Moto Magazyn: Układ Zasilania w Silniku Diesla

Zasilanie W silniku Diesla (wysokoprężnym)!!

W silnikach diesla systemem zasilającym silnik w paliwo jest układ hydraulicznego wtrysku.
Zadaniem tego układu jest podawanie paliwa pod odpowiednim ciśnieniem.
Ciśnienie to w zależności od zastosowanej konstrukcji wynosi od 200 do 2000 barów.

Wyróżniamy cztery rozwiązania układu hydraulicznego wtrysku paliwa są to:

-pompa sekcyjna

-pompa rozdzielaczowa

-pompowtryskiwacze

-układ Common Rail (CR)

Pompa Sekcyjna!!

Jest to zespół składający się z pomp tłoczących paliwo inaczej są to sekcje wtryskowe.
Każda z tych sekcji obsługuje jeden cylinder w silniku.
Wszystkie te sekcje sa połączone ze sobą listwą.Listwa ta obracając wszystkie tłoczki wzdłuż osi podłużnej steruje
dawką paliwa i tym samym mocą silnika naszego samochodu.

Gdy silnik pracuje tłoczek pompy sekcyjnej wykonuje ruch posuwisto-zwrotny (podanie dawki paliwa)
ale gdy moc się zmienia a co za tym idzie zmiany dawki paliwa dochodzi do czynności wymienionej powyżej ruch obrotowy tłoczka
względem cylindra(umożliwia mu to listwa zebata).

Pompa sekcyjna składa się z:

-przewodów,które doprowadzają paliwo.

-cylindra pompy

-tłoczka

-zaworu odcinającego

-przewodów wysokociśnieniowych,które zasilają wtryskiwacz.

-wtryskiwaczy

-listwy,która synchronizuje obrót osiowy wszystkich tłoczków poszczególnych sekcji

-korektora dawki paliwa

Pompa Rozdzielaczowa!!

Jest to pompa rotacyjna(wirnikowa) wewnątrz,której znajduje się cylinder oraz tłoczki,których zadaniem jest podawanie dawki paliwa.
Stosuje się ją do wtrysku paliwa w silniku o zapłonie samoczynnym (wysokoprężnym ) ZS.

Ma ona swoje zastosowanie w silnikach o zapłonie samoczynnym jak już wspomniałem,w których zastosowano
wtrysk pośredni lub wtrysk bezpośredni.
Zagadnieniem wtrysku pośredniego i wtrysku bezpośredniego zajmę się w innym osobnym poście.

Gdy silnik pracuje następuje zmiana jego parametrów inaczej mówiąc mocy ten proces odbywa się poprzez
zmianę dopływu paliwa z pompy zasilającej.
Pompa rozdzielaczowa ma swój zmienny początek ale stały koniec wtrysku paliwa.
Z tego właśnie powodu instalacja hydraulicznego wtrysku paliwa wymaga zastosowania regulatora kąta wyprzedzania wtrysku.

Pompa Rozdzielaczowa składa się z:

-przewodów,które doprowadzają paliwo

-pompy zasilającej

-obudowy

-pompy przetłaczającej

-wirnika wraz z cylindrem oraz tłoczkami

-układu kanałów (kanał wlotowy,wylotowy,rozdzielaczowy)

-wtryskiwczy

-przewodów wysokociśnieniowych,które zasilają wtryskiwacz

Pompowtryskiwacze!!

Zastosowanie znajduje w silniku o zapłonie samoczynnym.
Jest to Urządzenie służace do hydraulicznego wtrysku paliwa.

Pompowtryskiwacz składa się z:

