Budowa układów wtryskowych Common Rail Bosch Delphi Denso Siemens

Nowoczesne układ wtrysku bezpośredniego Common Rail szybko wyparły z konkurencji wiele innych układów wtrysku oleju napędowego biorąc pod uwagę samochody osobowe dostawcze , ciężarowe i inne. Tej sytuacji uległ też wiadomy producent samochodów firma Volkswagen, który 2010 roku wyposaża wszystkie swoje silniki wysokoprężne w system Common Rail odchodząc w ten sposób całkowicie od pompowtryskiwaczy.

Pompa wtryskiwacze szyna (zasobnik) czujnik ciśnienia i zawór regulacji dawki paliwa w systemie Common Rail Bosch:

TWORZENIE WYSOKIEGO CIŚNIENIA W UKŁADZIE COMMON RAIL

Schemat budowy układu Common Rail:

Elementy układu Common Rail które znajdują się w tym systemie pracują przy ciśnieniu wynoszącym 20 - 200 MPa. Ciśnienie tworzone jest w sposób ciągły przez pompę wysokiego ciśnienia. Aby osiągać wysokie ciśnienie przez pompę musi być ona zasilana przez pompę wstępną elektryczna lub mechaniczna z której generowane jest ciśnienie od 0,3 - 0,6 MPa. Tego typu pompy umiejscowione są w zbiorniku z paliwem samochodu (elektryczna) lub jako element części silnika dokręcony bezpośrednio do niego (mechaniczna).Zastosowany jest w tym miejscu zawór kulkowy ze sprężyną który stabilizuje i ogranicza ciśnienie w przedziale 0,30 - 0, 60 MPa. Paliwo, które przepływa przez pompę ma też za zadanie chłodzenie tej pompy wstępnej. Pompy wysokiego ciśnienia Common Rail dzielą się na jedno lub wielo tłoczkowe. Pompy producentów takich jak Denso Delphi (HP2) to pompy promieniowe tłoczkowe z koszowym krzywkowym pierścieniem.

Pompa promieniowa tłoczkowa Common Rail delphi:

W czasie napełniania tłoczki są przyciskane przez krzywkowy pierścień, co powoduje , że tłoczki są ściskane do siebie wytwarzając wysokie ciśnienie. W momencie kiedy pompa osiągnie wyższe ciśnienie niż znajduje się w szynie (zasobniku) nasteruje otwarcie zaworu wylotowego i paliwo pod wysokim ciśnienie przechodzi do szyny Common Rail. Pompy Boscha wysokiego ciśnienia, a nawet niektóre pompy Delphi i Siemens mają przenoszony napęd na rolki przez popychacz na krzywkę mimośrodową.

Pompa Common Rail Bosch CP3:

W czasie napełniania tłoczki i sprężyna tłoczka porusz się w kierunku martwego dolnego położenia. Ruch mimośrodowego wałka pompy powoduje przemieszczanie się tłoczków w górne martw położenie. W tym momencie kiedy osiągnięte jest wymagane ciśnienie otwiera się zawór i paliwo trafia do zasobnika ( szyny Common Rail). Ten rodzaj tworzenia ciśnienia będzie powszechnie stosowany i pewnie zastosowany przez takiego producenta ja Denso i Delphi. Charakterystyczna wspólna cechą wszystkich układu wysokiego ciśnienia jest bardzo powolne przyrastanie wysokiego ciśnienia co powoduje nie znaczne naciski na popychacz co stanowi jedną dziesiątą występującego obciążenia. Ta zależność spowodowała większe czasy między wymianami paska rozrządu sięgające nawet do 250 000 km przebiegu.

