A szívódízel injektor működése
A szívódízel motorok működése és a befecskendező rendszerekA dízelmotorok fejlődése lassan ment végbe és a gépkocsi közlekedés számára csak 1920 után vált alkalmassá. A sűrített levegővel történő tüzelőanyag beporlasztása ugyanis a gépkocsi üzemi követelményeinek nem felelt meg. Erre csak a szivattyús befecskendezés tette alkalmassá. A befecskendező szivattyúkra vonatkozó elképzelések Alan és Charlton nevéhez fűződnek. Ez a szivattyú tette lehetővé a kis hengerátmérőjű, nagyobb fordulatszámú dízelmotorok készítését, valamint az indítási nehézségek kiküszöbölését.Ezzel vált a dízelmotor alkalmassá a stabil vasúti- és hajómotorokon kívül kisebb járművek meghajtására is. Eleinte a kisebb járműveknél alkalmazott dízelmotorok közvetlen befecskendezésű kivitelben készültek. Ezeket a kemény járás és az adagoló rendszerrel szembeni érzékenység jellemezte. Nagyrészt e hátrányok kiküszöbölését szolgálták az osztott égésterű Aesel-motorok. Az évek folyamán az osztott égésterű dízelmotoroknak számtalan változata alakult ki. A gyártásuk igaz, hogy drágább, mint az Otto-motoroké, de lényegesen kevesebb és olcsóbb tüzelőanyag fogyasztása gazdaságosabbá teszi.A dízelmotor hengere csak levegőt szív be, azt sűríti, az adagoló az égéstérben felhevült levegőbe fecskendezi az üzemanyagot.
A szívódízel motorok tényleg sokat túlélnek. Tartósságuk egyik oka a vasblokkok bőséges méretezése és hogy sokkal kisebb befecskendezési nyomással működnek. Ennek köszönhetően a motor belső terhelése jóval alacsonyabb, mint az erősebb anyagokból, de lényegesen nagyobb hő- és nyomásterhelésű modern turbódízeleké.
Akár 6-700 000-et is elfutottak, 100-110 km/h környékén szerettek mozogni, és akár 4,5 literrel is eljártak.
A VW konszern dízel motorjainak híre bejárta az egész világot, náluk a kamrás motor örvénykamrát jelent. A kamra egy öntvény, ami köré ráöntik az alumínium hengerfejet, az égés konkrétan itt zajlik le és nem a hengerben. A konstrukció előnye a simább járás, a porlasztó egyszerűsége, így olcsósága.
A dízelmotornak négy dologra van szüksége általánosságban: kompresszióra, hőre, sok levegőre, jól porlasztott gázolajra.
E46 320d turbó probléma megoldása
Hidegben a kamrások hátránya pont a kamra és annak nagy belső felülete, ami a sűrítéskor megtermelt hőt rögtön elvonja indításkor, ezért kompenzálni kell egy izzítógyertyával. A közvetlen befecskendezéses dízelek legfőbb előnye a kamra hiánya, azáltal az izzítás fogalma szinte lényegtelen.
A kamra hiányában gyorsabb gázreakciót nyújt. A porlasztókkal rengeteget lehet javítani vagy éppen rontani a hatásfokon, ezeknél a motoroknál már jellemzően kétlépcsős a porlasztás. Ezek a porlasztók viszont érzékenyebbek a gázolaj minőségére, tisztaságára.
A korszerű, közvetlen befecskendezéses dízelek hengerfeje teljesen sík, az égéstér nem más, mint egy, a dugattyúban kialakított szimmetrikus üreg. Itt sűrűsödik össze és forrósodik fel a turbó által benyomott levegő. A forró levegőbe érkezik a rendszerint középen elhelyezett befecskendező fúvókából a gázolaj, majd rövid töprengés után meggyullad és elég.
Fontos a nagy befecskendezési nyomás, mert a finomabb üzemanyag jótékony hatással van a koromkibocsátásra.
A Common Rail befecskendező rendszerben egy fogasszíjjal hajtott, vagy közvetlenül a vezérműtengely végére szerelt nagynyomású szivattyú hozza létre a befecskendezéshez szükséges irtózatos nyomást. Ehhez kapcsolódik a „közös cső”, ami egy vasdarab, a közepén egy furattal. A rendszerben folyamatosan stabil nyomásviszonyok uralkodnak.
Információk a Honda Dio AF34 szívórendszerről
A nyomásviszonyok a dízelmotorokban
Dízelmotoroknál lényegesen egyszerűbbek a nyomásviszonyok, hiszen nem beszélünk fojtásos szabályzásról. A szívócsőben alapesetben vagy atmoszférikus nyomás, vagy túlnyomás - feltöltéses motor esetén - uralkodhat.
