proiect common rail
DESCRIPTION
.TRANSCRIPT
PROIECT
SISTEMUL DE INJECTIE COMMON
RAIL
CAPITOLUL 1. Introducere
Într-o lume care se află într-o continuă dezvoltare, o lume în care invenţia s-a transformat
într-o optimizare neîntreruptă a tehnologiei, simplitatea construcţiei aparatelor / utilajelor a
dispărut, amplificându-se astfel diversitatea şi aprofundarea acestora.
Fiecare element (parte componentă) dintr-un aparat/utilaj etc. a fost modificat din forma iniţială
cu scopul îmbunătăţirii caracteristicilor acestuia şi ale întregului ansamblu.
Motorul diesel modern este o îmbinare a creațiilor a doi inventatori. În mare, rămâne fidel
conceptului original al lui Rudolf Diesel, adică combustibilul este aprins prin comprimarea
aerului din cilindru. Însă, aproape toate motoarele diesel de azi folosesc așa-numitul sistem de
injecție solidă, inventat de Herbert Akroyd Stuart, pentru motorul său cu cap incandescent (un
motor cu aprindere prin comprimare care precedase motorul diesel, dar funcționează oarecum
diferit). În cazul injecției solide, combustibilul este adus la o presiune extremă cu ajutorul unor
pompe și introdus în camera de ardere prin intermediul unor injectoare și a aerului comprimat,
într-o stare aproape solidă. La început, combustibilul era injectat în motorul diesel cu ajutorul
aerului comprimat care îl pulveriza în cilindru. Mărimea compresorului de aer era atât de mare,
încât primele motoare diesel erau foarte grele și voluminoase în raport cu puterea produsă, mai
ales datorită antrenării unor astfel de compresoare. Primele motoare montate pe nave aveau un
motor auxiliar dedicat antrenării compresorului de injecție. Sistemul era prea mare și greoi
pentru a fi folosit în industria auto.
In continuare este prezentata dezvoltarea motoarelor diesel in ordine cronologica.
1897: Rudolf Diesel construieşte primul prototip funcţional de motor.
1908: Prosper L'Orange împreună cu Deutz dezvoltă o pompă de injecţie cu injector
1930: Primul automobil echipat cu un motor diesel construit de Cummins
1933: Citroen Rosalie – primul automobil european prototip cu motor diesel
1936: Mercedes-Benz 260D primul automobil de serie cu motor diesel
1968: Peugeot introduce primul 204 cu motor diesel montat transversal şi tracţiune pe puntea faţă
2
1986: Bosch lansează EDC pe modelul BMW 524D
1994: Bosch produce sistemele de injecţie pompă injector
1997: Alfa Romeo 156 - primul automobil cu sistem de injecţie cu rampă comună (Common
Rail)
2007: BMW lansează pe modelele de serie sisteme de injecţie cu rampă comună cu presiunea de
injecţie maximă de 2000 bari
Fig. 1. Producătorii sistemelor de injecţie de combustibil pentru automobile.
Sursa: e-automobile.ro
La nivel mondial există patru mari producători de sisteme de injecţie pentru automobile.
Piaţa este împărţită de Bosch, Continental, Delphi, şi Denso. De asemenea automobilele din
grupul Fiat echipează unele din motoarele sale cu sisteme de injecţie produse de Magneti
Marelli.
3
Sistemele de injecţie pentru motoare diesel se pot clasifica în funcţie de o multitudine de
criterii. În continuare voi face o scurta prezentare a sistemelor de injecţie directă şi indirectă,
evoluţia şi tipul acestora precum şi despre modul de funcţionare al fiecărei componente
CAPITOLUL 2. Tipuri de sisteme de injectie
2.1 Injecţia indirectă (cu pre-cameră)
La motoarele diesel cu injecţie indirectă combustibilul este injectat într-o precameră
supraîncălzită. Aprinderea combustibilului este iniţiată în precameră iar apoi este propagată în
cilindru unde are loc arderea propriu-zisă a amestecului aer-combustibil. Pre-camera reprezintă
aproximativ 40% din volumul total al camerei de ardere.
Fig. 2. Sistem de injecţie indirectă diesel cu pre-cameră
Sursa: Bosch
Elementele componente ale sistemului de injecţie:
1. injector
2. bujie incandescenta
4
3. pre-cameră
4. chiulasa
5. cilindru
Pre-camera este atent concepută pentru a asigura amestecarea corespunzătoare a
combustibilului pulverizat cu aerul comprimat supraîncălzit. Astfel se reduce viteza de ardere
care are ca efect reducerea zgomotului datorat arderii precum şi a solicitărilor mecanice asupra
pieselor motorului. Cu toate acestea utilizarea unei pre-camere are dezavantajele unor pierderi
adiţionale de căldură care se traduce într-un randament mai mic. În plus pre-camera necesită
utilizarea unor bujii incandescente pentru a facilita pornirea.
În cazul injecţiei indirecte aerul se mişcă cu viteză ridicată îmbunătăţind astfel
omogenizarea amestecului aer-combustibil. Acest avantaj simplifică construcţia injectorului şi
permite utilizarea de motoare cu capacitate cilindrică mai mică, cu toleranţe de construcţie mai
permisive deci mai puţin costisitoare şi mai fiabile.
Prin comparaţie sistemele de injecţie directă combină mişcare mai lentă a aerului cu
mişcare rapidă a combustibilului injectate la o presiune mare.
Avantajele utilizării injecţiei indirecte sunt următoarele:
o se poate utiliza la motoarele cu capacitate cilindrică mică
opresiunea de injecţie necesară este relativ scăzută (100-300 bari) deci costul unui injector
este redus
o turaţia maximă a motorului poate atinge valori de 6000 rot/min datorită arderii divizate
Dezavantajele utilizării unei astfel de soluţii se rezumă la:
o consum specific ridicat datorită pierderilor prin căldură şi a pierderilor de presiune în
timpul arderii
o tensiuni termice şi mecanice concentrate pe anumite porţiuni ale pistonului şi a camerei
de ardere ce conduc la limitarea puterii maxime ce poate fi obţinută din motor
Soluţia de injecţie indirectă cu pre-camera a fost utilizată începând cu anii 1920.
5
Tehnologia de injecţie directă era cunoscută la aceea vreme dar se utiliza în general doar pe
camioane. Motivul era zgomotul şi vibraţiile puternice specifice injecţiei directe, fenomene mai
puţin controlabile la aceea vreme. Pe motoarele diesel moderne injecţia indirectă nu se mai
utilizează în principal datorită consumului specific ridicat şi în al doilea rând datorită limitării
performanţelor dinamice.
2.2 Injecţia directă
De reţinut că motoarele diesel moderne sunt în exclusivitate cu injecţie directă! Spre
deosebire de injecţia indirectă, la care combustibilul se injectează într-o pre-cameră, la injecţia
directă motorina se injectează direct în cilindru. Procesul de injecţie este caracterizate de
pulverizarea combustibilului, încălzirea, evaporarea şi amestecul acestuia cu aerul. Specific
motoarelor diesel cu injecţie directă sunt presiunile mari ale combustibilului (până la 2000 bari)
şi rapoartele mari de comprimare (17-19).
Fig. 3. Sistem de injecţie directă diesel
Sursa: Bosch
O caracteristică specifică motoarelor diesel cu injecţie directă este forma pistonului.
Camera de ardere este formată în principal de cavitatea din capul pistonului care de cele mai
multe ori are forma secţiunii asemănătoare cu litera grecească omega.
6
2.3 Sistemele de injecţie pentru un motor diesel
Motoarele diesel sunt caracterizate în principal de randament ridicat, în comparaţie cu
motoarele pe benzină, ceea ce conduce la un consum mai scăzut de combustibil. Reglementările
tot mai stricte în ceea ce priveşte emisiile poluante, zgomotul şi nevoia de reducere a consumului
de combustibil au făcut ca sistemele de injecţie să evolueze în mod considerabil.
Sistemele de injecţie de motorină, mai ales cele cu injecţie directă, necesită presiuni mari
ale combustibilului. Din acest motiv toate pompele de injecţie trebuie să fie de tipul cu piston,
deoarece numai o astfel de pompă asigură presiunea necesară pentru pulverizare.
În cazul automobilelor cu motoare diesel sunt utilizate mai multe tipuri de sisteme de
injecţie. Primele tipuri utilizate, începând cu anii 1930, sunt cele cu pompe de injecţie cu
elemente în linie. Generaţiile următoare de sisteme, din anii 1970, sunt cu pompe cu distribuitor
rotativ. Din 1997 sistemele de injecţie cu rampă comună încep să echipeze motoarele diesel.
În tabelul de mai jos găsiţi o clasificare a sistemelor de injecţie produse de compania Bosch.
