Közös nyomócsöves üzemanyag-befecskendező rendszer
1 – nagynyomású üzemanyag-szivattyú; 2 – üzemanyagszűrő; 3 – üzemanyagtartály előszűrővel és üzemanyag-rásegítő szivattyúval; 4 – ECU; 5 – izzítógyertya vezérlőegység; 6 – akkumulátor; 7 – nagynyomású akkumulátor (nyomócső); 8 – nyomásérzékelő; 9 – nyomáshatároló szelep; 10 – üzemanyag-hőmérséklet-érzékelő; 11 – fúvóka; 12 – izzítógyertya; 13 – hűtőfolyadék hőmérséklet-érzékelő; 14 – főtengely fordulatszám-érzékelő; 15 – vezérműtengely helyzetérzékelő; 16 – motor levegőhőmérséklet-érzékelője; 17 – Töltőnyomás-érzékelő (BPS); 18 – légáramlásmérő; 19 – turbófeltöltő; 20 – EGR-pozicionáló; 21 – műszerfal; 22 – gázpedál helyzetérzékelő; 23 – fékérintkezők; 24 – Kuplungpedál kapcsoló; 25 – sebességérzékelő; 26 – járműsebesség-szabályozó egység; 27 – klímakompresszor; 28 – klímaberendezés vezérlőegysége; 29 – csatlakozóval ellátott diagnosztikai eszköz
1 – üzemanyagtartály; 2 – Üzemanyag-előszűrő; 3 – üzemanyag-rásegítő szivattyú; 4 – üzemanyagszűrő; 5 – alacsony nyomású üzemanyagvezetékek; 6 – nagynyomású üzemanyag-szivattyú; 7 – nagynyomású üzemanyagvezetékek; 8 – nagynyomású akkumulátor (vezeték); 9 – elektromágneses vezérlésű befecskendezők, a hengerfejbe csavarozva; 10 – visszatérő üzemanyagvezeték; 11 – ECU
A Common Rail üzemanyagrendszer egy alacsony nyomású és egy nagy nyomású üzemanyagszintet, valamint egy ECU-t (11) tartalmaz.
Alacsony nyomású üzemanyag-ellátás
A Common Rail rendszer alacsony nyomású üzemanyag-ellátása a következőket tartalmazza:
- üzemanyagtartály üzemanyag-előszűrővel;
- üzemanyag-emelő szivattyú;
- üzemanyagszűrő;
- alacsony nyomású üzemanyagvezetékek.
Üzemanyag-emelő szivattyú
Egy előszűrővel ellátott elektromos üzemanyag-szivattyú folyamatosan szállít egy bizonyos mennyiségű üzemanyagot az üzemanyagtartályból a nagynyomású üzemanyag-szivattyúhoz. A szivattyú nemcsak üzemanyagot szállít, hanem a biztonsági rendszer határain belül baleset esetén, azaz bekapcsolt gyújtás és leállított motor esetén le kell állítania az üzemanyag-ellátást.
Az üzemanyag-szivattyú három fő elemből áll:
- szivattyú;
- elektromos motor;
- fedők.
Üzemanyagszűrő
A nem megfelelő üzemanyag-tisztítás károsíthatja a nagynyomású üzemanyag-szivattyú alkatrészeit, a szállítószelepeket és a befecskendező fúvókákat. Az üzemanyagszűrő megtisztítja az üzemanyagot, mielőtt az a nagynyomású üzemanyag-szivattyúba kerülne, és így megakadályozza az érzékeny szivattyúalkatrészek idő előtti kopását.
A dízelüzemanyag tartalmazhat vizet kötött formában (emulzió) vagy szabad formában (például a vízgőz kondenzációja a hőmérséklet változása során). Ha víz kerül a befecskendező rendszerbe, az a befecskendező rendszer alkatrészeinek korróziójához vezethet, ezért egy figyelmeztető jelzés van beépítve, amely bekapcsolja a műszerfalban lévő jelzőlámpát, ha szükséges a víz leeresztése az üzemanyagszűrőből.
Nagynyomású üzemanyag-ellátás
A Common Rail rendszer nagynyomású üzemanyag-ellátása a következőket tartalmazza:
- nagynyomású üzemanyag-szivattyú nyomásszabályozó szeleppel;
- nagynyomású üzemanyagvezetékek;
- nagynyomású akkumulátor (nyomócső) nyomásérzékelővel, nyomáshatárolóval, áramláshatárolóval, befecskendezőkkel;
- visszatérő üzemanyagvezeték.
Nagynyomású üzemanyag-szivattyú
Nagynyomású üzemanyag-szivattyú (hosszmetszet vázlatos ábrázolása)
1 – hajtótengely; 2 – excentrikus bütyök; 3 – szivattyúelem szivattyúdugattyúval; 4 – szivattyúegység rekesze; 5 – szívószelep; 6 – kipufogószelep; 7 – pecsét; 8 – nagynyomású csatlakozó a nyomástárolóhoz; 9 – golyóscsap; 10 – üzemanyag-visszaáramlás; 11 – üzemanyag-ellátás az üzemanyag-rásegítő szivattyúból; 12 – biztonsági szelep fojtószelep-nyílással; 13 – alacsony nyomású üzemanyag-ellátás a szivattyúelemhez
Nagynyomású üzemanyag-szivattyú (vázlatos keresztmetszet)
1 – hajtótengely; 2 – excentrikus bütyök; 3 – szivattyúelem szivattyúdugattyúval; 4 – szívószelep; 5 – kipufogószelep; 6 – bejárat
A nagynyomású üzemanyag-szivattyú 1350 bar nyomáson szállítja az üzemanyagot a nagynyomású akkumulátorba nagynyomású üzemanyag-vezetékeken keresztül.
A nagynyomású üzemanyag-szivattyú az alacsony és a magas üzemanyag-nyomás fokozatok határán található. Minden üzemi körülmény között az üzemanyag-szivattyú élettartama megegyezik a jármű élettartamával.
Az üzemanyag-szivattyút dízelolajjal kenik. Az üzemanyagot három, egymással 120°-os szögben radiálisan elhelyezett dugattyú sűríti össze. A szivattyú a főtengely egy fordulata alatt három adag üzemanyagot szállít. Egy névleges főtengely-fordulatszámon működő és 1350 bar nyomást előállító 2,0 literes dízelmotorhoz 3,8 kW teljesítmény szükséges a szivattyú meghajtásához, figyelembe véve a körülbelül 90%-os mechanikai hatásfokot.
Szivattyú működése
Az üzemanyag-emelő szivattyú egy vízleválasztóval ellátott szűrőn keresztül szállítja az üzemanyagot a nagynyomású üzemanyag-szivattyú bemenetéhez és nyomáscsökkentő szelepéhez. A biztonsági szelep fojtószelep-nyílásán keresztül áramló üzemanyag keni a szivattyú mozgó elemeit, és lehűti azokat is. Az excentrikus bütykös hajtótengely a három szivattyúdugattyút a bütyök alakjának megfelelően fel-le mozgatja. Amint a tápnyomás meghaladja a biztonsági szelep nyitási nyomását (0,5... 1,5 bar), a nyomásfokozó szivattyú a nagynyomású üzemanyag-szivattyú bemeneti szelepén keresztül a szivattyúelem rekeszébe nyomja az üzemanyagot, amelynek dugattyúja lefelé mozog (szívólöket). A bevitel szelep zár, amikor a pumpa dugattyú áthalad a NMT meg, mivel az üzemanyag-ne folyhasson ki a szivattyú elem rekesz, tömörített, függetlenül attól, hogy a kínálati nyomás.
