Dízel üzemű motorok

Common Rail dízel befecskendező rendszerek

A Common Rail egy nagynyomású befecskendező rendszer a modern közvetlen befecskendezésű dízelmotorokhoz, amelyeknek egyik fontos jellemzője, hogy a  nyomáslétrehozás teljesen el van választva a befecskendezéstől. Ez egy közös nagynyomású tároló (Common Rail) által válik lehetővé, amely az összes befecskendező szelepet nagy nyomás alatt üzemanyaggal látja el. Ez a technika nagyobb teljesítményt és nyomatékot kölcsönöz a dízelmotornak, ugyanakkor csökkenti az üzemanyag fogyasztást, a zajkibocsátást és az emissziós értékeket.

A ma eladott dízel üzemű járművek szinte kivétel nélkül közös nyomócsöves rendszerűek. Ezeket a különböző gyártók különböző módon jelölik (TDCi, CDI, DCI, CDTI, CRDI, HDI), de a jelzések minden esetben a common rail rendszert takarják.

A legismertebb common rail rendszer gyártók/fejlesztők: Bosch, Siemens, Delphi, Denso.

A Common Rail rendszer főbb elemei:

1. Alacsony nyomású üzemanyag-szivattyú
   (az üzemanyagtartályban található vagy a nagynyomású szivattyúba van beépítve)
2. Üzemanyagszűrő
3. Nagynyomású üzemanyag-szivattyú
4. Üzemanyag-adagoló szelep
5. Üzemanyagnyomás-érzékelő
6. Üzemanyag-vezeték
7. Üzemanyagnyomás-szabályzó szelep
8. Injektorok

Működési elv: 

A motor által hajtott nagynyomású szivattyú a nagynyomású tüzelőanyagot egy közös gyűjtőcsőbe (Rail cső) juttatja és a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől függetlenül adott értéken tartja.

Innen a tüzelőanyag nyomásálló csöveken át jut el az elektromos szabályzású befecskendező szelepekhez (injektor) amelyek az égéstérbe juttatják azt.

A befecskendező szelepek nyitását és zárását a központi vezérlőegységtől kapott jelek felhasználásával a mágnesszelep vagy piezoelektromos elem vezérli. (Ez a rendszer teszi lehetővé, hogy a befecskendezés kezdetét adott fordulaton belül nagy pontossággal lehet megválasztani, illetve magát a befecskendezést több szakaszra lehet bontani akár hengerenként eltérő értékekkel.)

A kapott jel hatására beáramláskor kinyit a fúvókatű és megkezdődik a befecskendezés.       A jel végeztével a fúvókatű bezár és véget ér a befecskendezés.

Az üzemanyag-visszafolyó mennyisége (résolaj) az injektorokból, a nagynyomású szivattyúból és az üzemanyagszűrőből a visszafolyás gyűjtőn át az üzemanyagtartályba kerül vissza.

Common Rail dízel befecskendezők / injektorok

Elektromágneses injektor:

Az elektromágneses befecskendezők esetén zárt helyzetben a vezérlőkamra rail-nyomáson van, mivel az elektromágnes aktuátor által mozgatott szervoszelep lezárja annak eleresztő csatornáját. A befecskendezés kezdetén az aktuátor kinyitja a vezérlőkamra eleresztő csatornáját, a vezérlőkamra nyomása csökken és a felboruló erő egyensúly miatt a fúvókatű kinyit és elkezdődik a befecskendezés. Ez addig tart amíg az aktuátor ismét le nem zárja az eleresztő csatornát, ekkor el kezd nőni a nyomás vezérlőkamrában és zár a befecskendező szelep.

Piezo aktuátoros (Piezo-inline) injektor:

A piezo aktuátoros porlasztóknál alkalmazott úgynevezett 2/3-as szervoszelep segítségével a befecskendezést megelőzően a fúvókát a vezérlőkamrában uralkodó rail-nyomás zárva tartja. A működtető elem vezérlésével kinyit a szervoszelep és lezárja a megkerülő furatot. A kilépő- és a belépő fojtófuratok átfolyási mennyiségei közötti különbség hatására lecsökken a nyomás a vezérlő kamrában, a fúvóka pedig kinyit. A keletkező vezérlőmennyiség a szervoszelepen keresztül a teljes rendszer visszafolyó körébe kerül. A zárási folyamat bevezetéséhez a szervoszelep újra kinyitja a megkerülő csatornát. A bemenő és a kilépő fojtásokon való fordított áramlással a vezérlőkamra újra feltöltődik, a vezérlőkamrában pedig megnő a nyomás. Amint a rendszerben kialakult a szükséges nyomásszint, a fúvókatű mozgásba jön, a befecskendezési folyamat pedig befejeződik.

