A Common Rail Rendszerű Nagynyomású Szivattyú Működése és Felépítése

A Common Rail (CR) egy nagynyomású befecskendező rendszer a modern, közvetlen befecskendezésű dízelmotorokhoz. A rendszer 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. A Common Rail rendszerek elterjedését az elektronikus szabályzások költségeinek csökkenése és az egyre tovább szigorodó környezetvédelmi követelmények okozzák. A ma eladott dízel üzemű járművek szinte kivétel nélkül közös nyomócsöves rendszerűek.

A dízelmotorok alapjai és a Common Rail fejlődése

A dízelmotor szerkezetében hasonlít a nála ismertebb mechanizmusú benzinmotor (Otto-motor) felépítéséhez, hiszen alapvetően mindkettő henger(ek)ből, dugattyú(k)ból, főtengelyből, kiegyenlítő-tömeg(ek)ből, vezérműből, szelepekből stb. áll. A fő különbség, hogy a dízelnél a tüzelőanyag (leginkább gázolaj) gyújtószikra segítsége nélkül, a legalább hússzoros kompresszió (légsűrítés) miatti felmelegedés hatására öngyulladással ég el és végez munkát a hengerben. A FIAT a kilencvenes évek közepén fejlesztette ki az első common-rail, azaz közös nyomócsöves dízelmotort.

Az első generációs common-rail motorok hengerei egyetlen közös, a hengersor mellett futó csőből kapják a gázolajat, ahol a nyomás nagysága 600 és 1200 bar közötti.

A Common Rail rendszer főbb elemei

A Common Rail rendszer működési elve a tüzelőanyag nyomásának előállítása és a befecskendezés szétválasztásán alapul.

Tünetek: Common Rail hibák BMW

• Alacsony nyomású üzemanyag-szivattyú (az üzemanyagtartályban található vagy a nagynyomású szivattyúba van beépítve)
• Üzemanyagszűrő
• Nagynyomású üzemanyag-szivattyú
• Üzemanyag-adagoló szelep
• Üzemanyagnyomás-érzékelő
• Üzemanyag-vezeték
• Üzemanyagnyomás-szabályzó szelep
• Injektorok

Működési Elv

A Common Rail nyomástárolós befecskendező rendszer esetében a nyomás előállítása és a befecskendezés szét vannak választva. A nyomás előállítását és a befecskendezést egy tároló térfogat segítségével lehet megvalósítani. A nyomás alá helyezett tüzelőanyag a common rail rendszer nyomástárolójában várja a befecskendezés pillanatát.

Nyomás előállítás

A kívánt befecskendezési nyomást egy a dízelmotorról hajtott, folyamatosan üzemelő nagynyomású szivattyú állítja elő. Ez a rail-ben kialakuló nyomást a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől teljesen függetlenül adott értéken tartja. A nagynyomású szivattyú feladata, hogy meghatározott nyomáson megfelelő mennyiségű üzemanyagot biztosítson a közös nyomócsövön keresztül az injektoroknak. A hozzávetőleg állandó hozamú szállításnak köszönhetően a nagynyomású szivattyú mérete a hajtó nyomatéka is lényegesen kisebb lehet, mint az a hagyományos befecskendező rendszerek esetében szokásos. Ennek következményeként a szivattyú hajtása is kisebb terhelésnek van kitéve.

A nagynyomású szivattyú meghajtását a motor főtengelyéről kapja, szabályzását a motorvezérlő elektronika végzi. A szivattyú meghajtása konstrukciótól függően történhet fogaskerékkel, hajtólánccal vagy fogasszíjjal. A nagynyomású szivattyú általában radiál dugattyús kialakítású, a haszongépjárműveknél egyes esetekben soros szivattyút találunk. Amikor a nagynyomású szivattyú meghibásodik, különösen ha a belső alkatrészek (például dugattyúk, szelepek) kopnak vagy törnek, valóban termelhet fémrészecskéket. A nagynyomású szivattyúk megfelelő karbantartása és az üzemanyagrendszer tisztán tartása kulcsfontosságú a meghibásodások megelőzésében.

Nyomásszabályzás

Az adott rendszertől függően különféle nyomásszabályozási eljárásokat alkalmaznak. Az elektronikus dízel szabályozás (EDC) az egyes részegységeket külön-külön hajtja meg.

Befecskendező rendszer részletei

Szabályozás a nagynyomású oldalon

A személygépkocsi-rendszereknél a kívánt rail-nyomást egy nyomásszabályozó-szelep a nagy nyomás oldalán állítja be. A fölösleges tüzelőanyag mennyiség a nyomásszabályozó-szelepen keresztül visszafolyik az alacsony nyomású körbe. Ez a szabályozási megoldás a rail-nyomás gyors módosítását teszi lehetővé a motor munkapont váltása (pl: terhelésváltozás) esetén. Az első common rail rendszereknél a nagynyomású oldali szabályzást alkalmazták. A nyomásszabályzó-szelep ezekben az esetekben többnyire a railen van elhelyezve, egyes alkalmazásoknál közvetlenül a nagynyomású szivattyúra szerelik.

Betáplálás oldali mennyiségszabályzás

A rail-nyomás szabályzásának egy másik módszerénél a betáplálási oldalon végeznek mennyiségszabályzást. A nagynyomású szivattyúra rögzített mennyiségszabályozó egység feladata, hogy a szivattyú pontosan annyi tüzelő anyagot szállítson az elosztócsőbe, amennyivel a rendszer az előírt befecskendezési nyomást tudja fenntartani. A szívóoldalon megvalósított mennyiségszabályozással kevesebb tüzelőanyagot kell nagy nyomásra sűríteni, ezáltal a szivattyú teljesítményfelvétele is kisebb. Ennek pozitív hatása van a tüzelőanyag-fogyasztásra. Az eljárás további kedvező hatása, hogy a tartályba visszafolyó tüzelőanyag hőmérséklete alacsonyabb, mint a nagy nyomás oldalán végzett szabályzás esetében. Meghibásodás esetén egy nyomáskorlátozó szelep akadályozza meg a túlságosan nagy rail-nyomás kialakulását.

Két szabályzóelemes rendszer

A két szabályzóelemes rendszer az adagoló egységgel megvalósított szívóoldali nyomásszabályozást és a nyomásszabályzó-szeleppel végzett nagy nyomású szabályzást kombinálva egyesíti a két rendszer előnyeit. A Common Rail rendszerek első generációjánál a rail-nyomást a nyomásszabályzó szelep segítségével állítják. A nagynyomású szivattyú a tüzelőanyagigénytől függetlenül a maximális mennyiségű gázolajat szállítja, és a nyomásszabályzó szelep pedig a fölösleges mennyiséget visszavezeti a tüzelőanyag-tartályba. A második generáció a rail nyomást az alacsony nyomású oldalon az adagoló szelep segítségével szabályoz így a nagynyomású szivattyúnak csak annyi gázolajat kell szállítania, amennyire a motornak ténylegesen szüksége van. A túl magas rail nyomás biztosításáról a nyomás korlátozó szelep gondoskodik. A második generációs rendszereknél a nyomást csak az alacsony nyomású oldalon lehet szabályozni. A terhelés csökkenése esetén túl hosszú időt vesz igénybe a nyomás lecsökkentése a rail-ben, túl nagy a nagynyomású rendszer tehetetlensége. Ezért a harmadik generációs Common Rail rendszernél az alacsony nyomású oldalon lévő adagoló szelep mellett egy nyomásszabályzó szeleppel egészül ki a rendszer. További előny, hogy hideg üzemmódban teljesen át lehet állni a nagynyomású szabályzásra, így elősegítve a rendszer bemelegedését.

Befecskendezés

Az injektorok a tüzelőanyagot közvetlenül a motor égésterébe fecskendezi be. Az injektorok a rail-ből kapnak nagy nyomású tápellátást, rövid tüzelőanyag-csöveken keresztül. A motor-vezérlőegység az injektorba integrált szelepet vezérli, aminek hatására a befecskendező fúvókat nyit és zár. A hengerbe jutó tüzelőanyag-mennyiséget a rendszernyomás és az injektor nyitási ideje határozza meg. Állandó nyomáson a mennyiség a kapcsolószelep bekapcsolási idejével arányos, ezáltal a motor, illetve a szivattyú fordulatszámától független (idővezérelt befecskendezés).

A befecskendezési nyomás a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől függetlenül hozható létre. A nyomás előállítás és a befecskendezés szétválasztása még nagyobb szabadságot ad a rendszernek az égési folyamat kialakításában: a befecskendezési nyomást a jellegmezőben tetszőlegesen lehet megválasztani. A maximális befecskendezési nyomás jelenleg 1600 bar, a jövőben 1800 bar lesz. A common rail rendszer az elő befecskendezés, illetve a többszörös befecskendezés alkalmazásának köszönhetően lehetővé teszi, hogy tovább lehessen csökkenteni az emissziós értékeket, valamint lényegesen mérsékelhető az égés zajszintje. A rendkívül gyors működésű kapcsolószelepek többszörös vezérlésével egyetlen munkaciklus során akár öt részre bontott befecskendezés gyors befejezését biztosítja.

