TDI: Principi fondamentali della tecnologia (Articoli)

L'idea alla base del TDI era quella di ottimizzare i motori diesel per autovetture, tradizionalmente dotati di pompe di iniezione a distributore, attraverso l'aggiunta di sistemi di controllo elettronici per migliorare le prestazioni, il consumo di carburante e le emissioni.
Da sono nate inizialmente le famiglie di motori TDI, a partire dal modello VP 37, che si basa sulle collaudate pompe di iniezione meccaniche.

Nella VP 37, il cavo dell'acceleratore, la leva di selezione della velocità, il regolatore centrifugo, l'acceleratore di avviamento a freddo, il sistema di controllo della potenza massima in funzione della pressione di sovralimentazione e tutti gli altri meccanismi utilizzati per muovere il regolatore tramite la centralina motore (MSG) e il sistema di controllo della quantità sono stati sostituiti. Per maggiori dettagli, consultare: /viewtopic.php?t=3066.
La regolazione della quantità di materiale iniettato, dipendente dalla pressione interna della pompa, viene finemente controllata tramite una valvola elettrica di regolazione dell'iniezione, che consente anche l'avvio dell'iniezione in base alla quantità. Per maggiori dettagli, consultare: /viewtopic.php?t=3195.

L'elettronica permette persino di realizzare una compensazione della temperatura del diesel: più caldo è il diesel, minore è la sua densità, il che, a parità di volume di iniezione, porterebbe a una perdita di potenza.
Tramite un sensore di temperatura del gasolio integrato nella pompa (o, nel caso dei sistemi common rail, nel circuito di ritorno al serbatoio), il cui segnale viene elaborato dalla centralina, le variazioni di prestazioni dovute a problemi di tenuta vengono compensate mediante una regolazione appropriata della durata dell'iniezione.

Dal punto di vista degli iniettori, il motore a iniezione diretta (a differenza dei motori diesel a iniezione indiretta) richiede una pre-iniezione di una piccola quantità di gasolio, in modo che la quantità principale possa bruciare con un livello di rumore e un comportamento accettabili. Questo viene realizzato grazie a una nuova concezione costruttiva degli iniettori, chiamate "combinazioni di supporti per iniettori a doppia molla".

Poiché l'unità di controllo del motore (MSG) necessita di informazioni precise sulla velocità e sulla posizione istantanea dell'albero motore per svolgere le sue funzioni, un sensore induttivo rileva la posizione di una ruota dentata appositamente montata sull'albero motore. Con queste informazioni, l'unità di controllo motore (MSG) simula, insieme al sistema di controllo della quantità di carburante, un regolatore centrifugo più preciso e realizza, ad esempio, la limitazione della potenza tipica dei motori diesel al di sopra di circa 4000 giri/min.

La misurazione della velocità di rotazione è così precisa da poter rilevare anche le accelerazioni durante le fasi di lavoro e le decelerazioni causate dalle compressioni.
In questo modo, è possibile rilevare le differenze di velocità di rotazione tra i cicli di lavoro dei singoli cilindri. Il risultato viene utilizzato dai componenti software responsabili della regolazione della rotazione al minimo nel modulo di controllo motore (MSG) per dosare la quantità di iniezione per ciascun cilindro, in modo da ottenere la massima uniformità possibile nella rotazione del motore.

Oltre alla quantità di iniezione, la centralina motore (MSG) regola/controlla/gestisce l'inizio dell'iniezione, il ricircolo dei gas di scarico (per maggiori dettagli, vedere /viewtopic.php?t=3095).
la pressione di sovralimentazione (per maggiori dettagli, vedere /viewtopic.php?t=3101) e, a seconda del tipo di motore, ulteriori elementi di controllo attorno al motore, come la valvola di intercettazione, il ventilatore del radiatore con funzionamento prolungato, ecc.

Durante il funzionamento, il sensore elettronico dell'acceleratore trasmette al modulo di controllo del motore (MSG) la richiesta di quantità di iniezione del carburante da parte del conducente. Il sistema determina innanzitutto, in base alla curva di pressione di sovralimentazione programmata, quale pressione di sovralimentazione è necessaria per bruciare la quantità desiderata di carburante in modo "pulito" all'interno della specifica classe di emissioni, e quindi inizia a regolare la pressione di sovralimentazione al valore corrispondente.

Parallelmente, il modulo di controllo motore (MSG) calcola, sulla base del segnale del sensore di massa dell'aria (LMM), della velocità di rotazione e di altri parametri correttivi, la quantità effettiva di aria fresca che riempie i cilindri.
La cosiddetta. La curva di soglia di iniezione determina, per ogni regime di giri e quantità di aria aspirata, la massima quantità di carburante che può essere bruciata senza superare i limiti di emissione previsti (questa quantità massima è anche definita come limite di formazione di fuliggine).