A piezo aktuátoros porlasztók kiegészülnek egy un. hidraulikus csatolóval. A hidraulikus csatoló feladata a működtető elem löketének erősítése, a holtjáték kiegyenlítése és a vészleállítás.

Common Rail nagynyomású szivattyúk

A common rail rendszer nyomásáért felelős egység egy általában radiál dugattyús szivattyú amit nagynyomású szivattyúként ismerünk.

A nagynyomású szivattyú feladata, hogy meghatározott nyomáson megfelelő mennyiségű üzemanyagot biztosítson a közös nyomócsövön keresztül az injektoroknak. A nagynyomású szivattyú meghajtását a motor főtengelyéről kapja, szabályzását a motorvezérlő elektronika végzi. A szivattyú meghajtása konstrukciótól függően történhet fogaskerékkel, hajtólánccal vagy fogasszíjjal.

Tehergépjárművek / kamionok / buszok

Tehergépjárművek/kamionok/buszok esetében is alkalmazzák a Common Rail rendszereket, azonban a motor kapacitása és a jelentős igénybevétel miatt a szállított mennyiség és az előállított nyomás magasabb mint a személy- és kishaszonjárműveknél.

A közepes és nagy dízel motorok befecskendező rendszerénél jellemzően mágnesszelepes befecskendezőket alkalmaznak, a Bosch (CRS3-25) EURO 6-os rendszerét kivéve. Ez volt az első  piezo injektorokkal szerelt rendszer ebben a kategóriában.

A jelentős fejlesztések eredményeként a korábbi 2000-2200 bar rail-nyomás mára eléri és meg is haladja a 2500-2700 bart.

A világon elsőként a Delphi által fejlesztett és bemutatott megosztott szivattyús közös nyomásterű rendszernek köszönhetően a rail nyomás 3000 bar, de az új rendszer egyes változatai elérhetik a 3400 bar rail-nyomást.

DAF – Delphi F2P rendszer

A railnyomást a hengerenkénti szivattyú-nyomócső-porlasztó (PLD) korszerű rendszereknél használt idővezérlésű ún. steck-pumpa (electronic unit pump – EUP) állítja elő. Az egyedi szivattyúkat a motor oldalán lévő bütykös tengely hajtja, és ezek dolgoznak a közös nyomócsőre. A szállítás- és nyomásszabályozás beavatkozója a szivattyú mágnesszelepe.

Renault – Bosch rendszer / EURO 3 – EURO 4 motoroknál

Renault/VOLVO – Delphi F2E rendszer / EURO 5 – EURO 6 motoroknál

A nagy nyomás előállítására UI rendszert, azaz az adagolóporlasztó nyomásfokozó munkahengerét használja.

Ennél a rendszernél a CR-injektorokból kétféle van, az egyik a „non-pumping” a másik a „pumping” injektor. Hathengerű motornál 3-3 a típusmegoszlás. A „non-pumping” egy normális CR-injektor, a másik injektor kinézetre olyan, mint egy Unit Injektor, avagy PD elem. Bütykös tengely bütyke nyomja be rugó ellenében a dugattyút. Az így létrejött nyomás a railnyomást határozza meg, a gázolajhozam a közös nyomócsőbe megy. Az injektor alsó része „hagyományos” CR-injektor, a gázolajat a közös nyomócsőből kapja.

Mercedes – Adagolópumpás befecskendező rendszer (PLD – Pumpe Leitung Düse)

Az PLD befecskendező rendszer feladata és működési elve pontosan megegyezik az UIS (Unit Injector System) rendszerével, felépítésben egyetlen különbség, hogy szét van választva a szivattyú és a porlasztó. Minden hengerhez tartozik egy elektromosan vezérelt pumpa és mechanikus porlasztó, ezeket egymással nyomócső köti össze. A szivattyút a vezérműtengelyen elhelyezett bütykök működtetik.