Nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651. Cuaderno de introducción

Transcripción

1 Nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 Cuaderno de introducción

2 Mercedes-Benz Service Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 Daimler AG Technical Information/Workshop Equipment (GSP/OI) D Stuttgart

3 Pie de imprenta Pedido de información para el taller Toda la información impresa para el taller, de GSP / OI, como por ejemplo Cuadernos de introducción, Descripciones de sistemas, Descripciones de funcionamiento, Guía práctica de técnica, Manuales de tablas y adhesivos, la puede pedir del modo siguiente: Dentro de Alemania A través de nuestra tienda GSP / OI en internet Enlace: http: // gsp-ti-shop.de o alternativamente por customer.support@daimler.com Teléfono: +49-(0)1805 / Telefax: +49-(0)1805 / Fuera de Alemania Diríjase por favor a la persona de contacto encargada para su mercado. Cartera de productos Sobre nuestra cartera de productos completa se puede informar también ampliamente en nuestro portal de internet. Enlace: http: // open.aftersales.daimler.com Preguntas y sugerencias Si tiene preguntas, sugerencias o propuestas sobre el presente producto, escríbanos por favor. customer.support@daimler.com Telefax: +49-(0)18 05 / o alternativamente a la dirección: Daimler AG GSP / OIS HPC R822, W002 D Stuttgart 2008 by Daimler AG Esta obra incluidas todas sus partes está protegida por derechos de autor. Cualquier utilización o uso requiere la aprobación previa por escrito de Daimler AG, Departamento GSP / OIS, HPC R822, W002, D Stuttgart. Esto afecta ante todo a la reproducción, difusión, edición, traducción y microfilmación así como al almacenamiento y / o el procesamiento en sistemas electrónicos, inclusive bases de datos y servicios online. Núm. de imagen de la portada: P Núm. de pedido de esta publicación: / 2008

4 Índice de contenidos Prólogo 5 Vista de conjunto Descripción breve 6 Datos del motor 7 Características importantes 8 Vistas del motor 9 Comparación de sistemas 10 De un vistazo 11 Sistema mecánico Bloque motor 12 Culata 13 Cárter de aceite 14 Mecanismo cigüeñal 15 Distribución de válvulas 17 Engranaje de distribución 18 Transmisión por correa 19 Combustión Inyección common rail 20 Sobrealimentación 24 Alimentación de aire 29 Sistema de gases de escape 32 Sistema de escape 34 Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 3

5 Índice de contenidos Refrigeración y lubricación Refrigeración del motor 36 Lubricación del motor y circuito de aceite 38 Bomba de aceite 40 Bomba de líquido refrigerante 41 Sistema eléctrico y electrónico Unidad de control del motor 42 Sistema de incandescencia 43 Sistema neumático Mando de depresión 44 Protección del medio ambiente Reducción de emisiones 46 Informaciones para el servicio postventa Innovaciones 48 Herramienta especial Motor 50 Abreviaturas 55 Índice alfabético 56 4 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

6 Prólogo Distinguidos lectores: En el presente cuaderno de introducción les presentamos el nuevo motor diésel de 4 cilindros en línea, 651 de Mercedes-Benz. De este modo les ofrecemos, en la antepuerta de su introducción en el mercado, la posibilidad de conocer las características técnicas importantes de este nuevo motor. Este cuaderno sirve sobre todo para informar a los sectores de servicio y mantenimiento / reparación, así como al de servicio postventa. Presuponemos los conocimientos sobre series de modelos y grupos de Mercedes-Benz ya introducidas. El punto central del contenido de este Cuaderno de introducción reside en la presentación de componentes, sistemas, componentes de sistemas y sus funciones, nuevos y modificados. El presente cuaderno de introducción debe ofrecer una visión general sobre el conjunto de innovaciones técnicas y permitir obtener una impresión de las complejas construcciones. Sin embargo, este cuaderno de introducción no constituye, en ningún caso, una base para reparaciones o diagnósticos técnicos. Para estas tareas tienen a disposición información más detallada en el Sistema de información para el taller (WIS) y en el Sistema de asistencia al diagnóstico (DAS). El WIS se actualiza mensualmente. Las informaciones allí almacenadas corresponden siempre al estado técnico más reciente de nuestros vehículos. Los contenidos de este cuaderno no se actualizan y no están previstos suplementos. Las modificaciones y las innovaciones se publicarán en los correspondientes tipos de documentación en el WIS. Por ello, los datos de este Cuaderno de introducción pueden diferir de los de un estado de información más reciente en el WIS. Todas las indicaciones sobre datos técnicos, equipamientos y volúmenes de suministro tienen el estado del cierre de redacción en Julio de 2008 y pueden, por tanto, diferir del estado de serie. Daimler AG Technical Information / Workshop Equipment (GSP / OI) Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 5

7 6Vista de conjunto Descripción breve Serie de motor 651 A partir de octubre de 2008 entra en el mercado la nueva generación del motor diésel de 4 cilindros 651 con el sistema de inyección directa common rail (CDI) de la segunda generación, de Delphi. El motor 651 alcanza una potencia nominal de 150 kw con una cilindrada de cm 3 y un consumo de tan solo 5,4 litros de combustible diésel cada 100 kilómetros. A pesar de esta elevada potencia y un par motor de 500 Nm, se consiguió reducir todavía más la expulsión de CO 2. Además se cumple la futura norma Euro 5. En el punto central del nuevo motor está la turbocompresión de dos escalones. El sistema consta de una combinación de un turbocompresor pequeño de alta presión y de un turbocompresor grande de baja presión. Para un funcionamiento más suave, el motor 651 dispone adicionalmente de dos árboles de compensación Lanchester. Para cumplir las nuevas disposiciones legales del test de colisión Euro NCAP respecto a una protección mejorada para peatones, se ha dispuesto el engranaje de distribución en combinación con la transmisión por cadena, en el lado de transmisión de fuerza. Mediante la ganancia de espacio entre el motor y el capó, disminuyen las consecuencias de lesiones para los peatones. Motor 138 Con 2,6 l de cilindrada y 33 kw de potencia, se aplicó en el año 1936 en el Mercedes-Benz 260 D, el primer turismo diésel del mundo. Motor 651 Con 2,2 l de cilindrada y 150 kw de potencia, se aplicará a partir de octubre de 2008 en la Clase C. i Indicación Una descripción detallada del nuevo sistema CDI aparece en la Descripción del sistema sobre el motor 651. Número de pedido: q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

