Przystosowanie głowicy silnika do montażu wtryskiwaczy systemu Common Rail nie wymagało istotnych zmian w jej konstrukcji. Same wtryskiwacze osadzone są stabilnie za pomocą jarzma dociskowego, podobnie jak wtryskiwacze systemu wtryskowego z rozdzielaczową pompą wtryskową typu VR.

Wtryskiwacz z elektromagnetycznym zaworem sterującym CRI1 – charakterystyka, budowa i działanie

Wtryskiwacz z elektromagnetycznym zaworem sterującym zastosowany w silniku 3.3 TDI V8 charakteryzuje się przede wszystkim średnicą wynoszącą zaledwie 17 mm. Dobór tak wąskich wtryskiwaczy podyktowany jest niewielką ilością miejsca w przestrzeni montażowej głowicy silnika V8. Maksymalne napięcie sterujące elektromagnetycznym zaworem wtryskiwacza dochodzić może do 80 V, zaś maksymalny skok iglicy rozpylacza w fazie wtrysku głównego wynosi 0,25 mm. Rozpylacz wtryskiwacza posiada sześć otworów o średnicy 0,15 mm każdy, zapewniając realizację zakresu wtrysku paliwa pomiędzy pomiędzy 120 a 1350 barami.

W budowie wtryskiwacza z elektromagnetycznym zaworem sterującym rozróżnić można trzy funkcjonalne podzespoły:

1. hydrauliczny układ sterujący,
2. sześciootworowy rozpylacz,
3. elektromagnetyczny zawór sterujący.

Paliwo z zasobnika danego rzędu cylindrów (ilustracja 1) dostaje się przez złącze wysokiego ciśnienia (8) do kanału zasilającego (12) i dalej do rozpylacza, jak również przepływa przez dławik dolotu (10) wprost do komory sterującej (2). Komora sterująca (2) połączona jest z przelewem paliwa (5) za pośrednictwem dławika wylotowego (3).  

Działanie wtryskiwacza można podzielić na dwa tryby, rozróżniając dodatkowo trzy fazy jego pracy:

