INIEZ IEZIONE ELETTRO TRONICA DIE DIESEL “DELPHI COMMON RAIL”
FORD FO FORD FOCU CUS S TDC TDCii Motore Duratorq 1.8
SISTEMA DI INIEZIONE ELETTRONICA DIESEL DELPHI COMMON RAIL Descrizione generale Il sistema di iniezione elettronica diesel Delphi Common Rail descritto in questo manuale equipaggia equipaggia i nuovi motori Duratorq 1.8 da 115 CV installati sulle Ford Focus TD Ci. Si tratta di un nuovo sistema di alimentazione per motori diesel sovralimentati ad iniezione diretta basato sul controllo elettronico della pressione, della quantità di gasolio iniettato e dell’istante di iniezione. Il sistema Delphi prevede anche il controllo della pressione di sovralimentazione sovralimentazione fornita dal turbocompressore a geometria variabile. Il sistema Common Rail Diesel funziona secondo un principio di funzionamento molto simile a quello dei sistemi di iniezione elettronica sequenziale dei motori a ciclo Otto.
Caratteristiche Caratteristiche generali del sistema Delphi Common Rail: • pression pressionee di alimentaz alimentazione ione iniettori iniettori fino a 1600 1600 bar bar • pompa pompa di alta alta pressio pressione ne meccani meccanica ca a funzi funzionam onamento ento contin continuo uo • pompa pompa di innesc innescoo incorpor incorporata ata nella nella pompa pompa di di alta pression pressionee • iniezion iniezionee diretta diretta nei nei cilind cilindri ri comand comandata ata elettron elettronicam icamente ente • misurazi misurazione one della massa massa aria aria aspir aspirata ata dal motore motore • misurazi misurazione one della pressione pressione aria nel collettore collettore • contro controllo llo del tempo tempo di iniezi iniezione one • contro controllo llo dell dell’an ’antic ticipo ipo di di iniez iniezion ionee • contro controllo llo della della pres pressio sione ne di di iniez iniezion ionee • contro controllo llo della della tempe temperat ratur uraa gasol gasolio io • controllo controllo del regime regime del minimo minimo e del regim regimee massimo massimo • arrest arrestoo dell’i dell’inie niezio zione ne in dece deceler lerazi azione one • controllo controllo della pressione pressione di sovra sovralimen limentazi tazione one aria aria • controllo controllo delle candelette candelette di prerisca preriscaldam ldamento ento • limita limitazio zione ne delle delle emissi emissioni oni inqu inquina inanti nti • funzi funziona onamen mento to in emerge emergenza nza e autod autodiag iagnos nosii • colleg collegame amento nto con comput computer er di di bord bordoo • collegame collegamento nto con sistema sistema climatizz climatizzazio azione ne (CAN) (CAN) • collegame collegamento nto con antifurto antifurto PATS (CAN) (CAN) • contro controllo llo dell dellee spie spie attrav attravers ersoo rete rete (CAN) (CAN) Principio di funzionamento Il sistema di iniezione elettronica Delphi Common Rail Diesel realizza il corretto rapporto aria-carburante (pressione gasolio e tempo di iniezione) e il calcolo dell’istante di iniezione (anticipo) tenendo conto 2
SISTEMA DI INIEZIONE ELETTRONICA DIESEL DELPHI COMMON RAIL Descrizione generale Il sistema di iniezione elettronica diesel Delphi Common Rail descritto in questo manuale equipaggia equipaggia i nuovi motori Duratorq 1.8 da 115 CV installati sulle Ford Focus TD Ci. Si tratta di un nuovo sistema di alimentazione per motori diesel sovralimentati ad iniezione diretta basato sul controllo elettronico della pressione, della quantità di gasolio iniettato e dell’istante di iniezione. Il sistema Delphi prevede anche il controllo della pressione di sovralimentazione sovralimentazione fornita dal turbocompressore a geometria variabile. Il sistema Common Rail Diesel funziona secondo un principio di funzionamento molto simile a quello dei sistemi di iniezione elettronica sequenziale dei motori a ciclo Otto.
Caratteristiche Caratteristiche generali del sistema Delphi Common Rail: • pression pressionee di alimentaz alimentazione ione iniettori iniettori fino a 1600 1600 bar bar • pompa pompa di alta alta pressio pressione ne meccani meccanica ca a funzi funzionam onamento ento contin continuo uo • pompa pompa di innesc innescoo incorpor incorporata ata nella nella pompa pompa di di alta pression pressionee • iniezion iniezionee diretta diretta nei nei cilind cilindri ri comand comandata ata elettron elettronicam icamente ente • misurazi misurazione one della massa massa aria aria aspir aspirata ata dal motore motore • misurazi misurazione one della pressione pressione aria nel collettore collettore • contro controllo llo del tempo tempo di iniezi iniezione one • contro controllo llo dell dell’an ’antic ticipo ipo di di iniez iniezion ionee • contro controllo llo della della pres pressio sione ne di di iniez iniezion ionee • contro controllo llo della della tempe temperat ratur uraa gasol gasolio io • controllo controllo del regime regime del minimo minimo e del regim regimee massimo massimo • arrest arrestoo dell’i dell’inie niezio zione ne in dece deceler lerazi azione one • controllo controllo della pressione pressione di sovra sovralimen limentazi tazione one aria aria • controllo controllo delle candelette candelette di prerisca preriscaldam ldamento ento • limita limitazio zione ne delle delle emissi emissioni oni inqu inquina inanti nti • funzi funziona onamen mento to in emerge emergenza nza e autod autodiag iagnos nosii • colleg collegame amento nto con comput computer er di di bord bordoo • collegame collegamento nto con sistema sistema climatizz climatizzazio azione ne (CAN) (CAN) • collegame collegamento nto con antifurto antifurto PATS (CAN) (CAN) • contro controllo llo dell dellee spie spie attrav attravers ersoo rete rete (CAN) (CAN) Principio di funzionamento Il sistema di iniezione elettronica Delphi Common Rail Diesel realizza il corretto rapporto aria-carburante (pressione gasolio e tempo di iniezione) e il calcolo dell’istante di iniezione (anticipo) tenendo conto 2
principalmente della richiesta del guidatore (acceleratore) e del regime e del carico motore. A differenza dei motori a ciclo Otto, dove il rapporto aria-carburante è pressoché costante durante tutto l’arco di funzionamento, nei motori a ciclo Diesel questo rapporto varia ampiamente in base alle prestazioni richieste. A pari parità tà di di pres pressio sione ne nel nel coll colletto ettore re di di aspi aspiraz razion ionee la quanti quantità tà d’ar d’aria ia immessa immessa nei cilind cilindri ri ad ad ogni ogni ciclo ciclo di di funzionamento risulta relativamente costante a tutti i regimi del motore (ad eccezione dei bassi regimi prima dell’inserimento del turbocompressore) mentre la quantità di gasolio iniettata varia sensibilmente in base alla richiesta di potenza da parte del guidatore attraverso l’acceleratore. La potenza del motore viene viene quindi quindi regolat regolataa variando variando il rapport rapportoo aria-car aria-carbur burant antee (e il regime regime di rotazione) rotazione) senza senza variare variare in modo consistente la quantità d’aria immessa nei cilindri ad ogni ciclo di funzionamento come invece avviene nei motori a ciclo Otto attraverso la valvola a farfalla. In particolare il sistema Delphi Common Rail è dotato anche di una valvola a farfalla comandata da un attuatore a depressione controllato elettronicamente, ma questa farfalla è normalmente aperta e non interviene sulla regolazione della potenza erogata dal motore; essa svolge solo funzione antinquinamento in quanto serve solo a parzializzare l’entrata dell’aria in determinate circostanze allo scopo di limitare la formazione di ossidi di azoto. Il sistema Delphi Common Rail è gestito attraverso due moduli di controllo elettronico motore denominati rispettivamente PCM (Powertrain Control Module) e IDM (Injector Drive Module) che insieme determinano la quantità di gasolio da iniettare (pressione e tempo di iniezione) e il relativo istante di iniezione (anticipo di iniezione) tenendo conto della posizione del pedale dell’acceleratore, della massa d’aria aspirata e del regime motore. I due moduli dialogano tra loro attraverso un’apposita rete di comunicazione e gestiscono anche alcune funzioni ausiliarie del gruppo moto-propulsore. La posizione del pedale dell’acceleratore, che identifica le prestazioni richieste dal guidatore, viene rile vata da un potenziometro potenziometro collegato collegato direttamente direttamente al pedale pedale stesso stesso (ricordia (ricordiamo mo che non esiste esiste il cavo acceleratore), la quantità d’aria aspirata viene rilevata da un flussometro massa aria a filo caldo posizionato nel condotto di entrata aria tra il filtro e il turbocompressore, il regime del motore viene rilevato dal sensore induttivo induttivo di giri/PMS posto nel nel basamento in prossimità prossimità del volano motore. Inoltre un sensore di fase motore a effetto Hall posizionato sul coperchio dell’albero a camme genera i segnali di riferimento del cilindro n.1 per determinare l’ordine di iniezione. La pressione di iniezione, il tempo di iniezione e l’anticipo di iniezione vengono modificati in base ad altri segnali secondari o transitori (temperatura motore, temperatura aria, temperatura gasolio, detonazione pressione di sovralimentazione, inserimento A.C., inserimento carichi elettrici, comando EGR, etc.). 3