In alcuni motori TDI, la riduzione delle emissioni di particolato viene calcolata in base alla pressione di sovralimentazione attuale (anziché al segnale del sensore di massa d'aria).

In ogni caso, il sistema di gestione del motore (MSG) confronta questo limite di emissioni di fuliggine con il vincolo di carico del motore e con il limite di coppia (che, per ogni regime di giri, definisce la quantità massima di iniezione al di sotto della quale non si verificano sovraccarichi meccanici del sistema di trasmissione) e, quindi, determina la quantità effettivamente da iniettare in base al valore più basso tra le tre limitazioni.

Quando il sistema di limitazione delle emissioni di particolato è attivo, l'apporto di aria fresca nei cilindri è insufficiente per consentire la combustione, senza emissioni di particolato, della quantità di carburante iniettata desiderata dal conducente (o della quantità massima consentita dal sistema di limitazione della coppia).
Le cause più comuni di questo malfunzionamento sono una pressione di sovralimentazione insufficiente (a bassi regimi o durante la fase di accelerazione verso il valore desiderato) oppure un sensore di massa dell'aria (MAF) difettoso, che segnala una quantità di aria insufficiente nonostante una corretta quantità di aria aspirata dai cilindri. Per maggiori dettagli, consultare il seguente link: /viewtopic.php?t=3347. In ogni caso, il limite di fuliggine viene calcolato in base alla pressione di sovralimentazione.

A volte, il valore di riferimento della massa d'aria nel blocco dei dati misurati per il sistema di ricircolo dei gas di scarico (AGR) può causare confusione.
Di solito, a regimi elevati, la quantità di iniettato è di circa 850 mg per ciclo, ma questo valore non viene sempre raggiunto, soprattutto nei motori VP-TDI a regimi più alti.
Possibile reazione: "Oh, il mio sensore di massa d'aria è difettoso!". Si prevede che la sostituzione del sensore di massa d'aria comporti un aumento delle prestazioni, ma spesso non si nota alcun cambiamento, perché il sistema di controllo delle emissioni di particolato, nonostante una quantità di aria apparentemente insufficiente, era ancora al di sopra della limitazione della coppia.
Al contrario, nei motori con elevata cilindrata (ad esempio, ...). ARL: 150 CV / 1.9l) a 850 mg/ciclo, la limitazione delle emissioni di particolato è ancora attiva, il che significa che il motore non eroga la potenza prevista, anche se il valore desiderato della massa d'aria viene raggiunto nel modulo di controllo del sistema EGR.
Pertanto, dal (ri-)raggiungimento del valore desiderato della massa d'aria nel modulo di controllo del sistema di ricircolo dei gas di scarico, non si può generalmente dedurre se il motore stia ancora erogando la sua piena potenza!

Se il limite di fuliggine viene calcolato a partire dal segnale della portata massica dell'aria, un aumento eccessivo della pressione di sovralimentazione, sebbene spesso possa risolvere il problema in caso di una portata massica dell'aria troppo bassa, potrebbe potenzialmente far girare il turbocompressore troppo velocemente, con il rischio di danneggiarlo irreparabilmente, semplicemente perché...
- il sensore di massa d'aria è difettoso.
- il liquido di raffreddamento presenta impurità visibili, oppure.
- durante l'estate, un motore TDI deve trainare un camper attraverso un passo alpino, e l'aria di raffreddamento del turbocompressore diventa troppo calda a causa della mancanza di flusso d'aria.
Pertanto, in caso di segnalazione di mancanza d'aria, la pressione di sovralimentazione non viene aumentata!
Al contrario, anche in presenza di un'enorme quantità di aria (ad esempio, a temperature artiche), la pressione di sovralimentazione non viene ridotta al di sotto del valore desiderato definito dalla curva di sovralimentazione.
Anche per proteggere il turbocompressore da regimi di rotazione eccessivi, in condizioni di bassa pressione atmosferica (ad esempio, in alta montagna), la pressione di sovralimentazione viene ridotta. A questo scopo, viene analizzato il segnale di un sensore di pressione ambientale, situato all'interno del MSG.
A seconda del tipo di veicolo, il sensore di pressione di sovralimentazione necessario per la regolazione effettiva della pressione si trova nell'unità di controllo del motore (MSG), in una posizione separata dal collettore di aspirazione, all'interno del vano motore, oppure direttamente nel collettore di aspirazione o all'uscita del turbocompressore.

L'architettura del software, con le funzioni di richiesta del guidatore, limitazione della coppia e riduzione delle emissioni di particolato, ha motivazioni di natura sistemica. In realtà, il guidatore può quasi sempre richiedere una quantità di iniezione maggiore di quella consentita dalla limitazione della coppia, premendo a fondo sull'acceleratore. Allora, la parte del valore che supera il limite di coppia viene semplicemente ignorata.

