Emner:
- drift
- Forskjeller mellom det konvensjonelle injeksjonssystemet og common rail
- Lavtrykksseksjon
- Høytrykksseksjon
- Mål spenning og strøm ved den elektromagnetiske injektoren
- Motorelektronikk
Operasjon:
Common rail er et innsprøytningssystem som har blitt brukt på dieselmotorer siden 1997. Injektorene styres av motorens kontrollenhet. Både åpning og lukking av injektoren (injeksjonstiden) og antall injeksjoner per forbrenningssyklus bestemmes av motorens kontrollenhet. Motorstyringsenheten beregner innsprøytningstiden basert på en rekke faktorer, som hastighet, belastning, uteluft og motortemperatur, etc.
Høytrykkspumpen leverer drivstofftrykk til drivstoffgalleriet. Det er alltid et konstant trykk i drivstoffgalleriet. Alle injektorer er koblet direkte til drivstoffgalleriet. Drivstofftrykket er derfor også direkte på tilførselsledningen til hver injektor. Først så snart injektoren mottar et åpningssignal fra motorkontrollenheten, vil den åpne. Trykket fra drivstoffgalleriet vil nå komme inn i sylinderen via injektoren. Injeksjon stopper så snart motorkontrollenheten avslutter signalet.
Den grønne linjen viser tilførselsledningen for lavt trykk.
Den elektroniske drivstoffpumpen (11) pumper drivstoffet med et trykk på maks 5 bar via filterelementet (9) til høytrykkspumpen (1). Et høytrykksrør (rødt) går fra høytrykkspumpen til drivstoffskinnen. Det er et drivstofftrykk i drivstoffskinnen som avhenger av hastigheten på høytrykkspumpen. Skinnetrykksensoren registrerer denne verdien og overfører hele tiden gjeldende drivstofftrykk til motorens kontrollenhet.
Høytrykksledningene til alle injektorene er koblet til drivstoffskinnen, som vist på drivstoffskinnen med nummer 8 og injektoren med nummer 16. Returledningen (blå) sørger for at alt overflødig drivstoff fra injektor, drivstoffskinne og høytrykkspumpe føres tilbake til tanken. Det er en konstant sirkulasjon av drivstoff for å avkjøle komponentene, som ofte er plassert i motorrommet.
Forskjeller mellom det konvensjonelle injeksjonssystemet og common rail:
For (konvensjonelle) dieselmotorer uten common rail-innsprøytning (dvs. med en høytrykksledningspumpe, roterende distribusjonspumpe eller en elektronisk styrt distribusjonspumpe) injektorene åpnes av trykket fra selve drivstoffet.
Drivstoffpumpen roterer med hastigheten til kamakselen og bygger opp trykk til rett tid. Trykkoppbyggingen og injeksjonen avhenger derfor av tidspunktet for drivstoffpumpen i forhold til kamakselen. Derfor må drivstoffpumpen alltid være blokkert når registerremmen skiftes.
I common-rail-motorer injiseres drivstoffet når motorens kontrollenhet gir signal. Med den første generasjonen common-rail-motorer spilte derfor ikke pumpens posisjon noen rolle. Denne kan vris til hvilken som helst posisjon når registerremmen monteres. Pumpen tilfører et konstant drivstofftrykk til injektorskinnen.
I dag er alle motorer innstilt mye mer nøyaktig. Pumpen må også ofte blokkeres. Dette for å hindre vibrasjoner knyttet til trykkoppbyggingen til pumpen. Pumpene er nå konstruert på en slik måte at toppene av trykkoppbygging skjer samtidig med motorens kompresjonsslag. Motoren går roligere og registerremmen er mindre tungt belastet.
Lavtrykksseksjon:
Lavtrykksseksjonen inkluderer drivstofftanken, den elektriske drivstoffpumpen, drivstofffilteret, lavtrykks drivstoffledningen og returledningen. Disse komponentene er beskrevet nedenfor.
- Drivstofftank: det er her drivstoffet lagres. Tankkapasiteten kan variere mellom 30 og 70 liter for lettere og tyngre luksus personbiler. Klikk her for mer informasjon om drivstofftanken.
