UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

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1 Página1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA SISTEMA DE INYECCIÓN COMMON RAIL DEL MOTOR TDI (TURBO DIESEL INJECTION) 3.01V6 DE VOLKSWAGEN MONOGRAFÍA Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA PRESENTA: JAVIER CRUZ GÓMEZ DIRECTOR: DR. ANDRÉS LÓPEZ VELÁZQUEZ XALAPA, VER. FEBRERO 2013

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3 Página1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA SISTEMA DE INYECCIÓN COMMON RAIL DEL MOTOR TDI (TURBO DIESEL INJECTION) 3.01V6 DE VOLKSWAGEN Javier Cruz Gómez REVISIÓN TÉCNICA Director de la Monografía Dr. Andrés López Velázquez Sinodales: Mtro. Jorge Luis Arenas Del ángel Ing. Roberto Cruz Capitaine Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica Campus Xalapa.

4 Página2 Agradecimientos. Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad. Albert Einstein ( ) A Dios: Por haberme concedido esta vida llena de dicha y por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecerme e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio. A mi madre: Por haberme dado la vida, por ser mi motivacion, y por todos los sacrificios que has hecho ya que en todo momento me has brindado tu amor, tu apoyo y tu comprensión haciendo que cada dia sea una mejor persona. Por que siempre has estado en los momentos buenos y en los momentos malos, por que eres un ejemplo a seguir y sobre todo por que eres la mejor amiga y compañera. Por esto y por mucho mas te dedico este trabajo con todo mi amor. A mi padre: Por brindarme tu apoyo incondicional y guiarme desde que era pequeño.por el sacrificio que hicicste a lo largo de mi formación profesional para que pudiera terminar mis estudios. A mi hermana: Gracias por ser mi consejera, mi amiga, mi complice y mi princesa. Te agradezco todo el apoyo que me has dado a pesar de mis defectos y mi irreverencia. Estaré eternamente agradecido por tu amistad, tu proteccion, tu amor y el ejemplo que me has mostrado. Te quiero. Al Dr. Andres López Velázquez por brindarme su apoyo y guía durante la realización de mi trabajo, y por ser un ejemplo de profesionista y persona.

5 Página3 INTRODUCCIÓN La necesidad del hombre por construir maquinas que realicen trabajos pesados, como transportar grandes cargas de un lugar a otro, dio como resultado la aparición del motor de combustión interna. En sus inicios estos motores funcionaban generalmente con gasolina, pero mediante investigaciones se logro desarrollar un motor de combustión interna que funcionaba con diesel. Este motor que funcionaba con diesel contaba con una mayor potencia y reducía las emisiones contaminantes al medio ambiente. En sus inicios este tipo de motor solo se utilizaba para vehículos agrícolas o de transporte pesado, sin embargo conforme los avances tecnológicos lo iban permitiendo se fueron implementando en vehículos de turismo. En la actualidad los vehículos que cuentan con un motor diesel son una buena alternativa de compra, debido a que ofrecen mejores prestaciones que un vehículo con motor a gasolina así como bajas emisiones contaminantes. Existen varios tipos de motores diesel, en función de su sistema de inyección, y cada uno de estos tipos cuenta con características diferentes que los hacen cada vez mejores. La maraca VolksWagen (VW), ha desarrollado varias tecnologías de inyección directa en los motores diesel, que hoy en día la han colocado como una de las más reconocidas, gracias a la calidad y a la alta tecnología que presentan sus motores. El sistema de inyección common rail es el sistema de inyección más eficiente que presenta la marca, y con la finalidad de complacer las expectativas y exigencias del cliente se ha implementado en diferentes vehículos, haciéndolos seguros, confiables y sobre todo agradables en la conducción.

6 Página4 ÍNDICE AGRADECIMIENTOS. 2 INTRODUCCIÓN 3 CAPÌTULO ANTECEDENTES HISTORIA DEL MOTOR DIESEL DIFERENTES TECNOLOGIAS DE INYECCIÓN EN LOS MOTORES DIESEL 11 CAPÍTULO DESCRIPCIÓN Y COMPONENTES DE LAS PARTES PRINCIPALES DEL MOTOR TDI CON SISTEMA DE INYECCIÓN COMMON RAIL CABEZA DEL MOTOR (CULATA) BLOQUE DEL MOTOR CARTER SISTEMA DE INYECCIÓN 32 CAPÍTULO FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE EN EL MOTOR TDI 3,01 V6 CON SISTEMA DE INYECCIÓN COMMON RAIL SISTEMA DE COMBUSTIBLE BOMBA DE COMBUSTIBLE PARA PRE ELEVACIÓN Y BOMBA DE COMBUSTIBLE FILTRO DE COMBUSTIBLE CON VÁLVULA DE PRECALENTAMIENTO BOMBA DE ALTA PRESIÓN CON BOMBA DE ENGRANAJES BOMBA DE ENGRANAJES VÁLVULA DE DOSIFICACIÓN DEL COMBUSTIBLE BOMBA DE ALTA PRESIÓN ACUMULADOR DE ALTA PRESIÓN (RAIL) SENSOR DE PRESIÓN DEL COMBUSTIBLE VÁLVULA REGULADORA DE LA PRESIÓN DEL COMBUSTIBLE 49

7 Página SENSOR DE TEMPERATURA DEL COMBUSTIBLE VÁLVULA MANTENEDORA DE LA PRESIÓN INYECTORES DESARROLLO DEL CICLO DE INYECCIÓN ACTUADOR PIEZOELECTRICO MÓDULO ACOPLADOR FUNCIONAMIENTO DE LOS INYECTORES EQUILIBRADOR DE LA INYECCIÓN (IMA) 62 CAPÍTULO GESTION DEL MOTOR TDI3,01 V6 CON SISTEMA DE INYECCION COMMON RAIL SENSORES ACTUADORES 75 CAPÌTULO GASES Y EMISIONES CONTAMINANTES DE LOS MOTORES DIESEL COMPONENTES DE LOS GASES DE ESCAPE NORMATIVAS SOBRE LOS GASES DE ESCAPE MEDIDAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES DE PARTÍCULAS 92 CONCLUSIÓN. 101 BIBLIOGRAFÍA 104

8 Página6 Capítulo 1 Antecedentes Temas de este capitulo En este capítulo se observa la evolución que han sufrido los motores diesel a lo largo de los años, así como las diferentes tecnologías de inyección con las que cuentan. Temas de este capítulo. Historia de los motores diesel Diferentes sistemas de inyección de los motores diesel Figura de portada del capítulo 1: Rudolf Christian Karl Diesel.

9 Página7 CAPÍTULO 1 1.Antecedentes "No te molestes en ser mejor que tus contemporáneos o predecesores, intenta ser mejor que tu miso" William Faulkner 1.1. Historia de los motores diesel Este tipo de motor fue inventado por el ingeniero alemán Rudolf Christian Karl Diesel ( ). Rudolf Christian Karl Diesel se dedicaba al estudio de los motores de alto rendimiento térmico mediante el uso de combustibles alternativos. Durante muchos años Diesel trabajo en la construcción de un motor de combustión interna basado en los principios de ignición sin chispa(por compresión).entre el año 1893 y 1897 Rudolf Diesel desarrollo el primer motor en el mundo que funcionaba quemando aceite vegetal (aceite de palma) en condiciones de trabajo, esto sucedió en los talleres de la firma MAN SE, que es una empresa de origen alemán que actúa en el sector de transporte dedicada a la producción de motores para autobuses y camiones. Posteriormente este motor fue nombrado con el apellido de su inventor como reconocimiento. Fue en el año 1897 cuando la firma MAN SE( empresa alemana dedicada a la producción de autobuses y camiones). Produjo el motor diesel con base a los estudios de Rudolf diesel, utilizando para su funcionamiento un combustible poco volátil que en esa época era muy utilizado, este combustible era el aceite liviano, mejor conocido como Fuel Oil. Sin embargo nunca fue implementado en los vehículos que existían en esa época debido a que para lograr la inyección del combustible se necesitaba un compresor de aire extremadamente voluminoso, lo cual impedía su instalación en los vehículos. Figura1.1primer motor diesel

10 Página8 Este problema se logro eliminar en el año 1927 cuando el ingeniero alemán Robert Bosch puso en marcha innovaciones técnicas para los automóviles, incluyendo avances referentes a la inyección del combustible diesel mediante una bomba de inyección, la cual perfecciono permitiendo la instalación de motores diesel en diversos vehículos, mayoritariamente en los de uso industrial y de transporte mediopesado. Esta bomba venia a sustituir al voluminoso compresor de aire que se utilizaba para lograr la inyección del combustible. En los inicios del desarrollo de los motores a diesel se utilizaba casi exclusivamente la bomba de inyección en línea desarrollada por Bosch que hoy en día ya casi no es utilizada. Esta bomba cuenta con un elemento de bombeo para cada uno de los cilindros del motor colocados en línea, haciéndola robusta, por lo tanto ocupa un espacio significativo en un motor de combustión interna. Siendo la finalidad tener componentes más pequeños sin afectar el desempeño y la eficiencia del motor se continuaron realizando estudios e investigaciones para ir reduciéndolos en tamaño y a su vez incrementar su eficiencia. Figura1.2bomba de inyección en línea y su inventor Robert Bosch Posteriormente en la década de los años 30, los motores a diesel comenzaron a ser utilizados con fines militares, particularmente en automóviles de combate alemanes, submarinos y barcos. Tras la guerra, la evolución de la tecnología sufrida por los motores diesel paso a ser utilizada sobre todo a vehículos pesados, agrícolas y a trenes, gracias a su bajo consumo y al alto torque que caracteriza a este tipo de motor.

11 Página9 En la década de los setentas se produjo una revolución en este tipo de motores, al reducir su tamaño y su peso ahora era viable instalarlos en vehículos ligeros, siendo los motores desarrollados por Volks Wagen los más usados. Conforme pasaba el tiempo la tecnología que se podía implementar a los motores a diesel iba avanzando, y en la década de los ochentas estos vehículos comenzaron a ser muy populares entre el público, debido a que ahora contaban con turbocompresores que otorgan a estos motores mejores prestaciones y cualidades termodinámicas. En esta época el Volks Wagen Golf hace historia colocándose en los primeros lugares de ventas en su segmento con un motor de cuatro cilindros diesel y un torque de 74 Lb-ft 100 NM (2000 Rpm). Figura1.3 Golf diesel 1980 (motor) Es hasta la década de los noventas cuando se produce el boom de los motores a diesel cuando aparecen los primeros motores que contaban con gestión electrónica, desarrollados principalmente por Bosch, estas mejoras incrementaron el rendimiento y sobre todo ayudaron a controlar electrónicamente muchos de los sistemas del vehículo. Cada vez eran mayores las exigencias planteadas a los motores a diesel de vanguardia, en función de consumo de combustible, potencia y emisiones de escape. Para mejorar todos estos factores se requiere una buena preparación de la mezcla, así que los motores necesitaban sistemas de inyección a altas presiones. Estos tenían que generar elevadas presiones de inyección para lograr una pulverización muy refinada del combustible, así como también puedan controlar la cantidad inyectada de combustible y el momento exacto en el que debe de comenzar la inyección.

12 Página10 Así es como con la colaboración de la empresa Robert Bosch AG, Volkswagen ha logrado desarrollar los motores TDI(Turbo Diesel Injection), dotados con una nueva tecnología llamada inyector-bomba gestionada a través de válvulas electromagnéticas que permiten unas prestaciones más que dignas a los vehículos equipados con este sistema de inyección, así como unos consumos muy ajustados. En el año 1905 el propio Rudolf Diesel tenía ya una idea sobre una unidad de inyector bomba que agrupara al inyector y a la bomba de inyección en un solo mecanismo, y así poder eliminar las tuberías de alta presión y conseguir una elevada presión de inyección. Sin embargo carecía de las posibilidades técnicas para poder llevar esta idea a la práctica. Una vez implementado el sistema de inyección inyector-bomba, los motores diesel lograron cumplir con las exigencias planteadas, en lo que respecta a una alta potencia, en conjunto con unas reducidas cargas para el medio ambiente. Esto fue un gran avance en los motores a diesel y representaba un gran paso hacia el futuro, con lo que alguna vez se podría cumplir la visión que manifestaba Rudolf diesel al decir, que los gases de escape de mi motor carecen de humo y olor. Figura1.4 unidad de inyector bomba Después del inyector-bomba surgió un sistema de inyección llamado common rail (Regleta o conducto común) y al hablar de common rail debemos hacer referencia al grupo Fiat, ya que esta marca automovilística fue la primera en aplicar este sistema de alimentación en los motores diesel de inyección directa. Posteriormente la compañía alemana Bosch obtuvo el diseño por el desarrollo de un sistema de fabricación en masa. En octubre de 1997 llego al mercado el primer automóvil que utilizo el sistema de inyección common rail, fue el Alfa Romeo JTD que aseguraba resultados impensables hasta ese momento. Los automóviles equipados con este sistema de inyección son increíblemente silenciosos, tienen una respuesta tan eficaz como los motores a gasolina y muestran una mejora media de las prestaciones del 12%, además de una reducción de los consumos de combustible de un 15% y la disminución de emisiones contaminantes al medio ambiente.