I motori TDI sono progettati in modo tale che, in condizioni normali e con una pressione di sovralimentazione correttamente regolata, il limite di emissioni di particolato sia superiore al limite di richiesta del conducente o al limite di coppia.
Altrimenti, il sistema di controllo delle emissioni e il sistema di regolazione della pressione di sovralimentazione potrebbero entrare in funzione in modo anomalo. Per maggiori dettagli, consultare: /viewtopic.php?t=6529)

Pertanto, un semplice aumento della pressione di sovralimentazione in un motore TDI perfettamente funzionante non comporta un aumento di potenza: sebbene il sistema di riduzione delle emissioni di particolato aumenterebbe (entro i limiti di misurazione del sensore di massa d'aria), la limitazione della coppia rimane al livello più basso quando si è a pieno carico e non viene influenzata dalla massa d'aria, rimanendo quindi al suo valore originale. Per maggiori dettagli, consultare: /viewtopic.php?t=3253.
L'aumento del limite di coppia (ovvero del sistema di limitazione della potenza nei motori TDI) è possibile solo tramite la rimappatura della centralina.

Per la regolazione della ricircolo dei gas di scarico, per ogni quantità di iniezione e regime di giri, viene letto dal campo caratteristico dell'EGR la massa d'aria desiderata per ogni ciclo di aspirazione. Se la massa d'aria rilevata dal sensore di massa d'aria (nella zona di carico inferiore) supera questo valore, la valvola EGR e la valvola del collettore di aspirazione vengono regolate, a seconda del motore, in modo che il valore del sensore di massa d'aria si riduca al valore desiderato. Per maggiori dettagli, consultare: /viewtopic.php?t=3095.

Nel motore common rail, le tubazioni e il volume del condotto tra il corpo valvola e l'iniettore causano notevoli ritardi tra l'inizio dell'iniezione ad alta pressione e l'effettivo inizio dell'iniezione, a causa del tempo di percorrenza dell'onda di pressione, delle dilatazioni elastiche delle tubazioni, ecc.
Pertanto, l'inizio dell'iniezione (considerato un parametro fondamentale per il consumo, le emissioni, ecc.) viene monitorato nella VP 37 tramite il segnale proveniente da un sensore induttivo che rileva il movimento dell'ago in uno degli iniettori. L'angolo di anticipo dell'iniettore rispetto al punto morto superiore (PMS) del motore viene confrontato dal modulo di controllo (MSG) con il valore di riferimento corrente, determinato in base alla mappa di inizio iniezione, e viene implementato nel sistema di controllo tramite una valvola di regolazione dell'iniettore nella pompa di iniezione.



L'architettura software dei motori PD è in gran parte simile a quella dei motori VP 37, tuttavia, a differenza di questi ultimi, il sistema di iniezione controlla direttamente le unità pompa-iniettore (PDE) anziché un dispositivo di regolazione della quantità di carburante.

Questi vengono riempiti e lavati con gasolio tramite una valvola magnetica aperta, controllata da una pompa di pre-alimentazione (una "sezione" della pompa tandem azionata dall'albero a camme, che genera anche il vuoto necessario per l'attuazione pneumatica).
Quando si deve avviare l'iniezione, il modulo di controllo del motore (MSG) attiva il flusso del liquido attraverso la valvola per il particolare iniettore. La valvola magnetica si chiude, bloccando così l'immissione del gasolio nell'iniettore. Il pistone della pompa, azionato dal bilanciere, mette il gasolio sotto pressione, il che provoca l'apertura dell'ugello. Iniezione preliminare e iniezione principale in corso.
La quantità di carburante iniettata viene determinata dalla durata di apertura degli iniettori o dalla durata di funzionamento del flusso di carburante.

Quando la quantità di carburante desiderata è stata iniettata, il modulo di controllo del motore (MSG) interrompe il flusso del liquido e la valvola magnetica si riapre. L'alta pressione nel collettore di pressione del carburante (PDE) si scarica verso la linea di alimentazione del carburante, e la molla dell'iniettore chiude l'ugello. Il volume rimanente della camera di iniezione viene anch'esso pompato indietro verso il circuito di alimentazione del carburante.

