SISTEMA DE INYECCION ELECTRONICA COMMON RAIL

BOSCH

JORGE GUERRA POVIS

SISTEMA COMMON RAIL BOSCH FUNCIONES:-

-Proporcionar el combustible necesario para el motor diesel en cualquier circunstancia.– Generar la alta presión para la inyección y distribuir el combustible hacia los cilindros.– Inyectar el combustible necesario con exactitud en cada cilindro, con el orden adecuado y en el momento preciso.   VENTAJAS:

-La generación de la alta presión es independiente del control de la inyección, puesto que se basa en el principio de la acumulación. -Permite trabajar con valores de presión superiores a la generada por bombas rotativas.-La presión de inyección se consigue con independencia del régimen de giro del motor.-Permite el control preciso del caudal y presión de la preinyección. -El control de la inyección es totalmente electrónico.  

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA COMMON-RAIL   El sistema de inyección Common-Rail consta de los siguientes subsistemas:– Circuito de combustible de baja presión.– Circuito de combustible de alta presión.– Conjunto inyector-servo válvula (tantos como cilindros tenga el motor).– Circuito electrónico de control: Unidad de Mando, sensores y actuadores.– Circuito de recirculación de gases de escape. Y eventualmente, dependiendo del motor:– Circuito de control de la presión de soplado del turbo.– Circuito de recirculación de los vapores del cárter.    

SISTEMA COMMON RAIL BOSCH

CIRCUITO DE COMBUSTIBLE DE BAJA PRESIÓN: DEPÓSITO DE COMBUSTIBLE  

El depósito de combustible no presenta ninguna adaptación especial cuando se monta el sistema Common-Rail, por lo que

mantiene las características comunes e incorpora igualmente las válvulas antivuelco y de aireación.

     

CIRCUITO DE COMBUSTIBLE DE BAJA PRESIÓN: BOMBA DE

CEBADOLa bomba de cebado es de tipo volumétrico y está situada generalmente en el interior del depósito junto con el aforador, por lo que está sumergida en el combustible.  La bomba es de accionamiento eléctrico con una tensión de alimentación de 12 V. que recibe a través del relé de bomba. Este relé se activa durante 3 seg. Con la señal de contacto y permanentemente con el motor en marcha.   Entre la zona de aspiración y la de impulsión hay una válvula de seguridad que impide que la presión generada sobrepase los 7 bares permitiendo la recirculación del combustible. A la salida de la bomba existe una segunda válvula que actúa como antirretorno, impidiendo que el circuito se vacíe cuando el sistema está parado. 

   

 

CIRCUITO DE COMBUSTIBLE DE BAJA PRESIÓN: FILTRO DE COMBUSTIBLE

 

La función de este componente es la de retener las impurezas que pueda presentar el combustible y simultáneamente el agua, que se deposita en la parte inferior por decantación.

 El elemento filtrante es de cartucho de papel con un tamaño de poro de 5 micras y una gran superficie. El filtro incorpora

un elemento calefactor eléctrico gobernado por un termointerruptor situado en el mismo filtro.

  

Este elemento deja alimenta de tensión al calefactor cuando la temperatura del combustible está entre los 6ºC y los 15ºC.

     

CIRCUITO DE COMBUSTIBLE DE BAJA PRESIÓN: SISTEMA DE CALEFACCIÓN TERMOSTÁTICO

  

 Sistema de calefacción termostático. En el filtro se encuentra el elemento termostático que desvía el combustible hacia el elemento calefactor situado en la caja de salida del líquido refrigerante de la culata.  Este elemento funciona con un bimetal que se deforma en función de la temperatura del combustible. Cuando es inferior a 15ºC, la posición del bimetal obliga a que todo el combustible se dirija al calentador sin circular por el filtro. Para temperaturas comprendidas entre 15ºC y 25ºC, sólo parte del combustible se dirige al calentador y parte circula por el filtro. Para temperaturas superiores a 25ºC la totalidad del combustible circula sólo por el filtro.  

 

VÁLVULA DE REGULACIÓN BAJA PRESIÓN  

Válvula de regulación de baja presión. La válvula de regulación de baja presión está situada en el filtro de combustible y tiene por misión la de mantener la presión en valores próximos a los 2.5 bares.  Está formada por una bola y un muelle tarado. En el momento en que el combustible de envío ejerce una fuerza superior a la del muelle, la bola se desplaza permitiendo que el combustible recircule hacia el depósito, cuando esto ocurre la presión desciende y la bola obtura de nuevo el paso.

CIRCUITO DE COMBUSTIBLE DE BAJA PRESIÓN: INTER-COOLER O ENFRIADOR DE COMBUSTIBLE 

 

El combustible sometido a altas presiones sufre un importante calentamiento que puede afectar al depósito construido de plástico inyectado además de variar de densidad.  Por tal motivo, se dispone de un intercambiador de calor en el tubo de retorno, bajo el piso del vehículo, sobre el que incide el aire de marcha del mismo y que, por lo tanto, refrigera al combustible.  