13 Página11 El éxito del Alfa Romeo JTD fue inmediato, así que rápidamente Fiat comenzó a implementar esta nueva tecnología en algunos otros modelos y muchas otras marcas empezaron a adoptar este sistema. La técnica utilizada para el diseño del sistema common rail es muy similar a los de inyección de gasolina, solo que propiamente adaptada a los requerimientos y las características de un motor a diesel de inyección directa. La diferencia fundamental entre los dos sistemas es la presión tan elevada que se alcanza en los motores diesel con sistema common rail del orden de 1400 bar, mientras que los de inyección a gasolina desarrollan presiones del orden de 5 bar. Figura1.5 Sistema de inyección common rail desarrollado por Bosch 1.2. Diferentes tecnologías de inyección en los motores diesel La configuración de un motor diesel es muy similar a la de un motor a gasolina ciclo otto, la diferencia entre estos dos motores es la energía de activación utilizada, ya que en el motor a gasolina se utiliza un encendido por chispa, esta chispa de alta tensión es generada entre los electrodos de una bujía que se encuentra dentro de la cámara de combustión. Por otro lado los motores a diesel son de encendido por compresión, en estos se comprime aire dentro de la cámara de combustión, elevando su presión y temperatura para después inyectar el combustible. Como la temperatura del aire comprimido dentro de la cámara de combustión es muy superior a la temperatura de inflamación del combustible este se enciende y arde en cuanto entra al cilindro. Los motores a diesel son más eficientes que los motores a gasolina, debido a que la relación de compresión puede ser mucho mayor en los motores a diesel puesto que cuando ocurre la admisión entra solo aire al cilindro y es más fácil comprimir aire que comprimir una mezcla de combustible comburente (aire) como sucede en los motores a gasolina.

14 Página12 Una diferencia muy marcada entre un motor a gasolina y un motor a diesel es la manera en la que se inyecta el combustible. Como se menciono anteriormente la evolución de los motores diesel ha sido constante, ya que en sus inicios ni siquiera era viable su instalación en automóviles de turismo debido a que eran muy robustos y el sistema de inyección requería de un voluminoso compresor de aire para lograr la inyección, pero con el avance y desarrollo de nuevas tecnologías a través de los años se logro implementarlos y mejorarlos hasta un punto en el cual estos motores son los que nos ofrecen mejores prestaciones gracias a su bajo consumo de combustible, su alta potencia y sus bajas emisiones contaminantes. La invención de la bomba de inyección en línea a manos de Robert Bosch fue tan solo el comienzo de todo el desarrollo tecnológico que estaba por venir. Hoy en día la mejor tecnología que se puede emplear en un motor diesel es el sistema de inyección common rail, sin embargo cada una de las tecnologías previas fueron peldaños para poder desarrollarla. A continuación se mencionaran y describirán algunas tecnologías de los sistemas de inyección predecesores del sistema de inyección que profundizaremos: Sistema de inyección common rail del motor TDI 3,01 V6 de Volkswagen. Existen distintos tipos de sistemas de inyección directa de los modernos motores a diesel, así como la gestión electrónica que los controla. Dentro de los motores con inyección directa y que distinguir tres sistemas diferentes a la hora de inyectar el combustible dentro de los cilindros. -Sistema de inyección mediante una bomba de inyección rotativa Figura1.6Esquema básico del sistema de inyección con bomba rotativa

15 Página13 -Sistema de inyección Inyector-Bomba Figura1.7 Esquema básico del sistema de inyección Inyector-Bomba -Sistema de inyección common rail Figura1.8 Esquema básico del sistema de inyección common rail -Sistema de inyección con bomba rotativa En este tipo de sistema de inyección se tiene una bomba de inyección rotativa que se encarga de bombear el combustible hacia los cilindros del motor sin importar cuantos sean. Las cargas de combustible se distribuyen a cada cilindro por turno, en el orden correcto de encendido y a los intervalos de distribución requeridos, mediante un distribuidor rotativo que a su vez es el elemento de bombeo. El diseño de la bomba rotativa viene determinado por el número de revoluciones, la potencia y el tipo de construcción del motor a diesel. Estas bombas tienen un regulador de revoluciones mecánico para regular el caudal de inyección, también cuentan con un regulador hidráulico para variar el avance de inyección. En bombas rotativas controladas electrónicamente se sustituyen los elementos mecánicos por actuadores electrónicos.

16 Página14 Las bombas rotativas no disponen más que de un solo cilindro y un solo embolo de distribución, independientemente de cuantos cilindros del motor se vayan a alimentar. La lumbrera de distribución se encarga del reparto del combustible entre las diferentes salidas correspondientes al número de cilindros del motor. Dentro del cuerpo de la bomba se encuentran los siguientes elementos con sus respectivas funciones. 1.- Bomba de alimentación de aletas: aspira combustible del depósito y lo introduce al interior de la bomba de inyección. 2.- Bomba de alta presión con distribuidor: genera la presión de inyección, transporta y distribuye el combustible. 3.- Regulador mecánico de velocidad: regula el régimen y varía el caudal de inyección mediante el dispositivo regulador en el margen de regulación. 4.- Válvula electromagnética de parada: corta la alimentación de combustible y el motor se para. 5.-Variador de avance: corrige el comienzo de la inyección en función del régimen (nº de rpm motor). Figura1.9 Interior de la bomba rotativa dividido por partes La bomba de inyección rotativa presentada anteriormente es un ejemplo general, ya que existen diferentes diseños dependiendo del modelo y de la marca. Sin embargo existe una cosa en común que hace iguales a todas las bombas rotativas y que consiste en que están formadas por una sola leva y un solo elemento inyector sea cual sea el numero de cilindros, y después, es un elemento distribuidor el que determinara a cuál de los cilindros le corresponde la inyección recibida. Una parte de suma importancia del sistema de inyección es el inyector ya que se encarga de la preparación del combustible, de dosificar la inyección y de la formación del proceso de inyección. La misión de este es introducir el combustible alimentado por la bomba de inyección a la cámara de combustión del motor. Este consta de cuerpo y aguja. Estos elementos están ensamblados con una precisión de ajuste del orden de 2 a 4 micrómetros y solo deben utilizarse como unidad completa. El inyector va montado en el porta inyector y este a su vez va colocado en la culata del motor. El porta inyector sirve para fijar el inyector a la culata y para mantenerlo firme y sin movimiento frente a la cámara de combustión.

17 Página15 Regularmente para este tipo de sistema de inyección se utilizan inyectores denominados como inyectores de orificios. Esta clase de inyectores tiene un cono de estanqueidad que es básicamente el cuerpo del inyector, dentro de este se encuentra otro elemento denominado asiento de inyector que es donde reposa el mismo y el taladro ciego que es donde están dispuestos los agujeros de inyección. Los inyectores de orificios se realizan predominantemente con perforaciones múltiples. Sin embargo también existen de un solo orificio. Esta variante de diseño está en función de las condiciones de la cámara de combustión. En los inyectores de orificio único, este puede estar dispuesto central o lateralmente, dependiendo como será colocado en la culata frente a la cámara de combustión. En el caso de los inyectores de varios orificios, estos pueden estar dispuestos simétrica o asimétricamente. La presión de apertura del inyector se encuentra por lo general entre 150 y 250 bar. Figura1.10Sección del inyector de orificios: 1.-Cuerpo del inyector. 2.-Aguja del inyector. 3.-Asiento del inyector. 4.-Taladro ciego. 5.-Agujero de inyección En la actualidad este tipo de bombas cuentan con gestión electrónica y esto hace que se les pueda llamar como bombas electrónicas. Su constitución se basa en las bombas utilizadas en motores a diesel sin gestión electrónica que se les puede denominar como bombas mecánicas. Las bombas

18 Página16 mecánicas han sido modificadas por la exigencia que requiere la gestión electrónica, esto se ha logrado sustituyendo las partes mecánicas que controlan la forma de dosificar el combustible así como las que realizan el proceso de inyección por elementos electrónicos que van a permitir un control más preciso de la bomba que se traduce en una mayor potencia del motor con un menor consumo de combustible. Para poder adaptar la gestión electrónica a una bomba mecánica se necesita de una unidad de control electrónica o centralita (ECU) por sus siglas en ingles Electronic central unity.esta unidad de control funciona como un ordenador, es de técnica digital y cuenta con un microprocesador que compara las distintas señales que recibe del exterior (sensores) mediante un programa interno grabado en la memoria y como resultado genera unas señales de control que manda a los distintos dispositivos exteriores (actuadores) que hacen que el motor funcione. Esta colocada dentro del habitáculo de los pasajeros para protegerla de influencias externas. Al usar una ECU se obtienen varias ventajas como reducir el consumo de combustible, mantener bajos los niveles de emisiones de escape al mismo tiempo que mejora el rendimiento del motor y la conducción. La ECU se encarga de controlar muchos parámetros que tienen un efecto directo sobre el funcionamiento del motor, uno de ellos es el régimen máximo de revoluciones reduciendo la cantidad de combustible a inyectar en los cilindros. Si el aire que aspira el motor alcanza temperaturas altas o si decrece su densidad, la ECU reduce la cantidad de inyección para limitar la formación de humos de escape. También reduce la cantidad de inyección de combustible si la temperatura refrigerante-motor alcanza valores muy elevados que puedan poner en peligro la integridad física del motor. Las señales obtenidas por la ECU de los distintos sensores son controladas continuamente, en caso de que alguna de estas señales se ausente o falle la ECU adopta valores sustitutos fijos que permiten la conducción del vehículo hasta que se pueda arreglar la avería. Si existe alguna avería en el motor esta se guardara en la memoria de la ECU. La información sobre la avería la podrá leer el mecánico en el taller colocando un aparato de diagnosis a un conector q se encuentra dentro del vehículo. En caso de que la avería sea grave y sea sobre algún sensor o elemento de ajuste q podrían suponer daños severos al motor, se desconectara el sistema de inyección parándose automáticamente el vehículo. La ECU informa al conductor si un sistema esta fallando mediante un testigo que se enciende en el cuadro de instrumentos. Son muchos los elementos que intervienen en la gestión electrónica de un sistema de inyección con bomba rotativa y cada uno de estos desempeña una función fundamental para el correcto funcionamiento del motor.

19 Página17 En el siguiente diagrama se presentan todos los sensores que posee este sistema así como los actuadores que van instalados en el motor. Figura1.11 Componentes que forman la gestión electrónica en el sistema con bomba rotativa. Cada uno de estos elementos operan solos o en conjunto para llevar a cabo una determinada función. Algunas de las funciones más importantes que se llevan a cabo en el motor son la regulación del caudal de inyección de combustible, el control del comienzo de la inyección, el monitoreo del sistema de recirculación de gases de escape, la regulación de la presión del turbo compresor y el control del sistema de arranque en frio. Las funciones de cada sensor y de cada actuador serán descritas en la gestión electrónica del sistema de inyección common rail que es similar a la gestión de un sistema de inyección con bomba rotativa pero a su vez está dotado de otros elementos para lograr un mejor control y por lo tanto un mejor desempeño del motor.

20 Página18 -Sistema de inyección inyector-bomba Este sistema de inyección mejoro ampliamente la forma de inyectar el combustible en los motores a diesel. En comparación a los motores que disponen de un sistema de inyección con bomba rotativa los motores que llevan un sistema inyector-bomba presentan ventajas como son la baja sonoridad de la combustión, bajo consumo de combustible, bajas emisiones contaminantes y un mayor rendimiento energético. Estas ventajas no quieren decir que el sistema de inyección con bomba rotativa sea malo, simplemente mediante el sistema inyector-bomba se mejoraron estos factores. Estas ventajas se consiguen por medio de una alta presión de inyección que llega hasta los 2050 bares como máximo, una gestión electrónica precisa para la operación de la inyección así como de un ciclo de preinyección. Como su nombre lo dice el inyector bomba es una unidad compuesta por una bomba de inyección con unidad de control y un inyector, agrupados en un solo componente. Cada cilindro del motor tiene asignado un inyector-bomba, de esta manera se logran eliminar las tuberías de alta presión que se utilizan en el sistema de inyección con bomba rotativa y debido a la supresión de estas es como se logran alcanzar presiones de inyección tan altas. Estas unidades son accionadas directamente por un empujador o indirectamente por un balancín mediante el árbol de levas del motor. Figura1.12 Unidad Inyector-bomba, partes principales La cantidad de unidades inyector bomba que van instaladas en el motor depende del número de cilindros, ya que para cada cilindro debe existir un inyector bomba. Estos van montados directamente en la culata y se debe observar que estén en la posición correcta. Si el inyector bomba no está completamente perpendicular a la culata se puede aflojar su tornillo de fijación y debido a esto se pueden producir daños en el inyector-bomba o directamente en la culata.

