A Common Rail Befecskendező Rendszer Működése
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.
A ma eladott dízel üzemű járművek szinte kivétel nélkül közös nyomócsöves rendszerűek.
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.
Működési Elv
A Common Rail nyomástárolós befecskendező rendszer esetében a nyomás előállítása és a befecskendezés szét vannak választva. A befecskendezési nyomás a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől függetlenül hozható létre.
Tünetek: Common Rail hibák BMW
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.
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 hozzávetőleg állandó hozamú szállításnak köszönhetően a nagynyomású szivattyú mérete a hajtó nyomatéka is lényegesen kisebb lehet, mint az a hagyományos befecskendező rendszerek esetében szokásos.
A common rail rendszer lényege, hogy a diesel üzemanyag nyomásának előállítása és a befecskendezés ebben a rendszerben szét vannak választva. A common rail rendszerben a diesel üzemanyag egy úgynevezett nyomástárolóban várja a befecskendezés pillanatát.
A kívánt nyomást egy a diesel motorról hajtott, állandóan üzemelő nagynyomású szivattyú állítja elő. Ez tartja az üzemanyag nyomását a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől függetlenül.
A common rail rendszer előnye, hogy az állandó nyomásnak és hozamnak köszönhetően a nagynyomású szivattyú mérete és belső terhelése lényegesen kisebb, mint a hagyományos diesel befecskendező rendszerek esetében.
Az elektronikus dízel szabályozás (EDC) az egyes részegységeket külön-külön hajtja meg.
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 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.
Gyakorlati tapasztalatok a Common Rail javításában
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.
- A Denso, amely a Toyota csoporthoz tartozik, szintén vezető szerepet játszik a dízelmotorok nagynyomású üzemanyag-rendszereinek fejlesztésében.
- A Continental a Siemens VDO üzletágának átvétele után vált jelentős szereplővé a nagynyomású szivattyúk piacán.
Hogyan működik a közös nyomócsöves dízelbefecskendező és gyakori meghibásodási pontok - Engineered Diesel
Nyomásszabályzás
Az adott rendszertől függően különféle nyomásszabályozási eljárásokat alkalmaznak.
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.
Meghibásodás esetén egy nyomáskorlátozó szelep akadályozza meg a túlságosan nagy rail-nyomás kialakulását.
A szívóoldalon megvalósított mennyiségszabályozással kevesebb tüzelőanyagot kell nagy nyomásra sűríteni, ezáltal a szivattyú teljesítményfelvétele is kisebb. Ennek pozitív hatása van a tüzelőanyag-fogyasztásra.
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 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.
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.
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. A piezo aktuátoros porlasztók kiegészülnek egy un. hidraulikus csatolóval.
Hidraulikus teljesítménypotenciál:
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 jövőben1800 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.