sistema siemens sid 805 common-rail motore 2wz-tv

Sistema Siemens SID 805Common-RailMotore 2WZ-TV

Sistema d’iniezione

Toyota Motor Italia S.p.A.

Sistema d’iniezioneSiemens SID 805 – 2WZ-TV

I principali componenti del sistema Siemens SID 805 sono:

– La pompa di iniezione

• Valvola di controllo della pressione (PCV)

• Valvola di controllo della pressione (MPROP)

• Valvola di regolazione della pressione (PCV)

– Sensore di Pressione Carburante

– 4 Iniettori Piezo-elettrici

–ECU motore

– 4 Iniettori Piezo-elettrici

Sistema Common Rail SID 805

(2WZ-TV Aygo)

(pompa d’iniezione a 3 pompanti)(pompa di adescamento tipo a vani)

Sensore pressione carburante (PCR)Pressione CR: 22 – 160 MPa

Common-Rail

Iniettori Piezoelettrici

Pompa manuale

Sensore temp.

SerbatoioFiltro carb.

Siemens SID 805 – 2WZ-TV

Pompa d’iniezione:•Valvola di controllo della pressione = Valvola di Controllo del Volume (VCV) ( MPROP)•Valvola regolazione pressione (PCV)•Pompa di adescamento

Livelli di Pressione & Temperatura

Pressione Common-Rail :220 – 1600 bar 22 – 160 MPa

Pressione di Alimentazione:Min.: 0,7 bar Max.: 1,0 bar

Temperatura Max.del carburante consentita : 80°C

Pompa d’iniezioneSiemens SID 805 – 2WZ-TV

Identificazione

Informazioni sull’etichetta:a: Siemens / VDO riferimento N°b: PSA riferimento N°c: Data di Produzione & N° (anno/settimana/ordine di produzione N°)

Anno:W: 2003X: 2004Y: 2005Z: 2006

Esempio: W20/00270W20: Settimana 20 del 200300270: Ordine di Produzione N°

Pompa d’iniezione

StrutturaTubazione di ritorno al serbatoio (bassa pressione)

Valvola di controllo della pressione(MPROP)

Ingresso carburante

Uscita carburante(alta pressione)

Pompante

Valvola di regolazione della pressione (PCV)

Pompa di adescamento (Integrata)Pressione interna: 4bar

Pompa d’iniezione

Funzionamento

1. Pompa di adescamento

2. Valvola di controllo della pressione (MPROP*)

3. Pompanti

4. Valvola di regolazione della pressione (PCV)

5. Valvola Limitatrice (4 bar)

6. Valvola Lubrificazione per albero a camme (2,5 - 3 bar)

7. Filtro protettivo

8. Filtro Lamellare

a. Ingresso Carburante

b. Alta Pressione

c. Recupero del carburante

Pompa d’iniezione

Pompanti

Pompante

Pompa d’iniezione

Funzionamento del Pompante (1)

• Immissione del Carburante

– Inizio aspirazione(depressione)

La valvola d’ingresso apre

Aspirazione

Valvola d’ingresso

Pompa d’iniezione

• Ingresso carburante

– Aspirazione

Aspirazione

Pompa d’iniezione

• Ingresso carburante

– Aspirazione (riduzione della depressione)

Aspirazione

Pompa d’iniezione

• BDC (punto morto inferiore)

– Fine aspirazione

Pompa d’iniezione

• Mandata del carburante

– Inizio compressione(incremento della pressione)

La valvola di scarico apreHP

Valvola di scarico

Pompa d’iniezione

– Compressione

Pompa d’iniezione

– Compressione (pressione max.)

Pompa d’iniezione

• TDC (punto morto superiore)

– Fine compressione

La valvola di scarico chiude

Valvola di controllo della pressione (MPROP) MPROP

MPROP (Magnetic Proportioning Valve)

• Funzione: Controlla il flusso del carburante dalla pompa di adescamento verso i pistoni della pompa ad alta pressione.

