Wspólna szyna - Common rail

W przypadku innych zastosowań zobacz Common rail (ujednoznacznienie) .
„dCi” przekierowuje tutaj. W przypadku innych zastosowań zobacz DCI (ujednoznacznienie) .
Wtryskiwacz oleju napędowego zamontowany w silniku MAN V8 Diesel

Wspólna szyna bezpośredniego wtrysku paliwa jest bezpośredni wtrysk paliwa układ zbudowany wokół wysokiego ciśnienia (na 2000  bar lub 200  MPa lub 29.000  psi ) szyny zasilającej paliwa zawory elektromagnetyczne , w przeciwieństwie do niskociśnieniowego paliwa Pompa żywienia wtryskiwaczy jednostek (lub dysze pompy ). Wtrysk wysokociśnieniowy zapewnia większą moc i zużycie paliwa w porównaniu z wcześniejszym wtryskiem o niższym ciśnieniu, poprzez wtryskiwanie paliwa w postaci większej liczby mniejszych kropelek, co daje znacznie wyższy stosunek powierzchni do objętości. Zapewnia to lepsze odparowywanie z powierzchni kropel paliwa, a tym samym bardziej efektywne łączenie tlenu atmosferycznego z odparowanym paliwem, zapewniając pełniejsze spalanie.

Wtrysk Common Rail jest szeroko stosowany w silnikach wysokoprężnych . Stanowi również podstawę systemów bezpośredniego wtrysku benzyny stosowanych w silnikach benzynowych .

Historia

Układ paliwowy Common Rail w silniku samochodu ciężarowego Volvo

Vickers był pionierem w stosowaniu wtrysku Common Rail w silnikach okrętów podwodnych. Vickers silniki o wspólnym układzie paliwowym szyny zostały po raz pierwszy użyte w 1916 roku w łodzi podwodnych G-klasowych . Zastosowano cztery pompy nurnikowe, aby zapewnić ciśnienie do 3000 funtów na cal kwadratowy (210 barów; 21 MPa) co 90° obrotu, aby utrzymać odpowiednio stałe ciśnienie paliwa w szynie. Dopływ paliwa do poszczególnych cylindrów mógł być odcinany przez zawory w przewodach wtryskiwaczy. Silniki Doxford wykorzystywały system common rail w swoich silnikach okrętowych z przeciwbieżnym tłokiem od 1921 do 1980, gdzie wielocylindrowa pompa paliwowa tłokowa wytwarzała ciśnienie około 600 barów (60 MPa; 8700 psi), a paliwo było przechowywane w butelkach akumulatorów. Kontrolę ciśnienia osiągnięto dzięki regulowanemu skokowi tłoczenia pompy i „zaworowi przelewowemu”. Mechaniczne zawory rozrządu uruchamiane przez wałek rozrządu były używane do zasilania sprężynowych wtryskiwaczy Brice/CAV/Lucas, które wtryskiwały przez bok cylindra do komory utworzonej między tłokami. Wczesne silniki miały parę krzywek rozrządu, jedną do jazdy do przodu i jedną do tyłu. Późniejsze silniki miały dwa wtryskiwacze na cylinder, a ostatnia seria silników z turbodoładowaniem o stałym ciśnieniu była wyposażona w cztery wtryskiwacze na cylinder. Układ ten był używany do wtrysku zarówno oleju napędowego, jak i ciężkiego oleju opałowego (600cSt podgrzanego do temperatury bliskiej 130°C).

Silniki Common Rail są od pewnego czasu wykorzystywane w zastosowaniach okrętowych i lokomotywach . Coopera Bessemer GN-8 ( około 1942) jest przykładem hydraulicznie wspólnego rail, znany także jako zmodyfikowany wspólnej szyny.

Prototyp systemu common rail dla silników samochodowych został opracowany pod koniec lat 60. przez Roberta Hubera ze Szwajcarii, a technologię dalej rozwijał dr Marco Ganser ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurychu, później Ganser-Hydromag AG (zał. 1995) w Oberägeri.

Pierwsze udane zastosowanie w pojeździe produkcyjnym rozpoczęto w Japonii w połowie lat 90. XX wieku. Dr Shohei Itoh i Masahiko Miyaki z Denso Corporation , japońskiego producenta części samochodowych, opracowali układ paliwowy Common Rail dla pojazdów ciężarowych i przekształcili go w praktyczne zastosowanie w swoim systemie Common Rail ECD-U2 zamontowanym na ciężarówce Hino Ranger i sprzedany do ogólnego użytku w 1995 roku. Denso twierdzi, że pierwszy komercyjny wysokociśnieniowy system common rail w 1995 roku.

Nowoczesne systemy common rail, choć działają na tej samej zasadzie, są sterowane przez sterownik silnika , który otwiera każdy wtryskiwacz elektrycznie, a nie mechanicznie. Zostało to szeroko opracowane w latach 90. przy współpracy Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat i Elasis. Po badaniach i rozwoju przez Grupę Fiat , projekt został przejęty przez niemiecką firmę Robert Bosch GmbH w celu ukończenia rozwoju i udoskonalenia do masowej produkcji. Z perspektywy czasu sprzedaż okazała się dla Fiata błędem strategicznym, ponieważ nowa technologia okazała się bardzo opłacalna. Firma miała niewielki wybór i musiała sprzedać Boschowi licencję, ponieważ była wówczas w złym stanie finansowym i nie miała środków na samodzielne ukończenie rozwoju. W 1997 roku rozszerzyli jego zastosowanie na samochody osobowe. Pierwszym samochodem osobowym, który korzystał z systemu common rail był model Alfa Romeo 156 z 1997 roku z silnikiem 2.4-L JTD , a później w tym samym roku Mercedes-Benz wprowadził go w swoim modelu W202 .