SPOSOBY REGULACJI ZMIANY WYSOKIEGO CIŚNIENIA:

Kolejna cechą układu Common Rail jest możliwość tworzenia stałego stabilnego ciśnienia w każdym momencie pracy silnika na podstawie map zapisanych w sterowniku silnika. Ponadto możliwa jest kontrola wysokiego ciśnienia na podstawie odczytów z czujnika ciśnienia i regulacja poprzez elementy wykonawcze. W pierwszej generacji układu Common Rail ciśnienie paliwa było regulowane tylko w układzie wysokiego ciśnienia. Przy pomocy sprężyny zawór wysokiego ciśnienia trzyma wartość 5 MPa dla pomp Siemens i 10 MPa dla pompy Bosch. Nowy zawór regulacji ciśnienia Bosch obniża ciśnienie w szynie Rail do wartości otoczenia w momencie kiedy jest w stanie bezprądowym. W ten sposób ogranicza się powstawanie bąbelków powietrza , które powstają na skutek chłodzenia paliwa w zamkniętym układzie wysokiego ciśnienia. Bąbelki te powodują opóźnienia w przyroście ciśnienia w szynie w momencie rozruchu silnika. Jeżeli zapotrzebowanie na wyższe ciśnienie jest większe włącza się elektromagnes z odpowiednia siłą wspomagają siłę zamykającą sprężyny do czasu osiągnięcia odpowiedniego wymaganego ciśnienia. Gdy ciśnienie jest za wysokie zawór kulkowy otwiera się i paliwo przepływa do kanału przelewowego aż osianie wartość zadaną. Taki sposób regulacji nie jest doskonały ponieważ pompa pracuje ciągle pod pełnym obciążeniem co zwiesza moc napędu i większe zużycie paliwa. Ten sposób regulacji dodatkowo podwyższa temperaturę w czasie upustu paliwa do przelewu co musi skutkować zastosowaniem dodatkowej chłodnicy paliwa. W systemach Common Rail drugiej generacji większość układów wykorzystuje rozwiązanie polegające na regulacji wysokiego ciśnienia przez dławienie ssanie lub regulacji wydatku. Głównym sensem tego rozwiązania jest wytworzenie tyle ciśnienia ile faktycznie jest potrzebne do zużycia w układzie paliwowym. Przez to zużycie paliwa i zapotrzebowanie w moc spada o klika procent. Nadmiar paliwa w czasie regulacji dawki wysokiego ciśnienia nie przedostaje się do przelewu, a zmniejszana lub zwiększana jest przez zawór nazywany zaworem wydatku (Bosch Siemens) lub w układach Denso nazywany zaworem sterującym skoku ssania. Mimo różnych rozwiązań zawory maja wspólny cel zmniejszenie ilości paliwa dochodzącego do pompy wysokiego ciśnienia kiedy jest ono za wysokie w szynie Common Rail lub zwiększenie ilości paliwa kiedy ciśnienie w szynie jest za niskie. Prawidłowe działanie zaworów osiągnięte jest przez zastosowanie elektromagnetycznych zaworów o zmiennym przełożeniu (Bosch Siemens Delphi) inaczej w pompach Denso HP3 regulacja odbywa się przez zmianę otwarcia. Sporo układów Common Rail nie stasuje się zaworu regulacji wysokiego ciśnienia w którego miejsce wprowadzono mechaniczny zawór nadciśnieniowy upuszczający paliwo na przelew po przekroczeniu wartości maksymalnych ciśnienia. Są oczywiście układy które łączą te dwa sposoby regulacji. W takim rozwiązaniu zawór sterujący wydatku bieżę na siebie główne zadanie regulacji w szynie zasobniku Common Rail. Zawór ten ma jeszcze dodatkowo za zadanie chodzi szybkie obniżenie ciśnienia w zasobniku kiedy silnik schodzi z dużego obciążenia następuje hamowanie silnikiem lub silnik jest wyłączany.

