Συστήματατροφοδοσίαςκινητήρων1epal-n-filad.att.sch.gr/files/common_rail.pdf ·...

Εισηγητής: Αρκουλής Νίκος Τεχν. Μηχ. Οχημάτων 3ο ΕΣΠ ΕΠΑΛ Ν.Φιλαδέλφειας Πετρελαιοκίνηση – Αθήνα 2013

Ημερίδα ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΙΝΗΣΗΣ ΤΟ ΔΗΜΟΣΙΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΕΙ ΤΟ ΔΗΜΟΣΙΟ

1

Συστήματα τροφοδοσίας κινητήρωνCOMMON RAIL

Είδη, περιγραφή συστημάτων – εξαρτημάτων, λειτουργία.



2

Εισαγωγή στα συστήματα τροφοδοσίας κινητήρων COMMON RAIL.Ιστορική αναδρομή

Στα τέλη της δεκαετίας του ’70, η μέχρι τότε γνωστή τεχνολογία του συστήματοςτροφοδοσίας στους πετρελαιοκινητήρες ήταν η εμβολοφόρος και η περιστροφικήαντλία που παράγουν την υψηλή πίεση του καυσίμου σε κάθε διαδικασία έγχυσης.

Στη νέα τεχνολογία όμως στο σύστημα τροφοδοσίας των πετρελαιοκινητήρων ηυψηλή πίεση είναι πάντοτε διαθέσιμη ακόμα και σε χαμηλές στροφές καιονομάζεται «Common Rail System» που σε ελεύθερη μετάφραση σημαίνει«σύστημα κοινού σωλήνα».

Εμβολοφόρος αντλία Περιστροφική αντλία



3

Εισαγωγή στα συστήματα τροφοδοσίας κινητήρων COMMON RAIL.Ιστορική αναδρομή

Μια από τις πρώτες (αν όχι η πρώτη) που ασχολήθηκε ενεργά με τηνεξέλιξη του συστήματος Common –Rail ήταν η Fiat. Η έρευνα ξεκίνησεστα τέλη της δεκαετίας του ΄80, έπειτααπό διαπίστωση των ανθρώπων τουομίλου ότι οι πετρελαιοκινητήρες θααποκτούσαν ιδιαίτερη σημασία ταεπόμενα χρόνια.

Η ερεύνα ξεκίνησε σε συνεργασία με την Magneti Marelli και ονομάστηκε Unijet. Η πρώτη γενιά του συστήματος παρουσιάστηκε το 1987 ενώ η δεύτερη, η οποίαδοκιμάστηκε με επιτυχία τόσο στο εργαστήριο όσο και στο δρόμο, το 1989. Τηνάνοιξη του 1994 η Fiat υπέγραψε συμφωνία με την Bosch η οποία ανέλαβε τηντελειοποίηση, την κατασκευή των εξαρτημάτων, του προγράμματος λειτουργίαςτης ηλεκτρονικής διαχείρισης αλλά και την βιομηχανική παραγωγής τουσυστήματος. Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά σε παραγωγή το 1997 από τηνMercedes Benz και την Alfa Romeo.



4

Στο σύστημαCommon Rail μιααντλία παρέχεικαύσιμο με υψηλήπίεση σε ένα κοινόαυλό από τονοποίοτροφοδοτούνταιόλα τα μπεκ.

Η κύρια αλλαγή αφορά τον ρόλο της αντλίας πετρελαίου. Στουςπαραδοσιακούς πετρελαιοκινητήρες, η αντλία παίρνει κίνηση απότον κινητήρα και έχει ως κύρια λειτουργία την δημιουργία πίεσης (μετη βοήθεια αντλητικού ή αντλητικών στοιχείων), την διανομή τηςσωστής ποσότητας πετρελαίου σε κάθε μπεκ και την ρύθμιση τουανοίγματός του.

Εισαγωγή στα συστήματα τροφοδοσίας κινητήρων COMMON RAIL. Ιστορική αναδρομή

Αντλητικό στοιχείο

Εγκέφαλος

Αντλία

Έμβολο

Χιτώνιο



5

Βασική λειτουργίαΟι έννοιες «παραγωγή πίεσης» και «ψεκασμός» δεν συνδέονται. Η πίεσηψεκασμού παράγεται ανεξάρτητα από τις στροφές του κινητήρα.

Εισαγωγή στα συστήματα τροφοδοσίας κινητήρων COMMON RAIL.

