Przedmioty:
- Operacja
- Różnice pomiędzy konwencjonalnym układem wtryskowym a systemem Common Rail
- Sekcja niskiego ciśnienia
- Sekcja wysokiego ciśnienia
- Zmierz napięcie i prąd na wtryskiwaczu elektromagnetycznym
- Elektronika silnika
Operacja:
Common Rail to układ wtryskowy stosowany w silnikach Diesla od 1997 roku. Wtryskiwaczami steruje sterownik silnika. Zarówno otwarcie i zamknięcie wtryskiwacza (czas wtrysku), jak i ilość wtrysków na cykl spalania ustalane są przez sterownik silnika. Sterownik silnika oblicza czas wtrysku na podstawie szeregu czynników, takich jak prędkość, obciążenie, temperatura powietrza zewnętrznego i silnika itp.
Pompa wysokociśnieniowa dostarcza paliwo pod ciśnieniem do galerii paliwa. W galerii paliwa zawsze panuje stałe ciśnienie. Wszystkie wtryskiwacze są podłączone bezpośrednio do galerii paliwa. Dlatego też ciśnienie paliwa występuje bezpośrednio na przewodzie zasilającym każdego wtryskiwacza. Dopiero gdy wtryskiwacz otrzyma sygnał otwarcia ze sterownika silnika, otworzy się. Ciśnienie z galerii paliwa będzie teraz wpływać do cylindra przez wtryskiwacz. Wtrysk zatrzymuje się, gdy tylko sterownik silnika zakończy sygnał.
Zielona linia pokazuje przewód zasilania paliwem pod niskim ciśnieniem.
Elektroniczna pompa paliwowa (11) tłoczy paliwo pod ciśnieniem maks. 5 barów przez element filtrujący (9) do pompy wysokociśnieniowej (1). Przewód wysokociśnieniowy (czerwony) biegnie od pompy wysokociśnieniowej do szyny paliwowej. W szynie paliwowej panuje ciśnienie paliwa, które zależy od prędkości pompy wysokociśnieniowej. Czujnik ciśnienia szyny rejestruje tę wartość i stale przekazuje aktualne ciśnienie paliwa do sterownika silnika.
Przewody wysokiego ciśnienia wszystkich wtryskiwaczy są podłączone do listwy paliwowej, jak pokazano na listwie paliwowej o numerze 8 i wtryskiwaczu o numerze 16. Przewód powrotny (niebieski) zapewnia powrót całego nadmiaru paliwa z wtryskiwaczy, szyny paliwowej i pompy wysokociśnieniowej do zbiornika. Istnieje stała cyrkulacja paliwa w celu chłodzenia podzespołów, które często znajdują się w komorze silnika.
Różnice pomiędzy konwencjonalnym układem wtryskowym a systemem Common Rail:
Do (konwencjonalnych) silników wysokoprężnych bez wtrysku Common Rail (tj pompa wysokociśnieniowa, rotacyjna pompa dystrybucyjna lub sterowana elektronicznie pompa dystrybucyjna) wtryskiwacze otwierają się pod wpływem ciśnienia samego paliwa.
Pompa paliwa obraca się z prędkością wałka rozrządu i wytwarza ciśnienie w odpowiednim momencie. Wzrost ciśnienia i wtrysk zależą zatem od ustawienia pompy paliwa w stosunku do wałka rozrządu. Dlatego podczas wymiany paska rozrządu należy zawsze zablokować pompę paliwa.
W silnikach typu common-rail wtrysk paliwa następuje po sygnale ze sterownika silnika. Dlatego w przypadku pierwszej generacji silników Common Rail położenie pompy nie miało znaczenia. Można go obrócić w dowolne położenie podczas montażu paska rozrządu. Pompa dostarcza stałe ciśnienie paliwa do listwy wtryskowej.
Obecnie wszystkie silniki są tuningowane znacznie precyzyjniej. Pompa również często musi być zablokowana. Ma to na celu zapobieganie wibracjom związanym ze wzrostem ciśnienia w pompie. Pompy są obecnie skonstruowane w taki sposób, że szczyty wzrostu ciśnienia występują w tym samym czasie, co suw sprężania silnika. Silnik pracuje ciszej, a pasek rozrządu jest mniej obciążony.
Sekcja niskiego ciśnienia:
Sekcja niskociśnieniowa obejmuje zbiornik paliwa, elektryczną pompę paliwa, filtr paliwa, niskociśnieniowy przewód paliwowy i przewód powrotny. Składniki te opisano poniżej.
- Zbiornik paliwa: tutaj przechowywane jest paliwo. Pojemność zbiornika może wahać się od 30 do 70 litrów w lżejszych i cięższych luksusowych samochodach osobowych. Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji na temat zbiornika paliwa.
