Training. Il sistema Multijet

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1 Training Il sistema Multijet

2 Il sistema Common Rail consente di effettuare fino a cinque iniezioni, due delle quali dette pilota prima di quella principale per distribuire più uniformemente la pressione in camera di scoppio e ridurre così la rumorosità causata dalla combustione tipica dei motori a iniezione diretta. Ulteriori due iniezioni possono essere programmate successivamente a quella principale per raggiungere una più completa combustione e di conseguenza la riduzione dei valori delle emissioni. Le informazioni che la centralina elabora per controllare la quantità di combustibile da iniettare sono: giri motore; temperatura liquido di raffreddamento; pressione di sovralimentazione; temperatura aria (da debimetro); quantità aria aspirata; tensione batteria; pressione gasolio; posizione pedale acceleratore; temperatura gasolio; tensione sonda UEGO (ove presente); temperatura e pressione DPF (ove presente). Caratteristiche Il Common Rail Magneti Marelli MJD 6F3 è un sistema di iniezione elettronica ad alta pressione per motori diesel veloci ad iniezione diretta. Le principali caratteristiche sono: disponibilità di pressioni di iniezione elevate (1400 bar per 75 CV e 1600 bar per 90CV); possibilità di modulare queste pressioni tra 150 bar fino al valore massimo di esercizio di 1400/1600 bar, indipendentemente dalla velocità di rotazione e dal carico motore; capacità di operare a regimi motore elevati (fino a 5200 giri/min a pieno carico); precisione del comando dell iniezione (anticipo e durata dell iniezione); riduzione dei consumi; riduzione delle emissioni. Le principali funzioni del sistema sono essenzialmente le seguenti: controllo temperatura combustibile; controllo temperatura liquido raffreddamento motore; controllo quantità combustibile iniettata; controllo del regime di minimo; taglio del combustibile in fase di rilascio (Cutoff); controllo bilanciamento cilindri al minimo; controllo antiseghettamento (Guidabilità); controllo fumosità allo scarico in accelerazione; controllo ricircolo gas di scarico (E.G.R.); controllo limitazione coppia massima; controllo limitazione regime massimo; controllo candelette di preriscaldo; controllo entrata in funzione impianto di climatizzazione (ove previsto); controllo pompa combustibile ausiliaria; controllo della posizione dei cilindri per fasatura;

3 controllo anticipo iniezioni principali e multiple; controllo ciclo chiuso della pressione di iniezione; controllo del bilancio elettrico; funzione di calibrazione iniettori IMA ; gestione avviamento; gestione turbina a geometria variabile (90 CV); gestione sonda lambda lineare (antinquinamento); gestione filtro antiparticolato (antinquinamento). Funzione di Autodiagnosi La centralina MJD 6F3 utilizzata per Fiat (199) Grande Punto, per la diagnosi seriale supporta il protocollo di comunicazione ISO su CAN ad alta velocità. Il sistema di autodiagnosi della centralina verifica i segnali provenienti dai sensori confrontandoli con i dati limite consentiti. spia accesa fino a motore avviato indica fase test; spia spenta dopo avviamento motore indica nessuna avaria a componenti che compromettono la sicurezza del sistema; spia accesa a motore in moto indica avaria. spia accesa indica avaria; spia spenta indica nessuna avaria a componenti che compromettono la sicurezza del sistema. La centralina definisce di volta in volta il tipo di recovery in funzione dei componenti in avaria. I parametri di recovery sono gestiti dai componenti non in avaria. Dispositivi Il gruppo è un sistema composto dal motore e da tutti gli impianti preposti al suo funzionamento: impianto di alimentazione combustibile; impianto di sovralimentazione aria con turbina a geometria fissa e/o variabile; impianto di raffreddamento motore; impianto di scarico con convertitore catalitico; impianto di ricircolo vapori olio; impianto di ricircolo gas di scarico E.G.R. con scambiatore di calore; dispositivo antinquinamento DPF (ove presente). L ottimizzazione del funzionamento di questi impianti è realizzato da un sistema elettronico di controllo governato da una centralina. Comprendere le logiche di funzionamento della centralina consente di avere un quadro complessivo dell intero sistema. Per il contenimento delle emissioni inquinanti questi motori sono dotati di: impianto di scarico con convertitore catalitico ossidante; impianto ricircolo gas di scarico E.G.R. con scambiatore di calore; impianto ricircolo vapori/gas del basamento; sonda lambda lineare (UEGO ove presente); filtro antiparticolato DPF (ove presente). Ingressi e uscite

4 Legenda 1 Elettropompa combustibile ausiliaria 2 Sensore presenza acqua nel gasolio 3 Compressore condizionatore (dove previsto) 4 Elettrovalvola EGR 5 Contagiri 6 Elettroventole 7 Centralina preriscaldo candelette 8 Potenziometro pedale acceleratore doppia pista 9 Doppio interruttore pedale freno - interruttore pedale frizione 10 Sensore pressione combustibile 11 Debimetro 12 Sensore temperatura liquido di raffreddamento 13 Sensore temperatura combustibile 14 Cruise Control (ove previsto) 15 Sensore di sovrappressione (+ aria per 90 CV) 16 Sensore di fase 17 Sensore di giri 18 Tachimetro 19 Batteria 20 Fiat CODE (body computer) 21 Presa per diagnosi 22 Regolatore di pressione (n 2 per 90 CV) 23 Elettroiniettori 24 Candelette di preriscaldo 25 Spia preriscaldo candelette 26 Spia iniezione 27 Spia max temperatura acqua 28 Spia presenza acqua nel combustibile 29 Elettrovalvola turbina VGT (90 CV)

5 Legenda 1 Serbatoio combustibile 2 Elettropompa combustibile ausiliaria 3 Filtro combustibile 4 Connessione a T idraulica 5 Pompa alta pressione (CP1 - H) 6 Regolatore di portata carburante (CP1 - H) 7 Regolatore alta pressione rail 8 Collettore comune iniettori 9 Sensore alta pressione 10 Elettroiniettori 11 Filtro aria 12 Debimetro 13 Turbocompressore aria 14 Scambiatore di calore (aria-aria) 15 Elettrovalvola EGR 16 Scambiatore di calore EGR 17 Distributore ricircolo gas di scarico (EGR) 18 Sensore di pressione aria collettore 19 Sensore di GIRI/PMS 20 Sensore di fase motore 21 Sensore di temperatura acqua motore 22 Switch minima pressione olio motore 23 Candelette di preriscaldo 24 Centralina di preriscaldo candelette 25 Turbina a geometria variabile VGT 26 Waste gate valvola 27 Elettrovalvola waste gate (VGT) 28 Filtro particolato DPF 29 Catalizzatore principale 30 Sensore temperatura ingresso DPF

6 31 Sensore pressione differenziale DPF 32 Potenziometro pedale acceleratore doppia pista, switch pedale freno/frizione 33 Centralina iniezione

7 Alimentazione Aria Legenda 1 Filtro aria completo di risuonatore 2 Debimetro digitale (misuratore massa aria e temperatura aria aspirata) 3 Manicotto di collegamento con turbocompressore 4 Turbocompressore Waste Gate (75 CV) e con elettrovalvola modulatrice del vuoto per turbocompressore a geometria variabile VGT (90 CV) 5 Scambiatore di calore aria-aria (intercooler) 6 Manicotto di collegamento intercooler collettore di aspirazione aria 7 Aspirazione aria collettore (sul collettore di aspirazione per 75 CV, trova alloggiamento il sensore sovralimentazione; mentre per il 90 CV il sensore sovrapressione integra quello di temperatura aria) Misuratore massa aria (debimetro digitale HFM6)

