampa de alimentação (o «Common rail») serve de colector e de acumulador. É em aço forjado. Encontram-se na rampa:
- A chegada do gasóleo sob pressão - As saídas de injectores
- O sensor de temperatura do gasóleo (no início em série) - O sensor de alta pressão
O INJECTOR
Z
E
G
H
C
A
F
D
I
K
J
B
N
M
L
OS INJECTORES
A parte inferior de cada injector é parecida com o modelo clássico multi-furos (de características adaptadas à versão do motor, por exemplo, 5 furos de diâmetro 0,16 mm ou 5x0,20 ou 6x0,15); o topo é encimado por uma electroválvula de comando.
A - Pulverizador de abertura do injector Z - Pulverizador de realimentação B - Agulha de injector C - Câmara de pressão D - Mola de injector E - Êmbolo de comando F - Volume de comando G - Ligação de entrada
H - Filtro laminar incluído na ligação I - Mola principal
J - Agulha piloto e sua esfera K - Solenóide
L - Porca de fecho
M,N - Folga de funcionamento da agulha piloto
O solenóide da electroválvula de comando está fixado no corpo do electro-injector por uma porca de grandes dimensões «L» que serve para fixar o conjunto das peças. Não é permitida a desmontagem do injector através desta porca com o risco da destruição do conjunto.
As pressões de combustível utilizadas no sistema «Common rail» não permitem o comando eléctrico directo dos injectores porque nem a potência da electroválvula nem a sua velocidade de comutação são suficientes. A abertura destes é, por conseguinte, realizada por um efeito de pressão diferencial. Em repouso, a agulha do injector «B» fica aplicada sobre a sua sede devido à mola «D».
O êmbolo de comando «E» está montado sobre a agulha livre no seu furo.
Na cabeça do êmbolo encontra-se uma câmara «F» chamada «Volume de comando». Esta câmara está em ligação com a rampa de alimentação através do calibre «Z».
Ela está em ligação com o retorno ao depósito por meio do calibre «A». Este circuito é fechado pela esfera da agulha piloto «J» na qual se apoia a mola principal «I».
Observar na ligação de entrada «G» a presença de um filtro laminar «H» que impede a passagem de eventuais impurezas.
PRINCÍPIO DA ELEVAÇÃO DE UM INJECTOR
Injector fechado PV > PS-PR
Injector aberto PV < PS-PR
1 = PV = Esforço exercido no êmbolo pela pressão existente no volume de comando 2 = PR = Esforço da mola do injector
3 = PS = Pressão exercida na secção da agulha do injector pela alta pressão da bomba. «CARTOGRAFIA» DE UM INJECTOR
PRINCIPÍO DE ELEVAÇÃO DE UM INJECTOR
Quando o motor é accionado pelo motor de arranque ou se já estiver a trabalhar, a alta pressão fornecida pela bomba (pressão rampa) atravessa a ligação de alta pressão. Ela é repartida identicamente pela câmara de pressão sob a agulha do injector «C» e pelo volume de comando «F». O injector permanece fechado.
No momento desejado, o calculador fornece uma corrente eléctrica à electroválvula, provocando a elevação da agulha piloto «J».
A esfera é levantada da sua sede pela alta pressão, permitindo uma fuga de gasóleo para o retorno ao depósito.
O equilíbrio entre a pressão no injector (que não varia) e a pressão na câmara do êmbolo de comando (que diminui) é rompido.
O êmbolo de comando sobe libertando o injector que se abre e deixa passar um jacto de gasóleo para a câmara de combustão.
A injecção dura enquanto o solenóide permanecer sob tensão.
Uma vez o impulso eléctrico terminado, a mola da agulha piloto assenta a esfera sobre a sede. A fuga cessa, a pressão aumenta no volume de comando e provoca o fecho do injector.
O equilíbrio das pressões volta a ser encontrado e o dispositivo fica pronto para um novo ciclo. Os dois calibres «A» e «Z» introduzem a histerese (ou atraso) necessário para o funcionamento correcto.
- A velocidade de abertura da agulha do injector depende da relação da secção entre os dois calibres porque o volume impelido pelo êmbolo de comando e o volume que passa através do calibre «Z» deve escoar através do calibre «A». Como ele deve permitir a abertura da agulha do injector, «A» deve ser maior que «Z».
- O diâmetro de «Z» influi sobre o tempo de fecho.
A electroválvula abre-se completamente durante cada impulso de comando (mesmo para um débito mínimo). A abertura do injector depende da duração do comando:
- Impulso curto: o êmbolo de comando apresente uma certa inércia, a agulha do injector é
levantada muito ligeiramente. A superfície de passagem do gasóleo para aceder aos furos de pulverização do injector é muito pequena e a pressão de injecção é igual à pressão «rampa» minorada por uma perda de carga muito forte.
- Impulso longo. O êmbolo de comando e agulha de injector são completamente levantados.
A superfície de passagem é grande e o combustível é injectado à pressão «rampa» minorada de uma perda de carga menor que a precedente.