Tipul de sistem de injecţiePresiunea
maximă
de lucru [bar]
Tipul
controlului
Injecţie
în cilindru
Numărul de
cilindrii
al motorului
M (pompă cu elemente în linie) 550mecanic
electronicindirectă 4...6
MW (pompă cu elemente în linie) 1100 mecanic directă 4...8
VE (pompă cu distribuitor rotativ
şi piston axial)1400
mecanic
electronic
indirectă
directă3...6
VR (pompă cu distribuitor rotativ
şi piston radial)1700 electronic directă 4...6
UIS(pompă - injector) 2000 electronic directă 4...6
CR(rampă comună) 2000 electronic directă 3...16
2.3.1 Sistemul de injecţie cu pompă cu elemente în linie
7
Primele tipuri de sisteme de injecţie sunt reprezentate de cele cu pompe cu elemente în
linie.
Fig.4. Pompă de injecţie diesel Bosch cu elemente în linie M - varianta cu control
mecanic
Sursa: Bosch
Elementele componente ale pompei:
1. cremalieră de comandă
2. arbore cu came de antrenare
3. racorduri injectoare
Caracteristicile principale ale pompei cu elemente în linie:
opentru fiecare injector pompa este prevăzută cu un element de pompare (piston)
opistoanele sunt acţionate prin intermediul unui arbore cu came conectat la arborele cotit
al motorului
o cantitate de combustibil injectată este reglată cu ajutorul unei cremaliere comandată de
pedala de acceleraţie
8
o fiecare element de pompare este conectat la injector prin intermediul unor conducte de
înaltă presiune
Fig.5. Sistem de injecţie diesel cu pompă cu elemente în linie
Sursa: Bosch
În figura alăturată este prezentată o pompă de injecţie cu elemente în linie împreună cu
restul pieselor ce compun sistemul de injecţie. Combustibilul este aspirat din rezervor cu ajutorul
unei pompe de transfer, numită şi pompă de joasă presiune, şi transferat către filtru de motorină.
După filtrare combustibilul este introdus în pompa de înaltă presiune, cu elemente în linie,
comprimat şi transferat către injectoare prin intermediul conductelor de legătură.
9
Fig.6. Pompă de injecţie diesel cu elemente în linie pentru un motor de 12 cilindrii
Foto: Wikipedia Commons
Aceste tipuri de pompe de injecţie pot ridica presiunea de injecţie până la 1200 bari.
Motoarele diesel moderne nu mai folosesc pompele de injecţie cu elemente în linie datorită
controlului rudimentar al presiunii de injecţie precum şi a cantităţii de combustibil injectată. De
asemenea un inconvenient este dat de faptul că dimensiunile pompei şi numărul de elemente de
pompare depinde de numărul de cilindrii al motorului. Aplicaţiile pe care se utilizează aceste
pompe, cu mai mult de 6 pistoane, sunt în general vehiculele de transport, autobuzele, utilajele
agricole precum şi motoarele staţionare.
În filmul de mai jos puteţi observa modul de funcţionare al unei pompe de injecţie cu
elemente în linie utilizată pe un motor staţionar cu trei cilindrii.
2.3.2 Sistemul de injecţie cu pompă cu distribuitor rotativ
Soluţia de pompă de injecţie cu elemente de refulare pentru fiecare cilindru (pompa cu
elemente în linie) este costisitoare deoarece utilizează un număr mare de piese identice, de mare
precizie, costul fabricaţiei cât şi a întreţinerii fiind ridicat. De asemenea reglajul este complicat
iar probabilitatea de a avea caracteristici de injecţie diferite între cilindrii este mare datorită
posibilelor diferenţe de geometrie.
10
Fig.7. Pompă de injecţie diesel cu distribuitor rotativ şi control electronic - Bosch
VP44
Sursa: Bosch
Elementele componente ale pompei:
1. arbore de antrenare
2. modulul electronic de comandă al pompei
3. conector pentru calculatorul de injecţie
4. electro-supapă de control a presiunii
5. racorduri de legătură cu injectoarele
O altă soluţie este pompa de injecţie cu element unic de refulare numită pompă de injecţie
cu distribuitor rotativ şi pistoane radiale. Particularitatea pompei cu distribuitor rotativ constă în
faptul că sistemul de ridicare a presiunii este independent de numărul de cilindrii. Astfel, cu mici
modificări, acelaşi tip de pompă se poate utiliza pentru motoare cu patru sau şase cilindrii.
11
CAPITOLUL 3. Sistemul de injectie de motorina cu acumulator rampa comuna (Common
Rail)
3.1 Notiuni generale
Sistemul common rail este o varianta moderna a sistemului de injectie directa cu
combustbil pentru motoarele diesel. Common rail se refera la un rezervor de acumulare unde
presiunea combustibilului rămane aproape constanta si mereu disponibila pentru a alimenta
injectorii electronici si astfel are loc o injectie optima de combustibil.
Protejarea mediului înconjurător, nevoia de a reduce consumul de combustibil si pentru a
face motoarele diesel mai silenţioase si mai performante sunt factorii care au determinat studiul
si dezvoltarea sistemului common rail.
Prototipul sistemului common rail a fost dezvoltat spre sfârşitul anilor '60 de câtre Hibe
din Elveţia. După aceea, Ganser de la Institutul Federal de Tehnologie concentrându-se asupra
tehnologiei common rail, a avansat. La mijlocul anilor '90, Dr. Shohei Itho si Dr. Masohiko
Miyaki, de la producătorul japonez de automobile Denso Corporetion, au dezvoltat sistemul
common rail pentru autovehicule grele folosindu-l pe autocamionul AINO RAISING RANGER
din 1995 sub denumirea de ECD - U2. Mai târziu, in 1997, producătorul german Robert Bosch
GmbH a extins folosirea sa pentru maşinile de pasageri.
Sistemul common rail a fost utilizat in trecut si in aplicaţii navale. Cooper Bessemer GN-
8 (cca. 1942) este un exemplu de motor diesel common rail operabil hidraulic, cunoscut si ca "
common rail" modificat.
Odată cu creşterea preturilor la combustibil, in 1990, mai multe companii ( Robert Bosch
GmbH, Fiat, Volvo si MTU) au încercat, separat, sa dezvolte noi motoare diesel cu emisii mai
scăzute de noxe si consum de combustibil mai scăzut.
La început sistemul de injectie directa common rail a fost folosit de subsidiarul Fiat, Alfa
Romeo, iar tehnologia este folosita in mod obişnuit de Fiat sub marca de MultiJet.
12
Astăzi sistemul common rail este responsabil pentru o revoluţie in tehnologia motorului
diesel fiind folosit de mulţi producători de automobile sub diferite denumiri:
- Daimler Chrysler - CDI
- Grupul Fiat (Fiat, Alfa Romeo si Lancia) - JTD
- Hyundai - CRDI
- Ford Motor - TDCi
- Renault - DCi
- General Motors/Opel - CDTi
- Mitsubishi - DI-D
- Peugeot Citroen – HDI
- Toyota - D-4D
Sistemul de injectie directa common rail permite o divizare multipla a injecţiei in
preinjectii, injecţii principale si postinjectii. In common rail generarea presiunii de injectie este
separata de injecţia in sine
3.2 Componenta sistemului rampa comuna (common-rail)
Fig.8. Sistem de injecţie diesel cu rampă comună sferică de la Delphi
Sursa: Delphi
13
Elementele componente ale sistemului de injecţie:
1. rampă comună
2. filtru de motorină
3. pompă de înaltă presiune
4. injectoare
5. calculator de injectie
In sistemele de injectie Diesel cu injectie directa, pompa produce presiune înalta in
motorina de fiecare data când are loc injecţia. In sistemul cu rampa comuna, înalta presiune se
dezvolta in mod independent de ordinea de injectie si este permanent disponibila in conducta de
motorina. Cu alte cuvinte, obţinerea înaltei presiuni si injecţia au loc in mod independent.
Aceasta tehnologie face posibila satisfacerea acelor cerinţe ce afectează in mod favorabil
consumul si emisiile de noxe. Presiunea este astfel disponibila chiar la turaţii reduse ale
motorului.
Cea mai importanta condiţie pentru acest mod de lucru este prezenta unui acumulator in
care înalta presiune de injectie este păstrata constant la o valoare care sa nu scadă niciodată sub
1350 bari (generaţiile noi sub 1600 bari). Aceasta funcţie revine conductei comune de motorina
(rampa). La rampa se conectează injectoarele (duze cu sase orificii). Începutul injecţiei si
dozarea cantităţii de motorina (sfârşitul injecţiei) sunt controlate cu un singur electroventil cu
viteza mare de comutare.
Avantajele sistemului cu rampa comuna:
- sincronizarea si cantitatea de motorina injectata sunt controlate printr-un singur
electroventil;
- libertate de alegere a presiunii de injectie in interiorul caracteristicii;
- presiuni de injectie înalte la turaţii reduse;
- început flexibil al injecţiei - avansare si întârziere;
- reglaje uşoare pentru adaptare la condiţiile de funcţionare ale motorului;
14
- prin injectie pilot se asigura o creştere lina a presiunii si o ardere mai calma (vibraţii
mai mici),precum si noxe de evacuare mai reduse printr-o ardere mai completa
Pentru generaţiile noi, cu presiuni de injectie de 1600 bari se folosesc in locul injectoarelor
electrohidraulice (Bosch) injectoare piezoelectrice (Siemens). Acestea asigura timpi de comutaţie
mai rapizi. ceea ce permite satisfacerea condiţiilor mai stricte din standardele privind gazele de
evacuare. In plus, sistemul va deveni din ce in ce mai economic.