21 Página19 El inyector-bomba es una unidad compleja que está constituida por diversos elementos mecánicos que en conjunto operan para realizar la inyección. En el siguiente esquema se muestra como están distribuidos estos elementos. Figura1.13 Arquitectura del Inyector-Bomba

22 Página20 Para lograr la impulsión de las unidades inyector bomba el árbol de levas del motor incorpora cuatro levas adicionales. A través de balancines con cojinete central impulsan los émbolos de los inyectores bomba. La leva de inyección tiene un flanco de ataque pronunciado, debido a ello el embolo de la bomba es oprimido con una alta velocidad hacia abajo alcanzando muy rápidamente una alta presión de inyección. Por otra parte su flanco de salida es desvanecido para que el embolo de la bomba se desplace lenta y uniformemente hacia arriba, permitiendo que el combustible pueda refluir sin burbujas hacia la cámara de alta presión del inyector bomba. Figura1.14 Flanco de ataque de la leva de inyección y flanco de salida Para contar con una combustión eficiente se debe tener una buena formación de la mezcla. Para estos efectos, el combustible debe ser inyectado en la cantidad correcta, al momento preciso y con una alta presión. Si se presentan mínimas diferencias, estas se traducen en un aumento de las emisiones contaminantes, sonoridad en la combustión o en un elevado consumo de combustible. Para el desarrollo de la combustión en un motor a diesel es muy importante que el periodo de retraso de la auto ignición sea lo más breve posible. De tal manera que el tiempo que transcurre desde el comienzo de la inyección hasta el momento en que empieza a aumentar la presión en la cámara de combustión sea my corto. Si durante este tiempo se inyecta una gran cantidad de combustible, se provoca un ascenso instantáneo de la presión, que se manifiesta como una sonoridad intensa de la combustión. Para evitar este tipo de problemas el inyector bomba hace de su ciclo de inyección en tres pasos, que son la preinyección, la inyección principal y el fin de la inyección.

23 Página21 Preinyección: Para obtener el desarrollo más suave posible de la combustión, antes de iniciarse la inyección principal se procede a inyectar una pequeña cantidad de combustible, con baja presión. A esta dosificación de combustible se le da el nombre de preinyección. Con la combustión de esta pequeña cantidad de combustible aumenta la presión y la temperatura en la cámara de combustión. Con esto se crean las condiciones necesarias para conseguir una rápida ignición de la cantidad dosificada seguidamente en la inyección principal reduciéndose así el retraso de la auto ignición. El ciclo de preinyección y un intervalo de reposo entre la preinyección y la inyección principal, hacen que las presiones en la cámara de combustión no se produzcan de golpe, si no de una forma menos instantánea. En consecuencia se obtienen niveles más bajos de la sonoridad de la combustión y bajas emisiones de óxidos nítricos. Inyección principal: Durante la inyección principal es decisivo contar con una buena formación de la mezcla, para lograr la combustión más completa del combustible. Con una alta presión de la inyección se consigue una muy refinada pulverización del combustible, de modo que el combustible y el aire se pueden mezclar adecuadamente. Una combustión completa conduce a una reducción de las emisiones contaminantes y a unos altos niveles de entrega de potencia y rendimiento. Fin de la inyección: Al final de la inyección es importante, que la presión de la inyección caiga rápidamente y la aguja del inyector cierre de forma instantánea. De ese modo se evita que pase combustible hacia la cámara de combustión, teniendo una baja presión de inyección y gotas de gran diámetro, porque ya solo se quemaría de forma incompleta y provocaría mayores emisiones de gases contaminantes. Otro aspecto importante en el funcionamiento del inyector bomba es El retorno del combustible debido a que asume funciones importantes como refrigerar el inyector bomba, transportar el combustible de fuga desalojándolo del embolo de la bomba y también para eliminar burbujas de vapor en la zona de alimentación del combustible.

24 Página22 Al igual que el sistema de inyección con bomba rotativa el sistema inyector-bomba cuenta con una gestión electrónica para la operación y el monitoreo de todos los sistemas. A continuación se muestra el diagrama con todos los sensores y actuadores que operan en la gestión electrónica del sistema de inyección inyector-bomba. Figura1.15 Componentes que forman la gestión electrónica en el sistema Inyectorbomba Mediante el correcto funcionamiento de los sensores se logra enviar señales a la unidad de control electrónica para indicarle al motor bajo qué circunstancias se encuentra y como tiene que operar, posteriormente los actuadores operan para compensar, estabilizar o regularizar algún parámetro que este variando y pueda producir alguna falla en el motor.

25 Página23 Capítulo 2 Descripción y componentes de las partes principales del motor TDI con sistema de inyección common rail Los motores de combustión interna tienen partes principales que son fundamentales para un buen funcionamiento del mismo. Figura de portada del capítulo 2: Motor TDI 3,01 V6 Temas de este capítulo. Cabeza del motor Bloque del motor Carter Sistema de inyección

26 Página24 CAPÍTULO 2 El sabio no dice todo lo que piensa, pero siempre piensa todo lo que dice Aristóteles (384 AC-322 AC) 2. Descripción y componentes de las partes principales del motor TDI con sistema de inyección common rail. Cualquier motor de combustión interna cuenta con partes principales. Dependiendo del tipo de motor ya sea un motor de 2 tiempos, de 4 tiempos, motor a gasolina o motor a diesel de diferentes cilindradas, necesitan componentes auxiliares para que tengan un correcto funcionamiento y puedan lograr una alta eficiencia. Básicamente las partes principales de un motor son: Cabeza del motor (culata) Bloque del motor Carter En el caso particular de los motores que funcionan con diesel, existe una parte fundamental que es el sistema de inyección. Como se vio anteriormente hay diferentes tipos de sistema de inyección, algunas más eficientes que otros y con un número de componentes auxiliares diferentes. 2.1 Cabeza del motor (culata) El motor 3,01 V6 TDI consta de dos culatas en aleación de aluminio. En cada cilindro se implantan 4 válvulas, 2 de admisión y 2 de escape, instaladas según el principio de flujo transversal. Cada culata monta un árbol de levas para las válvulas de admisión y un árbol de levas para las válvulas de escape. Los arboles de admisión y de escape se comunican a través de una pareja de piñones cilíndricos. El modulo porta sombreretes para los arboles de levas va atornillado a las culatas. El mando de las válvulas se efectúa por medio de balancines flotantes de rodillo, con fricciones minimizadas y elementos hidráulicos para la compensación del juego de las válvulas.

27 Página25 Figura 2.1Descripcion grafica de la culata con sus partes principales. Los inyectores van fijados a la culata con ayuda de mordazas de sujeción. Se puede desmontar a través de una pequeña cubierta que lleva la tapa de valvulas. Figura2.2 Disposicion de los inyectores moontados en la culata

28 Página26 -Culata de 4 valvulas Cada cilindro lleva 2 válvulas de admisión y dos de escape, implantadas en la culata en disposición vertical.el inyector central, también implantado en posición vertical, se encuentra directamente por encima de la cavidad centrada en el pistón. Este diseño se traduce en una buena calidad de la formación de la mezcla, de la cual resulta un consumo de combustible bajo y emisiones de escape reducidas. Figura2.3 Representacion grafica de la culata de 4 valvulas La geometria, las dimensiones y la disposición específica de los conductos de admisíon y escape se encargan de establecer un buen llenado de los cilindros y un intercambio de gases adecuado en la cámara de combustión. Los conductos de admisión estan diseñados en versiones espiroidal y tangencial. A través del conducto tangencial, el aire de admisión genera el movimiento intenso que se desea para la carga mientras que el conducto espiroidal se encarga de establecer un buen llenado de la cámara de combustión. Figura2.4 Disposición de los conductos de admision y escape

29 Página Bloque del motor El bloque de este motor en particular tiene los cilindros en V a un angulo de 90º y esta elaborado en fundición de grafito vermicular. Las superficies de deslizamiento de los cilindros están sometidas al acabado de bruñido por erosión de fotones UV, de nuevo desarrollo. Esto reduce la fricción y mejora el comportamiento de suavización durante el periodo de rodaje. Figura2.5 Bloque del motor 3,01 V6 TDI -Fundicion de grafito vermicular El hierro fundido con grafito vermicular recibe su nombre debido a la geometría vermiforme del grafito ( vermicular = término de origen latino que significa < con forma de gusano> ). En inglés este material recibe el nombre de compacted graphite iron. Figura2.6 Comparacion de la microestructura del hierro fundido con vermicular y hierro fundido gris convencional grafito La fundición de grafito vermicular es un material de alta resistencia, que permite construcciones de fundición de paredes delgadas. De ahí resulta una reducción de peso de un 5 a 10 % en comparación con una construcción de fundición gris convencional.

30 Página28 -Bruñido por erosión de fotones La pista de deslizamiento del cilindro se somete a un bruñido convencional y despues de ello a un bruñido por erosión de fotones UV. Un rayo láser se encarga de fundir la superficie de la pista de deslizamiento del cilindro y en ésta se hace penetrar nitrógeno. Esto se traduce en un aislamiento y endurecimiento de la superficie del cilindro. Figura2.7 Acabado de la superficie por bruñido por erosioón de fotones y bruñido bruñido convencional -Modulo porta sombreretes En el carter del cigüeñal se atornilla un módulo porta sombreretes de fundición gris. Incluye los sombreretes de alojamiento para el cigüeñal y se encarga de rigidizar adicionalmente el bloque. Figura2.8 Representacion grafica del módulo porta sombreretes

31 Página29 -Cigüeñal y árbol equilibrador El cigüeñal es una versión de acero bonificado, con 4 apoyos en el módulo porta sombreretes. Debido a que el angulo de la V es de 90º, las muñequillas para las bielas estan decaladas a 30º. Esto resulta necesario para establecer una distancia de encendido uniforme. Figura 2.9 Descripción grafica del cigüeñal y el árbol equilibrador Para conseguir una marcha del motor con la menor propensión posible a producir vibraciones se implanta un árbol equilibrador en el espacio en V del bloque para compensar los pares de inercia que intervienen. El árbol equilibrador se acciona desde el cigüeñal por medio de una cadena. Gira a régimen del motor, en sentido opuesto al del cigüeñal. -Pistones Los pistones son de aluminio y carecen de cajeados para las válvulas. La turbulencia viene influenciada por los conductos en la culata y la posición de las mariposas de turbulencia espiroidal en el módulo de admisión, encaergándose de optimizar la formación de la mezcla.para refiregerar la zona de los segmentos del pistón, éste dispone de un conducto de refrigeración anular, por el cual se hace pasar aceite mediante inyectores específicos. Figura2.10 Descripción grafia de un pistón

32 Página Carter El carter de aceite consta de dos componentes, un elemento superior en fundición de aluminio y un elemento inferior en chapa de acero. Este tipo de motor Volks Wagen lo implemena en dos de sus vehículos, en el Volks Wagen touareg y en el Volks Wagen phaeton. La diferencia que tienen estos motores es la geometría del cárter de aceite. Las causas se deben a las condiciones dadas por el espacio disponible y por las exigencias planteadas a la operatividad todo terreno. La aspiración de aceite de la bomba ha sido adaptada a las diferentes geometrías del cárter. A continuación se muestra la geometría del cárter de aceite para el phaeton y para el touareg. -Cárter de aceite del phaeton. Debido al poco espacio disponible, el cárter de aceite del phaeton es una versión de poco fondo y ancha en la parte inferior. -Cárter de aceite del touareg Este tiene una forma estrecha y profunda. Debido a que el punto de aspiración del aceite se encuentra rebajado, y debido a que el nivel del aceite también se encuentra más bajo que en el phaeton, se consigue una aspiración fiable del aceite al circular en subidas, produciéndose sólo una espumificacion muy reducida.