A quantidade de gasóleo injectada depende: - Da pressão fornecida pela bomba
- Da duração do impulso eléctrico fornecido pelo calculador.
- Da secção de passagem na saída dos injectores (calibre dos furos e tomada em consideração a elevação da agulha).
Estes elementos constituem a cartografia de cada injector. Esta cartografia é conservada em memória pelo calculador.
QUADRO SINÓPTICO
1261
1220
1221
1321
1115
7306
2100
1320
1210
1233 1253
1620
1312
1310
C001
1630
8020
BB00
1304
8221
V1300
4210
1313
7210
1331
1334
1208-6
1322
8098
1150
NOMENCLATURA
COMPONENTES
BOSCH P.S.A.
Bateria ... BB00 Tomada diagnóstico ... C001 Luz avisadora diagnóstico motor ... V1300
Sensor de referência cilindro ... 1115
Caixa Relé de pré-aquecimento ... 1150
Desactivador 3° êmbolo ... EAV ... 1208-6 Bomba de alimentação forçada ... EKP3.1D ... 1210
Sensor de temperatura da água ... 1220
Sensor de temperatura do gasóleo ... 1221
Electroválvula de regulação de pressão do turbocompressor ... 1233
Electroválvula EGR ... 1253
Sensor de posição do pedal do acelerador ... 1261
Relé duplo ... 1304
Debimetro de ar ... 1310
Sensor de pressão de ar de admissão ... 1312
Sensor de PMS e regime motor ... 1313
Calculador de controlo motor ... EDC15C2 ... 1320
Sensor de alta pressão gasóleo ... RDS2 ... 1321
Regulador de alta pressão gasóleo ... DRV ... 1322
Conjunto porta-injector completo ... CRI1 ... 1331-1334 Sensor velocidade do veículo ... 1620
Ligação com o calculador da C.V.A ... 1630
Contactor de stop ... 2100
Conta-rotações ... 4210
Computador de bordo ... 7210
Contactor do pedal de embraiagem ... 7306
Compressor de refrigeração ... 8020
Relé de alimentação do aquecimento adicional ... 8098
O DISPOSITIVO DE CONTROLO DO MOTOR
O princípio de base da acção do controlo do motor é muito semelhante ao de um dispositivo de injecção sequencial num motor a gasolina, com a adaptação tornada necessária devido à existência de pressões muito altas e de injecções múltiplas:
- Os sensores medem as condições de funcionamento actuais e transformam os valores físicos em sinais eléctricos.
- O calculador capta estes valores, trata-os e transforma-os em ordens ou informações destinadas:
- Aos accionadores principais (Regulação pressão, injectores, etc.)
- Aos accionadores secundários (Electroválvula de comando da reciclagem dos gases de escape, por exemplo)
- Interfaces com outros sistemas
O calculador controla em tempo real a distribuição de combustível e a sincronização da injecção pela corrente de comando dos injectores.
OS COMPONENTES DO SISTEMA
• O calculador
O calculador contém em referência um sensor de pressão atmosférica.
Possui um andar de potência capaz de fornecer a corrente de comando muito elevada necessária ao funcionamento dos injectores.
Está ligado ao feixe por um conector de 88 vias (ver contactos em anexo).
Utiliza a tecnologia «FLASH EPROM» e é telecarregável.
• O sensor de regime
As informações regime e posição do motor são fornecidas por este sensor fixado no cárter da embraiagem.
Ele define a posição da cambota numa coroa que possui 60 menos 2 dentes montada no volante do motor.
• O sensor de referência cilindro
É um sensor «de efeito de Hall» que dá um sinal quadrado directamente utilizável pelo calculador.
Está fixado na tampa da árvore de cames em frente de uma roda dentada accionada por esta.
A roda possui duas coroas largas seguidas de duas coroas estreitas.
Um entreferro entre o sensor e a coroa deve ser respeitado: 1,2 + 0/+0,1 mm.
• A sonda de temperatura do motor
É uma termistência C.T.N. que informa sobre o estado térmico do motor. Está situada na caixa de saída de água.
• O sensor de pressão «rampa»
Informa o calculador sobre o valor da alta pressão. O calculador:
- Utiliza o parâmetro «pressão» para calcular o volume a injectar. - Modifica eventualmente a pressão com o regulador da bomba de alta pressão.
• O debimetro de ar
É um debimetro de filme quente que integra uma sonda C.T.N. de medição da temperatura do fluxo de ar. Permite calcular a massa de ar absorvida pelo motor mediante a medição conjunta do fluxo de ar e da sua temperatura.
O calculador mede a resistência de um condutor eléctrico plano aquecido por uma corrente e arrefecido pelo fluxo de ar admitido. O valor encontrado é utilizado para a limitação dos fumos durante as fases transitórias (aceleração, desaceleração).
• O sensor de pressão de sobrealimentação
Fornece a informação «carga» medindo a pressão de sobrealimentação.
Esta informação é utilizada para: - a regulação da pressão de injecção - a regulação da duração da injecção
Alimentado com corrente de 5 volts pelo calculador, fornece uma tensão proporcional à pressão medida.