- Elektrisk boostpumpe: montert i tanken. Denne pumpen sørger for at drivstoffet pumpes fra tanken under lavt trykk til høytrykkspumpen (i motorrommet). Common-rail dieselmotorer har ikke alltid en elektronisk boostpumpe. Noen ganger er en tannhjulspumpe innebygd i høytrykkspumpen. Drivstoffet suges derfor fra tanken fra høytrykkspumpen og trykk bygges opp til drivstoffskinnen. Klikk her for mer informasjon om boostpumpen.
- Drivstoffilter: drivstoff kan inneholde forurensede partikler. Disse partiklene blir sittende fast i filtermaterialet, slik at de ikke kan komme inn i injeksjonssystemet. Drivstoffilteret fungerer også som en vannutskiller. Diesel inneholder også fuktighet. Denne fuktigheten er svært dårlig for pumpen og injektorene/rørene. Dette kan forårsake korrosjon på innsiden av komponentene. For å forhindre dette skilles også vannet fra drivstoffet og forblir i filteret. Dette filteret må tømmes med jevne mellomrom. å erstatte.
- Lavtrykks drivstoffledning: denne drivstoffledningen går fra den elektroniske drivstoffpumpen til høytrykkspumpen. Trykket på dette røret er ca. 5 bar.
- Drivstoffreturledning: drivstoffet som pumpes for mye går tilbake til tanken via returledningen. Returdrivstoffet tjener også til kjøling, fordi det fjerner varmen. Det skal derfor alltid være returdrivstoff tilgjengelig. Når retardasjon finner sted (motoren bremses), sprøytes ikke drivstoff inn i forbrenningskammeret. Mengden returdrivstoff er størst på det tidspunktet.
Returdrivstoffet kan også brukes til å gjenkjenne om en injektor forblir åpen utilsiktet. Dette kan for eksempel skyldes forurensning eller en defekt i injektoren, eller en feil i styringen av motorstyringsenheten. Ved å koble fra returledningene til alle injektorer og samle dem samtidig, kan den gjensidige forskjellen sees. Hvis 1 injektor har merkbart lite returdrivstoff, kan det godt være at injektoren står åpen for lenge. For mye drivstoff sprøytes inn. Dette kan sees på bildet under. Her har en injektor ikke returdrivstoff.
Høytrykksseksjon:
Høytrykksseksjonen inkluderer høytrykkspumpen, drivstoffgalleriet, høytrykks drivstoffrørene og injektorene.
- Høytrykkspumpe
Høytrykkspumpen er utformet som en stempelpumpe og sørger for at drivstofftrykket i drivstoffgalleriet (avhengig av systemet) holder seg på et konstant trykk. Dette utgjør 1300 bar for den første generasjonen common rail-motorer (fra 1997) til 2000 bar for dagens systemer. Jo høyere innsprøytningstrykk, jo mindre drivstoffdråper og bedre forbrenning og dermed eksosutslipp. Mengden drivstoff som pumpen leverer til drivstoffgalleriet er begrenset ettersom motoren trenger mindre. Trykket forblir da omtrent det samme. Ved å kontrollere et elektromagnetisk overløp justerer et styrestempel seg lenger og lenger som følge av fjærspenning. Skinnetrykket synker da. På siden for høytrykksdrivstoffpumpe er driften av flere typer høytrykkspumper, inkludert common rail-diesel, forklart i detalj.
- Drivstoffgalleri
Drivstoffet pumpes fra høytrykkspumpen til drivstoffgalleriet. Det er et konstant drivstofftrykk i drivstoffgalleriet. Drivstoffledninger går fra drivstoffgalleriet til injektorene. Skinnetrykksensoren er også koblet til drivstoffgalleriet (dersom skinnetrykket er for høyt vil motorstyringen sørge for at overtrykksventilen åpner) og det er en returledning.