Oltre a comandare gli iniettori i moduli elettronici PCM e IDM controllano e regolano la pressione di iniezione del gasolio, la pressione di sovralimentazione del turbocompressore, comandano la val vola EGR e la valvola di chiusura farfalla per le emissioni allo scarico, i relè delle candelette di preriscaldamento e controllano l’accensione delle spie nel quadro strumenti. Alimentazione iniettori dal condotto comune Analogamente ai motori a ciclo Otto ad iniezione elettronica gli iniettori sono sempre sottoposti alla pressione di esercizio (che in questo caso varia da 150 a 1600 bar anziché 3-4 bar) e vengono alimentati simultaneamente da un accumulatore di pressione di forma radiale al quale sono collegati attraverso dei corti tubi in acciaio. Ricordiamo che nei sistemi di iniezione diesel con pompa meccanica a controllo elettronico gli iniettori sono normalmente a riposo e vengono pressurizzati solo al momento dell’iniezione. Pompa di alta pressione meccanica a funzionamento continuo Per produrre l’elevatissima pressione di esercizio viene utilizzata una pompa meccanica a pistoni radiali fissi azionati da un rotore con anello a camme trascinato dal cinematismo della distribuzione. La pressione di esercizio viene regolata elettronicamente mediante un’elettrovalvola apposita fissata sul corpo della pompa e comandata dal modulo elettronico di controllo iniettori IDM. Il corpo della pompa di alta pressione incorpora anche la pompa di innesco che preleva gasolio dal serbatoio e lo trasferisce pressurizzato allo stadio di alta pressione della stessa pompa. Una valvola di sicurezza limita meccanicamente la pressione di esercizio a 1800 bar in caso di guasto nel circuito di controllo. Iniezione diretta comandata elettronicamente Gli iniettori sono di tipo meccanico con comando elettrico. Sono fissati sulla testata ed iniettano gasolio direttamente nelle camere di combustione realizzate nel cielo del pistone. L’iniezione di carburante è di tipo sequenziale. Gli iniettori vengono comandati singolarmente secondo l’ordine di fase con un intervallo di rotazione dell’albero motore di 180° (4 cilindri) tra un’iniezione e l’altra. Come in tutti i motori diesel l’iniezione determina automaticamente anche la combustione del gasolio. L’iniezione inizia al termine della fase di compressione di ciascun cilindro ed è composta da tre fasi successive: la pre-iniezione, l’iniezione principale e la post-iniezione. L’istante di iniezione (anticipo) varia rispetto al PMS in base alle condizioni di funzionamento del motore. In avviamento il tempo di iniezione viene incrementato rispetto al funzionamento al minimo.
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Controllo della quantità di gasolio iniettata La quantità di gasolio iniettata dipende dalla pressione di iniezione e dal tempo di iniezione; questi parametri variano principalmente in base ai segnali del potenziometro dell’acceleratore, del flussometro massa aria, del sensore di giri motore e del regolatore di pressione sulla pompa di alta pressione. Al momento dell’avviamento viene determinato il corretto ordine di iniezione in base al segnale del sensore di riferimento cilindro 1 sull’albero a camme. Dopo l’avviamento la sequenza di iniezione viene ripetuta tenendo conto solo del segnale del sensore di giri. L’iniezione viene inibita quando la pressione del gasolio è inferiore a 150 bar o superiore a 1800 bar, oppure se il regime del motore supera accidentalmente i 6000 giri/min. Controllo dell’anticipo di iniezione L’anticipo di iniezione viene determinato principalmente in base alla quantità di gasolio da iniettare (tempo e pressione di iniezione) e viene quindi corretto in base alla temperatura, al regime motore e al segnale di detonazione. Controllo della pressione di iniezione La pressione di iniezione influisce sulla quantità di gasolio iniettato, sulla nebulizzazione del gasolio iniettato, sulla forma del getto e sul tempo effettivo di iniezione, cioè sul ritardo tra il comando elettrico e l’effettiva apertura e chiusura dell’ago polverizzatore. Questi parametri influiscono sulla potenza sviluppata dal motore, sulla rumorosità, sulle emissioni allo scarico e sul consumo. La pressione di iniezione viene regolata dal modulo di controllo IDM attraverso un’apposita elettrovalvola di dosaggio gasolio posizionata direttamente sulla pompa di alta pressione; la regolazione tiene conto del carico e della temperatura del motore e del gasolio. Controllo della temperatura motore e della temperatura gasolio La temperatura del gasolio viene costantemente controllata attraverso un apposito sensore posizionato sulla pompa di alta pressione; quando viene superato il valore di 110°C viene ridotta la pressione di iniezione. La temperatura del motore viene controllata attraverso un termistore posizionato sulla testata; in base ai valori di esercizio raggiunti vengono adeguati il tempo e la pressione di iniezione. Contr ollo del regime del minimo e del regime massimo Il regime del minimo viene regolato in base alla temperatura del motore attraverso il controllo della pressione e dei tempi di iniezione. Il regime massimo del motore viene limitato ai valori prestabiliti 5
riducendo progressivamente il tempo di iniezione man mano che il motore si approssima al regime massimo previsto oppure inibendo completamente l’iniezione se il motore accidentalmente supera il regime di 6000 giri/min. Arresto dell’iniezione in fase di rilascio Quando si rilascia l’acceleratore il modulo di controllo PCM annulla il comando degli iniettori in base al segnale del potenziometro dell’acceleratore. Il comando degli iniettori viene poi ripristinato quando il motore si approssima al regime del minimo. Controllo delle candelette di preriscaldamento Le candelette di preriscaldamento vengono alimentate da appositi relè comandati dal modulo di controllo PCM. Le candelette diventano incandescenti e facilitano l’autoaccensione del gasolio a motore freddo. Dopo l’avviamento le candelette continuano ancora ad essere alimentate per migliorare la marcia a motore freddo. L’accensione delle candelette viene segnalata da un’apposita spia nel quadro strumenti. I tempi di pre e post-riscaldamento variano in funzione della temperatura del motore e dell’aria. Controllo delle emissioni inquinanti Le emissioni inquinanti allo scarico vengono limitate sia attraverso un accurato controllo della pressione, del tempo e dell’anticipo di iniezione, sia attraverso il controllo della valvola EGR di riciclo dei gas di scarico e della valvola di comando della farfalla di interdizione aria che intervengono per ridurre la formazione di ossidi di azoto. Funzionamento in emergenza e autodiagnosi dei guasti Il modulo di controllo elettronico PCM riconosce e memorizza eventuali guasti presenti nell’impianto e li trasmette all’apposito strumento diagnostico Ford WDS attraverso la presa diagnosi. In caso di anomalia viene adottata una procedura di emergenza, segnalata con l’accensione della spia di avaria impianto sul quadro strumenti, che permette di guidare il veicolo in modo accettabile fino al primo centro di assistenza. Immobilizzazione motore PATS Analogamente ad altri sistemi di gestione motore il sistema di iniezione elettronica diesel Delphi Common Rail è collegato con il modulo antifurto PATS inserito nel quadro strumenti attraverso la rete CAN. 6
Collegamento con il sistema di climatizzazione Il sistema di iniezione elettronica diesel Delphi Common Rail è collegato con il sistema di climatizzazione attraverso la rete CAN.
