INACAP CONCEPCIÓN-TALCAHUANO
“Bomba de alta presión” EDC15C2 Y EDC16C34 Carreras: Técnico Nivel Superior en Mecánica Automotriz, Técnico Nivel Superior en Sistemas Electrónicos Ingeniero en Maquinarias y Vehículos Automotrices
Profesor: Pablo Monsalves Conejeros Material recopilado de Manuales Citroen
Talcahuano, Octubre de 2007
2 Citroen
Introducción Gracias a los avances en la electrónica, hoy en día, podemos contar con motores Diesel que utilizan sistemas de inyección con rápidas respuestas, adaptables a todas las condiciones de trabajo de los motores Diesel, aumentando la potencia del motor hasta en un 30% en comparación con su homologo de inyección convencional, mejorando enormemente el consumo del motor, ya que al existir inyecciones controladas de manera electrónica podemos conseguir no solo un tipo de inyección, sino que hasta tres tipos de inyecciones que ayudan a conseguir una combustión más favorable, reducir el ruido característico del motor, bajar enormemente las emisiones de gases que sin duda es la gran preocupación que hoy deben tener los fabricantes de motores Diesel. PRINCIPIO DE LA INYECCION DIRECTA HDI El sistema desarrollado conjuntamente con BOSCH, permite determinar una ley de inyección óptima. La inyección se lleva a cabo a una presión muy alta gracias a una rampa de inyección común sobre los inyectores electrohidráulicos (denominación “common rail”). La rampa de inyección común es mantenida a una presión muy alta. La presión de inyección puede alcanzar 1.350 bares a alto régimen. El calculador electrónico integra nuevos parámetros: •
régimen motor.
•
temperatura del agua motor.
•
temperatura del aire.
•
temperatura del combustible.
•
presión del combustible.
•
presión en el colector de admisión.
•
presión atmosférica.
•
posición del pedal del acelerador.
•
caudal de aire.
Funciones del calculador de inyección: • • •
determinar el tiempo de inyección a partir de la presión del combustible, Comandar, si es necesario, una preinyección (para reducir los ruidos de combustión), y la inyección principal controlar el caudal del combustible inyectado por los inyectores electrohidráulicos.
Ventajas de la gestión electrónica del sistema de inyección: 2 Docente: Pablo Monsalves C.
3 Citroen
•
suavidad de conducción (50% de par suplementario a bajo régimen y un 25% más de potencia)
•
aumento del rendimiento motor (ahorro en consumo de combustible del orden del 20%)
•
reducción de las emisiones contaminantes (CO2, CO, HC, y partículas de carbono). PRINCIPIO DE LA FILTRACION DE LAS PARTICULAS
El objetivo del sistema de filtración es reducir las emisiones de partículas vertidas a la atmósfera (humos negros emitidos en plena carga o durante funcionamientos transitorios). Un filtro de partículas es montado en la línea de escape, y retiene las partículas al paso del filtro de partículas. La acumulación de las partículas durante el funcionamiento motor provoca un atasco progresivo de los gases de escape. Para evitar la obstrucción del filtro de partículas, este debe ser “regenerado”. APRINCIPIO DE REGENERACION DEL FILTRO DE PARTICULAS La regeneración consiste en quemar periódicamente las partículas acumuladas en el filtro de partículas. Principalmente compuestas de carbono y de hidrocarburos, estas partículas fijadas en el filtro de partículas queman en presencia de oxígeno a una temperatura de 550ºC (límite de regeneración). La regeneración del filtro de partículas es controlada por el sistema de inyección. El sistema de inyección desencadena una inyección suplementaria, para situar la temperatura inicial de los gases de escape aproximadamente a 150ºC (en circulación urbana) y a 450ºC a la entrada del catalizador. Este aumento de temperatura se efectúa en 2 etapas: • una post-inyección (después del Punto Muerto Superior) crea una postcombustión en el cilindro y provoca un aumento de temperatura de 200 a 250ºC, • una postcombustión complementaria, generada por un catalizador de oxidación situado a la entrada del filtro de partículas, trata los hidrocarburos no quemados (HC) procedentes de la post-inyección. La temperatura aumenta 100ºC: lo que permite alcanzar el límite de combustión de 550ºC. B-
ADITIVACIÓN DEL COMBUSTIBLE.