1: Molla di richiamo

2: Scorrevole

3: Pistone

4: Avvolgimento (15 +/- 10%)

5: Indotto

Controllo PWM*

(Resistenza:2,5 à 2,8 Ω)

Immissione Pompa di Trasferta

Carburante trasferito ai componenti

* Pulse Width Modulation

Disattivata

• PWM 0%

Dalla pompa di adescamento

Ai pompanti

Valvola di controllo della pressione (MPROP)

Aperta

• PWM 0-30%

Dalla pompa di adescamento Ai pompanti

Valvola di controllo della pressione (MPROP)Controllo:

PWM (%)

(Giri motore costanti)

Quantità erogata

Valvola di regolazione della pressione (PCV)

Funzione: • Regola la pressione nel

Common-Rail variando il volume di carburante verso il circuito di ritorno.

1: Sede della Valvola2: Sfera3: Indotto4: Avvolgimento5: Statore (fissato all’indotto)6: Molla di richiamo (tarata a 50

Controllo PWM* (Resistenza 2,8-3,1 Ω)

(Corrente media: 0,6 a 2 A max.)

Pressione di ritorno

* Pulse Width Modulation

Disattivata

• PWM 0%

• Tenuta chiusa dalla molla di richiamo

• Min. 50 bar

• Attenua le pulsazioni

Solo forza della molla

Al Rail

Dai pompanti

Valvola di regolazione della pressione (PCV) PCV

Attivata

• PWM 0%

• Forza Addizionale si aggiunge a quella della molla

• 0,6 – 2 AForza della molla

+ forza campo magnetico

dell’avvolgimento

Pressione di ritornoAl

Dai pompanti

PWM (%)

Pressione carburante(Rail)

Controllo:

Componenti della pompa d’iniezione

I seguenti componenti non possono essere rimossidalla pompa d’iniezione:

– Valvola di controllo della pressione (MPROP)

– Valvola di regolazione della pressione (PCV)

Tubazioni di alta pressione

In caso di rimozione, I seguanti componenti devono essere sostituiti:(la tenuta è garantita dalla deformazione realizzata dal serraggio dei dadi)

• Tubazione di mandata al common rail

• Le 4 tubazioni degli iniettori

• Tubazione di ritorno

Sensore di pressione (PCR)

Caratteristiche Elettriche:(Sensore Piezo-elettrico)

Alimentazione elettrica : 5V +/- 5%

Temperatura ottimale di esercizio : - 40°C - 120°C

Intervallo di funzionamento : 0 bar - 1800 bar

Pressione di rottura : 3000 bar

NON utilizzare l’ohmetro per controllare il sensore!

Sensore di pressione (PCR)

Segnale

1800 bar(saturazione)

(accelerazione)

100 bar

Iniettore

Costruzione

1: Attuatore Piezo-elettrico

2: Connettore Elettrico

3: Connessione Idraulica

4: Ritorno al serbatoio (trafilamento)

5: Corpo dello spillo dell’iniettore

6: Dado dell’Iniettore

7: Spillo

Specifiche tecniche

• Mancano le categorie dell’iniettore

IniettoreSiemens SID 805 – 2WZ-TV

Data di Produzione:c: Anno: C = 2003

D = 2004 …d: Mese: A = Gennaio

B = FebbraioC = Marzo …

e: Giorno: 1 – 31f: 00019: Ordine di Produzione N°a: Siemens riferimento N°

b: PSA riferimento N°

Iniettore

Costruzione interna

1: Connessione idraulica 2: Ritorno al serbatoio (trafilamento) 3: Connettore elettrico 4: Elemento piezo-elettrico 5: Pistone di controllo 6: Valvola 7: Pistone di controllo dello spillo 8. Spillo 9: Camera di alta pressione dello spillo10: Fori d’iniezione

Pressione della molla di richiamo dello spillo > pressione della molla di richiamo della PCV

Molla di richiamo dello spillo

Iniettore

Principi dei sistemi piezoelettrici

Piezo dal Greco “piezin”, significa premere

• Effetto Piezo:– La compressione del cristallo di quarzo

genera tensione

• Effetto Piezo Inverso:– La tensione applicata al cristallo di

quarzo genera una deformazione

EFFETTO PIEZO

EFFETTO PIEZO INVERSO

Iniettore

Principi dei sistemi piezoelettrici

Effetto piezoelettrico:

• Polarizzazione dovuta a stress meccanico

• La tensione è proporzionale alla distorsione

Stress

A riposo Compresso

G +G -

Iniettore

Modulo Piezo:

• Attuatore a strato singolo

• Quando viene applicato un campo elettrico (con la stessa polarità e orientamento del campo di polarizzazione originaria)

sul singolo strato piezo-ceramico:

– Espansione in direzione trasversale o "longitudinale" (i.e., lungo l’asse di polarizzazione)

– Contrazione in direzione trasversale (perpendicolare all’asse di polarizzazione)

• Quando il campo elettrico s’inverte il – movimento s’inverte

Espansione

FoutVin

Iniettore

Modulo Piezo:

• Attuatore multistrato– Incremento del volume piezo-

ceramico incremento dell’energia che può essere utilizzata per contrastare il carico

• Attuatore Batteria a piezo-ceramica: – Attivazione della batteria:

Un grosso numero di strati piezo-ceramici vengono assemblati e cablati in un’unica struttura

Lievi spostamenti di ogni singolo strato contribuiscono all’allungamento totale

Allungamento della batteria: dell’ordine di - 0,1

Forza: dell’ordine di 100-1000 N

Attuatore multistrato a batteria piezo-ceramica

T = n t

Iniettore

Modulo Piezo:

• Generatore multistrato

• Generatore a batteria piezo: Comprende un grande numero di

strati

Struttura molto rigida e ad alta capacitanza

Adatto per gestire forze elevate accumulare un grande volume di cariche

T = n t

+ Vout

Generatore a batteria piezo

Iniettore

Modulo Piezo:

• Modulo Piezo-elettrico

– +/- 200 strati di quarzo– Allungamento di +/- 50 μm– Bassissimo tempo di commutazione– Può essere considerato come un

condensatore

– Resistenza*: 200 k

– Capacità*: 6,3 μF a 20°C

Elemento-piezo

Resistenza ≈ 200 kΩCapacità = 6,3 μF a 20°C

*da confrontare con gli altri iniettori

F1 + FR > F2

Iniettore

Iniettore chiuso (Motore in moto)

• Il tappo di ritorno (verde) viene pressato dalla molla di richiamo, che chiude il condotto di recupero

Camera di pressione= Camera controllo

• Superficie di contatto del pistone di controllo > Superficie di contatto della punta dello spillo

• F1 + FR F2• l’iniettore chiude per effetto della molla

di richiamo

Tappo di ritorno

Molla di richiamo

Camera di pressione

Camera di controllo

Molla di richiamo

dell’iniettore

Ugello

Ritorno

Iniettore

Iniettore aperto

• La ECU alimenta l’attuatore piezo-elettrico

• Allungamento del piezo

• Il pistone spinge il tappo di scarico

• Si abbassa la pressione della camera di controllo

• La pressione della camera di pressione è costante

• F2 F1 + FR

• L’iniettore apre

F2 > F1 + FR

Ritorno

Iniettore

Circuito di alimentazione:

• Chopper Elettronico:– Fornisce 70 V

di sovratensione

• Tre transistors di commutazione:T1, T2, T3

– Controllati dalla ECU

• Due condensatori C1(uno per ogni coppia di iniettori)

V amplificato: +/- 70 V

Transistors di commutazione

Iniettore

Iniettore Piezo-elettrico

• Rappresentato da un diagramma equivalente:

– Condensatore + Resistore

Piezo Iniettore

6,3 Fat 20°C

IniettoreSegnale di Controllo: Iniettore chiuso T1, T2 e T3 sono OFF

I Inj (A)

V Inj (V)

6,3 Fat 20°C

Piezo Iniettore

Transistors di Commutazione

Iniettore chiuso

IniettoreSegnale di Controllo: Iniettore in apertura T1 e T3 attivati ON

I Inj (A)

V Inj (V)

140 V max

C1 10A

140 V max.

6,3 Fat 20°C

Apertura Iniettore

Iniettore chiuso

Piezo Iniettore

IniettoreSegnale di Controllo: Mantenimento Iniettore aperto - T1 è OFF

I Inj (A)

V Inj (V)

140 V max

140 V max.

! ATTENZIONE !Se scollegato,

l’iniettoreresta apertoMantenimento

Apertura Iniettore

Iniettore chiuso

Piezo Iniettore

IniettoreSegnale di Controllo: Iniettore in chiusura T2 è ON (T1 è OFF)

