Modulo 20 Motore Diesel

1. Modulo 20Motore Diesel ECD e Common-Rail TMI Technical Service A/S Training Maggio - Giugno 2006

2. Diesel EFI Motori Diesel, Motori Diesel Toyota, Pompe ECD V2, V3, V3ROM & V4

3. Motori Diesel Contenuti • Veicoli passeggeri Diesel - Mercato Europeo • Principio di funzionamento del Diesel • Meccanismo della combustione • Alimentazione carburante & sistemi di iniezione • Motori Diesel Toyota

4. 2001: 36% ’00 Previsione Common Rail Diesel Motori Diesel Veicoli passeggeri Diesel - Mercato Europeo 2002: 40% % market share in EU

5. Motori Diesel Veicoli passeggeri Diesel - Mercato Europeo

6. Motori Diesel Veicoli passeggeri Diesel - Mercato Europeo

7. Benzina Diesel Motori Diesel Veicoli passeggeri Diesel - Mercato Europeo • Evoluzione 100% 68.8 68.2 66.2 59.6 55.6 48.6 45.2 42.1 40.0 38.4 36.7 35.5 34.8 80% 65.2 64.5 60% 63.3 61.6 60.0 57.9 54.8 51.4 40% 44.4 40.4 33.8 31.8 31.2 20% 0% 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

8. 60% 46% 47% 41% 41% 39% 37% 35% 35% 32% 38% 28% 29% 34% 23% 18% 16% 24% 22% 13% 8% 6% 15% 0% 7% 1% 4% Motori Diesel Veicoli passeggeri Diesel - Mercato Europeo • Evoluzione delle prestazioni dei veicoli diesel 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 0-105hp 116-130hp 106-115hp >130hp

9. Motori Diesel Principio di funzionamento Diesel • Fasi • Aspirazione – viene aspirata solo aria • Compressione – Il pistone comprime l’aria per incrementarne la pressione (3 - 5.0 MPa) e la temperatura fino a 500-700 C° • Combustione – Il carburante viene iniettato nell’aria compressa e scaldata dalla fase precedente, dove si auto incendia. • Scarico – Il pistone spinge i gas fuori dal cilindro

10. C° 600 500 400 300 200 100 Motori Diesel Principio di funzionamento Diesel Temperatura aira C° Maggiore è la differenza più facilmente avverrà l’accensione Zona di auto accensione Temperatura di auto accensione della miscela aria carburante 1 2 3 MPa Pressione di compressione

11. Motori Diesel Meccanismo della combustione

12. Motori Diesel Meccanismo della combustione Calore rilasciato (J/ °CA) • Combustione rapida: elevata produzione di NOx e PM • Combustione controllata: velocità media di combustione elevata Angolo di manovella (°CA) TDC

13. Motori Diesel Meccanismo della combustione

14. Motori Diesel Condizioni ottimali per la combustione • Corretta pressione d’iniezione • Per ottenere una buona atomizzazione del carburante • Adeguata pressione di compressione del motore • Per creare le condizioni ottimali per l’auto accensione del carburante

15. Motori Diesel Condizioni ottimali per la combustione • Carburante di buona qualità (per es. Germania DIN 51601) • Facilità di auto accensione • Numero di cetano (minimo 51 per normativa Euro 3 e 4) • Scarsa capacità di cristallizzazione alle basse temperature (almeno -15 °C) • Densità, viscosità, indice di depositi carboniosi • Punto di flash (>55°C) • Contenuto di zolfo (350 ppm e 50 ppm a partire da gennaio 2006) • Il carburante si deve auto accendere con il minimo ritardo di accensione • Sufficienti capacità di lubrificanti e refrigeranti • Corretto anticipo d’iniezione • L’anticipo d’iniezione deve adattarsi a tutte le condizioni di funzionamento del motore

16. Motori Diesel Problemi di combustione • Scarsa pressione di compressione • Bassa temperatura • lenta evaporazione del carburante --> grande ritardo di accensione • Improvvise incontrollate accensioni che causano battito e fumosità bianca allo scarico (particelle incombuste) • Scarsa pressione d’iniezione • Scarsa atomizzazione del carburante iniettato • Gocciolina troppo grande --> lenta evaporazione del carburante • Grande ritardo di accensione • Improvvise incontrollate accensioni --> la maggior parte del carburante si accende rapidamente, questo produce il caratteristico battito