In figura 2 se prezintă o imagine sugestiva cu amplasarea principalelor parţi componente.
Fig.9. Sistem de injecţie diesel cu rampă comună Bosch
Sursa: Bosch
15
Componentele sistemului de injecţie Bosch:
1. debitmetru de aer
2. calculator injectie
3. pompă de înaltă presiune
4. rampă comună (acumulator de înaltă presiune)
5. injectoare
6. senzor turaţie motor
7. senzor temperatura
8. filtru motorină
9. senzor poziţie pedală de acceleraţie
Înalta presiune este produsa de o pompa de înalta presiune cu funcţionare radiala.
Pentru un anumit punct de funcţionare, presiunea din sistemul de înalta presiune este
controlata de o supapa de control a presiunii. Controlul electronic al motorului reglează
presiunea de injectie funcţie de turaţie si de sarcina. Informaţia de la senzorul de mişcare a
arborelui cotit (turaţie si poziţie unghiulara) si de la axa cu came (poziţie - cilindrul 1 in faza de
compresie) servesc unitarii de control a motorului ca baza pentru stabilirea unei valori precise a
respectivei presiuni de injectie. Senzori de temperatura informează despre temperatura
aerului, motorinei si motorului. Valorile lor afectează de asemenea înalta presiune din rampa.
Cererea de acceleraţie de la conducătorul auto este determinata cu un senzor de acţionare a
pedalei de acceleraţie (sistemul "e-gas"). Microcomputerul calculează durata de deschidere a
electroinjectoarelor - si astfel cantitatea de motorina injectata - ca o variabila ce depinde de
condiţiile de funcţionare sau de puterea ceruta. Când controlul închide electroinjectoarele,
injecţia se opreşte imediat.
Alimentarea cu combustibil prin sistemul common rail este impartita in:
- circuit cu presiune scăzuta
16
- circuit cu presiune mare.
Circuitul cu presiune scăzuta este format din:
- pompa electronica auxiliara cu imersiune
- filtru diesel
- colectorul de întoarcere
- conducta de reciclare a combustibilului de la injectori
Circuitul de presiune mare este format din :
- pompa de presiune înalta
- regulatorul de presiune
- rezervorul de acumulare de mare presiune ( Rail)
- ţevi de conectare.
3.2.1 Pompa de înalta presiune
Construct pompei de înalta presiune este specifica sistemului si cuprinde trei pistoane
radiale decalate la 120°. Pistoanele sunt comandate de un excentric printr-un pinion intermediar
antrenat de cureaua de distribuţie. Pompa de înalta presiune alimentează rampa comuna, iar
debitul sau este dependent de turaţia motorului. Înalta presiune este controlata de un regulator de
presiune conectat la capătul rampei. In figura 4 se prezintă structura pompei de înalta presiune.
17
Fig.10. Pompă de injecţie diesel de înaltă presiune Bosch
Sursa: Bosch
Pompă de înaltă presiune Bosch de primă generaţie - elementele componente:
1. arbore de antrenare
2. electro-supapă de control a debitului
3. excentric
4. pompă de transfer (integrată în pompa de înaltă presiune)
5. supapă de refulare
6. piston
7. supapă de admisie
3.2.2 Rampa comună
Principalele funcţii ale rampei comune (acumulatorul de presiune) sunt cele de acumulare
de combustibil la presiune înaltă precum şi distribuţia acestuia la injectoare. De asemenea rampa
mai are rolul de filtru ale oscilaţiilor de presiune produse pompă la încărcare şi injectoare la
descărcare.
18
Fig.11. Rampă comună şi injectoare de la Delphi
Sursa: Delphi
Rampa (1) este prevăzută de asemenea cu un senzor de presiune (3) care informează
calculatorul de injecţie nivelul presiunii pentru injectoare (6). Controlul presiunii din rampă se
face cu ajutorul unui electro-supape care are rol de regulator de presiune (2). Electro-supapa este
comandată de către calculatorul de injecţie iar când se deschide refulează combustibilul prin
intermediul racordului (4). Alimentarea rampei cu combustibil sub presiune se face prin racordul
(5) care este conectat la pompa de înaltă presiune.
3.2.3 Senzorul de presiune din rampa
Destinaţie. Pentru a furniza unitarii electronice de control tensiune de semnal ce
corespunde presiunea aplicata, senzorul de presiune din rampa trebuie sa măsoare presiunea
instantanee din rampa:
- cu acurateţea corespunzătoare,
- cat mai rapid posibil.
Proiectare si construcţie. Senzorul de presiune din rampa cuprinde următoarele
19
componente (figura 5):
- un senzor integral sudat pe fitingul de presiune,
- o placa de circuit imprimat cu circuitul electric de evaluare.
- un corp pentru senzor cu conector electric.
Motorina curge spre senzorul de presiune din rampa printr-o deschidere din rampa, a
cârei capăt este închis de diafragma senzorului. Motorina sub presiune ajunge la diafragma
senzorului printr-o gaura înfundata. Elementul senzor (dispozitiv semiconductor) pentru
conversia presiunii la semnal electric este montat pe aceasta diafragma. Semnalul general de
senzor este aplicat unui circuit de evaluare care amplifica semnalul măsurat si îl trimite unitarii
electronice de control (ECU).
Funcţionare. Senzorul de presiune din rampa funcţionează după cum urmeaza: când
forma diafragmei se modifica, se schimba si rezistenta electrica a stratului ataşat diafragmei.
Schimbarea formei diafragmei (aproximativ 1 mm la 1500 bari) ca rezultat al creşterii presiunii
sistemului, modifica rezistenta electrica si provoacă o schimbare a tensiunii intr-o punte de
rezistente alimentata la 5 V. Variaţia de tensiune este in domeniul 0 . . . 70 mV (funcţie de
presiunea aplicata) si este amplificata de circuitul de evaluare la 0,5 ... 4.5 V.
Măsurarea cu precizie a presiunii din rampa este esenţiala pentru corecta funcţionare a
sistemului. Aceasta este una din raţiunile pentru care măsurarea presiunii aplicate senzorului de
presiune din rampa se face cu o acurateţe de aproximativ ± 2% din diapazon. Daca senzorul de
presiune se defectează, valva de control al presiunii este declanşata in mod "orb" folosind o
funcţie de urgenta (limp-home) si valori fixe.
20
Fig.12. Senzorul de presiune
1 - conexiune electrica;
2 - circuit de evaluare:
3 - diafragma metalica cu senzor;
4 - racord de înalta presiune;
5 -filet de montare
3.2.4 Supapa limitator de presiune
Destinaţie. Supapa limitator de presiune are aceeaşi funcţie ca si o supapa de suprapresiune.
In cazul unei presiuni excesive. supapa limitator de presiune limitează presiunea din rampa
prin deschiderea unei canalizaţii de scăpare. Supapa permite o presiune maxima in rampa de
scurta durata de 1500 bari.
Proiectare si construcţie. Supapa limitator de presiune (figura 6) este un dispozitiv
mecanic ce cuprinde următoarele componente:
- corp cu filet exterior pentru infiletare in rampa,
- conexiune la conducta de retur spre rezervor,
- piston mobil,
-arc.
21
Fig.13. Supapa limitator de presiune
1 - racord de înalta presiune;
2 - supapa;
3 - pasaje de curgere;
4 piston plonjor;
5 - arc;
6 - opritor;
7- corpul supapei;
8 - retur motorina.
In capătul de conectare la rampa, corpul este prevăzut cu o trecere ce este închisa cu
capătul in forma de con al pistonului apăsat in scaunul de etanşare din interiorul corpului. La
presiuni de funcţionare normale (pana la 1350 bari), pistonul este apăsat de un arc pe scaun si
22
rampa rămâne închisa. De undata ce presiunea maxima din sistem este depăşita, pistonul
este ridicat de presiunea din rampa ce învinge forţa arcului. Motorina sub presiune poate
scăpa curgând prin trecerile din interiorul pistonului. de unde este dirijata înapoi in
rezervor printr-o conducta colectoare. Când supapa se deschide motorina iese din rampa,
astfel incot presiunea din rampa scade.
3.2.5 Limitatorul de debit
Destinaţie. Limitatorul de debit previne injecţia continua in eventualitatea foarte
puţin probabila in care un injector ar rămâne deschis permanent. Pentru a realiza aceasta funcţie,
limitatorul de debit închide conducta injectorului in discupe de undata ce cantitatea de motorina ce
iese din rampa depaseste un nivel bine defnit.
