Los motores Diesel para vehículos funcionan en base al principio de los cuatro ti empos: l. Fase de admisión

Transcripción

1 2. Princirio del Diesel El motor Diesel es un motor de autoalimentación que aspira sólo aire, sometiéndolo a una fuerte compresión; de esta forma, se realiza una compresión considerablemente más elevada que la' del motor de ciclo de Otto que es sensible al picado y utiliza una mezcla de airecombumible con encendido por chispa. Durante la compresión, el aire aspirado se recalienta de forma tan fuerte que el combustible inyectado al final del recorrido de compresión se enciende espontáneamente. El combustible se dosifica por medio de. una bomba y se inyecta a presión elevada en la cámara de combustión a través del pulverizador. La inyección de combustible se lleva a cabo: en c-antidad exactamente dosificada, en función de la potencia solicitada en el instante preciso, referido a la posición del eje del motor con una duración específica en base al período de combustión del motor El sistema de inyección considera también: la posición de) pe9al del acelerador la p(esión atmosférica la temperatl,lra de) aire de entrada la temperatura del motor Los motores Diesel para vehículos funcionan en base al principio de los cuatro ti empos: l. Fase de admisión 2. Fase de compresión 3. Fase de combustión (trabajo) 4. Fase,de escape La renovación de) aire para la combustión se obtiene con las válvulas que abren o cierran los canales de admisión y escape del cilindro. 1. Admisión 2. Compresión 3. Combustión (trabajo) 4. Escape fo \ -l ) Fig 2.1- Moto/" Ditsel de 4 tielllpo.\" - 4 -

2 2. Principio del Diesel Formación de la mezcla En el ciejo Diesel, el combustible se inyecta directamente en el cilindro sólo al final del recorrido de compresión; para ' cebar la combustión, se debe comprimir, fuertel11ente el combustible de manera de nebulizarlo, hacerlo evaporar y mezclarlo con el aire aspirado. La secuencia de estos procesos es muy importante para la calidad de la combustión; la misma es determinante también para la formación de los ruidos y la sustancias nocivas generadas por la combustión. El combustible se envía a la cámara de combustión por medio del sistema de inyección, constituido por la bomba de inyección de alta presión y el pulverizador. Las partículas de combustible que salen por los orificios de los pulverizadores penetran a alta velocidad en el aire sumamente comprimido y en movimiento. Las mismas se evaporan progresivaménte y se mezclan con el aire, formando una mezcla inflamable que se enciende espontáneari1~nte a la temperatura de aproximadamente 800 oc. El proceso que se ha descrito precisa un, determinado, tiempo, denominado "avance ele encendido". Tanto más éste último es largo, cuanto más' combustible se inyecta durante este tiempo. La compresión provoca una fuerte liberación de calor al inicio de la combustión con un aumento rápido de la presión, Ya que una parte considerable de la mezcla de aire-combustible tiene lugar durante la combustión, se habla en este caso de llama de difusión; en consecuencia, el aire no se utiliza de forma óptima, por lo que e 1 proceso Diesel por lo general precisa un coeficiente' de aire elevado (A = 1,2). Respecto al motor de ciclo de Otto resulta, por una parte una presión media más baja y por la otra parte también una emisión de contaminante gaseoso netamente más baja. La emisión de partículas representa una característica del motor Diesel y es considerablemente más pronunciada respecto al motor de ciclo de Otto; la misma está constituida principalmente por partículas de carbono (hollín) y depende de las condiciones de operación del motor ~ Motor de ciclo de Otto (sin catalizador) 2 Motor Diesel 2 CO He NO x Parto Fig. 2,2- CO/l/{JarocirJll de las emisiol/fs de.\'us{(jnci{/,\' noci\'os - 5 -