33 Página31 -Bomba de aceite La bomba de aceite es una versión de engranajes interiores. Trabaja según el principio duocentric y se impulsa por medio de un eje acoplado a partir del ramal de cadena. La longitu del manguito de aspiración está adaptada a las diferentes formas del cárter. Figura2.12 Descripción grafica de la bomba de aceite -Módulo de filtración de aceite Este va dispuesto en la cámara en V del motor. Integra el filtro, el radiador de aceite, así como el separador ciclónico, con válvula reguladora de presión para el respiradero del cárter del cigüeñal. El radiador de aceite va conectado al circuito de líquido refrigerante del motor. Figura2.14 Módulo de filtración de aceite

34 Página Sistema de inyección Cada vez se plantean exigencias más altas a los motores a diesel en función del consumo de combustible, emisiones de escape, y lo suave que tiene que ser la marcha del motor. Esto ocasiona que el sistema de inyección en estos motores tenga un alto nivel de requerimientos técnicos por cumplir. Esto únicamente se puede cumplir a través de un sistema que inyecte el combustible a alta presión en los cilindros, que gestione la inyección con toda exactitud y permita modular la inyección en varios ciclos de preinyección y postinyección. La tecnología del sistema de inyección common rail con inyectores piezoeléctricos, tiene las características para lograr un buen desarrollo de la inyección a las diferentes condiciones operativas del motor. El motor TDI 3,01 V6 en el phaeton y en el touareg va equipado con un sistema de inyección de common rail para la preparación de la mezcla. El sistema de inyección common rail es un sistema de inyección con ayuda de un acumulador de alta presión para motores diesel. El concepto common rail significa regleta o conducto común y es el término que se emplea para un acumulador de combustible a alta presión que comparten todos los inyectores de una bancada de cilindros. La generación de la presión y la inyección del combustible son funciones separadas en este sistema. Una bomba de alta presión implantada por separado, genera, como su nombre lo dice, la alta presión para la inyección del combustible. Este combustible se almacena en el acumulador de alta presión (rail) y se pone a disposición de los inyectores a través de conductos de inyección cortos. Las características que mas destacan de este sistema de inyección son: La presión de la inyección es seleccionable casi con entera libertad y se puede adaptar a las diferentes condiciones operativas del motor. Una alta presión de inyección, que alcanza 1600 bares como máximo, permite realizar una buena mezcla de combustible y aire. El desarrollo de la inyección es flexible, con varios ciclos de preinyección y postinyección. El sistema de inyección common rail ofrece múltiples posibilidades de configuración para adoptar la presión y el desarrollo de la inyección a estado operativo momentáneo del motor. Esto le confiere muy buenas condiciones para cumplir con las crecientes exigencias planteadas al sistema de inyección, pidiendo un menor consumo de combustible, bajas emisiones contaminantes y una marcha suave del motor.

35 Página33 Figura2.15 Disposición del sistema de inyección common rail En el motor TDI 3,01 V6 que lleva implementado este sistema de inyección se instalan inyectores piezoeléctricos. La tecnología piezoeléctrica supone aproximadamente un 75 % de menos masas de inercia en movimiento por parte de la aguja, en comparación con los inyectores gestionados por válvulas electromagnéticas. Esto se traduce en las siguentes ventajas: Tiempos de conmutación muy breves Son posibles varias inyecciones en cada ciclo de trabajo Cantidades de inyección exactamente dosificables El desarrollo de la inyección, con un total de hasta cinco inyecciones por ciclo de trabajo, incluye hasta dos preinyecciones a regímenes bajos y dos postinyecciones. Esto posibilita unas emisiones bajas y un desarrollo suave de la combustión. El funcionamiento de los inyectores piezoeléctricos será presentado en el próximo capítulo.

36 Página34 Capítulo 3 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE EN EL MOTOR TDI 3,01V6 CON SISTEMA DE INYECCION COMMON RAIL En este capítulo se describirá como opera el sistema de combustible así como los diferentes elementos que lo componen. Figura de portada del capítulo 3: Filtro de combustible diesel Temas de este capítulo. Sistema de combustible Todos los elementos que lo conforman

37 Página35 CAPÍTULO 3 Lo que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos es el océano Isaac Newton ( ) 3. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE EN EL MOTOR TDI 3,01 V6 CON SISTEMA DE INYECCION COMMON RAIL. 3.1 Sistema de combustible El sistema de combustible es una parte fundamental de este sistema de inyección ya que se encarga de transportar el combustible desde el depósito hasta los inyectores, pasando por filtros, sensores de temperatura, de presión y otros elementos que ayudan a obtener una inyección adecuada y uniforme para que la combustión dentro de los cilindros sea lo mejor posible. El sistema de combustible se subdivide en 3 áreas de presión: Alta presión bares Presión de retorno de los inyectores Presión de alimentación, presión de retorno Las bombas eléctricas aspiran el combustible del depósito por el tubo de alimentación, haciéndolo circular a través del filtro y la bomba mecánica de engranajes con dirección hacia la bomba de alta presión. Allí es donde se genera la alta presión del combustible que es la que se necesita para la inyección, el combustible es enviado hacia los acumuladores de alta presión (rail). A partir del acumulador de alta presión (rail) el combustible es enviado hacia los inyectores los cuales inyectan el combustible en las cámaras de combustión. El sistema cuenta con un elemento llamado válvula mantenedora de presión que se encarga de mantener a 10 bares la presión de retorno de los inyectores. Para tener un correcto funcionamiento de los inyectores piezoeléctricos se necesita tener y mantener esta presión. En el siguiente esquema se muestra la configuración del sistema de combustible con todos sus elementos.

38 Página36

39 Página37 Ahora se describirán cada uno de los elementos y se explicará su funcionamiento. 3.2 Bomba de combustible para pre elevación y bomba de combustible Estas bombas van instaladas y sumergidas dentro del depósito de combustible. Su función es alimentar la bomba mecánica de engranajes realizando una pre elevación del combustible. El depósito esta subdividido en dos cámaras la izquierda y la derecha. En la cámara izquierda va instalada la bomba de combustible para pre elevación y un eyector, mientras que en la cámara derecha se monta la bomba de combustible y un eyector. Figura3.2Representación grafica de la disposición de las bombas en el deposito de combustible Las dos electro bombas son accionadas al conectar el encendido y tener el motor en un régimen superior a las 40 rpm, de esto se encarga la unidad de control. A través de un relé de bomba de combustible las bombas generan una presión previa. En el preciso instante que el motor marcha, ambas bombas elevan continuamente combustible hacia el grupo de alimentación. En la cámara derecha el eyector impele el combustible hacia el depósito de la bomba para pre elevación mientras que el eyector de la cámara izquierda eleva el combustible hacia el depósito de la bomba de combustible. Ambos eyectores funcionan animados por el caudal generado por las electrobombas de combustible. En caso de que se averié alguna de las dos bombas se presentara una escasez de combustible que puede provocar diferencias en la presión del combustible que se encuentran en el acumulador de alta presión (rail), haciendo que la potencia suministrada por el motor se reduzca considerablemente. Esta es una avería que se queda en la memoria al ser detectada.

40 Página Filtro de combustible con válvula de precalentamiento El filtro protege al sistema de inyección contra suciedad en el combustible como sólidos en suspensión así también como al desgaste provocado por partículas y agua. Figura3.3 Representación grafica del filtro de combustible Hay un componente fundamental que es parte del filtro de combustible, este es la válvula de precalentamiento. Esta se encuentra en el tubo central del filtro, consta de un elemento dilatable y un émbolo sometido a fuerza de muelle. Esta válvula opera en función de la temperatura del combustible que regresa de los acumuladores de alta presión, de la bomba de alta presión y los inyectores, conduce el combustible hacia el filtro o lo devuelve al depósito de combustible. De esta manera se evita que el filtro se obstruya por precipitaciones cristalizadas de parafina al haber bajas temperaturas ambientales y se produzcan fallos en el funcionamiento del motor. Hay dos casos particulares del funcionamiento del filtro de combustible en función de la temperatura del combustible Cuando la temperatura del combustible es inferior a 5º C. Al tener el combustible una temperatura por debajo de 5º C el elemento dilatable se encuentra contraído al máximo y el émbolo, apollado en la fueza del muelle, cierra el paso de retorno al depósito. Debido a ello el combustible caliente devuelto por la bomba de alta presión, los acumuladores de altra presión y los inyectores pasa al filtro con lo cual calienta el combustible q se encuentra en este.

41 Página39 Figura3.4 Trayectoria del combustible con temperatura inferior a 5ª C Cuando la temperatura del combustible es superior a 35º C Al tener el combustible una temperatura superior a 35º C el elemento dilatable en la válvula de precalentamiento se encuentra abierto al máximo y abre el paso de retorno al depósito. El combustible caliente que retorna pasa directamente al depósito de combustible. Figura3.5 Trayectoria del combustible con temperatura superior a 35º C 3.4 BOMBA DE ALTA PRESION CON BOMBA DE ENGRANAJES La bomba de alta presión es la que genera la alta presión de combustible que se necesita para la inyección. En la carcasa de la bomba de alta presión está integrada a su vez una bomba de engranajes, que impele el combustible desde la zona de alimentación hacia la bomba de alta presión. Figura3.6 Disposición de la bomba de alta presión con bomba de engranajes

42 Página40 Ambas bombas son accionadas conjuntamente por un eje. El accionamiento de este eje corre a cargo de una correa dentada impulsada por el árbol de levas de admisión en la bancada de cilindros 2. En el siguiente esquema se muestra la propagación del combustible en la bomba de alta presión. Figura3.7Sinopsis esquemática de la propagación del combustible en la bomba de alta presión 3.5 Bomba de engranajes Esta es una bomba de pre elevación, que tabaja por la vía netamente mecánica. Se impulsa conjuntamente con la bomba de alta presión a partir del eje de accionamiento. La bomba de engranajes se encarga de intensificar la presión del combustible pre elevado a partir del depósito por parte de las dos bombas eléctricas. De esta forma se asegura la alimentación de combustible para la bomba de alta presión en todas las condiciones operativas Arquitectura Una carcasa contiene dos piñones contrarrotantes. Uno de ellos es impulsado por el eje de accionamiento.

43 Página41 Figura3.8 Disposición de la bomba de engranajes Funcionamiento Al girar los piñones arrastran combustible entre los huecos del dentado a lo largo de la pared interior de la bomba hacia el lado impelente. A partir de ahí se conduce el combustible hacia la carcasa de la bomba de alta presión. El hecho de que ambos piñones se encuentren engranados impide que el combustible fluya en retorno. La válvula de seguridad abre si la presión del combustible por el lado impelente de la bomba supera los 5,5 bares. El combustible es devuelto en ese caso al lado aspirante de la bomba de engranajes. Figura3.9 Esquema del funcionamiento de la bomba de engranajes

44 Página Válvula de dosificación del combustible Esta válvula va integrada en la bomba de alta presión. Se encarga de regular en función de las necesiades la presión del combustible en la zona de alta presión. La válvula de dosificación del combustible regula la cantidad que fluye hacia la bomba de alta presión. Esto supone la ventaja de que la bomba de alta presión solamente tiene que generar la presión que se necesita para las condiciones operativas momentáneas del motor. Con ello se reduce la potencia absorbida por la bomba de alta presión, evitandose a su vez que el combustible se caliente de forma innecesaria. Figura3.10 Ubicación de la válvula dosificadora en la bomba de alta presión Funcionamiento de la válvula dosificación del combustible sin corriente Al no tener aplicada la corriente, la válvula de dosificación del combustible se encuentra abierta. El émbolo regulador es desplazado por la fuerza del muelle hacia la izquierda con lo cual libera la sección transversal mínima hacia la bomba de alta presión. Esto hace que pase sólo una pequeña cantidad de combustible hacia la cámara de compresión de la bomba de alta presión. A continuación se mustra su esquema de funcionamiento.

45 Página43 Figura3.11Esquema de la valvula de dosificación sin corriente Funcionamiento de la válvula de dosificación del combustible excitada Para aumentar la cantidad que fluye hacia la bomba de alta presión, la unidad de control para sistema de inyección directa diésel excita la válvula de dosificación de combustible por medio de una señal modulada en anchura de los impulsos (PWM). Con ayuda de la señal PWM se cierra de forma periodificada la válvula para dosificación del combustible. Esto hace que se genere una presión de control detrás de la válvula, la cual actúa sobre el émbolo regulador. Si se hace variar la proporción de periodo de la señales se modifica la presión de control y, con ésta, la posición del émbolo. La presión de control cae y el émbolo es desplazado a la derecha. Esto aumenta la cantidad de combustible que fluye hacia la bomba de alta presión. Figura3.12Esquema de la válvula de dosificación excitada

46 Página44 Efectos en caso de avería La potencia del motor se reduce. La gestión del motor pasa a la función de marcha de emergencia. Señales PWM Estas son señales moduladas en anchura de los impulsos. Se trata de señales rectangulares con un tiempo de activación variable y una frecuencia constante. Con la variación del tiempo de activación de la válvula de dosificación del combustible se puede modificar por ejemplo la presión de control y con ella la posición del émbolo regulador. 3.7 Bomba de alta presión Esta es una versión tricilíndrica de émbolos radiales. Se impulsa conjuntamente con la bomba de engranajes a partir de el eje de accionamiento. La bomba de alta presión asume la función de generar la alta presión del combustible de hasta 1600 bares, que se necesita para la inyección. Con los tres émbolos de la bomba implantados a distancias de 120º, se establecen cargas uniformes para el accionamiento de la bomba y se mantienen reducidas las fluctuaciones manométricas en el acumulador de alta presión. Figura3.13. a) Partes principales de la bomba de alta presion. b)eje de accionamiento

47 Página45 Funcionamiento El eje de accionamiento de la bomba de alta presión tiene una excéntrica. Esta excéntrica actúa a través de un disco de elevación, con el cual provoca un movimiento de ascenso y descenso en tres émbolos de bomba dispuestos decalados radialmente 120º. Figura3.14 Corte transversal de la bomba de alta presión Carrera aspirante El movimiento descendente del émbolo de la bomba se traduce en un aumento de volumen en la cámara de compresión. Esto hace que descienda la presión en la cámara de compresión. Debido a la presión generada por la bomba de engranajes puede pasar ahora combustible a través de la válvula de admisión hacia la cámara de compresión. Figura3.15Carrera aspirante de la bomba

48 Página46 Carrera impelente Al comenzar el movimiento ascendente del émbolo de la bomba aumenta la presión en la cámara de compresión. Esto hace que el disco de la válvula de admisión sea oprimido hacia arriba y cierre la cámara de compresión. El émbolo sigue ascendiendo, con lo cual sigue generando presión. En cuanto la presión del combustible en la cámara de compresión supera la presión que hay en la zona de alta presión, la válvula de escape abre y el combustible pasa por el conducto anular hacia el acumulador de alta presión. Figura3.16 Carrera impelente de la bomba 3.8 Acumulador de alta presión (rail) Para cada bancada de cilindros del motor se implanta un acumulador de alta presión (rail). El acumulador de alta presión es un tubo forjado en acero. Asume la función de almacenar el combustible a alta presión que se necesita para la inyección en todos los cilindros. Arquitectura Ambos acumuladores de alta presión se encuentran instalados por separado, pero están comunicados a través de una tubería. En el acumulador de alta presión para la bancada de cilindros 1 se encuentran el empalme para la alimentación de combustible procedente de la bomba de alta presión, los empalmes hacia los inyectores y la válvula reguladora de la presión del combustible. En el acumulador de alta presión de la bancada de cilindros 2 se encuentran los empalmes para alimentación de combustible procedente del tubo de comunicación, los empalmes hacia los inyectores y el sensor de presión del combustible. Esta es la dispocición de los acumuladores de alta presión.