Proiectare si construcţie. Limitatorul de debit cuprinde un corp metalic cu filet exterior pentru
infiletare in rampa (înalta presiune) si un filet exterior pentru infiletare in conductele injectoarelor.
Corpul are cate o trecere la fiecare capăt care asigura conectare hidraulica la rampa si la conducta
injectorului. In interiorul corpului limitatorului de debit se găseşte un piston ce este apăsat de un arc in
direcţia acumulatorului de motorina (rampei comune).
3.2.6 Regulatorul de presiune
Regulatorul de presiune este o supapa electromagnetica. El reglează presiunea din rampa in
funcţie de curentul primit ce este livrat de unitatea electronica de control. Intensitatea curentului
determina forţa de închidere a supapei regulatorului de presiune. Excesul de motorina este returnat in
rezervor.
3.2.7 Injectorul
In sistemele de injectie rampa comuna se folosesc doua tipuri de injectoare: electromagnetice
si piezoelectrice. In figura 7 se prezintă structura injectorului electromagnetic. Folosirea acţionarii
piezoelectrice in noile sisteme Diesel common-rail are drept rezultat motoare mai puţin zgomotoase si
mai puţin poluante. Producţia de serie a fost lansata de firma Siemens in septembrie 2001. In
23
general, înalta presiune produce o pulverizare fina a motorinei care arde mai bine si mai curat. Aceste
ameliorări se regăsesc intr-un consum mai redus si performante mai bune ale motorului. In prima
generaţie de sisteme common-rail, întreg volumul de motorina injectata este impartit intr-o
injectie pilot de durata fixa si injecţia principala. Daca motorina poate fi impartita in mai multe parţi
pe durata unui singur ciclu de combustie, procesul de ardere este mai armonios. Aceasta este
raţiunea pentru care au fost dezvoltate dispozitivele de acţionare piezoelectrice. Cum aceste elemente
de comutaţie funcţionează mult mai rapid decât supapele electromagnetice convenţionale, in
generaţiile viitoare de sisteme common-rail va fi posibil sa se importa volumul de motorina si in cinci
parţi.
Strategiile de management ale motorului pot include doua pre-injecţii cu volume foarte mici
de motorina, urmate de injecţia principala si doua post-injecţii mai mici. Pre-injecţia serveşte in primul
rând pentru a se dezvolta o presiune uniforma in camera de ardere, ceea ce reduce zgomotul din timpul
arderii. Post-injecţiile sunt prevăzute pentru post-tratamentul gazelor de evacuare, ceea ce poate
reduce emisiile poluante ale motorului.
Sistemele de acţionare piezoelectrice sunt elemente de comutaţie folosind comportarea
specifica a cristalelor piezoelectrice. Când o sarcina electrica este conectata la un astfel de cristal,
reţeaua cristalina a materialului se schimba in câteva milisecunde si se dilata. Numai când sarcina
electrica este descărcata, materialul revine la dimensiunile sale originale. Aceasta proprietate poate fi
folosita si la construcţia injectoarelor electromagnetice.
Si alte componente ale injectorului satisfac cerinţele foarte înalte pentru injecţia Diesel. De
exemplu, orificiile din duza injectorului pot avea orificii cu un diametru redus, de ordinul 0.12 mm.
Toleranta permisa pentru prelucrarea acestor orificii este mai mica de 0,003 milimetri.
Se poate estima ca viitorul injecţiei de motorina aparţine acţionarii electromagnetice.
Sistemele common-rail de mare viteza si precizie craza condiţiile prealabile pentru a îndeplini
viitoarele reglementari, cum ar fi Euro 4 si Euro 5.
Aceasta soluţie este folosita din finalul anului 2001 de automobile ale grupului PSA (Peugeot-
Citroen), cu presiuni de injectie de pana la 1500 bari.
24
Injector cu comandă electrică
Introducerea combustibilului în cilindru se face prin intermediul injectoarelor. Prin durata
deschiderii injectoarelor se controlează cantitatea de combustibil injectată. Injectorul este
conectat, în cazul sistemelor de injecţie common-rail, la rampa de înaltă presiune prin
intermediul unui racord şi a unei conducte. Acţionare injectorului este electrică şi se face la
comanda calculatorului de injecţie.
Momentan exist două soluţii pentru acţionarea injectoarelor: cu solenoid (electro-magnet) sau cu
cristal piezoelectric. Soluţia cu solenoid este mai puţin costisitoare decât cea piezoelectrică dar
acţionarea este mai puţin rapidă. Continental este producătorul care are toată familia de sisteme
de injecţie cu acţionare piezoelectrică. Bosch, Delphi şi Denso oferă soluţii cu solenoid cât şi
piezoelectrice.
Fig.14. Injector Delphi acţionat cu solenoid
Sursa: Delphi
Elementele componente ale injectorului:
1. corpul injectorului
2. racord de joasă presiune (retur)
3. racord de înaltă presiune
4. conectori electrici
5. supapă de comandă
6. solenoid
25
7. acul injectorului
8. pulverizator
Cum funcţionează? Pentru a înţelege mai bine cum funcţionează injectorul Delphi acţionat cu
solenoid am reprezentat doar secţiunea care conţine solenoidul (1), supapa de control (5) şi acul
injectorului (3)
Fig.15. Injector Delphi cu acţionare cu solenoid - detaliu
Sursa: Delphi
Elementele componente ale injectorului:
1. solenoid
2. arc elicoidal
3. acul injectorului
4. pulverizator
5. supapă de comandă
6. arc elicoidal
26
Acul injectorului (3) este ţinut pe sediul, obturând orificiile pulverizatorului, datorită forţelor
date de arcul elicoidal (2) şi presiunii p1 ce acţionează pe suprafaţa S1. Când se doreşte injecţia
de combustibil calculatorul de injecţie comandă solenoidul (1) care deschide supapa (5). Datorită
deschiderii supapei de comandă presiunea p1 scade (p1 < p2) iar acul injectorului este deplasat
comprimând arcul (2) astfel realizându-se injecţia. În momentul în care solenoidul nu mai este
alimentat de calculatorul de injecţie supapa de comandă este închisă de către arcul (6). Se
realizează echilibrul de presiuni (p1 = p2) iar acul injectorului revine pe sediu.
Această succesiune de operaţii se realizează foarte rapid, închiderea şi deschiderea injectoarelor
se poate face de mai multe ori pe un ciclu (injecţie multiplă). Introducerea cristalelor
piezoelectrice de către Continental (fostul Siemens VDO) a condus la îmbunătăţirea
performanţelor sistemelor de injecţie în ceea ce priveşte timpul de răspuns al injectoarelor şi
controlul cantităţii de combustibil injectate.
Fig.16. Injector Continental cu acţionare piezoelectrică (Siemens VDO)
Sursa: Continental
Injector Continental (Siemens VDO) cu acţionare cu cristal piezoelectric:
1. corpul injectorului
2. conectori electrici
27
3. cristal piezoelectric
4. supapă de comandă
5. racord de înaltă presiune
6. acul injectorului
7. pulverizator
3.2.8 Unitatea electronica de control
Tehnologia common-rail se bazează pentru cartografiere pe controlul timpului de injectie.
Unitatea electronica de control foloseste semnalele de intrare preluate cu ajutorul senzorilor si,
funcţie de multiplele informaţii primite generează semnale de ieşire in funcţie de criteriile de
funcţionare ale motorului. Pentru a adapta cantitatea de motorina, unitatea electronica de control
acţionează fie asupra presiunii din rampa, fie asupra duratei de acţionare a electroventilelor
injectoarelor, sincronizând cu acurateţe aceste acţiuni. Cantitatea de motorina injectata depinde de
comanda electroventilelor, de viteza de deschidere si de închidere a acului injectorului. de presiunea
carburantului in rampa, de cantitatea trecuta prin injector si de ridicarea acului. Unitatea electronica
de control foloseste semnale privind:
- înalta presiune din rampa;
- turaţia;
- presiunea din galeria de admisie;
- temperatura lichidului de răcire;
- poziţia pedalei de frâna; ,
- nivelul uleiului;
- poziţia unghiulara a arborelui cotit;
- poziţia pedalei de acceleraţie;
- debitul masic de aer (senzor cu pelicula încălzita);
- temperatura aerului.
De asemenea se schimba informaţii si cu alte sisteme de control ale automobilului: ABS,
antifurt. climatizare, tracţiune. etc. De exemplu, sistemul de control al tracţiunii are nevoie de anumite
informaţii transmise de calculatorul ce controlează injecţia common-rail.