Παραγωγή πίεσηςΗ συνεχώς περιστρεφόμενη αντλία υψηλήςπίεσης παράγει την επιθυμητή πίεσηψεκασμού. Το καύσιμο «αποθηκεύεται» υπόπίεση στο συσσωρευτή πίεσης – rail και είναιέτοιμο για ψεκασμό. Η πίεση διατηρείταιανεξαρτήτου στροφών και ψεκαζόμενηςποσότητας. Ο σχεδιασμός της αντλίας είναιτέτοιος ώστε να εξασφαλίζεται μικρό βάρος καιμέγεθος και χαμηλή απαίτηση ροπής. Έτσι τασυστήματα common rail επιβαρύνουν λιγότεροτη συνολική ισχύ του κινητήρα σε σχέση μεσυστήματα στα οποία χρησιμοποιούνταισυμβατικού τύπου αντλίες.



6

Λόγω του ηλεκτρονικού ελέγχου τηςπαροχής πετρελαίου και τηςπροπορείας ψεκασμού (αβανς) τοπετρέλαιο έχει την βέλτιστη πίεσηανεξαρτήτως των στροφών τουκινητήρα. Με αυτό τον τρόποδιατηρείται σταθερά υψηλή η πίεσηακόμη και σε χαμηλές στροφές τουκινητήρα.

Για να βελτιωθεί η απόδοση του κινητήρα και η οικονομία του καυσίμου, πρέπειακόμη να γίνεται: •ρύθμιση της ψεκαζόμενης ποσότητας,•και ακριβής έναρξη ψεκασμού στο θάλαμο καύσης.

Ο χρόνος ανοίγματος των μπεκ ελέγχεταιαπό ένα εγκέφαλο (ECU) και τουςσχετικούς αισθητήρες.




7

Η ποσότητα ψεκασμού, ηέναρξη ψεκασμού και η πίεσηκαθορίζονται από τη μονάδαελέγχου βάσει τηςχαρτογράφησης. Η μονάδαελέγχου ενεργοποιεί τα μπεκκαι ο ψεκασμός γίνεταιδιαδοχικά σε κάθε κύλινδρο.


Βασική χαρτογράφηση πιέσεων



8

• Η κατασκευή του συστήματος με μεμονωμένα εξαρτήματα (modul) που βοηθάει

στην ανεξάρτητη σχεδίαση, μελέτη και κατασκευή των εξαρτημάτων αυτών και

μειώνει το κόστος κατασκευής, επισκευής και συντήρησης.

Εισαγωγή στα συστήματα τροφοδοσίας κινητήρων COMMON RAIL.Πλεονεκτήματα του συστήματος

• Η Ευρεία χρήση (αυτοκίνητα, μικρά φορτηγά μέχρι

30KW/κύλινδρο έως μεγαλύτερους κινητήρες 200KW/κύλινδρο).

• Οι Υψηλές πιέσεις ψεκασμού από 1400 bar (1η γενιά)

έως 2500 bar (4η γενιά) και η μεγάλη διαθέσιμη πίεση

σε χαμηλές στροφές και στην περιοχή μερικού φορτίου.

• Η δυνατότητα να επιλέγει το σύστημα την πίεση και τον χρόνο ψεκασμού.

• Με την υψηλή πίεση ψεκασμού μπορεί να γίνει σχεδόν πλήρης καύση.

• Ο ελεγχόμενος και γρήγορος ψεκασμός που πραγματοποιείται με ηλεκτρικά

μπεκ, συμβάλλει στην καθαρή καύση.



9

Πλεονεκτήματα του συστήματος• Η σχεδόν ελεύθερη επιλογή πίεσης ψεκασμού στο πεδίο

χαρτογράφησης που επιτρέπει την ταυτοποίηση της πίεσης

ψεκασμού ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας.

• Η μεταβλητή έναρξη ψεκασμού με δυνατότητα πιλοτικού

ψεκασμού, κύριου ψεκασμού και μετά – ψεκασμού.


• Η βασική προέγχυση και ανάφλεξη δεν γίνεται ακαριαία, είναι πιο "προοδευτική"

και έχει σαν αποτέλεσμα να μειώνεται ο θόρυβος λειτουργίας και τα Οξείδια

του Αζώτου (NOx). • Υπάρχει δυνατότητα πριν το τέλος της καύσης να ψεκαστεί καύσιμο στον κύλινδρο

με σκοπό την μείωση των ρύπων των Οξειδίων του Αζώτου (NOx).

• Με την δυνατότητα πλήρη ελέγχου του ψεκασμού μπορεί να

υπάρχει προέγχυση καυσίμου λίγα χιλιοστά του

δευτερολέπτου πριν τον κανονικό ψεκασμό, προθερμαίνοντας έτσι τον χώρο

καύσης.



10

Σύγκριση απόδοσης κινητήρων με σύστημαUnit Injector και Common rail.



