Common rail significa letteralmente “ condotto comune” . Si riferisce ad un piccolo serbatoio di accumulo denominato RAIL in cui la pressione del carburante rimane pressoché costante e sempre disponibile per l’alimentazione degli elettroiniettori e quindi per un’ iniezione ottimale.
La protezione dell’ambiente, l’esigenza di ridurre i consumi di carburante, l’esigenza di rendere più silenziosi e piu’ performanti i motori diesel sono i fattori che hanno determinato lo studio e lo sviluppo del sistema di iniezione Common rail UNIJET.
Nato da un progetto della Marelli nel 1987 fu acquisito poi dal centro ricerche Fiat di Bari e messo a punto e provato su vettura nel 1992.
Il progetto fu ceduto al gruppo Bosch per la definitiva industrializzazione nell’anno 1994. Le prime vetture con impianto Unijet Common Rail vennero commercializzate nel 1997.
COME FUNZIONA
Una pompa aspira il gasolio dal serbatoio (ELETTROPOMPA) ed invia continuamente la quantità di carburante richiesta verso una seconda pompa (POMPA ALTA PRESSIONE) facendola passare prima dal filtro carburante che lo depura da eventuali impurità che provocherebbero l’usura precoce dei componenti. La pompa ad alta pressione comprime il carburante ad una pressione fino a 1350 bar e lo invia attraverso una tubazione nel condotto di accumulo dell’alta pressione (Rail). Questo serbatoio svolge la funzione di smorzare le oscillazioni di pressione dovute all’azione di apertura e chiusura degli iniettori e alle mandate continue della pompa.
Il carburante dal Rail viene poi inviato attraverso delle tubazioni agli elettroiniettori, i quali comandati da una valvola elettromagnetica iniettano la giusta quantità di carburante direttamente nelle camere di combustione del motore.
Il carburante in eccesso che serve per l’apertura dei polverizzatori, viene rinviato nel serbatoio unitamente ai ritorni di carburante della valvola regolatrice di pressione e della pompa ad alta pressione stessa.
In tutto questo sistema la quantità d’iniezione viene impostata dal conducente attraverso il pedale acceleratore, mentre l’inizio e la pressione d’iniezione vengono calcolati e regolati dalla centralina elettronica (EDC). Attraverso il sensore posizione pedale acceleratore, la centralina rileva le intenzioni del conducente, mentre attraverso gli altri sensori rileva le condizioni d’esercizio del motore e del veicolo e in base a tali informazioni o segnali effettua gli interventi di regolazione del motore.
L'impianto di alimentazione del combustibile è suddiviso in circuito di bassa pressione e circuito di alta pressione.
Il circuito di bassa pressione è costituito da:
- elettropompa ausiliaria immersa
- filtro gasolio
- collettore di ritorno.
Il circuito di alta pressione è costituito da:
- pompa di pressione
- collettore di riparazione
1. serbatoio combustibile
2. complessivo pompa immersa completa di comando indicatore di livello
3.tubo introduzione combustibile
4. valvola plurifunzioni
5. cartuccia filtro gasolio
6. pompa di pressione
7. tubazione alta pressione
8. collettore di ripartizione 9. elettroiniettori
10. ricircolo elettroiniettori
11. collettore di ritorno(bassa pressione)
12. regolatore di pressione
13. sensore temperatura combustibile
14. sensore pressione combostibile
15. riscaldatore gasolio
16. interruttore termico
Come vanno i vari flussi si può vedere nel disegno in basso.
Le frecce chiare indicano gasolio ad alta pressione (mandata), le frecce nere gasolio a bassa pressione (ritorno in serbatoio e mandata dalla pompa di innesco)
ELETTROPOMPA SERBATOIO
La pompa primaria di innesco carburante è alloggiata nel serbatoio all’interno di un pozzetto contenente un filtro a reticella ed un sensore livello carburante. E’ di tipo volumetrico con girante a rulli ed ha la funzione di riempire il circuito e di alimentare la pompa di alta pressione. E’ dotata di due valvole: una di non ritorno per impedire lo svuotamento del circuito e l’altra di sicurezza che limita la pressione ad un valore massimo di 5 bar in caso di ostruzione del circuito del gasolio. L’elettropompa è alimentata a 12V. dall’apposito relé comandato a sua volta dalla centralina EDC. Essa garantisce una una portata minima di 0,5 litri/min. con una pressione di mandata di 0,5 bar circa.