28
Motoarele moderne utilizate pentru propulsarea automobilelor, pe benzină sau diesel, sunt
controlate în totalitate de sisteme electronice. Partea „inteligentă” a acestor sisteme de control
este reprezentată de calculatorul de injecție. Acesta, pe baza informațiilor primite de la senzori
(poziție, turație, presiune, etc.), determină starea motorului și acționează asupra diferitelor
actuatoare (injectoare, supape, motoare electrice, etc.) în scopul atingerii regimului de
funcționare cerut de conducătorul auto (exprimat prin poziția pedalei de accelerație). În limba
engleză calculatorul de injecție este abreviat ECU, ECM, SMS sau PCM
Fig.17. Calculatorul de injecție DCM3.7
Sursa: Delphi
Calculatorul de injecție este proiectat să funcționeze în condiții de solicitări mecanice și de
temperatură extreme. Acesta trebuie să lucreze la parametrii nominali fiind expus la:
o temperaturi extreme: -40...120 °C
o variații mari de temperatură
o expunere la contaminarea cu apă, ulei, combustibil, etc.
o praf, umezeală
o solicitări și vibrații mecanice
29
Pe lângă solicitările termice și mecanice funcționarea calculatorului de injecție trebuie să fie
robustă și în cazul oscilațiilor de tensiune electrică sau în cazul expunerii la perturbații
electromagnetice.
Fig.18. Calculatorul de injecție EMS3
Sursa: Continental
Principalele părți componente ale calculatorului de injecție sunt: carcasa (2) din plastic sau
metal, placa de bază (1) ce conține circuitele electronice și conectorul (3) prin care se primesc
semnalele electrice de la senzori și se comandă actuatoarele (supape, motoare, etc.).
Fig.19. Calculatorul de injecție MT62.1
Sursa: Delphi
30
În funcție de tipul motorului, benzină sau diesel, sau de sistemele auxiliare ale acestuia,
conectorul are un număr variabili de pini (intrări de la senzori, comanda actuatoarelor,
alimentare, etc.). La un motor modern calculatorul de injecție poate depăși ușor 100 de pini.
Exemplu de intrări/ieșiri calculator de injecție
Intrări (senzori)
ECU
Ieșiri (actuatoare)
poziție pedală de accelerație
poziție clapetă obturatoare
turație motor
poziție arbore cu came
debit masă aer
temperatură aer admisie
temperatură lichid de răcire al motor
temperatură gaze evacuare (diesel)
presiune atmosferică
presiune combustibil rampă (injecție
directă)
presiune aer admisie (supraalimentare)
presiune diferențială evacuare (diesel)
senzor de detonație (benzină)
sondă lambda amonte
sonda lambda aval (benzină)
poziție cheie contact
contact poziție ambreiaj
contact poziție frână
alimentare baterie +12V
comandă injectoare
comandă bujii aprindere (benzină)
comandă bujii incandescente (diesel)
comandă clapetă obturatoare
comandă pompă combustibil (joasă presiune)
comandă pompă combustibil (înaltă presiune)
comandă supapă EGR
comandă supapă supraalimentare
comandă distribuție variabilă
comandă pompă aer secundar (benzină)
comandă supapă aer secundar (benzină)
comandă supapă purjare canistră carbon activ
(benzină)
comandă circuit încălzire combustibil (diesel)
comunicare CAN
conexiune OBD
Din punct de vedere funcțional un calculatorul de injecție are următoarele componente:
31
o blocul de alimentare de la baterie (+BAT)
o blocul de procesare a semnalelor de intrare
o unitatea centrală de procesare CPU
o memoria non-volatilă EEPROM
o modulul de monitorizare
o etajul de amplificare a comenzii actuatoarelor
Fig.20. Procesarea semnalelor în calculatorul de injecție
Sursa: e-automobile.ro
Microcontrolerul este componenta electronică care realizează operațiile matematice și logice
ale algoritmului de control. Acesta conține la rândul lui o memorie Flash EEPROM, o memorie
RAM un convertor A/D (analogic-digital) și un modul CAN.
Flash EPROM
Această memorie este partajată de algoritmul de control al motorului precum și
parametrizarea (calibrările) acestuia. Conținutul memoriei Flash EEPROM poate fi reprogramat
atât în zona algoritmului cât și a parametrizării, specificând zona de memorie ce se dorește a fi
32
reprogramată. În cazul acestui tip de memorie, la reprogramare, se șterge și se rescrie tot
conținutul dintr-o anumită zonă, nu se poate șterge individual a anume adresă de memorie.
RAM
Informațiile stocat în memoria RAM pot fi accesate direct, prin specificarea adresei din
memorie. Datele pot fi scrise și citite de câte ori este nevoie, fără restricții. Acestă memorie este
utilizată în timpul funcționării motorului și conține toate variabilele din algoritmul de control
care sunt modificate (calculate). La oprirea motorului (întreruperea alimentării cu energie
electrică) tot conținutul memoriei RAM este pierdut, cu excepția informației salvate în memoria
nonvolatilă.
Convertor A/D
Semnalele de intrare în calculatorul de injecție, în funcție de tipul senzorului, poate fi
analogic sau digital. Un semnal analogic (poziția pedalei de accelerație, presiunea de
supraalimentare, etc.) este de fapt o tensiune electrică, de obicei între 0 ... 5V pentru senzori și
0 ... 15V pentru bateria de acumulatori . Conversia acestora în valoare digitală, care poate fi
interpretată de calculatorul de injecție, se face cu ajutorul unui convertor analog-digital.
Anumiți senzori (cu efect Hall sau contacte) trimit semnalele digitale către calculatorul de
injecție. Acestea au două nivele logice, 0 sau 1, reprezentate de 0 sau 5V. Microcontrolerul
procesează direct aceste semnal fără a avea nevoie de o conversie adițională.
Semnalul de turație al arborelui cotit este generat de un senzor inductiv. Acesta are formă
de impulsuri periodice, este procesat în mod special de microcontroler și transformat ulterior în
semnal digital.
Modulul CAN realizează comunicarea cu restul calculatoarelor de pe automobil (ABS,
BCM, TCU, etc.) și cu dispozitivele de diagnoză (scantool, aftersales).
Memoria EEPROM
Datele care nu trebuie pierdute la oprirea alimentării calculatorului de injecție (coduri de
eroare, km parcurși, codul imobilizatorului, etc.) sunt stocate în memoria EEPROM (non-volatilă
33
sau KAM). Datele conținute în acest tip de memorie, ca și memoria Flash EPROM, se pot șterge.
Avantajul acestui tip de memorie este că poate șterge adrese de memorie individuale. De
exemplu se pot șterge doar codurile de eroare fără a afecta celelalte date memorate.
Modul monitorizare
În cazul motoarelor cu control electronic al obturatorului, calculatorul de injecție este
prevăzut cu un modul adițional de monitorizare a anumitor parametrii ai motorului (poziție
pedală accelerație, presiune rampă combustibil, cuplu motor calculat, etc.). De exemplu, cuplul
motor este calculat redundant, de două microprocesoare. Dacă se detectează diferențe între cele
două valori de cuplu, se ridică un cod de eroare iar motorul intră în stare de avarie. Acesta este
un mod de protecție deoarece o valoare a cuplului motor calculată eronat, poate conduce la
accelerări bruște ale motorului și implicit la posibile accidente.
Calculatorul de injecție – date tehnice
Nume Delphi DCM3.7
Motordiesel, cu rampă comună,
supraalimentat
Microprocesor 32 biți, 80 – 120 MHz
Memorie Flash -
Conector 60 ... 200 pini
Comunicație CAN
34
Calculatorul de injecție – Coduri de eroare OBD
Cod Descriere Locație
P0601 Modul de control intern – eroare sumă de verificare memorie -
P0603 Modul de control intern – eroare memorie non-volatilă (KAM) -
P0604 Modul de control intern – eroare memorie RAM -
P0605 Modul de control intern – eroare memorie ROM -
P060A Modul de control intern – performanța procesorului modului de monitorizare -
P060B Modul de control intern – performanța convertorului analog digital -
P060C Modul de control intern – performanța procesorului principal -
P060D Modul de control intern – performanța poziției pedalei de accelerație -
P060E Modul de control intern – performanța poziției obturatorului -
P060F Modul de control intern – performața temperaturii lichidului de răcire -
P061A Modul de control intern – performanța cuplului -
P061B Modul de control intern – performanța cuplului calculat -
P061C Modul de control intern – performanța turației motorului -
P061D Modul de control intern – performanța debitului masic de aer -
P061E Modul de control intern – performanța semnalului pedalei de frână -
P061FModul de control intern – performanța sistemului de control al clapetei
obturatoare-
P062B Modul de control intern – performanța sistemului de control al injectoarelor -
P062C Modul de control intern – performanța vitezei automobilului -
P062F Modul de control intern – eroare memorie EEPROM -
U0300 Modul de control intern – incompatibilitate software -
35
Cauzele apariției codurilor de eroare ale calculatorului de injecție sunt:
- tensiunea bateriei este în afara limitelor
- contact imprecis al pinilor calculatorului cu mufa de conectare
- defect intern de componentă (impune schimbarea calculatorului de injecție).