8 Datos del motor Comparación Motor EVO Motor Diferencia Cilindrada cm ,2% Potencia nominal kw a rpm % Vista de conjunto Par motor nominal Nm a rpm % Número de revoluciones máximo rpm % Motor EVO Motor n Número de revoluciones M Par de giro P Potencia Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 7

9 8Vista de conjunto Características importantes Innovaciones Mediante la aplicación de las más recientes tecnologías innovadoras se han conseguido, con el motor 651, valores ejemplares en cuanto a características de potencia y de par motor, economía, emisiones de gases de escape y suavidad de marcha. Entre ellas hay algunos nuevos desarrollos que actualmente no se encuentran de serie, en esta combinación, en ningún otro motor diésel de turismo. Tecnología Las características técnicas más importantes del nuevo motor, son: Turbocompresión de dos escalones con geometría rígida Inyectores piezoeléctricos regulados directamente Engranaje de distribución en combinación con transmisión por cadena, en el lado de transmisión de fuerza Unidad de control del motor refrigerada por aire de admisión sobre la caja del filtro de aire Puente de cojinetes de bancada con cárter Lanchester integrado Dos árboles de compensación Lanchester Rueda propulsora sobre el cigüeñal soldada por fricción Antivibrador de torsión con unión atornillada cuádruple Tapa universal del cárter de distribución para adaptación de distintas ejecuciones de cambio Soporte de grupos con disposición variable según el concepto del vehículo Dos sensores de picado Cárter de aceite dividido en dos (optimizado en cuanto a ruidos) Parte inferior del cárter de aceite de plástico i Indicación En las uniones soldadas por fricción, se unen entre sí dos piezas en arrastre de fuerza. Mediante la aplicación de fricción y presión se produce una unión firme sin necesidad de material aportado. Gestión térmica La nueva gestión térmica consta de: Bomba de líquido refrigerante desconectable Culata con camisa de agua de dos piezas Eyectores de aceite desconectables y la consiguiente refrigeración de las cabezas de los pistones Bomba de aceite controlada por volumen en el lado de aceite limpio i Indicación Puede encontrar más informaciones sobre la reparación y el mantenimiento del motor 651, en el Sistema de información para el taller (WIS). q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

10 Vistas del motor Vista de conjunto Motor 651: vista lateral izquierda Motor 651: vista lateral derecha Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 9

11 Vista de conjunto Comparación de sistemas Comparación Motor EVO C 220 CDI Motor C 250 CDI Introducción en el mercado 06 / / 2008 Procedimiento de combustión Inyección directa diésel Número de cilindros 4 Disposición de los cilindros en línea Diámetro mm 88,3 83,0 Carrera mm 88,3 99,0 Compresión e 16,5:1 16,2:1 Árboles de levas accionamiento Cadena doble Cadena simple Árboles de levas número 2 2 Accionamiento de válvulas Tipo de sobrealimentador Regulación de la presión de sobrealimentación Medidas para una combustión de bajas emisiones Inyector de combustible tipo de construcción Empujadores hidráulicos con sistema hidráulico de compensación del juego de válvulas Turbocompresión de 1 escalón con geometría variable de turbina eléctrica Desacoplamiento del canal de admisión, Realimentación de gases de escape (AGR) con radiador AGR por separado Inyector de bobina magnética Palancas de arrastre de rodillo con sistema hidráulico de compensación del juego de válvulas Turbocompresión de 2 escalones con geometría rígida neumática Desacoplamiento del canal de admisión, refrigeración AGR y by-pass AGR Inyector piezoeléctrico regulado directamente Inyector de combustible diámetro mm Secuencia de encendido Bomba de aceite accionamiento Cadena simple Engranaje de distribución Alternador intensidad de corriente A Peso del motor según norma DIN (en seco) aprox. kg q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

12 Objetivo Medidas en el motor 651 Optimización del confort Bloque motor más rígido con puente continuo de cojinetes de bancada De un vistazo Anchos cojinetes de bancada del cigüeñal, optimizados en cuanto a la fricción, con cojinete con collar Vista de conjunto Dos árboles de compensación Lanchester situados abajo, para un suave funcionamiento del motor Tapa de culata de plástico con salida de aire integrada Cadena simple exenta de mantenimiento y duradera, como accionamiento del árbol de levas Cubierta del motor con aislamiento acústico adaptado Optimización del consumo Condiciones de flujo optimizadas (conducción del aire, canales de admisión) Turbocompresión de dos escalones Refrigeración optimizada del aire de sobrealimentación y de realimentación de los gases de escape Reducción de la pérdida por rozamiento mediante engranaje de distribución y árboles de compensación con rodamientos Cumplimiento de los valores límite de gases de escape (norma Euro 5) Configuración optimizada de la cámara de combustión Inyectores de 7 orificios Tiempos de inyección más exactos Conducción del aire optimizada Realimentación de gases de escape (AGR) con radiador previo AGR y radiador AGR, válvula AGR y by-pass AGR conectable Estrangulamiento eléctrico del aire de admisión Bomba desconectable de líquido refrigerante y eyectores de aceite desconectables Sistema de escape con catalizador de oxidación y filtro de partículas diésel Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 11

13 Sistema mecánico Bloque motor Generalidades En el desarrollo del motor 651 se persiguió para la construcción del bloque motor un concepto general optimizado en espacio. De esta manera, se encuentra el engranaje de distribución con el accionamiento de la bomba de aceite y los árboles de compensación Lanchester, en el lado de transmisión de fuerza. El bloque motor de fundición gris se fabrica por procedimiento de fundición en arena. Del nuevo concepto constructivo resultan las siguientes ventajas: Un bloque motor 4 cm más corto en comparación con el predecesor Protección para peatones mejorada, mediante disposición del engranaje de distribución y del accionamiento del árbol de levas, en el lado de transmisión de fuerza Tapa universal del cárter de distribución para adaptación de distintas ejecuciones de cambio Bloque motor 1 Bloque motor 2 Válvula de cierre de los eyectores de aceite 12 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