Vano motore Ford Focus TDCi
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SCHEMA DI PRINCIPIO
Relè iniezione Relè alimentazione
Relè motore in moto
Posizione acceleratore
Valvola pressione turbo
Massa aria aspirata
Valvola chiusura farfalla
Temperatura ari aspirata
Valvola EGR
Temperatura aria compressa
Relè candelette
MODULO PCM
Temperatura motore
Spia iniezione (CAN)
Pressione aria collettore
Spia candelette (CAN)
Interruttori freno e frizione
Contagiri (CAN)
Velocità veicolo
Presa diagnosi Tester WDS
Computer di bordo (CAN)
Giri motore/PMS Riferimento cilindro 1 Temperatura gasolio
MODULO
Elettroiniettori
IDM
Valvola dosaggio gasolio (pressione)
Pressione gasolio Detonazione motore
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CONFIGURAZIONE DEL SISTEMA
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Componenti del sistema C1 Serbatoio C2 Filtro carburante C3 Pompa carburante ad alta pressione C4 Accumulatore alimentazione iniettori (rail) C5 Iniettori a comando elettrico 1 Relè alimentazione 2 Relè iniezione 3 Relè motore in moto 4 Relè candelette 5 Modulo preriscaldamento 6 Sensore posizione acceleratore 7 Sensore massa aria (flussometro) 8 Sensore temperatura aria compressa 9 Sensore pressione gasolio 10 Sensore pressione aria collettore 11 Sensore temperatura gasolio 12 Sensore temperatura motore 13 Sensore giri motore/PMS
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 S1 S2 S3 A1 A2 A3
Sensore riferimento cilindro 1 Elettrovalvola regolazione pressione gasolio Elettrovalvola regolazione depressione EGR Elettrovalvola comando farfalla aria Elettrovalvola regolazione pressione turbo Presa diagnosi Collegamento computer di bordo Collegamento sistema A.C. (CAN) Collegamento antifurto PATS (CAN) Spia avaria sistema iniezione (CAN) Spia alimentazione candelette (CAN) Candelette di preriscaldamento Sensore di detonazione Attuatore comando EGR Turbocompressore Catalizzatore ossidante Filtro aria Scambiatore aria-aria (intercooler) Circuito pneumatico a depressione 9
CIRCUITO DI ALIMENTAZIONE CARBURANTE
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Circuito alimentazione carburante 1. Serbatoio carburante 2. Filtro 3. Entrata gasolio 4. Pompa di alta pressione 5. Uscita gasolio ad alta pressione 6. Sensore temperatura gasolio 7. Elettrovalvola regolazione pressione 8. Sensore pressione gasolio 9. Condotto sferico di alimentazione iniettori 10. Modulo di controllo elettronico 11. Iniettori 12. Ritorno gasolio al serbatoio.
Il circuito del carburante comprende due sezioni: • circuito di bassa pressione • circuito di alta pressione Il circuito di bassa pressione comprende il serbatoio, la tubazione di alimentazione, il filtro, la pompa di alimentazione primaria (pompa di trasferta) all’interno del corpo pompa, le tubazioni di collegamento, la tubazione di ritorno al serbatoio, le tubazioni di ritorno dagli iniettori. Il circuito di alta pressione comprende la pompa
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di alta pressione con l’elettrovalvola di regolazione pressione e il sensore di temperatura gasolio, la tubazione di alta pressione, l’accumulatore di alimentazione iniettori con il sensore di pressione gasolio e gli elettroiniettori. Il gasolio prelevato dal serbatoio attraverso il filtro viene pressurizzato a bassa pressione (6 bar) dalla pompa di trasferta all’interno del corpo pompa. Il carburante in eccesso non utilizzato dalla pompa di alta pressione viene inviato al serbatoio attraverso la tubazione di ritorno. La pompa di alta pressione viene alimentata dal gasolio pressurizzato all’interno del corpo pompa e genera l’alta pressione per l’accumulatore di alimentazione iniettori. La pompa è azionata dalla cinghia della distribuzione. Il corpo pompa è dotato di un’elettroval vola di dosaggio gasolio e di un sensore di temperatura gasolio collegati al modulo IDM. L’accumulatore mantiene in pressione una certa quantità di gasolio e alimenta gli iniettori.
FIltro gasolio con relative tubazioni
POMPA DI ALIMENTAZIONE CARBURANTE (pompa di trasferta)
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Pompa di trasferta - sezione 1. Albero di trascinamento 2. Corpo pompa 3. Rotore 4. Paletta 5. Molla 6. Condotto con camera di aspirazione 7. Condotto con camera di mandata 8. Cilindretto con feritoie 9. Pistoncino di regolazione 10. Molla tarata 11. Entrata gasolio
La pompa di alimentazione carburante, denominata pompa di trasferta, è alloggiata all’interno del corpo pompa e ha la funzione di pre11
levare il gasolio dal serbatoio e pressurizzarlo a bassa pressione all’interno dello stesso corpo pompa per alimentare la pompa di alta pressione a pressione costante. La pompa è di tipo volumetrico con girante a palette azionata dall’albero della pompa trascinato dalla cinghia della distribuzione. La sua portata varia da 90 litri/ora a 300 giri/min a 650 litri/ora a 2500 giri/min (giri pompa) ed è superiore alla quantità di gasolio erogato dagli iniettori alla massima potenza allo scopo di garantire sempre una corretta alimentazione alla pompa di alta pressione. La pressione della pompa di trasferta viene mantenuta al valore di circa 6 bar da una valvola di regolazione meccanica interna al corpo pompa.
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Particolare della pompa di trasferta 1. Albero di trascinamento 2. Corpo pompa 3. Palette 4. Rotore 5. Aspirazione gasolio 6. Mandata gasolio (verso pompa alta pressione) 12
POMPA DI ALTA PRESSIONE
Complessivo pompa di alta pressione
La pompa di alta pressione serve ad alimentare con gasolio pressurizzato l’accumulatore sferico di alimentazione iniettori. E’ una pompa meccanica costituita da 2 o 4 pistoni radiali contrapposti posizionati all’interno della testa idraulica (statore) e da un anello a camme rotante (rotore) trascinato dall’alberino del complessivo pompa. La pompa non necessita di una particolare posizione di fasatura per la mandata del gasolio agli iniettori poiché questo viene pressurizzato in modo continuo e immagazzinato nell’accumulatore sferico mentre gli iniettori vengono comandati elettronicamente in modo sequenziale secondo l’ordine di iniezione indipendentemente dalla posizione della pompa di alta pressione. Tuttavia, per ottimizzare l’equilibrio dinamico del complessi vo, ridurre le vibrazioni e aumentare la durata della cinghia della distribuzione è opportuno
effettuare la messa in fase della pompa seguendo i riferimenti presenti sulla ruota dentata della distribuzione. La pressione del gasolio viene regolata elettronicamente dal modulo di controllo elettronico IDM attraverso una valvola di regolazione a solenoide (valvola di dosaggio) inserita nel corpo pompa che determina la quantità di gasolio da pressurizzare in entrata nella camera di alta pressione e quindi la pressione stessa di alimentazione iniettori. In caso di sovrappressione accidentale (es. inceppamento della elettrovalvola di dosaggio gasolio) una valvola di sicurezza meccanica limita la pressione di esercizio a 1800 bar. Funzionamento (vedere figure seguenti) Il gasolio pressurizzato a 6 bar dalla pompa di trasferta all’interno dello stesso corpo pompa viene canalizzato nella camera di alta pressione dello statore attraverso il condotto di alimentazione (10) e la valvola di ingresso (12). La quantità di gasolio in ingresso viene regolata dall’elettrovalvola di dosaggio gasolio (16) comandata elettronicamente dal modulo IDM. In base alla quantità di gasolio dosata dall’elettrovalvola (16) i pistoncini di alta pressione (9) si spostano verso l’esterno mettendo in contatto i rulli (8) con le protuberanze dell’anello a camme rotante (3) solidale con l’albero di trascinamento pompa (2) a sua volta mosso dal cinematismo della distribuzione. A causa del contrasto con il profilo interno dell’anello a camme (3) i rulli (8) e i pistoncini (9) vengono spinti verso l’interno con conseguente compres-
sione del gasolio verso il condotto di uscita (14) attraverso la valvola di alta pressione (11).
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Pompa di alta pressione - sezione trasversale 1. Entrata gasolio 2. Corpo pompa 3. Anello a camme rotante 4. Testa idraulica (statore) 5. Pattino con rullo di contatto 6. Pistoncino pompante 7. Camera di alta pressione 8. Valvola di entrata 9. Valvola di alta pressione 10. Ritorno al serbatoio
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Pompa di alta pressione - sezione longitudinale 1. Corpo pompa 2. Albero di trascinamento 3. Anello a camme rotante 4. Cuscinetto anteriore 5. Cuscinetto posteriore 6. Entrata gasolio dal filtro 7. Pompa di trasferta 8. Rulli con pattini 9. Pistoncini pompanti alta pressione 10. Condotto di alimentazione 11. Valvola di alta pressione 12. Valvola di ingresso 13. Testa idraulica (statore) 14. Uscita gasolio ad alta pressione 15. Valvola regolatrice pressione di trasferta 16. Elettrovalvola di regolazione pressione 17. Guarnizione di tenuta
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ELETTROVALVOLA DOSAGGIO GASOLIO (regolatore pressione iniezione)
del gasolio in ingresso nella camera di compressione e conseguentemente anche la pressione di iniezione. La pressione di esercizio del circuito di alta pressione varia da un minimo di 150 bar fino a un massimo di 1600 bar. Il controllo della pressione effettiva del gasolio viene effettuato mediante un sensore di pressione fissato sull’accumulatore sferico di alimentazione iniettori. In caso di malfunzionamento della val vola di dosaggio la pressione del gasolio viene limitata a 1800 bar da un’apposita valvola di sicurezza meccanica.