3.2.9 Filtrul de motorină
Impurităţile din motorină pot provoca deteriorarea componentelor sistemului de injecţie: pompă,
injector, supape, etc. De asemenea motorina poate conţine apă, care odată ajunsă în sistemul de
injecţie poate conduce la griparea pieselor în mişcare sau la o corodare prematură. Din aceste
motive este necesară utilizarea unui filtru care să răspundă cerinţelor de filtrare ale sistemului de
injecţie cum ar fi: diametrul minim al particulelor filtrate, reţinerea apei şi fiabilitate ridicată.
36
Fig.21. Filtru de motorină Delphi
Sursa: Delphi
Elementele componente ale filtrului:
1. racord rezervor combustibil
2. racord pompă joasă/înaltă presiune
3. retur combustibil
4. orificiu de eliminare a apei colectate
Cerinţele unui filtru de motorină se împart în patru mari categorii:
o filtrarea impurităţilor
o gestionarea apei din motorină (separarea apei, stocarea şi detecţia)
o încălzirea motorinei (prevăzute la filtrele motoarelor ce operează şi la temperaturi
scăzute)
o eliminarea gazelor (aerului)
Din aceste considerente funcţionarea la parametrii nominali ai unui filtru este
indispensabilă unui motor diesel. Defectul total sau parţial al unui filtru de motorină poate
conduce chiar şi la avarierea iremediabilă a componentelor sistemului de injecţie.
Capitolul 4 Reducerea noxelor din gazele de evacuare cu ajutorul sistemului common rail
Pe timpul arderii motorul Diesel determina apariţia de CO, HC, NOx si particule de funingine.
Particule Diesel. In ciuda consumului redus si a poluării reduse, motorul Diesel este adesea
criticat din cauza particulelor si a fumului emis. Particulele constau din sfere microscopice din
carbon cu un diametru de aproximativ 0.05 μ la care adera hidrocarburi si ulei. rezultând o
structura consolidata. La suprafaţa adera apa si sulfaţi. Aceste particule măsurate in curentul
gazelor de evacuare prezintă un diametru de aproximativ 0.09 μ. Aceasta valoare este independenta
de tehnologia de realizare a motorului si condiţiile de funcţionare, care afectează numai numărul
de particule formate. Particulele pot fi separate cu filtre având aglomerări de molecule având o
37
dimensiune de la 0,1 la l μ.
Formarea particulelor. In motorul Diesel, arderea motorinei are loc cu aprindere prin
compresie a amestecului eterogen aer-motorina. Calitatea arderii depinde de modul in care se
formează amestecul aer-motorina. Motorul Diesel funcţionează in principiu cu aceeaşi cantitate de aer;
puterea ce se doreşte a fi obţinuta este controlata prin intermediul cantitatea de motorina injectata. In
anumite condiţii de funcţionare (in particular la accelerare) amestecul din camera de ardere se
imbogateste intr-o anumita măsura. Astfel arderea rămâne incompleta din cauza oxigenului
insuficient, ceea ce are drept efect formarea de particule.
Gazele de evacuare Diesel conţin hidrocarburi aromatice policiclice, considerate a avea efect
cancerigen. Funinginea este inga prezenta in mod natural, chiar daca se observa mai puţin. Aceasta se
explica prin normele legislative privind poluarea cu gaze de evacuare ce sunt din ce in ce mai stricte.
Astfel, după 1.1.2000 (euro 3) nu mai sunt permise particule decât 0.05 g/km. Pentru CO se impune
valoarea de 0,64 g/km, pentru NOx 0,5g/km, iar (HC + NOx) limita este pana la 0,56 g/km. In
tabelul de mai jos se prezintă comparativ prevederile diferitelor norme (euro) privind noxele din
gazele de evacuare Diesel. In tabel s-a notat cu Dl = injecţia directa. Valorile sunt date in g/Ttm.
EEC etapa 1 EEC etapa 2 Euro 3 Euro4 pana in
1992 pana in 1996 pana in 2000 din 2005
CO 2,27 1,0 0,64 0,5NOx 0,5 0,25HC + NOx 0,7 (0.9 DI) 0,56 0,3Particule 0,19 0,08(0.101) 0,05 0,025
Poluanţii din gazele de evacuare Diesel
Componentele poluante din gazele de evacuare, problemele si modul de rezolvare sunt
prezentate in cele ce urmeaza.
CO si (HC + NOx). De la norma euro 2 pana la norma euro 4, trebuie sa se realizeze o
reducere de 10% pentru HC + NOx, iar la CO reducerea este de 50%. Pentru îndeplinirea acestor
38
cerinţe se au in vedere următoarele mijloace:
- oxidarea catalitica, ce scade nivelul pentru CO si HC, dar nu si pentru NOx (care trebuie
redus);
- control electronic pentru a se reduce temperatura din camera de ardere si astfel emisia de
NOx;
- folosirea injecţiei pilot, care printre altele scade nivelul de NOx si asigura un mers
mai calm al motorului;
- presiuni de injectie înalte, ce reduc nivelul noxelor in gazele de evacuare;
- catalizator din zeolit (silicat natural complex din anumite roci vulcanice) împotriva NOx;
- tehnologie cu patru supape pe cilindru, cu injector plasat central, împreuna cu o
forma corespunzătoare a degajării din capul pistonului imbunatateste formarea amestecului aer-
motorina,
asigurându-se o ardere mai buna si nivel mai scăzut al noxelor.
Particulele de funingine. Acestea apar din cauza arderii incomplete. Hidrocarburile aromatice
policiclice sunt considerate cancerigene. Reducerea impusa de norma euro 4 (2005) fata de euro 2
este de circa 40%. Filtrele de particule asigura o reducere cvasi-completa.
Fumul de acceleraţie. Se poate reduce folosind turbina cu geometrie variabila pentru
compresorul de supraalimentare sau compresor mecanic auxiliar si răcirea aerului admis (intercooler).
Sulful. In prezent concentraţia de sulf in gazele de evacuare este de 350 pom. Sulful formează
depuneri in catalizatorul cu acumulare de NOx, impunând o ardere libera. Diminuarea cantităţii de
sulf asigura o funcţionare mai eficenta a filtrului de particule cu regenerare si a catalizatorului de
oxidare. Ca urmare, de exemplu Volkswagen impune o valoare de 10 pom pentru sulf. Rezulta deci
necesitatea reducerii cantităţii de sulf din motorina.
Provocarea cea mai mare pentru aplicaţiile diesel este viitoarea legislaţie împotriva gazelor
de espament pe toate pieţele din lume. Pentru a învinge aceasta provocare optimizarea sistemul
total al echipamentului de injectie, al motorului si procesului de combustie, tratamentul gazelor
de eşapament este obligatorie.
39
Tendinţele legislaţiilor privind gazele de eşapament
PM (g/Km) NOx (g/Km)
LEV II 0,005 0,5
Euro V (est) 0,01 0,1
Euro IV 0,025 0,27
LDT III Euro V(est) 0,03 0,2
Euro III 0,05 0,5
LEV I 0,062 0,61
LDT III Euro IV 0,06 0,38
LDT III Euro III 0,1 0,78
Cele mai dure limite sunt propuse de LEV II in Statele Unite. Acestea reprezintă o
provocare semnificativa pentru motorul diesel dar multe programe încearcă sa atingă aceasta
cerinţa. Tendinţele pentru legislaţiile privind gazele de eşapament sunt de reducere de la an la an.
In anii recenţi , atenţia a fost îndreptata pentru optimizarea combustiei si reducerea NOx si a
particulelor emise. Oricum, controlul hidrocarburilor si a dioxidului de carbon emis a devenit o
ţinta importanta.
Proporţia oxizilor de azot (NOx) in mod normal creste datorita masurilor de reducere a formarii
particulelor si hidrocarburilor. Emanaţii reduse de azot înseamnă sa se accepte emanaţii mai ridicate
ale altor constituenţi din gazele de evacuare si eventual chiar o creştere a consumului de motorina.
Este deci necesar sa se găsească cel mai bun compromis posibil. Componentele implicate in procesul
de ardere, cum ar fi injectoarele, cavitatea din piston,forma camelii de ardere, etc., sunt proiectate
40
intr-o concepţie care in primul rând sa reducă noxele din evacuare.
Sistemul complet de gestiune a motorului a fost adaptat in aşa fel incot sa optimizeze procesul de
ardere. Mai ales punctul de începere a injecţiei si recircularea gazelor de evacuare afectează
compoziţia gazelor de evacuare.
Pentru a reduce proporţia de oxizi de azot din gazele de evacuare, ciclul de injectie începe puţin
mai târziu decât ar fi altfel necesar sa se dezvolte putere de ieşire maxima. Aceasta provoacă o cerstere
a formari particulelor si hidrocarburilor. Consumul de carburant creste cu aproximativ 4% datorita
întârzierii in începerea ciclului de injectie
Furnizarea gazelor de evacuare in camera de ardere reduce conţinutul de oxigen din camera de
ardere. Aceasta reduce nivelul emanaţiilor de oxizi de azot, dar in anumite stări de funcţionare creste
nivelul emanaţiilor de particule. Prin mare, adăugarea unei cantitatea de gaz de evacuare recirculat
trebuie sa fie adaptata cu precizie.
