Common rail

Viðfangsefni:

Aðgerð
Munur á hefðbundnu inndælingarkerfi og common rail
Lágþrýstingshluti
Háþrýstihluti
Mældu spennu og straum við rafsegulinndælingartækið
Mótor rafeindatækni

Aðgerð:
Common rail er innspýtingarkerfi sem hefur verið notað á dísilvélar síðan 1997. Inndælingum er stjórnað af vélstýringu. Bæði opnun og lokun inndælingartækisins (innsprautunartíminn) og fjöldi inndælinga á hverri brunalotu eru ákvörðuð af vélstýringareiningunni. Vélarstýringin reiknar út innspýtingartímann út frá fjölda þátta, svo sem hraða, álagi, útilofti og vélarhita o.fl.
Háþrýstidælan gefur eldsneytisþrýstingi til eldsneytissafnsins. Það er alltaf stöðugur þrýstingur í eldsneytisgalleríinu. Allar innspýtingar eru tengdar beint við eldsneytisgalleríið. Eldsneytisþrýstingurinn er því einnig beint á aðveitulínu hvers inndælingartækis. Aðeins um leið og inndælingartækið fær opnunarmerki frá stýrieiningu hreyfilsins mun það opnast. Þrýstingurinn frá eldsneytisgalleríinu fer nú inn í strokkinn í gegnum inndælingartækið. Innspýting hættir um leið og stýrieining hreyfilsins lýkur merkinu.

Græna línan sýnir lágþrýstingsleiðsluna fyrir eldsneyti.
Rafræna eldsneytisdælan (11) dælir eldsneytinu með þrýstingi sem er að hámarki 5 bör um síueininguna (9) að háþrýstidælunni (1). Háþrýstidæla (rauð) liggur frá háþrýstidælunni að eldsneytisstönginni. Það er eldsneytisþrýstingur í eldsneytisstönginni sem fer eftir hraða háþrýstidælunnar. Teinnarþrýstingsneminn skráir þetta gildi og sendir stöðugt núverandi eldsneytisþrýsting til vélstjórnareiningarinnar.
Háþrýstilínur allra inndælingatækja eru tengdar við eldsneytisstöngina, eins og sýnt er á eldsneytisstönginni með númer 8 og inndælingartæki með númeri 16. Afturlínan (blá) tryggir að allt umframeldsneyti frá inndælingartækinu, eldsneytisstönginni og háþrýstidælunni fari aftur í tankinn. Stöðug eldsneytisrás er til að kæla íhlutina sem oft eru staðsettir í vélarrýminu.

Munur á hefðbundnu inndælingarkerfi og common rail:
Fyrir (hefðbundnar) dísilvélar án common rail innspýtingar (þ.e.a.s. með a háþrýstidælu, snúningsdreifidælu eða rafstýrðri dreifidælu) innspýtingartækin opnast með þrýstingi eldsneytis sjálfs.
Eldsneytisdælan snýst á hraða kambássins og byggir upp þrýsting á réttum tíma. Þrýstiuppbyggingin og innspýtingin fer því eftir tímasetningu eldsneytisdælunnar miðað við knastásinn. Þess vegna verður eldsneytisdælan alltaf að vera stífluð þegar skipt er um tímareim.

Í common-rail vélum er eldsneytinu sprautað inn þegar vélastýringin gefur frá sér merki. Með fyrstu kynslóð common-rail véla skipti staða dælunnar því ekki máli. Þessu gæti verið snúið í hvaða stöðu sem er þegar tímareim er sett upp. Dælan gefur stöðugum eldsneytisþrýstingi á inndælingarbrautina.
Nú á dögum eru allar vélar stilltar mun nákvæmari. Oft þarf líka að stífla dæluna. Þetta er til að koma í veg fyrir titring sem tengist þrýstingsuppbyggingu dælunnar. Dælurnar eru nú þannig gerðar að toppar þrýstingsuppbyggingar verða á sama tíma og þjöppunarslag hreyfilsins. Vélin gengur hljóðlátari og tímareimin er minna hlaðin.

Lágþrýstingshluti:
Lágþrýstingshlutinn inniheldur eldsneytistankinn, rafmagnseldsneytisdæluna, eldsneytissíuna, lágþrýstieldsneytislínuna og afturlínuna. Þessum íhlutum er lýst hér að neðan.