CIRCUITO DE COMBUSTIBLE DE ALTA PRESIÓN: BOMBA DE ALTA PRESIÓN CON DESACTIVADOR DE

UN PISTÓN  

La bomba de alta presión es accionada por correa dentada de distribución con una relación de 0.5, (con un número de revoluciones igual al del árbol de levas). Se trata de una bomba volumétrica del tipo de pistones radiales.  Estos son tres y están situados a 120º, disponiendo cada uno de válvulas de admisión cilíndricas planas y válvulas de envío de bola. El eje de impulsión, arrastrado por la correa, provoca el desplazamiento de los émbolos por la acción de su excentricidad y con la interposición de elementos de fricción, haciendo que describan un movimiento de ascenso y descenso senoidal.  La bomba recibe el combustible con una presión de 2.5 bares. Éste se dirige hacia la cámara de abasto de combustible o bien hacia el circuito de lubricación y refrigeración de la bomba de alta presión. Si la presión de envío supera la presión de apertura de la válvula de seguridad (0,5 …1,5 bares), el combustible pasa a través de las válvulas de admisión hacia los elementos de bomba, en los que el émbolo se encuentra en desplazamiento hacia abajo (carrera aspirante).Al sobrepasarse el punto muerto inferior de un émbolo, la válvula de admisión cierra debido a la caída de presión que se produce.   

CIRCUITO DE COMBUSTIBLE DE ALTA PRESIÓN: DESACTIVADOR DEL TERCER INYECTOR

La bomba incorpora un desactivador que anula el efecto de uno de los pistones de la bomba. Está formado por una electroválvula gobernada por la unidad de mando que mueve un elemento de cierre.  Cuando la bobina de esta electroválvula es activada, queda abierto un paso que comunica la zona de alta presión con la de baja en uno de los cilindros, por lo que éste no genera presión. Esto ocurre cuando la temperatura del combustible alcanza los 106ºC, cuando el motor funciona a baja carga y en caso de emergencia. De esta forma, se disminuye la potencia absorbida por la bomba y el sobrecalentamiento del combustible por laminación.  

   

INYECTORES

   Los inyectores tienen como misión la de dosificar el combustible y conseguir su completa pulverización. Para ello cuentan con una electroválvula de mando situada en la parte superior, un sistema hidráulico de gestión junto con los canales por donde circula el combustible y una tobera de inyección con 5 ó 6 finos orificios.  

FUNCIONAMIENTO DEL INYECTOR

     

Posición de reposo: En situación de reposo la electroválvula no está excitada. En el volumen de control existe la misma presión que en el rail común y también en la parte inferior del dosificador al que llega a través de un canal. Esta presión ejerce una fuerza, junto con la del resorte, en sentido de cierre sobre la cabeza del pistón. En sentido de apertura actúa como única fuerza, la que genera la misma presión sobre el pulverizador.  Inicio de la inyección: En el momento en que la unidad de mando decide abrir el inyector, aplica una corriente a la electroválvula que provoca el desplazamiento del elemento de cierre de bola.  La velocidad de apertura de la aguja depende de la breve aplicación de una corriente de alta intensidad y de la relación de paso entre los estranguladores de salida y entrada de combustible en el volumen de control. Fin de la inyección: La unidad de mando corta el suministro de corriente a la electroválvula, por lo que se cierra el estrangulador correspondiente y se restablece la presión en el volumen de control. Esto provoca que las fuerzas que actúan en el sentido de cierre sean mayores que la fuerza de apertura, por lo que el inyector se cerrará. 

 

 

FUNCIONAMIENTO DEL INYECTOR

CONTROL DEL INYECTORLa cantidad de combustible que se inyecta depende fundamentalmente del tiempo en que está abierta la aguja del inyector y de la presión en la cámara de control. Inicialmente se aplica a la bobina una alta intensidad de corriente de aprox. 20 A y 80 V. que provoca la apertura rápida de la electroválvula. Después de alcanzar la carrera máxima (aprox. 50 micras) se reduce la corriente a 12 A. y 50 V, para mantenerla en esa posición transcurridos unos 300 ms después del comienzo de la excitación. 