Befecskendező szelep működése

A befecskendező szelepek nyitását és zárását a központi vezérlőegységtől kapott jelek felhasználásával a mágnesszelep vagy piezoelektromos elem vezérli. A kapott jel hatására beáramláskor kinyit a fúvókatű és megkezdődik a befecskendezés. A jel végeztével a fúvókatű bezár és véget ér a befecskendezés. Minden common rail befecskendező szelepre igaz, hogy nagyon finoman, rendkívül kis tűréssel munkálják meg.

Elektromágneses injektorok

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) injektorok

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 gyártói és fejlődése

A nagynyomású szivattyúk több gyártótól származhatnak, amelyek közül néhány a legnagyobb és legismertebb neveket képviseli az autóiparban és a mezőgazdasági gépekben.

• Bosch: A közös nyomócsöves (Common Rail) rendszerek egyik úttörője, és számos generációs nagynyomású szivattyút fejlesztett ki.
• Delphi: Szintén jelentős szereplő a közös nyomócsöves rendszerek piacán.
• Denso: Amely a Toyota csoporthoz tartozik, szintén vezető szerepet játszik a dízelmotorok nagynyomású üzemanyag-rendszereinek fejlesztésében.
• Continental: A Siemens VDO üzletágának átvétele után vált jelentős szereplővé a nagynyomású szivattyúk piacán.

Az újabb generációs nagynyomású szivattyúk egyre magasabb nyomásértékeket érnek el, amelyek lehetővé teszik a precízebb és tisztább égést. Az új anyagok és fejlett gyártási technológiák használata növelte a szivattyúk tartósságát és megbízhatóságát. A nagynyomású szivattyúk egyre inkább integrálják az elektronikát, amely lehetővé teszi a pontosabb szabályozást és a diagnosztikai képességeket. Az új szivattyúk és injektorok fejlesztése során a kibocsátáscsökkentés is fontos szempont.

Nagynyomású szivattyú generációk és nyomásértékek

A Common Rail technológia folyamatos fejlődése során a nagynyomású szivattyúk teljesítménye és az előállított nyomás jelentősen növekedett:

Common Rail rendszerek tehergépjárművekben

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.

Néhány konkrét tehergépjármű specifikus Common Rail rendszer:

• IVECO - Bosch CP3.4 és CPN5 nagynyomású szivattyú
• DAF - Delphi F2P rendszer
• Renault - Bosch rendszer / EURO 3 - EURO 4 motoroknál (Bosch CP2 nagynyomású szivattyú)
• Renault/VOLVO - Delphi F2E rendszer / EURO 5 - EURO 6 motoroknál

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.

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. Minden hengerhez tartozik egy elektromosan vezérelt pumpa és mechanikus porlasztó, ezeket egymással nyomócső köti össze.

A Common Rail rendszer előnyei és hátrányai

A Common Rail rendszer bevezetése jelentős előnyökkel járt a dízelmotorok teljesítménye és környezeti hatása szempontjából, de bizonyos kihívásokat is tartogat.

Előnyök

• Nagyobb teljesítmény és nyomaték
• Csökkentett üzemanyag fogyasztás
• Csendesebb működés
• Alacsonyabb zajkibocsátás
• Környezetbarát jellemzők: csökkentett emissziós értékek (elő-, utó-, többszörös befecskendezés lehetősége)

Hátrányok

• Nagyon érzékeny az üzemanyag minőségére
• Az injektorok érzékenyek a szennyeződésekre
• Drága és bonyolult javítás
• Az üzemanyagszűrő gyakoribb cseréje szükséges

A Common Rail nagynyomású szivattyú, amelyet gyakran használnak a modern dízelmotorok közös nyomócsöves Common-Rail üzemanyag-rendszereiben, kritikus szerepet játszik az üzemanyag nagy nyomáson történő előállításában és továbbításában. A modern nagynyomású szivattyúk folyamatosan fejlődnek, hogy megfeleljenek a növekvő hatékonysági, megbízhatósági és környezetvédelmi követelményeknek.

tags: #common #rail #szivattyú #core #működése #és

• minden, amit a BMW E46 sport futóműről tudni érdemes
• 1.6 TDCi fűzött motorblokk cseréje
• Dacia Logan ablakmosó alkatrészei
• Négyévszakos gumiabroncs összehasonlítás
• hogyan találjuk meg az Opel színkódot