Eldsneytisgeymir: það er þar sem eldsneytið er geymt. Geymirinn getur verið á bilinu 30 til 70 lítrar fyrir léttari og þyngri lúxus fólksbíla. Smelltu hér til að fá frekari upplýsingar um eldsneytistankinn.
Rafdrifin aukadæla: fest í tankinum. Þessi dæla tryggir að eldsneyti sé dælt úr tankinum undir lágþrýstingi í háþrýstidæluna (í vélarrýminu). Common-rail dísilvélar eru ekki alltaf með rafræna örvunardælu. Stundum er gírdæla innbyggð í háþrýstidæluna. Eldsneytið sogast því úr tankinum frá háþrýstidælunni og þrýstingur byggist upp að eldsneytisstönginni. Smelltu hér til að fá frekari upplýsingar um boostpumpuna.
Eldsneytissía: eldsneyti getur innihaldið mengaðar agnir. Þessar agnir haldast fastar í síuefninu þannig að þær komast ekki inn í inndælingarkerfið. Eldsneytissían þjónar einnig sem vatnsskiljari. Dísileldsneyti inniheldur einnig raka. Þessi raki er mjög slæmur fyrir dæluna og inndælingartækin/rörin. Þetta getur valdið tæringu innan á íhlutunum. Til að koma í veg fyrir þetta er vatnið einnig skilið frá eldsneytinu og verður áfram í síunni. Þessa síu verður að tæma reglulega. að skipta um.
Lágþrýstingseldsneytisleiðsla: þessi eldsneytisleiðsla liggur frá rafrænu eldsneytisdælunni að háþrýstidælunni. Þrýstingurinn á þessari pípu er um það bil 5 bör.
Eldsneytisleiðsla: eldsneytið sem er dælt of mikið fer aftur í tankinn í gegnum afturlínuna. Aftureldsneytið þjónar einnig til kælingar því það fjarlægir hitann. Það þarf því alltaf að vera til skilaeldsneyti. Þegar hraðaminnkun á sér stað (vélin er hemluð) er engu eldsneyti sprautað inn í brunahólfið. Magn aftureldsneytis er mest á þeim tíma.
Einnig er hægt að nota aftureldsneytið til að greina hvort inndælingartæki haldist opið óviljandi. Þetta gæti til dæmis stafað af mengun eða galla í inndælingartækinu eða villu í stjórn vélarstýringareiningarinnar. Með því að aftengja afturlínur allra inndælingatækja og safna þeim samtímis er hægt að skoða innbyrðis mun. Ef 1 inndælingartæki hefur áberandi lítið eldsneyti til baka gæti mjög vel verið að inndælingartækið sé opið of lengi. Of miklu eldsneyti er sprautað inn. Þetta má sjá á myndinni hér að neðan. Hér er ein innspýtingstæki án aftureldsneytis.

Háþrýstingshluti:
Háþrýstihlutinn inniheldur háþrýstidæluna, eldsneytisgalleríið, háþrýstieldsneytisleiðslurnar og inndælingartækin.

Háþrýstidæla
Háþrýstidælan er hönnuð sem stimpildæla og tryggir að eldsneytisþrýstingurinn í eldsneytissalnum (fer eftir kerfinu) haldist við stöðugan þrýsting. Þetta nemur 1300 börum fyrir fyrstu kynslóð common rail véla (frá 1997) til 2000 bör fyrir núverandi kerfi. Því hærri sem innspýtingsþrýstingurinn er, því minni eru eldsneytisdropar og því betri brennsla og þar með útblástursloft. Magn eldsneytis sem dælan gefur í eldsneytissafnið er takmarkað þar sem vélin þarf minna. Þrýstingurinn helst þá nokkurn veginn sá sami. Með því að stjórna rafsegulflæði stillir stýristimpill sig lengra og lengra vegna fjaðraspennu. Þá minnkar járnbrautarþrýstingurinn. Á síðunni Háþrýstieldsneytisdæla er virkni nokkurra tegunda háþrýstidæla, þar á meðal common rail dísilolía, útskýrð ítarlega.

Eldsneytisgallerí
Eldsneytinu er dælt úr háþrýstidælunni í eldsneytisgalleríið. Það er stöðugur eldsneytisþrýstingur í eldsneytisgalleríinu. Eldsneytisleiðslur liggja frá eldsneytisgalleríinu að inndælingum. Teinaþrýstiskynjarinn er einnig tengdur við eldsneytisgalleríið (ef teinaþrýstingurinn er of hár mun vélstjórnin sjá til þess að þrýstiloki opnast) og það er afturlína.