A növekvő nyomás kinyitja a kimeneti szelepet, és amint a nyomás eléri az akkumulátornyomással megegyező értéket, a sűrített üzemanyag belép a nagynyomású körbe. A szivattyúdugattyú tovább szállítja az üzemanyagot, amíg el nem éri a felső holtpontot (injekciós löket), ezután a nyomás csökken és a kimeneti szelep bezárul. A szivattyúbetét rekeszében maradt üzemanyag kitágul, és a szivattyúdugattyú lefelé mozdul. Amint a szivattyúelem rekeszében a nyomás a nyomásfokozó szivattyú által létrehozott nyomás alá csökken, a bemeneti szelep kinyílik, és a folyamat megismétlődik.
Mivel a szivattyú kapacitása meghaladja a motor üzemanyag-fogyasztását, a nagy nyomás alatt lévő felesleges üzemanyag a nyomásszabályozó szelepen keresztül visszakerül az üzemanyagtartályba. Ez az üzemanyag szükségtelen felmelegedéséhez és az összhatásfok csökkenéséhez vezet.
Nagynyomású akkumulátor (nyomócső)
1 – nagynyomású akkumulátor; 2 – bemenet a nagynyomású üzemanyag-szivattyútól; 3 – akkumulátornyomás-érzékelő; 4 – üzemanyag visszatöltése az üzemanyagtartályba; 5 – az üzemanyag-befecskendezőhöz
A nagynyomású üzemanyag-szivattyú által létrehozott nyomás az akkumulátoron és az üzemanyag-vezetékeken keresztül jut el a befecskendező szelephez. Ugyanakkor az akkumulátorban lévő üzemanyag mennyisége miatt csökkennek a nagynyomású üzemanyag-szivattyú és a nyitó befecskendezők által létrehozott üzemanyagnyomás-ingadozások. Az üzemanyag nagy nyomás miatti összenyomhatóságát használják ki az akkumulátorhatás eléréséhez. Az üzemanyagnyomást egy érzékelő méri, és egy nyomásszabályozó szelep tartja a kívánt szinten.
Nagynyomású üzemanyagvezetékek
A nagynyomású üzemanyagvezetékek úgy vannak kialakítva, hogy üzemanyagot szállítsanak a nagynyomású akkumulátorból a befecskendezőkhöz, és ellen kell állniuk a motor működése során fellépő nagyfrekvenciás nyomásingadozásoknak. Az üzemanyagvezetékek acélból készülnek, külső átmérőjük 6 mm, belső átmérőjük pedig 2,4 mm. Minden nagynyomású üzemanyagvezetéknek azonos hosszúságúnak kell lennie. Az akkumulátor és az egyes üzemanyag-befecskendezők közötti távolságkülönbséget az üzemanyag-vezetékek hajlításával kompenzálják.
Nyomásérzékelő
1 – elektromos érintkezők; 2 – nyomtatott áramköri lap és áramköri vázlat; 3 – érzékelőelemmel ellátott membrán; 4 – nagynyomású csatlakozó; 5 – érzékelő menete
A nyomásérzékelő jelet küld az ECU-nak, amely megfelel a nyomástárolóban lévő tényleges nyomásnak.
A nyomásérzékelő a következő elemekből áll:
- egy kombinált érzékelőelem, amelyet a házhoz hegesztettek;
- nyomtatott áramköri lap elektromos áramkörrel;
- érzékelőház elektromos csatlakozóval.
A lyukon keresztül nyomás alatt lévő üzemanyag hat az érzékelő membránjára, amelyre az érzékelőelem van felszerelve (félvezető eszköz) nyomás elektromos jellé alakítása. A generált és felerősített jel a csatlakozó érintkezőin és az elektromos áramkörön keresztül jut el az ECU-hoz. Az érzékelő a következőképpen működik: amikor a membrán alakja megváltozik, a membránra ragasztott rétegek elektromos ellenállása is megváltozik. 1500 bar nyomásváltozás a membrán alakjának 1 mm-es változását eredményezi.
Az alkalmazott nyomástól függően az érzékelő kimeneti feszültsége 0 és 70 mV között változik, erősítés után pedig 0,5–4,5 V. Az akkumulátornyomás pontos mérése szükséges az üzemanyag-befecskendező rendszer megfelelő működéséhez. A munkatartományban a mérési pontosságnak ±2%-on belül kell lennie. Ha a nyomásérzékelő meghibásodik, a nyomásszabályozó szelep "membrán" üzemmódba kapcsol, és a befecskendező rendszer a tartalék (lágy) funkció segítségével elfogad egy előre beállított nyomásértéket.
Nyomáscsökkentő szelep
A nyomáshatároló szelep ugyanazt a funkciót látja el, mint a túlnyomásszelep. Túlnyomás esetén a szelep kinyílik és korlátozza a nyomást az akkumulátorban. A nyomáshatároló szelep nyitási nyomása 1500 bar.
A nyomáshatároló szelep egy mechanikus eszköz, amely a következő elemeket tartalmazza:
- külső menettel ellátott ház nyomástárolóba csavarozható;
- az üzemanyag-visszavezető cső csatlakoztatása az üzemanyagtartályhoz;
- mozgatható dugattyú;
- tavaszi.
Fúvókák
Fúvóka: A – fúvóka zárva (mozdulatlan állapot); B – a fúvóka nyitva van (üzemanyag-befecskendezés)
1 – üzemanyag-visszavezető 2 – elektromos csatlakozó 3 – indítóelem (mágnesszelep) 4 – Üzemanyag-beömlőnyílás a nyomástárolóból 5 – Gömbcsap 6 – Szivárgási furat 7 – Tápnyílás 8 – Szelepvezérlő rész 9 – Szelepvezérlő dugattyú 10 – Üzemanyag-ellátó csatorna a porlasztóhoz 11 – Befecskendező tű
A befecskendező biztosítja, hogy a szükséges mennyiségű üzemanyag eljusson az égéstérbe. Egy pontosan beállított pillanatban az ECU gerjesztőjelet küld a befecskendező mágnesszelepnek, ami azt jelenti, hogy az üzemanyag-ellátás megkezdődött. A befecskendezett üzemanyag mennyiségét a fúvóka nyitási ideje és a rendszerben lévő nyomás határozza meg. A nyomásszabályozó szelepből és az alacsony nyomású fokozatból visszatérő üzemanyag a nagynyomású üzemanyag-szivattyút kenő üzemanyaggal együtt a gyűjtőcsőbe kerül.
Az injektor a következő egységekből áll:
- permetező;
- hidraulikus rendszer;
- mágnesszelep.
Az üzemanyagot a nagynyomású menetes csatlakozásból a csatornán keresztül a porlasztóba, a betápláló furaton pedig a szelepvezérlő rekeszbe juttatják. A szelepvezérlő rész a mágnesszelephez csatlakoztatott szivárgási furaton keresztül csatlakozik az üzemanyag-visszavezető vezetékhez. Amikor a szivárgási lyuk zárva van, a szelepvezérlő dugattyúra ható hidraulikus erő meghaladja a szórótű kúpos végére ható nyomásból eredő erőt. Ennek eredményeként a fúvókatű lefelé mozog, és hermetikusan lezárja a nagynyomású üzemanyag ellátását az égéstérbe.
Amikor a befecskendező mágnesszelepe kinyílik, a szivárgási lyuk is kinyílik, ami a szelepvezérlő rekeszben lévő nyomás csökkenését okozza, ami szintén csökkenti a dugattyúra nehezedő hidraulikus nyomást. Amint a hidraulikus erő kisebb lesz, mint a fúvókatű kúpos végére ható nyomásból eredő erő, a fúvókatű kinyílik, és az üzemanyag befecskendeződik az égéstérbe. A permetezőtűnek ezt a közvetett, hidraulikus erőszorzó rendszerrel történő vezérlését azért alkalmazzák, mert a tű gyors kinyitásához szükséges erőket a mágnesszelep nem tudja közvetlenül előállítani. Az injektor tűjének kinyitásához szükséges úgynevezett vezérlő üzemanyagmennyiséget a hengerbe ténylegesen befecskendezendő üzemanyagmennyiségen felül adagolják, és a mágnesszelephez csatlakoztatott szivárgási furaton keresztül jutnak a visszatérő üzemanyagvezetékbe.