49 Página47 Figura3.17Descripción grafica de los acumuladores de alta presión Funcionamiento El combustible que se halla en el acumulador de alta presión se encuentra sometido continuamente a una presión alta. Al extraerse combustible del acumulador de alta presión para los efectos de la inyección, la presión en el acumulador se mantiene casi constante a raíz de su gran volumen de acumulación. Las flucutaciones de la presión que suelen originarse a raíz de la alimentación pulsátil de combustible para el acumulador de alta presión a partir de la bomba se compensan a través del gran volumen del acumulador de alta presión y a través de un estrangulador implantado en la línea de alimentación de la bomba de alta presión. 3.9 Sensor de presión del combustible El sensor de presión del combustible se encuentra en el acumulador de alta presión (rail) de la bancada 2. Palpa y transmite la presión momentánea del combustible en la zona de alta presión. Figura3.18 Ubicación del sensor de presión del combustible

50 Página48 Funcionamiento El sensor de presión del combustible contiene un elemento sensor compuesto por un diafragma de acero dotado de franjas extensométricas. A través del empalme de alta presión se aplica la presión del combustible contra el elemento sensor. Al variar la presión se modifica la flexión del diafragma de acero, modificándose con ello tambien la magnitud de la resistencia eléctrica de las franjas extensométricas. Figura3.19Arquitectura del sensor de presión El analizador electrónico calcula una señal de tensión a partir de la magnitud de resistencia medida y la transmite a la unidad de control para sistema de inyección directa diésel. Con ayuda de una curva característica programada en la unidad de control se calcula la presión momentánea del combustible. Efectos en caso de ausentarse la señal Si se averia el sensor de presión del combustible, la unidad de control para el sistema de inyección directa diésel y efectúa sus cálculos con un valor suplente fijo. La potencia del motor se reduce.

51 Página Válvula reguladora de la presión del combustible La válvula reguladora de la presión del combustible se encuentra en el acumulador de alta presión (rail) de la bancada de cilindros 1. Con ayuda de la válvula reguladora se establece la presión del combustible en la zona de alta presión. A esos efectos es excitada por la unidad de control según el estado operativo del motor, la presión es del orden comprendido entre los 230 y 1600 bares. Si es excesiva la presión del combustible en la zona de alta presión, la válvula reguladora abre el paso, de modo que una parte del combustible del acumulador pueda pasar al depósito a través del conducto de retorno. Si la presión del combustible es demasiado baja en la zona de alta presión, la válvula reguladora cierra, sellando asi la zona de alta presión contra el retorno del combustible. Funcionamiento Válvula regulºadora en reposo (motor parado) Si la válvula reguladora no se encuentra excitada, su aguja es mantenida en el asiento exclusivamente por medio de la fuerza del muelle de la válvula. Con ello se separa la zona de alta presión con respecto a la de retorno del combustible. El muelle de la válvula esta diseñado de modo que se establezca una presión del combustible de aprox 80 bares en el acumulador de alta presión. Se muestra un esquema de la válvula reguladora en reposo.

52 Página50 Figura3.21 Válvula reguladora de presión en reposo Válvula reguladora mecánicamente abierta Si la presión del combustible en el acumulador de alta presión supera la fuerza del muelle de válvula, la válvula reguladora abre y el combustible fluye a través del retorno al depósito. Figura3.22 Válvula reguladora abierta Válvula reguladora excitada (motor en funcionamiento) Para ajustar una presión de 230 a 1600 bares en el acumulador de alta presión la unidad de control excita la válvula reguladora por medio de una señal modulada en anchura por los impulsos (PWM). A raíz de ello se crea un campo magnético en la bobina. El inducido de la válvula es atraído, con lo cual oprime la aguja contra su asiento. Figura3.23 Válvula reguladora excitada

53 Página51 A la presión del combustible en el acumulador de alta presión se le opone así una fuerza magnética, adicionalmente a la fuerza del muelle. De acuerdo con la proporción de periodo de la excitación se modifica la sección de paso hacia el conducto de retorno y con ella la cantidad de combustible que escapa. A parte de ello es posible compensar de esa forma oscilaciones de presión en el acumulador de alta presión. Efectos en caso de avería Si se avería la válvula reguladora no puede funcionar el motor, por no poderse generar una presión suficientemente alta para la inyección Sensor de temperatura del combustible El sensor de temperatura del combustible se halla en el tubo de alimentación que va hacia la bomba de alta presión. Con este sensor se determina la temperatura momentánea del combustible. Figura3.24 Ubicación del sensor de temperatura del combustible Aplicaciones de la señal Con ayuda de la señal procedente del sensor de temperatura del combustible la unidad de control calcula la densidad del combustible. La utiliza como magnitud de corrección para el cálculo de la cantidad a inyectar, para regular así mismo la presión del combustible en el acumulador de alta presión y para regular la cantidad alimentada hacia la bomba de alta presión. Para proteger a la bomba de alta presión contra temperaturas excesivas del combustible se implanta un sensor de temperatura en la zona de alimentación del combustible. Si se registran ahí temperaturas excesivas se procede a limitar la

54 Página52 potencia suministrada por el motor, para proteger así la bomba de alta presión. De ese modo también se reduce indirectamente la cantidad de combustible que debe de comprimir la bomba de alta presión, disminuyendo con ello la temperatura del combustible. Efectos en caso de ausentarse la señal Si se avería el sensor de temperatura, la unidad de control hace sus cálculos con un valor suplente fijo Válvula mantenedora de la presión La válvula mantenedora de la presión es netamente mecánica. Se instala entre los tubos de retorno de los inyectores y el retorno del sistema de combustible. Figura3.25 Ubicación de la válvula mantenedora de la presión Misión Con la válvula mantenedora de presión se mantiene la presión del combustible en el retorno de los inyectores a unos 10 bares. Esta presión del cobustible se necesita para el funcionamiento de los inyectores. Funcionamiento Al estar el motor en marcha, el combustible pasa por los tubos de retorno de los inyectores hacia la válvula mantenedora de la presión. Si la presión del combustible supera los 10 bares levanta la bola de su asiento, superando la fuerza del muelle de compresión.

55 Página53 El combustible fluye a través de la válvula abierta hacia el retorno, que lo lleva hasta el depósito del combustible. Figura3.26 Funcionamiento de la vávula mantenedora de la presión 3.13 Inyectores Los inyectores se montan en la culata. Desempeñan la función de inyectar en las cámaras de combustión el combustible en la cantidad correcta y en el momento adecuado. En el motor TDI 3,01 V6 se implantan inyectores piezoeléctricos. Los inyectores son excitados a través de un actuador piezoeléctrico. La velocidad de conmutación de un actuador piezoeléctrico es aproximadamente cuatro veces superior a la de una válvula electromagnética. A parte de ello la tecnología de los inyectores piezoeléctricos tienen aproximadamente un 75% de menor masa en movimiento en la aguja, en comparación con los inyectores electromagnéticos. De ahí resultan las siguientes ventajas: Muy breves tiempos de conmutación Posibilidades de ejecutar varias inyecciones en cada ciclo de trabajo Cantidades de inyección exactamente dosificables Efecto piezoeléctrico Fue descubierto en 1880 por pierre curie. Si se procede a deformar a presión una red cristalina estructurada a base de iones ( turmalina, cuarzo), esto provoca la generación de una tensión eléctrica. También es posible invertir el efecto piezoeléctrico, aplicando una tensión eléctrica. El cristal se dilata en ese caso. Este efecto es el que se utiliza para la gestón de los inyectores.

56 Página54 Arquitectura del inyector Figura3.27 Elementos que componen al inyector piezoeléctrico 3.14 Desarrollo del ciclo de inyección Debido a los tiempos muy breves en que pueden conmutar los inyectores piezoeléctricos resulta posible controlar de forma flexible y exacta la fases y cantidades de inyección. Con ello se puede adoptar el desarrollo del ciclo de la inyección a las exigencias que plantean las diferentes condiciones operativas del motor. En cada ciclo de inyección se pueden ejecutar hasta cinco inyecciones parciales.

57 Página55 Preinyección Antes de la inyección principal se inyecta una pequeña cantidad de combustible en la cámara de combustión. Esto provoca un aumento de temperatura y de presión en la cámara. Con ello se abrevia a su vez el periodo de retraso de autoignicion de la cantidad correspondiente a la inyección principal, disminuyendo el gradiente del ascenso de la presión y reduciéndose los picos de presión en la cámara. Como consecuencia se obtiene una menor sonoridad de la combustión y sólo bajas emisiones de escape. El número, el momento y las cantidades de combustible correspondientes a las preinyecciones dependen de las condiciones operativas del motor. Si el motor está frío y gira a regímenes inferiores se realizan dos preinyecciones por motivos acústicos. Cuanto mayores van siendo la carga y el régimen ya sólo se va haciendo una preinyección para reducir así las emisiones de escape. Al funcionar a plena carga y a regímenes superiores se omite la preinyección, por ser necesario inyectar una gran cantidad de combustible en un solo ciclo para obtener un alto grado de rendimiento. Inyección principal Despues de la preinyección se intercala un breve intervalo de espera, tras el cual se inyecta la cantidad principal de combustible en la cámara de combustión. La magnitud de la presión de la inyección se mantiene casi invariable durante todo el ciclo de la inyección. Postinyección Para efectos de regeneración de un filtro de partículas diésel se llevan acabo dos ciclos de postinyección. Con ayuda de las postinyecciones aumenta la temperatura de los gases de escape, lo cual es necesario para la combustión de las partículas de hollín en el filtro Actuador piezoeléctrico Piezo (griego) = oprimir Para la gestión del inyector se utiliza un actuador piezoeléctrico. Se encuentra en la carcasa del inyector y es excitado por la unidad de control a través del terminal eléctrico. El actuador piezoeléctrico tiene una alta velocidad de comunicación. Conmuta en menos de una diezmilésima de segundo. Una de las aplicaciones más frecuentes que se suele dar a los elementos piezoeléctricos es la de sensores.en un elemento piezoeléctrico se ejerce presión y surge una tensión eléctrica mensurable. Este comportamiento de una estructura cristalina recibe el nombre de efecto piezoeléctrico.