1. tryb spoczynkowy – gdy silnik nie pracuje (ilustracja 2 – tryb A) i zawór elektromagnetyczny jest zamknięty. W tym trybie paliwo z zasobnika danego rzędu cylindrów przez przyłącze wysokiego ciśnienia dostaje się do komory sterującej i komory ciśnienia, dzięki czemu ciśnienie paliwa w obydwu komorach i zasobniku ma tę samą wartość. Specjalny kształt tłoka sterującego (ilustracja 1 – 11) zapewniający o 150% większe pole powierzchni czołowej względem powierzchni iglicy rozpylacza (14) gwarantuje jej szczelne zamknięcie. Ciśnienie paliwa dociska zatem tłoczek sterujący z siłą o ok. 50% większą (z góry) od siły, jaka działa na iglicę rozpylacza (z dołu). Otwarcie rozpylacza następuje w fazie, gdy różnica ciśnień paliwa w przestrzeni pomiędzy komorą sterującą a komorą ciśnienia przekroczy 40 barów;
2. tryb pracy silnika obejmuje fazy przedwtrysku, wtrysku głównego, zakończenia wtrysku (wtryskiwacz zamknięty). Zarówno faza przedwtrysku, jak i wtrysku głównego rozpoczynają się od wysterowania elektromagnetycznego zaworu wtryskiwacza. W momencie gdy przez cewkę elektromagnesu przepływa tzw. prąd przyciągania, pole elektromagnetyczne przyciąga rdzeń elektromagnetyczny, pokonując siłę sprężyny zaworu. Wówczas kulka zaworu rdzenia elektromagnetycznego (ilustracja 2 – tryb B) otwiera kanał łączący przepływ z komory sterującej przez dławik wylotowy wprost do przelewu zbiornika paliwa. Następnie wartość „prądu przyciągania” spada do poziomu pozwalającego na utrzymanie otwarcia zaworu elektromagnetycznego. Natężenie „prądu przyciągania” może być większe od 20 A przez maksymalny czas wynoszący 0,3 ms. Otwarcie kanału dławika wylotowego powoduje natychmiastowy spadek ciśnienia paliwa w komorze sterującej, gdyż paliwo przepływa przez kanał dławika wylotowego do przelewu. Z kolei w komorze ciśnieniowej wciąż panuje wysokie ciśnienie równe ciśnieniu w zasobniku paliwa. Faza zmniejszenia ciśnienia w komorze sterującej obniża wartość siły działającej na powierzchnię czołową tłoczka sterującego, wywołując proces otwarcia iglicy rozpylacza, czyli zapoczątkowania wtrysku paliwa. Charakterystyka elektromagnetycznego zaworu wtryskiwacza jest tak dobrana, że nawet przy minimalnych dawkach wtrysku paliwa zawór otwiera się do samego końca. W sytuacji gdy zawór elektromagnetyczny jest zasilany w maksymalnie długim czasie, wznios tłoczka sterującego wraz z iglicą rozpylacza ograniczany jest zderzakiem tłoczka. Przy pełnym otwarciu rozpylacza paliwo wtryskiwane jest do cylindra przy ciśnieniu bliskim wartości ciśnienia panującego w zasobniku paliwa. Sama dawka wtryskiwanego paliwa uzależniona jest od ciśnienia paliwa w zasobniku danego rzędu cylindrów, skoku iglicy rozpylacza, szybkości z jaką rozpylacz jest otwierany/zamykany oraz przede wszystkim czasu wysterowania elektromagnetycznego zaworu wtryskiwacza. W fazie przedwtrysku skok iglicy rozpylacza wynosi zaledwie około 0,04 mm, co odpowiada krótkiemu czasowi wysterowania wtryskiwacza.

Ilustracja 2. Tryby pracy elektromagnetycznego wtryskiwacza CRI1 silnika 3.3 TDI V8. Spoczynkowy tryb A – silnik nie pracuje (wtryskiwacz jest zamknięty). Praca silnika – tryb B (początek wtrysku paliwa). © Audi

Ilustracja 2. Tryby pracy elektromagnetycznego wtryskiwacza CRI1 silnika 3.3 TDI V8. Spoczynkowy tryb A – silnik nie pracuje (wtryskiwacz jest zamknięty). Praca silnika – tryb B (początek wtrysku paliwa).

Proces przedwtrysku optymalizuje warunki w komorze spalania poprzez wytworzenie w niej wstępnego ciśnienia i temperatury dogodnej dla fazy wtrysku głównego. Wtrysk wielofazowy realizowany w układzie zasilania typu Common Rail CRS1 w silniku 3.3 TDI V8 pozwala na znaczną redukcję szkodliwych składników, zmniejszając jednocześnie zużycie paliwa oraz hałas spalania. Dodatkowo mieszanka w cylindrze ulega bardziej efektywnemu spalaniu oraz redukuje się zwłoka zapłonu dla wtrysku głównego.

Fazę zakończenia wtrysku głównego inicjuje zanik prądu w uzwojeniu elektromagnesu wtryskiwacza (brak wysterowania) i zamknięcie dławika wylotowego przez rdzeń elektromagnesu wraz z kulką. Następuje wyrównanie ciśnienia paliwa w komorze sterującej do pułapu ciśnienia w zasobniku. Iglica rozpylacza zamyka się, gdyż rozkład sił ulega zmianie i tłoczek sterujący jest dociskany ze znacznie większa siłą, przekraczającą wartość siły decydującej o otwarciu iglicy. Proces zakończenia wtrysku ma przebieg znacznie bardziej gwałtowny w porównaniu do układów wtryskowych poprzednich generacji, gdyż zamkniecie rozpylacza zostaje wymuszone natychmiastowo, bez względu na wartość ciśnienia wtrysku.