A szabályozandó üzemanyag mennyiségén kívül üzemanyag-veszteség is keletkezik a szelepemelő vezetőiben és a befecskendező tűben.
A befecskendező szelep működése a motor működése közben és a nagynyomású üzemanyag-szivattyú által létrehozott nyomás a következő négy szakaszra oszlik:
- a fúvóka zárva van (nagy nyomás alkalmazásával);
- a fúvóka kinyílik (az üzemanyag-befecskendezés kezdete);
- a fúvóka teljesen nyitva van;
- fúvóka zárása (üzemanyag-befecskendezés vége).
Amikor a motor ki van kapcsolva és nincs nyomás a nyomástárolóban, a szórórugó lezárja a fúvókát.
A fúvóka zárva van
Álló állapotban a befecskendező mágnesszelepe nincs feszültség alatt, ezért zárva van. A szivárgófurat zárva van, és a szeleprugó a golyót a szivárgófurat-ülékhez nyomja. A nyomástárolóból származó nagy nyomás megnő a szelepvezérlő rekeszben, és egyidejűleg jelen van a permetező tű rekeszének térfogatában is. A nyomástárolóból a vezérlődugattyú végfelületére ható nyomás a szórótű rugójának erejével együtt zárt helyzetben tartja a tűt, ellensúlyozva a nyomásfokozatban ható nyitóerőket.
A fúvóka kinyílik
A fúvóka álló helyzetben van. A mágnesszelepet áram hajtja, ami biztosítja a szelep gyors nyitását. Azonnal a mágnesszelephez juttatott nagy áramerősség olyan áramerősségre csökken, amely elegendő a mágnesszelep nyitva tartásához. Amikor a szivárgónyílás kinyílik, az üzemanyag a szelepvezérlő rekeszből a szelep feletti üregbe áramlik, és onnan a visszatérő vezetéken keresztül az üzemanyagtartályba.
A mágnesszelep által létrehozott erő meghaladja a rugóerőt, és a szivárgási lyuk kinyílik, ami a szelepvezérlő rekeszben lévő nyomás csökkenését okozza, ami szintén csökkenti a dugattyúra nehezedő hidraulikus nyomást. Amint a hidraulikus erő kisebb lesz, mint a fúvókatű kúpos végére ható nyomásból eredő erő, a fúvókatű kinyílik, és az üzemanyag befecskendeződik az égéstérbe.
A szórótű nyitási sebességét a szivárgási lyukon és a betápláló lyukon áthaladó áramlási sebesség különbsége határozza meg. A szabályozódugattyú eléri a felső helyzetet, ahol az üzemanyag-áramlás üzemanyag-párnát képez az üzemanyag-szivárgás és a betápláló furatok között. Ebben a helyzetben a befecskendező fúvóka teljesen nyitott, és az üzemanyagot a nyomástárolóban lévő nyomással megegyező nyomás alatt fecskendezik be az égéstérbe.
A fúvóka lezárása
Amikor a mágnesszelep feszültsége megszűnik, a szeleprugó lefelé mozgatja a horgonyot, és a golyó lezárja a szivárgási nyílást. A horgony két részből áll. Azonban, annak ellenére, hogy az armatúralemezt a váll vezérli lefelé mozgás közben, a visszatérítő rugóval "visszarugózik", így az armatúrára és a golyóra nem hatnak lefelé irányuló erők.
Amikor a szivárgási lyuk zárva van, a szelepvezérlő dugattyúra ható hidraulikus erő meghaladja a szórótű kúpos végére ható nyomásból eredő erőt. Ennek eredményeként a fúvókatű lefelé mozog, és hermetikusan lezárja a nagynyomású üzemanyag ellátását az égéstérbe. A permetező tű sebességét az adagolónyíláson átáramló folyadék mennyisége határozza meg.