Para disminuir el límite de regeneración. El combustible es aditivado con EOLYS, compuesto a base de cerina, que disminuye la temperatura de combustión de las partículas, de 550ºC a 450ºC. La cerina es aplicada en una solución orgánica almacenada en un depósito adicional, colocado junto al depósito de combustible. Con el fin de inyectar una cantidad de aditivo proporcional al volumen de combustible introducido, un sistema de aditivación ha sido desarrollado.
3 Docente: Pablo Monsalves C.
4 Citroen
El sistema se compone de los elementos siguientes: • de un dispositivo de extracción con detección del nivel mínimo en el depósito de aditivo, • de un sistema de inyección de aditivo en el depósito de combustible. • de un calculador específico gestionando la función aditivación. CIRCUITO DE COMBUSTIBLE EDC15C2 I-
PRESENTACIÓN
14
9
15
16
17
10
8
12
11
7
A 4
B C
5 6 13
3
1 2 DW 10039P
A - Circuito de retorno B - Circuito baja presión C - Circuito alta presión Nomenclatura 1 - Depósito de carburante 2 - Filtro previo 3 - Bomba de cebado 4 - Filtro de carburante 4 Docente: Pablo Monsalves C.
5 Citroen
5 - Tornillo de purga de agua 6 - Calentador de carburante 7 - Bomba alta presión 8 - Regulador de alta presión 9 - Desactivador de 3er pistón de bomba AP 10 - Rampa de alimentación (o rail común) 11 - Sonda de temperatura carburante 12 - Captador de presión carburante 13 - Refrigerador de carburante 14 a 17 -
Electroinyectores
5 Docente: Pablo Monsalves C.
6 Citroen
ESQUEMA Funcional del CIRCUITO DE GASOIL Inyectores
3 50 mm /golpe maxi Presión absoluta retorno inyectores = 1 a 1,6 bar Presión absoluta retorno bomba AP ≤ 1,8 bar Regulador baja presión
Regulador de presión
∆p = 1,3... 1,8 bar
Regulador circuito de engrase > = 30 l/h
Filtro principal 4 - 5 µm
Raíl Ø 1,5
1,6 a 2,8 bar ∆p > = 0,7 bar Alta presión Baja presión
Presión de cebado
3 bar
Circuito de retorno
p = 6,5 a 8,5 bar
Bomba de cebado
p = 0,7... 1,0 bar_abs Depósito
Filtro previo 300 µm DW10040P
6 Docente: Pablo Monsalves C.
7 Citroen
El circuito de gasoil se subdivide en dos partes: El circuito baja presión incluye: • el depósito, • una bomba eléctrica sumergida de cebado; mantiene un flujo de gasoil continuo hacia la bomba alta presión. El gasoil penetra en la bomba de cebado después de atravesar un filtro previo, • un filtro principal dotado de un regulador baja presión y un elemento termoestático que puede derivar en frío una parte o la totalidad del gasoil hacia un calentador, • un calentador de gasoil situado en la caja de salida de agua en la culata. El circuito alta presión incluye: • la bomba alta presión arrastrada por el motor, y cuyo caudal de gasoil retornado es proporcional a su régimen de rotación, • un regulador de presión montado en la bomba AP, y pilotado por el calculador, • una rampa de distribución: el rail, • los inyectores, • un refrigerador de gasoil. La bomba de cebado alimenta en gasoil la bomba alta presión a través del filtro principal. La bomba alta presión reenvía el gasoil suministrado por la bomba baja presión al depósito alta presión (rail). La presión rail es mantenida constante por el regulador de presión mandado por el calculador; el exceso de gasoil vuelve directamente al depósito. BOMBA ALTA PRESION Desactivador 3er pistón