- Elektryczna pompa wspomagająca: zamontowana w zbiorniku. Pompa ta zapewnia przepompowanie paliwa ze zbiornika pod niskim ciśnieniem do pompy wysokociśnieniowej (w komorze silnika). Silniki wysokoprężne Common Rail nie zawsze są wyposażone w elektroniczną pompę doładowującą. Czasami pompa zębata jest wbudowana w pompę wysokociśnieniową. Paliwo jest zatem zasysane ze zbiornika przez pompę wysokociśnieniową, a ciśnienie wytwarzane jest w szynie paliwowej. Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji na temat pompy wspomagającej.
- Filtr paliwa: paliwo może zawierać zanieczyszczone cząstki. Cząsteczki te pozostają w materiale filtra i nie mogą przedostać się do układu wtryskowego. Filtr paliwa pełni także funkcję separatora wody. Olej napędowy również zawiera wilgoć. Ta wilgoć jest bardzo szkodliwa dla pompy i wtryskiwaczy/rurek. Może to spowodować korozję wewnątrz elementów. Aby temu zapobiec, woda również jest oddzielana od paliwa i pozostaje w filtrze. Filtr ten należy okresowo opróżniać. zamienić.
- Niskociśnieniowy przewód paliwowy: ten przewód paliwowy biegnie od elektronicznej pompy paliwa do pompy wysokociśnieniowej. Ciśnienie na tej rurze wynosi około 5 barów.
- Przewód powrotny paliwa: przepompowane zbyt dużo paliwa wraca do zbiornika poprzez przewód powrotny. Paliwo powrotne służy również do chłodzenia, ponieważ usuwa ciepło. Dlatego zawsze musi być dostępne paliwo powrotne. Podczas zwalniania (silnik jest hamowany) do komory spalania nie jest wtryskiwane żadne paliwo. W tym czasie ilość paliwa powrotnego jest największa.
Paliwo powrotne można również wykorzystać do rozpoznania, czy wtryskiwacz pozostaje niezamierzony otwarty. Może to być spowodowane na przykład zanieczyszczeniem lub wadą wtryskiwacza lub błędem w sterowaniu jednostką sterującą silnika. Odłączając przewody powrotne wszystkich wtryskiwaczy i zbierając je jednocześnie, można zobaczyć wzajemną różnicę. Jeśli w 1 wtryskiwaczu występuje zauważalnie mało paliwa powrotnego, może się zdarzyć, że wtryskiwacz pozostaje otwarty zbyt długo. Wtryskiwano za dużo paliwa. Można to zobaczyć na obrazku poniżej. Tutaj jeden wtryskiwacz nie ma paliwa powrotnego.
Sekcja wysokiego ciśnienia:
Sekcja wysokociśnieniowa obejmuje pompę wysokociśnieniową, galerię paliwową, wysokociśnieniowe przewody paliwowe i wtryskiwacze.
- Pompa wysokiego ciśnienia
Pompa wysokociśnieniowa ma charakter pompy nurnikowej i zapewnia utrzymanie stałego ciśnienia paliwa w zbiorniku paliwa (w zależności od układu). Wynosi to od 1300 barów dla pierwszej generacji silników Common Rail (od 1997 r.) do 2000 barów dla obecnych systemów. Im wyższe ciśnienie wtrysku, tym mniejsze kropelki paliwa i lepsze spalanie, a tym samym lepsza emisja spalin. Ilość paliwa dostarczana przez pompę do galerii paliwa jest ograniczona, ponieważ silnik potrzebuje mniej. Następnie ciśnienie pozostaje w przybliżeniu takie samo. Kontrolując przelew elektromagnetyczny, tłok sterujący reguluje się coraz dalej w wyniku napięcia sprężyny. Następnie ciśnienie w szynie maleje. Na stronie Wysokociśnieniowa pompa paliwa szczegółowo wyjaśniono działanie kilku typów pomp wysokociśnieniowych, w tym oleju napędowego Common Rail.
- Galeria paliw
Paliwo pompowane jest z pompy wysokociśnieniowej do galerii paliwowej. W galerii paliwa panuje stałe ciśnienie paliwa. Przewody paliwowe biegną od galerii paliwa do wtryskiwaczy. Czujnik ciśnienia szyny jest również podłączony do kolektora paliwowego (jeśli ciśnienie w szynie jest zbyt wysokie, sterownik silnika zadba o to, aby otworzył się zawór bezpieczeństwa) i istnieje przewód powrotny.