14 Generalidades La culata es de aluminio de gran resistencia. Está equipada con dos árboles de levas y con cuatro válvulas por cilindro. La tapa de culata es de plástico con una salida de aire integrada. La culata se caracteriza por las siguientes innovaciones: Una presión de ignición máxima de 200 bares (hasta ahora: 160 bares) Canales de admisión tangenciales y espirales Orificio para inyector piezoeléctrico con 19 mm de diámetro Culata La gestión térmica mejorada se manifiesta especialmente en aquellas zonas que están expuestas a temperaturas muy altas. Sólo mediante la refrigeración concreta de los distintos componentes es posible la elevada presión de ignición de 200 bares. El potencial de presión aumentado y el caudal de inyección optimizado permiten el alto par motor de 500 Nm y la potencia del motor de 150 kw. Sistema mecánico El canal superior de la camisa de agua de dos piezas abastece a la culata con líquido refrigerante. Las ventajas de la camisa de agua de dos piezas, son: mayor rigidez constructiva mejor evacuación del calor gestión térmica mejorada Figura en sección de la culata 1 Salida de aire 2 Puente de cojinetes de bancada 3 Tapa de culata 4 Bujía de incandescencia 5 Válvula de escape 6 Inyector piezoeléctrico 7 Válvula de admisión 8 Muelle de válvula 9 Compensación del juego de válvulas Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 13

15 Sistema mecánico Cárter de aceite Particularidades de la construcción Ejecución de dos piezas Parte inferior del cárter de aceite, de plástico Optimizada en cuanto a ruidos Piezas de repuesto, de mantenimiento y coste optimizado Tornillos asegurados contra pérdida Control de montaje mediante clavijas especiales en la junta Cárter de aceite 1 Parte superior del cárter de aceite 2 Junta con clavijas 3 Parte inferior del cárter de aceite (plástico) 4 Tornillos con seguro contra pérdida i Indicación Mediante el volumen del cárter y mediante el tamaño de los taladros de salida en el interruptor de control del nivel de aceite, se compensan oscilaciones breves del nivel. Esto impide innecesarios mensajes de advertencia que se podrían ocasionar, p. ej., en la circulación por curvas. 14 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

16 Cigüeñal El cigüeñal forjado con ocho contrapesos está alojado en cinco cojinetes, como medida adicional efectiva de amortiguación de oscilaciones. Las curvaturas de los muñones para cojinete de biela están laminadas y se caracterizan así por una alta resistencia. Además, la unión entre la rueda de accionamiento y el cigüeñal está soldada por fricción. El antivibrador de torsión está fijado al cigüeñal a través de una unión atornillada cuádruple. Bielas Mecanismo cigüeñal Las bielas optimizadas en cuanto a peso constan de acero forjado y están "craqueadas" a la altura de los semicojinetes. Árboles de compensación Dos árboles de compensación Lanchester están integrados en el puente de cojinetes de bancada y apoyados tres veces en rodamientos. Son accionados en sentido contrario a través del engranaje de distribución, para contrarrestar las fuerzas de inercia de segundo orden que se producen. De esta manera se consigue un suave funcionamiento del motor. Sistema mecánico Mecanismo cigüeñal con engranaje de distribución 1 Rueda propulsora de la bomba de aceite y bomba de depresión 2 Rueda del cigüeñal 3 Cigüeñal 4 Rueda propulsora de la bomba de alta presión 5 Ruedas intermedias (ruedas tensoras) 6 Pistón 7 Biela 8 Antivibrador de torsión 9 Ruedas propulsoras Lanchester i Indicación Los pistones de aluminio se deslizan, optimizados en cuanto a la fricción, en camisas de fundición gris. En este motor están fabricados todos iguales. Por este motivo se suprime en este motor la anterior distinción entre tamaños A, B o X. Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 15

17 Sistema mecánico Mecanismo cigüeñal Árboles de levas El engranaje de distribución acciona, a través de una cadena de distribución, las ruedas de árbol de levas y los árboles de levas unidos a ellas. La cadena de distribución exenta de mantenimiento se ha acreditado por su larga vida útil. Las levas se fijan sobre el árbol de levas mediante procedimiento de conformación por alta presión interior (IHU). Rueda del árbol de levas La rueda del árbol de levas está fijada con un tornillo central al árbol de levas. El tornillo central del árbol de levas presenta rosca a la izquierda. Rueda de sensor La rueda de sensor está fijada al árbol de levas de escape. En combinación con el sensor Hall, la rueda de sensor permite detectar la posición del árbol de levas y su número de revoluciones. El sensor Hall genera un campo magnético mediante un imán permanente incorporado. El campo magnético es interrumpido periódicamente durante el funcionamiento del motor, mediante un diafragma sobre la rueda de sensor. La señal así generada es utilizada por la unidad de control CDI y sirve como señal sustitutiva para el funcionamiento de emergencia del motor, si falla el sensor de posición del cigüeñal. Árbol de levas de escape con rueda de sensor 1 Rueda propulsora 2 Árbol de levas de escape 3 Rueda de sensor con diafragma 16 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

18 Distribución de válvulas Distribución de válvulas con compensación hidráulica del juego de válvulas La distribución de válvulas ha sido rediseñada siguiendo objetivos de optimización de fricción y de reducción de las masas en movimiento. Los árboles de levas controlan por cada cilindro, dos válvulas de admisión y dos válvulas de escape. Este control de válvulas tiene lugar a través de palancas de arrastre de rodillo, de poca fricción, con sistema hidráulico de compensación del juego de válvulas. Sistema mecánico Distribución de válvulas 1 Riel de deslizamiento 2 Cadena de distribución 3 Ruedas propulsoras del árbol de levas 4 Árbol de levas de admisión 5 Árbol de levas de escape 6 Rueda de sensor con diafragma 7 Palanca de arrastre de rodillo 8 Compensación hidráulica del juego de válvulas 9 Tensor de cadena 10 Rueda propulsora de la cadena de distribución Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 17