-Dzwigni typu rolkowego

-śruby z łbem kulistym

-tłoczka pompy

-wałka krzywkowego wtryskiwacza

-sprężyny tłoczka

-komory wysokiego ciśnienia

-pierścieni uszczelniających

-uszczelki termoizolacyjnej

-iglicy elektrozwaoru

-elektrozaworów pompowtryskiwacza

-wylotu paliwa

-zaworu przelewowego

-wlotu paliwa

-sprężyny wtryskiwacza

-dławika iglicy wtryskiwacza

-iglicy wtryskiwacza

Jak sama nazwa wskazuje, pompowtryskiwacz jest elementem, który łączy w sobie funkcje pompy wtryskowej i wtryskiwacza sterowanego elektrozaworem.
Na każdy cylinder przypada jeden pompowtryskiwacz. Paliwo dostarczane jest do nich przewodami, w których nie panuje wysokie ciśnienie.
Wytwarzane jest ono dopiero w specjalnych komorach pompowtryskiwaczy. Dzięki niewielkiej objętości, wysokie ciśnienie może być uzyskane bardzo szybko.
Jego wartość, tak jak i wtrysk początkowy, właściwy oraz ilość dostarczanego paliwa są sterowane elektronicznie za pośrednictwem elektrozaworu.
Gwarantuje to dobre spalanie mieszanki i relatywnie wysoką moc przy stosunkowo niewielkim zużyciu paliwa.

Silnik,który zasilany jest za pomocą pompowtryskiwaczy posiada bardzo wysoką sprawność a co za tym idzie jest
w stanie wytrzymać bardzo duże przebiegi,oraz daje możliwość uzyskania silnika o wysokiej mocy.

Common Rail!!

Common Rail inaczej nazywane CR (wspólna listwa).
Jest to wersja zasilania paliwem silników Diesla.

Tradycyjny układ wtrysku Paliwa w Dieslach.

Dla poszczególnych cylindrów pompa sekcyjna wytwarza określoną wartość
ciśnienia.
Ciśnienie to otwiera wtryskiwacz a co za tym idzie paliwo zostaje
rozpylone w cylindrze lub w komorze spalania.
System taki do swojego poprawnego działania potrzebuje urządzenia,któym
jest korektor dawki (przy pompie sekcyjnej).
Korektor ten jest potrzebny,ponieważ odpowiada za to żeby dawka paliwa nie
wzrastała podczas wzrostu obrotów silnika.
Gdyby tego urządzenia nie zastosowano to silnik charakteryzowałby się niestatecznością obrotów.

Pompa rozdzielaczowa jest stosowana w nowszych rozwiązaniach,nie potrzebuje ona już korektora dawki .

W układzie CR pompa wytwarza ciśnienie przez cały czas za wyrównanie ciśnienia przez nią wytwarzanego
odpowiedzialny jest akumlator ciśnienie(wyrównuje to ciśnienie).
Wtryskiwacze otwieraja się przy pomocy elektroniki.
System ten odznacza się od innych tym,że ciśnienie wtryskiwanego paliwa jest nawer 10-cio krotnie większe.

System akumlatorowy czyli zasilanie ze wspólnego zbiornika była znana już od dawna.

Układ CR składa się z następujących elementów:

-sterownik elektryczny
-pompa paliwa (umieszczona w zbiorniku paliwa)
-zbiornik paliwa
-filtr paliwa
-szyna CR
-czujnik ciśnienia w szynie
-pompa wysokiego cięnienia z zaworem regulacujnym

Zasada Działania Układu Common Rail.

Olej napedowy(paliwo) zostaje zassane ze zbiornika paliwa pod ciśnieniem około 4 barów.
Następnie poprzez filtr trafia do pompy wysokiego cięnienia.
Pompa wysokiego ciśnienia (tłoczkowa) spręża dostarczone paliwo do ciśnienia wynoszącego nieraz nawet 1800 barów.
Z pompy wysokiego ciśnienia paliwo trafia do ciśnieniowego zasobnika(akumulatora ciśnienia)
Akumulatorem ciśnienia jest szyna ciśnieniowa,szyna common rail.

Szyna Common Rail połączona jest ze wszystkimi wtryskiwaczami.
W chwili otwarcia wtryskiwacza do komory spalania,daje to możliwość doprowadzenia paliwa o ciśnieniu równym,które znajduje się w szynie.
Szyna ta umożliwia bardzo częste wtryski bez spadku ciśnienia.

Całość kontrolowana jest za pomocą elektronicznego sterownika, który na bieżąco oblicza rozmiar dawki wtrysku oraz steruje pracą pompy i wtryskiwaczy.
W odróżnieniu od innych systemów wtryskowych, bardzo szybka praca całego układu oraz pełna swoboda czasu wtrysku, pozawala podzielić dawkę w czasie jednego
cyklu spalania. W efekcie zamiast jednej dużej dawki wtryskiwanych jest kilka mniejszych. Pozwala to na zmniejszenie hałasu oraz ogranicza emisję szkodliwych środków.

