Elektroniczny system sterowania silników wysokoprężnych (cz. 2.)

piotr wróblewski

Elektronicznie sterowane układy wtryskowe silników wysokoprężnych pozwalają osiągać duże ciśnienia wtrysku. Do niedawna elektroniczne systemy sterowania silników wysokoprężnych były stosowane w ograniczonym zakresie.

Obecnie większość silników wysokoprężnych wyposażonych jest w elektroniczny system sterowania EDC (ang. Electronic Diesel Control).
 
Zasobnikowy układ wtryskowy common rail - Mercedes 2.2 CDI
Nasze rozważania skupimy na zasobnikowym układzie wtryskowym stosowanym w silniku Mercedesa 2.2 CDI. W układzie common rail tego auta paliwo pobierane jest ze zbiornika poprzez zębatą pompę zasilającą (rys. 3.) napędzaną wałkiem rozrządu. Paliwo tłoczone jest pod ciśnieniem 0,25 do 0,3 Mpa przez filtr paliwa i elektryczny zawór odcinający do wysokociśnieniowej pompy. W przewodzie ssącym wprowadzono układ podgrzewania paliwa. W pompie zachodzi podział strumienia paliwa: jego część przesyłana jest poprzez komorę wałka w celu chłodzenia pompy, a następnie z powrotem do zbiornika. Pozostała część strumienia paliwa jest sprężana do 140 MPa i tłoczona do zasobnika. Po przekroczeniu dopuszczalnej wartości ciśnienia zawór znajdujący się w pompie zębatej łączy stronę ssania ze stroną tłoczenia. W silnikach Mercedes CDI na przewodzie prowadzącym do pompy wysokiego ciśnienia znajduje się dodatkowy zawór wyłączający (rys. 4.), który ma na celu awaryjne wyłączenie silnika.
By zapewnić odpowiednie smarowanie i chłodzenie pompy wysokociśnieniowej (zwłaszcza podczas rozruchu silnika), na wejściu obwodu niskiego ciśnienia zastosowano zawór bezpieczeństwa, który podaje paliwo do tłoczków wysokiego ciśnienia tylko wtedy, gdy ciśnienie osiągnie wartość 50 kPa. Pompa tłoczy paliwo w ilości niezależnej od obciążenia paliwa - oznacza to, że wydatek pompy wysokiego ciśnienia jest znacznie większy od wtrysku, stąd część paliwa powraca z powrotem do zbiornika. Najwięcej powraca go do zbiornika podczas pracy silnika na biegu jałowym, gdy zapotrzebowanie na paliwo jest najmniejsze. Nadmierny wydatek jest konieczny wówczas, gdy wymaga się szybkiego wzrostu ciśnienia podczas rozruchu i zmianie obciążenia. W celu dostosowania wydatku paliwa umożliwia się przełożenie napędu lub pracę przy odłączonej sekcji tłoczących (rys. 5.). Przy 60-proc. obciążeniu silnika pompa wysokiego ciśnienia pracuje wyłącznie na dwóch tłoczkach. Wyłączanie sekcji tłoczących ma na celu ograniczenie poboru mocy pompy wysokiego ciśnienia i obniżenie temperatury przelewu paliwa. Podczas takiego zabiegu często dochodzi do niezamierzonych zmian ciśnienia w zasobniku paliwa. Pompa wysokiego ciśnienia jest połączona z nim przewodem wysokiego ciśnienia. Na końcu przewodu jest zawór regulacyjny ciśnienia i czujnik ciśnienia w zasobniku. Czujnik ten (rys. 6.) kontroluje panujące w nim ciśnienie i porównuje je z wartościami wprowadzonymi do pamięci elektronicznego sterownika silnika. Elementem korygującym wartości ciśnienia jest zawór regulacyjny ciśnienia (rys. 7.): gdy do sterownika trafi a sygnał o nieprawidłowej wartości ciśnienia w zasobniku paliwa, wówczas sterownik automatycznie zmienia stopień włączania zaworu. Zawór regulacyjny ciśnienia najczęściej montowany jest w zasobniku ciśnienia lub na pompie wysokiego ciśnienia. Paliwo z zasobnika pod stałym ciśnieniem przekazywane jest do wtryskiwaczy za pomocą krótkich przewodów (rys. 8.). Część paliwa doprowadzana do wtryskiwaczy jest wtryskiwana do komory spalania, a nadmiar paliwa powraca do zbiornika. Proces sterowania wtryskiem paliwa odbywa się we wtryskiwaczach.
W stanie spoczynku igła rozpylacza dociśnięta jest do gniazda siłą jego sprężyny. Zapobiega ona przedostawaniu się powietrza do rozpylacza podczas rozruchu silnika. Rozpylacze stosowane we wtryskiwaczach common rail są rozpylaczami bezstudzienkowymi VCO (ang. Valve Cover Orifice). W początkowej fazie wtrysku zawór elektromagnetyczny umożliwia połączenie przestrzeni sterującej z przelewem. Dławnik dopływu ma mniejszy przekrój poprzeczny niż dławnik odpływu, stąd ciśnienie w przestrzeni sterującej spada. Ciśnienie skumulowane w zasobniku unosi igłę. Przy zamkniętym zaworze elektromagnetycznym na tłoczek sterujący działa ciśnienie zasobnika (największe), wówczas igła rozpylacza ulega opuszczeniu, co powoduje zamknięcie rozpylacza. Dawka wtrysku określana jest poprzez czas otwarcia zaworu elektromagnetycznego oraz wartości ciśnienia w zasobniku paliwa. Wtryskiwacze common rail podczas pracy osiągają dużą temperaturę, dlatego wymaga się dodatkowego ich zabezpieczenia przed zapieczeniem w głowicy silnika. Większa część paliwa doprowadzana jest do przelewu, co powoduje wzrost temperatury paliwa do 140°C. Tak wysoka jego temperatura jest niedopuszczalna, dlatego pojazdy z takim układem zasilania muszą być dodatkowo wyposażone w chłodnicę paliwa. Ciecz chłodząca zawarta w chłodnicy paliwa wstępnie chłodzona jest przez dodatkową chłodnicę niskich temperatur.

[...]

mgr inż. Piotr Wróblewski

Więcej informacji o elektronicznym systemie sterowania silników wysokoprężnych w najnowszym „autoEXPERCIE" 1/2013.

O Autorze

Piotr Wróblewski

Pracownik naukowy WSKM Konin

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę