Come funzionano le centraline aggiuntive per motori Common Rail
Il common rail Diesel; un progetto tutto italiano
Prima di tutto ringraziamo l’ingegnere italiano Mario Ricco per aver avuto questa eccellente intuizione. E’ da questo ingegnere che nasce il sistema common rail in Italia, succede nei primi anni ‘90, ma per vedere su strada le prime auto con questo moderno sistema di iniezione si deve attendere il 1997, quando vengono immesse sul mercato le Alfa 156 1.9JTD e le Mercedes Classe C con la 220CDI.
La prima, monta il primo 4 cilindri 1900 con due valvole per cilindro e singolo asse a camme in testa, utilizza un turbocompressore a geometria fissa con intercooler ed eroga una potenza di 105 cavalli. La Mercedes invece, realizza il primo 2200 a 4 cilindri e potenza di 125cv impiegato su Classe C.
Entrambi i motori, impiegano questo nuovo sistema di iniezione ingegnerizzato e prodotto da Bosch che ha almeno 2 vantaggi rispetto ai precedenti sistemi di iniezione; la pressione di iniezione (la prima generazione di common rail Bosch raggiungeva picchi di 1350 bar) e – per la prima volta – l’assoluta indipendenza tra la posizione del pistone e la possibilità di generare iniezioni multiple. Questo avviene perché per la prima volta, il gasolio viene portato in pressione e poi accumulato dentro ad un serbatoio (il rail).
Ogni elettro-iniettore (inizialmente elettromagnetico) riceve il gasolio il pressione attraverso condotti metallici e la centralina ECU pilota l’apertura dello spillo attraverso il comando in PWM del solenoide contenuto all’interno dell’iniettore.
Per generare la pressione del gasolio di circa 1350 bar, il sistema utilizza una pompa a 3 pompanti radiali mossa dalla cinghia dentata della distribuzione, sulla pompa di iniezione o sul flauto (il rail) è montato un modulatore di pressione controllato dalla centralina ECU che funge da by-pass al superamento della pressione impostata dalle mappe interna alla centralina e rilevata attraverso il sensore di pressione common-rail. Ogni elettro-iniettore può disporre cosi di gasolio a pressione stabile e indipendentemente dal regime di rotazione motore.
Questa configurazione consente iniezioni multiple, precise ed in grado di ottimizzare il funzionamento del motore lungo tutto l’arco di giri. Negli anni successivi, altri produttori di impianti common rail Diesel, utilizzano sistemi del tutto simili dal punto di vista del funzionamento ma che impiegano un serbatoio sferico in luogo del “flauto” impiegato nel sistema Bosch (ad esempio Ford sul 1.4 tdci e sul 1.8tdci). Anni dopo, tutti i produttori si sono uniformati sotto questo aspetto, preferendo il serbatoio lineare.
Dal punto di vista della gestione elettronica non ci sono particolari differenze rispetto ai sistemi di iniezione con iniettori-pompa. Anche sui common rail vengono rilevati i valori di massa aria aspirata (attraverso il sensore MAF), la temperatura dell’aria aspirata (attraverso il sensore MAF o separatamente), la temperatura del gasolio, il regime di rotazione motore, la fase motore, la temperatura del refrigerante motore, la posizione del pedale acceleratore, la pressione di sovralimentazione (attraverso il sensore MAP), la pressione di iniezione gasolio (attraverso il sensore RAIL). La centralina ECU controlla attraverso le sue uscite l’intervento della valvola EGR (ricircolo gas di scarico), la pressione di iniezione (attraverso il modulatore di pressione rail), l’apertura di ogni singolo elettro-iniettore.
Per i sistemi di iniezione common rail, abbiamo iniziato a sviluppare le nostre centraline aggiuntive già alla fine degli anni ‘90; con opportuni adeguamenti, ancora oggi molte delle nostre centraline aggiuntive di potenziamento auto Diesel utilizzano un doppio sistema di controllo che agisce principalmente su due parametri, la pressione di iniezione gasolio e la pressione di sovralimentazione per arrivare alle ultime che possono controllano anche il regime di rotazione (RPM)
Tra i primi utilizzatori del sistema common rail ingegnerizzato da Bosch compare anche BMW, che presenta il 3000 Diesel a 6 cilindri in linea automobilistico (allora) più potente del mondo; 184 cavalli e 390Nm di coppia motrice, valori oggi normali per un 2 litri a 4 cilindri ma un record per la fine degli anni ‘90! Il motore compare sulla Serie 5 E39 denominata 530d, portata poco tempo dopo a 193 cavalli e 410Nm di coppia massima. Su BMW 530d abbiamo installato molte centraline aggiuntive in grado di generare alti incrementi di potenza e di coppia, kit digitali (come tutti quelli da noi prodotti fin dai primordi) molto apprezzati sia in Italia che in Europa.
Le prime centraline aggiuntive per common rail richiedevano il collegamento di alcuni fili sul cablaggio motore, nello specifico 2 fili sul sensore pressione rail, 2 fili sul sensore pressione turbo, un filo sul sensore posizione pedale acceleratore ed eventuali collegamenti di massa e di positivo 12V. Questo rendeva le centraline aggiuntive adatte principalmente ad installatori quali meccanici, elettrauto e preparatori di auto.
Nei primi anni ‘2000 arrivano i connettori originali che rendono le centraline aggiuntive molto più appetibili anche per privati che – con un minimo di manualità ma senza particolari esperienze – possono installare da se la centralina di potenziamento motore sulla propria auto senza doversi rivolgere ad un professionista del settore, proprio come avviene oggi con i modelli più recenti.
