Az Üzemanyag-Befecskendező Szivattyúk: Működés, Felépítés és Típusok

Az üzemanyag-befecskendező szivattyú a belső égésű motor egyik kulcsfontosságú alkatrésze. Fő feladata, hogy az üzemanyagot nagy nyomáson az üzemanyagtartályból a motor égésterébe juttassa. A Diesel-motorok belső keverékképzésű motorok, az égési folyamat elindításához külső energiára nincs szükség. Az ehhez szükséges nagy hőmérséklet eléréséhez az Ottó-motoroknál nagyobb kompresszió viszonnyal működnek (ε=16-24). Emiatt az előállításuk drágább, az anyag és megmunkálási költségek magasabbak, viszont hatásfokuk jobb.

Az Üzemanyagellátó Rendszer Alapjai

A modern, közvetlen befecskendezéses motorok üzemanyag-ellátása két fő szakaszra osztható: az alacsony nyomású és a nagynyomású körre. Az alacsony nyomású körben egy elektromos szivattyú szállítja az üzemanyagot a tartályból a nagynyomású szivattyúba. A rendszernyomás itt általában 6 bar körül van, és a motorvezérlő egység szabályozza.

Az üzemanyag-szivattyú az üzemanyagrendszer legjobban igénybevett alkatrésze. Két fő típusa létezik, a benzinvezetékbe épített in-line, illetve a benzintartályba szerelt in-tank szivattyú. Az üzemanyagtartályban található szivattyú működése meglehetősen egyszerű. Az elektromotor megforgatja a turbinákat, amelyek ezután kiszívják az üzemanyagot a tartályból. Az üzemanyag egy szűrőn keresztül halad tovább, és közvetlenül a befecskendező szivattyúba kerül. A tüzelőanyagot a szállító szivattyú - általában két, durva és finom-szűrő után - jut el az adagoló szivattyúhoz. Feladata, hogy a szennyeződéseket kiszűrje az üzemanyagból. A legkisebb szennyeződések is kárt okozhatnak. Ezért fontos a tüzelőanyag-szűrő rendszeres karbantartása.

Bizonyos esetekben az üzemanyagtartályban lévő szivattyút egy alacsony nyomású adagolószivattyú helyettesíti, amely a befecskendező szivattyú belsejébe van beépítve. Az általában dugattyús rendszerű tüzelőanyag-szivattyúknak az a feladata, hogy kb. 1 bar nyomással továbbítsák a tüzelőanyagot a befecskendező-szivattyúhoz. A tüzelőanyag-szivattyú karimás csatlakozással kapcsolódik a befecskendező-szivattyúhoz, és a befecskendező-szivattyú excentere hajtja. A befecskendezőrendszer légtelenítéséhez a tüzelőanyag-szivattyún rendszerint kézzel működtethető szivattyú van.

Nagynyomású Kör

A nagynyomású körben a nagynyomású szivattyú akár 350 bar nyomásra is képes emelni az üzemanyagot, amelyet az üzemanyag-elosztó sínbe juttat. A nagynyomású üzemanyag-szivattyúk többféle kivitelben léteznek, amelyek a jármű és a motor sajátosságaihoz igazodnak. A szivattyú feladata, hogy az előtápszivattyú által szállított üzemanyagot a szükséges nyomásra emelje, és az üzemanyag-elosztó sínben elérhetővé tegye.

L300 üzemanyag jeladó javítása

A nagynyomású üzemanyag-szivattyúk a folyamatos, nagy terhelés, a magas nyomás, a kenőanyag hiánya és a hőingadozások miatt fokozottan kitettek a kopásnak. Új szivattyú beszerelése előtt ellenőrizni kell a szivattyú meghajtását, a görgős szelepemelőket és a vezérműtengelyt, hogy nem sérültek-e és megfelelően működnek-e. A hibás alkatrészeket ki kell cserélni.