I Inj (A)

V Inj (V)

140 V max

C1 -10A

Chiusura Iniettore

Mantenimento Apertura Iniettore

Apertura Iniettore

Iniettore chiuso

Piezo Iniettore

IniettoreSegnale di Controllo: Iniettore chiuso T2 e T3 disattivati OFF

I Inj (A)

V Inj (V)

140 V max

6,3 Fat 20°C

Iniettore chiuso

Chiusura Iniettore

Iniettore chiuso

Apertura Iniettore

Piezo Iniettore

IniettoreSegnale di Controllo

• Iniettore in apertura:– Carica elemento piezo-elettrico

• Iniettore in chiusura:– Scarica elemento piezo-elettrico

I Inj (A)

V Inj (V)

140 V max 10 A

Iniettore chiuso

Chiusura Iniettore

Iniettore chiuso

Apertura Iniettore

Oscilloscopio 2 canali

È vietato condividere i punti di massa dell’oscilloscopio

IniettoreMisurazioni dei segnali con oscilloscopio

Canale1

Canale2

Iniettori & Tubazioni

ATTENZIONE (1):

• Sostituire i condotti degli iniettori, ogni volta che vengono rimossi

• Gli iniettori sono controllati con tensioni di 70 - 140 V !

• Non invertire la polarità degli iniettori, questo può distruggerli.

• Non collegare alimentazione direttamente agli iniettori da una sorgente elettrica diversa dalla ECU.

• Non attivare gli iniettori se non posti in connessione diretta a massa. Rischi di scarica elettrostatica!

• Non cortocircuitare gli iniettori, ne a massa, e nemmeno tra iniettori stessi!

Iniettore

ATTENZIONE (2):

• I componenti descritti di seguito non devono essere rimossi dall’iniettore:

– Giunzione di alta pressione dell’iniettore– Dado principale dell’iniettore

• Non tentare di separare il connettore elettrico dalla propria sede metallica

• Non pulire l’iniettore utilizzando attrezzi per la pulizia ad ultrasuoni.

Sensore Temperatura Carburante

Termistore (NTC)

• Funzione:– Usato per calcolare

la densità del carburante(per regolare il flusso di carburante)

– Usato per proteggere la Pompa(Riduce la pressione)

Sensore Temperatura Carburante

Termistore:

• Protezione della Pompa:

– Temp. Carburante 115°C: Riduzione di Pressione (a 200 bar)

– Temp. Carburante 128°C: Ulteriore riduzione della pressione

-20 20 60 10

100 000

1 000 000

Sensore Temperatura Carburante (NTC)

Temperatura (°C)

Tensione

Resistenza

Fitro carburante

Senza pompa di trasferimento

• Intervalli di sostituzione: 60 000 km / 72 mesi

Pompa Manuale

Ubicazione:

• Tra linea di alimentazione e linea di recupero

• Ubicata sopra la copertura della testata cilindri(Lato Pompa di Iniezione)

Altri Segnali

Sensore Posizione Pedale Acceleratore

Sensore tipo ad effetto Hall

Doppio segnale:

• Due differenti caratteristicheV

0,40,2

Posizione pedale %

U2 = 1,87V

U1 = 3,73V

Sensore Posizione Pedale Acceleratore

Segnali

• Alimentazione: 5V• Massa

• U2 = 0,4 - 1,87V

• U1 = 0,2 - 3,73V

Sensore Posizione Albero Motore

• Rotore ad anello magnetico per la puleggia dell’albero motore

– 60 coppie di poli (58 + 2 poli mancanti)

Sensore albero motore tipo effetto Hall

Anello magnetico

Sensore Posizione Albero Motore

Segnale

• Segnale in uscita

6° CA115° before TDCCyl. N° 1/4

Anello magnetico

Segnale magnetico

Segnale in uscita

Sensore Posizione Albero a Camme

• Una sporgenza integrata nella puleggia dell’albero a camme fa da punto di trigger per la fase d’iniezione