3 3. Princirío de la ínyeccí\ín Dicsd Common Raíl 3. Pfin~~p 'io ;'~.e. la... i~y~c,c!ó~..,'.,. ~;:'. Bi ~~e! :~.~,~mq~,. ~.~.~ I :-:.,,~:,:i(,.:. ';'!(';:. Este nuevo sistema de alimentación de los motores Diesel rápidos sobrealimentados con inyección directa se basa en el control electrónico de la cantidad de gasoil inyectado y del instante de inyección. 3.1 Principio de funcionamiento El' sistema de inyección electrónica Common Rail realiza la correcta relación aire-gasoil y el cál~ulo del punto de inyección del motor, considerando el régimen y la carga del motor. En los motores de ciclo de Otto la relación aire-combustible es más bien constante durante todo el funcionamiento, mientras que en los motores de ciclo Diesel esta relación varía ampliamente dentro de ciertos límites en base a las prestaciones solicitadas. A excepción de la diferencia de relleno de ' los cilindros -que en los motores turbocomprimidos se realiza entre la fase de funcionamiento "atmosférica" y la "soorealimentada"- a paridad de presión del aire en el colector de admisión, la cantidad de aire'introducida en los cilindros de cada ciclo resulta relativamente constante durante todo el funcionamiento del motor (de hecho, no existe la válvula de mariposa), mientras que la cantidad de gasoil inyectada varíc en base a la solicitud de potencia por parte del conducto; en consecuencia, el control de la potencia del motor se lleva a cabo por variación de la relación aire-combustible y no por variación de la cantidad de aire introducida en los cilindros como en. cambio ocurre en los motores de ciclo de Otto. En el sistema Common Rail el módulo de control electrónico determina la cantidad de gasoil inyectado (presión y tiempo de inyección) y el instante de inyección correspondiente (avance de inyección), considerando la posición del ac~lerador, de la m'asa de aire aspirada, del régimen del motor y de la presión atmosférica (sensor incorporado en la centralita electrónica). La posición del pedal del acelerador se detecta por medio de un potenciómetr<? conectado directamente al pedal mismo (se recuerda que no existía la válvula de mariposa), la masa de aire se detecta por medio de un medidor de caudal de aire en hilo caliente situado en el conducto de entrada del aire entre el filtro y el turbocompresor, el régimen del motor se detecta por medio del sensor inductivo de revoluciones/pms puesto en la base en proximidad de la rueda fónica del motor; además, un sensor de fase del motor de efecto Hall situado detrás del engranaje del árbol de levas permite determinar la secuencia de inyección. El tiempo de inyección y el avance de inyección se modifican en base a otras señales secundarias o transitorias (temperatura del motor, temperatura del gasoil, presión de sobrealimentación, activación A.c., control EGR, etc.). El módulo electrónico, además de controlar los inyectores, controla y regula también la presión de inyección del gasoil, controla la válvula EGR para las emisiones de escape, el relé de la holnba de alimentación primaria, el módulo de las bujías de precalentamicnto y el encendido del testigo de diagnóstico en el tablero de instrumentos (salpicadero). - 6-

4 3. Principio de la inyección Diesd Comman Rail 3.2 Descripción del sistema Alimentación de los inyectores mediante el conducto común Análogamente a los motores de ciclo de Otto con inyección electrónica, los inyectores están siempre sometidos a la presión de operación (que en este caso varía de 150'a bares en lugar 3 bares) )' se alimentan simultáneamente a través de un conducto cqmún de acumulación de la presión al cual están conectados por medio de tubos cortos en acero. Se recuerda que los inyectores en los sistemas de. inyección Diesel mecánicos y con control electrónico están en reposo y se presurizan sólo en el instante de la inyección. Bomba de alta presión mecánica con funcionamiento continuo Para producir una presión de servicio muy elevada; se utiliza una bomba medn ica con pistones radiales arrastrada por los cinematismos de la distribución. La presión de servicio se controla electrónicamente a través de una electroválvula al efecto q'ue está fijada en el cuerpo de la bomba y controlada por el módulo de control electrónico. ' Inyección directa controlada electrónicamente Los inyectores son de tipo mecánico con control eléctrico. Están fijados en la culata e inyectan gasoil directamente en las cámaras de combustión presentes en la cabeza del pistón. La inyección de combustible, obviamente, es de tipo secuencial. Los inyectores se controlan individualmente según la secuencia de fase con un intervalo de rotación.del eje del motor de (4 cilindros) ó (5 cilindros) entre una inyección y la otra: Como en todos los motores Diesel, la inyección determina automáticamente también la combustión del gasoil. La inyección se lleva a cabo durante la fase de compresión de cada cilindro y se divide en dos tiempos sucesivos: la pre-inyección y la inyección propiamente dicha. En base a las condiciones de funcionamiento del motor, el instante de inyección (avance) varía respecto al PMS de fin de compresión. Durante la fase de encendido, se incrementa el tiempo de inyección respecto al funcionamiento en ralentí. Control de la electrobomba de alimentació~ primaria El circuito del gasoil está provisto de una electrobomha primaria de 'alimentación incorporada en el depósito. Esta bomba realiza el cebado del circuito y suministra el gasoil con baja presión él la bomba de alta presión que es de tipo mect1nico. La bomba se alimenta eléctricamente mediante un relé controlado por medio del módulo electrónico. Control de la cantidad de gasoil inyectado La cantidad de gasoil inyectado depende de la presión y del tiempo de inyecciqn que varían principalmente en base a las señales del potenciómetro del acelerador, del m~didor de la masa de aire, del sensor de revoluciones del motor y del sensor de presión del combustible. En el instante del encendido, se determina la correcta secuencia de inyección en base a la señal del sensor de posición del árbol de levas. Después del encendido, la secuencia de inyección se repite considerando sólo la señal del sensor de revoluciones. La inyección se.inhibe cuando la presión del gasoil es inferior a 120 bares o es superior él hares, o hien si el régimen del motor supera accidentalmente r.p.m