19 Sistema mecánico Engranaje de distribución Accionamiento a través del engranaje de distribución Una de las innovaciones más importantes es el engranaje de distribución en combinación con la transmisión por cadena, en el lado de transmisión de fuerza. Teniendo en cuenta las oscilaciones disminuidas que proceden del cigüeñal, se consigue un funcionamiento del motor notablemente más suave. A través del nuevo engranaje de distribución se accionan los siguientes componentes: Árboles de compensación Lanchester Bomba de aceite Bomba de alta presión Bomba de depresión a través del eje de accionamiento central continuo de la bomba de aceite Engranaje de distribución 1 Ruedas intermedias 2 Rueda del cigüeñal 3 Ruedas propulsoras Lanchester 4 Rueda propulsora de la bomba de aceite y bomba de depresión 5 Rueda propulsora de cadena 6 Rueda propulsora de la bomba de alta presión 18 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

20 Paso de la correa El accionamiento de los grupos secundarios tiene lugar mediante una correa de nervios trapezoidales de una pieza, de bajo mantenimiento. La correa de nervios trapezoidales se tensa mediante un tensor de correa automático con rodillo tensor. Transmisión por correa Sistema mecánico Paso de la correa 1 Alternador 2 Polea de correa 3 Rodillo de inversión 4 Bomba de líquido refrigerante 5 Bomba de la servodirección 6 Tensor de correa con rodillo tensor 7 Compresor de agente frigorígeno 8 Rodillo de inversión 9 Soporte de grupos Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 19

21 Combustión Inyección common rail Tecnología de inyección En el motor 651 se aplica la nueva técnica common rail de la segunda generación de Delphi. La presión de inyección máxima se ha aumentado por valor de 400 bares, hasta bares. Es nuevo aquí el concepto de inyector piezoeléctrico con control directo de la aguja de inyector. Mediante la activación directa se realizan modificaciones del volumen de inyección, rápidamente y con máxima precisión. Con los inyectores piezoeléctricos resultan las siguientes mejoras: Mayor flexibilidad en la activación de los momentos de inyección Menor consumo de combustible Potencia aumentada Ruidos de combustión reducidos al mínimo Emisiones disminuidas Suavidad de funcionamiento del motor mejorada Las esenciales innovaciones del sistema de inyección, son: Bomba de alta presión con dos elementos de bomba (presión de inyección máx bares) Gestión electrónica del motor con función ampliada de activación de los momentos de inyección Sistema de inyección sin combustible de recuperación con inyectores piezoeléctricos El potencial de presión aumentado permitió aumentar la potencia del motor a 150 kw / 204 CV y el par motor a 500 Nm. Paralelamente se pudo mejorar notablemente el comportamiento de emisiones brutas. 20 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

22 Inyectores piezoeléctricos Parte componente importante de la nueva técnica common rail, son los inyectores piezoeléctricos absolutamente nuevos. La aguja de inyector es activada directamente con ayuda de un actuador piezocerámico, en lugar de ser movida mediante asistencia hidráulica. Como consecuencia, en comparación con los inyectores de combustible convencionales, el inyector piezoeléctrico inyecta el combustible con más rapidez, con una pulverización mejorada y con mayor precisión en la cámara de combustión. Una particularidad de este sistema es que los inyectores piezoeléctricos abren al formarse la tensión y no en la caída de tensión. Inyección common rail Combustión Inyector piezoeléctrico a Advertencia Debido al peligro de daños en el motor, no está permitido soltar, con el motor en marcha, ninguna unión en el sistema de inyección. Con el motor en marcha, no está permitido retirar el acoplamiento del inyector y conectarlo contra masa, porque de lo contrario se activa una inyección. a Atención, peligro de muerte! Durante el funcionamiento del motor existe en los inyectores piezoeléctricos un nivel de alta tensión de hasta 250 voltios. Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 21

23 Combustión Inyección common rail Ventajas de la nueva técnica de inyección Las mejoras conseguidas son, entre otras, un mayor volumen disponible de inyección, así como una dosificación especialmente fina y rápida de los caudales de inyección, mediante tiempos de conmutación exactamente adaptados. En combinación con la activación directa de los inyectores piezoeléctricos a través de la unidad de control CDI, la inyección de combustible se puede adaptar con mayor precisión a las correspondientes condiciones de carga y de número de revoluciones. Esto ocurre, por ejemplo, mediante exactas inyecciones múltiples y permite reducciones adicionales de consumo de combustible, ruido de combustión y emisión de gases de escape. Al mismo tiempo, el motor funciona en ralentí notablemente más suave. Caudal de inyección El momento de inyección y la duración de inyección son determinados por los siguientes factores: Activación directa de la cerámica piezoeléctrica Velocidad de apertura / cierre de la aguja de inyector Altura de la carrera de la aguja Geometría del inyector con módulo eyector de 7 orificios Carga del motor Requerimiento de par i Indicación Al trabajar en el sistema de inyección (p. ej.: inyector piezoeléctrico, tuberías de presión, rail, bomba de alta presión) se ha de atender especialmente a la calidad y la limpieza, ya que incluso las impurezas más insignificantes pueden conducir rápidamente a irregularidades en el funcionamiento del motor y a daños materiales. 22 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