CONTROL DEL INYECTOR

FUNCIONES DEL SISTEMA

  

Las funciones asumidas por la unidad de mando son las siguientes:- Cálculo de la cantidad de combustible necesario en cada momento, determinado cilindro a cilindro.  - Control de la bomba auxiliar de combustible.- Control de la presión de inyección.- Enriquecimiento en fase de arranque.- Corte de inyección en marcha por inercia.- Limitación del caudal inyectado por humos.- Regulación del ralentí.- Límite de revoluciones máximas.- Corrección del caudal para suavidad de marcha.- Cálculo del momento de inyección básico y de adaptación para el arranque y el calentamiento.- Control de la electroválvula de la recirculación de gases de escape.- Control de la electroválvula para la regulación de presión de soplado del turbo.- Control del sistema de calefacción adicional.- Control de los calentadores en fase precalentamiento y post arranque.- Control de la temperatura del combustible.- Control de la temperatura del motor.- Diagnosis de averías en componentes del sistema.- Funciones de emergencia. 

ELEMENTOS SENSORES: DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

Para que la unidad de mando pueda llevar a cabo las funciones para las que está programada, necesita información de una serie de componentes que traducen las diferentes variables en señales eléctricas. Algunas de estas señales las utiliza para realizar los cálculos básicos y otras como retroinformación que le permiten reconocer si se está llevando a cabo correctamente la gestión de las funciones o el control de algún componente actuador. Los componentes sensores de este sistema son:- Potenciómetro del acelerador.- Sensor de revoluciones y posición del cigüeñal.- Sensor de fase del árbol de levas.- Medidor de masa de aire y temperatura del aire.- Sensor de temperatura del motor.- Sensor de temperatura del combustible.- Conmutador del pedal de freno.- Conmutador del pedal de embrague.- Sensor de presión atmosférica.- Sensor de presión de soplado del turbo.- Sensor de presión del combustible

 

POTENCIÓMETRO DEL ACELERADOR

    

 Este elemento traduce la posición del pedal de acelerador en una señal eléctrica que es utilizada por la unidad de mando para reconocer los deseos del conductor, y por lo tanto, los diferentes estados de carga del motor, tal como el de ralentí, procesos de aceleración, deceleración, plena carga, etc.   El sensor consta de dos pistas resistivas alimentadas por la unidad de mando con una tensión de 5 V constantes. Los cursores son movidos por el eje del pedal y en cada posición provocan una determinada caída de tensión y una variación de la misma más o menos rápida en función de cómo se pise el pedal. De los dos potenciómetros, uno es el principal y otro de seguridad.  

SENSOR DE REVOLUCIONES Y POSICIÓN DEL CIGÜEÑAL

 El sensor de revoluciones del motor está situado en el bloque motor y enfrentado a una rueda solidaria al cigüeñal que dispone de 60 dientes faltando dos. Este sensor informa a la unidad de mando de las revoluciones a las que gira el motor y de la posición del cigüeñal y por lo tanto, de la posición de los cilindros. Esta señal es básica para el cálculo de la presión de combustible y del tiempo de activación de los inyectores, para el cálculo del momento de inyección, así como para la regulación de la presión de soplado del turbo y la recirculación de gases de escape. También se utiliza para la información de las revoluciones para el cuadro de instrumentos. El sensor de revoluciones es un captador de tipo inductivo constituido por un bobinado en cuyo interior existe un imán permanente.

  

SENSOR DE FASE DEL ÁRBOL DE LEVAS   

El sensor de fase permite a la unidad de mando reconocer la posición del árbol de levas y por lo tanto discriminar cual de los cilindros está en fase de compresión.  El sensor está situado en la culata, enfrentado a un anillo con una ventana solidario al árbol de levas. Durante el giro, la ventana queda enfrentada al sensor una vez por cada dos vueltas del cigüeñal, momento en que se genera un pulso positivo que coincide con la posición del cilindro nº 1 a 58º antes del P.M.S. El sensor consta de un captador de tipo Hall sobre el que incide el campo magnético de un imán permanente. 

    

MEDIDOR DE MASA DE AIRE Y TEMP. DEL AIRE

El medidor de masa de aire aspirado está situado en el sistema de aspiración del aire, generalmente unido al filtro de aire. La misión de este componente es la de medir la cantidad de aire que realmente aspira el motor.  Esta señal se aplica para la vigilancia del correcto funcionamiento del sistema de recirculación de los gases de escape y para el cálculo de la máxima cantidad de combustible que se debe inyectar. No se emplea, en contra de lo que pueda parecer, en el cálculo básico de la cantidad de combustible y del momento de inyección.  El elemento sensible del componente es del tipo de película caliente con resistencia calefactora alimentada por una tensión de 5 V. estabilizados. Por detrás de ella, en el sentido de circulación del aire, hay colocada una segunda resistencia variable según la temperatura, que está afectada por el calor que desprende la primera.  

       

SENSOR DE TEMPERATURA DEL MOTOR

    

El sensor de temperatura del motor está situado generalmente cerca de la salida del líquido refrigerante del motor, por ser una zona representativa de la temperatura del mismo.  La señal de este sensor es utilizada por la unidad de mando en diversas funciones, tales como la regulación del caudal en fase de calentamiento, en la regulación del momento de inyección, en la activación de los calentadores y en el cálculo de los gases de escape recirculados.  