58 Página56 El acturador piezoeléctrico esta constituido por una gran cantidad de elementos piezoeléctricos, para conseguir así un recorrido de suficiente magnitud para la gestión del inyector. Al aplicarse tensión, el actuador piezoeléctrico se dilata en hasta 0,03mm. Los actudarores piezoeléctricos se excitan con una tensión de volts. Figura3.28Actuador piezoeléctrico Para la gestión del actuador piezoeléctrico se recurre al efecto piezoeléctrico inverso. Efecto piezoeléctrico inverso Para el empleo de un actuador piezoeléctrico se utiliza el efecto piezoeléctrico inverso. Aplicando una tensión al elemento piezoeléctrico, la estructura cristalina reacciona con una variación de su longitud. Figura3.29 Elemento piezoeléctrico con tensión

59 Página Módulo acoplador Este consta del émbolo acoplador y del émbolo de la válvula. El módulo acoplador actúa como un cilindro hidráulico. Efectúa la conversión hidráulica por medio de la muy rápida dilatación del actuador piezoeléctrico y acciona con ello la válvula de mando. A raíz de la transmisión de fuerza hidráulica la válvula de mando abre de forma amortiguada y efectúa una inyección gestionada con exactitud. Ventajas de la transmisión de la fuerza hidráulica: Reducidas fuerzas de fricción Amortiguación de los componentes móviles Compensación de las variaciones de longitud de los componentes debido a la dilatación térmica Sin efecto de fuerza mecánica sobre la aguja del inyector Figura3.30 Módulo acoplador en reposo Principio hidráulico El módulo acoplador es un sistema hidráulico en el que las fuerzas se comportan entre sí como las superficies del émbolo. En el módulo acoplador, la superficie del émbolo acoplador es más grande que la superficie del émbolo de la válvula. En virtud de ello, la fuerza del émbolo acoplador acciona al émbolo de válvula. La relación de la superficie del émbolo acoplador con respecto al de la válvula de mando es múltiples veces mayor. De ahí que la válvula de mando pueda ser accionada por el módulo acoplador en contra de la presión predominante en el conducto común (rail).

60 Página58 La presión del combustible en el módulo acoplador es mantenida a unos 10 bares por la válvula mantenedora de presión en el retorno del combustible. Esta presión del combustible se utiliza como colchón para la transmisión de fuerza hidráulica entre el émbolo acoplador y el émbolo de la válvula. Figura3.31 Módulo acoplador accionado 3.17 Funcionamiento de los inyectores Inyector en posición de reposo El inyector se encuentra cerra en posición de reposo. El actuador no se halla excitado. En la cámara de control, por encima de la aguja de la tobera y en la válvula de mando, está aplicada la alta presión del combustible- La válvula de mando es oprimida contra su asiento por la alta presión del combustible y por la fuerza su muelle. De esta manera queda separada la parte de alta presión con respecto a la parte de retorno del combustible. La aguja de la tobera es cerrada por la alta presión del combustible en la cámara en la cámara de control que se encuentra por encima de la aguja y por la fuerza del muelle de la tobera.

61 Página59 En la zona de retorno, el combustible tiene una presión de aproximadamente 10bares, esta presión es establecida por la válvula mantenedora de la presión en el retorno del combusible de los inyectores.

62 Página60 Comienzo de la inyección La unidad de control es la encargada de iniciar el comienzo de la inyección, para ello excita el actuador piezoeléctrico. El actuador piezoeléctrico se dilata y tansmite el movimiento de dilatación sobre el émbolo acoplador. El descenso del émbolo acoplador genera una presión hidráulicaen el módulo acoplador, la cual actúa a través del émbolo de válvula sobre la válvula de mando. La válvula de mando abre obedeciendo a la fuerza hidráulica del módulo acoplador y abre así el paso del combustible a alta presión hacia la zona de retorno del combustible. El combustible en la cámara de control fluye a través del estrangulador de salida hacia el retorno. Esto hace que la presión del combustible caiga instantáneamente en la zona superior de la aguja de la tobera. La aguja es despegada de su asiento y la inyección comienza.

63 Página61 Fin de la inyección La operación de inyección finaliza cuando la unidad de control deja de excirtar el actuado piezoeléctrico. Este vuelve a su posición de partida. Ambos émbolos del módulo acoplador se desplazan hacia arriba y la válvula de mando es oprimida contra su asiento. Con esto se cierra el paso de la alta presión del combustible hacia el retorno. A traveés del estrangulador de alimentación fluye el combustible hacia la cámara de control por encima de la aguja de tobera. La presión del combustible en la cámara de control aumenta de nuevo a la magnitud que tiene en el acumulador de alta presión y cierra la aguja de tobera. La operación de inyección queda terminada y el inyector se encuentra nuevamente en posición de reposo. La cantidad inyectada se determina a través del tiempo que dura la excitación del actuador piezoeléctrico y a través de la presión en el rail. Los breves tiempos de conmutación en el actuador hacen posible efectuar varias inyecciones por ciclo de trabajo y ajustar con exactitud la cantidad de combustible inyectada.

64 Página Equilibrador de la inyección (ima) El equlibrador de la inyección (IMA) es una función de software, programado en la unidad de control, que se utiliza para la excitación específica de cada inyector. Con esta función se corrigen la cantidades inyectadas de forma específica por cada inyector del sistema common rail en toda la familia de características. Con ello mejora la exactitud del sistema de inyección. Con el equlibrador de la inyección se compensan las diferencias de comportamiento entre los inyectores, que resultan de las tolerancias de fabricación. Los objetivos de esta corrección de las cantidades inyectadas son: Reducción del consumo de combustible Reducción de las emisiones de escape Una marcha equilibrada del motor Valor IMA Cadainyector lleva impreso un valor de adaptación de 7 caracteres. Es un valor alfanumérico. Este valor se determina con un banco de pruebas en la fabricación del inyector. Expresa la diferencia con respecto al valor teórico y describe el comportamiento de inyección de esa unidad específica. Con ayuda del valor IMA la unidad de control puede calcular con exactitud los tiempos de excitación que son necesarios para la inyección específica por parte de cada inyector. En caso de sustitur un inyector es preciso adaptarlo al sistema de inyección. Se tiene que llevar a cabo una operación de equlibrado de la inyección.

65 Página63 Capítulo 4 GESTION DEL MOTOR TDI 3,01 V6 CON SISTEMA DE INYECCION COMMON RAIL Mediante la gestión electrónica se logra monitorear y tener un buen control sobre todos los sistemas del vehículo Temas de este capítulo. Sensores Actuadores Figura de portada del capítulo 4: unidad de control para motores diesel

66 Página64 CAPÍTULO 4 La imaginación es más importante que el conocimiento. El conocimiento es limitado, la imaginación rodea al mundo Albert Einstein 4. Gestión del motortdi 3,01 V6 con sistema de inyección common rail. La gestión electrónica con la que cuenta el sistema de inyección common rail cuenta con un conjunto de elementos sensores y un conjunto de elementos actuadores que operan entre sí comunicándose a través de la unidad de control para motores diesel de inyección directa. A continuación se presenta un esquema donde se contemplan todos estos elementos junto con su nomenclatura utilizada por Volks Wagen para su fácil y rápida identificación.

67 Página65 Para lograr un buen control en todos los sistemas del vehículo se implantan múltiples unidades de control que van a interactuar con la unidad de control para motores diesel de inyeccion directa. Estas unidades de control se dividen en 2 grupos, uno es el CAN tracción y el otro es el CAN confort. Cada uno de estos grupos cuenta con varias unidades de control que acontinuación se presentan. CAN tracción J248 unidad de control para sistema de inyección directa diesel J217 unidad de control para cambio automático J104 unidad de control para ABS J234 unidad de control para airbag J197 unidad de control para regulación de nivel J428 unidad de control para guarda distancias J492 unidad de control para tracción total CAN confort J285 unidad de control en el cuadro de instrumentos J527 unidad de control para electrónica de la columna de dirección J518 unidad de control para acceso y autorización de arranque J519 unidad de control de la red de a bordo J301 unidad de control para aire condicionado J533 interfaz de diagnosís para bus de datos Todas las unidadades de control estan interconectadas en la estructura CAN-Bus del vehículo, esto para lograr la integración de la unidad de control para sistema de inyección directa diesel con todas las demas. A través de esta estructura se intercambia información entre todas las unidades de control. El esquema presentado en la siguiente página muestra la integración de la unidad de control para sistema de inyección directa diesel en la estructura CAN-Bus.

68 Página66 Figura4.2 Estructura CAN-Bus del vehículo 4.1 Sensores Sensor de régimen del motor G28 Este va fijado a la carcasa del cambio. Es un sensor inductivo, que explora una rueda generatríz de 60-2 dientes, la cual va fijada al disco de arrastre. Un hueco de segmento en la rueda generatríz se utiliza como marca de referencia para el sensor de régimen del motor.con la señal de este sensor se detecta el régimen y la posición exacta del cigüeñal. Esta información se emplea en la unidad de control para sistema de inyección directa diesel para calcular el momento y la cantidad de la inyección. Figura4.3 Ubicación del sensor de régimen del motor

69 Página67 Sensor Hall G40 Este va fijado al esqueleto porta sombreretes de la culata en la bancada 1. Explora la rueda generatríz de impulsos que van en el árbol de levas, con lo cual detecta su posición. La señal del sensor se utiliza en la unidad de control para sistema de inyección directa diesel para detectar el primer en la fase de puesta en marcha del motor. En caso de que la señal se ausente el motor no arranca. Figura4.4 Ubicación del sensor Hall Sensor de posición del pedal acelerador G79 y sensor de posicioón del pedal acelerador 2 G185 El sensor de posición del pedal acelerador G79 y el sensor de posición del pedal acelerador 2 G185 están agrupados en un componente compartido, integrado en el módulo pedal acelerador. Figura4.5 Módulo pedal acelerador

70 Página68 Si se avería alguno de los sensores G79 y G185, el sistema pasa primeramente a la marcha de ralentí. Si en el transcurso de un lapso específico de tiempo se detecta el segundo sensor vueve a ser posible ponerse en circulación. Si embargo, si a través del acelerador se expresa el deseo de contar con plena carga, el régimen sólo suve de vueltas lentamente. Si se averían ambos sensores, el motor ya sólo funciona a régimen de ralentí acelerado y deja de reaccionar ante los requerimientos del pedal del acelerador. Conmutador kick-down F8 Este es un componente autónomo, montado en la plataforma del piso bajo el módulo pedal acelerador. La señal del conmutador kick-down es utilizada en la unidad de control del motor, a parte de las señales de los sensores de posición del pedal acelerador, para detectar la posición kick-down. Esta información se transmite a través del CAN tracción hacia la unidad de control para cambio automático, a raíz de lo cual se ejecuta la función kick-down. Si se avería el conmutador kick-down, la unidad de control del motor emplea las señales de los sensores de posición del pedal acelerador. Conmutador de luz de freno F y conmutador de pedal de freno F7 Estos están situados en un componente compartido en el pedalier. Las señales de ambos conmutadores sirven para que la unidad de control del motor pueda reconocer si el freno está accionado. Al accionarse el freno se desactiva el programador de velocidad y el motor deja de reaccionar ante los requerimientos del acelerador. Si se ausenta la señal de uno de los conmutadores se reduce la cantidad inyectada y el motor entrega una menor potencia. A parte de ello se desactiva el programador de velocidad.

71 Página69 Medidor de la masa de aire G70 El medidor de la masa de aire va implementado en el conducto de admisión. Trabaja según el principio de la película caliente y determina la masa de aire efectiva que aspira el motor. Con ayuda de la señal emitida por el medidor de masa de aire la undiad de control para sistema de inyección directa diesel calcula la cantidada de combustible a inyectar y la cantidad de gases de escape a recircular. En relación con el sistema de filtración de partículas diesel se utiliza la señal para determinar el estado de saturación del filtro de partículas. Si se llegara a ausentar la señal, la unidad de control para sistemas de inyección directa diesel calcula un valor suplente, dado por la presión de sobrealimentación y el régimen de revoluciones. Figura4.8 Medidor de la masa de aire Sensor de temperatura del líquido refrigerante G62 Este va montado en el empalme para líquido refrigerante que tiene la culata derecha. El sensor informa a la unidad de control para sistemas de inyección directa diesel acerca de la temperatura momentánea del líquido refrigerante.

72 Página70 La señal de temperatura del líquido refrigerante se utiliza como valor de correción para calcular la cantidad a inyectar, la presión de sobrealimentación, el momento de la inyección y la cantidad de gases de escape a recircular. En caso de ausentarse esta señal la unidad de control para sistemas de inyección directa diesel hace sus cálculos con ayuda de la señal del sensor de temperatura del líquido refrigerante a la salida del radiador G83 y con un valor suplente fijo. Sensor de temperatura del líquido refrigerante a la salida del radiador G83 Este se encuentra en la tubería de salida del radiador y mide allí la temperatura de la salida del líquido. La excitación de los ventiladores del radiador se lleva a cabo por comparación de las señales de ambos sensores G62 y G83. Figura4.10 Ubicación del sensor de temperatura a la salida del radiador Si se ausenta la señal del sensor de temperatura del líquido refrigerante a la salida del radiador el sistema excita de forma continua el escalón de velocidad 1 para los ventiladores del radiador. Sensor de presión de sobrealimentación G31 y sensor de temperatura del aire aspirado El sensor de la presión de sobrealimentación G31 y el sensor de la temperatura del aire aspirado G42 se integran en un componente compartido, que se implanta en el colector de admisión. Su ubicación se muestra acontinuación.