Common rail con elettro-iniettori piezoelettrici
Come avvenuto per il sistema di iniezione con unità inettori-pompa, anche nel common rail ci sono stati sviluppi nel sistema di comando di apertura dell’elettro-iniettore. Prima di tutto ricordiamo che il comando elettrico non funziona come un normale rubinetto che apre e chiude direttamente il flusso di gasolio in pressione.
Ricordiamo infatti che i primi sistemi common rail lavoravano con pressioni di 1350 bar, poi portati a pressioni di 1600 bar in successive generazioni, per poi arrivare alla soglia dei 2000 bar, diventa quindi molto difficile commutare un ugello che ha questa contro-spinta; gli elettro-iniettori lavorano sullo sbilanciamento di pressione (quindi sulla differenza di pressione) che fa aprire la spina dell’iniettore stesso.
Per controllare queste aperture, i primi iniettori common rail (ma anche alcuni modelli attuali) utilizzavano controlli elettromagnetici; la centralina ECU invia tensione (quindi corrente) a solenoidi (avvolgimenti di rame) posti all’interno degli iniettori e questi agiscono per forza elettro-magnetica su elementi ferromagnetici che si spostano creando appunto lo sbilanciamento di pressione gasolio, sbilanciamento che porterà all’apertura e quindi alla polverizzazione del gasolio.
In alcuni impianti common rail (molto utilizzati oggi) sono stati impiegati elementi di comando non più elettro-magnetici ma ad effetto piezoelettrico (ricordate i cristalli in grado di modificare il proprio stato fisico quando sollecitati da una differenza di potenziale elettrico?).
Essendo le esigenze di comando differenti rispetto agli iniettori elettro-magnetici, anche le centraline ECU hanno dovuto subire parziali riprogettazioni, questo per via di differenti valori di tensione e corrente nel funzionamento degli elettro-iniettori piezoelettrici. Di conseguenza, anche noi della SELETRON abbiamo dovuto sviluppare centraline aggiuntive per il potenziamento di turbodiesel common-rail dedicate, per poter creare un interfacciamento elettrico adatto alla elaborazione dei motori che fanno uso di questi avanzati sistemi di iniezione del gasolio.
Ulteriori sviluppi del common rail Diesel
Alcuni produttori di motori turbodiesel si sono spinti ulteriormente oltre nella tecnologia delle unità di iniezione gasolio; la Volvo, per esempio, ha impiegato una nuova tipologia di iniettori common rail più complessi ma più precisi nel gestire le varie fasi di iniezione gasolio.
Questi complessi iniettori, comunicano con la centralina attraverso il BUS di dati e forniscono anche informazioni sulla temperatura gasolio, nello specifico Volvo V40 2.0 Diesel 120 CV è dotata di impianto denominato i-ART, il sistema di iniezione del gasolio intelligente creato da Denso e utilizzato nei motori Volvo e Toyota che utilizza appunto un sensore di pressione ed uno di temperatura per ogni singolo iniettore common-rail.
Questo sistema consente un dosaggio ancora più accurato e mirato per ogni singola fase di iniezione, ne beneficiano le emissioni, le prestazioni ed i consumi di gasolio. Anche in questo caso abbiamo dovuto riprogettare completamente una centralina aggiuntiva complessa in grado di connettersi ad ogni singolo elettro-iniettore, leggerne i valori di serie e pilotarli per creare un interessante incremento di prestazioni; il nostro kit CHIPBOX (uno dei pochi disponibili per questi evoluti sistemi di iniezione i-ART) è completo di tutti i cablaggi con connettori originali per ogni singolo iniettore, quindi per un montaggio – ancora una volta – reversibile in qualunque momento ed è in grado di generare eccellenti incrementi di potenza e di coppia, +30 cavalli e +60Nm!
Riassumendo, abbiamo parlato nei precedenti articoli (che ti suggeriamo di leggere perché molto interessanti) di:
- Come funzionano le pompe di iniezione rotative a controllo elettronico e le centraline aggiuntive digitali per incremento potenza e coppia dei motori TDI, tds ed altre auto che utilizzano questo sistema di iniezione.
- Come funzionano le pompe di iniezione a pistoni radiali e controllo elettronico montate sui precedenti motori 2500TDI V6 del gruppo VW-Audi, su BMW 2 litri 16V 136cv, su Ford 1.8tddi e su altri motori 2000 Opel e come funzionano le centraline aggiuntive digitali per incremento potenza e coppia.
- Come funziona il sistema di iniezione PDE ad iniettori-pompa utilizzato inizialmente solo dal gruppo VW-Audi, come si sono sviluppati gli iniettori passando dal comando elettromagnetico al comando piezoelettrico ed anche in questo caso di come funzionano le centraline aggiuntive digitali per incremento potenza e coppia di questi TDI.
- Abbiamo completato ora questa sezione tecnica che riguarda i sistemi di iniezione Diesel più recenti e raffinati; i common-rail e di come questo sistema si sia evoluto nel tempo. Abbiamo anche in questo caso parlato di come funzionano le centraline aggiuntive digitali per incremento potenza e coppia e di come si siano sviluppate attorno alle esigenze delle più recenti tecnologie.
Nei prossimi articoli, come da richiesta di alcuni nostri clienti (ricordiamo che questi articoli sono stati scelti anche sulla base di un sondaggio che abbiamo sottoposto a chi ci segue regolarmente), parleremo anche delle centraline aggiuntive per motori alimentati a benzina e dei moduli aggiuntivi per il pedale acceleratore.
Non ti resta che seguirci! A presto
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