5 3. Princirio de la inyección Diesel Common Rail Control del avance de inyección El avapce de inyección se determina principalmente en base a la cantidad de gasoil por inycclqr (tiempo y presión de inyección) y, en consecuencia, se corrige en base a la temperatur vy al régir.rién del motor. Control de la presión de inyección A paridad de tiempo de inyección, la presión de inyección influye sobre la cantidad de gasoil inyectada, la nebulización del gasoil inyectado, la forma del chorro y el tiempo efectivo de inyección; es decir, sobre el inicio diferido entre el control eléctrico y la apertura/cierre efectivo de la aguja del pulverizador. Estos parámetros influyen sobre la potencia desarrollada por el :motor, el ruido, las emisiones de escape y el consumo. La presión de inyección se control.u por medio del módulo de control electrónico a través de una electroválvula al efecto, considerando la carga y la temperatura del motor y del gasoil. Control de las temperaturas del motor y el gasoil La temperatura del gasoil se controla constantemente a través de un especial sensor puesto en el conducto de distribución; cuando se sobrepasa el valor de 110, la presión de inyección se reduce.' La temperatura del motor se controla a través de un termistor situado en el termostato; en base a los v'alores de operación alcanzados, se reduce el tiempo y/o la presión de inyección y se controlan los electroventiladores de enfriamiento a través del relé al efecto. Control del régimen de ralentí y del régimen máximo El régimen de ralentí se regula en base a la temperatura del motor a través de la electroválvula de control de la presión y a través de los tiempos de inyección. El régimen máximo del motor se regula reduciendo progresivamente los tiempos de inyección a medida que el motor se aproxima al régimen máximo previsto o inhibiendo completamente la inyección si el motor accidentalmente supera el régimen de r.p.m. Parada de la inyección en fase de desaceleración Cuando se suelta el acelerador, el módulo de control recibe una senal del potenciómetro del acelerador y cancela el control de los inyectores. El mismo control se restablece luego cuando el motor se aproxima al régimen de ralentí. Control de las bujías de precalentamiento Las buj'ías de precalentamiento se alimentan por medio de un especial módulo controlado a su vez por el módulo de control electrónico. Las bujías se vuelven incandescentes y facilitan el auto-encendido del gasoil con el motor frío. Tras el encendido,- las bujías siguen alimentándose para mejorar la marcha con el motor frío. El encendido de las bujías se señaliza por medio de un especial testigo en el tablero de instrumentos (salpicadero). Los tiempos de pre-calentamiento y post-calentamiento pueden variar en función de la temperatura del motor

6 :l. Principio de la inyección Dícsd Comlllon Raíl Control de las emisiones c()ntaminantes Las emisiones contaminantes de escape se limitan tanto a través de un cuidadoso control de la presión y del tiempo de inyección en base a las señales procedentes de los diversos sensores, así como a través del control de la válvula EGR para la recirculación de los gases de escape que reduce la formación de óxidos de nitrógeno. Control de los electroyentiladores de enfriamiento Los relés de alimentación de los electroventiladores de enfriamiento se controlan poi' medio del módulo de control en base a la señal de temperatura del motor enviada por el termistor de control al termostato: en caso de interrupción del circuito de ' este sensor, por razones de seguridad, los electroventiladores se controlan a la máxima velocidad y -en consecuencia- la temperatura del motor se controla sólo por medio del termostato. Control del compresor del climatizador La fricción electromagnética del compresor A.C se alimenta por medio de un relé que a su vez es controlado por el módulo de control. El compresor se activa sólo tras la solicitud del sistema A.C si las condiciones de funcionamiento del motor (temperatura, régimen y carga) están conformes. En el instante de la activación del compresor, el tiempo de inyección se ajusta para corregir el régimen de ralentí en presencia de la nueva carga. Funcionamiento en emergencia y autodiagnóstico de las averías El módulo de control electrónico reconoce y memoriza las eventuales averías presente;.;; en el sistema y las transmite al especial instrumento de diagnóstico a través de la torna de diagnóstico; en caso de anomalía, se utiliza un procedimiento de emergencia, señalizado por el encendido del testigo de avería del sistema en el tablero. de instrumentos (salpicadero) que permite manejar el vehículo de forma aceptable hasta el primer centro de asistencia. Inmovilización del motor eode El sistema de inyección electrónica Diesel Common Rail está conectado con el módulo antirrobo CODE; en caso de no reconocimient'c:i del código de la llave de encendido en1itido por el "transponder" (microtransmisor codificado incorporado en la llave misma), el n~ódulo deshabilita todas las funciones de gestión del motor impidiendo el encendipo del mismo