POMPA MECCANICA AD ALTA PRESSIONE
La pompa di alta pressione serve a comprimere il combustibile a pressione
elevata ed inviarlo pressurizzato nel condotto comune (rail).
La pressione elevata viene ottenuta dall’azione di tre pistoncini disposti radialmente (radialjet) ad una distanza angolare di 120° che che grazie alla loro azione generano una pressione da un minimo di 150 bar fino a 1350 bar e oltre nelle pompe di ultima generazione.
La pompa viene trascinata dal motore, per mezzo dalla cinghia dentata di distribuzione, ad una velocità circa dimezzata. La pompa non richiede di messa in fase, in quanto istante e tempo di iniezione vengono affidati alla centralina che
gestisce l’apertura degli iniettori. Il movimento alternato dei tre pistoni è assicurato da una camma triangolare collegata all’albero della pompa ed ogni gruppo pompante è caratterizzato da una valvola di aspirazione e da una di mandata, la prima a piattello, la seconda sferica.
FILTRO CARBURANTE
Il carburante potrebbe contenere impurità o acqua sotto forma combinata (emulsione) o non combinata (per esempio formazione di condensa in seguito ad una variazione di temperatura) che possono provocare danni per corrosione e usura ai componenti della pompa e agli iniettori. Per questo motivo il sistema necessita di un filtro carburante con un vano di raccolta per l’acqua che deve essere scaricata periodicamente.
REGOLATORE DI PRESSIONE (DRV)
La valvola regolatrice di pressione è fissata sul corpo della pompa di alta pressione o al Rail e ha la funzione di regolare e mantenere la pressione nel Rail in funzione della condizione di carico del motore.
In caso di pressione troppo elevata, la valvola si apre in modo tale da far rifluire una parte del carburante dal Rail al serbatoio; in caso di pressione troppo bassa nel Rail la valvola si chiude separando così il lato ad alta pressione da quello a bassa pressione.
Si tratta di un’elettrovalvola a solenoide comandata elettronicamente dalla centralina (modulo EDC). La centralina comanda la valvola solo dopo aver elaborato i segnali dei vari sensori collegati al sistema periferico del motore: giri motore, carico, massa aria aspirata, pressione aria, temperatura motore e temperatura carburante. La variazione di pressione viene effettuata regolando il flusso di gasolio di ritorno al serbatoio.
RAIL - ACCUMULATORE DELL’ALTA PRESSIONE
Questo serbatoio svolge la funzione di accumulare il carburante ad alta pressione smorzare le oscillazioni di pressione dovute all’azione di apertura e chiusura degli iniettori e alle mandate continue della pompa.
La pressione rimane pressoché costante nel rail anche in caso di iniezione di una notevole quantità di carburante. Sul rail puo’ essere montato una valvola di limitazione di portata, un sensore pressione rail, una valvola regolatrice di pressione e di limitazione di pressione.
TUBI DI COLLEGAMENTO
Le tubazioni del carburante ad alta pressione devono avere lunga durata e resistenza alla pressione massima del sistema e alle notevoli oscillazioni di pressione che si manifestano.
Sono costituiti da tubi di acciaio con un diametro esterno di circa 6mm e foro interno di circa 2,4mm. Si è cercato di ridurre il piu’ possibile la
Lunghezza delle tubazioni.
ELETTROINIETTORI
Gli iniettori del sistema Common Rail sono composti da una parte superiore comprendente una valvola elettromagnetica e un dispositivo elettrico di comando; e da una parte inferiore comprendente il dispositivo meccanico di iniezione (asta dello spillo) e il polverizzatore.
L’inizio dell’iniezione e la quantità vengono impostati dalla centralina mediante un comando elettrico all’elettroiniettore.
SENSORE DI GIRI
La lettura del segnale dei giri è effettuata con un sensore magnetico su ruota fonica 60 denti meno due (58 tacche ). Posizionato sull’albero motore o su una puleggia ad esso collegata.
Quando l’albero motore gira si verifica una variazione della distanza tra il nucleo esterno del sensore e i denti della ruota fonica.
Questa variazione genera nell’avvolgimento del sensore una corrente alternata indotta avente una frequenza proporzionale alla velocità dell’albero motore. Il modulo EDC riconosce sia la velocità di rotazione che la posizione (P.M.S.) dell’albero motore determinata attraverso i due denti mancanti. Questi due segnali permettono alla centralina di calcolare l’anticipo iniezione e di comandare gli iniettori nell’istante previsto dalla mappatura in memoria.
Un guasto al sensore di giri provoca l’arresto del motore.
SENSORE DI FASE
Il segnale della fase è letto utilizzando un sensore ad effetto hall sulla distribuzione .Il segnale che dobbiamo trovare è un impulso ad onda quadra quando il pistone numero uno si trova al punto morto superiore alla fine della compressione.
Il segnale emesso da questo sensore viene utilizzato dal modulo EDC, solo durante l’avviamento del motore al fine di riconoscere la posizione dei vari cilindri ed attivare così la corretta sequenza di comando degli iniettori secondo l’rodine di fase del motore.
Un’avaria in questo sensore si manifesta sotto forma di mancato avviamento
SENSORE MASSA ARIA ASPIRATA (DEBIMETRO)
Il misuratore della massa d’aria aspirata è posizionato nel condotto di aspirazione tra il filtro dell’aria e il turbocompressore.
Si tratta di un sensore di flusso a film caldo a lettura diretta.
Il sensore contiene due sonde:una sonda fredda che misura la temperatura dell’aria ambiente e una sonda calda alimentata da un circuito elettronico che la mantiene a una temperatura di 120° superiore a quella ambiente.
Mentre il flusso d’aria entrante tende a raffreddare e quindi diminuire la resistenza della sonda calda, il circuito di controllo elettronico, per reazione, la incrementa aumentando la corrente passante. Le variazioni di corrente generate dal circuito di controllo sono proporzionali al flusso d’aria che attraversa il condotto del flussometro e quindi inviate sotto forma di segnale in uscita a tensione variabile alla centralina. Un termistore NTC trasmette alla centralina anche un segnale di temperatura separato da quello della massa dell’aria.
SENSORE PRESSIONE COLLETTORE
Il sensore della pressione dell’aria nel collettore di aspirazione, informa la centralina sull’andamento della pressione di sovralimentazione nel collettore e regola di conseguenza il tempo e l’anticipo di iniezione.
SENSORE TEMPERATURA CARBURANTE
Il sensore temperatura combustibile viene utilizzato per leggere la temperatura del gasolio e attivare le resistenze di riscaldamento nel caso che la temperatura scenda sotto i 6 gradi per poi staccarle quando il carburante raggiunge i 15 gradi.
E’ una resistenza NTC e il valore di tensione che dobbiamo leggere ai suoi capi varia a seconda della temperatura
circa 3,5 volt con 6 gradi
circa 2,5volt con 30 gradi.
SENSORE PRESSIONE CARBURANTE
La pressione del carburante viene rilevata per permettere un controllo feed – back con il regolatore per ottenere una quantità iniettata di carburante correttamente calcolata dalla centralina di iniezione.
SENSORE DI POSIZIONE ACCELERATORE
E’ fissato accanto al pedale dell’acceleratore al quale è collegato
mediante un’astina. Internamente comprende due potenziometri collegati alla centralina EDC, che convertono il movimento del pedale in tensioni variabili. Questo segnale è di primaria importanza per adeguare il tempo e la pressione di iniezione, quindi il rapporto aria-carburante.
CANDELETTE DI PRERISCALDAMENTO
Le candele ad incandescenza a bulbo si contraddistinguono per il rapido raggiungimento della temperatura necessaria per l’accensione (850° in 4 secondi).
Il preriscaldamento inizia con la chiave in posizione di “accensione inserita”. Nella successiva fase di avviamento, le gocce di carburante iniettato evaporano e si infiammano nell’aria compressa e calda dando inizio così alla combustione.
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