Dízel Motorok Keverékképzése és Égési Folyamatai

Dízel-motoroknál az égést a kompresszió során felmelegedő közeg (levegő) párologtatja el az -általában a felsőholtpont előtt- befecskendezett tüzelőanyagot és gyújtja meg a levegő-tüzelőanyag keveréket. Mind a tüzelőanyag elpárologtatásához, mind annak keverékképzéséhez és égéséhez az Ottó-motorokhoz képest igen jelentős időre van szükség. A Diesel motorok égési folyamatát általában két részre osztjuk.

Az égés kezdetén az égési késedelem miatt felhalmozódott és elpárolgott tüzelőanyag a nagy légfelesleg mellett gyors, jól előkevert égése zajlik le. Ezt a szakaszt nevezzük kinetikus-, vagy előégésnek. A második szakasz a diffúz- vagy főégés. Ebben a szakaszban a porlasztóból kilépő tüzelőanyag keresztülhalad a már elégett keveréken ahol annak párolgási folyamata zajlik, majd ebből a térfogatból kikerülve keveredik részben levegővel. Ebben a szakaszban az égés lényegesen lassabb. Minél nagyobb a gyulladási késedelem annál több tüzelőanyag jut az égéstérbe az égés kezdete előtt. Így amikor beindul az égés nagymértékű hőfelszabadulást áll elő, minek következménye kemény égési zaj, ami mechanikai túlterhelést eredményezhet.

A Diesel-motorok fejlesztése során számos módszert dolgoztak ki az égési folyamat optimalizálására. Ma már egyes radiál dugattyús elosztó rendszerű adagoló szivattyúk esetében lehetőség van a kettős befecskendezésre. Ez elsősorban előbefecskendezés, ami során a fő dózis befecskendezése előtt egy kisebb tüzelőanyag dózist juttatnak az égéstérbe. A befecskendezett tüzelőanyag égése a gyulladási késedelem után beindul. Ennek hatására a fődózis gyulladási késedelme jelentősen csökken, így nem tud nagy mennyiségű tüzelőanyag elpárologni és felhalmozódni az égéstérben, azaz előkevert égési szakasz intenzitása csökken.

A korszerű Common Rail rendszerek további lehetősége a korai előbefecskendezés. Ebben az esetben lényegesen korábban szintén egy kisebb tüzelőanyag dózist juttatnak az égéstérbe. Ez a tüzelőanyag nem feltétlen a befecskendezés után ég el, hanem jelentős késéssel is eléghet. Segítségével egy belső füstgáz visszavezetést lehet megvalósítani, egy tüzelőanyagban szegény homogénhez közelítő égési folyamat zajlik le, amely elkészíti az égési folyamatot. Szintén a Common Rail rendszerek lehetősége az utó-befecskendezések alkalmazása. A fő dózis után befecskendezett kisebb tüzelőanyag segítségével a részecske kibocsátás csökkenthető a kiégési folyamat növelésével. Ehhez kapcsolódik a kései utó-befecskendezés, amely célja elsősorban a füstgáz hőmérséklet növelése, ezzel a részecskeszűrő regenerálása.

Üzemanyagtank méret - Smart Forfour 454

Befecskendező Szivattyúk Típusai

A befecskendező szivattyúk meghajtása vagy a motor vezértengelye által, vagy egy független meghajtó mechanizmus segítségével történik, amely a befecskendező szivattyú belsejében található. A dugattyús szivattyú a leggyakrabban használt típus a mai járművekben. A radiális és axiális dugattyús, valamint a soros szivattyúk egy vagy több szivattyúelemmel működhetnek. A kenést általában az üzemanyag vagy a motorolaj biztosítja.

Soros Adagoló Szivattyúk

A hagyományos adagoló szivattyúk általában dugattyús szivattyúk. 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 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 maximum 650 bar.

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 Szivattyúk

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 maximum 700 bar.

Felicia (2001) üzemanyagszint probléma megoldása

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 maximum 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 Common Rail rendszerek elterjedése 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 a 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.

Common Rail Generációk

• Első generáció: 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.
• Második generáció: A rail nyomást az alacsony nyomású oldalon az adagoló szelep segítségével szabályozza, 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.
• Harmadik generáció: 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.