- Høytrykks drivstoffledninger
Fordi høytrykks drivstoffledninger må tåle høye trykk, må de være sterke. De er laget av metall og er koblet til både pumpen og injektorene med unionsmuttere. Disse høytrykks drivstoffledningene fører drivstoffet fra høytrykkspumpen til drivstoffskinnen og fra drivstoffskinnen til injektorene. Rørene mellom drivstoffskinnen og injektorene har alle samme lengde og tykkelse. Dette forhindrer gjensidige injeksjonsforskjeller. Hvis avstanden mellom drivstoffgalleriet og sylinder 1 er større enn mellom galleriet og sylinder 4, lages en bøyning i røret til sylinder 4. På grunn av denne svingen er avstanden som drivstoffet fra sylinder 4 må tilbakelegge den samme som fra sylinder 1. - Forstøver
Det er elektromagnetiske eller piezo-injektorer anvendt. Med disse injektorene kan injeksjonsmengden, injeksjonssekvensen og injeksjonsmomentet kontrolleres. Det er et konstant drivstofftrykk ved injektorinnløpet. Dette er det samme trykket som er tilstede i drivstoffskinnen. Dette trykket eksisterer også i kontrollkammeret så lenge magnetventilen er lukket. Magnetventilen styres av ECU.
Så snart magnetventilen aktiveres av motorstyringen, løftes injektornålen og injektoren sprøyter inn en viss mengde drivstoff. Fordi skinnetrykket og injektoråpningene alltid er konstante, vet motorledelsen nøyaktig hvor mye drivstoff som sprøytes inn i løpet av en viss tid. Siden et minimalt avvik alltid oppstår etter produksjon, må dette avviket kommuniseres til motorstyringsenheten. Etter produksjonen testes injektoren. En kode bestemmes ved hjelp av resultatene av blant annet åpningstrykk og injektormengde. Denne koden er gravert på injektoren og kan leses av teknikeren (se bildet nedenfor, koden er 574-221). Denne metoden for læring er den samme for både en bensinmotor og en dieselmotor. - Måling av spenning og strøm ved den elektromagnetiske injektoren:
Spenningen og strømprogresjonen over den elektromagnetiske injektoren kan måles ved hjelp av oscilloskopet. Dette kan brukes til å avgjøre om injektoren styres riktig av ECU.
I omfangsbildet nedenfor er den røde linjen spenningskurven og den blå linjen er strømkurven. Omfangsbildet ovenfor viser to injeksjoner. Venstre er pre-injeksjonen og høyre er hovedinjeksjonen. Med andre motorer kan opptil tre injeksjoner skje etter hverandre.
Injektoren åpner ved høy spenning og strøm. Spenningen er omtrent 80 volt. Denne høyspenningen kan oppnås takket være en kondensator i ECU. Denne høyspenningen i kombinasjon med lav spolemotstand sikrer rask respons fra injektoren. Injektoren har derfor en kort inn- og utkoblingsforsinkelse. Fordi strømmen gjennom spolen forårsaker mye varme, må den begrenses. Uten strømbegrensning vil den faktiske strømmen være så høy som 300 ampere. Den verdien vil imidlertid aldri nås fordi injektorspolen vil ha brent ut for lenge siden.
Strømbegrensningen kan sees ved spenning som hele tiden slås av og på, mellom 4,6 og 5,1 ms. Under denne strømbegrensningen er spenningen (12 volt) og strømmen (12 ampere) fortsatt høye nok til å holde injektornålen åpen.
Ved 5,1 ms stoppes kontrollen og injektornålen lukkes.
Motorelektronikk:
Motorstyringen (ECU) beregnes basert på data fra sensorer (sensor for gasspedalposisjon, motortemperatur, kjørehastighet, veivakselhastighet, luftvolum (luftmassemåler), innsugningslufttemperatur, avgasskvalitet (NOx) mengden drivstoff som skal injiseres og tidspunktet det skal injiseres. Å kontrollere injektorene er en tøff jobb. For å kunne levere en strøm på mer enn 300 ampere på kort tid (maks. 20 millisekunder), er det nødvendig med en spenning på opptil 80 volt.
Dette oppnås med sikte på kondensatorer og effektforsterkertrinn.