Zawór regulator ciśnienia paliwa w układzie Common Rail Bosch:

Schemat budowy zaworu regulacji ciśnienia w układzie Common Rail firmy Bosch:

SZYNA, ZASOBNIK LISTWA COMMON RAIL WYSOKIEGO CIŚNIENIA

Zasobnik szyna Common Rail o kształcie kulistym i walca firmy Delphi:

Szyna (zasobnik) paliwa ma za zadanie rozprowadzenie i rozdzielenie paliwa na poszczególne wtryskiwacze. Aby nie występowały duże wahania ciśnienia pojemność zasobnika jest odpowiednio dobierana do danego układu wtrysku paliwa Common Rail. Duże skoki ciśnienia paliwa powodowałby niepożądane odchyłki w dawkach paliwa na wtryskiwaczach. Jeżeli objętość szyny była by zbyt duża powodowało by to opóźnienia w przyroście ciśnienia w momencie startu silnika. Zasobniki przypominają swoim wyglądem rurę natomiast firma Delphi wprowadziła swój zasobnik wysokiego ciśnienia o kształcie kuli. W szynach Common Rail zamontowany jest tez czujnik ciśnienia paliwa a czasami montuje się też zawór regulacji dawki wysokiego ciśnienia.

Czujnik ciśnienia paliwa w układzie Common Rail:

Budowa czujnika ciśnienia paliwa w układzie Common Rail:

WTRYSKIWACZE COMMON RAIL BOSCH DELPHI DENSO SIEMENS BUDOWA DZIAŁANIE

Głównym zadaniem wtryskiwaczy jest prawidłowe rozpylanie paliwa w komorze spalania silnika przez otworki w końcówce wtryskiwacza, których może być od pięciu do ośmiu. Wtryskiwacze są wysterowane przez sterownik silnika elektrycznie. Otwarcie iglicy rozpylacza określa początek wtrysku natomiast czas wysterowania wtryskiwacza określa wielkość dawki paliwa która trafia do cylindra. Na wielkość dawki paliwa wpływa bezpośrednio ciśnienie w zasobniku paliwa. Ze względu na wielokrotne włącznie wtryskiwacza podczas jednego cyklu pracy silnika można uzyskać kilka dawek wstępnych, główną, rozruchowa itd. Wtrysk wstępny pilotażowy powoduje przygotowanie komory spalania do wtrysku głównego podnosząc temperaturę w cylindrze i powodując dodatkowo zawirowanie powietrza w komorze. Spalanie w ten sposób może odbywać się przy późniejszym zapłonie wolno narastającym ciśnieniu. Prze zastosowanie kilku dawek wstępnych i głównych można osiągać zdecydowanie na miększą i dużo cichszą prace silnika oraz zmniejszenie emisji toksycznych spalin. Dodatkowy wtrysk paliwa ma za zadanie podwyższenie temperatury spalin, a co za tym idzie do regeneracji filtra cząstek stałych czy katalizatorów zasobnikowych.

Budowa wtryskiwacza elektromagnetycznego Common Rail Bosch:

Wtryskiwacze Common Rail pracują na zasadzie serwohydraulicznej. Do otwarcia i zamknięcia iglicy wtryskiwacza wykorzystywane jest ciśnienie w szynie Rail. Kiedy wtryskiwacz jest nie sterowany ciśnienie z zasobnika naciska na powierzchnię popychacza powyżej iglicy końcówki wtryskiwacza i dodatkowo na element pierścieniowy poniżej iglicy końcówki wtrysku. Dzięki powierzchnia popychacza dodatkowo wspomagana siłą sprężyny jest większa siła otwierająca wynikająca z ciśnienia w szynie. W celu otwarcia iglicy wtryskiwacza uchyla się zawór powyżej popychacza (zawory mogą być elektromagnetyczne lub piezoelektryczne). Paliwa pod wysokim ciśnieniem przez dławik odpływu odpływa do przelewu. Średnica dławika dopływu jest mniejsza od średnicy dławika odpływu co powoduje, że ciśnienie w komorze sterującej są mniejsze niż siła otwierająca iglica się unosi. Jest ona tak długo otwarta jak długo otwarty jest zawór sterujący. Kiedy następuje zakończenie wtrysku zawór zamyka dławik odpływu w komorze sterującej i następuje wzrost ciśnienia do wartości w szynie rail i siła zamykająca zamyka iglicę rozpylacza. Wszystkie wtryskiwacze Common Rail mimo różnego swojego wyglądu pracują według powyższej zasady. Nieustannie toczy się walka na rozwojem wtryskiwaczy w celu dużo wyższych prędkości włączania dokładniejszego dawkowania zgłasza biorąc pod uwagę dawki pilotażowe. Prędkość działania wtryskiwaczy zależy od elementów wykonawczych, masy ruchome elementów sterujących szybkość przyrostu ciśnienia w komorze sterującej. Szybszymi wtryskiwaczami w działaniu od elektromagnetycznych są wtryskiwacze piezoelektryczne.