Közvetett és Közvetlen Befecskendezés

A befecskendező rendszereket többféleképpen lehet osztályozni, mint például közvetett befecskendezés, közvetlen befecskendezés és kettős befecskendezés.

Közvetett befecskendezés

A közvetett befecskendezésű motorok esetén az üzemanyag először a szívócsőbe jut. Itt keveredik össze a beáramló levegővel, mielőtt az égéstérbe kerülne. A befecskendezés régebben a folytószelep előtt egy befecskendezővel történt, majd a folytószelep és a szívószelep között ment végbe a folyamat. Az utóbbinál is többféle megoldást alkalmaztak: minden hengerhez külön-külön közvetlenül a szívószelepekre (többpontos befecskendezés), vagy azoktól kissé távolabbra, két-két hengerhez menő szívócső-szakaszba történt az üzemanyag befecskendezése. Előnyei közé tartozik a kisebb kokszosodás esélye és az alacsonyabb károsanyag-kibocsátás.

Közvetlen befecskendezés

A közvetlen befecskendezésű motorok esetében az üzemanyag közvetlenül az égéstérbe jut. Ez csökkenti a motor fojtását és a hőveszteséget, ami nagyobb teljesítményt és alacsonyabb üzemanyag-fogyasztást eredményez. A motorelektronika felismeri a motor terhelésének mértékét, és a befecskendező rendszeren keresztül vezérli a befecskendezési idő, a befecskendezési nyomás, valamint a befecskendezett üzemanyag-mennyiség értékeit, valamint a szívócsatorna terelőlapjával a hengeren belüli áramlást is. Előnye a nagy üzemanyag-adagolási pontosság és a kiváló motordinamika, hátránya azonban az összetett kialakítás és a magas karbantartási költségek.

Kettős befecskendezés

A kettős befecskendezésű motorok esetében a közvetlen befecskendezés mellett szívócső befecskendezést is alkalmaznak. A módosításokat elsősorban a fogyasztás és a káros anyagok kibocsátásának csökkentése céljából vezették be. A szívócső befecskendezés alkalmazása csökkenti a közvetlen befecskendezéssel járó részecske kibocsátást és megakadályozza a szelep kokszosodását. Előnyei közé tartozik a nagyon precíz üzemanyag-adagolás, az optimális motorszállítás minden körülmények között, és az, hogy nincs szénlerakódás a szívórendszerben.

Befecskendező Fúvókák és Injektorok

A befecskendező-fúvókák feladata az üzemanyag adagolása az égéstérbe. Két fő szerkezeti változatot különböztetünk meg: csapos fúvókák és furatos fúvókák. A csapos fúvókát előkamrás vagy örvénykamrás motorokban alkalmazzák. A furatos fúvókát közvetlen befecskendezésnél használják.

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.

Lyukporlasztók

A lyukporlasztókban a porlasztó tű elválasztja a motor égésterét a tüzelőanyag rendszertől. A porlasztást a porlasztótest furatai végzik, számuk konstrukció függő. Mind a két konstrukciós megoldásnál igen fontos a rugó előfeszítésének pontos beállítása, mind a helyes befecskendezés kezdet és az esetleges lengések elkerülése miatt.

Common Rail Injektorok

A Common-Rail rendszerekben is zárt porlasztókat alkalmaznak, két fő típusuk az elektromágnes szelepes, illetve a piezo aktuátoros porlasztók.

Elektromágneses befecskendezők

Az injektor tű működés közben 30-60 mikronnal emelkedik el az üléktől. Nagyon precíz alkatrész, ezért nagyon nehezen tolerálja az üzemanyag rendszerbe kerülő szennyeződéseket. Az elektromágneses befecskendezők esetén zárt helyzetben a vezérlőkamra rail-nyomáson van, mivel az elektromágnes aktuátor által mozgatott szervo-szelep 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 a vezérlőkamrában és zár a befecskendező szelep.