Salida AP hacia rail
Sentido rotación
Regulador de alta presión DW10049D
Retorno depósito Llegada gasoil
7 Docente: Pablo Monsalves C.
8 Citroen
A-
DESCRIPCION La generación de la alta presión se realiza mediante una bomba CP1 de tres pistones radiales dispuestos a 120°; es arrastrada por la correa de distribución y gira a media-velocidad del motor. El carburante, continuamente empujado por la bomba de cebado, es comprimido, siendo la cantidad sobrante enviada hacia el depósito. La AP varía entre 200 y 1350 bar. Caudal retornado: 0,6 a 0,7 cm3/rotación Potencia maxi absorbida: 3,5 kw por una presión de 1350 bar y un motor de 2 l de cilindrada. Régimen maxi: 3250 r.p.m. a 1350 bar. Observación:
La relación de arrastre de la bomba de 0,5 se vuelve necesaria por la presencia de la función "control del caudal puesto a puesto".
Salida alta presión unida al rail o al regulador de presión Retorno (subida de presión)
Admisión
DW10050C
Retorno al depósito
Baja presión procedente de la bomba de cebado
Se trata de una bomba volumétrica dotada de tres pistones con un movimiento rectilíneo alternativo. Una leva excéntrica empuja y suelta, uno tras otro, los tres pistones cuyo retorno se hace mediante muelles y que envían sucesivamente el gasoil por alta presión hacia el rail.
8 Docente: Pablo Monsalves C.
9 Citroen
Bomba alta presión
1
D
C
2
E
F
B
G
A
DW10051P
9 Docente: Pablo Monsalves C.
10 Citroen
B-
FUNCIONAMIENTO El gasoil penetra en la bomba por la entrada "A" y atraviesa la válvula de seguridad "B" que regula la alimentación de la bomba AP: •
si la baja presión es reducida, el flujo de combustible atraviesa la válvula (perforada por un tubo regulador) y sirve prioritariamente para la lubricación y la refrigeración,
•
cuando el diferencial de presión entre entrada y retorno bomba llega a superar los 0,7 bar, el pistón de la válvula se desplaza y deja al descubierto el orificio de alimentación de los elementos de bombeo. Las cámaras "C" se llenan, el flujo reservado a la lubricación se mantiene.
Admisión: El retroceso del pistón bajo la acción de su muelle de retorno provoca una depresión en el cilindro por aumento del volumen. Esto provoca el cierre rápido de la válvula de retorno (2), mientras que la bomba de cebado puede llenar la cámara C a través de la válvula de admisión (1). Esta se abre gracias al diferencial de presión entre la llegada procedente de la baja presión y la depresión existente en el cilindro del pistón. Retorno: El pistón es empujado bajo la acción de la leva. En cuanto se rebasa el PMI, la válvula de admisión se cierra; al encontrarse atrapado el gasoil en el cilindro, su presión puede superar la suministrada por la bomba de cebado. El retorno del gasoil se inicia en cuanto la presión en el cilindro supera la presión del rail. El pistón reenvía carburante hasta que se alcanza su punto muerto alto (carrera de retorno). Una vez superado el PMS, la válvula de retorno se cierra y se produce una reducción de presión dentro del cilindro debida a la bajada del pistón. En cuanto la presión existente en el cilindro llega a ser inferior a la baja presión (bomba de cebado), la válvula de admisión se abre, el gasoil pasa dentro del cilindro y el ciclo se repite... Observación:
La baja excentricidad sobre el árbol y la disposición simétrica de los pistones ocasionan una baja oscilación de presión en el rail.
Al pararse el motor, no queda ninguna presión residual en el circuito; la presión es evacuada por el circuito de retorno a la altura de la bomba AP. Esto no se produce de forma instantánea sino que es necesario esperar 30 segundos por precaución después de la parada motor antes de cualquier intervención sobre el circuito de carburante.