73 Página71 Figura4.11Implantación del componente compartido de los sensores G31 y G42 Sensor de presión de sobrealimentación G31 La señal del sensor se utiliza en la unidad de control para sistema de inyección directa diesel para regular la presión de sobrealimentación. Si se ausenta la señal no se aplican funciones suplentes. La regulación de la presión de sobrealimentación se desactiva y la entrega de potencia del motor se reduce con ello de un modo considerable. Sensor de temperatura del aire aspirado G42 Esta señal se utiliza para calcular un valor de correción para la presión de sobrealimentación. Con la valoración de la señal se tiene en cuenta la influencia de la temperatura sobre la densidad del aire de sobrealimentación. En caso de que se ausente esta señal, la unidad de control para sistemas de inyección directa diesel hace sus cálculos con un valor suplente fijo. Esto se puede traducir en una menor entrega de potencia del motor. Sonda lambda G39 En el conducto de escape, antes del catalizador de oxidación, hay una sonda lambda de banda ancha. Con la sonda lambda se determina el contenido de oxígeno en los gases de escape sobre una extensa gama de medición. La señal emitida por la sonda lambda se utiliza para corregir la cantidad de gases recirculados.

74 Página72 A parte de ello se utiliza la señal para determinar el estado de saturación del filtro de partículas diesel. En este modelo matemático se emplea la señal de la sonda lambda para definir las emisiones de hollín del motor. Si el contenido de oxígeno en los gases de escape es más bajo que el valor teórico el sistema da por hecho una mayor emisión de hollín. Figura4.12 Ubicación de la sonda lambda en el conducto de escape Si se ausenta la señal el sistema determina la canitdad de gases de escape a recircular recurriendo a la señal del medidor de la masa de aire. En virtud de que esta regulación no es tan exacta puede suceder que aumentan las emisiones de óxidos nítricos. El cálculo del estado de saturación del filtro de partículas diesel resulta menos exacto, sin embargo, la regeneración del filtro de partículas diesel sigue siendo fiable. Sensor de temperatura de los gases de escape 1 G235 Este se implanta en el conucto de escape ante el turbocompresor y mide allí la temperatura de los gases de escape. La unidad de control necesita la señal del sensor de temperatura de los gases de escape para poder proteger al turbocompresor contra temperaturas inadmisiblemente altas de los tubos de escape. Si se ausenta la señal del sensor de temperatura de los gases de escape, la unidad de control hace sus cálculos con un valor suplente fijo y reduce la entrega de potencia del motor.

75 Página73 Sensor de temperatura 1 para el catalizador G20 Este sensor se implanta en el conducto de escape, directamente a continuación del catalizador de oxidación y mide allí la temperatura de los gases de escape. La señal es analizada en la unidad de control para sistemas de inyecciñon directa diesel y se utiliza como magnitud de regulación para los ciclos de postinyección en la fase de regeneración. La señal se utiliza asimismo para la protección de componentes, es decir, para proteger el catalizador contra temperaturas excesivas de los gases de escape. A parte de ello se utiliza la información sobre la temperatura para el modelo matemático destinado a determinar el estado de saturación del filtro de partículas diesel. Figura4.14 Ubicación del sensor de temperatura para el catalizador En caso de que se ausente la señal del sensor de temperatura, la regeneración del filtro de partículas diesel se lleva a cabo en función del recorrido o de loas horas en funcionamiento. Después de tres ciclos de conducción se activa el testigo de exceso de contaminación. Sensor de temperatura de los gases escape 2 para bancada 1 G448 Se encuentra en el conducto de escape ante el filtro de partículas diesel y mide allí la temperatura de los gases de escape. La señal de este sensor le sirve a la unidad de control para calcular el estado de saturación del filtro de partículas diesel. El estado de saturación del filtro se calcula con ayuda de la señal del sensor de temperatura de los gases de escape 2 para bancada 1, conjuntamente con las señales del sensor de presión para gases de escape, el medidor de la masa de aire y la sonda lambda.

76 Página74 También se emplea la señal para proteger el filtro de partículas diesel contra temperaturas excesivas de los gases de escape. Figura4.15 Ubicación del sensor de temperatura de los gases de escape para bancada 1 Si se pierde esta señal, la regeneración del filtro de partículas diesel se realiza en función del recorrido o de las horas operativas. Despues de tres ciclos de conduccion se activa el testigo de exceso de contaminación. Sensor de presión 1 para gases de escape G450 Este se encarga de medir la diferencia de presiones en el caudal de los gases de escape antes y después del filtro de partículas diesel. Va fijado a un soporte sobre el cambio. La unidad de control utiliza esta señal para el cálculo del estado de saturación del filtro de partículas diesel. El estado de saturación del filtro se calcula con ayuda de esta señal, conjuntamente con las señales del sensor de temperatura de los gases de escape 2 para bancada 1, el medidor de la masa de aire y la sonda lambda. En caso de que se pierda esta señal, la regeneración del filtro de partículas diesel se realiza en función del recorrido o de las horas operativas. Al mismo tiempo parpadea el testigo luminoso de precalentemiento. Al cabo de tres ciclos de conducción se activa el testigo de exceso de contaminación.

77 Página75 Figura 4.16 Ubicación del sensor de presión 1 para gases de escape 4.2 Actuadores Motor para mariposa del colector de admisión V157 y motor para mariposa del colector de admisión 2 V275 El motor TDI 3,01 V6 lleva un motor para mariposa del colector de admisión en cada bancada de cilindros. Se encuentran en el elemento inferior del coelctor de admisión de la bancada correspondiente. -Misión En los elementos inferiores de los colectores de admisión correspondientes a ambas bancadas de cilindros se implantan mariposas de turbulencia espiroidal regulables sin escalonamientos. Con ayuda de la posición de estas mariposas se ajusta la turbulencia espiroidal del aire aspirado, procediendo en función del régimen y la carga del motor. Los motores para mariposa en el colector de admisión asumen la función de modificar posición de las mariposas de turbulencia espiroidal en los conductos de admisión actuando a través de una barra de empuje. La unidad de control para sistemas de inyección directa diesel excita a esos efectos los motores para mariposas en el colector de admisión.

78 Página76 Si se averían los motores para mariposa del colector de admisión las mariposas de turbulencia espiroidal se mantienen abiertas. Figura4.18 Disposición de las mariposas de turbulencia espiroidal Unidad de mando de la mariposa J338 Esta se instala en el conducto de admisión ante el elemento superior del colector de admisión. La mariposa de la unidad de mando es excitada por la unidad de control a través de un servo motor eléctrico. -Misión Con la mariposa regulable sin escalonamientos se genera un vacío específico en el conducto de admisión en determinadas condiciones operativas, esta es una función gestionada por la unidad de control. Con ello se consigue una eficaz recirculación de los gases de escape. En la fase de parada del motor se cierra la válvula de mariposa e interrumpe la alimentación de aire. Esto hace que se aspire y comprima una menor canitdad de aire y la fase final hasta la parada del motor tenga un desarrollo suave. Figura4.19 Diferentes vistas de la unidad de mando de la mariposa

79 Página77 Válvula de recirculación de gases de escape N18 Esta es una válvula electroneumática. Administra el paso de la presión de control para el accionamiento de la válvula de recirculación de gases de escape. -Misión El índice de gases de escape recirculados se determina por medio de una familia de curvas características programadas en la undiad de control para sistemas de inyección directa diesel. Para efectos de gestión, la unidad de control excita la válvula de recirculación de gases de escape N18. Figura4.20 Ubicación de la válvula de recirculación de gases de escape Según la proporción de período de la señal se determina la presión de control con la que abre la válvula mecánica para recirculación de gases de escape. Si se ausenta la señal deja de estar dada la función de recirculación de gases de escape. Válvula de conmutación para radiador de recirculación de gases de escape N345 Esta válvula también es una versión electroneumática. Gestiona el paso de la presión de control para el depresor destinado al accionamiento de la mariposa de bypass en el radiador de recirculación de gases de escape. -Misión Para reducir aún más eficazmente las emisiones de óxidos nítricos, los gases de escape recirculados al motor a temperatura de servicio se hacen pasar por el radiador para recirculación de gases de escape.

80 Página78 Debido a esto se acciona la mariposa de bypass en el radiador en el radiador de recirculación de gases de escape. La unidad de control para sistemas de inyección directa diesel excita la válvula de conmutación en función de la temperatura. Al accionarse ésta válvula aplica la presión de control hacia el depresor para accionar la mariposa de bypass en el radiador de recirculación de los gases de escape. Figura4.21 a) Diagrama de funcionamiento de la válvula N345. b) Ubicación de la válvula N345 Si se avería la válvula de conmutación se mantiene cerrada la mariposa de bypass en el radiador de recirculación de gases de escape. Los gases de escape se refrigeran en ese caso todo el tiempo y el motor y catalizador de oxidación alcanzan más tarde su temperatura operativa. Unidad de mando para turbocompresor 1 J724 Esta unidad se halla adosada al turbocompresor. Figura4.22 Ubicación de la unidad de mando1 J724

81 Página79 -Misión Esta se encarga de controlar el reglaje de las paletas directrices en el turbocompresor a través de un servomotor eléctrico. Con la excitación eléctrica se consigue una respuesta rápida y una regulación exacta del turbocompresor. Para el reglaje de las paletas directrices la unidad de mando para turbocompresor 1 recibe una señal PWM por parte de la unidad de control para sistemas de inyección directa diesel. Figura4.23 Vista interior de los componentes de la unidad de mando para turbocompresor 1 J724 En caso de avería en la unidad de mando para turbocompresor deja de ser posible regular la presión de sobrealimentación. El sistema limita la cantidad inyectada y el motor entrega una menor potencia. Electroválvula izquierda para conjunto soporte electrohidráulico del motor N144 Esta es una electroválvula neumática. Se instala en la consola izquierda para el motor, en el vano motor. -Misión El motor TDI 3,01 V6 va equipado con soportes amortiguados hidráulicamente. Estos soportes reducen la transmisión de oscilaciones del motor a la carrocería y establecen así un alto nivel de confort de marcha.

82 Página80 A través de la electroválvula para conjunto soporte electrohidráulico del motor se conmuta la presión de control para ambos soportes del motor. Figura4.24 Ubicación de la electroválvula N 144 -Funcionamiento Para modificar las características de amortiguación de los soportes del motor, la unidad de control para sistemas de inyección directa diesel excita la electroválvula N144. Esta conmuta la presión de control para ambos soportes del motor. Como señales de entrada para la unidad de control del sistema de inyección directa diesel se emplean la señales de velocidad de marcha del vehículo y régimen del motor. Figura4.25 Diagrama del funcionamiento de la electroválvula para conjunto soporte electrohidráulico del motor

83 Página81 Cuando se presentan averías en algunos sensores o actuadores la unidad de control para sistemas de inyección directa diesel manda señales para encender testigos que avisen al conductor que algo está fallando. Los testigos presentados a continuación son los más relevantes. Testigo luminoso de precalentamiento K29 Este desempeña dos funciones: Se enciende para señalizar al conductor el precalentamiento antes del arranque del motor. Parpadea para señalizar al conductor un fallo en el motor. Figura4.26 Testigo luminoso K29 Testigo de exceso de contaminación K83 Las piezas de la gestión del motor con relevancia para la composición de los gases de escape se someten a verificación. Figura4.27 Testigo luminoso K83 Testigo luminoso para filtro de partículas diesel K231 El testigo luminoso para filtro de partículas diesel se enciende cuando el filtro no puede ser regenerado, debido a que se efectúan recorridos extremadamente breves. Con esta señal se exhorta al conductor a que circule durante un periodo de cierta brevedad, manteniendo una velocidad uniformemente superior, si es posible, para que se pueda volver a regenerar el filtro de partículas diesel. Figura 4.28 Testigo luminoso K231

84 Página82 Sistema de precalentamiento Este motor tiene un sistema de precalentamiento para arranque rápido. Permite el arranque inmediato parecido al de los motores de gasolina, sin un largo ciclo de precalentamiento, prácticamente en cualquier situación meteorológica. -Ventajas de este sistema de precalentamiento Arranque fiable de temperaturas de hasta -24ºC Tiempo de calentamiento extremadamente rápido, en un lapso de dos segundos se alcanzan 1000ºC en la bujía de precalentamiento Temperatura controlable para preincandescencia y postincandescencia Susceptible de auto diagnosis Para la función de precalentamiento, la unidad de control para precalentamiento automático recibe la información correspondiente por parte de la unidad de control para sistema de inyección directa diesel. El momento, la duración, la frecuencia de excitación y la proporción de periodo para el precalentamiento son factores determinados así por la unidad de control del motor. -Funciones de la unidad de control para precalentamiento automático Aplicar una señal PWM a las bujías de incandescencia Desactivación integrada para casos de tensión y temperatura excesivas Vigilancia selectiva de las bujías de precalentamiento -Detección de corriente excesiva y corto en el circuito de precalentamiento -Desactivación del circuito de la bujía en caso de exceso de corriente -Diagnosis de la electrónica de precalentamiento -Detección de un circuito de precalentamiento abierto en caso de averías en una bujía.