• O sensor de temperatura do gasóleo
É um sensor C.T.N. fixado na rampa. Mede a temperatura «matéria». Uma variante desta montagem mede directamente a temperatura do gasóleo no circuito de retorno ao depósito. A densidade do combustível e a sua viscosidade variam em função da sua temperatura.
O calculador corrige o débito a partir deste dado.
• O sensor do pedal de acelerador
Accionado pelo pedal do acelerador, traduz a acção do condutor. É constituído por dois pontenciómetros cuja resistência varia proporcionalmente com a posição do acelerador.
As informações provenientes de cada potenciómetro são comparadas constantemente entre elas a fim de detectar eventuais incoerências.
As medições são comparadas constantemente com as medidas dos outros sensores a fim de detectar incoerências eventuais.
• O sensor do pedal dos travões
Permite remediar uma informação incoerente proveniente do sensor do pedal do acelerador.
• O sensor do pedal da embraiagem
Permite remediar uma informação incoerente proveniente do sensor do pedal do acelerador.
O seu estado (aberto, fechado) intervém na gestão do ralenti.
• O sensor de velocidade
A sua acção sobre o funcionamento do motor consiste em informar o calculador de diversas situações:
- Veículo parado
- Veículo em andamento (a mais de 2 km/h) - Veículo em desaceleração
Os seus sinais são utilizados por diversos sistemas (direcção variável, suspensão) e pelo regulador de velocidade.
• A bateria
O seu valor de tensão é importante.
O calculador memoriza uma situação de defeito: - superior a 17,5 V
- inferior a 7 V.
Abaixo de 10 V, o funcionamento será aleatório porque a corrente necessária para o funcionamento correcto dos injectores circula muito mal por causa da resistência total (calculador cablagens -injectores).
Em função da tensão da bateria, o calculador regula o ralenti actuando no tempo de injecção e na pressão de serviço.
• O relé duplo
O relé duplo alimenta: - O calculador
- A bomba de combustível
• O transponder
Sistema convencional
• Os injectores
Elementos estudados noutro lugar • O regulador de alta pressão
Elemento estudado noutro lugar • O desactivador do 3
°
êmboloElemento estudado noutro lugar
• O relé de pré-aquecimento
Relé de alimentação das velas de pré-aquecimento.
O procedimento é decidido pelo calculador. Depende da indicação da sonda de temperatura da água do motor.
• O relé de comando do aquecimento adicional
Este sistema de que existem várias variantes (com resistências eléctricas, queimador) reforça o aquecimento pelo radiador de climatização.
Funciona, se necessário, depois do arranque do motor.
• Electroválvula de regulação de pressão de admissão
Comandada pelo calculador, provoca a abertura ou o fecho da válvula de regulação de pressão do turbocompressor
• Electroválvula E.G.R.
• Funções acessórias:
- Conta-rotações
- Luz avisadora de diagnóstico - Opção computador de bordo
Estes acessórios normais de condução fornecem informações ao condutor. O seu funcionamento é semelhantes ao dos veículos a gasolina.
• Opção climatização
O calculador gere:
- O funcionamento dos moto-ventiladores de arrefecimento. - O desembraiar do compressor na aceleração
• Opção C.V.A.
O calculador motor dialoga com o calculador da C.V.A. (Pedido de redução do binário na passagens das velocidades).
CARTOGRAFIA DE DÉBITO DO CALCULADOR
CARTOGRAFIA DAS PRESSÕES
T em microssegundos (µs)
V Volume global a injectar num cilindro em mm3 P Pressão em bar
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA INJECÇÃO
A bateria alimenta o calculador e o relé duplo que distribui a corrente aos diversos órgãos. O transponder autoriza o arranque.
Por accionamento do motor de arranque são precisas pelos menos duas rotações do motor para que a bomba de alta pressão proporcione a pressão mínima de 200 bars à rampa.
O calculador identifica a posição do motor:
- Através do sensor de posição e regime, que lê a posição do motor no volante (possuindo 60 dentes sendo 2 fresados).
- Através de um sensor que precisa a posição do motor por meio de uma coroa dentada situada atrás do careto da árvore de cames.
Tem em conta as indicações dos sensores:
- Principais:
- Posição do pedal do acelerador
- Temperaturas (água de arrefecimento, gasóleo) - Regime do motor
- Pressões (sobrealimentação, atmosférica) - Débito de ar de admissão e sua temperatura
- Secundárias:
- Débito de EGR
- Sensor de velocidade na saída de caixa
- Interruptores dos pedais dos travões e da embraiagem. Tem em conta as fases de funcionamento:
- Arranque (procedimento de débito particular enquanto o motor não for posto a trabalhar) - Ralenti (débito reservado)
- Marcha normal (Amortecimento dos esticões, regime máximo autorizado).
Estes parâmetros, cuja lista não é exaustiva (há mais de 1400) permitem-lhe determinar o volume teórico a injectar (cálculo do débito total formado pela adição do débito da injecção piloto, do débito da injecção principal e se necessário do débito de pós-injecção).