Piezoelektromos befecskendezők

A piezoelektromos befecskendezők működése meglehetősen hasonlít a mágnesszelepes injektorokéhoz, azzal a különbséggel, hogy kerámia magjuk van. Ezt az a képessége jellemzi, hogy kitágul vagy visszahúzódik, amikor áramimpulzust kap - ez a piezoelektromos hatás. A piezoelektromos elemek tágulása és visszahúzódása szinte azonnali. Ez a reakciósebesség lehetővé teszi a befecskendezett üzemanyag még pontosabb arányát és ciklusonként nagyobb számú befecskendezést.

A piezo aktuátoros porlasztóknál alkalmazott úgynevezett 2/3-as szervo-szelep segítségével a befecskendezést megelőzően a fúvókát a vezérlőkamrában uralkodó rail-nyomás zárva tartja. A működtető elem vezérlésével kinyit a szervo-szelep 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 zárási folyamat bevezetéséhez a szervo-szelep 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.

Befecskendező Rendszerek Összehasonlítása

Az Üzemanyag-Befecskendező Szivattyú Hibái és Megelőzése

Az üzemanyag-befecskendező szivattyú meghibásodásának leggyakoribb okai közé tartozik általában az üzemanyagrendszer szennyeződése rozsdával, szennyeződésekkel vagy üledékkel az üzemanyagtartályból vagy az üzemanyagszűrőből. Fémrészecskék keletkezése: A sérült alkatrészek kopása, törése során apró fémrészecskék keletkezhetnek, amelyek az üzemanyagrendszerbe kerülhetnek, melyek károsíthatják a befecskendezőket.

Gyakori Hibák

• Üzemanyag-befecskendező szivattyú vezérlőegység hibája (ha az alkatrész kialakításában szerepel)
• Üzemanyag-befecskendező szivattyú érzékelő hibája
• Üzemanyag-adagoló szelep hibája
• Üzemanyag-befecskendező szivattyú elosztófej hibái
• Üzemanyag-befecskendező szivattyútest hibája
• Sérült szelepszabályozó
• Sérült tengely

Hibás Szivattyú Felismerése

• A motor nem reagál, vagy nehezen indul.
• A motor leállása - az üzemanyag-körben szivattyúzott elégtelen mennyiségű üzemanyag miatt a motor röviddel az indítás után vagy a gázpedál megnyomásakor leáll.
• Alacsony vezetési kényelem - ingadozások gyorsításkor az üzemanyag-körben alacsony üzemanyagáramlás miatt, elégtelen teljesítmény az alacsony üzemanyagnyomás következtében, nyomásingadozások, zavaró zajok.

Megelőzés és Karbantartás

• Tartsa karban az üzemanyag-szivattyút és az egész üzemanyagrendszert tiszta és jó állapotban.
• Ne vezessen szinte üres üzemanyagtartállyal.
• Figyeljen az üzemanyag minőségére és az oktánszámra.
• Rendszeresen ellenőrizze az üzemanyagszűrőt, és szükség esetén cserélje ki.
• Rendszeresen vizsgálja meg az üzemanyagcsöveket és az elektromos csatlakozásokat; figyeljen az újonnan kialakult repedésekre vagy sérülésekre, valamint minden olyan hibára, amely az üzemanyag-szivattyú meghibásodásához vezethet.

Az új üzemanyag-befecskendező szivattyú beszerelése előtt elengedhetetlen a megfelelő diagnosztika elvégzése, amely megerősíti vagy kizárja, hogy a motor meghibásodását valóban a nem működő üzemanyag-befecskendező szivattyú okozza. Ha szükségessé válik az üzemanyag-befecskendező szivattyú cseréje, győződjön meg arról, hogy az üzemanyagrendszer, beleértve az üzemanyagtartályt is, tiszta.

tags: #uzemanyag #befecskendezo #szivattyu #működés #felépítés #típusok

• Nagyhalászi vezérlés csere
• Fékerőszabályzó felújítás Pajerokon
• Tudnivalók az Insignia turbómotorokról
• Kategóriák és feltételek
• Actros innovációk részletesen