85 Página83 Figura4.29 Diagrama eléctrico del sistema de precalentamiento Bujías de precalentamiento La bujía de precalentamiento consta del cuerpo, el perno terminal de conexión y la barra calefactora con sus espiras de calefacción y de regulación. En comparación con las bujías de precalentamiento autorreguladas convencionales, la combinación de las espiras de regulación y de calefacción vienen a ser aproximadamente una tercera parte más cortas. Esto ha permitido abreviar el tiempo de precalentamiento a dos segundos. Las bujías de precalentamiento tienen una tensión nominal de 4,4 volts. Figura4.30 Arquitectura de la bujía de precalentamiento

86 Página84 Preincandescencia Después de la conexión del encendido, la unidad de control para sistemas de inyección directa diesel conecta las bujías a través de la unidad de control para precalentamiento automático si la temperatura es inferior a 20ºC. En la primera fase del precalentamiento se les aplica una tensión de aproximadamente 11 volts durante dos segundos como máximo. Después de esto, la unidad de control para precalentamiento automático alimenta a las bujías de precalentamiento la tensión necesaria para el estado operativo que corresponde. Para aliviar las cargas a las que se somete la red de abordo se procede a excitar las bujías de precalentamiento de forma desfasada. Postincandescencia Después de todo arranque del motor se aplica un ciclo de postincandescencia para reducir la sonoridad de la combustión y las emisiones de hidrocarburos. La excitación de las bujías de precalentamiento es corregida por la unidad de control para sistemas de inyección directa diesel en función del tiempo y del régimen de revoluciones. A partir de una temperatura del líquido refrigerante de 35ºC ya no se realiza la postincandescencia. Al cabo de 3 minutos como máximo se interrumpe la postincandescencia.

87 Página85 Capítulo 5 Gases y emisiones contaminantes de los motores diesel Temas de este capítulo Los motores diesel buscan reducir las emisiones contaminantes por medio de la implementación de nuevas técnicas basándose en las exigencias q plantean las normas sobre los gases de escape Componentes de los gases de escape Normativas europeas sobre los gases de escape Medidas para reducir las emisiones Figura de portada del capítulo 5: Estructura molecular de un gas de escape

88 Página86 CAPÍTULO 5 La ciencia no es sino una perversión de sí misma a menos que tenga como objetivo final el mejoramiento de la humanidad Nikola Tesla ( ) 5. Gases y emisiones contaminantes de los motores diesel En la combustión del gasoil se producen residuos de la índole más diversa. Los componentes directamente perceptibles que integran los gases de escape al estar el motor frío son hidrocarburos no oxidados o sólo parcialmente oxidados, existentes en forma de gotitas que se manifiestan como un humo blanco o azulado y son aldheidos de olor intenso. En los motores diesel, aparte de los contaminantes gaseosos también se emiten sólidos pulverulentos en los gases de escape, que, bajo el concepto genérico de <partículas>, han venido a formar parte de las discuciones actuales sobre las sustancias nocivas para la salud y el medio ambiente. Figura5.1 Ubicación del filtro de partículas diesel La marca Volks Wagen persigue una estrategia a largo plazo en lo que respecta a la reducción de las emisiones contaminantes en los gases de escape. Se han emprendido grandes esfuerzos para optimizar los procesos endomotrices de la combustión y reducir las emisiones de hollín en los motores diesel. Y se logro con éxito ya que en 1999 la marca Volks Wagen lanzo al mercado el Lupo 3L TDI que era un vehículo que cumplía con la severa norma Euro 4 sobre las emisiones contaminantes.

89 Página87 Volks Wagen ha impulsado de forma determinante el desarrollo del motor diesel higiénico y ha afrontado con ello la responsabilidad por la protección del medio ambiente. Ejemplos al respecto son la tecnología TDI, caracterizada por una mayor eficiencia, economía de consumo y mínimos índices de sonoridad. La marca seguirá mejorando en el futuro la combustión endomotriz, para seguir reduciendo el consumo de combustible y las emisiones contaminantes directamente en la fuente de su generación, complementará adicionalmente con la implementación de sistemas para la filtración de partículas diesel. 5.1 Componentes de los gases de escape Cuando se habla de la composición de los gases de escape de un vehículo se utilizan siempre los mismos términos: monóxido de carbono, óxido nítrico, partículas de hollín o hidrocarburos. En este contexto, sólo pocas veces se menciona que estas sustancias integrantes sólo representan una fracción de la total cantidad de gases de escape. Debido a ello, antes de describir las diferentes sustancias que integran los gases de escape, mostramos aquí la composición aproximada de los gases que despiden los motores diesel. Figura5.2 Composición de los gases de escape en los motores diesel Orígenes de los contaminantes en el ciclo de la combustión La generación de contaminantes y, especialmente, las emisiones de partículas de hollín, dependen del proceso de la combustión en el motor diesel. Este proceso depende a su vez de múltiples factores de diseño, propiedades del combustible y factores atmosféricos.

90 Página88 A continuación se muestra un cuadro con los componentes de entrada y de salida del motor diesel en el ciclo de la combustión. Figura 5.3 Ciclo de la combustión En lo que respecta al efecto nocivo para el medio ambiente y la salud, los gases de escape del motor diesel contienen componentes que merecen una evaluación diferenciada. Se catalogan como sustancias inofensivas los componentes ya existentes en la atmósfera, que son el oxígeno, nitrógeno y el agua. El dióxido de carbono, siendo un gas natural contenido en la atmósfera, se encuentra dentro de una margen límite en función de esta catalogación. Si bien no es tóxico, a medida que aumenta su concentración se entiende como uno de los causantes del efecto invernadero. En cambio, son nocivas las sustancias tales como el monóxido de carbono, los hidrocarburos, el dióxido de azufre, los óxidos nítricos y las partículas de hollín. A continuación se describen brevemente cada una de estas sustancias contaminantes y los efectos que tienen sobre la salud de los seres humanos.

91 Página89 Monóxido de carbono (CO) Se produce a raíz de una combustión incompleta de combustibles con contenido de carbono y con escasez de oxígeno. Es un gas incoloro, inodoro, explosivo y altamente tóxico. Bloquea el transporte de oxígeno por parte de los glóbulos rojos. Es mortal, incluso en una baja concentración en el aire respiratorio. En una concentración normal en el aire ambiental se oxida en poco tiempo, formando dióxido de carbono (CO2) Hidrocarburos (CH) Son componentes inquemados del combustible, que surgen en los gases de escape después de una combustión incompleta. Los hidrocarburos HC se manifiestan en diferentes combinaciones y actúan de diverso modo en el organismo. Algunos de ellos irritan los órganos sensoriales, mientras que otros son cancerígenos por ejemplo el benceno. Dióxido de azufre (SO2) Es un gas incoloro, de olor penetrante, no combustible. El dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso propicia las enfermedades de las vías respiratorias, pero interviene sólo en una medida muy reducida en los gases de escape. Si se reduce el contenido de azufre en el combustible es posible disminuir las emisiones de dióxido de azufre. Óxidos nítricos (NOx) Son combinaciones de nitrógeno N2 y oxígeno O2. Estos se producen al existir una alta presión, alta temperatura y exceso de oxígeno durante la combustión en el motor. Ciertos óxidos nítricos son nocivos para la salud. Las medidas destinadas a reducir el consumo de combustible suelen conducir lamentablemente a un ascenso de las concentraciones de óxidos nítricos en los gases de escape, porque una combustión más eficaz produce temperaturas más altas y estas temperaturas a su vez generan una mayor emisión de óxidos nítricos.

92 Página90 Partículas de hollín Estas partículas se producen solo en los motores diesel durante el proceso de combustión. Son esferas microscópicas de carbono, con un diámetro de 0.05µm. Su núcleo es de carbono puro. En torno a este se adhieren diversas combinaciones de hidrocarburos, óxidos metálicos y azufres. Estas partículas son contaminantes en el aire, ya que son tan pequeñas que pueden flotar en gases y dañar el organismo aunque el efecto sobre que ejercen sobre el organismo aún no está aclarado por completo. Figura5.8 Composición de una partícula de hollín La generación de estas en los motores diesel de los diferentes factores que intervienen en la combustión, tales como la alimentación del aire, la inyección y la propagación de la llama. La calidad de la combustión depende del modo en que se lleve a cabo la mezcla aire combustible. La mezcla puede resultar muy rica en ciertas zonas de la cámara de combustión, por no haber suficiente oxígeno disponible. En ese caso la combustión se mantiene incompleta y se producen partículas de hollín. La masa y la cantidad de las partículas dependen por tanto, de la calidad que tenga la combustión en el motor. El sistema de inyección common rail establece una combustión eficiente, gracias a la alta presión de inyección y un buen desarrollo del ciclo de inyección, que concuerda con las exigencias planteadas al motor, con lo cual viene a reducir la generación de partículas de hollín durante el proceso de combustión. Sin embargo, una alta presión de la inyección y la refinada pulverización del combustible, que proporciona este sistema, no necesariamente se traduce en partículas más pequeñas. En mediciones efectuadas se ha comprobado que el tamaño de las partículas en los gases de escape es muy parecido, indistintamente del sistema de inyección con el que cuente el motor ya sea inyector bomba, bomba distribuidora rotativa o common rail.

93 Página Normativas europeas sobre los gases de escape En la república federal de Alemania, en Europa y a nivel mundial se han tomado determinaciones y dictado normativas legales en los últimos años, con el fin de reducir las emisiones contaminantes en el aire. Existen las normativas europeas sobre emisiones contaminantes EU1 hasta Eu4. Especifican a la industria del automóvil los límites de las emisiones contaminantes para la fabricación de nuevos modelos de vehículos. Norma EU3 Desde el año 2000 rige la norma sobre emisiones de escape EU3 para vehículos de nueva matriculación. Se distingue de la norma anterior EU2 por tener una mayor severidad en las condiciones que rigen para las pruebas que se realizan a los motores y una reducción de los límites de contaminación. Norma EU4 Esta entra en vigor a partir del año 2005 y viene a sustituir a la EU3. Supone una reducción más en los límites de las emisiones para la fabricación. Más de un 65% de los vehículos Volks Wagen matriculados con motor diesel ya cumplen actualmente en Alemania la norma sobre emisiones de escape EU4. En el futuro se estima que entrará en vigor una nueva norma que será la EU5, como una normativa más estricta todavía. Si bien aun no se han definido los valores que regirán con esta norma, sin embargo, se sabe que los límites de las emisiones de escape bajarán una vez más. El límite de emisiones de partículas para turismos con motor diesel será reducido claramente en comparación con la normativa actual. Por ese motivo es necesario que en el futuro todos los turismos que funcionen con diesel vayan equipados con un filtro de hollín.

94 Página Medidas para reducir las emisiones de escape La reducción de las emisiones de escape del motor diesel constituye un objetivo importante que se busca en este tipo de motores. Para esto existen unas soluciones técnicas aplicables. Estas se dividen en dos, las endomotrices y las ectomotrices. Endomotrices Mediante estas resulta posible alcanzar una reducción de las emisiones contaminantes. Una optimización eficaz de la combustión contribuye a que no se produzcan sustancias contaminantes. A las endomotrices pertenecen: El diseño de los conductos de admisión y escape, para establecer óptimas condiciones de flujo. Altas presiones de inyección, por ejemplo con la tecnología common rail. El diseño de la cámara de combustión, por ejemplo reduciendo el espacio nocivo y optimizando la geometría de la cámara en la cabeza del pistón. Ectomotrices Se puede reducir la emisión de las partículas de hollín que se generan con motivo de la combustión a través de un sistema de filtración.

95 Página93 Existen dos sistemas: Filtro de partículas diesel con aditivo Filtro de partículas diese con recubrimiento catalítico. En el motor TDI 3,01 V6 se emplea el sistema con filtro de partículas diesel con recubrimiento catalítico, por lo tanto solo se mencionará generalmente al sistema con filtro de partículas diesel con aditivo. -Sistema con aditivo Este sistema se implanta en vehículos con el filtro de partículas instalado lejos del motor. Debido al largo trayecto de los gases de escape entre el motor y el filtro de partículas, la temperatura de encendido necesaria para la combustión de las partículas sólo se puede conseguir agregando un aditivo. Figura5.12 Disposición del sistema del filtro de partículas diesel con aditivo -Sistema con recubrimiento catalítico Este se coloca en vehículos con el filtro de partículas instalado cerca del motor. Debido a los cortos recorridos de los gases de escape entre el motor y el filtro de partículas, la temperatura de los gases de escape todavía es suficiente para la combustión de las partículas. Figura5.13 Disposición del sistema del filtro de partículas diesel con recubrimiento catalítico

96 Página94 El cuadro presentado a continuación representa de manera general los componentes del sistema de filtración de partículas diesel. Figura5.14 Sistema del filtro de partículas diesel con recubrimiento catalítico. -Filtro de partículas El filtro de partículas diesel con recubrimiento catalítico va situado en el ramal de escape, cerca del motor, detrás del turbocompresor. Figura5.15 Ubicación del filtro de partículas diesel