Baseando-se nas características do injector, o calculador escolhe na sua própria cartografia a relação «Pressão / volume» que lhe permite obter o tempo de injecção.
O calculador regula a alta pressão actuando no regulador da bomba. A baixo regime, uma pequena pressão é indispensável para obter um pequeno débito com precisão. A alto regime, o curto tempo disponível para a injecção impõe uma alta pressão para obter o débito necessário ao funcionamento correcto.
A partir da informação «Regime», o valor da alta pressão é escolhido para que o volume disponível seja sempre suficiente . (Cartografia: «Pressão»).
O início da injecção é determinado a partir dos parâmetros «Sensor regime» e «referência cilindro». No instante pretendido, o solenóide do respectivo injector é alimentado por uma forte corrente de chamada (20 A a 80 V, duração 300 µs) e a injecção começa. Quando a fase de chamada terminar, o calculador reduz a corrente de comando para uma corrente de manutenção (≅12 A a 50 V). A injecção dura enquanto o solenóide for alimentado.
CURVAS COMPARATIVAS. INFLUÊNCIA DAS INJECÇÕES PILOTO
α = Ângulo de rotação da cambota
IP = Injecção piloto P = pressão (bars)
Pm = pressão média no cilindro
1 = elevação da agulha com sistema convencional a = tempo de inflamação sem injecção piloto
2 = forte pico de pressão RUÍDO IMPORTANTE
3 = pressão correspondente no cilindro 4 = elevação da agulha com «Common rail» b = tempo de inflamação com injecção piloto
5 = subida progressiva da pressão POUCO RUÍDO
6 = pressão correspondente no cilindro 7 = comparação das pressões
ESTRATÉGIA DE INJECÇÃO
O tempo de inflamação (tempo que decorre entre o início da injecção e o início da inflamação) é, no Diesel, o principal factor de produção de ruído. O sistema «Common rail» permite encurtar este tempo de inflamação.
Comparemos os sistemas. Numa injecção diesel clássica, uma grande quantidade de gasóleo está já introduzida no cilindro antes que a elevação de temperatura devido à compressão o possa inflamar (curva 1, em cima à esquerda).
A inflamação brutal de um grande volume de combustível provoca uma súbita subida da pressão e uma forte elevação do ruído.(O que corresponde ao estalido característico do motor Diesel, perceptível sobretudo a frio, pico de pressão curva 2).
O sistema «Common rail» diminui o tempo de inflamação graças:
- à sua pressão de injecção muito elevada que permite uma pulverização muito fina
- ao seu comando dos injectores independentes e variável que autoriza injecções mais próximas durante um ciclo no mesmo cilindro:
- Uma injecção piloto ou pré-injecção - Uma injecção principal
- Consoante a despoluição, uma pós-injecção.
A injecção piloto IP, disparada antes da injecção principal (curva 4), provoca o pré-acondicionamento da câmara de combustão nos planos temperatura e pressão.
Quando ocorre a injecção principal, o tempo de inflamação é consideravelmente reduzido pela temperatura e pressão mais elevadas no espaço morto. A combustão torna-se mais suave e mais completa, e a subida de pressão menos brutal (curva 5), o que tem como consequências:
- Menos ruído e uma maior flexibilidade
- Um menor consumo e menos emissões nocivas
A comparação das pressões médias no cilindro mostra-nos: - curva 3, injecção convencional, o pico de pressão
- curva 6, injecção do «Common rail», a pressão média mais repartida - curva 7, sobreposição das duas curvas (Distingue-se o ganho de binário)
A quantidade de gasóleo pré-injectada representa 1 a 2% do débito da injecção principal em plena carga.
A diferença da injecção piloto em relação à injecção principal é de cerca de 1 milissegundo, o desvio angular aumenta com o regime.
A injecção piloto está presente até cerca de 3 000 r.p.m.
A antecipação exagerada das injecções piloto aumenta os ruídos de combustão. O débito excessivo é gerador de partículas.
O PRÉ-AQUECIMENTO E PÓS-AQUECIMENTO
A função pré-aquecimento é gerida pelo calculador.
(1150) caixa de pré-aquecimento (1160) velas de pré-aquecimento (1320) calculador de controlo do motor (V 1150) luz avisadora de pré-aquecimento
Funcionamento do pré-aquecimento
Logo que se liga a ignição, o calculador de controlo do motor comanda a caixa de pré-aquecimento que alimenta as resistências das velas e a luz avisadora do painel de instrumentos.
A duração do pré-aquecimento varia em função da temperatura da água. A luz avisadora indica:
- quando acende, o funcionamento do dispositivo
- quando se apaga, que o motor pode ser posto a trabalhar.
Quando o motor de arranque não é solicitado depois da extinção da luz avisadora, as velas permanecem alimentadas durante 10 segundos no máximo.
Durante a fase de arranque, as velas são alimentadas se: - A temperatura da água for inferior a 20°C
- O motor trabalhar a mais de 70 r.p.m. durante 0,2 segundos.