ELEMENTOS SENSORES: SENSOR DE TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLE

El sensor de temperatura del combustible está situado en la rampa o colector de retorno del combustible. La unidad de mando utiliza esta señal para la corrección del caudal inyectado motivado por las variaciones de densidad que sufre el combustible al aumentar su temperatura debida a la presión de trabajo a la que está sometido.

El sensor es una resistencia variable en función de la temperatura del tipo NTC, por lo que su valor resistivo disminuye a medida que aumenta la temperatura del combustible. Está alimentado por la unidad de mando con una tensión de 5V, que sufren una caída en función de la resistencia, y por lo tanto, de la

temperatura del combustible. En el caso de que sufra una avería, la unidad de mando emplea un valor sustitutivo.

ELEMENTOS SENSORES: SENSOR DE TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLE

El sensor de temperatura del combustible está situado en la rampa o colector de retorno del combustible. La unidad de mando utiliza esta señal para la corrección del caudal inyectado motivado por las variaciones de densidad que sufre el combustible al aumentar su temperatura debida a la presión de trabajo a la que está sometido.

El sensor es una resistencia variable en función de la temperatura del tipo NTC, por lo que su valor resistivo disminuye a medida que aumenta la temperatura del combustible. Está alimentado por la unidad de mando con una tensión de 5V, que sufren una caída en función de la resistencia, y por lo tanto, de la

temperatura del combustible. En el caso de que sufra una avería, la unidad de mando emplea un valor sustitutivo.

   SENSOR DE TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLE

 El sensor de temperatura del combustible está situado en la rampa o colector de retorno del combustible. La unidad de mando utiliza esta señal para la corrección del caudal inyectado motivado por las variaciones de densidad que sufre el combustible al aumentar su temperatura debida a la presión de trabajo a la que está sometido.  El sensor es una resistencia variable en función de la temperatura del tipo NTC, por lo que su valor resistivo disminuye a medida que aumenta la temperatura del combustible. Está alimentado por la unidad de mando con una tensión de 5V, que sufren una caída en función de la resistencia, y por lo tanto, de la temperatura del combustible. En el caso de que sufra una avería, la unidad de mando emplea un valor sustitutivo.

    

ELEMENTOS ACTUADORES: DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

  

La unidad de mando calcula los valores necesarios para el gobierno de los inyectores y la gestión de las diversas funciones a partir de la información recibida de los elementos sensores. Estos cálculos son transformados en señales eléctricas para alimentar a los diferentes componentes actuadores para que puedan realizar su misión.  Los elementos actuadores que están bajo el control de la unidad de mando son los siguientes: - Inyectores.- Electroválvula de regulación de presión de combustible.- Electroválvula de desactivación del tercer cilindro de bomba.- Electroválvula para la regulación de la presión de soplado del turbo.- Electroválvula para la regulación de los gases de escape.- Relés de alimentación de los calentadores.

TESTIGO DE AVERÍAS  

 El testigo de averías informa al conductor del estado de funcionamiento del sistema. Este testigo, bajo el control de la unidad de mando permanece encendido durante la fase de autodiagnosis, aproximadamente 4 segundos después de accionar el arranque. Si no hay ninguna avería se apaga, pero si permanece encendido es señal de que algún componente averiado puede provocar aumento de contaminación por encima de los valores legales.   Las situaciones que provocan el encendido del testigo son: – Tensión condensador 1 (etapa de potencia de inyector en la UCE).– Tensión condensador 2 (etapa de potencia de inyector en la UCE)– Sensor de presión de combustible.– Control de presión de alta en el rail– Potenciómetro del pedal de acelerador.– Sensor de presión en el colector de admisión.– Medidor de masa de aire.– Alimentación del potenciómetro del pedal acelerador.– Recirculación de gases de escape.– Electroválvula de control de la presión de soplado del turbo.– Regulador de alta presión de combustible.– Inyectores. 

  

DIAGNOSIS DE AVERÍAS EN COMPONENTES DEL SISTEMA

La unidad de mando vigila constantemente el correcto funcionamiento de los elementos sensores y actuadores y del conjunto del sistema. En caso de disfunción, se enciende el testigo de averías. Las situaciones que provocan el encendido del testigo son: – Tensión condensador 1 (etapa de potencia de inyector en la UCE).– Tensión condensador 2 (etapa de potencia de inyector en la UCE)– Sensor de presión de combustible.– Control de presión de alta en el rail.– Potenciómetro del pedal de acelerador.– Sensor de presión en el colector de admisión.– Medidor de masa de aire.– Alimentación del potenciómetro del pedal acelerador.– Recirculación de gases de escape.– Electroválvula de control de la presión de soplado del turbo.– Regulador de alta presión de combustible.

GRACIAS