24 Corrección del caudal de inyección La corrección del caudal de inyección se subdivide en dos partes: Corrección del caudal de inyección principal Calibrado del caudal cero Corrección del caudal de inyección principal En la corrección del caudal de inyección principal se corrige el caudal inyectado con ayuda de la sonda lambda delante del catalizador. El caudal de inyección se modifica entonces continuamente, hasta que se alcanza el valor nominal registrado en la unidad de control CDI. Inyección common rail Calibrado del caudal cero La fricción al abrir y cerrar los inyectores piezoeléctricos conduce a un desgaste en el asiento de inyector de la aguja de inyector. A lo largo del tiempo de funcionamiento resulta así una modificación del caudal de inyección. Este caudal de inyección modificado se puede corregir mediante una adaptación del tiempo de activación (calibrado del caudal cero). En los motores con sistema de inyección Delphi, la corrección tiene lugar con ayuda de los dos sensores de picado. Combustión Sistema de inyección CDI 1 Elemento calefactor de combustible 2 Caja del filtro de combustible 3 Rail 4 Sensor de presión del rail 5 Tubería de presión 6 Inyector piezoeléctrico 7 Bomba de alta presión 8 Válvula reguladora de caudal 9 Válvula reguladora de presión Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 23

25 Combustión Sobrealimentación Generalidades Con el motor 651 prosigue Mercedes-Benz el desarrollo de la turbocompresión de dos escalones en un turismo, con los motores diésel de 4 cilindros en línea (el predecesor con turbocompresión de dos escalones es el motor 646 en la furgoneta Mercedes-Benz Sprinter). Estructura La turbocompresión de dos escalones incluye dos turbocompresores por gases de escape de diferente tamaño con una regulación by-pass, para conseguir mayores potencias nominales y caudales de masa de aire, incluso a bajos números de revoluciones. La presión de sobrealimentación se regula a través de la compuerta reguladora de la presión de sobrealimentación (LRK), la regulación wastegate y la mariposa bypass de aire de sobrealimentación. Este control tiene lugar, dependiente de un diagrama característico, bajo consideración del correspondiente requerimiento de par del motor. Ventajas de la turbocompresión regulada de dos escalones Este complejo control, adecuado a la necesidad, de la entrada de aire de sobrealimentación con ayuda de dos turbocompresores por gases de escape, ofrece las siguientes ventajas: Comportamiento de arranque perceptiblemente más dinámico Ninguna deficiencia de arranque (caída en la sobrealimentación) Comportamiento de marcha armónico Prestaciones perceptiblemente mejores en todo el margen de revoluciones Buena aceleración (enérgico par de giro a bajos números de revoluciones) Dimensionamiento del turbocompresor por gases de escape de alta presión para una formación rápida de la presión de sobrealimentación a bajos números de revoluciones del motor Dimensionamiento del turbocompresor por gases de escape de baja presión para una presión de sobrealimentación elevada y un alto caudal de gases a números de revoluciones del motor medianos y altos Las repercusiones en el motor, son: Mejor llenado de los cilindros y, por lo tanto, mayor potencia Curva de par armónica a un nivel extremadamente alto Potencia nominal incrementada con una curva armónica de par Menor consumo de combustible Alta vida útil y fiabilidad Emisiones reducidas de óxido de nitrógeno (NO x ) Proceso funcional de la regulación de presión de sobrealimentación Para una visión general mejor sobre el modo de funcionamiento de la turbocompresión de dos escalones, se han elegido tres estados distintos en el servicio de plena carga. En base a estos estados se quiere explicar y representar el proceso exacto. Se describen los siguientes estados de la regulación de la presión de sobrealimentación: Servicio de plena carga hasta rpm Servicio de plena carga entre y rpm Servicio de plena carga a partir de rpm 24 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

26 Sobrealimentación Turbocompresión de dos escalones 108 Colector de escape 110 Turbocompresor por gases de escape de alta presión (sobrealimentador HD) 110/1 Rodete del compresor del sobrealimentador HD 110/2 Rueda de turbina del sobrealimentador HD 111 Cápsula de depresión (compuerta reguladora de la presión de sobrealimentación) 112 Barra de regulación (compuerta reguladora de la 122 Barra de regulación wastegate 123 Wastegate 124 Cápsula de depresión de la mariposa by-pass de aire de sobrealimentación 125 Barra de regulación de la mariposa by-pass de aire de sobrealimentación 126 Mariposa by-pass de aire de sobrealimentación Combustión presión de sobrealimentación) 113 Compuerta reguladora de la presión de sobrealimentación 120 Turbocompresor por gases de escape de baja presión (sobrealimentador ND) 120/1 Rodete del compresor del sobrealimentador ND 120/2 Rueda de turbina del sobrealimentador ND 121 Cápsula de depresión wastegate Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 25

27 Combustión Sobrealimentación Regulación de la presión de sobrealimentación en el servicio de plena carga hasta rpm Hasta un número de revoluciones del motor de rpm en servicio de plena carga, está casi cerrada la compuerta reguladora de la presión de sobrealimentación (LRK). En este estado fluye toda la corriente de gases de escape, a través de la rueda de turbina del turbocompresor por gases de escape de alta presión (sobrealimentador HD), hacia la rueda de turbina del turbocompresor por gases de escape de baja presión (sobrealimentador ND) y, después, hacia el sistema de escape. La mayor parte de la energía de los gases de escape actúa sobre la rueda de turbina del sobrealimentador HD, el cual genera la parte principal de la presión de sobrealimentación necesaria. Esto origina, a pesar de la reducida corriente de gases de escape, una presión de sobrealimentación elevada que se forma muy rápidamente. La energía restante de los gases de escape actúa sobre la rueda de turbina del sobrealimentador ND, el cual impulsa al rodete del compresor a través de árbol del turbocompresor. El sobrealimentador ND no actúa, por lo tanto, como freno hidrodinámico. La regulación wastegate y la mariposa by-pass del aire de sobrealimentación están cerradas en este estado operativo. Representación esquemática de la regulación de la presión de sobrealimentación en servicio de plena carga hasta rpm A Aire de admisión B Corriente de gases de escape 1 Turbocompresor por gases de escape de alta presión 2 Turbocompresor por gases de escape de baja presión 3 Compuerta reguladora de la presión de sobrealimentación (LRK) 4 Wastegate 5 Mariposa by-pass de aire de sobrealimentación 6 Filtro de aire 7 Refrigerador del aire de sobrealimentación 8 Posicionador de mariposa 9 Colector de admisión 10 Colector de escape 11 Radiador previo de realimentación de gases de escape (AGR) 12 Elemento de ajuste AGR 13 Radiador AGR 14 Mariposa by-pass AGR 26 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

