#Funzionamento centraline aggiuntive per motori con iniettori-pompa

23 / febbraio 2022
Funzionamento centraline aggiuntive per motori con iniettori-pompa

Seletron Performance

Come funzionano le nostre centraline aggiuntive per motori con iniettori-pompa

 

Bentrovati, siamo tornati (come promesso) a parlare del funzionamento nel dettaglio delle centraline aggiuntive per motori Diesel che utilizzano come sistema di iniezione i PDE, ovvero gli iniettori-pompa. Abbiamo parlato nei precedenti articoli di altri sistemi di iniezione, in particolare del primo sistema di controllo iniezione elettronica attraverso pompa rotativa a controllo elettronico, poi, della seconda evoluzione di pompa di iniezione centralizzata, ovvero quella con pompa a pistoni radiali. Oggi parliamo del primo sistema di iniezione Diesel non centralizzato, realizzato cioè con moduli indipendenti per ogni cilindro, elementi che composti da un pompante ad alta pressione montato nello stesso corpo dell'iniettore controllato elettronicamente.

 

All'inizio degli anni '2000 cominciano ad arrivarci molte richieste di elaborazione elettronica per i primi motori Diesel che utilizzano questo nuovo sistema di iniezione. Il gruppo VAG è quello che ha introdotto questa tecnologia e lo ha fatto sui 4 cilindri 1.9TDI che lasciano la pompa di iniezione rotativa a controllo elettronico in favore di questo sistema che promette migliore rendimento e migliori prestazioni. Il precedente 1900TDI con pompa iniezione rotativa dispone di 110cv e circa 235Nm di coppia massima in base alla versione.

 

Il primo 1900TDI (sempre con 2 valvole per cilindro e sempre con turbocompressore a geometria variabile), dispone di 115cv e – soprattutto – della notevole coppia massima di 280Nm. Alla guida si apprezza la notevole elasticità e il facile utilizzo di marce alte; la coppia è talmente tanta che raramente serve scalare marcia e la guida è molto agevole anche in salita. Ben presto, arrivano i 1900TDI  con potenze portate a 130cv, 150cv e fino a 160cv. Arrivano anche le versioni depotenziate con 101cv e 105cv. Per queste motorizzazioni abbiamo ricevuto moltissime richieste di elaborazione con centralina aggiuntiva.

 

 

Come funziona il sistema di iniezione Diesel con iniettori-pompa

Ora veniamo alle differenze rispetto ai precedenti 1900 TDI con pompa di iniezione rotativa elettronica. Tutto. Si tutto, perché in comune non rimane praticamente nulla rispetto a prima. Il gruppo VAG utilizza gli iniettori-pompa per avere maggiore pressione di iniezione (possono lavorare con pressioni attorno ai 2000 bar) e per avere maggiore flessibilità nella gestione delle fasi di iniezione. Con questo sistema, viene in parte svincolato il momento di iniezione dalla posizione dell'albero motore. Inoltre, è possibile produrre iniezioni multiple, tra le quali la pre-iniezione.

 

Ma veniamo all'aspetto tecnico. La novità sta nel fatto che con questo sistema, ogni iniettore dispone di un proprio elemento pompante azionato dall'albero a camme in testa. Questo consente, come già detto, di generare pressioni di iniezione molto alte e di poter controllare le fasi di iniezione in modo molto più preciso. Ogni elettro iniettore dispone del proprio pompante un testa che genera l'elevata pressione del gasolio, la centralina ECU controlla l'apertura della spina dell'iniettore attraverso un solenoide (a funzionamento elettromagnetico) che crea uno sbilanciamento di pressione gasolio tale da aprire l'iniettore e polverizzare finemente il gasolio ad alta pressione.

 

Questa iniezione, grazie all'alta pressione ed alla possibilità di generare una pre-iniezione (piccola iniezione di gasolio che innalza temperatura e pressione nella camera di combustione per preparare l'ambiente alle successive iniezioni principali) consente una riduzione della generazione di particolato, una maggiore resa e la possibilità di una messa a punto adatta a generare maggiori potenze. Inoltre, il sistema con iniettori-pompa, consente di utilizzare la tecnologia dei filtri anti particolato.

 

 

Come funzionano i primi filtri anti-particolato Diesel

Si tratta di una tecnologia che serve a trattenere il particolato generato dalla combustione del gasolio nel motore Diesel e che richiede una particolare fase di rigenerazione del filtro stesso. La rigenerazione del filtro anti-particolato (che tende ad intasarsi con il passare dei Km) avviene attraverso le post-iniezioni, piccole iniezioni di gasolio attuate durante la fase di scarico e che innescano una combustione all'interno del filtro anti-particolato ripulendolo. La centralina ECU rileva la necessità di rigenerare il filtro anti-particolato attraverso lo sbilanciamento di pressione rilevato da un sensore di pressione differenziale connesso con due tubicini prima e dopo le celle del filtro; quando lo sbilanciamento di pressione raggiunge una determinata soglia, significa che le celle del filtro sono eccessivamente intasate e devono essere rigenerate attraverso le post-iniezioni per non creare una eccessiva contro-pressione allo scarico.