17. Motori Diesel Problemi di combustione • Anticipo d’iniezione eccessivo • L’iniezione inizia prima che la temperatura sia sufficientemente elevata, questo produce grande ritardo di accensione. • Lungo periodo di evaporazione • la maggior parte del carburante si accende rapidamente, questo produce il caratteristico battito • Scarso anticipo d’iniezione • La Temperatura nel cilindro è sufficientemente elevata ma il tempo necessario all’evaporazione delle goccioline è scarso. • L’accensione avviene solo quando il pistone è in fase discendente • Rimane del carburante incombusto --> fumo bianco • Eccesso di carburante iniettato • La miscela aria carburante è troppo ricca • L’ossigeno è insufficiente • Combustione incompleta --> fumo nero (carbone)

18. Motori Diesel Problemi di combustione • Battito del Diesel • Il battito del diesel è causato da un aumento improvviso della pressione in camera di combustione, dovuto ad una combustione troppo rapida. Battito Rilevante Combustione Normale Pressione Comb.ne kPA Solo Compressione Iniezione Carb.te PMS Angolo Albero Motore CA° Per ridurre il battito del diesel, è necessario abbreviare il periodo di ritardo di accensione oppure ridurre la quantità iniettata durante il periodo di ritardo di accensione

19. Motori Diesel Iniezione indiretta Iniettore Pre-camera di turbolenza Pistone

20. Motori Diesel Iniezione diretta Iniettore Camera di combustione Pistone

21. Motori Diesel Iniezione Diretta vs Indiretta • Vantaggi • Consumo carburante: • Ridotto consumo specifico di carburante (200g/kWh contro 250 g/kWh) • Pre-riscaldamento: • Ridotte dispersioni termiche confrontate con quelle delle camere di turbolenza dei motori ad iniezione indiretta • Testata: • Disegno più semplice, può essere utilizzata la tecnologia plurivalvole • Combustione: • Assenza di residui di fuliggine nella camera di turbolenza

22. Motori Diesel Iniezione Diretta vs Indiretta • Svantaggi • Battito Diesel: • Genera battito specialmente a freddo • Iniettori: • Iniettore multigetto più soggetto ad ostruzione da parte di fuliggine e residui carboniosi per le esigue dimensioni dei fori • Pompa d’iniezione • Maggiori difficoltà nel miscelare il carburante con l’aria, pressione di iniezione più elevata • Emissioni • Maggiore produzione di NOx (Temperatura di combustione più elevata e rapida)

23. Motori Diesel Pompe ed iniettori (Denso) • Evoluzione dei sistemi di iniezione ‘70 ‘80 ‘90 Tipo Meccanico Pompa VE (77) Aggiunta di dispositivi di controllo, anticipo automatico di avviamento a freddo, Compensatore di altitudine, Turbo compressore. Tipo Diesel a Controllo Elettronico ECD-V1 (82) ECD-V3 (ROM) (`97) ECD-V4 (`98) ECD-V3 (85) ECD-V5 (`98) Sistemi Common Rail veicoli passeggeri ECD-U2P (`99) Sistemi Common Rail per Autocarri ECD-U2 (`95)

24. Motori Diesel Pompe ed iniettori (Denso) • Applicazione di ECD DENSO in funzione della cilindrata U2P U2 150 130 110 90 70 50 Ultime applicazioni U2P V4 Nota: il sistema V5 non è stata utilizzata su motori Toyota U2 V5 Pressione Inj. (allo spillo: MPa) V3 (ROM) Quantità Max. (mm3/st) 50 100 200 250

25. Motori Diesel Pompe ed iniettori (Denso) • Applicazione di ECD DENSO in funzione della cilindrata

26. Motori Diesel Pompe ed iniettori (Denso) • Serie DENSO ECD nei motori Toyota Controllo Flessibile Elevata pressione d’iniezione ECD-U2 Common rail - Heavy Duty Truck ECD-U2P common　rail ECD-V4 - Avensis 1st gen - Corolla Inner cam type . ECD-V5 . - Land Cruiser 100 . ECD-V3 Adv. - Hilux