28 Regulación de la presión de sobrealimentación en servicio de plena carga entre y rpm A partir de un número de revoluciones del motor de rpm en servicio de plena carga, se abre la compuerta reguladora de la presión de sobrealimentación (LRK) en la zona de trabajo (sección de abertura) desde un 5% hasta un 95%, en función de la presión de sobrealimentación necesaria. Al mismo tiempo, el sobrealimentador ND se conecta de forma continua, al ir aumentando la sección de abertura de la LRK, y es atravesado por un caudal mayor de gases de escape. El aire filtrado aspirado se sigue precomprimiendo entonces todavía más. Sobrealimentación En este estado se complementan ambos sobrealimentadores y ponen a disposición conjuntamente la presión de sobrealimentación necesaria. La regulación wastegate y la mariposa by-pass del aire de sobrealimentación están cerradas en este estado operativo. Combustión Representación esquemática de la regulación de la presión de sobrealimentación en servicio de plena carga entre y rpm A Aire de admisión B Corriente de gases de escape 1 Turbocompresor por gases de escape de alta presión 2 Turbocompresor por gases de escape de baja presión 3 Compuerta reguladora de la presión de sobrealimentación (LRK) 4 Wastegate 5 Mariposa by-pass de aire de sobrealimentación 6 Filtro de aire 7 Refrigerador del aire de sobrealimentación 8 Posicionador de mariposa 9 Colector de admisión 10 Colector de escape 11 Radiador previo de realimentación de gases de escape (AGR) 12 Elemento de ajuste AGR 13 Radiador AGR 14 Mariposa by-pass AGR Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 27

29 Combustión Sobrealimentación Regulación de la presión de sobrealimentación en el servicio de plena carga a partir de rpm A partir de un número de revoluciones del motor de rpm está completamente abierta la LRK. Como consecuencia se conduce casi toda la corriente de gases de escape, con pocas pérdidas a través del canal by-pass, a la turbina ND y la contrapresión de los gases de escape se limita en su altura. Para evitar una pérdida de presión y un calentamiento adicional del aire de sobrealimentación al atravesar el compresor HD, se abre, por lo tanto, la mariposa bypass, de manera que la parte principal de la corriente de aire es conducida por vía directa y con pocas pérdidas al refrigerador del aire de sobrealimentación. Mediante este modo de proceder, el sobrealimentador HD ya no contribuye al aumento de la presión de sobrealimentación. El sobrealimentador HD ha alcanzado su límite de taponamiento. Esto significa que ya no puede generar presión de sobrealimentación y, en caso de una carga adicional, ocasionaría un notable descenso del número de revoluciones de la turbina. A través del wastegate se regula el rendimiento de la turbina ND en el diagrama característico del motor, de forma adecuada a la necesidad, en función del estado de carga. Según el estado de carga, el sobrealimentador HD puede formar, a bajos números de revoluciones del motor, una elevada presión de sobrealimentación y, a altos números de revoluciones del motor, puede evitar una sobrecarga del sobrealimentador ND. Representación esquemática de la regulación de la presión de sobrealimentación en servicio de plena carga a partir de rpm A Aire de admisión B Corriente de gases de escape 1 Turbocompresor por gases de escape de alta presión 2 Turbocompresor por gases de escape de baja presión 3 Compuerta reguladora de la presión de sobrealimentación (LRK) 4 Wastegate 5 Mariposa by-pass de aire de sobrealimentación 6 Filtro de aire 7 Refrigerador del aire de sobrealimentación 8 Posicionador de mariposa 9 Colector de admisión 10 Colector de escape 11 Radiador previo de realimentación de gases de escape (AGR) 12 Elemento de ajuste AGR 13 Radiador AGR 14 Mariposa by-pass AGR 28 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

30 Conducción del aire El medidor de la masa de aire por película caliente (HFM) se encuentra en la tubería de aire filtrado, detrás de la caja del filtro de aire. El medidor determina la masa y la temperatura del aire aspirado y pone los resultados de medición a disposición de la electrónica del motor, como magnitud de entrada. El sobrealimentador ND aspira el aire, a través de la tubería de aire filtrado y el filtro de aire, y lo comprime. El aire comprimido por los turbocompresores por gases de escape pasa por el refrigerador del aire de sobrealimentación, donde es enfriado. Alimentación de aire El posicionador de mariposa influye sobre el caudal de aire alimentado al motor y sobre la relación de mezcla entre aire de sobrealimentación y gas de escape realimentado, agregado detrás de la mariposa de estrangulación. La mezcla de aire es alimentada a continuación, a través del tubo distribuidor de aire de sobrealimentación, directamente a la cámara de combustión. Combustión Conducción del aire 1 Caja del filtro de aire 2 Mariposa de estrangulación 3 Tubo distribuidor de aire de sobrealimentación 4 Tubería de aire filtrado 5 Refrigerador del aire de sobrealimentación Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 29

31 Combustión Alimentación de aire Desacoplamiento del canal de admisión El desacoplamiento del canal de admisión (EKAS) se encarga de conseguir la mejor relación posible entre turbulencia del aire y masa de aire, en todos los estados de carga del motor y, por lo tanto, de alcanzar un grado de llenado óptimo. Se optimizan así el comportamiento de los gases de escape y la potencia del motor. El tubo distribuidor de aire de sobrealimentación es de plástico y las compuertas son de metal. En el tubo distribuidor de aire de sobrealimentación existen respectivamente para cada cilindro, un canal de admisión tangencial permanente abierto y un canal de admisión espiral controlado por compuerta. Las compuertas están unidas entre sí a través de un eje. La unidad de control CDI regula, de manera dependiente de un diagrama característico, la posición de las compuertas. Al cambiar de carga parcial a plena carga, se abren las compuertas en los canales de admisión espirales, en función de un diagrama característico. En caso de una avería o en caso de interrupción de la tensión de alimentación, se abren mecánicamente las compuertas en los canales de admisión espirales, mediante el muelle recuperador. Tubo distribuidor de aire de sobrealimentación 1 Servomotor 2 Compuerta de ajuste 3 Canal de admisión espiral 4 Canal de admisión tangencial 5 Tubo distribuidor de aire de sobrealimentación 30 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