Funcionamento do pós-aquecimento
O pós-aquecimento consiste em prolongar o funcionamento das velas durante sessenta segundos no máximo depois da fase de arranque.
Os parâmetros que podem interromper o pós-aquecimento são: - Temperatura da água do motor superior a 20°C
- Débito injectado superior a 35 mm3 - Regime do motor superior a 2000 r.p.m.
Temperatura da água do motor
- 30°C - 10°C 0°C + 10°C + 18°C + 40°C Duração do pré-aquecimento (segundos) 16 s 5 s 0,5 s Extrapolado: 0,25 s 0 s 0 s Duração do pós-aquecimento (segundos) 180 s 180 s 60 s 60 s Extrapolado: 30 s 0 s
FUNÇÃO DESPOLUIÇÃO
Nota: os poluentes
A combustão produz diversos resíduos sendo a maioria poluentes. - Água (OH2)
- Dióxido de carbono (CO2) - Monóxido de carbono (CO)
- Hidrocarbonetos não queimados (HC) - Óxidos de azoto (NOX)
- Anidrido sulfuroso (SO2) - Ácido sulfúrico (H2SO4 ) - Partículas de fuligem
Formação das partículas de fuligem
Durante o aquecimento das zonas ricas, as gotículas de combustível fraccionam-se em vapor e em partículas de carbono livre. Se estas partículas de carbono não queimarem por causa de uma mistura incompleta, de uma falta local de oxigénio ou depois da extinção da chama num local frio, elas vão-se encontrar nos gavão-ses de escape.
A estas partículas de carbono vão-se adicionar os hidrocarbonetos não queimados ou parcialmente queimados (são principalmente aldeídos de cheiro penetrante) e elementos parasitas do gasóleo, tais como o enxofre, formando o conjunto da fuligem.
A despoluição
Desde 1 de Janeiro de 1993, os motores Diesel estão equipados com um dispositivo de reciclagem dos gases de escape (E.G.R.).
Receberam para o ano modelo 97 um catalisador de oxidação. Esta adaptação foi possibilitada pela comercialização de um gasóleo com baixo teor de enxofre.
O catalisador de oxidação ataca os hidrocarbonetos não queimados e o monóxido de carbono (CO). O dispositivo E.G.R. tem como função diminuir a quantidade de óxidos de azoto (NOX) rejeitada nos gases de escape.
Os óxidos de azoto são produzidos pela combinação do azoto e do oxigénio do ar de admissão devido a uma temperatura muito alta (>1800°C). O motor Diesel trabalha com um excesso de ar (λ = 1,2 a 1,4) e por conseguinte em presença de muito oxigénio.
O E.G.R. diminui, durante certas fases de funcionamento, a quantidade de oxigénio disponível no cilindro.
A válvula de reciclagem E.G.R. permite introduzir no tubo de admissão uma certa quantidade de gases de escape pobres em oxigénio para substituir o ar.
Uma demasiada quantidade de gases de escape reciclada provoca o aumento das taxas de fuligem, do monóxido de carbono e dos hidrocarbonetos por causa da falta de ar. A dosagem é pilotada pelo calculador do motor em função de certos critérios de temperatura, regime e carga do motor muito específicos.
ADAPTAÇÃO ÀS FUTURAS NORMAS
As futuras normas (EURO 2000) têm como objectivo atacar de uma maneira mais eficaz os NOX e as fuligens. Para as fuligens, a melhoria da injecção permitiu diminuir a sua quantidade. Outras soluções mais radicais estão a ser estudadas.
A E.G.R. permitiu um limite mais baixo para os óxidos de azoto (≅ 12 %).
A possibilidade do «Common rail» realizar várias injecções durante o ciclo de um cilindro autoriza a utilização de um catalisador do tipo «Denox» capaz de limitar de maneira mais consequente as emissões de NOX (≅ 20%).
O redutor necessário à reacção de conversão dos NOX é constituído por hidrocarbonetos. A pós-injecção (função potencial do «Common rail») permite injectar uma pequena quantidade de gasóleo ao tempo «Escape», quando a válvula está aberta. A reacção que se desenvolve transforma uma fracção dos NOX em outros produtos que são também poluentes mas que podem ser neutralizados mais facilmente.
PROCEDIMENTO DE ALERTA
Condições de acendimento da luz avisadora do painel de instrumentos
A luz avisadora permanece acesa durante 4 segundos no arranque. Durante este período, ela testa os seus circuitos e componentes.
Se não se apagar, é porque existe uma avaria.
Acendimento em andamento: ocorrência de uma avaria.
ESTRATÉGIA DE EMERGÊNCIA
O calculador extrapola a informação ausente a partir de outros valores disponíveis a fim de limitar as consequências do defeito.
Consoante as circunstâncias, impõe o modo «débito reduzido» que consiste em limitar arbitrariamente o débito a 30 mm3 por curso actuando no tempo de injecção e o regime a 2500 r.p.m.
Sensor de regime:
Paragem do motor
Sensor de referência cilindro:
Incidente que ocorre com o motor a trabalhar: sem paragem do motor. Depois da paragem do motor, arranque impossível.