Háþrýsti eldsneytisleiðslur
Vegna þess að háþrýstieldsneytislínur þurfa að þola háan þrýsting verða þær að vera sterkar. Þær eru úr málmi og eru tengdar bæði við dæluna og inndælingartækin með straumhnetum. Þessar háþrýstieldsneytislínur flytja eldsneytið frá háþrýstidælunni að eldsneytisstönginni og frá eldsneytisbrautinni til inndælinganna. Rörin á milli eldsneytisstangarinnar og inndælinganna eru öll jafn löng og þykk. Þetta kemur í veg fyrir gagnkvæman inndælingarmun. Ef fjarlægð milli eldsneytisgallers og strokks 1 er meiri en milli gallerísins og strokks 4, er beygja gerð á pípu strokks 4. Vegna þessarar beygju er fjarlægðin sem eldsneyti frá strokki 4 þarf að ferðast sú sama og frá strokki 1.
Atómtæki
Það eru rafsegul- eða piezo inndælingartæki beitt. Með þessum inndælingartækjum er hægt að stjórna inndælingarmagninu, inndælingarröðinni og inndælingarstundinni. Það er stöðugur eldsneytisþrýstingur við inntak inndælingartækisins. Þetta er sami þrýstingur og er í eldsneytisstönginni. Þessi þrýstingur er einnig til staðar í stjórnklefanum svo framarlega sem segullokaventillinn er lokaður. Segulloka loki er stjórnað af ECU.
Um leið og segulloka er virkjuð af vélarstýringunni er inndælingarnálinni lyft upp og sprautan sprautar ákveðnu magni af eldsneyti. Vegna þess að járnbrautarþrýstingurinn og opin á inndælingunum eru alltaf stöðug, veit vélstjórnin nákvæmlega hversu miklu eldsneyti er sprautað inn á ákveðnum tíma. Þar sem lágmarksfrávik eiga sér alltaf stað eftir framleiðslu verður að tilkynna þetta frávik til vélstjórnareiningarinnar. Eftir framleiðslu er inndælingartækið prófað. Kóði er ákvarðaður með því að nota niðurstöður meðal annars opnunarþrýstings og magn inndælingartækis. Þessi kóði er grafinn á inndælingartækið og getur tæknimaðurinn lesið hann (sjá mynd hér að neðan, kóðinn er 574-221). Þessi námsaðferð er sú sama fyrir bæði bensínvél og dísilvél.
Mæling á spennu og straumi við rafseguldælingartæki:
Hægt er að mæla spennu og straumframvindu yfir rafsegulsprautuna með sveiflusjánni. Þetta er hægt að nota til að ákvarða hvort inndælingunni sé stjórnað á réttan hátt af ECU.
Á umfangsmyndinni hér að neðan er rauða línan spennuferillinn og bláa línan straumferillinn. Umfangsmyndin hér að ofan sýnir tvær inndælingar. Vinstri er forsprautunin og sú hægri er aðalinndælingin. Með öðrum vélum geta allt að þrjár innspýtingar átt sér stað í röð.
Inndælingartækið opnast við háspennu og straum. Spennan er um það bil 80 volt. Þessari háspennu er hægt að ná þökk sé þétti í ECU. Þessi háspenna ásamt lágu spóluviðnámi tryggir hröð svörun frá inndælingartækinu. Inndælingartækið hefur því stutta kveikju- og slökkvunartöf. Vegna þess að straumurinn í gegnum spóluna veldur miklum hita verður að takmarka hann. Án straumtakmarkana væri raunverulegur straumur allt að 300 amper. Það gildi mun þó aldrei nást því spólan mun hafa brunnið út fyrir löngu síðan.
Straumtakmörkun sést á spennu sem er stöðugt kveikt og slökkt á milli 4,6 og 5,1 ms. Meðan á þessari straumtakmörkun stendur eru spennan (12 volt) og straumurinn (12 amper) enn nógu há til að halda inndælingarnálinni opinni.
Eftir 5,1 ms er stjórnin stöðvuð og inndælingarnálin lokar.

Vélar rafeindabúnaður:
Vélastýringin (ECU) er reiknuð út frá gögnum frá skynjurum (stöðuskynjari eldsneytispedals, hitastig hreyfils, aksturshraða, hraða sveifarásar, loftrúmmál (loftmassamælir), hitastig inntakslofts, gæði útblásturslofts (NOx) magn eldsneytis sem á að sprauta og tíminn sem það á að sprauta. Það er erfitt starf að stjórna inndælingum. Til að geta veitt meira en 300 amper straum á stuttum tíma (hámark 20 millisekúndur) þarf allt að 80 volta spennu.
Þetta er náð með hleðslu á þétta og aflmagnara þrep.