32 Mariposa de estrangulación El posicionador de mariposa influye, a través de la mariposa de estrangulación, sobre el caudal de aire alimentado al motor y sobre la relación de mezcla entre aire de sobrealimentación y gas de escape realimentado, agregado detrás de la mariposa de estrangulación. Al desconectar el motor, se cierra la mariposa de estrangulación. De esta manera se mantienen reducidas las vibraciones del motor al desconectarlo. Alimentación de aire Combustión Mariposa de estrangulación 1 Mariposa de estrangulación 2 Posicionador de mariposa 3 Tubo distribuidor de aire de sobrealimentación Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 31

33 Combustión Sistema de gases de escape Sistema de realimentación de gases de escape El sistema de gases de escape del motor 651 combina dos tecnologías para la reducción de emisiones. Mediante la realimentación de gases de escape (AGR) se reducen las emisiones de óxido de nitrógeno (NO x ) y mediante la depuración de los gases de escape disminuyen las emisiones de hidrocarburos (HC) y de partículas de hollín. Con la realimentación de gases de escape se aporta otra vez una parte de la corriente de gases de escape, a través del tramo AGR, al aire de sobrealimentación. El gas de escape realimentado llega, a través de un radiador previo, al tramo AGR. Allí es enfriado en función de la temperatura o conducido directamente al aire de sobrealimentación. A través del tubo distribuidor de aire de sobrealimentación llega la mezcla de gas de escape y aire directamente a la cámara de combustión. Mediante la realimentación de gases de escape disminuyen la concentración de oxígeno (O 2 ) y la temperatura de combustión. Sistema de realimentación de gases de escape 1 Radiador previo AGR 2 Radiador AGR 3 Tubo distribuidor de aire de sobrealimentación 4 Colector de escape 32 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

34 Tramo de realimentación de gases de escape A través del colector de escape llega una parte de los gases de escape a la realimentación de gases de escape. El tramo AGR está formado por los siguientes componentes: Radiador previo AGR Posicionador AGR Mariposa by-pass AGR Radiador AGR Mediante el posicionador AGR se regula el caudal de gases de escape que entra. Sistema de gases de escape La unidad de control CDI activa, a través de una señal modulada por anchura de impulsos, al posicionador AGR que aumenta o disminuye entonces la sección de abertura de la válvula AGR. Para aumentar todavía más el grado de rendimiento es posible, según el requerimiento, conducir el gas de escape a través del radiador AGR para enfriarlo adicionalmente. Sin embargo, si la temperatura de los gases de escape que entran es demasiado baja, se cierra a través de una mariposa by-pass la vía hacia el radiador AGR y el gas de escape es conducido directamente al tubo distribuidor de aire de sobrealimentación. La válvula de conmutación de la mariposa by-pass es regulada mediante una cápsula de depresión. Combustión Tramo AGR 1 Posicionador AGR 2 Cápsula de depresión 3 By-pass AGR 4 Radiador AGR 5 Tubo AGR 6 Radiador previo AGR Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 33

35 Combustión Sistema de escape Catalizador de oxidación El catalizador de oxidación forma parte del sistema de escape y se encuentra en la tubería de escape detrás del turbocompresor por gases de escape. La cerámica compuesta por alumosilicato de magnesio y aluminio, resistente a altas temperaturas, está atravesada por varios miles de pequeños canales. El monolito cerámico reacciona extremadamente sensible frente a tensiones mecánicas y está fijado en una caja de acero inoxidable. Los diversos componentes de contaminantes se oxidan del modo siguiente: Oxidación previa 2CO + O 2 2CO 2 Oxidación posterior 4HC + 5O 2 2H 2 O + 4CO 2 Filtro de partículas diésel (DPF) El filtro de partículas diésel (DPF) forma una unidad con el catalizador de oxidación. El DPF cerámico consta de carburo de silicio y está recubierto con platino. Los diversos canales están abiertos alternadamente delante y detrás, y están separados entre sí por paredes filtrantes porosas. Cuando el gas de escape no filtrado atraviesa el filtro alveolar cerámico poroso, se retienen las partículas de hollín en las paredes filtrantes porosas. A través del sensor de presión diferencial determina la unidad de control CDI el estado de carga del DPF. Se mide para ello la presión de gases de escape delante y detrás del DPF. Cuando se alcanza un determinado valor, se inicia la regeneración del DPF. Para la combustión de hollín son necesarias temperaturas superiores a 600 C. Para alcanzar estas temperaturas elevadas, la unidad de control CDI ordena los siguientes pasos: Inyección posterior Realimentación de gases de escape con estrangulación del aire de admisión Incandescencia DPF Representación esquemática del catalizador de oxidación y del DPF 1 Catalizador de oxidación 2 DPF CO Monóxido de carbono CO 2 Dióxido de carbono O 2 Oxígeno HC Hidrocarburo H 2 O Agua N 2 NO 2 PM Nitrógeno Óxido de nitrógeno Partículas de hollín 34 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

36 Regeneración DPF Debido a la creciente carga de hollín del DPF aumenta la contrapresión de los gases de escape. A través de un sensor se determina la diferencia de presión delante y detrás del DPF, y se notifica a la unidad de control del motor. Al alcanzarse el valor umbral allí programado, se inicia la regeneración del DPF. La regeneración en servicio de marcha se realiza, por término medio, entre 800 y km, en función de la emisión de hollín y del tamaño del filtro. Sistema de escape Si en el servicio de marcha normal no se alcanza la temperatura de los gases de escape necesaria para la regeneración, se aumenta entonces la temperatura de los gases de escape mediante la inyección posterior controlada en las cámaras de combustión. El proceso de regeneración dura sólo unos minutos y depende de: Número de revoluciones del motor Velocidad del vehículo Temperatura de los gases de escape Combustión Sistema de escape 1 Sonda lambda delante del catalizador 2 Catalizador de oxidación 3 Filtro de partículas diésel 4 Sensor térmico delante del filtro de partículas diésel 5 Silenciador final i Indicación Si no es posible una regeneración DPF durante el servicio cotidiano, se enciende entonces en el cuadro de instrumentos el testigo luminoso de advertencia de diagnóstico del motor. Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 35