27. 0.7ms main pilot post pre after 0.4ms Attuatore Piezo main pilot post pre after 0.1ms Motori Diesel Pompe ed iniettori (Denso) • Common Rail sviluppati da Denso 99 00 01 02 03 05 04 main pilot 99/6 SOP 1CD 1CD (only HP3) 01/8 SOP 05/3 SOP

28. ＊ ＊ Motori Diesel Pompe ed iniettori (Denso) • Valori obiettivo dei sistemi Common Rail di 2a generazione

29. t t Motori Diesel Pompe ed iniettori (Denso) • Sistemi Common Rail di 3a generazione

30. Motori diesel Toyota Motori diesel TOYOTA (1)

31. Motori diesel Toyota Motori diesel TOYOTA (2)

32. Motori diesel Toyota Motore 1ND-TV • Tipo motore: • 1,4 litri, 8 valvole, Turbo & Intercooler • Prestazioni: • 55 kW @ 4000 rpm • 170 Nm @ 2000-2800 rpm • Applicato sui modelli: • Yaris & Yaris Verso, Corolla MMT, (Mini-Cooper) • Sistema di iniezione: • BOSCH 15V Common-Rail • Regolazione quantità carburante: • Controllato da valvola MPROP • Pressione d’iniezione: • 25 – 160 MPa (255-1632 kg/cm2)

33. Motori diesel Toyota Motori 2C, 2C-T, 2C-E, 2C-TE • Tipo Motore: • 2,0 litri, 8 valvole, iniezione indiretta, Turbo • Prestazioni: • 2C-T: 60 kW @ 4000 rpm & 170 Nm @ 2000-3000rpm • 2C-E: 53 kW @ 4600 rpm & 131 Nm @ 2600 rpm • 2C-TE: 66 kW @ 4000 rpm & 203 Nm @ 2200 rpm • Applicato sui modelli: • 2C-TE: Avensis CDT220 • Sistema di iniezione: • 2C & 2C-T: DENSO tipo VE • 2C-E : DENSO tipo V3 • 2C-TE : DENSO tipo V3-ROM • Regolazione quantità carburante: • Con valvola SPV • Pressione di apertura iniettori: • 14,2-15,2 MPa(145-155 kg/cm2 ) • Pressione d'iniezione • +/- 30 MPa (+/- 300 kg/cm2) 2C engine

34. Motori diesel Toyota Motore 3C-TE • Tipo Motore: • 2,2 litri, 8 valvole, iniezione indiretta, Turbo • Prestazioni: • 66 kW @ 4000 rpm • 203 Nm @ 2200 rpm • Applicato sui modelli: • 3C-TE: Picnic • Sistema d’iniezione: • DENSO tipo V3-ROM • Regolazione quantità carburante: • Con valvola SPV • Pressione d’iniezione: • 14,2-15,2 MPa (145-155 kg/cm2 ) • Pressione d'iniezione • +/- 30 MPa (+/- 300 kg/cm2)

35. Motori diesel Toyota Motore 1CD - FTV • Tipo Motore: • 2,0 litri, 16 valvole, iniezione diretta, Turbo, Intercooler • Prestazioni: 1CD-FTV Avensis CDT250: • 85 kW @ 3600 rpm • 280 Nm @ 2000-2200 rpm • Applicato sui modelli: • Corolla, Avensis, Avensis Verso, RAV4, Previa • Sistema d’iniezione: • DENSO HP2/HP3 Common-Rail • Regolazione quantità carburante: • Valvole SCV- (2 or 1 + Pressure Discharge Valve) • Pressione d'iniezione • 20-135 / 30-175 MPa

36. Motori diesel Toyota Motori 2L, 2L-T • Tipo Motore: • 2,4 litri, 8 valvole, iniezione indiretta • Prestazioni: • 66 kW @ 3500 rpm • 226 Nm @ 2200-2500 rpm • Applicato sui modelli: • Hiace, Hilux • Sistema d’iniezione: • Pompa d’iniezione tipo VE • Regolazione quantità carburante: • Regolatore meccanico • Pressione di apertura iniettori: • 14,2-15,2 MPa • Pressione d'iniezione • +/- 30 MPa (+/- 300 kg/cm2)