 

 

Come funzionano le centraline aggiuntive per motori con iniettori-pompa

Le nostre centraline aggiuntive per elaborazione dei motori Diesel con iniettori-pompa funzionano in linea di principio come quelle per le pompe di iniezione a pistoni radiali. La differenza sostanziale è che questa tipologia di centralina aggiuntiva è sequenziale ed è come se incorporasse la gestione di 4 pompe a pistoni radiali (nei 4 cilindri). In pratica, la centralina aggiuntiva CHIPBOX si collega in parallelo a tutti gli iniettori-pompa e ne legge il segnale di controllo. Sulla base del pilotaggio di serie attuato dalla centralina ECU, avviene un prolungamento della fase di iniezione per ogni ciclo del motore e singolarmente per ogni elettro-iniettore.

 

La centralina aggiuntiva incorpora 4 stadi di uscita a stato solido realizzati con semiconduttori di tipo Mosfet/Hexfet + uno stadio di uscita comune che agisce sulla alimentazione degli iniettori-pompa. Anche su queste centraline aggiuntive è presente il collegamento al sensore di posizione pedale acceleratore che serve a rilevare la richiesta di erogazione coppia/potenza da parte del pilota. Il montaggio di queste centraline aggiuntive è abbastanza semplice in quanto i cablaggi forniti sono dotati di connettori rotondi per il collegamento elettrico di tutti gli iniettori-pompa (posizionato sul lato della testa motore), gli altri collegamenti necessari sono solamente quelli alla alimentazione e al sensore di posizione pedale acceleratore già citato.

 

 

Motori Diesel che hanno utilizzato gli iniettori-pompa

Come già detto, i primi motori ad impiegare questa tecnologia sono stati quelli del gruppo VAG sui 1900TDI. Negli anni successivi sono stati prodotti anche motori a 5 cilindri 2500TDI con questo stesso sistema di iniezione, più grandi cilindrate con architettura V8, poi sono nati i 2.0TDI 16V (8 valvole nelle versioni con FAP) con potenza di 140 cavalli. Anche nel settore dei mezzi pesanti si sono impiegati questi sistemi di iniezione, ad esempio sui Cursor prodotti da IVECO; anche in questo settore però, negli anni successivi si è definitivamente abbandonato questo sistema di iniezione per convertire tutte le motorizzazioni al sistema common-rail.

 

Prima di chiudere l'argomento legato alle centraline aggiuntive per motori Diesel con iniettori pompa, vogliamo ricordare che i primi elettro-iniettori di questo tipo erano a comando elettromagnetico, questo significa che per il controllo dell'apertura iniettore, la centralina ECU pilota dei solenoidi che generano un campo magnetico controllato che richiama un elemento ferromagnetico che funge da comando meccanico per l'iniettore. Negli anni successivi, per avere un maggiore controllo e velocità di comando apertura, il gruppo VAG introduce nuovi iniettori-pompa a controllo piezoelettrico.

 

In questo caso, l'elemento di comando non è composto da un elettro-magnete ma da specifici cristalli ad effetto piezoelettrico, ovvero cristalli in grado di cambiare il loro stato fisico in presenza di una DDP (differenza di potenziale elettrico) e – in realtà – anche di fare l'opposto, ovvero di generare una DDP quando sollecitati meccanicamente. Su questa seconda serie di elettro-iniettori (tecnologia, quella piezoelettrica, impiegata poi anche su iniettori per common-rail) il comando da parte della ECU è differente per quanto riguarda i valori di tensione (più alta) e di corrente; va da se, che pur rimanendo inalterata la logica del funzionamento, abbiamo negli anni dovuto riadattare completamente tutto lo stadio di uscita delle nostre centraline aggiuntive, tecnologia ulteriormente complessa ed articolata. Infatti oltre che a lavorare con tensioni che possono variare da 100V a 150V, c’è anche da considerare che, mentre per i classici elettro-iniettori bastava togliere il comando e automaticamente l’iniettori si chiudeva, in questo nuovo sistema la sfida è stata nel mantenere aperto l’iniettore e successivamente chiuderlo tramite un Mosfet dedicato, gestendo anche la corrente di scarica per non sollecitare troppo il nucleo piezoelettrico.

 

Dicevamo poco fa che l'effetto piezoelettrico è reversibile, ecco un paio di esempi contrapposti per capirne le applicazioni; ricordate i tweeter piezoelettrici impiegati in particolare su diffusori acustici per grandi potenze? Funzionano con lo stesso principio degli elettro-iniettori piezo. Quando sollecitati da una differenza di potenziale mutano il loro stato fisico, in questa applicazione una membrana collegata a cristalli piezoelettrici “vibra” seguendo l'andamento sinusoidale del segnale musicale e riproducendo quindi le alte frequenze sonore. Applicazione opposta è incorporata in un accessorio che tutti utilizziamo quotidianamente, l'accendi-gas della cucina o alcuni accendini per fumatori, quando premiamo il pulsante, comprimiamo una molla che – quando rilasciata – sollecita meccanicamente i cristalli piezoelettrici i quali, a loro volta, producono una elevata DDP (tensione elettrica) che genera l'arco voltaico per l'accensione della fiamma!

 

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