Sensor de temperatura gasóleo:
Valor de substituição: 70°C
Se temperatura do gasóleo superior a 106°C, desactivação do terceiro êmbolo da bomba de alta pressão a baixa carga.
Sensor de temperatura da água:
Valor de substituição: a temperatura fictícia de 110°C, com o motor a trabalhar. Se motor parado, temperatura fictícia de -10°C
Sensor do pedal do acelerador:
A via defeituosa não é tomada em consideração a aplicação do modo débito reduzido se uma única via estiver defeituosa.
Diferença de valor de referência: a via tomada em consideração é a que indica o valor de referência mais baixo, modo débito reduzido.
Após uma temporização, diminuição do regime do motor por redução progressiva do débito.
Sensor de pressão de ar de admissão:
Valor de substituição: P = atmosférica, ou 900 mBar. Se P = atmosférica, incorrecto. Corte EGR (Ausência de comando da electroválvula).
Sensor de pressão atmosférica:
Valor de substituição: pressão de admissão quando o regime do motor é inferior a 900 r.p.m., depois 900 mBar se a pressão de admissão for incorrecta.
Sensor de alta pressão gasóleo (pressão rail):
Modo de emergência por colocação em débito reduzido e valor fictício de 1500 bar. Este valor não é tomado em consideração para a regulação da pressão.
Debimetro:
- Valor de substituição correspondente a 1000 mg de ar por curso. - Modo débito reduzido
- Corte EGR e pós-injecção se equipado).
Electroválvula EGR:
Corte da alimentação da electroválvula EGR.
Electroválvula borboleta:
Corte da alimentação da electroválvula borboleta (se equipado).
Electroválvula de comando de pressão do turbo-compressor:
- Limitação do débito se a pressão de sobrealimentação for muito importante. - Ausência de estratégia se for muito pequena (adaptação débito).
Calculador:
Valores por defeito ou paragem do motor consoante o nível de defeito.
Injector:
- Paragem do motor
Sensor de velocidade do veículo:
- Valor de substituição = 150 km/h, acesso progressivo a este valor.
- Selecção do débito de plena carga menos elevado tendo em conta a relação da caixa de velocidades (CVA).
- Estratégia anti-ebulição aplicada independentemente da velocidade do veículo - Função prazer de condução específica.
Interruptor de pedal dos travões:
- Regulação da velocidade interdita (específica).
- Teste de coerência com o sensor pedal mais operacional.
Interruptor do pedal da embraiagem:
- Valor de substituição fixo = posição desembraiada (específica regulação de velocidade). - Regulação da velocidade interdita
Comando de regulação da velocidade:
FUNÇÕES OU CIRCUITOS VIGIADOS DEFEITOS
Sem acendimento da luz Com acendimento da luz
Sensor referência cilindro X
Relé de pré-aquecimento X
Desactivador 3° êmbolo X
Sensor de temperatura da água
Sensor de temperatura da água X
Sensor de temperatura do gasóleo X
Electroválvula de regulação de pressão do
turbocompressor X
Electroválvula EGR X
Sensor de posição do pedal do acelerador X
Debimetro de ar X
Sensor de pressão de ar de admissão X
Sensor de PMS e regime motor X
Calculador de controlo do motor X
Sensor alta pressão gasóleo X
Regulador alta pressão gasóleo X
Conjunto porta-injector completo X
Ligação com o calculador da C.V.A. X
Sensor velocidade do veículo X
AJUDA AO DIAGNÓSTICO
Atenção:
Como o dispositivo de injecção «Common rail» trabalha a altíssima pressão, ele possui circuitos de alta e baixa pressão que requerem um cuidado especial durante as intervenções nas ligações hidráulicas e durante a manutenção corrente (ver capítulo particular).
As operações de controlo visam sempre adiar ao máximo a intervenção de abertura dos circuitos de combustível a fim de evitar a penetração de poeiras.
Princípio:
O calculador controla em permanência as suas entradas e saídas para detectar as anomalias que possam ocorrer.
Memorização:
Os defeitos permanentes ou intermitentes e o contexto em que eles ocorrem são memorizados pelo calculador.
Em caso de defeito importante (risco mecânico ou risco de poluição), o calculador comanda o acendimento da luz avisadora no painel de instrumentos e implementa uma estratégia de emergência.
TESTE DOS ACCIONADORES
Comando órgãos ou funções
Regulação de pressão do «Common rail» Desactivação 3° êmbolo bomba de alta pressão
Electroválvula de comando pressão de sobrealimentação Electroválvula de comando válvula E.G.R.
Corte climatização
Luz avisadora de diagnóstico Luz avisadora de pré-aquecimento Luz avisadora de temperatura da água Caixa de pré-aquecimento
Pequena velocidade GMV Grande velocidade GMV Corte eléctrico (relé duplo)
PARTICULARIDADES LIGADAS AO «COMMON RAIL» E INTERVENÇÕES
A pressão elevada ao nível do assentamento do injector torna crítica a falta de estanquecidade neste lugar:
- O combustível é injectado de maneira contínua
- A combustão é prematura (cerca de 40° antes do P.M.S.)