8 Funzione pin-out connettore: 1 Alimentazione 12 V 2 Massa debimetro 3 Segnale temperatura aria 4 Segnale portata aria Con il sistema MJD 6F3 è stato introdotto il debimetro digitale che assicura alcuni vantaggi. Maggiore precisione nella misurazione. Maggiore protezione dell elemento sensibile nei confronti delle impurità presenti nell aria. Le differenze con il precedente sono: Segnali digitali di temperatura e portata aria. Connessione a 4 fili. Diversa canalizzazione del flusso aria che investe l elemento di misura. Torretta termosaldata al condotto di flussaggio aria. Griglia di protezione per la condensazione dei vapori olio. Il debimetro esteriormente si distingue per la presenza di una griglia di plastica sulla sezione di uscita del condotto di alloggiamento sensore, introdotta con la funzione di proteggere il sensore dai vapori di blow-by che potrebbero riflussare in fase di spegnimento motore. Inoltre la torretta, che nelle precedenti versioni era asportabile rimuovendo due viti di fissaggio, è ora termosaldata. Per proteggere l elemento sensibile dalle impurità, il flusso di aria di misura è stato deviato dal flusso principale in ingresso per mezzo di una canalizzazione secondaria detta by-pass dove è alloggiato l elemento sensibile. La nuova forma garantisce che gli inquinanti presenti nel flusso in ingresso procedano verso il condotto di uscita senza entrare nella canalizzazione di misura.

9 Per la misura della portata di aria e della sua temperatura anche questo sensore si basa sugli stessi principi di funzionamento dei modelli precedenti a film caldo. La differenza risiede nella presenza al suo interno di un convertitore analogico-digitale (3) che trasforma le variazioni dei valori resistivi in segnali digitali che, memorizzati nella memoria dati (2), sono da qui inviati dal generatore di funzioni (1) alla centralina controllo motore. Legenda 1 Generatore di funzioni 2 Memoria dati 3 Convertitore analogico-digitale A Segnale temperatura aria B Alimentazione 12 V C Massa E Segnale portata aria Il principio di funzionamento della parte attiva del debimetro, si basa sull applicazione di un doppio ponte di Wheatstone più una resistenza riscaldante, il tutto disposto su un supporto planare (film caldo) tenuto a temperatura costante. Il primo ponte regola e stabilizza la temperatura del riscaldatore R1 del film caldo. Il secondo ponte, con le due resistenze esposte al flusso di aria, rileva e converte in tensione la variazione del flusso di aria e ne determina la direzione. Infatti al variare della temperatura si ha la variazione del valore resistivo della termo resistenza con squilibrio del ponte.

10 Il flusso di aria che investe il sensore causa una caduta di temperatura dei termoresistori NTC-1 e NTC-2 e conseguentemente una variazione del loro valore resistivo proporzionale al quantitativo di aria misurata. Si utilizzano due termoresistori per poter determinare il verso del flusso di aria e quindi individuare possibili riflussi o pulsazioni in determinate condizioni motore. Il debimetro digitale, alimentato dalla tensione batteria, genera attraverso un convertitore interno un segnale di ampiezza fissa di 5V ma con frequenza variabile tra 1,4 khz e 12 khz in funzione dell aumento della portata di aria. Il debimetro digitale utilizza i termistori del ponte di Wheatstone per rilevare la temperatura aria, il segnale elaborato digitalmente è inviato alla centralina sotto forma di segnale PWM in dutycycle a frequenza fissa e con ampiezza di 5V. L intervallo misurabile è compreso tra -50 C e +150 C corrispondenti a un duty-cycle variabile tra 10% e 90%.

11 Turbocompressore La motorizzazione con 90 CV, adotta il sistema di sovralimentazione con un turbocompressore a geometria variabile, il 70 CV utilizza una turbina a geometria fissa. Turbocompressore Borg Warner Il turbocompressore (1) ha lo scopo di aumentare il rendimento volumetrico del motore, costituito essenzialmente da due giranti calettate su uno stesso albero, il quale ruota su cuscinetti flottanti lubrificati tramite una derivazione (3) del circuito di lubrificazione motore. Il lubrificante permette anche di smaltire parte del calore ceduto dai gas di scarico alla turbina. Sul turbocompressore è montata la valvola WASTE-GATE (2) comandata da un attuatore pneumatico (4), che consente di parzializzare il passaggio dei gas di scarico alla turbina in funzione della pressione raggiunta all uscita del compressore. Fig Complessivo turbocompressore Legenda 1 Turbocompressore 2 Waste gate 3 Derivazione circuito di lubrificazione 4 Attuatore pneumatico Turbocompressore a geometria variabile VGT Per garantire una sovralimentazione adeguata su tutto il campo di funzionamento del motore si è ricorso a un turbocompressore a geometria variabile costituito da: un compressore centrifugo; una turbina; una serie di palette mobili; un attuatore pneumatico di comando palette mobili. La gestione del funzionamento della geometria variabile del turbocompressore è controllata dalla centralina tramite il comando dell elettrovalvola VGT. Il turbocompressore a geometria variabile consente di: aumentare la velocità dei gas di scarico che investono la turbina ai bassi regimi motore; rallentare la velocità dei gas di scarico che investono la turbina agli alti regimi.

12 Legenda 1 Turbina a geometria variabile 2 Attuatore pneumatico variazione della geometria 3 Meccanismo di comando variazione geometria 4 Tubazione collegamento elettrovalvola VGT Il controllo della velocità (energia cinetica) dei gas di scarico permette di avere: una maggiore coppia motrice ai bassi regimi; una maggiore potenza massima agli alti regimi. Elettrovalvola di regolazione pressione di sovralimentazione (Pierburg) Tramite questa elettrovalvola, comandata permanentemente dalla centralina, viene gestito il controllo diretto e continuo della pressione di sovralimentazione in funzione dei giri motore e della posizione del pedale acceleratore. Inoltre la centralina corregge i valori di pressione in funzione di fattori quali la temperatura dell aria aspirata, la detonazione, la pressione barometrica, la pressione nel collettore di aspirazione. Sensore pressione aria Il sistema MJD 6F3 (90 CV) adotta un sensore di pressione integrato a quello di temperatura aria sovralimentata. E montato sul collettore di aspirazione per rilevare la pressione e la temperatura dell aria all interno del collettore di aspirazione. Elaborando questi dati la centralina controllo motore: regola la pressione della turbina a geometria variabile per ottimizzare le prestazioni del motore in ogni condizione di funzionamento e la durata dell iniezione.

13 Funzione pin-out connettore: 1 Massa sensore pressione/temperatura aria 2 Segnale temperatura aria in collettore aspirazione 3 Alimentazione (5 V) sensore press. / temp. aria 4 Segnale pressione di sovralimentazione circuito aria (0,4 V a 20 kpa; 4,65 V a 250 kpa) Al contrario il motore 75 CV adotta il solo sensore di pressione, montato sulla capacità del collettore di aspirazione. Egr Recupero gas di scarico Elettrovalvola modulatrice di pressione Valvola EGR Misuratore Massa Aria

14 Alimentazione carburante Il sistema MJD 6JF3 è caratterizzato dalla possibilità di effettuare fino a cinque iniezioni ciclo in base alle condizioni di funzionamento del motore. L iniezione principale collocata in corrispondenza del PMS può essere preceduta fino a due iniezioni pilota che permettono di preriscaldare la camera di combustione in modo da evitare il picco di pressione causato da una rapida combustione dell iniezione principale. Si realizza cosi un funzionamento più regolare e silenzioso del motore. Due iniezioni successive alla principale migliorano il rendimento della combustione con la conseguente riduzione delle emissioni inquinanti. Il valore di pressione e il suo rapido e continuo controllo rappresentano uno dei parametri fondamentali per la realizzazione di queste strategie. La regolazione della pressione di iniezione è possibile grazie alle caratteristiche costruttive del sistema che è dotato di pompa di pressione, regolatore di pressione, sensore di pressione ed elettroiniettori separati, che sono tutti gestiti dalla centralina. In questo modo la pressione di iniezione è indipendente dalla velocità di rotazione del motore. Le principali caratteristiche del sistema di alimentazione combustibile sono: pressione di iniezione elevata (fino a 1400 bar per 75 CV e 1600 bar per 90 CV); pressione di iniezione modulabile da 150 a 1400/1600 bar in ogni condizione di lavoro del motore; introduzione di carburante fino a 50 mm3/ciclo in un regime compreso tra i 100 ed i 5200 giri/min; una precisione del comando di iniezione sia come anticipo che come durata; una o due iniezioni pilota prima del P.M.S. gestite in funzione del numero di giri e del carico motore che consentono di distribuire più uniformemente la pressione in camera di combustione con un abbassamento del livello di rumorosità.

15 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: una elettropompa ausiliaria immersa nel serbatoio (1); il filtro combustibile con cartuccia interna (2); il tubo collettore ritorno combustibile; il raccordo di collegamento a T (4) sul ritorno combustibile 90 CV; le tubazioni di collegamento. Il circuito di alta pressione è costituito da: la pompa di pressione; il tubo collettore combustibile rail unico (6) con regolatore di pressione e sensore di pressione integrati; gli elettroiniettori (9); le tubazioni di collegamento; regolatore di portata (3) su pompa CP1-H (90 CV).

16 Nel motore 90 CV viene utilizzata la pompa ad alta pressione Bosch CP1-H, che rappresenta un evoluzione della CP1. La pompa ad alta pressione rende ora disponibile una pressione del sistema nel rail fino a 1600 bar. Fig. 9 - Pompa alta pressione Bosch CP1H (90 CV) Questa è stata ottenuta mediante rinforzo dell azionamento, unità valvole modificate e provvedimenti per l aumento della robustezza del corpo. Per garantire una quantità sufficiente di carburante la pompa ad alta pressione è predisposta per raggiungere una portata complessiva di 160 l/h. La portata necessaria viene regolata in maniera continua mediante l elettrovalvola M-PROP che si trova sulla pompa ad alta pressione. Questa valvola adegua la quantità di carburante immessa nel rail al fabbisogno del sistema. Con questa regolazione della portata non viene ridotto soltanto l assorbimento di potenza della pompa ad alta pressione, ma anche abbassata la temperatura massima del carburante. La pressione di alimentazione necessaria per la pompa ad alta pressione viene resa disponibile da una pompa di alimentazione del carburante azionata elettricamente che si trova nel serbatoio. La portata in volume della pompa ad alta pressione viene ripartita come segue: il 22% circa viene iniettato dagli iniettori e bruciato nel cilindro; il 28% circa serve alla lubrificazione della pompa ad alta pressione e viene recuperata tramite la KUEV valve; il 50% circa è carburante in eccesso recuperato tramite l accumulatore di pressione e gli iniettori. E una valvola meccanica ed ha il compito di mantenere costante la pressione all interno della pompa evitando che picchi di pressione possano danneggiarla andando a scaricare l eventuale sovrapressione e di regolare il flusso di combustibile che serve al raffreddamento della lubrificazione dell albero eccentrico e dei pompanti della CP1-H.

17 E una valvola a controllo elettronico che serve a modulare la portata di alimentazione dal circuito di bassa pressione alla pompa di alta pressione ruotando un flap interno alla valvola, comandato direttamente dalla centralina controllo motore. I = 0 A Portata max (anche disconnesso) I = 0,25 A Portata nulla Il tubo collettore combustibile unico (rail) è di due tipi: uno standard forged rail-fr per la motorizzazione 75 CV. L altro standard laser welded rail-lwr per la motorizzazione 90 CV è montato sulla testa cilindri lato aspirazione. Con il suo volume di circa 20 cm3 smorza le oscillazioni di pressione del combustibile dovute: al funzionamento della pompa di pressione; all apertura degli elettroiniettori.

18 La differenza tra i due rail sta nella procedura di fabbricazione; uno è forgiato (FR), l altro costruito con saldature laser (LWR) che gli conferisconouna più accurata realizzazione e una capacità di resistenza più elevata alle alte pressioni (1600 bar). Da un lato del collettore di mandata RAIL è montato il sensore pressione combustibile (RDS 4) e dall altro è collegato il regolatore di pressione (DRV 2). I collegamenti idraulici (in alta pressione) tra collettore pompa e collettore-elettroiniettori sono effettuati tramite tubazioni in acciaio aventi diametro interno 2 mm e diametro esterno 6 mm con i quali bisogna avere l accortezza di usare chiavi speciali per il montaggio/smontaggio e di usare la chiave dinamometrica per i serraggi che non devono superare i 20 Nm. Legenda 1 Common Rail (FR / LWR) 2 Regolatore pressione carburante (DRV 2) 3 Sensore pressione carburante (RDS 4) 4 Alimentazione iniettori 5 Alimentazione iniettori 6 Alimentazione iniettori 7 Alimentazione iniettori 8 Alimentazione da alta pressione (CP1/CP1-H) 9 Ritorno (Over Flow)

19 Circuito elettrico ed elettronico Procedura SIC - Small Injection Control La procedura SIC (Small injection control) è una funzione che ha l obiettivo di ottimizzare il rapporto tra il tempo di energizzazione e la quantità di carburante utilizzata, specialmente per piccole quantità. La conseguenza di tale funzione è un ottimizzazione delle emissioni allo scarico ed in particolare la rumorosità e ruvidità del motore soprattutto nei primi Km di percorrenza (motore nuovo). Per ottenere tale risultato è necessario verificare l esatta quantità di carburante iniettata da ciascun elettroiniettore in modo da caratterizzare, oltre la procedura IMA, le reali caratteristiche di ciascuno di essi. La centralina quindi comincerà a registrare l autoadattatività di ciascun elettroiniettore memorizzandone i relativi dati nella memoria permanente della centralina (memoria Eeprom); la funzione viene abilitata in condizioni di Cut-Off: agendo sul tempo iniezione incrementando il valore obiettivo per ogni singolo cilindro il sistema verifica se vi è una significativa variazione angolare della ruota fonica; se la variazione della ruota fonica non è percepibile si incrementa ad ogni ciclo ed in condizioni di Cut-Off la quantità iniettata fino a rilevare una variazione della velocità angolare della ruota fonica; determinato quindi il punto di correzione / effetto ruota fonica, questo sarà il valore definito per la calibrazione effettiva della quantità iniettata dell elettroiniettore. La procedura SIC1 o SIC2 deve essere eseguita a seguito della sostituzione di uno o più componenti di seguito descritti: Ecu, Singolo iniettore / Tutti gli iniettori, Sensore pressione rail. La motivazione di tale procedura consiste principalmente nella stabilità del sistema in termini di rumorosità e ruvidità del motore stesso; nel caso che a seguito della sostituzione di uno o più componenti tra quelli sopra definiti non si esegua la procedura SIC, non vi sono problemi funzionali e/o rischio del superamento dei limiti di emissione; la procedura è comunque necessaria per riportare i parametri autoadattativi di taratura dell iniezione di ciascun iniettore nei limiti di default per poter nuovamente essere aggiornati partendo da una condizione di funzionamento più stabile rispetto al malfunzionamento degradato del componente per il quale è stata necessaria l operazione di sostituzione. Per garantire la corretta funzionalità della strategia e quindi del corretto aggiornamento dei parametri autoadattativi, è necessario che il sistema possa funzionare sempre nelle migliori condizioni di stabilità sia dei componenti che attuano la pressione rail (pompa e regolatore pressione, elettroiniettori) sia dei sensori che tramite la lettura dei parametri influiscono significativamente sulla regolazione delle quantità / pressioni iniettate (lettura della pressione rail dal relativo sensore). In base a quanto sopra definito, in sede assistenziale, ad ogni sostituzione di uno o più componenti che influiscono in modo attivo alla funzionalità della strategia SIC, sarà necessario eseguire alcune procedure con lo strumento di diagnosi al fine di azzerare alcuni parametri autoadattativi in Eeprom della centralina in modo da riportare il loro valore nella zona centrale (valori di default). In particolare la strategia viene suddivisa in 2 parti funzionali, SIC1 e SIC2: la differenza tra le 2 strategie è che la SIC1 agisce sulla correzione quantità iniettata di tutti gli elettroiniettori, mentre la SIC2 è specifica per ogni singolo iniettore; ad ogni sostituzione di uno dei componenti di seguito descritti è necessario eseguire la procedura SIC1 / SIC2: sostituzione centralina sostituzione di uno o più iniettori

20 sensore di pressione rail Nella tebella di seguito viene definito la correlazione tra i componenti sostituiti e le procedure SIC1 e SIC2: Procedura MAC - Multijet Adaptive Control (sistemi con sonda lambda) Centralina controllo motore Sensore Pedale acceleratore. Sensore temperatura aria Sensore olio motore Rete dati

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