Aplikacje

System Common Rail jest odpowiedni dla wszystkich typów samochodów drogowych z silnikami wysokoprężnymi, od samochodów miejskich (np. Fiat Panda ) po samochody osobowe (np. Audi A8 ). Głównymi dostawcami nowoczesnych systemów common rail są Robert Bosch GmbH, Delphi , Denso oraz Siemens VDO (obecnie należący do Continental AG ).

Używane akronimy i branding

Wtryskiwacz paliwa Bosch Common Rail z silnika samochodu ciężarowego Volvo

Producenci samochodów odnoszą się do swoich silników Common Rail pod własnymi markami :

Zasady

Schemat systemu common rail

Zawory elektromagnetyczne lub piezoelektryczne umożliwiają precyzyjną elektroniczną kontrolę czasu i ilości wtrysku paliwa, a wyższe ciśnienie zapewniane przez technologię Common Rail zapewnia lepsze rozpylanie paliwa . Aby zmniejszyć hałas silnika, elektroniczna jednostka sterująca silnika może wtrysnąć niewielką ilość oleju napędowego tuż przed głównym momentem wtrysku („wtrysk „pilot”), zmniejszając w ten sposób jego wybuchowość i wibracje, a także optymalizując czas i ilość wtrysku pod kątem wahań jakości paliwa , zimny rozruch i tak dalej. Niektóre zaawansowane układy paliwowe common rail wykonują aż pięć wtrysków na suw.

Silniki Common Rail wymagają bardzo krótkiego lub zerowego czasu nagrzewania, w zależności od temperatury otoczenia, i wytwarzają niższy poziom hałasu i emisji niż starsze systemy.

W silnikach Diesla w przeszłości stosowano różne formy wtrysku paliwa. Dwa popularne typy obejmują system wtrysku jednostkowego i systemy dystrybutora/pompy liniowej . Chociaż te starsze systemy zapewniają dokładną kontrolę ilości paliwa i czasu wtrysku, są one ograniczone przez kilka czynników:

  • Są one napędzane krzywką, a ciśnienie wtrysku jest proporcjonalne do prędkości obrotowej silnika. Oznacza to zazwyczaj, że najwyższe ciśnienie wtrysku można osiągnąć tylko przy najwyższej prędkości obrotowej silnika, a maksymalne osiągalne ciśnienie wtrysku spada wraz ze spadkiem prędkości obrotowej silnika. Ta zależność dotyczy wszystkich pomp, nawet tych używanych w systemach Common Rail. W przypadku systemów jednostkowych lub dystrybucyjnych ciśnienie wtrysku jest powiązane z chwilowym ciśnieniem pojedynczego zdarzenia pompowania bez akumulatora, przez co zależność jest bardziej widoczna i kłopotliwa.
  • Są one ograniczone pod względem liczby i czasu zdarzeń wtrysku, które można nakazać podczas pojedynczego zdarzenia spalania. Chociaż w przypadku tych starszych systemów możliwe jest wielokrotne wstrzykiwanie, jest to znacznie trudniejsze i bardziej kosztowne do osiągnięcia.
  • W przypadku typowego systemu rozdzielacza/w linii, początek wtrysku następuje przy określonym ciśnieniu (często określanym jako ciśnienie pop) i kończy się przy określonym ciśnieniu. Ta cecha wynika z „głupich” wtryskiwaczy w głowicy cylindrów, które otwierają się i zamykają przy ciśnieniach określonych przez wstępne napięcie sprężyny przyłożone do tłoka we wtryskiwaczu. Gdy ciśnienie we wtryskiwaczu osiągnie z góry określony poziom, tłok unosi się i rozpoczyna się wstrzykiwanie.

W systemach Common Rail pompa wysokociśnieniowa przechowuje zbiornik paliwa pod wysokim ciśnieniem — do 2000 barów (200 MPa; 29 000 psi). Termin „wspólna szyna” odnosi się do faktu, że wszystkie wtryskiwacze paliwa są zasilane przez wspólną szynę paliwową, która jest niczym innym jak akumulatorem ciśnienia, w którym paliwo jest przechowywane pod wysokim ciśnieniem. Akumulator ten zasila wiele wtryskiwaczy paliwa paliwem pod wysokim ciśnieniem. Upraszcza to zadanie pompy wysokociśnieniowej, ponieważ musi ona jedynie utrzymywać docelowe ciśnienie (sterowane mechanicznie lub elektronicznie). Wtryskiwacze paliwa są zazwyczaj sterowane przez jednostkę sterującą silnika (ECU). Gdy wtryskiwacze paliwa są uruchamiane elektrycznie, zawór hydrauliczny (składający się z dyszy i tłoka) jest otwierany mechanicznie lub hydraulicznie, a paliwo jest wtryskiwane do cylindrów pod żądanym ciśnieniem. Ponieważ energia ciśnienia paliwa jest magazynowana zdalnie, a wtryskiwacze są uruchamiane elektrycznie, ciśnienie wtrysku na początku i na końcu wtrysku jest bardzo zbliżone do ciśnienia w akumulatorze (szynie), tworząc w ten sposób kwadratową prędkość wtrysku. Jeśli akumulator, pompa i instalacja hydrauliczna są odpowiednio zwymiarowane, ciśnienie i szybkość wtrysku będą takie same dla każdego z wielu zdarzeń wtrysku.

Silniki wysokoprężne z układem Common Rail trzeciej generacji są teraz wyposażone w wtryskiwacze piezoelektryczne w celu zwiększenia precyzji, przy ciśnieniu paliwa do 2500 barów (250 MPa; 36 000 psi).

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki