Charakterystyka konwencjonalnego układu wtryskowego
W konwencjonalnych układach wtrysku paliwa z rozdzielaczem i pompą wtrysku bezpośredniego układ wtryskowy obejmuje tylko fazę wtrysku głównego - bez wtrysku wstępnego i późnego. W przypadku pompy rozdzielczej paliwa sterowanej elektromagnetycznie, działania następują w miarę zbliżania się fazy sterowania wtryskiem paliwa. W konwencjonalnych systemach operacje wytwarzania ciśnienia i regulacji ilości wtryskiwanego paliwa są ze sobą powiązane poprzez interakcję krzywki i tłoka pompy paliwowej. Ma to następujące skutki dla charakterystyki wtrysku paliwa:
- ciśnienie wtrysku wzrasta wraz ze wzrostem prędkości i ilości powietrza dostającego się do silnika;
- podczas samego procesu wtrysku ciśnienie wtrysku wzrasta, a następnie spada do końcowego ciśnienia wtrysku.
W rezultacie następują następujące konsekwencje:
- mniejsza ilość paliwa jest wtryskiwana przy niższym ciśnieniu niż ilość powietrza wchodzącego do silnika;
- szczytowe ciśnienie jest ponad dwukrotnie wyższe od średniego ciśnienia wtrysku;
- zgodnie z wymogami efektywnego spalania, krzywa szybkości rozładowania ma kształt trójkątny.
Ciśnienie szczytowe ma decydujący wpływ na obciążenie mechaniczne elementów pompy paliwowej i jej napędu. W konwencjonalnych układach wtrysku paliwa ma to decydujące znaczenie dla jakości mieszanki powstającej w komorze spalania.
Wykres szybkości rozładowania dla konwencjonalnego układu wtrysku paliwa
Charakterystyka układu wtryskowego "Common Rail" (układ paliwowy akumulatora)
W porównaniu z konwencjonalnymi układami wtryskowymi, aby uzyskać idealne parametry wtrysku, konieczne jest spełnienie następujących wymagań:
- dla każdego trybu pracy silnika konieczne jest rozdzielenie jednostki wytwarzającej ciśnienie i jednostki wtrysku paliwa;
- w momencie rozpoczęcia wtrysku ilość wtryskiwanego paliwa powinna być jak najmniejsza (tzn. należy uwzględnić bezwładność pomiędzy momentem początkowym wtrysku a początkiem zapłonu).
Wymagania te spełnia układ wtryskowy "Common Rail" – układ paliwowy akumulatora – ze sterowaniem i głównymi fazami wtrysku.
"Common Rail" jest systemem blokowym, a za charakterystykę wtrysku paliwa odpowiadają zasadniczo następujące jednostki:
- wtryskiwacze sterowane elektromagnetycznie wkręcane w głowicę cylindra;
- akumulator wysokiego ciśnienia (szyna);
- pompa paliwowa wysokiego ciśnienia.
Krzywa szybkości rozładowania dla układu wtrysku paliwa "Common Rail"
Aby system mógł działać, niezbędne są również następujące węzły:
- elektroniczne urządzenie sprawdzające ECU;
- czujnik prędkości wału korbowego;
- czujnik położenia wałka rozrządu (czujnik fazowy).
W samochodach osobowych do wytwarzania ciśnienia stosuje się wysokociśnieniową pompę tłokową promieniową, która jest wytwarzana niezależnie od procesu wtrysku paliwa. Wydajność pompy jest wprost proporcjonalna do prędkości obrotowej wału korbowego silnika. W porównaniu do tradycyjnych układów wtryskowych, wtrysk paliwa jest równomierny, tzn. w systemie Common Rail pompa paliwa wysokiego ciśnienia jest nie tylko mniejsza, ale jej napęd jest również mniej podatny na obciążenia szczytowe.
Wtryskiwacze paliwa są podłączone do szyny krótkimi liniami i zasadniczo włączają dysze i zawór elektromagnetyczny sterowany przez ECU. Po odłączeniu zasilania zaworu elektromagnetycznego wtrysk paliwa zostaje zatrzymany. Przy założeniu stałego ciśnienia ilość wtryskiwanego paliwa jest wprost proporcjonalna do czasu otwarcia zaworu elektromagnetycznego. Proces ten jest całkowicie niezależny od prędkości wału korbowego silnika i prędkości pompy (wtrysk paliwa zależny od czasu).
Szybkie przełączanie elektromagnesu uzyskuje się dzięki zastosowaniu wysokiego napięcia i prądu. Oznacza to, że konieczne jest zastosowanie specjalnie zaprojektowanego zaworu elektromagnetycznego, który zapewni blokadę podczas otwierania. Moment wtrysku ustalany jest przez układ sterowania EDC (Electronic Diesel Control), który wykorzystuje czujnik prędkości obrotowej wału korbowego i czujnik położenia wałka rozrządu do określania fazy cyklu roboczego.