Sensore posizione albero a camme tipo ad effetto Hall

Segnale

• Segnale in uscita

TDC Cyl 1

TDC Cyl 3

TDC Cyl 4

TDC Cyl 2

Regolazione del sensore

• Spostare il sensore posizione albero a camme per regolare il gioco tra sensore e sporgenza (C = 1,2 mm)

Sistema di aspirazione

Componenti:

1: Flussometro a filo caldo (MAF) con Sensore di Temperatura(Prima del Turbocompressore)

2: Turbocompressore3: Valvola EGR4: Sensore Temperatura Aria

(Dopo il Turbocompressore)5: Sensore Pressione Turbo

(MAP)6: Scambiatore di calore EGR7: Valvola Elettrica EGR

con Sensore di Posizione8: Valvola Waste Gate per Turbo

Flussometro

Funzione:

• Calcola la massa d’aria aspirata e la Temperatura Aria prima del Turbocompressore

• Funzionamento:– Tensione costante applicata alla pellicola

riscaldata o filo caldo. – La pellicola o filo è posto lungo il flusso

dell’aria in un canale in cui è convogliata l’aria ed è riscaldato da corrente elettrica. Il flusso dell’aria tende a raffreddarlo.

– Il filo caldo è un resistore a coefficiente positivo di temperatura (PTC).

– La resistenza si abbassa al ridursi della temperatura. La resistenza ridotta consente un maggior flusso di corrente per mantenere la temperatura programmata.

Flussometro

Segnale in frequenza:

• Sensore MAF di tipo digitale.

• Il segnale in frequenza è inversamente proporzionale all’aumento della massa dell’aria aspirata.

(Un sensore MAF di tipo analogico emette segnale in tensione)

Sensore Pressione Atmosferica

Funzione:

• È sensibile alla pressione atmosferica (prima del Turbocompressore)

• Usato per escludere l’EGR quando la pressione atmosferica è bassa (in altitudine)

Interno al modulo ECU

Sensore Pressione Turbo

Funzione:

• Misura la pressione dell’aria (dopo il Turbocompressore)

• Usato per la diagnosi della valvola a farfalla (valvola a farfalla priva di sensore di posizione)

– Una riduzione della pressione viene rilevata quando la farfalla chiude al 60%

Sensore Pressione Turbo

Segnale:

Sensore posizione(Hall)

Valvola EGR

Azionata da motore elettrico

Sensore Posizione Valvola EGR tipo ad effetto Hall integrata (senza reostato)

Normalmente chiusa da una molla di richiamo

Motore Elettrico

R =3,5-4,5

EGR non attivato(Valve chiusa)

EGR attivato(Valvola aperta)

Valvola EGR

Segnale:

• La valvola EGR è controllata da un segnale PWM

• La valvola EGR viene chiusa da una molla di richiamo.Un segnale PWM « forza » la valvola a chiudere quando l’apertura diventa inferiore al 10%

Valvola a farfalla (per l’EGR)

Funzione:

• È normalmente aperta.• È priva di sensore di posizione• Perfeziona il funzionamento della

EGR riducendo la pressione del collettore di aspirazione. (Quando la valvola a farfalla risulta chiusa al 60%)

• La diagnosi è effettuata indirettamente misurando la pressione del collettore (Pressione turbo).

R = 6-7

Valvola a farfalla (per l’EGR)

La valvola EGR è controllata da un segnale a impulsi a modulazione di ampiezza PWM.

Sensore Posizione Valvola EGR tipo Hall integrato

Fattori che influenzano il rapporto del flusso EGR:

• passaggio EGR S

• Pressione Collettore Aspirazione Pa

• Pressione Collettore Scarico Pe

Pr = Pe-Pa

Pressione Aspirazione Pa

Pressione Scarico Pe

Caso 1:

Rapporto di flusso EGR zero:

• Passaggio EGR S è zero Rapporto di flusso EGR è zero

Pr = Pe-Pa

Caso 2:

Rapporto di flusso EGR è normale:

• passaggio EGR S Non è zero + Pr normaleRapporto di flusso EGR è normale

Pr = Pe-Pa

Caso 3:

Rapporto di flusso EGR è rilevante:

• passaggio EGR S Non è zero + Pr è rilevante Rapporto di flusso EGR è rilevante

Pr = Pe-Paincrementa

Pressione Aspirazione diminusce

Grazie

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