37. Motori diesel Toyota Motore 1HD-FTE • Tipo Motore: • 4,2 litri, 6 cilindri, 24 valvole, iniezione diretta, Turbo, Intercooler • Prestazioni: • 150 kW @ 3400 rpm • 430 Nm @ 1400-3200 rpm • Applicato sui modelli: • Land Cruiser 100 • Sistema d’iniezione: • Tipo V4-ROM (pompanti radiali, camma interna) • Regolazione quantità carburante: • Con valvola SPV • Pressione di apertura iniettori: • N°1: 17,6-18,6 MPa (176,5-186,3 kg/cm2 ) • N°2: 27,4-28,4 MPa (274,6-284,4 kg/cm2 ) • Pressione d'iniezione • +/- 60 MPa (+/- 600 kg/cm2)

38. Motori diesel Toyota Motore 1KZ-TE • Tipo Motore: • 3,0 litri, 8 valvole, iniezione indiretta, Turbo • Prestazioni: • 88 kW @ 3600 rpm • 290 Nm @ 2400 rpm • Applicato sui modelli: • Land Cruiser 90, Hilux • Sistema d’iniezione: • Tipo V3-ROM (pompante assiale) • Regolazione quantità carburante: • Con valvola SPV • Pressione di apertura iniettori: • 15,1-16.08 MPa (156-164 kg/cm2 ) • Pressione d'iniezione • +/- 30 MPa (+/- 300 kg/cm2)

39. Motori diesel Toyota Motore 1KD-FTV • Tipo Motore: • 3,0 litri, 16 valvole, Iniezione diretta, Turbo, Intercooler • Prestazioni: • 120 kW @ 3400 rpm • 343 Nm @ 1600-3200rpm • Applicato sui modelli: • Land Cruiser 90/120 • Sistema d’iniezine: • DENSO HP2 Common-Rail • Regolazione quantità carburante: • Controllo con 2 SCV • Pressione d'iniezione • 20-135 MPa

40. Motori diesel Toyota Motore 2KD-FTV • Tipo Motore: • 2,5 litri, 16 valvole, iniezione diretta, Turbo • Prestazioni: • 65 kW @ 3800 rpm • 192 Nm @ 1200-3600 rpm • 75 kW @ 3600 rpm • 260 Nm @ 1600-2400 pm • Applicato sui modelli: • Hiace, Hilux, Dyna 100/150 • Sistema d’iniezione: • DENSO HP3 Common-rail system • Regolazione quantità carburante: • Controllo con 1 SCV + Pressure Discharge Valve • Pressione d'iniezione • 20-135 MPa

41. ECD (serie V) Funzionamento, segnali & attuatori

42. ECD (serie V) Contenuti • Pompa d’iniezione serie V nei motori Toyota • Funzionamento ECD • Parametri controllati e funzioni (V3 ROM) • Controllo volume d’iniezione • Controllo anticipo d’iniezione • Controllo del minimo • Farfalla del Diesel • Controllo EGR • Immobilizzatore • Controllo di pre-riscaldamento • ECD V4

43. ECD (serie V) Disposizione dei Componenti

44. ECD (serie V) Iniezione ECD-V3

45. ECD (serie V) Pompa d’iniezione serie V • Pompa d’iniezione VE

46. ECD (serie V) Pompa d’iniezione serie V

47. ECD (serie V) Pompa d’iniezione serie V • Pompa d’iniezione V3

48. ECD (serie V) Pompa d’iniezione serie V • Pompa d’iniezione V4-(ROM)

49. ECD (serie V) Funzionamento ECD (serie-V) • Pressurizzazione e distribuzione del carburante • Controllo Volume • Controllo Anticipo ECU Segnali Input Pompa d’iniezione Serbatoio Iniettori Segnali elettrici Ingresso carburante Ritorno carburante Alta pressione

50. ECD (serie V) Funzionamento ECD (serie-V) • Funzioni meccaniche della pompa d’iniezione: • Pressurizzazione • Distribuzione • Funzioni elettriche della pompa d’iniezione: • Controllo volume d’iniezione • Controllo dell’anticipo • etc.