Részben bonyolítja a helyzetet az EGR szelep jelenléte, ill. az ún. EGR-fojtószelep, ami a szívócsövet bizonyos mértékben elzárja az EGR-szelep előtt, annak érdekében, hogy a megfelelő mértékű kipufogógáz-visszaáramlás valóban létrejöjjön.
Ennél erősebb vákuum leginkább a leállás pillanatában fordul elő, amikor a fojtószelep és az EGR együttes zárása "finom" leállást valósít meg.
A befecskendező rendszer elemei
Tekintsük át a befecskendező rendszert elemeit, melyek együttműködése meghatározza a fenti folyamatokat.
A tüzelőanyagot a szállító szivattyú -általában két, durva és finom-szűrő után jut el az adagoló szivattyúhoz. A tüzelőanyag bejuttatására az égéstérbe, valamint annak jó porlasztásához nagy tüzelőanyag nyomásra van szükség.
Szívó- és kipufogótengely beállítás: Opel Astra G
Az adagolószivattyú után a tüzelőanyag a az adagoló vezetéken keresztül jut el a porlasztókhoz. A porlasztók a befecskendező rendszernek legutolsó tagjai, összekötő kapcsok a befecskendező rendszer és a motor között.
Adagolószivattyúk
A hagyományos adagoló szivattyúk általában dugattyús szivattyúk.
Soros, állandó löketű adagoló szivattyú
A soros, állandó löketű adagoló szivattyúnál a motor minden egyes hengeréhez külön elemi dugattyús rendszer tartozik. A dugattyúk mozgatásáról egy bütykös tengely gondoskodik. Ezen a tengelyen a bütykök a befecskendezés sorrendjének megfelelően mozgatják a dugattyúkat.
A dugattyúk a mozgás tengelye körül elforgathatók. A dugattyú palástján lévő hornyok és a hengerperselyen lévő furatok segítségével az elforgatással vezérelhető a befecskendezett tüzelőanyag mennyisége. A dugattyúk elforgatása fogasléc segítségével történik, így biztosítható, hogy mindegyik hengerbe egyforma dózis kerüljön.
A befecskendezés után a visszaszívást az un.
A dugattyú alsó helyzetében a tápszivattyú által szállított tüzelőanyag feltölti a hengerteret. A dugattyú felfelé mozdulása elzárja a hengerpersely furatait, megkezdődik a szállítás. A dugattyú addig szállít, míg a palástján kialakított spirál hornyon keresztül a tüzelőanyag el tud folyni az elfolyó csatornán, ekkor megszűnik a szállítás.
Kialakítható egy olyan horony is, amely a megfelelő dugattyú elfordulás esetén folyamatosan nyitva tartja az elfolyó furatot (pl. leállás), így ebben az esetben nincs szállítás.
Nyomás tartományuk max. 650 bar, max.
A soros adagoló szivattyúk általában fel vannak szerelve segéd rendszerekkel, és különböző szabályzókkal, mint például alapjárati fordulatszám, maximális fordulatszám és fordulatszám illesztés.
Külön rendszernek kell gondoskodni a szállítás kezdet állításról, ennek egyik legegyszerűbb megoldása a röpsúlyos tengelykapcsoló a motor és a befecskendező között.
A mai kor követelményeit kielégítő károsanyag kibocsátást megvalósító elektromos rendszerekhez illeszkedve a típusnak is vannak elektromos szabályzású változatai, ezeknél elektromágnesek segítségével változtatható mind a dózis, mind az előbefecskendezés.
Ennek tipikus példája az un. lökettolókás adagoló szivattyú, itt elektromágnes gondoskodik az dózis vezérléshez szükséges fogasléc mozgatásáról és az lökettolóka mozgatásával a befecskendezés kezdet is szabályozható.
Elosztórendszerű adagoló szivattyú
Nagy fordulatszámú, kis teljesítményű (kis haszongépjármű, személygépkocsi) motorok igényeit már nem tudják kielégíteni a hagyományos soros adagoló szivattyúk. Főbb okai: az előbefecskendezés nehézkes állítása, elektromos szabályozás nehézkessége, magas költségek.
Ebben a kategóriában megfigyelhető az elosztórendszerű adagoló szivattyúk térhódítása, nyomás tartományuk általában max. 700 bar, max. Lényeges eltérés a soros rendszerrel szemben, hogy itt csak egy szivattyú elem hozza létre a befecskendezési nyomást, miközben forgó mozgást is végez. Ezzel határozza meg furatok segítségével, hogy mely hengerbe történjen a befecskendezés.
Az adagoló szivattyú tengelyéhez egy axiális elmozdulást engedő tengelykapcsolóval csatlakozik a dugattyú. Ennek egyik vége a kisnyomású térben lévő körhagyó-bütyköstárcsa Ezt a tárcsát rugók nyomják a görgő koszorúra. A rajta elgördülő bütykös tárcsa kényszeríti tengelyirányú (pumpáló-) mozgásra a dugattyút.
