Sistemes d'Injecció Dièsel: Common Rail i Preescalfament

1. Sistema de preescalfament (bugies d'incandescència)

Objectiu: Facilitar l'arrencada en fred i reduir les emissions contaminants.

Components clau:

• Unitat de control del motor: Envia un senyal PWM a la unitat de control de preescalfament.
• Unitat de control de preescalfament J179 (relé electrònic): Activa les bugies amb major o menor tensió segons les necessitats.

Modes de funcionament:

• Pre-incandescència: S'activa per sota de 15 °C, a 11,5 V, durant un màxim de 2 segons.
• Post-incandescència: Des de l'arrencada fins que el refrigerant arriba a 25 °C, a 7 V, durant un màxim de 5 minuts.

La post-incandescència redueix els hidrocarburs sense cremar (HC) i la sonoritat del motor en fred.

Tipus d'escalfadors:

Metàl·lics:

• Les espirals escalfadores i reguladores es troben tancades a la part davantera d'un tub incandescent.
• La punta d'incandescència està aïllada elèctricament mitjançant pols d'òxid de magnesi.

Ceràmics:

• Incorporen una espiral escalfadora especial amb un punt de fusió elevat, tancada en un material ceràmic a base de nitrur de silici.

2. Classificació dels sistemes d'injecció dièsel

A) Injecció amb bomba rotativa (exemple: VP44)

• Pressió màxima: 2025 bar (depèn de les RPM i el cabal).
• Dosificació: Electrovàlvula dosificadora controlada per calculador.
• Seqüència d'injecció: Distribució rotativa mecànica.
• Injecció pilot: Mitjançant injector de doble molla (per construcció).
• Gestió de l'avanç: Hidràulica amb electrovàlvula i sistema AIT (Angle-Temps).

B) Injecció amb injector-bomba

Sistema esmentat, però no desenvolupat en aquest document.

C) Injecció Common Rail

Aquest és el sistema principal detallat a continuació.

3. Sistema Common Rail

Filosofia: Generació de pressió i injecció separades.

• Bomba d'alta pressió: Genera la pressió necessària.
• Rail (acumulador): Emmagatzema el combustible a alta pressió.
• Injectors: Connectats per conductes curts per subministrar el combustible.

Característiques principals:

• Pressió seleccionable fins a 2000 bar (o superior).
• Permet realitzar pre-injecció, injecció principal i post-injecció.
• Millora significativament la barreja de combustible i aire.

4. Circuit de baixa pressió

Bomba de combustible G23

• Subministra combustible a la bomba d'alta pressió.
• Pressió: 2,5 – 5,5 bar. Cabal: ~160 L/h a 2,5 bar.
• Pot ser elèctrica (EKP) o mecànica (ZP), i situar-se dins o fora del dipòsit.

Cuba anti-onatge

Evita que el combustible s'allunyi de la bomba durant les corbes o en pendents pronunciats.

Filtre de combustible

Reté partícules i aigua. Incorpora un element termostàtic per controlar la temperatura del fluid.

Refrigerador de combustible

Serpentí metàl·lic situat sota el vehicle que refreda el combustible que retorna del circuit d'alta pressió.

Sensor de temperatura del combustible

Situat al tub d'alimentació que va cap a la bomba d'alta pressió.

Vàlvula mantenidora de pressió

Manté una pressió de 10 bar al retorn dels injectors, condició necessària per al funcionament dels injectors piezoelèctrics.

Bomba d'engranatges

Incrementa la pressió del combustible provinent de la bomba elèctrica fins a un màxim de 5,5 bar (controlat per vàlvula de seguretat).

5. Circuit d'alta pressió

A) Bomba d'alta pressió

• Accionada per la corretja de distribució.
• Disposa de 3 pistons radials desfasats 120°. En cas de sobrepressió, un dels pistons es pot desactivar.
• Inclou: Vàlvula dosificadora de combustible i electrovàlvula per desactivar el tercer pistó.

Funcionament del cicle:

• Carrera aspirant: El combustible entra per la vàlvula d'admissió.
• Carrera impel·lent: Augmenta la pressió, es tanca l'admissió i s'obre l'escapament cap al rail.

B) Vàlvula dosificadora de combustible (N290)

• Regula la quantitat de combustible que entra a la bomba d'alta pressió.
• Avantatge: La bomba només genera la pressió estrictament necessària, fet que suposa un estalvi energètic i menys escalfament.

C) Desactivador del tercer pistó

Es tracta d'una electrovàlvula de tipus tot o res que s'activa en les següents situacions:

• Baixa càrrega del motor.
• En cas d'avaria (per limitar la pressió i la temperatura).
• Quan la temperatura del combustible supera els 106 °C.

En activar-se (12 V), s'anul·la la generació de pressió d'un pistó i la bomba treballa només amb els altres dos.

D) Vàlvula reguladora de pressió

• Estableix la pressió al rail entre 230 i 1600 bar (pot superar els 2000 bar).
• Controlada per senyal PWM des de la UCE.
• Si la pressió és excessiva, deriva el combustible al retorn; si és baixa, es tanca.
• En repòs (motor aturat), manté uns 80-100 bar al rail mitjançant un moll.

E) Acumulador d'alta pressió (rail)

Tub d'acer forjat que té la funció d'emmagatzemar combustible a alta pressió i esmorteir les oscil·lacions del sistema.

F) Sensor de pressió de combustible

• Mesura la pressió instantània al rail amb una alimentació de 5 V.
• Si la pressió augmenta, la resistència del sensor disminueix i la tensió del senyal augmenta.

6. Injectors piezoelèctrics

Principi de l'efecte piezoelèctric:

• Directe: Compressió mecànica que genera tensió.
• Invers (utilitzat aquí): Aplicació de tensió que genera una deformació mecànica (allargament).

Característiques:

• L'actuador piezoelèctric es dilata fins a 0,03 mm.
• Està format per múltiples cristalls apilats i controla l'obertura sense necessitat de bobines.

Cicle d'injecció:

1. Pre-injecció.
2. Injecció principal (amb pressió gairebé constant).
3. Post-injecció (1 o 2 cicles): Serveix per regenerar el filtre de partícules augmentant la temperatura dels gasos d'escapament.

Funcionament pas a pas:

• Començament de la injecció: La UCE excita l'actuador piezo, que es dilata i empeny l'èmbol acoblador. La pressió hidràulica obre la vàlvula de comandament, cau la pressió a la cambra de control i l'agulla de la tobera s'aixeca per injectar el combustible.
• Fi de la injecció: La UCE deixa d'excitar l'actuador, aquest es contreu, la vàlvula de comandament es tanca i la pressió a la cambra de control torna a pujar, tancant l'agulla.

Valor IMA (Individual Matching Adjustment):

• Codi de 7 caràcters present a cada injector que indica el seu comportament real.
• Quan se substitueix un injector, cal realitzar l'equilibrat de la injecció mitjançant l'adaptació a la UCE per corregir les quantitats injectades.