10 Docente: Pablo Monsalves C.
11 Citroen
DW10052D
C-
Admisión CORTE DEL ELEMENTO DEL TERCER PISTÓN
Retorno
Con el fin de reducir la potencia de arrastre de la bomba (potencia absorbida) en un momento en que no es necesario disponer de un fuerte caudal (régimen bajo ∼ 1500 r.p.m.; caudal inyectado calculado ∼ tercera parte del caudal de plena carga), la bomba cuenta con un dispositivo eléctrico (D) para desactivar un pistón. Si el bobinado del solenoide montado en la cabeza de uno de los cilindros es alimentado, el núcleo magnético es atraído hacia abajo. Con la varilla que lleva incorporada, mantiene abierta la válvula de aspiración; ninguna subida de presión del gasoil se puede producir, y éste vuelve a la admisión. La bomba alta presión ya no reenvía carburante de forma continua sino con pausas de retorno, lo que provoca pulsaciones de presión en el rail sensiblemente elevadas. Estas pulsaciones impiden el cálculo exacto del caudal inyectado. Observación:
La desactivación del 3er elemento también permite bajar la temperatura del carburante de retorno.
11 Docente: Pablo Monsalves C.
12 Citroen CALCULADOR Masa Metalica 80
88 V NR
Electroimán Salida AP
Llegada carburante
+ Por relé doble 15 V 5
Válvula de admisión
Válvula de salida
1
2
2V OR
Cilindro R 25
Pistón DW 10053D
D - REGULADOR DE PRESIÓN 1-
Introducción El gasoil sometido a presión se dirige hacia la salida AP (E), el rail y los inyectores. Paralelamente, en esta salida se encuentra el regulador de presión (F) destinado a mantener constante la alta presión en el rail. El regulador cuenta con una válvula en la que se ejerce un esfuerzo de cierre variable. Cuando el gasoil supera el valor de presión deseado, la válvula se abre con el fin de crear una fuga hacia el depósito por la salida (G). Este gasoil se suma al caudal de carburante reservado para la refrigeración y la lubricación. Cuando la presión de gasoil baja demasiado con respecto al valor de consigna, la válvula se cierra hasta que se alcanza la consigna. CALCULATEUR CALCULADOR PWM 50
88 V NR
+ APC por
+ APC par
Relé dobledouble 15 V 9relais 15 V 9 1
2 R 2,3
DW10054D
12 Docente: Pablo Monsalves C.
13 Citroen
2 - Pilotaje y funcionamiento Frecuencia de mando: 1000 Hz F Magnet
F HP
FR
DW 10055D
F Magnet
FR: Fuerza del muelle de retorno FMagnet : Fuerza de atracción magnética FHP: Fuerza generada por el gasoil bajo alta presión La válvula es sometida: • a un esfuerzo de apertura F HP debido a la alta presión del gasoil, • a un esfuerzo de cierre F fer compuesto de : − una fuerza mecánica FR, − una fuerza magnética F magnet. La válvula se abre sólo si el gasoil ejerce sobre la misma una fuerza FHP superior a Ffer Bobinado no alimentado La alta presión existente en la salida de la bomba se ejerce sobre la válvula del regulador de presión. Si F magnet = 0, la válvula se abre para FHP = F R, lo que corresponde a una presión rail de aproximadamente 50-70 bar. Cierta cantidad de carburante vuelve al depósito por la salida de bomba (G).
13 Docente: Pablo Monsalves C.
14 Citroen
Bobinado alimentado Si se quiere aumentar el valor de la alta presión del gasoil, es preciso aumentar proporcionalmente la fuerza Ffer. En efecto, mientras la válvula permanece cerrada, sube la presión del gasoil empujado por los pistones de bomba en un canal cerrado (rail). Al ser constante la fuerza F R, para aumentar F fer, conviene alimentar el bobinado con el fin de crear una fuerza magnética de atracción F magnet. Debido a la construcción del regulador, Fmagnet atrae el núcleo unido a la válvula en el mismo sentido que FR. Esta vez, el punto de regulación es alcanzado para FHP = FR + F magnet Cuanto más elevada es F magnet, más importante es la AP. Para variar F magnet, basta con modular la intensidad existente en el bobinado ya que la fuerza magnética es proporcional a la corriente que circula en un conductor (F = BI l sin α). La variación de la intensidad se consigue modulando la anchura de impulsión de la corriente de mando durante un periodo de mando fijo. Se modifica el RCA, es decir la relación entre el tiempo de alimentación y de no alimentación del bobinado del regulador. Se selecciona una frecuencia de mando suficientemente elevada para evitar vibraciones del inducido y variaciones de presión rail (f = 1 KHz). RCA