37 Refrigeración y lubricación Refrigeración del motor Refrigeración del motor y circuito de refrigeración La bomba de líquido refrigerante impulsa el líquido refrigerante por dos canales separados. El canal inferior abastece líquido refrigerante al bloque motor y al intercambiador de calor por aceite y agua, el canal superior abastece líquido refrigerante a la culata. Paralelamente al canal superior pasa el tramo AGR. Los siguientes componentes del tramo AGR son abastecidos con líquido refrigerante: Válvula AGR Caja by-pass AGR Radiador previo AGR y radiador AGR En caso de estar cerrado el termostato de líquido refrigerante, el líquido refrigerante pasa otra vez hacia la bomba de líquido refrigerante y se alimenta de nuevo al circuito. Una vez alcanzada la temperatura de servicio del motor, se abre el termostato de líquido refrigerante y se conecta adicionalmente el circuito de refrigeración. El radiador queda integrado así en el circuito del líquido refrigerante. Una tubería de llenado entre el depósito de expansión del líquido refrigerante y el radiador, compensa el nivel del líquido refrigerante. Gestión térmica Para que la cámara de combustión se pueda calentar más rápidamente, se desconecta durante el arranque en frío del motor la bomba de líquido refrigerante. Una tubería de salida de aire purga el aire del sistema de refrigeración entre el depósito de expansión del líquido refrigerante y la caja del termostato de líquido refrigerante. La bomba de líquido refrigerante se desconecta en el arranque en frío durante 500 s como máximo, si se cumplen las siguientes condiciones: Todavía no se han alcanzado los valores límite memorizados en la unidad de control, sobre la temperatura del aire de admisión y la temperatura del líquido refrigerante, así como sobre la cantidad total de combustible inyectada. El número de revoluciones del motor o el caudal de inyección no ha sobrepasado el valor límite establecido. La unidad de control y mando del climatizador automático no ha solicitado "calentar". Mediante la posición del termostato de líquido refrigerante se puede ajustar exactamente el caudal de líquido refrigerante que pasa hacia el refrigerador o directamente hacia la bomba de líquido refrigerante. De esta manera se regula la temperatura del líquido refrigerante en el circuito de líquido refrigerante. El termostato de líquido refrigerante es regulado a través del elemento calefactor integrado. La bomba de líquido refrigerante y el elemento calefactor se regulan a través de la unidad de control CDI. i Indicación El elemento calefactor del termostato de líquido refrigerante no se debe retirar o desmontar de la caja del termostato. El punto de apertura convencional se desplaza si se daña la caja o entra un líquido en la caja. El Sistema de información para el taller (WIS) suministra indicaciones detalladas al respecto. 36 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651

38 Refrigeración del motor Circuito de refrigeración 1 Bomba de líquido refrigerante 2 Intercambiador de calor por aceite y agua 3 Bloque motor 4 Culata 5 Colector de líquido refrigerante 6 Cárter de la caja de cadena 7 Caja by-pass 8 Radiador AGR 9 Radiador 10 Depósito de expansión del líquido refrigerante 11 Intercambiador de calor para la calefacción del vehículo B11/4 Sensor de temperatura del líquido refrigerante M13/5 Bomba de circulación del líquido refrigerante R48 Elemento calefactor del termostato de líquido refrigerante Y27/9 Elemento de ajuste de realimentación de gases de escape Refrigeración y lubricación B Tubería de llenado E Tubería de salida de aire KK Circuito del radiador KS Circuito de calentamiento M Motor R Retorno del motor RH Retorno de la calefacción del vehículo VA Circuito de realimentación de gases de escape (AGR) VB Circuito del intercambiador de calor por aceite y agua VH Afluencia de la calefacción del vehículo Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651 q 37

39 Refrigeración y lubricación Lubricación del motor y circuito de aceite Sistema de lubricación La lubricación del motor reduce la fricción mecánica y, por lo tanto, el desgaste de los componentes móviles. Adicionalmente se atenúan golpes y vibraciones mediante las capas amortiguadoras de aceite entre los cojinetes y las superficies de deslizamiento. Existe una válvula de presión diferencial montada en paralelo al intercambiador de calor por aceite y agua, para que esté asegurada en todo caso la lubricación del motor. El aceite puede ser conducido así alrededor del intercambiador de calor por aceite y agua. Circuito de aceite A través del circuito de aceite del motor se lubrican y refrigeran con aceite del motor todos los componentes móviles en el motor. Mediante un by-pass del canal principal de aceite se abastecen con aceite del motor ambos turbocompresores por gases de escape. Desde el canal principal de aceite se desvía una alimentación de aceite para la culata. Los siguientes puntos de lubricación en la culata son abastecidos con aceite del motor: Tensor de la cadena de distribución Árbol de levas de admisión Árbol de levas de escape Compensación hidráulica del juego de válvulas A través de canales de retorno llega otra vez al cárter de aceite el aceite del motor. El circuito de aceite del motor es abastecido con aceite del motor a través de la bomba de aceite. Adicionalmente es accionada la bomba de depresión a través de la bomba de aceite y es abastecida con aceite del motor. Los siguientes componentes en el bloque motor son abastecidos con aceite del motor a través del canal principal de aceite: Cojinetes de bancada Cojinetes de biela Ruedas intermedias Eyectores de aceite Bomba de aceite i Indicación Para la vigilancia del nivel de aceite es leído el interruptor de control del nivel de aceite, y para la vigilancia de la temperatura del aceite es leído el sensor de temperatura del aceite, por la unidad de control CDI. 38 q Introducción de la nueva generación de motores en línea de 4 cilindros OM 651