Wtrysk i zapłon w dieslu (cz. 2)
Robert BoschAby silnik Diesla pracował bez problemów, konieczne jest prawidłowe rozpylenie paliwa. Im drobniej jest ono rozpylone, tym dokładniej się spala i tym mniej sadzy zawierają emitowane spaliny.
- Rozwój silników Diesla pokazał, że kierunkiem przyszłości jest bezpośredni wtrysk paliwa do komory spalania.
- Najpopularniejszym z tych wszystkich rozwiązań okazał się system common rail, który jest dziś podstawą funkcjonowania praktycznie każdego silnika Diesla w samochodach osobowych.
- Układy common rail dzielą się na generacje, które charakteryzowane są przez rozwiązania w budowie układu oraz ciśnienia pracy układu.
- Ciśnienia wtrysku paliwa osiągają wartości przekraczające 2500 barów.
Rozwój silników Diesla pokazał, że kierunkiem przyszłości jest bezpośredni wtrysk paliwa do komory spalania. Technologia ta jest znana od dawna i była używana w wielu silnikach samochodów ciężarowych, przemysłowych i stacjonarnych. Podstawową cechą odróżniającą taki silnik od Diesla z wtryskiem pośrednim jest wtrysk rozpylonego paliwa bezpośrednio do wgłębienia w tłoku zamiast do komory wstępnej umieszczonej w głowicy. W takim układzie końcówka wtryskiwacza (dysza) jest umieszczona bezpośrednio nad denkiem tłoka, a nie w przestrzeni bocznej gdzie w głowicy zamontowana jest komora wstępna.
Zwiększanie ciśnienia wtrysku
W połowie lat osiemdziesiątych XX wieku, w segmencie samochodów z silnikami Diesla rozpoczęła się epoka elektroniki, a w 1986 roku firma Bosch wprowadziła pierwszy elektroniczny system sterowania pomp rozdzielaczowych i rzędowych. Rok później BMW jako jeden z pierwszych producentów na świecie zastosowało w modelu 524 td elektronicznie sterowane pompy rozdzielaczowe. W 1989 roku pod maski samochodów Audi trafiła pierwsza pompa rozdzielaczowa przeznaczona do bezpośredniego wtrysku paliwa. Jej cechą charakterystyczną było ciśnienie wtrysku na poziomie 1000 barów, co było na tamte czasy wartością niespotykaną. Zastosowanie tego rodzaju wtrysku w samochodach osobowych rozpoczęło rewolucję.
Zauważalnym trendem stało się zwiększanie ciśnienia wtrysku, co poprawiało wydajność silnika i zmniejszało emisję substancji szkodliwych. I tak, charakterystycznymi momentami w historii wtrysku oleju napędowego były:
1. zastosowanie wielotłokowej rozdzielaczowej pompy promieniowej VP44 w roku 1996,
2. wdrożenie układu common rail w roku 1997,
3. zastosowanie technologii pompowtryskiwaczy (Unit Injector) w roku 1998.
Układ common rail
Najpopularniejszym z tych wszystkich rozwiązań okazał się system common rail, który jest dziś podstawą funkcjonowania praktycznie każdego silnika Diesla w samochodach osobowych. W układzie tym paliwo zasysane jest ze zbiornika z pomocą pompy zasilającej. Z niej dociera ono do pompy wysokiego ciśnienia, gdzie paliwo jest sprężane.
Dalej prowadzone jest do szyny wysokociśnieniowej, gdzie jest magazynowane pod wysokim ciśnieniem. Z szyny wychodzą przewody wysokociśnieniowe, które doprowadzają paliwo do wtryskiwaczy. Elektromagnetyczne lub piezoelektryczne wtryskiwacze wtryskują paliwo do komory spalania w cylindrze silnika. Szyna zasilająca jest też zasobnikiem ciśnienia, który zapobiega jego spadkom podczas pracy poszczególnych wtryskiwaczy.
Układy common rail dzielą się na generacje, które charakteryzowane są przez rozwiązania w budowie układu oraz ciśnienia pracy układu. W pierwszej generacji systemu (CRS1 - Common Rail System 1) zastosowano wtryskiwacze elektromagnetyczne pierwszej generacji CRI1 (Common Rail Injector 1) oraz pompę wysokiego ciśnienia CP1. Ciśnienie wtrysku wynosi 1350 barów. Układ wprowadzono do użytku w 1997 r. Stopniowo ustępuje on drugiej generacji common rail, w której zmieniono konstrukcję wtryskiwaczy i podwyższono ciśnienie wtrysku. Wzrastało ono odpowiednio wraz z zastosowaniem kolejnych typów pomp:
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
- dla CP1H do 1450 barów,
- dla CP3 do 1600 barów,
- dla CP3H do 1800 barów.
Zwiększono liczbę wtrysków wstępnych do dwóch, a także wprowadzono dotrysk. Efekty to niższe zużycie paliwa, poprawa elastyczności i osiągów silnika, cichsza praca oraz zmniejszenie emisji zanieczyszczeń.
Ewolucja układu
W trzeciej generacji układu common rail (CRS3), wdrożonej w 2003 roku, wprowadzono wtryskiwacze piezoelektryczne. Cechą takiego wtryskiwacza jest zastosowanie specjalnego stosu piezoelektrycznego, który zmienia swoją długość pod wpływem przyłożonego napięcia i pełni funkcję elementu uruchamiającego wtrysk. Ciśnienia wtrysku osiągnęły kolejny, wyższy pułap i wzrosły do 2200 barów. Stosowano pompy CP1H, CP3 oraz CP4.
W układach CRS3 wtryskiwacze różnią się przede wszystkim ciśnieniem wtrysku. Są one oznaczane w następujący sposób:
- CRI3.0 o ciśnieniu wtrysku 1600 barów,
- CRI3.2 o ciśnieniu wtrysku 1800 barów,
- CRI3.3 o ciśnieniu wtrysku 2000 barów,
- CRI 3.22 o ciśnieniu 2200 barów,
- CRI 3.24 o ciśnieniu 2400 barów.
Wtryskiwacze pracują prawidłowo dzięki pompom wysokociśnieniowym dostarczającym paliwo do zasobnika. W samochodach osobowych spotyka się kilka rodzajów pomp przystosowanych do generowania odpowiednio wysokich ciśnień. Są to pompy:
- CP1 - pompa 3-sekcyjna, regulacja ciśnienia po stronie wysokiego ciśnienia,
- CP1H - pompa 3-sekcyjna o podwyższonym ciśnieniu, regulacja ciśnienia po stronie niskiego ciśnienia,
- CP3 - pompa 3-sekcyjna o większym wydatku i wyższym ciśnieniu wyjściowym, regulacja ciśnienia po stronie niskiego ciśnienia,
- CP4 - pompa 1- lub 2-sekcyjna, przystosowana do bardzo wysokich ciśnień, stosowana w najnowszych rozwiązaniach, regulacja ciśnienia po stronie niskiego ciśnienia.
O Autorze