A befecskendezési ütem során a bütykös tárcsa hatására a dugattyú elkezd kifelé mozogni, ezzel először elzárja a hozzáfolyó csatornát, ezután az axiális és az arra merőleges furaton keresztül megkezdődik a szállítás.
A szállítás addig tart, míg a szabályzó gyűrű szabaddá nem teszi az axiális furat végén lévő elengedő furatokat.
A rendszerek is fel vannak szerelve segéd rendszerekkel, mint tápszivattyú, valamint különböző szabályzó és vezérlő rendszerekkel, mint például alapjárati fordulatszám, maximális fordulatszám, fordulatszám illesztés, hideg indítás, feltöltési nyomásszabályozás.
Radiál dugattyús elosztórendszerű adagoló szivattyú
A radiál dugattyús elosztórendszerű adagoló szivattyú felépítése sok szempontból hasonló a a hagyományos elosztó rendszerű adagoló szivattyúhoz, azonban itt nem a dugattyú elem elmozdulása hozza létre a nagy nyomást, hanem a radiális működésű dugattyú elem.
Ennek segítségével a maximális befecskendezési nyomása 1100 bar és max. 50 kW/henger teljesítmény valósítható meg. A dózis vezérlő szolenoid szelep segítségével lehetőség van a szállítás kezdet és a dózis pontos vezérlésére.
Az adagoló szivattyú csak akkor növeli a nyomást, ha a szolenoid szelep zárva van. Ennek segítségével már lehetőség van egyes rendszereknél a kettős befecskendezésre is.
Adagoló-porlasztó rendszerek
A minél nagyobb nyomás elérése érdekében terjedtek el az adagoló-porlasztó rendszerek elsősorban a CR rendszerek leterjedése előtt. Ezek az adagolóelem és a porlasztó egybeépítésével születettek, minden hengerben egy-egy ilyen elem található amely dugattyúját többnyire a vezérműtengely működteti.
A befecskendezés időpontját és a dózis nagyságát az elektronikusan vezérelt mágnes szelep határozza meg.
Common Rail (CR) rendszerek
A Common Rail (CR) rendszerek elterjedését az elektronikus szabályzások költségeinek csökkenése és az egyre tovább szigorodó környezetvédelmi követelmények okozzák. Ennél rendszernél magasabb az előállítható nyomás (2000 bar), így jobb porlasztás valósítható meg, üzemmód függvényében állítható a szelepnyitás, így a befecskendezési karakterisztika.
Az előállított nyomás csak kismértékben függvénye a fordulatszámnak. A rendszer fő elemei a motor által hajtott nagynyomású szivattyú, ami a nagynyomású tüzelőanyagot egy közös gyűjtőcsőbe (Common Rail) juttatja. Innen elektromos szabályzású porlasztók juttatják az égéstérbe.
A vezérlőjelének időbeli változásával befolyásolható a befecskendezési törvény. A fenti rendszer kézbentartásához a szabályzó elektronikának nagyon sok, a motor működését leíró paraméter ismeretére van szüksége.
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.
Befecskendező vezeték vagy nyomócső
A befecskendező vezeték vagy nyomócső feladata a tüzelőanyag eljuttatása az adagoló szivattyútól a porlasztókig. A nyomócsőben az adagolóból elinduló nyomáshullám jelentős deformációt szenved, ami jelentős hatással lehet a befecskendezési törvényre.
Az adagolóból távozó nyomás hullám a csőszakaszra jellemző hangsebességgel halad végig. A befecskendező vezeték kialakításánál számolni kell, hogy a porlasztótól visszafutó hullámok indulhatnak el.
Porlasztók
A porlasztók két alapvető része a porlasztótest a befecskendező fúvókával, és a porlasztó tű. A porlasztó tű a porlasztótest furatában könnyen elmozdítható, viszont, illesztése révén jól tömít.
A tű vége kúposan végződik és a kissé eltérő kúpszögű porlasztótesttel vonalérintkezéssel záródik. Ezáltal jól tömíti az égésteret a tüzelőanyagtól. A porlasztó fúvókákból kilépő nagysebességű tüzelőanyag-sugár ütközik a nagynyomású levegő molekulákkal. Hatására cseppek szakadnak le róla, miközben a sugár szétterül, sebessége csökken.
Szabályzócsapos befecskendezők
Szabályzócsapos befecskendezők esetében a tű nyitása után a befecskendező furat nem válik teljesen nyitottá, a befecskendezett tüzelőanyag mennyisége nem csak az égéstér és a befecskendezési nyomás különbségével lesz arányos, hanem befolyásolja a szabályzócsap profilja is.
Ezzel el lehet érni, hogy a befecskendezés elején kevesebb tüzelőanyag jusson az égéstérbe, így szabályozva a kinetikus-diffúz égés arányát.