- Isto provoca uma forte subida da pressão no cilindro (até 240 bars em vez de 145 à potência máxima), o que pode ocasionar a destruição do motor.
A presença de aparas metálicas ou de poeiras de pequenas dimensões (alguns microns) pode ser suficiente para perturbar muito gravemente o funcionamento do sistema. O cliente deve ser advertido. Instruções imperativas são dadas à Rede:
- Uma janela de informação será incluída nos manuais cliente:
O motor de injecção directa recorre a uma tecnologia que requer um cuidado e uma qualificação que somente a rede (PSA) pode prestar-lhe.
- A seguinte janela figurará em preâmbulo dos documentos Após-Venda: - Apresentação motor HDI
- Desmontagem-montagem
ATENÇÃO: este motor recorre a uma tecnologia de injecção alta pressão sofisticada que requer um cuidado particular durante as intervenções nos circuitos hidráulicos de alta e baixa pressão:
- Limpeza
- Binários de aperto
- As seguintes instruções figurarão em preâmbulo nos documentos de «Intervenção»
Instruções de limpeza antes da desmontagem
O local de trabalho deve estar limpo (bancada, pavimento, tecto, ferramentas [chaves de caixa /falsa vela para medição das compressões / encaixes + manómetros de controlo da baixa pressão], roupa). Deve estar separado das zonas expostas às projecções de partículas metálicas ou de poeiras (carroçaria, trabalhos de mecânica).
Qualquer intervenção num motor sujo requer antes disso uma limpeza em caso: - de abertura dos circuitos de alta e baixa pressão
- de desmontagem da cabeça do motor.
É proibida a utilização de um aparelho de limpeza de alta pressão e ar comprimido. Proteger os órgãos eléctricos contra qualquer projecção (alternador + motor de arranque)
Limpar cada ligação a abrir e as peças com um pincel + produto desengordurante homologado. Utilizar um aspirador para aspirar os resíduos.
Instruções de limpeza durante a desmontagem
Logo após a abertura dos circuitos de AP e BP, obturar imediatamente os orifícios com tampões adaptados (embalagem por lote em P.S.), nas seguintes peças:
SEGURANÇA DURANTE AS INTERVENÇÕES
Como as pressões desenvolvidas pelo sistema são muito elevadas, é formalmente proibido intervir com o «Motor a trabalhar» nas diversas ligações.
Desligar a ignição e esperar 20 a 30 segundos antes de qualquer desmontagem. - Bomba AP (+ regulador AP + desactivador 3° êmbolo)
- Rampa de injecção (+ sensor AP) - Injector + porta-injector, nariz de injector - Orifícios rampas
Arrumar as peças desmontadas ao abrigo das poeiras e impurezas, não deixar aberto o vaso de filtração durante as intervenções.
Reduzir o tempo «aberto» no circuito de AP.
Instruções de limpeza durante a montagem
Quando substituir o filtro de gasóleo, limpar o fundo do vaso com um pano limpo e não felpudo (não utilizar algodão de limpeza).
Abrir a embalagem Peça Sobresselente somente antes da montagem.
Evitar qualquer presença de partículas metálicas durante a montagem dos tubos de AP. Retirar os bujões e obturadores à medida que faz a montagem.
Instruções relativas ao injector:
ATENÇÃO:
NENHUMA ferramenta deve ser aplicada na porca superior.
Utilizar o extractor de inércia específico se necessário para a desmontagem do injector.
ATENÇÃO: QUALQUER limpeza do injector (mesmo com o limpador a ultras sons) é PROIBIDA.
Separação injector-porta-injector EXCLUÍDA.
IMPERATIVO: Não reutilizar os tubos de alta pressão desmontados (1 tubo bomba-»common rail», 4 tubos de injectores). Montar tubos novos.
Respeitar o método de montagem: 1) montagem injector
2) montagem tubo com encaixe de anilha bicónica 3) aperto injector
4) aperto tubo
IMPERATIVO: respeitar os binários de aperto recomendados.
➠ Antes de qualquer intervenção, efectuar uma leitura das memórias do calculador com a ferramenta de diagnóstico. A metodologia de busca de avarias (documento diagnóstico, árvore de defeitos) adia ao máximo as intervenções nos circuitos BP e AP.
REPARAÇÃO INJECTOR E BOMBA DE ALTA PRESSÃO
Intervenção no injector excluída, seja qual for a origem da avaria.
Substituição do regulador de alta pressão da bomba ou desactivador do terceiro êmbolo excluída durante o período de garantia.
NOVO ARRANQUE DEPOIS DE UMA AVARIA POR FALTA DE COMBUSTÍVEL
Não existe nenhum procedimento especial de ferragem; basta pôr gasóleo no depósito.
ERRO DO TIPO DE COMBUSTÍVEL
- Esvaziar o depósito.
- Purgar o circuito situado entre o filtro e a rampa. - Substituir o elemento filtrante e limpar o vaso.