Za regulację ciśnienia w zasobniku odpowiada zawór regulacji ciśnienia.
Z biegem lat umiejscowiony był w różnych miejscach.
W pierwszych generacjach systemu znajdował się na szynie CR (otwierał się gdy potrzebne było zmniejszenie ciśnienia wtrysku.
Wadą tego rzowiązania jest to,że pompa pobierała znaczne ilości energii z racji,że sprężała całą objętość paliwa,która znajdowała się w zasobniku.

Potem zawór regulacji ciśnienia przeniosiono na pompę,takie rozwiązanie umożliwiło upuszczenia ciśnienia
zanim paliwo trafi do zasobnika.

W niektórych generacjach tego układu stosuje się dwa zawory kolejno na szynie CR oraz pompie.

Przedstawiony w 1997 roku układ common rail pozwalał osiągać maksymalne ciśnienie w szynie do 1350 barów oraz współpracował z wtryskiwaczami elektromagnetycznymi.
Jako pompę wysokiego ciśnienia zastosowano trzytłoczkową pompę promieniową. W 2001 roku pojawił się układ drugiej generacji,
w którym maksymalne ciśnienie wtrysku zostało zwiększone do 1600 bar, a dawka dzielona mogła być na 5 mniejszych. W 2003 roku zaprezentowano układ trzeciej generacji,
który pozwalał na osiągnięcie wtrysku do 1800 bar. Wysoką precyzję sterowania zapewniają superszybkie piezoelektryczne wtryskiwacze. Układ tego typu współpracuje z jednotłoczkową pompą wysokiego ciśnienia.
Obecnie Bosch oferuje układy common rail pozwalające osiągnąć maksymalne ciśnienie wtrysku nawet 2000 barów.

Elementy Wtryskiwacza CR (typ elektromagnetyczny)

-przelew paliwa
-talerzyk
-górna powierzchnia tłoczka
-elektromagnes
-dopływ paliwa pod wysokim ciśnieniem
-tłoczek
-dolna powierzchnia tłoczka
-iglica
-końcówka wtryskiwacza z otworkami

Działanie Wtryskiwacza w układzie Common Rail!!

Do wtryskiwacza poprzez dopływ paliwa pod wysokim ciśnieniem dostarczane jest paliwo (pod wysokim ciśnieniem) z szyny CR.
Gdy wtryskiwacz jest w pozycji zamkniętej paliwo naciska pod równym ciśnieniem na górną oraz dolną powirzchnię tłoczka.
Górna powierzchnia tłoczka jest większa od dolnej więc generowania na niej siła jest większa.
Siła ta za pomocą tłoczka dociska iglicę zamykającą otwory w końcówce wtryskiwacza.

Powyżej tłoczka znajduje się zawór,który oddziela przestrzenie wysokiego ciśnienia od przestrzeni niskiego ciśnienia.
Zawór ten jest w kształcie talerzyka,który zakończony jest uszczelniającą kulką.

Otwarcie Wtryskiwacza zachodzi wtedy gdy elektromagnes uniesie talerzyk i kulka na jego końcu odetka kanał łączący przestrzenie niskiego
i wysokiego ciśnienia.
W skutek tego działania spada ciśnienie oraz siła nad górną powierzchnią tłoczka.
W tym momencie siła generowana na wysokie na dolnej przestrzenia tłoczka jest w stanie go unieść wraz z iglicą wtryskiwacza.

Podniesiona Ilgica otwiera otworki na końcu wtryskiwacza a paliwo pod wysokiem cięnieniem jest wtryskiwane do cylindra.
Paliwo, które wydostało się z górnej przestrzeni tłoka do przestrzeni niskiego ciśnienia trafia poprzez przewody przelewowe do zbiornika paliwa.

Zalety Systemu CR!!!

Zasobnik ciśnienia oraz elektroniczne sterowanie poazwala układowi CR na świetną i niespotykaną dotąd możliwość dowolnego kształtowania dawki wtrysku.
Podzielenie dawki wtrysku na kilka mniejszych dawek powoduje wzrost sprawności pracy silnika oraz zmniejszenie hałasu.