Data Standardul NOx HC CO PM
Euro 3 2000/1 ESC 5 0,66 2,1 0,1
Euro 3 2000/1 ETC 5 0,78 5,46 0,16
Euro 4 2005/6 ESC 3,5 0,46 1,5 0,02
Euro 4 2005/6 ETC 3,5 0,56 4 0,03
Euro 5 2008 ESC 2 0,46 1,5 0,02
Euro 5 2008 ETC 2 0,55 4 0,03
Euro 6 2010-
2013
ETC 1 0,02
41
Fig.22. Tendinţele emisiilor poluante pentru autovehicule
In orice caz nivelul scăzut pentru NOx aşteptat pentru viitor cere o dezvoltare puternica a
sistemului de combustie si sisteme sofisticate de tratament al gazelor de eşapament.
Nivelul scăzut al NOx necesita radiator si emisii PM reduse beneficiind de o energie a
injecţiei mai mare si o atomizare a combustibilului mai buna. Pentru aceasta sunt necesare
sisteme avansate de injectie si un sistem de control electronic imbunatatit.
Cerinţele sistemului de injectie pentru reducerea Nox
Evaluare cerinţelor totale ale sistemului sunt arătate in figura 1
42
Analizând cerinţele pentru sistemul de injectie dorit s-a constat ca unele dintre ele erau
îndeplinite de sistemul de injectie common rail cum ar fi:
- presiune de injectie flexibila
- presiune de injectie mare
- timp flexibil pentru injecţii multiple
- injecţiei in cantitatea mici si stabile pentru a realiză injecţia pilot si post injecţia
Cercetările ulterioare au condus la unele caracteristici noi cum ar fi:
- deschiderea rapida a injectorului
- debit mic de injectie la întârzierea aprinderii
- creşterea puternica a debitului de injectie după startul aprinderii
- debit mare de injectie maxima
- viteza mare de închidere a injectorului
Investigaţiile au arătat ca un debit flexibil de combustibil duce câtre performantele cerute.
Bosch a reuşit sa îndeplinească aceste cerinţe prin folosirea injectorului CRI3 .
43
In injectorul common rail manetele injectoare conţin mai multe sute de socluri subţiri de
piezo cristal.
Piezo cristalele au proprietatea de a se extinde rapid când un câmp electric este aplicat
asupra lor. Intr-un injector piezoaxial maneta este construita in corpul injectorului foarte aproape
de gura jiclorului. Mişcarea piezo cristalelor este transmisa fora frecare, fora folosirea vreunei
parţi mecanice, câtre gurile jiclorului care se schimba rapid.
Avantajele injectărilor cu piezo cristal sunt o contorizare mai precisa a cantităţii de
combustibil injectata si o atomizare imbunatatita a combustibilului in camera de combustie.
Constructorii diesel încearcă sa găsească o configuraţie optima a sistemului pentru fiecare
clasa de vehicul pentru a atinge normele de emisie si ţintele de performanta cu un cost total
minim.
44
Sistemul common rail joaca un rol important in atingerea limitelor permise pentru
viitoarele legi pentru gazele de eşapament din Europa
Fig.23. Estimările pentru emisiile potenţiale ale motoarelor echipate cu sistemului
common rail avansat
45
CAPITOLUL 5. Calculul economic al reparatiei injectorului Delphi
Condiţia de eficienţă economică a reparaţiei
În condiţiile economiei de piaţă, costul de reparaţie nu poate fi calculat prin simpla însumare a costurilor materiale , salariale şi a costurilor indirecte ,fiind un concept dinamic , evolutiv,exprimând echilibrul dintre cerere şi ofertă.
În cazul reparaţiei capitale , în condiţiile de eficienţă economică , costul reparaţiei trebuie să fie mai mic decât 60% din valoarea de înlocuire a dispozitivului:
(1) [1, pag.40]
Calculul costul de reparaţie
Acest cost , exprimat în unităţi monetare (u.m.),se determină după următorul algoritm : (2) [1, pag.30]
(3)
(4)
(5)
(6)
în care :cd –costuri directe pe produs;
ci –costuri indirecte ale unităţii productive pe produs;
=
cmd –costurile materiale directe[costul materialelor,semifabricatelor,componentelor, subansamblurilor];KMR [%]-coeficient care exprimă proporţia materialelor recuperabile din procesul de reparaţie ;KTA [%]-coeficient care exprimă ponderea costurilor de transport şi aproviziona-rea materialelor (pierderi în procesul de transport);Csd –costuri salariale directe;KI [%]-coeficient care exprimă ponderea impozitului pe salarii ;KCAS [%]-coeficient care exprimă proporţia pentru asigurări sociale;cmpt –costul materialelor şi pieselor din ţară folosite la reparaţii;cmpi –costul materialelor şi pieselor din import folosite la reparaţii;ccolabor –costuri cu materialele obţinute datorită colaborărilor, necesare realizării reparaţiei;cdiv –alte costuri materiale directe;
-categorii de încadrare a personalului ce participă direct la realizarea reparaţiei;
46
-unităţi (puncte de lucru ) în care au loc reparaţiile;-timpul calculat (consumat) efectiv de categoria “l” pentru fabricarea produsului în
unitatea productivă “k”(utilizat la reparaţii)-se exprimă în unităţi de timp [s,min, h] ;tariful de plată , conform sistemului de salarizare , pentru categoria “l” de încadrare
a personalului [lei/oră] ;KRS [%]-coeficient care exprimă ponderea costurilor indirecte ale reparaţiei ;
Determinarea costurilor materiale directe
Costurile materiale cuprind: costuri de achiziţie ale pieselor şi subansamblurilor înlocuite în cadrul
lucrărilor de reparaţii şi procurate din exteriorul firmei [cmd1] ; costuri ale pieselor şi subansamblurilor realizate în cadrul firmei ,utilizate în
lucrările de reparaţii, considerate la nivelul costului unităţii de produs [cmd2] ;
Costurile materiale directe: (7) [lei] ;
Piesele şi subansamblurile achiziţionate pentru lucrările de reparaţii:1.supapa comanda ..……………………… 330.00 lei2duza injector..................................................204.00 lei
Materiale achiziţionate pentru lucrările de reparaţii: 1. lavete ………………… 2.10 lei
[lei] ; Piese şi subansambluri realizate în cadrul firmei (costul de producţie al acestora):
1. saibe reglaj …………………… 73.00 lei
Costurile materiale directe implicate în repararea dispozitivului sunt:
Calculul costurilor salariale directe (8) [1, pag.98]unde : st=40.00 lei/oră-salariul tarifar (tariful de plată ), conform sistemului de salarizare; Ntr=6.5 ore –norma de timp pentru lucrările de reparaţii;
47
Calculul efectiv al costului de reparaţie a alternatorului
KMR=10 [%] KI=25 [%]KTA=15 [%] KCAS=30 [%]
Costurile directe ale reparaţiei:
Costurile indirecte ale reparaţiei:
KRS=35 [%]
Costul reparaţiei:(9) cr=1200.79 lei
Verificarea condiţiei de eficienţă economică a reparaţiei
Costul reparaţiei: cr=1200.79 lei Valoarea de înlocuire : V= 2600 lei
1200.79 lei < 0,6x2600.00 lei 1200.79 lei < 1560.00 lei
Condiţia de eficienţă economică a reparaţiei injectorului este verificată.
48
CAPITOLUL 6. Norme de protectia muncii
6.1 Prevederi generale
Normele specifice de securitate a muncii pentru intretinere si reparatii autovehicule cuprind prevederi de securitate a muncii pentru prevenirea accidentelor de munca in activitatea de intretinere si reparare a autovehiculelor.
Scopul prezentelor norme este eliminarea sau diminuarea riscurilor de accidentare existente in cadrul acestor activitati, proprii celor patru componente ale sistemului de munca (executant-sarcina de munca-mijloace de productie-mediu de munca).
Desfasurarea activitatilor de intretinere si reparatii auto in conditii care determina si alte pericole, decat cele specifice acestor activitati, se vor face pe baza unor instructiuni aprobate de conducerea unitatii. Unitatea este obligata sa stabileasca in functie de conditiile specifice desfasurarii acestor activitati:
- instructiuni suplimentare de securitate a muncii necesare pentru desfasurarea in conditii de securitate a muncii;
- responsabilitati pe functii pentru aplicarea si urmarirea acestora pe toata durata activitatii;
- modalitati de intocmire documente, semnaturi, aprobari etc.
6.2 Organizarea locului de munca
Intretinerea si repararea autovehiculelor se vor face in hale si incaperi amenajate, dotate cu utilaje, instalatii si dispozitive adecvate.
Caile de acces din hale, ateliere si de pe platformele tehnologice vor fi intretinute in stare buna si vor fi prevazute cu marcaje si indicatoare de circulatie standardizate.
Nu se admite pornirea motoarelor autovehiculelor in interiorul halelor, decat daca exista instalatii de exhaustare, in stare de functionare.