ANEXO
Afectação dos terminais do calculador Primeira fiada
1 + alimentação comutada
2 Comando injector n°1 (massa)
3 Comando injector n°3 (massa)
4 Comando injector n°4 (massa)
5 Comando injector n°2 (massa)
6 Comando injector n°2 (mais)
7 Redução do binário/posição C.V.A.
8 Diagnóstico GMV
9 CAN H
10 Diagnóstico linha L
11 Sensor de temperatura do ar / debimetro 12 Saída 5V: Alimentação sensor n°1 13 Sinal débito de ar (debimetro)
14 Sinal sensor regime
15 Sinal sensor pedal do acelerador 16
17 Entrada regulador de velocidade 18 Sinal sensor de referência cilindro 19 Sinal sensor de velocidade veículo
20 Sinal sensor pedal da embraiagem sem contacto 21 Sinal sensor pedal da embraiagem (ou neutro CVA) 22
23 Alerta temperatura da água do motor 24
25 Comando GMV 1
26 Comando electroválvula pressão de sobrealimentação 27
Segunda fiada
29 +alimentação comutada redundante
30 Comando injector n°1 (mais) 31 Comando injector n°3 (mais) 32 Comando injector n°4(mais)
33 Massa de potência n°1
34 Massa dos sensores
35 Modo de funcionamento CVA
36 Comutador ADC
37 Can L
38 Diagnóstico linha K
39 Sensor de temperatura combustível
40 Massa sensores
41 Sinal sensor de regime +
42 43
44 Alimentação 5 V sensores
45 Massa sensores temperatura da água 46 Sensores de temperatura da água do motor 47 Entrada climatização Ar Condicionado / TH
48 Entrada contactor de paragem
49 Massa de potência n°3
50 Controlo da pressão de combustível 51
52 Comando válvula EGR
53 Massa de potência n°2
54
Terceira fiada
56 Saída luz avisadora de pré-aquecimento 57
58 Comando aquecimento adicional 59
60 Entrada regulação de velocidade (Anulação)
61 Entrada regulação de velocidade (Desaceleração /memo)
62 Saída regime moto
63 Saída consumo de combustível
64 Saída vontade do condutor
65 Saída binário motor para C.V.A. 66 Saída + despertar para A.D.C 67
68 Sinal coerência posição pedal
69 + após-contacto
70 Entrada temperatura catalisador 71 Entrada pressão de ar de admissão 72 Entrada diagnóstico pré-aquecimento 73 Entrada contactor travão redundante 74 Entrada pressão combustível
75 76
77 Entrada necessidade velocidade Grupo Moto-Ventilador para climatização 78 Entrada forçagem velocidade Grupo Moto-Ventilador
79
80 Controlo débito de bomba (desactivação 3° êmbolo) 81 Saída informação temperatura da água do motor 82 Saída lâmpada defeito (diagnóstico)
83 Saída relé GMV 2
84 Saída climatização Ar Condicionado / OUT 85 Comando aquecimento adicional 2
86 Comando relé principal
87 Comando relé de potência
O SISTEMA DE INJECÇÃO DIRECTA
PARA MOTOR DIESEL
ÍNDICE
ÍNDICE ... 1
O «COMMON RAIL» (esquema) ... 2
PREÂMBULO ... 3
PRINCÍPIO ... 4
ESQUEMA GERAL ... 4
NOMENCLATURA ... 5
FILTRO DE COMBUSTÍVEL (esquema) ... 6
DESCRIÇÃO - FUNCIONAMENTO PARTE HIDRÁULICA ... 7
A BOMBA DE ALTA PRESSÃO GASÓLEO (esquema) ... 8
A BOMBA, A RAMPA DE ALIMENTAÇÃO ... 9
O INJECTOR (esquema) ... 10
OS INJECTORES ... 11
PRINCÍPIO DE ELEVAÇÃO DE UM INJECTOR (esquema) ... 12
PRINCÍPIO DE ELEVAÇÃO DE UM INJECTOR ... 13
QUADRO SINÓPTICO ... 14
NOMENCLATURA ... 15
O DISPOSITIVO DE CONTROLO DO MOTOR. OS COMPONENTES ... 16 a 21 CARTOGRAFIAS DAS PRESSÕES, DO DEBITO (esquema)... 22
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA INJECÇÃO ... 23
CURVAS COMPARATIVAS (esquema) ... 24
ESTRATÉGIA DE INJECÇÃO ... 25
O PRÉ-AQUECIMENTO E PÓS-AQUECIMENTO ... 26
FUNÇÃO DESPOLUIÇÃO ... 27
ADAPTAÇÃO AS FUTURAS NORMAS ... 28
PROCEDIMENTO DE ALERTA, ESTRATÉGIA DE EMERGÊNCIA ... 29 a 30 AJUDA AO DIAGNÓSTICO ... 31
TESTE DOS ACCIONADORES ... 32 PARTICULARIDADES LIGADAS AO «COMMON RAIL» E INTERVENÇÕES ... 33 a 35 ANEXO: AFECTAÇÃO DOS TERMINAIS DO CALCULADOR ... 36 a 38