Budowa wtryskiwacza piezoelektrycznego i pompy Common Rail CP4:

Schemat elementów wewnętrznych wtryskiwacza Common Rail Bosch:

Dzieje się tak ze względu na zjawisko samoindukcji w której cewka potrzebuje dużo większego czasu do wysterowania zaworu sterującego. Aby zwiększyć prędkość działania cewki w momencie przyciągania są poddane prądowi ok. 20 A, ale już do podtrzymanie wystarczy prąd 10 A. Wtryskiwacze piezoelektryczne wykorzystują dokładnie odwrotne działanie piezoelementu. Po podaniu napięcia elektrycznego do wtryskiwacza element piezoelektryczny wydłuża się dużo szybciej. Pozostaje ten element w tym stanie dotąd, aż zniknie napięcie elektryczne i powraca do położenia pierwotnego. Minimalny skok jednego kryształu piezoelektrycznego nie jest w stanie uruchomić zaworu sterującego. Piezo kryształy układane są w stosy nawet do 300 kryształów jeden po drugim po powoduje możliwość skoku o około 0,04 mm. Wtryskiwacze Delphi Common Rail elektromagnetyczne (inline) dają możliwość zmniejszenia sił masowych. We wtryskiwaczach Delphi element wykonawczy odciąga główkę wtryskiwacza iglicy rozpylacza. Taka konstrukcja eliminuje ciężki popychacz. Siły zamykające rozpylacz i otwierające mogą w ten sposób działać bezpośrednio na iglicę wtryskiwacza. Aby wyeliminować rozszerzalność cieplną firma Bosch wprowadziła element łączący który działa na zasadzie podobnej do popychacza hydraulicznego w układzie rozrządu silnika. Element ten żeby prawidłowo działał wymaga ciśnienia 1 MPa, które zapewnia zawór przelewowy. W samochodach Toyota z silnikami 2,2 zastosowano wtryskiwacze piezoelektryczne firmy Denso.

Wtryskiwacz Common Rail Denso:

Metoda wzmocnienia hydraulicznego została zastosowana przez firmę Delphi w swoich wtryskiwaczach piezoelektrycznych. Ruch iglicy wywołuje bezpośrednio element piezo kiedy następuje wtrysk dawki pilotażowej. Większy skok iglicy uzyskana prze tzw. wzmacniacz skoku iglicy który działa na zasadzie skoku tłoczka. Ciekawostką jest zasada włączania elektrycznego. Zasilanie elektryczne wtryskiwacza jest włączane w momencie kiedy wtryskiwacz jest zamknięty. Żeby iglica się otwarła napięcie jest zmniejszane. Biorąc pod uwagę bezpośrednie sterowanie czyli brak zaworu hydraulicznego powstaje mniej usterek związanych z zaworem przelewowym. Przez takie rozwiązanie zwiększyła się pojemność wnętrza wtryskiwacza co spowodowało powstanie pewnego rodzaju zasobnika paliwa we wtryskiwaczu i dodatkowo uzyskano tłumienie skoków wysokiego ciśnienia we wtryskiwacza.

Schemat budowy wtryskiwacza piezoelektrycznego firmy Delphi:



Dołącz do grona zadowolonych Klientów!

telefon: 601 856-277

ul. Mostowa 24a
37-464 Stalowa Wola
województwo podkarpackie

pompy common rail

Roczna gwarancja
bez limitu kilometrów