Persoanele juridice sau fizice vor asigura afisarea instructiunilor tehnice si de exploatare privind instalatiile de ventilatie, precizand programul de functionare al acestora, precum si obligatiile referitoare la reviziile tehnice si verificarile periodice. De asemenea, se va preciza numele persoanei care raspunde de exploatarea instalatiei.
Cricurile din dotarea halelor de reparatii sau a canalelor de revizie vor fi mentinute in permanenta in stare buna de functionare si vor avea inscriptionata sarcina maxima.
Petele de ulei si de combustibil de pe pardoselile halelor sau incaperilor vor fi acoperite cu nisip, dupa care vor fi luate masuri de curatare si evacuare a materialului rezultat in locuri care nu prezinta pericol de incendiu.
49
In halele de reparare a autovehiculelor se vor monta placi avertizoare si afise sugestive pe teme de protectie a muncii, referitoare la activitatea efectiv prestata.
Lucratorii trebuie sa poarte echipament de lucru si echipamentul de protectie corespunzator lucrarilor pe care le executa cu instalatiile si utilajele din dotare, conform cu Normativul cadru de acordare a echipamentului de protectie aprobat de MMPS.
Sculele vor fi asezate pe suporturi speciale, amplasate in locuri corespunzatoare si la inaltimi accesibile. Dupa terminarea lucrului sculele vor fi curatate, dupa care vor fi inchise in dulapuri. Ascutirea sculelor de taiat, cioplit se va face de catre un lucrator instruit special in acest scop.
Lucratorii sunt obligati ca inainte de inceperea lucrului sa verifice daca uneltele si utilajele pe care le folosesc sunt in stare buna si corespund din punctul de vedere al securitatii muncii. Se interzice folosirea uneltelor si utilajelor care nu corespund acestor verificari.
Inainte de inceperea lucrului, locul de munca trebuie sa fie in perfecta ordine. Nu se admite aglomerarea locului de munca cu materiale, scule etc.
Este interzisa modificarea sculelor prin sudarea prelungitoarelor improvizate pentru chei in vederea maririi cuplului.
Zilnic, inainte de inceperea lucrului, maistrul si sefii de echipa vor verifica starea de sanatate si oboseala a muncitorilor. Daca acestia se afla sub influenta bauturilor alcoolice vor fi indepartati de la lucru.
Persoanele cu atributii de serviciu vor urmari si vor interzice introducerea si consumul bauturilor alcoolice in unitate si la locurile de munca, cunoscand ca raspund personal de starea si capacitatea de munca a personalului din subordine pe tot timpul lucrului.
La repartizarea lucrarilor pe muncitori, maistrul sau seful de echipa va indica procedeul corect de lucru (nepericulos) si masurile corespunzatoare privind utilizarea instalatiilor, utilajelor si sculelor din dotare.
Iluminatul natural si artificial se va realiza astfel incat sa se asigure o buna vizibilitate la locul de munca.
Corpurile de iluminat trebuie sa fie curatate periodic. De asemenea, se vor face masuratori periodice asupra iluminarii, precum si verificarea instalatiilor de iluminat.
6.3 Introducerea sau scoaterea autovehiculelor in/din halele si atelierele de reparatii
Autovehiculele vor fi introduse la operatiile de intretinere sau de reparare numai dupa spalarea lor.
Introducerea autovehiculelor in halele si atelierele pentru reparatii se va face cu motorul
50
in functiune, numai cu respectarea urmatoarelor conditii:- cantitatea de carburanti din rezervor sa fie redusa la strictul necesar deplasarii autonome a autovehiculului pe fluxul tehnologic, fara a depasi 10% din capacitatea rezervorului, iar busonul sa fie montat;- dupa asezarea autovehicului pe postul de lucru, se va scoate de sub tensiune instalatia electrica a acestuia.
Introducerea autovehiculelor in hala se va face numai cu mersul inainte cu o viteza de maximum 5 km/h. Cand spatiul halei este mic si nu se poate executa intoarcerea autovehiculului, intrarea se va face si cu mersul inapoi. In acest caz conducatorul autovehicului va fi ajutat la manevrare de catre o alta persoana care va dirija de la sol intrarea in hala. Aceasta persoana va sta in raza de vizibilitate a soferului, in afara autovehiculului.
6.4 Repararea si verificarea sistemelor de injectie
In timpul lucrului muncitorii sunt obligati:- sa verifice buna functionare a agregatelor actionate electric;- sa nu execute lipituri cu ciocan de lipit sau alte lucrari cu foc deschis;- sa nu desfunde orificiile si conductele sufland cu gura; pentru desfundare se vor folosi instalatii cu aer comprimat ;- sa nu se aseze diferite materiale, scule, carpe, bumbac etc. pe manetele sau butoanele de comanda;- sa nu spele piesele cu benzina; - sa nu fumeze.
Inainte de a conecta capetele cablului de alimentare la reteaua electrica a standului trebuie sa se verifice daca releul de protectie si comutatorul intrerupator principal al masinii se afla in pozitie de deconectare.
Se interzice orice interventie la standul de proba al pompelor, precum si orice atingere a conductoarelor electrice. Aceasta este permisa numai dupa ce intregul stand de proba a fost deconectat de la sursa de alimentare.
Manometrele sigilate ale standului de verificare trebuie sa fie in buna stare si vor avea marcate presiunea de regim si vor fi verificate periodic de organele in drept.
Combustibilii folositi la centicubarea si verificarea pompelor de injectie trebuie sa fie colectati in bidoane metalice prevazute cu capac si depozitate in locuri special amenajate.
Incaperea se va mentine in perfecta stare de curatenie. Carpele si bumbacul de sters care s-au utilizat se vor pastra in cutii metalice prevazute cu capac, pana la sfarsitul zilei de lucru, cand vor fi evacuate la crematoriu.
Reziduurile de pe pardoseala se absorb cu nisip care se aduna si se evacueaza din atelier, in locuri special amenajate.
51
CUPRINS
Capitolul 1 Introducere…………………………………………………………………………1
Capitulul 2 Tipuri de sisteme de injctie…………………………………………………………4
52
2.1 Injectia indirect……………………………………………………………………………4
2.2 Injectia directa…………………………………………………………………………….5
2.3 sistemul de injectie pentru un motor diesel……………………………………………….6
2.3.1 Sistemul de injective cu pompa cu element in linie…………………………………...8
2.3.2 Sistemul de injective cu pompa cu distribuitor rotativ………………………………10
Capitolul 3 Sistemul de injective cu rampa comuna…………………………………………...12
3.1 Notiuni generale………………………………………………………………………….12
3.2 Componenta sistemului cu rampa comuna………………………………………………13
3.2.1 Pompa de inalta presiune……………………………………………………………..17
3.2.2 Rampa comuna……………………………………………………………………….18
3.2.3 Senzorul de presiune din rampa……………………………………………………...19
3.2.4 Supapa limitator de presiune…………………………………………………….……20
3.2.5 Limitator de debit………………………………………………………………….....21
3.2.6 Regulatorul de presiune……………………………………………………………....21
3.2.7 Injectorul……………………………………………………………………………..22
3.2.8 Unitatea electronica de comanda………………………………………….…………27
3.2.9 Filtrul de motorina………………………………………………………….………..35
Capitolul 4 Reducerea noxelor din gazelle de evacuare cu ajutorul sistemului common rail...36
Capitolul 5 Calculul economic al reparatiei injectorului……………………………………....45
Capitolul 6 Norme de protectia muncii………………………………………………………..48
6.1 Prevederi generale…………………………………………………………………….…48
6.2. Organizarea la locul de munca………………………………………………………....48
6.3 Introducerea si scoaterea autovehiculelor in/din halele si alelierele de reparatii……….49
53
6.4 Repararea si verificarea sistemelor de injective…………………………………………50
BIBLIOGRAFIE
1. Stoica, N.: Economia şi organizarea producţiei , E.D.P.-R.A., Bucureşti,1993.
2. Tuzu,C : Motoare diesel, Bucuresti, Ed. Tehnica, 1971, Ed. a 5-a;
54
3. Barbu, G.; Barbu, V. : Manual service - Sisteme de injectie - Motoare diesel, Bucuresti, Ed.
Tehnica,2002;
4. Riesenberg, K.D.: Diesel fuel injection, Stuttgart, Bosch, 1994;
5. Marisiu, F.: Sisteme moderne de injectie, Bucuresti, Ed. Sincron;
6. Abaitancei,D., s.a.: Motoare pentru automobile si tractoare, Bucuresti, Ed.Tehnica, 1980;
7. M. Constantinescu, M., s.a.: Automobile si tractoare, Bucuresti, Ed.Didactica si Pedagogica,
1977;
8. Marincas, D., s.a.: Fabricarea si repararea autovehiculelor rutiere, Bucuresti, Ed.
Didactica si Pedagogica;
9. http://en.wikipedia.org
10. http://ro.wikipedia.org
11. http://www.commonraildiesel.com
12. http://www.bosch.com.
55