- Przewody paliwowe wysokiego ciśnienia
Ponieważ wysokociśnieniowe przewody paliwowe muszą wytrzymywać wysokie ciśnienia, muszą być mocne. Wykonane są z metalu i połączone są zarówno z pompą jak i wtryskiwaczami za pomocą nakrętek złączkowych. Te wysokociśnieniowe przewody paliwowe transportują paliwo z pompy wysokociśnieniowej do szyny paliwowej i z szyny paliwowej do wtryskiwaczy. Wszystkie przewody łączące listwę paliwową z wtryskiwaczami mają tę samą długość i grubość. Zapobiega to wzajemnym różnicom wtrysku. Jeżeli odległość między galerią paliwa a cylindrem 1 jest większa niż między galerią a cylindrem 4, w rurze cylindra 4 wykonuje się zagięcie. Dzięki temu zakrętowi droga, jaką musi przebyć paliwo z cylindra 4, jest taka sama, jak z cylindra 1. - rozpylacz
Tam są wtryskiwacze elektromagnetyczne lub piezoelektryczne stosowany. Za pomocą tych wtryskiwaczy można kontrolować ilość wtrysku, kolejność wtrysku i moment wtrysku. Na wlocie wtryskiwacza panuje stałe ciśnienie paliwa. Jest to takie samo ciśnienie, jakie panuje w szynie paliwowej. Ciśnienie to występuje również w komorze sterującej, dopóki zawór elektromagnetyczny jest zamknięty. Zawór elektromagnetyczny jest sterowany przez ECU.
Gdy tylko elektrozawór zostanie uruchomiony przez sterownik silnika, igła wtryskiwacza podnosi się i wtryskiwacz wtryskuje określoną ilość paliwa. Ponieważ ciśnienie w szynie i otwory wtryskiwaczy są zawsze stałe, kierownictwo silnika dokładnie wie, ile paliwa zostanie wtryskiwane w określonym czasie. Ponieważ po wyprodukowaniu zawsze występuje minimalne odchylenie, należy zgłosić to odchylenie do sterownika silnika. Po wyprodukowaniu wtryskiwacz jest testowany. Kod ustalany jest na podstawie wyników m.in. ciśnienia otwarcia i ilości wtryskiwaczy. Kod ten jest wygrawerowany na wtryskiwaczu i może zostać odczytany przez technika (patrz ilustracja poniżej, kod to 574-221). Ta metoda uczenia jest taka sama zarówno dla silnika benzynowego, jak i silnika wysokoprężnego. - Pomiar napięcia i prądu na wtryskiwaczu elektromagnetycznym:
Przebieg napięcia i prądu na wtryskiwaczu elektromagnetycznym można zmierzyć za pomocą oscyloskopu. Można to wykorzystać do określenia, czy wtryskiwacz jest prawidłowo sterowany przez ECU.
Na poniższym obrazku zakresu czerwona linia to krzywa napięcia, a niebieska linia to krzywa prądu. Powyższe zdjęcie oscyloskopu przedstawia dwa zastrzyki. Lewy to wtrysk wstępny, a prawy to wtrysk główny. W przypadku innych silników możliwe jest wykonanie do trzech wtrysków kolejno.
Wtryskiwacz otwiera się przy wysokim napięciu i prądzie. Napięcie wynosi około 80 woltów. Tak wysokie napięcie można osiągnąć dzięki kondensatorowi w ECU. To wysokie napięcie w połączeniu z niską rezystancją cewki zapewnia szybką reakcję wtryskiwacza. Wtryskiwacz charakteryzuje się zatem krótkim opóźnieniem włączania i wyłączania. Ponieważ prąd płynący przez cewkę wytwarza dużo ciepła, należy go ograniczyć. Bez ograniczenia prądu rzeczywisty prąd wynosiłby aż 300 amperów. Jednak ta wartość nigdy nie zostanie osiągnięta, ponieważ cewka wtryskiwacza już dawno się przepaliła.
Ograniczenie prądu można zobaczyć na podstawie napięcia, które jest stale włączane i wyłączane, w zakresie od 4,6 do 5,1 ms. Podczas tego ograniczenia prądu napięcie (12 woltów) i prąd (12 amperów) są nadal wystarczająco wysokie, aby utrzymać igłę wtryskiwacza otwartą.
Po 5,1 ms sterowanie zostanie zatrzymane i igła wtryskiwacza zamknie się.
Elektronika silnika:
Sterowanie silnikiem (ECU) obliczane jest na podstawie danych z czujników (czujnik położenia pedału przyspieszenia, temperatura silnika, prędkość jazdy, prędkość wału korbowego, objętość powietrza (miernik masy powietrza), temperaturę powietrza dolotowego, jakość spalin (NOx), ilość wtryskiwanego paliwa i czas jego wtrysku. Sterowanie wtryskiwaczami to trudne zadanie. Aby móc w krótkim czasie (maks. 300 milisekund) dostarczyć prąd o natężeniu większym niż 20 amperów, konieczne jest napięcie do 80 woltów.
Osiąga się to za pomocą opłaty kondensatory i stopnie wzmacniacza mocy.