W układach common rail wtrysk paliwa następować może niezależnie od położenia wału korbowego. Cecha ta okazała się bardzo korzystna w przypadku stosowania filtra cząstek stałych DPF.
W momencie, gdy w filtrze zbierze się ilość sadzy zagrażająca jego zatkaniu, w trakcie suwu wydechu następuje tzw. powtrysk paliwa, czyli wtryśnięcie dawki paliwa do wydostających się z cylindra spalin.
Paliwo to trafia do filtra cząstek stałych zapalając znajdującą się w nim sadzę. Precyzyjne dawkowanie paliwa pozwala na kontrolowaną regenerację filtra DPF.

Wady Systemu CR!!!

Do wad układów common rail należy na pewno wysoki koszt wytwarzania, który z resztą zawsze był wysoki dla pomp silników wysokoprężnych.
Dodatkowo pary precyzyjne pompy wysokiego ciśnienia oraz wtryskiwaczy pracujące pod wysokim ciśnieniem są bardzo wrażliwe na jakość paliwa.
Teoretyczną wadą systemów common rail jest wysokie zapotrzebowanie mocy do napędzania pompy wysokiego ciśnienia, które może wynosić nawet kilka watów.
W praktyce jednak oszczędności wynikające ze sprawności układu przewyższają straty napędzania pompy.

STEROWANIE UKŁADEM COMMON RAIL!!

Silnik wyposażany układ common rail potrzebuje trzy podstawowe czujniki aby móc funkcjonować. Pierwszym z nich i najbardziej oczywistym jest czujnik prędkości obrotowej.
Informacja o prędkości obrotowej silnika jest podstawą praktycznie wszystkich obliczeń realizowanych przez sterownik silnika. Drugim czujnikiem jest czujnik faz rozrządu.
Pozwala on rozpoznać sterownikowi w jakim obecnie położeniu jest konkretny tłok, np. czy jest w trakcie suwu sprężania i należy wtrysnąć paliwo, czy może w trakcie suwu wydechu.
Te dwa czujniki wystarczą aby silnik pracować mógł na biegu jałowym. Praca silnika pod obciążeniem (w tym na wyższych obrotach) wymaga podłączeniu czujnika położenia pedału przyspieszenia,
który informuje ile momentu obrotowego w danej chwili wymaga kierowca. Każdy silnik oczywiście wyposażony jest w czujnik ciśnienia oleju oraz czujnik temperatury płynu chłodzącego.

Współczesne silniki Diesla opływają jednak czujnikami.
Związane jest to głównie z ich wysokimi osiągami oraz ograniczeniem emisji szkodliwych związków spalania.
Jednym z tego typu czujników jest przepływomierz mierzący ilość powietrza zasysaną przez silnik.
Funkcja przepływomierza w silniku Diesla jest zupełnie inna niż w silniku benzynowym i jest często mylona.
Przepływomierz odpowiada tylko i wyłącznie za ilość spalin trafiających do silnika z systemu recyrkulacji spalin (który stosuje się w celu obniżenia emisji tlenków azotu NOx).
Ponieważ w silniku Diesla współczynnik lambda nie musi wynosić 1 do obliczeń dawki paliwa nie jest brana pod uwagę ilość powietrza trafiająca do silnika. Każdy przepływomierz wyposażony jest również w czujnik temperatury zasysanego powietrza.

Czujnikiem odpowiedzialnym za wysokie osiągi silnika jest czujnik ciśnienia doładowania tzw. MAP sensor (z ang. manifold absolute pressure ? ciśnienie bezwzględne w kolektorze).
Mierzy on ciśnienie powietrza sprężonego przez turbosprężarkę kontrolując czy jest ono właściwe dla ilości wtryskiwanego paliwa. Dodatkowo w turbosprężarkach ze zmienną geometrią spalin stosowane są czujniki położenia tych kierownic.

PODSUMOWANIE!!

Wszystkie te cechy pozwalają na stworzenie silnika cechującego się wysoką kulturą pracy,
wysokim momentem obrotowym i mocą, niskim zużyciem paliwa oraz niską emisją związków szkodliwych.

Układ Common Rail!!