Elettrovalvola dosaggio gasolio sulla pompa alta pressione
L’elettrovalvola di dosaggio gasolio è fissata sul corpo della pompa di alta pressione ed ha la funzione di regolare la pressione del gasolio ai valori ottimali previsti mediante il dosaggio della quantità di gasolio da inviare alla camera di alta pressione e ai pistoncini pompanti. La valvola è contraddistinta da un connettore di colore marrone. I valori ottimali della pressione di iniezione variano in base al regime motore, al carico motore, alla temperatura di esercizio, alla richiesta di potenza da parte del conducente etc., e sono memorizzati nel modulo di controllo elettronico IDM. La valvola di dosaggio comprende un’elettrovalvola a solenoide comandata elettronicamente dallo stesso modulo IDM con un segnale ad onda quadra a frequenza fissa modulato negativamente a rapporto ciclico variabile che determina l’intensità della corrente di comando della valvola. In base al segnale di comando varia il dosaggio
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Elettrovalvola dosaggio gasolio - sezione 1. Uscita gasolio a bassa pressone verso testa idraulica 2. Guarnizione di tenuta 3. Entrata gasolio a bassa pressione dalla pompa di trasferta 4. Pistoncino di regolazione 5. Corpo valvola 6. Nucleo mobile di regolazione 7. Avvolgimento elettrico 8. Alloggiamento complessivo valvola 9. Molla di bilanciamento
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Caratteristiche e controlli Resistenza avvolgimento: 5-6 Ohm Tensione di alimentazione: +12 Volt dal terminale 5 del relè iniezione Segnale di comando: negativo ad onda quadra dal terminale M4 (C417) del modulo IDM
Con un multimetro in Ohm misurare la resistenza dell’elettrovalvola. Con un multimetro in Volt corrente continua misurare la tensione di alimentazione dell’elettrovalvola sul terminale 1. Per verificare il segnale di comando utilizzare un oscilloscopio collegato sul terminale 2. Relè iniezione (5) Modulo IDM 2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Elettrovalvola dosaggio gasolio 1
G1 (C418) G2 (C419) H2 (C419)
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M4 (C417)
Circuito dell’elettrovalvola dosaggio gasolio schema elettrico
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Segnale di comando dell’elettrovalvola dosaggio gasolio 16
SENSORE PRESSIONE GASOLIO
Sensore di pressione gasolio sull’accumulatore di alimentazione iniettori
Il sensore di pressione gasolio è fissato sull’accumulatore sferico di alimentazione iniettori ed ha la funzione di rilevare la pressione di iniezione del gasolio. E’ un sensore di pressione di tipo piezoresistivo alimentato a tensione costante dal modulo di controllo elettronico IDM. La resistenza interna e la tensione in uscita variano in funzione della deformazione causata dalla pressione alla quale viene sottoposto l’elemento sensibile all’interno del sensore. Il modulo IDM rileva costantemente la pressione del gasolio e la modifica, se necessario, agendo sulla valvola di dosaggio gasolio in modo da mantenerla ai valori ottimali secondo le condizioni di funzionamento del motore. La pressione del gasolio viene modificata in base ai segnali di giri motore, carico motore, posizione acceleratore, massa d’aria aspirata, pressione aria nel collettore, temperatura motore, temperatura gasolio ed altri segnali secondari.
Caratteristiche e controlli Il sensore di pressione gasolio ha 3 terminali: • Negativo, 0V - 0.1V, terminale D2 (C417) del modulo IDM • Segnale pressione (0-5V), terminale D3 (C417) del modulo IDM • Alimentazione +5V, terminale D1 (C417) del modulo IDM Il segnale di pressione presenta una tensione variabile da 0.5V (bassa pressione) fino a 4.5V (alta pressione). Esempio 0.5V a 100 bar, 1.3V a 300 bar, etc. 2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Sensore pressione gasolio 1
P
Modulo IDM
2
D2 (C417) D3 (C417)
3
D1 (C417)
Circuito del sensore di pressione gasolio schema elettrico
SENSORE TEMPERATURA GASOLIO
Il sensore di temperatura gasolio è un termistore, un elemento semiconduttore la cui resistenza varia con la temperatura alla quale viene sottoposto. E’ alloggiato nella parte posteriore del corpo della pompa di alta pressione ed è contraddistinto da un connettore di colore verde. Il sensore trasmette al modulo di controllo elettronico IDM una tensione variabile con la temperatura. Il termistore utilizzato in questo impianto è di tipo NTC, cioè a coefficiente di temperatura negativo. La resistenza interna del sensore e la tensione nel circuito diminuiscono all’aumentare della temperatura. Caratteristiche e controlli Il sensore di temperatura ha 2 terminali: • Negativo di riferimento 0-0.1V - terminale G3 (C417) del modulo IDM • Alimentazione +5V e segnale temperatura terminale G2 (C417) del modulo IDM Il segnale di temperatura presenta una tensione variabile da 4.5 (a freddo) a 0.5V (a caldo) in base alla temperatura raggiunta dal gasolio.
Sensore temperatura gasolio °
Modulo IDM
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t
1
G3 (C417)
2
G2 (C417)
Circuito del sensore di temperatura gasolio schema elettrico Sensore temperatura gasolio sul corpo pompa alta pressione 17
ELETTROINIETTORI
Elettroiniettore sulla testata del motore
Accumulatore pressione di alimentazione iniettori 18
Gli elettroiniettori del sistema Common Rail sono di tipo elettromeccanico e comprendono due parti: la parte superiore con la valvola pilota (val vola di comando iniezione) e l’attuatore elettromagnetico e la parte inferiore comprendente il dispositivo meccanico di iniezione e il corpo pol verizzatore. Il polverizzatore posto all’estremità inferiore è molto simile a quella di un classico iniettore diesel multifori per motori ad iniezione diretta. Gli elettroniettori sono comandati dal modulo elettronico IDM. Negli elettroiniettori common rail, a causa delle elevatissime pressioni di esercizio (da 150 a 1600 bar), non è possibile utilizzare un attuatore elettromagnetico diretto a solenoide simile a quello degli iniettori a bassa pressione per motori a benzina poiché questo, oltre a richiedere una notevole potenza, risulterebbe insufficiente per garantire una perfetta apertura e chiusura dell’iniettore. Per tale ragione viene utilizzato un sistema di comando idraulico a pressione differenziata a comando elettromagnetico. L’iniettore è costantemente alimentato ad alta pressione dal condotto comune attraverso il raccordo e la tubazione di collegamento. Ricordiamo che la combustione avviene quando il gasolio ad alta pressione proveniente dal condotto comune fuoriesce dai fori del polverizzatore fissato nella testata del motore e raggiunge la camera di combustione ricavata nel cielo del pistone. La particolare conformazione interna e i componenti dell’iniettore permettono all’alta pressione di esercitare sull’ago del polverizzatore due differenti forze contrastanti tra loro dovute alle differenti superfici ove viene applicata la
stessa pressione di esercizio. In assenza di comando elettrico la pressione di comando esercitata sulla parte superiore dell’ago di iniezione (nel distanziale) genera una forza maggiore di quella prodotta dalla pressione nella parte inferiore del corpo del polverizzatore; questa differenza tra le due forze mantiene l’iniettore chiuso. Il comando elettrico fornito dal modulo IDM causa lo spostamento dell’attuatore elettromagnetico e della valvola di comando iniezione con riduzione della pressione di comando e il conseguente sbilanciamento delle due forze. A causa di ciò la pressione esercitata sulla parte inferiore dell’ago di iniezione ha il sopravvento sulla pressione di comando e provoca il sollevamento dell’ago e l’apertura dei fori di polverizzazione. Quando termina il comando elettrico la valvola di comando iniezione si richiude e la pressione esercitata sulla parte alta e la parte bassa dell’ago di iniezione si riequalizza. Questo provoca la differenziazione delle forze contrapposte di chiusura e apertura dell’ago con prevalenza della forza di chiusura e spostamento in basso dell’ago di iniezione e conseguente chiusura dei fori di polverizzazione. NOTA: è importante evidenziare che nel sistema Delphi Common Rail il gasolio non viene polverizzato in una sola fase ma in due o tre fasi. E’ sempre presente una brevissima pre-iniezione avente la funzione di iniettare una piccolissima quantità iniziale di gasolio per facilitare l’accensione del gasolio polverizzato nella fase successiva (iniezione principale) al fine di ridurre la rumorosità (battito) tipico dei motori diesel. In alcune particolari condizioni di funzionamento viene effettuata anche una brevissima post-iniezione allo scopo di ridurre le emissioni di ossidi di azoto NOx.
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Elettroiniettore - sezione 1. Entrata gasolio alta pressione 2. Filtro 3. Corpo porta iniettore 4. Ritorno gasolio 5. Connessione elettrica 6. Solenoide comando iniezione 7. Attuatore elettromagnetico 8. Molla smorzatrice 9. Valvola comando iniezione 10. Distanziale adattatore 11. Molla di chiusura ago polverizzatore 12. Corpo polverizzatore 13. Fondello di chiusura 14. Ago polverizzatore 19
Il sistema Common Rail Delphi dispone di un elettroiniettore per cilindro. Gli iniettori sono fissati sulla testata e si affacciano direttamente sulle camere di combustione ricavate nel cielo dei pistoni. Il collegamento con il condotto comune di alimentazione carburante è realizzato mediante dei tubicini in acciaio con raccordi a vite. Il modulo di controllo elettronico IDM comanda gli iniettori mediante impulsi elettrici della durata massima di 1.5 ms (3 ms max in avviamento). Il gasolio pressurizzato ad alta pressione viene iniettato direttamente nelle camere di combustione. Un filtro laminare posto nel raccordo di entrata del carburante previene l’ingresso di impurità all’interno dell’iniettore. Il comando di iniezione avviene singolarmente secondo l’ordine di fase del motore.
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Elettroiniettore, particolare del polverizzatore - sezione 1. Gasolio ad alta pressione 2. Attuatore elettromagnetico 3. Valvola comando iniezione 4. Distanziale 5. Molla di chiusura ago polverizzatore 6. Corpo polverizzatore 7. Fondello di chiusura iniettore 8. Ago polverizzatore 9. Foro polverizzazione gasolio
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Valvola comando iniezione - sezione A. Sede di tenuta conica 20
Funzionamento Il comando degli iniettori è costituito da un negativo intermittente fornito separatamente dal modulo IDM a ciascun iniettore (vedere schemi). Questo negativo di comando degli iniettori viene sempre fornito in due tempi: una brevissima pre-iniezione di durata fissa e l’iniezione vera e propria di durata variabile in base alla quantità di gasolio richiesta ed alla pressione di esercizio. La suddivisione dell’iniezione in due tempi ha lo scopo di ridurre la rumorosità e la fumosità tipica dei motori diesel. Il tempo di iniezione totale dipende principalmente dai segnali in ingresso provenienti dai sensori di posizione acceleratore, di massa aria, di giri motore e di pressione gasolio. In
determinate condizioni di funzionamento viene anche fornita anche una post-iniezione per ridurre la formazione di ossidi di azoto.
Elettroiniettori
1
2
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
3
4
Modulo IDM
1
A4 (C417)
2
B4 (C417)
1
C4 (C417)
2
D4 (C417)
1
E4 (C417)
2
F4 (C417)
1
G4 (C417) H4 (C417)
2
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Segnale di comando elettroiniettori
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Circuito degli elettroiniettori - schema elettrico
Caratteristiche e controlli Resistenza dell’avvolgimento: 0.4-0.5 Ohm Tempo di iniezione: 0.5 – 1.5 (3 ms max) Pressione di iniezione: 150 - 1600 bar regolata dal modulo IDM Segnale di comando: direttamente dai terminali del modulo IDM
Particolare del segnale di comando elettroiniettori
Il segnale di comando iniettori può essere visualizzato mediante un oscilloscopio.
21
MODULI DI CONTROLLO ELETTRONICO PCM E IDM MODULO PCM
91
79 53 27 1
13
92
104 78 52 26
14
C415 © Semantica, 2002
Il modulo di controllo elettronico PCM è posizionato in alto sulla paratia laterale davanti al montante dello sportello anteriore destro.
MODULO IDM
C418 1 2 3 4
H G F E D C B A
C417
A B C D E F G H I K L M
C419 1 2 3 4
A B C D E F G H
1 2 3 4
© Semantica, 2002
Il modulo di controllo elettronico IDM è posizionato sotto il ripiano di supporto della batteria nel vano motore.
22
ALIMENTAZIONE E COLLEGAMENTO MODULI PCM - IDM SCATOLA FUSIBILI VANO MOTORE (30) +12V batteria F 20 10A
F2 20A
F 12 15A
F 23 20A
Relè alimentazione 3
(15) +12V commutatore accensione
1 F 28 10A
5
2 +12V
Relè motore in moto
Relè iniezione 1
3
1
3
2
5
2
5
55 (C415) 97 (C415) 96 (C415)
G1 (C418)
8 (C415)
G2 (C419)
70 (C415)
H2 (C419)
6 (C415) Modulo
Modulo
PCM 13 (C415)
13
15 (C415)
10
16 (C415)
2
49 50 57 25
IDM
Riscaldatore ausiliario 5 3 4 13 1
Presa diagnosi 7
(C415) (C415) (C415) (C415)
A3 (C419) A4 (C419) D4 (C418)
76 (C415) 77 (C415)
H1 (C419)
103 (C415)
H4 (C418)
G1 (C419) G4 (C418)
G1 G24
G37
G1
(31) massa
Circuito alimentazione e collegamento moduli PCM e IDM 23
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Il modulo PCM gestisce l’alimentazione di tutto il sistema di iniezione Common Rail Delphi. Al momento dell’inserimento dell’accensione (15) il segnale di comando a 12V passa attraverso il fusibile F28 e raggiunge il terminale 8 del modulo PCM (connettore unico C 417 a 104 vie) provocando l’attivazione del sistema. Il modulo PCM comanda il relè di alimentazione (o relè di mantenimento potenza) mediante un negativo dal terminale 96 riceve alimentazione di potenza dal relè (terminale 5) sul terminale 97. L’alimentazione permanente dalla batteria (30) sul terminale 55 passa attraverso il fusibile F20 e serve per il mantenimento delle memorie del PCM ad accensione disinserita. Il modulo PCM (con un negativo dal terminale 70) comanda anche il relè dell’iniezione che alimenta il modulo IDM e comanda anche (con un negativo dal terminale 6) il relè motore in moto che attiva il riscaldatore ausiliario del liquido di raffreddamento previsto per i climi freddi. Il collegamento a tre fili tra il modulo PCM e il modulo IDM permette il reciproco scambio di dati operativi finalizzato al corretto funzionamento del sistema. Infatti alcuni segnali in ingresso e in uscita vengono ricevuti ed elaborati dal PCM, altri invece dall’IDM (vedere schema di principio e schemi elettrici successivi). Lo scambio dei dati tra i due moduli avviene in forma digitale codificata. Il modulo PCM trasmette i dati diagnostici, anche quelli relativi al modulo IDM, alla presa diagnosi alla quale è collegato. Il collegamento con la presa diagnosi prevede anche eventuali opera24
zioni di riprogrammazione della EEPROM del PCM attraverso l’apposita porta seriale (Flash) mediante lo strumento diagnostico Ford WDS. Alcuni dati di funzionamento importanti (antifurto PATS, inserimento AC, comando spie, etc.) vengono inoltre scambiati in rete CAN attraverso il computer di bordo.
SENSORE GIRI MOTORE/P.M.S. Modulo IDM
Ruota dentata
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
1
F3 (C417)
2
F2 (C417)
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Sensore giri/P.M.S.
Circuito del sensore di giri motore/P.M.S. schema elettrico
Sensore giri motore/P.M.S. nel basamento
Il sensore di giri/P.M.S. è un generatore di segnali di tipo induttivo collegato al modulo IDM e alloggiato nella parte posteriore del basamento motore. L’albero motore è provvisto di ruota dentata con 36 denti di cui 2 mancanti come riferimento per i punti morti del motore, l’angolo di rotazione compreso da ciascun dente è di 10°. Il sensore genera dei segnali sinusoidali in corrente alternata con frequenza e ampiezza variabili con la velocità di rotazione dell’albero motore. In base a questi segnali il modulo IDM determina il regime del motore e la posizione del PMS ed elabora il segnale di comando degli iniettori (anticipo di iniezione). Caratteristiche e controlli Resistenza dell’avvolgimento:400 - 600 Ohm a 20°C Distanza da ruota dentata: non misurabile Tensione in uscita: oltre 1.5 Volt C.A. in avviamento
La resistenza dell’avvolgimento deve essere misurata con un multimetro predisposto in Ohm; per maggior sicurezza è opportuno misurare in maniera analoga anche l’isolamento dalla massa. La tensione in uscita può essere misurata con un multimetro predisposto in Volt in corrente alternata. In entrambi i casi la lettura deve essere effettuata direttamente sui terminali del sensore o sui corrispondenti terminali sul connettore C417 del modulo IDM (scollegato). Il segnale sinusoidale in uscita può essere visualizzato in maniera analoga, sia in avviamento che a motore in moto, mediante un oscilloscopio. ATTENZIONE: il segnale del sensore di giri motore/PMS è di fondamentale importanza per l’avviamento del motore e per la sua continuità di funzionamento.
25
SENSORE RIFERIMENTO CILINDRO 1
Sensore di riferimento cilindro 1 sul coperchio testata
Il sensore di riferimento cilindro 1, denominato anche sensore di fase motore, è un sensore a effetto Hall che genera dei segnali a onda quadra. Il sensore è collegato al modulo IDM ed è fissato sul coperchio della testata in corrispondenza dell’albero a camme. Il segnale di riferimento per la fase del motore, generato al passaggio di una ruota dentata ricavata nello stesso albero a camme viene utilizzato dal modulo IDM solo durante l’avviamento del motore al fine di riconoscere la posizione del cilindro 1 (e di conseguenza anche degli altri cilindri) e atti vare la corretta sequenza di comando degli iniettori secondo l’ordine di accensione del motore. Un’avaria in questo sensore si manifesta sotto forma di mancato avviamento. Caratteristiche e controlli Il sensore di posizione cilindri ha 3 terminali: • Alimentazione +5V, dal terminale E1 (C417) del modulo IDM 26
• Segnale in uscita, onda quadra 0-5V verso il terminale E3 (C417) del modulo IDM • Negativo di riferimento, dal terminale E2 (C417) del modulo IDM Il segnale in uscita di 0-5V tra il terminale 2 e la massa può essere verificato con un multimetro predisposto in Volt corrente continua durante la rotazione dell’albero a camme. Sollevare la vettura da un lato e far girare la corrispetti va ruota motrice dopo aver innestato la 4a o 5a marcia. Il segnale può essere verificato anche a motore in moto mediante un oscilloscopio.
Riferimento albero a camme
Modulo IDM
1 2 3
E1 (C417) E3 (C417) E1 (C417)
Sensore riferimento cilindro 1
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Circuito del sensore di fase motore – schema elettrico
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Segnale del sensore di riferimento cilindro 1
SENSORE MASSA ARIA ASPIRATA (con sensore di temperatura aria)
Sensore massa aria aspirata (flussometro a filò caldo)
Il sensore massa aria è posizionato nel condotto di aspirazione tra il filtro aria e il turbocompressore ed è collegato al modulo PCM; la sua funzione è di misurare la quantità d’aria aspirata dal motore durante il suo funzionamento al fine di determinare la quantità di gasolio da fornire attraverso gli elettroiniettori. Si tratta di un sensore di flusso a film caldo a lettura diretta controllato da un circuito elettronico (amplificatore operazionale) integrato al suo interno. Il corpo del sensore contiene due condotti: quello principale di passaggio aria e quello secondario di misurazione aria. Quest’ultimo contiene due sonde conduttrici, una fredda e una calda, controllate dall’amplificatore operazionale per la misurazione della quantità d’aria aspirata durante il funzionamento del motore. La sonda fredda viene mantenuta alla temperatura dell’aria ambiente mentre la sonda calda viene alimentata da una corrente che la mantiene a una temperatura di 120°C
superiore a quella ambiente. Il flusso d’aria tende ad raffreddare e quindi a diminuire la resistenza della sonda calda mentre il circuito elettronico di controllo, per reazione, la aumenta incrementando la corrente passante allo scopo di mantenere costante la differenza di temperatura tra la sonda calda e quella fredda. La corrente inviata dal circuito di controllo alla sonda calda è proporzionale al flusso d’aria che attraversa il condotto di misurazione del flussometro e fornisce la misura esatta della quantità d’aria che alimenta il motore permettendo così ai moduli PCM e IDM di determinare la quantità di gasolio da iniettare (pressione e tempo di iniezione). Oltre alle sonde di misurazione della massa aria il flussometro contiene anche un termistore NTC a coefficiente di temperatura negativo specifico per la misurazione della temperatura dell’aria aspirata separato dal circuito del sensore massa aria.
+12V relè alimentazione (5) Flussometro massa aria con sensore temperatura aria Modulo PCM °
t
1
38 (C415) (+)
2 3 4 5
36 (C415) (-) 88 (C415) (+)
6
91 (C415) (-)
massa (31)
© Semantica, 2002
Circuito del sensore massa aria - schema elettrico 27
Caratteristiche e controlli Il sensore della massa d’aria ha 6 terminali: • Alimentazione +5V e segnale temperatura aria: 2.2V a 20°C circa - dal terminale 38 (C415) del modulo PCM • Alimentazione +12V - dal terminale 5 del relè alimentazione • Negativo alimentazione - dalla massa • Negativo di riferimento - dal terminale 36 (C415) del modulo PCM • Segnale massa aria: da 0 a 5V - al terminale 88 (C415) del modulo PCM • Negativo sensore temperatura - dal terminale 91 (C415) del modulo PCM
Dopo il controllo delle tensioni di alimentazione misurare il segnale massa aria e il segnale di temperatura aria con un multimetro in Volt corrente continua. Valori caratteristici indicativi del segnale massa aria misurato sul terminale 5 Regime motore (giri/min.)
Tensione in uscita (Volt)
Minmo 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
1.800 1.500 1.900 2.400 2.600 3.400 3.700 4.000
NOTA: i suddetti valori indicativi sono riferiti a veicolo fermo e possono variare in base alla temperatura di esercizio del motore. 28
SENSORE POSIZIONE PEDALE ACCELERATORE Il sensore di posizione acceleratore è fissato accanto al pedale dell’acceleratore al quale è collegato meccanicamente. E’ costituito da tre potenziometri collegati elettricamente al modulo PCM. I potenziometri sono alimentati a tensione costante di 5V e convertono il movimento del pedale dell’acceleratore in tensioni variabili per il modulo PCM al fine di riconoscere la posizione del pedale (carico motore) e le modalità di accelerazione (richiesta di potenza). L’utilizzo di tre potenziometri al posto di uno solo assicura sia una maggior precisione della lettura sia una maggior sicurezza in caso di avaria di uno dei due componenti. Ricordiamo che questo segnale è di fondamentale importanza per il modulo PCM e per il modulo IDM al fine di adeguare il tempo e la pressione di iniezione (e quindi il rapporto aria-carburante) alle esigenze di guida del conducente e alle condizioni di funzionamento del motore. Caratteristiche e controlli Il sensore di posizione acceleratore ha 10 terminali: 1. Non utilizzato 2. Negativo riferimento potenziometro 1 - terminale 51 (C415) PCM 3. Alimentazione +5V potenziometro 1 - terminale 39 (C415) PCM 4. Segnale posizione potenziometro 3 - da 1.38 a 3.9V - terminale 5 (C415) PCM 5. Segnale posizione potenziometro 2 - da 0.76 a 3.3V - terminale 4 (C415) PCM
6. Negativo riferimento potenziometro 3 - terminale 91 (C415) PCM 7. Segnale posizione potenziometro 1 - da 0.77 a 3.3V - terminale 7 (C415) PCM 8. Alimentazione +5V potenziometro 3 - terminale 90 (C415) PCM 9. Negativo riferimento potenziometro 2 - terminale 91 (C415) PCM 10.Alimentazione +5V potenziometro 2 - terminale 90 (C415) PCM Utilizzando un multimetro in Volt corrente continua misurare le alimentazioni a 5V e i negativi forniti dal modulo PCM. Misurare le tensioni in uscita rispetto ai negativi dai terminali previsti per ciascun potenziometro verificando che le variazioni di tensione avvengano in modo continuo senza interruzioni o sbalzi improvvisi durante tutta l’escursione dell’acceleratore.
Sensore posizione acceleratore 7
7 (C415)
2 3
51 (C415) 39 (C415)
4
5 (C415)
2
8 6
90 (C415) 91 (C415)
3
9 10
1 2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Modulo PCM
5
4 (C415)
Circuito sensore posizione acceleratore schema elettrico
SENSORE TEMPERATURA MOTORE Il sensore di temperatura motore è un termistore, un elemento semiconduttore la cui resistenza varia con la temperatura. E’ alloggiato nella testata ed è collegato al modulo PCM. La temperatura del motore viene rilevata per contatto diretto sul metallo della testata. Questa soluzione presenta il vantaggio di rilevare la effettiva temperatura del motore anche in caso di eventuale perdita del liquido di raffreddamento. Il segnale trasmesso al modulo PCM è una tensione variabile con la temperatura. Il termistore utilizzato in questo impianto è di tipo NTC, a coefficiente di temperatura negativo. La resistenza interna del sensore e la tensione nel circuito sono inversamente proporzionali alla temperatura. All’aumentare della temperatura della testata diminuisce la resistenza interna del sensore e diminuisce anche la tensione sul terminale 1. NOTA: il sensore di temperatura motore serve anche per comandare le elettroventole di raffreddamento motore attraverso la rete CAN.
Caratteristiche e controlli Il sensore di temperatura ha 2 terminali: • Alimentazione +5V e segnale temperatura terminale 14 (C415) PCM • Negativo di riferimento - terminale 91 (C415) PCM Con un multimetro predisposto in Volt corrente continua misurare la tensione di alimentazione con il connettore scollegato e quindi la variazione di tensione in funzione della temperatura con il connettore collegato. 29
Sensore temperatura testata
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
°
Modulo PCM
t
1
14 (C415)
2
91 (C415)
Circuito del sensore di temperatura motore schema elettrico
SENSORE TEMPERATURA ARIA COMPRESSA
vo per il quale valgono le stesse considerazioni del sensore di temperatura motore tenendo conto della diversa escursione di temperatura alla quale viene sottoposto e del differente collegamento elettrico. Il segnale di temperatura dell’aria compressa (normalmente più alta dell’aria aspirata) permette al modulo IDM (in comunicazione con il modulo PCM) di adeguare l’anticipo di iniezione per ottimizzare la combustione e di adeguare la pressione di sovralimentazione per evitare eccessivi innalzamenti della temperatura dell’aria compressa con conseguenti cali di rendimento del motore. Caratteristiche e controlli Il sensore di temperatura ha 2 terminali: 1. Alimentazione +5V e segnale temperatura terminale 3(C415) del modulo PCM 2. Negativo di riferimento - terminale 91 (C415) del modulo PCM
La tensione sul terminale 1 varia in base alla resistenza del termistore: aumenta a bassa temperatura e diminuisce ad alta temperatura.
Sensore temperatura aria compressa Sensore temperatura aria
Il sensore di temperatura aria compressa è alloggiato sul lato sinistro dello scambiatore di calore aria-aria che raffredda l’aria compressa proveniente dal turbocompressore ed è collegato al modulo PCM. E’ un termistore di tipo NCT, cioè a coefficiente di temperatura negati30
°
Modulo PCM
t
1
3 (C415)
2
91 (C415)
Circuito del sensore temperatura aria - schema elettrico
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
SENSORE PRESSIONE COLLETTORE ARIA (pressione di sovralimentazione)
modulo PCM di controllare la pressione di sovralimentazione e di adeguare la quantità di gasolio da iniettare e l’anticipo di iniezione. Caratteristiche e controlli Il sensore di pressione ha 3 terminali: • Alimentazione +5V - terminale 90 (C415) PCM • Segnale pressione: 1.5V a pressione atmosferica - terminale 34 (C415) PCM • Negativo di riferimento - terminale 91 (C415) PCM
Sensore della pressione collettore
Il sensore della pressione collettore è fissato accanto al duomo dell’ammortizzatore sinistro (lato guida) ed è collegato al collettore di aspirazione mediante un tubicino. Elettricamente è collegato al modulo PCM al quale trasmette il segnale di pressione. La sua funzione è quella di rilevare la pressione dell’aria nel collettore di aspirazione che varia da 1 bar a livello del mare fino a 2.2 bar con il turbocompressore alla massima pressione di sovralimentazione. Internamente il sensore è prov visto di una capsula sigillata con una membrana piezoresistiva deformabile (estensimetro) la cui resistenza varia in funzione della deformazione subita. Un lato della membrana è sottoposto al vuoto assoluto di riferimento, mentre l’altro lato è comunicante con il collettore di aspirazione attraverso un tubicino. Al variare della pressione varia la deformazione della membrana e per conseguenza anche la tensione in uscita dal sensore. Questo permette la
Con un multimetro in Volt corrente continua misurare la tensione di alimentazione a 5V, quindi misurare la tensione in uscita (segnale pressione) servendosi di una pompetta a depressione e pressione collegata al sensore. La tensione base è di 1.5V a pressione atmosferica a livello del mare. Applicando una depressione la tensione diminuisce da 1.5V a 0V; applicando una pressione la tensione aumenta da 1.5V a 5V. La tensione in uscita deve variare in modo continuo senza presentare interruzioni o sbalzi di tensione al variare della pressione o della depressione. Sensore pressione aria collettore 1
P
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Modulo PCM
2
90 (C415) 34 (C415)
3
91 (C415)
Circuito del sensore di pressione collettore schema elettrico 31
SENSORE VELOCITA’ VEICOLO Il sensore di velocità è fissato sul cambio ed è collegato al modulo PCM. Si tratta di un sensore a effetto Hall che genera un segnale a onda quadra con frequenza proporzionale alla velocità del veicolo. Il segnale di velocità viene utilizzato dal modulo PCM per apportare delle correzioni alla pressione del gasolio, al tempo di iniezione e al comando della valvola EGR al fine di garantire un funzionamento regolare ed omogeneo del motore nella marcia a bassa velocità e a basso regime. +12V relè alimentazione (5) Sensore velocità veicolo 1 2 3
Con un multimetro predisposto in Volt corrente continua misurare il segnale in uscita di 0-5V tra il terminale 2 e la massa durante la rotazione della trasmissione. Sollevare la vettura da un lato e far girare la corrispettiva ruota motrice dopo aver innestato la 4a o 5a marcia. Il segnale può essere verificato anche a motore in moto mediante un oscilloscopio.
ELETTROVALVOLA REGOLAZIONE EGR
2
Modulo PCM 58 (C415)
1 massa (31)
© Semantica, 2002
Circuito del sensore di velocità veicolo schema elettrico
Caratteristiche e controlli Il sensore di velocità ha 3 terminali: • Alimentazione +12V, dal terminale 5 del relè alimentazione • Segnale in uscita, onda quadra 0-5V verso il terminale 58 (C415) PCM • Negativo di riferimento, dalla massa veicolo 32
Elettrovalvola regolazione depressione EGR (1) e attuatore comando EGR (2)
Il sistema EGR (Exhaust Gas Recirculation – ricircolo dei gas di scarico) serve a introdurre una piccola quantità di gas combusti nel collettore di aspirazione al fine di ridurre le emissioni di ossidi di azoto NOx allo scarico. I motori diesel sovralimentati sono particolarmente predisposti a produrre le suddette emissioni inquinanti. Il dispositivo è composto da una valvola di passaggio gas comandata a depressione fissata sul collettore di scarico e da un’elettroval-
vola regolatrice della depressione comandata dal modulo di controllo PCM. La valvola permette il passaggio di una piccola quantità di gas combusti verso il collettore di aspirazione attraverso un apposito condotto quando viene azionata dal polmoncino a depressione. L’elettrovalvola comandata dal modulo PCM controlla la depressione nel polmoncino al fine di regolare l’apertura della valvola ed il passaggio dei gas combusti verso il collettore di aspirazione. La depressione necessaria per l’azionamento del sistema viene prodotta da una pompa a depressione meccanica che alimenta anche il circuito del servofreno. La valvola EGR viene comandata in base ai segnali di giri motore, massa aria, temperatura aria, temperatura motore, carico motore.
Con un multimetro predisposto in Ohm misurare la resistenza sui terminali dell’elettrovalvola. Con un multimetro predisposto in Volt corrente continua misurare la tensione di alimentazione dell’elettrovalvola sul terminale 2. Per verificare il segnale di comando occorre utilizzare un oscilloscopio collegato sul terminale 1.
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Segnale di comando elettrovalvola regolazione EGR
+12V relè alimentazione (5)
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Elettrovalvola regolazione EGR
Modulo PCM
2
97 (C415)
1
83 (C415)
Circuito dell’elettrovalvola di regolazione EGR
Caratteristiche e controlli Resistenza dell’avvolgimento: 12 Ohm Tensione di alimentazione: 12 V dal terminale 5 del relè di alimentazione Segnale di comando: negativo ad onda quadra con rapporto ciclico variabile - dal terminale 83 (C415) PCM 33
ELETTROVALVOLA REGOLAZIONE PRESSIONE SOVRALIMENTAZIONE
Elettrovalvola di controllo pressione sovralimentazione
L’elettrovalvola di controllo della pressione di sovralimentazione serve a regolare elettronicamente la pressione dell’aria fornita dal turbocompressore al motore nelle varie condizioni di funzionamento. L’elettrovalvola è interposta nella tubazione di collegamento tra il collettore di aspirazione e l’attuatore meccanico di controllo del turbocompressore (waste-gate) ed è collegata al modulo PCM. L’elettrovalvola controlla il passaggio della pressione di comando sull’attuatore. Il modulo PCM rileva la pressione dell’aria nel collettore di aspirazione attra verso il sensore della pressione assoluta e comanda la l’elettrovalvola di controllo allo scopo di mantenere la pressione di sovralimentazione entro i valori previsti. Il segnale di comando è costituito da un negativo a onda quadra a frequenza costante e rapporto ciclico variabile. Quando l’elettrovalvola di controllo 34
pressione viene comandata dal modulo PCM la pressione di sovralimentazione si riduce poiché la pressione generata dal turbocompressore viene interamente trasmessa alla valvola wastegate con conseguente apertura della stessa val vola e deviazione dei gas di scarico verso lo scappamento anziché verso la turbina. Inoltre viene anche modificato l’angolo delle palette di portata del flusso all’interno della turbina a geometria variabile per variare la velocità del turbocompressore. Quando l’elettrovalvola è disattivata la pressione di sovralimentazione aumenta poiché la pressione di comando viene scaricata esternamente attraverso un condotto calibrato anziché essere trasmessa alla valvola waste-gate. In questo caso la chiusura della valvola fa aumentare il flusso dei gas di scarico verso la turbina con conseguente aumento della velocità di rotazione del turbocompressore e del flusso d’aria che alimenta il motore.
+12V relè alimentazione (5) Elettrovalvola regolazione pressione sovralimentazione
Modulo PCM
1 2
52 (C415)
Circuito dell’elettrovalvola di regolazione sovralimentazione – schema elettrico
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Caratteristiche e controlli Resistenza dell’avvolgimento: 12 Ohm Tensione di alimentazione: 12 V dal terminale 5 del relè di alimentazione Segnale di comando: negativo ad onda quadra con rapporto ciclico variabile - dal terminale 52 (C415) PCM
Con un multimetro predisposto in Ohm misurare la resistenza sui terminali dell’elettrovalvola. Con un multimetro predisposto in Volt corrente continua misurare la tensione di alimentazione dell’elettrovalvola sul terminale 1. Per verificare il segnale di comando occorre utilizzare un oscilloscopio collegato sul terminale 2.
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Segnale di comando dell’elettrovalvola di regolazione sovralimentazione
ELETTROVALVOLA DI CHIUSURA FARFALLA INTERDIZIONE ARIA
2
1
Elettrovalvola (1) di comando dell’attuatore (2) di chiusura farfalla interdizione aria
Il sistema Common Rail Delphi prevede l’utilizzo di una valvola a farfalla nel collettore di aspirazione per ridurre la quantità d’aria aspirata dal motore in determinate condizioni di funzionamento. La valvola a farfalla viene azionata da un apposito attuatore a depressione controllato elettronicamente attraverso un’elettrovalvola comandata dal modulo PCM. La valvola a farfalla, che solitamente non è presente nei motori diesel, è normalmente aperta per non ostacolare il flusso d’aria che alimenta il motore e viene chiusa parzialmente per ridurre la quantità d’aria aspirata dal motore solo in 35
determinate condizioni di funzionamento (ad esempio al minimo dopo un’accelerata) allo scopo di ridurre le emissioni di ossidi di azoto NOx senza dover ricorrere ad un eccessivo intervento della valvola EGR con conseguente instabilità del minimo. Caratteristiche e controlli • Resistenza dell’avvolgimento: 40 Ohm • Tensione di alimentazione: 12 V dal terminale 5 del relè di alimentazione • Segnale di comando: negativo ad onda quadra con rapporto ciclico variabile - dal terminale 47 (C415) PCM
Con un multimetro predisposto in Ohm misurare la resistenza sui terminali dell’elettrovalvola. Con un multimetro predisposto in Volt corrente continua misurare la tensione di alimentazione dell’elettrovalvola sul terminale 2. Per verificare il segnale di comando occorre utilizzare un oscilloscopio collegato sul terminale 1.
+12V relè alimentazione (5) Elettrovalvola comando farfalla interdizione aria
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Modulo PCM
2 1
47 (C415)
Circuito dell’elettrovalvola di comando farfalla interdizione aria - schema elettrico
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SENSORE DETONAZIONE
© Semantica, 2002
Sensore di detonazione sul monoblocco
Il sensore di detonazione e fissato sul monoblocco sotto la testata ed è collegato elettricamente al modulo IDM. Esso rileva le vibrazioni prodotte dalla combustione all’interno motore durante il funzionamento e le converte in segnali elettrici in corrente alternata. E’ costituito da un cristallo piezoelettrico sensibile alle vibrazioni prodotte dalla combustione detonante (battito in testa) che nel motore diesel sono dovute soprattutto all’accensione repentina di una eccessiva quantità di gasolio . In caso di detonazione all’interno della camera di combustione il sensore genera dei segnali ben identificabili dal modulo IDM che interviene variando l’anticipo di iniezione e la durata delle pre-iniezioni pilota. Caratteristiche e controlli Impedenza interna: 5 MOhm circa Frequenza di risonanza: 20 kHz. Segnale in uscita: 10-150 mV in C.A.
Con un multimetro predisposto in Ohm misurare la resistenza sui terminali del sensore. Con un multimetro predisposto in milliVolt corrente alternata misurare la tensione generata dal sensore a motore in moto e sotto accelerazione; la tensione aumenta all’aumentare del rumore prodotto dal motore. Per verificare il segnale generato dal sensore collegare un oscilloscopio ai terminali del sensore.
Modulo IDM
COLLEGAMENTO CON ALTERNATORE
Connettore di collegamento tra alternatore e PCM
Sensore detonazione 2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
1
G1 (C417)
2
F1 (C417) K1 (C417)
Circuito del sensore di detonazione - schema elettrico
Il modulo PCM comunica con il regolatore elettronico dell’alternatore per scambiare informazioni importanti sullo stato di carica della batteria e la richiesta di corrente dell’impianto elettrico. Il regolatore elettronico dell’alternatore trasmette al modulo PCM il segnale relativo alla corrente di ricarica della batteria (segnale di intensità di campo elettromagnetico) allo scopo di assicurare un regime di minimo costante indipendentemente dal carico elettromeccanico imposto dall’alternatore al motore attraverso la cinghia di trascinamento per sopperire alle richieste del circuito elettrico. Il segnale di intensità di carica è costituito da un’onda quadra a rapporto ciclico variabile in base all’intensità della corrente di carica del circuito. Il modulo PCM, a sua volta, trasmette al regolatore elettronico dell’alternatore un segnale di comando per la tensione di carica in base alle condizioni di funzionamento del motore e alle condizioni ambientali. La carica 37
della batteria può essere effettuata a tensione normale (13.5 - 14V) oppure a tensione alta (15V) in base alla temperatura ambiente e all’inserimento di utilizzatori elettrici (fari, lunotto termico, riscaldatori, etc.) nonché all’intervallo di tempo tra un avviamento e l’altro, soprattutto in caso di avviamenti ripetuti a bassa temperatura. In queste condizioni il modulo PCM comanda al regolatore dell’alternatore di effettuare la ricarica della batteria a tensione alta di 15V allo scopo di ripristinarne la carica completa nel più breve tempo possibile. La durata della carica a tensione alta è determinata dal PCM e varia in base alle condizioni di esercizio della vettura e alle condizioni climatiche (generalmente dura pochi minuti). Alla scadenza del tempo previsto viene ripristinata la carica normale alla tensione di 13.5-14V. Per questo motivo è possibile osser vare una lieve diminuzione dell’intensità delle luci dopo qualche minuto dall’avviamento del motore.
RELE’ RISCALDAMENTO CANDELETTE + 12V batteria (30) F2 20A
F 24 30A
5
3
2
1
5
3
2
1
Relè alimentazione
96 (C415) Relè 1 preriscaldamento 98 (C415) F3 40A 5
3
2
1
Modulo PCM
Relè 2 preriscaldamento 75 (C415)
Candelette preriscaldamento
massa (31)
Regolatore alternatore
2 0 0 2 , a c i t n a m e S ©
Modulo PCM
1
32 (C415)
2
72 (C415)
Collegamento tra PCM e regolatore dell’alternatore schema elettrico
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© Semantica, 2002
Circuito dei relè di riscaldamento candelette schema elettrico
I relè di riscaldamento alimentano le candelette di preriscaldamento prima e dopo l’avviamento del motore. I tempi di accensione delle candelette vengono determinati dal modulo PCM in base alla temperatura del motore e alla tempe-