Durante l'iniezione, il gasolio viene compresso a causa delle pressioni fino a superare i 2000 bar(!), riducendo il suo volume di diverse percentuali, e cede calore al corpo dell'iniettore secondo il principio di una pompa per biciclette.
Per evitare il surriscaldamento degli iniettori, questi vengono raffreddati e puliti tra un ciclo di iniezione e l'altro mediante un flusso di gasolio proveniente dalla pompa tandem.
Nella zona del Pmax, il gasolio che ritorna al serbatoio può raggiungere temperature così elevate da danneggiare il serbatoio stesso. Per questo motivo, i veicoli PD sono dotati di un radiatore per il gasolio nel circuito di ritorno, che può essere un radiatore gasolio-acqua con una propria pompa di circolazione elettrica (controllata dalla centralina motore in base alla temperatura di ritorno), oppure un radiatore gasolio-aria non regolato, posizionato nella parte inferiore del veicolo e simile a un enorme dissipatore di calore per l'elettronica di potenza.

Nei motori a pistoni contrapposti (PD), il volume ad alta pressione tra i pistoni e gli iniettori è così piccolo che si verifica solo un ritardo minimo (e sufficientemente preciso da calcolare) tra l'inizio dell'aumento della pressione e l'inizio dell'iniezione. Pertanto, non hanno un sensore di movimento dell'ago, e nei motori PD, invece di misurare l'inizio dell'iniezione, si misura l'inizio della fase di erogazione. Si attiva nel momento in cui il sistema di monitoraggio del flusso elettrico della valvola magnetica segnala il raggiungimento del limite della spina della valvola e inizia la produzione di alta pressione.
Tuttavia, per un principio intrinseco, interviene un breve intervallo di tempo tra l'attivazione dell'alimentazione del PDE e l'intervento dell'ago della valvola, paragonabile al tempo di attivazione di un relè. Pertanto, il flusso delle valvole deve essere attivato leggermente prima dell'inizio della pompaggio ad alta pressione.
Questo tempo di risposta della valvola magnetica viene misurato per ogni processo e utilizzato per anticipare il momento di attivazione della corrente, in modo che l'inizio effettivo della portata (teoricamente) corrisponda al valore desiderato.

Inoltre, il tempo di attivazione viene utilizzato per monitorare il funzionamento di ciascun PDE: se il tempo di attivazione si trova al di fuori di un intervallo di valori predefinito, viene registrato un errore per il PDE interessato.
Un'indicazione di errore non sempre indica un guasto al PDE, ma può anche essere causata da fattori banali come la presenza di aria nella valvola magnetica (che provoca un tempo di iniezione più breve) o dall'utilizzo di biocarburanti ad alta viscosità (che, a causa della resistenza dell'ago della valvola, provoca un tempo di iniezione più lungo).
Di conseguenza, le normali variazioni nei tempi di esecuzione, dovute al processo di produzione, spesso causano il superamento della soglia desiderata solo per una o alcune equazioni differenziali parziali (PDE), e viene registrato un errore solo per queste PDE.


Il lato negativo dei motori PD è la loro forte dipendenza della pressione di iniezione dalla velocità di rotazione: poiché, dopo l'apertura degli iniettori, solo la quantità di carburante erogata dalla singola unità di iniezione, che dipende dalla velocità di rotazione, viene spinta attraverso i fori degli iniettori, i circa 2000 bar comunemente noti vengono raggiunti solo nella zona intorno ai 4000 giri/min, mentre la pressione diminuisce notevolmente con la diminuzione della velocità di rotazione.
Nei motori a pompa-iniettore (VP), il volume di pompaggio viene pre-caricato nel grande volume ad alta pressione delle ugelli fino al momento in cui queste si aprono, e durante l'iniezione viene ulteriormente utilizzato. Questo non solo comporta pressioni di iniezione più elevate rispetto alla portata della pompa, ma nelle pompe-iniettore, la pressione di iniezione è anche significativamente meno dipendente dal regime di giri rispetto ai motori a iniettore pompa (PD).
Questi ultimi sono ottimizzati per alte pressioni di iniezione nel processo di combustione e, di conseguenza, mostrano una maggiore flessibilità ai bassi regimi rispetto ai motori a valvole a punteria. Un eventuale bilanciamento attraverso un aumento delle dosi di iniezione peggiorerebbe in modo inaccettabile i valori delle emissioni dei motori a iniezione diretta.

L'aumento della pressione di iniezione (e di conseguenza della coppia) ai bassi regimi è stato ottenuto grazie a un'evoluzione degli iniettori a pressione controllata elettronicamente (PDE) azionati da valvole magnetiche. Questa versione 1.1 sarà installata solo su alcuni motori: il 74 kW AXR e il più recente 1.9 litri 77 kW TDI, mentre il motore AXR, a differenza del suo predecessore ATD con la stessa potenza massima, offre prestazioni migliori a bassi regimi.
I nuovi iniettori common rail (PDE) dei motori 16V TDI, parzialmente riprogettati, si basano sulla tecnologia dei PDE 1.1.


Grazie a Bertil per il suo supporto .

Diagnosi di veicoli con motori TDI: