17.5
Common rail
Il common rail è un sistema di alimentazione a iniezione diretta di seconda generazione per motori diesel sovralimentati basato sul controllo elettronico della quantità di
gasolio iniettato e dell’istante di iniezione.
Caratteristiche generali del sistema common rail
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17.5.1
iniezione diretta con iniettori piezoelettrici
pompa di alta pressione meccanica a funzionamento continuo
pompa di trasferimento integrata nella pompa di alta pressione
pressione di iniezione fino a 1 500 bar
iniezione del carburante in 2 fasi
controllo della portata di gasolio
controllo della pressione di iniezione
controllo dell’anticipo di iniezione
controllo delle temperature del motore e del gasolio
controllo del regime minimo e del regime massimo
arresto dell’iniezione in fase di rilascio
controllo delle candelette di preriscaldamento
controllo delle emissioni inquinanti dello scarico
Principio di funzionamento
Il sistema di iniezione elettronica diesel common rail (fig. 17.19) realizza il dosaggio del
gasolio e il calcolo del punto di iniezione tenendo conto del regime e del carico motore.
Fig. 17.19 – Schema di
common rail.
Il modulo di controllo elettronico (centralina) determina la quantità di gasolio iniettato (pressione e tempo di iniezione) e il relativo istante di iniezione (anticipo di iniezione) tenendo conto della richiesta di potenza del guidatore (posizione dell’acceleratore), della massa d’aria aspirata e del regime motore.
La posizione dell’acceleratore viene rilevata da un potenziometro collegato al pedale, la
massa d’aria viene rilevata da un misuratore di portata aria a filo caldo posizionato nel condotto di entrata dell’aria tra il filtro e il turbocompressore, il regime del motore viene rilevato da un sensore induttivo di giri posto sul basamento in prossimità del volano motore.
Oltre a comandare gli iniettori, la centralina controlla e regola la quantità di gasolio e
la pressione di iniezione, comanda la valvola ERG per le immissioni allo scarico, manda
il relè di alimentazione e comanda il modulo di preriscaldamento delle candelette.
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Alimentazione degli iniettori mediante condotto comune. Nel sistema common rail gli
iniettori sono sempre sottoposti alla pressione di esercizio da 150 a 1 500 bar e vengono alimentati simultaneamente attraverso un condotto comune di accumulo pressione,
il rail (o flauto), al quale sono collegati dei tubi in acciaio.
Pompa ad alta pressione e pompa di trasferta meccanica a funzionamento continuo.
Per produrre l’elevatissima pressione di esercizio viene utilizzata una pompa meccanica
a pistoni radiali trascinata dal cinematismo della distribuzione. La pressione di esercizio
viene regolata elettronicamente attraverso un’elettrovalvola fissata sul corpo della pompa e comandata dalla centralina. L’alimentazione di gasolio è assicurata da una pompa
di trasferta posta all’interno dello stesso corpo pompa; questa pompa è dotata di regolatore di portata comandato dalla centralina che permette di dosare la quantità di gasolio da inviare alla pompa di alta pressione.
Iniezione diretta comandata elettronicamente. Gli iniettori sono di tipo meccanico
comandati da attuatore piezoelettrico e iniettano gasolio direttamente nelle camere di
combustione realizzate nel cielo dei pistoni. L’iniezione di carburante è sequenziale. Gli
iniettori vengono comandati singolarmente secondo l’ordine di fase con intervallo di
rotazione dell’albero motore di 180o tra un’iniezione e l’altra. L’iniezione avviene durante la fase di compressione di ciascun cilindro ed è suddivisa in due tempi successivi: la
pre-iniezione e l’iniezione vera e propria. In base alle condizioni di funzionamento del
motore l’istante di iniezione (anticipo) varia rispetto al P.M.S. di fine compressione.
In fase di avviamento viene incrementato il tempo di iniezione rispetto al funzionamento al minimo.
Controllo della quantità di gasolio iniettata. La quantità di gasolio iniettata dipende dal
tempo e dalla pressione di iniezione che variano principalmente in base ai segnali del
potenziometro dell’acceleratore, del misuratore della massa d’aria, del sensore giri
motore e del sensore di pressione carburante. L’iniezione viene inibita quando la pressione del gasolio è inferiore a 120 bar o superiore a 1 800 bar, oppure se il regime del
motore supera accidentalmente i 6 000 giri/min.
Controllo dell’anticipo di iniezione. L’anticipo di iniezione viene determinato principalmente in base alla quantità di gasolio da iniettare e viene quindi corretto in base alla
temperatura e al regime del motore.
Controllo delle temperature del motore e del gasolio. La temperatura del gasolio viene
controllata attraverso un apposito sensore, quando supera il valore di 110 oC viene ridotta la pressione di iniezione. La temperatura del motore viene controllata attraverso un
termistore posizionato sulla testata, in base ai valori di esercizio raggiunti vengono
ridotti il tempo e la pressione di iniezione.
Controllo del regime del minimo e del regime massimo. Il regime del minimo viene
regolato in base alla temperatura del motore attraverso il regolatore di pressione e i
tempi di iniezione. Il regime massimo del motore viene regolato riducendo progressivamente il tempo di iniezione man mano che il motore si approssima al regime previsto oppure inibendo completamente l’iniezione se il motore accidentalmente supera i
6 000 giri/min.
Arresto dell’iniezione in fase di rilascio. Quando si rilascia l’acceleratore, la centralina
riceve un segnale dal potenziometro dell’acceleratore ed annulla il comando degli iniettori. L’iniezione viene poi ripristinata quando il motore si approssima a regime del minimo.
Controllo delle candelette di preriscaldamento. Le candelette di preriscaldamento vengono alimentate da un apposito modulo comandato a sua volta dalla centralina. Le candelette diventano incandescenti e facilitano l’autoaccensione del gasolio a motore freddo. Dopo l’avviamento le candelette continuano ancora ad essere alimentate per migliorare la marcia a motore freddo. La fase di preriscaldamento viene segnalata da un’apposita spia nel quadro strumenti.
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Controllo delle emissioni inquinanti. Le emissioni inquinanti allo scarico vengono limitate sia attraverso un accurato controllo della pressione e del tempo di iniezione, sia
attraverso il riciclo dei gas di scarico che riduce la formazione di ossidi di azoto.
Immobilizzazione motore codificata. Analogamente ad altri sistemi di gestione motore
installati, il sistema di iniezione elettronica diesel common rail svolge la funzione di antifurto anti-avviamento codificato. In caso di mancato riconoscimento del codice della
chiave di avviamento emesso dal «trasponder» (microtrasmettitore codificato inserito
nella chiave), la centralina disabilita tutte le funzioni di gestione del motore impedendone l’avviamento.
17.5.2
Circuito ad alta e bassa pressione
Il circuito a bassa pressione comprende: il serbatoio, la tubazione di alimentazione, la
pompa di adescamento, il filtro, il riscaldatore del gasolio, la pompa di trasferta (posta
all’interno della pompa di alta pressione), il regolatore di portata gasolio, il sensore di
temperatura gasolio, il circuito di ritorno a serbatoio.
Il circuito di alta pressione comprende: la pompa di alta pressione, il regolatore di pressione gasolio, la tubazione di alta pressione, il condotto di alimentazione iniettori, il
sensore di pressione gasolio, gli iniettori.
Funzionamento. Attraverso il filtro il gasolio viene prelevato dalla pompa di trasferta
posta all’interno della pompa di alta pressione e pressurizzato a bassa pressione all’interno del corpo pompa. La quantità di gasolio pressurizzata viene regolata con un apposito regolatore di portata comandato dalla centralina.
Il gasolio pressurizzato a bassa pressione alimenta gli elementi pompanti della pompa
di alta pressione. Un sensore di pressione posizionato sul condotto di alimentazione
iniettori fornisce alla centralina un segnale elettrico corrispondente all’effettiva pressione di esercizio degli iniettori.
Un sensore di temperatura posizionato sulla tubazione di ritorno al serbatoio fornisce
un segnale corrispondente alle condizioni termiche del carburante. A causa delle elevatissime pressioni di esercizio la temperatura del gasolio tende a raggiungere dei valori
elevati (oltre 120 oC).
Per limitarne l’innalzamento termico viene utilizzato un radiatore di raffreddamento
posizionato nella parte inferiore del veicolo lungo la tubazione di ritorno al serbatoio.
Per l’utilizzo del veicolo alle basse temperature il filtro del gasolio è provvisto di un
riscaldatore elettrico da 150 W di potenza comandato da un apposito termocontatto
interno allo scopo di prevenire la formazione di cristalli di paraffina e l’intasamento dell’elemento filtrante con conseguente arresto del motore.
Dati caratteristici:
Pressione circuito di alimentazione a bassa pressione: da 0,8 a 1 bar
Pressione circuito della pompa di trasferta: da 1 a 0,8 bar in avviamento (valvola limitatrice meccanica a 4 bar)
Portata della pompa di trasferta: da 100 a 330 ml al minuto in base al regime di rotazione
Pressione di alimentazione iniettori: da 150 a 1 500 bar regolata elettronicamente.
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