Corriente impulsada
U Bat Apertura válvula 0V
1 ms
Presencia corriente por efecto del servicio
Tiempo Corriente media
Tiempo
DW10056D
14 Docente: Pablo Monsalves C.
Tiempo
15 Citroen
Observación 1:
El diseño del regulador permite mantener constante la presión durante ligeras variaciones como por ejemplo durante la apertura de los inyectores. Se trata en este caso de un reglaje puramente mecánico de la presión (equilibrio de fuerzas) mientras que para obtener una presión igual a la consigna definida, se trata de un reglaje eléctrico (RCA). Mediante el reglaje mecánico, el regulador establece un equilibrio entre el carburante retornado por la bomba AP, y el carburante extraído por los inyectores por un lado y el carburante que vuelve al depósito (al salir del regulador) por otro lado.
Observación 2:
Aunque el tarado del muelle es fijo, sin mando eléctrico, la presión puede aumentar con el régimen, debido a la pequeña sección de paso del canal de descarga (efecto surtidor).
Esquema de la evolución de la corriente para el mando del regulador de presión: Presión [bar] 1400 1200 1200 velocidad bomba
1000 800
600 velocidad bomba
600 400 200 DW10057D
Nota:
Con el útil PV, en medición parámetros, comprobar que el RCA no supera el 93 %; en el arranque, el RCA debe ser del 20%.
15 Docente: Pablo Monsalves C.
16 Citroen SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE BOSCH EDC 16C34
1
2
3
4
14
12
13 6
5
7 11
A 10
9
8
B C DV4001P
16 Docente: Pablo Monsalves C.
17 Citroen
Leyenda: A - Circuito retorno depósito del Combustible. B - Circuito baja presión del combustible (depresión) C - Circuito alta presión del combustible. Nomenclatura: NUMERO DE PIEZA EN LOS ESQUEMAS ELECTRICOS
REF.
DENOMINACION
1a4
Inyectores diesel (electrohidráulica)
1131 - 1132 - 1133 - 1134
5
Sonda de temperatura del combustible
1221
6
Bomba de cebado del combustible manual
7
Enfriador del combustible
8
Depósito del combustible.
9
Calentador del combustible. (eléctrico)
10
Tornillo de purga de agua
11
Filtro del combustible+ decantador de agua en el combustible
12
Bomba alta presión (CP3.2)
13
Captador de alta presión del combustible
14
Rampa de inyección común de alta presión del combustible
1276
1321
BOMBA ALTA PRESION COMBUSTIBLE. A-
FUNCION DE LA BOMBA ALTA PRESION COMBUSTIBLE • Suministrar la alta presión del combustible. • Alimentar los inyectores diesel a través de la rampa de inyección común de alta presión. • La bomba de alta presión del combustible es arrastrada por la correa de distribución. Nota :
La bomba de alta presión no es una bomba distribuidora y no necesita calado. La parte de alta presión de la bomba es monobloque y comprende tres elementos a 120°
17 Docente: Pablo Monsalves C.
18 Citroen
B-
descripción 17
20
24
17
20
25 19
24
25 26
26
DV4003D
15
16
21
6 17 11
13 19
18
20 12 8
18 Docente: Pablo Monsalves C.
DV4004D
19 Citroen
Nomenclatura: REF.
DENOMINACION
6
Bomba de cebado de combustible manual
8
Depósito de combustible
15
Retorno carburante inyector diesel hacia depósito de combustible
16
Pulverizador de descarga
17
Válvula de descarga
18
Pulverizado de caudal
19
Bomba de transferencia
20
Regulador de caudal de combustible
21
Limitador de presión (integrado en la rampa de inyección común alta presión combustible)
24
Llegada del combustible (depresión)
25
Retorno combustible hacia depósito combustible
26
Salida combustible alta presión
NUMERO DE PIEZA EN LOS ESQUEMAS ELECTRICOS
1277 o 1208
Particularidades: • el pulverizador de descarga (16) permite la descarga rápida de la rampa de inyección común de alta presión de combustible al “levantar el pie” rápidamente, • el pulverizador de caudal (18) limita la llegada de combustible a la bomba de alimenación a altos regímenes, • circuito de combustible en depresión: La aspiración se realiza por la bomba de transferrencia integrada en la bomba de alta presión del combustible. C-
FASE DE FUNCIONAMIENTO El calculador motor controla el regulador de caudal de combustible en normalmente cerrado, por la señal del sensor de alta presión del combustible. El calculador motor controla el regulador de caudal enviando una intensidad modulable de la forma RCO (Relación Cíclica de Apertura). El calculador motor utiliza el regulador de caudal del combustible para controlar la presión del combustible en la rampa de inyección común de alta presión del combustible. Si la señal RCO es pequeña, el regulador de caudal de combustible deja pasar una gran cantidad de combustible hacia la bomba de alta presión.
19 Docente: Pablo Monsalves C.
20 Citroen
Si la señal RCO es grande, el regulador de caudal combustible deja pasar una pequeña cantidad de combustible hacia la bomba alta presión. Nota : a-
El regulador de caudal combustible está abierto cuando no es accionado por el calculador motor. VALVULA DE DESCARGA
FUNCION La válvula de descarga (17) permite: • el desgaseado de la bomba alta presión, • la lubrificación interna de la bomba alta presión, • la regulación de la presión a la entrada del regulador de caudal. Atención:
Ninguna intervención está permitida sobre la válvula de descarga. BOMBA DE TRANSFERENCIA (prealimentación)
A-
FUNCION Función de la bomba de transferencia: • asegura el bombeo del carburante en el depósito carburante, • alimenta la bomba alta presión carburante,
B-
• permite la lubrificación y refrigeración de la bomba alta presión carburante. Descripción La bomba de transferencia (prealimentación) es una bomba volumétrica de engranajes. La depresión está comprendida entre 0,5 y 1 bar cuando el carburante entra en la bomba de transferencia. La presión carburante a la salida de la bomba de transferencia hacia la bomba alta presión carburante varía en función del régimen motor (entre 4,5 y 6 bares). Atención:
A-
FUNCION
Ninguna intervención está permitida sobre la bomba alta presión carburante.
REGULADOR DE CAUDAL DEL COMBUSTIBLE
El regulador de caudal combustible (20) modifica el caudal de carburante yendo de la bomba de transferencia hacia la bomba alta presión carburante. La bomba alta presión combustible, comprime la cantidad de carburante necesaria demandada por el calculador motor. El regulador de caudal carburante reduce: • el calentamiento del carburante, • la potencia consumida por la bomba alta presión carburante.
20 Docente: Pablo Monsalves C.
21 Citroen
Bomba alta presión Variantes
Bombas alta presión CP3.2
CP1H
Entrée gazole BP
Régulateur débit carburant (1208)
Régulateur débit carburant (1208) Sortie gazole HP
Retour gazole Retour gazole
Sortie gazole HP
Entrée gazole BP
21 Docente: Pablo Monsalves C.
Bomba CP1H Todo lo relacionado con el entorno de la nueva bomba (CP1H) ha cambiado: • Nuevo tubo HP • Nuevo tubo BP • Nuevo soporte de bomba
El regulador de caudal carburante está naturalmente abierto en la bomba CP3.2, mientras que en la bomba CP1H el regulador de caudal está naturalmente cerrado.
La bomba CP1H necesita un calado de bomba.
22 Docente: Pablo Monsalves C.
23 Docente: Pablo Monsalves C.