11

Γενιά Μέγιστη πίεση Ψεκαστήρας (μπεκ) Αντλία υψηλής πίεσης

1η γενιά(επιβατικά)

1350…1450 bar Με ηλεκτρομαγνήτη CP1 – Έλεγχος πίεσης στηνπλευρά υψηλής πίεσης μεηλεκτρομαγνητική βαλβίδα

1η γενιά(φορτηγά)

1400 bar Με ηλεκτρομαγνήτη CP2 – Έλεγχος παροχής με 2 ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες στηνπλευρά αναρρόφησης

2η γενιά(επιβατικά & φορτηγά)

1600 bar Με ηλεκτρομαγνήτη CP3, CP1H – Έλεγχοςπαροχής με μετρητική μονάδα στηνπλευρά αναρρόφησης


1600 … 1800 bar Πιεζοηλεκτρικό CP3, CP1H – Έλεγχοςπαροχής με μετρητική μονάδα στηνπλευρά αναρρόφησης


1800 bar Με ηλεκτρομαγνήτη CP3.3NH – Μετρητική μονάδα

«Γενιές» συστημάτων COMMON RAIL.



12

Εξέλιξη των μέγιστων πιέσεων συστημάτων COMMON RAIL.



13

• το υποσύστημα τροφοδοσίας καυσίμου (χαμηλής και υψηλής πίεσης)• το υποσύστημα Ηλεκτρονικού Ελέγχου Diesel (Electronic Diesel Control –

E.D.C) (αισθητήρες, μονάδα ηλεκτρονικού ελέγχου / εγκέφαλος, ενεργοποιητές)

Σύστημα τροφοδοσίας κινητήρων COMMON RAIL.Κάθε σύστημα τροφοδοσίας Common Rail αποτελείται από 2 βασικάυποσυστήματα:



14

Common Rail

Βαλβίδα

ασφαλείας

Μπεκ

Βαλβίδαρύθμισηςπίεσης

Κύκλωμα υψηλήςπίεσης

Αισθητήρας πίεσης

Αντλίαυψηλήςπίεσης

Επιστροφή

καυσίμου

Κύκλωμαχαμηλής πίεσης

Γενική περιγραφή του συστήματος.

Σύστημα Bosch.

Αισθητήρες



15


Το σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου Common – Rail χωρίζεται σε δύουποσυστήματα ως προς κυκλοφορία του καυσίμου:• στο υποσύστημα καυσίμου χαμηλής πίεσης και• στο υποσύστημα καυσίμου υψηλής πίεσης.Υπάρχει ακόμα, όπως σχεδόν σε όλους τους κινητήρες Diesel, κύκλωμαεπιστροφών καυσίμου. Σύστημα Denso – Toyota D4-D.



16


πίεση 150 – 1800 bar

πίεση 2,5 – 6 barπίεση - 0.5 / - 1.5 bar

πίεση max 1 bar

Από το φίλτρο καυσίμου

Έξοδος προς το rail

Επιστροφές καυσίμου

1. Αντλία υψηλήςπίεσης

2. Αντλία τροφοδοσίας– βοηθητική

3. Βαλβίδα εισαγωγής –δοσολογίαςκαυσίμου

4. Βαλβίδα ελέγχουπίεσης

5. Μπεκ6. Βαλβίδα ασφαλείας

< 6 bar7. Φλογέρα – rail8. Αισθητήρας πίεσης

siemens II & III



17

- Το δοχείο καυσίμου είναι τοποθετημένο στο πάτωμα κάτω από τις πίσω θέσεις- Χωρητικότητα του δοχείου είναι … ℓt- Βαλβίδα αδρανείας (βρίσκετε κάτω δεξιά από το φίλτρο αέρα)

ΣωλήναςπαροχήςΦίλτρο αέρα

Σωλήναςεπιστροφής

Φίσα αισθητήρα στάθμης καυσίμου

Κύκλωμα χαμηλής πίεσης – Δεξαμενή καυσίμου.

Δοχείοκαυσίμου



18

Κύκλωμα χαμηλής πίεσης – Αισθητήρας στάθμης καυσίμου.

• Αισθητήρας στάθμης καυσίμου: Μεταδίδει την ένδειξη στάθμηςκαυσίμου στον πίνακα οργάνων μέσω περιστρεφόμενουποντεσιόμετρου

• Λυχνία ένδειξης χαμηλής στάθμης καυσίμου:Ίδια λειτουργίαόπως και για την ένδειξη στάθμης.Μόλις το φλοτέρ φθάσει στο σημείο ένδειξης χαμηλής στάθμηςκαι παραμείνει για διάστημα 60 ±20 δευτερολέπτων, η λυχνίαχαμηλής στάθμης θα ανάψει.

Θέσηφλοτέρ Επάνω 3/4 1/2 Αναμμένη

λυχνία Άδειο

Τιμήαντίστασης

(Ω)3±1 18.5±1 32.5±1.5 83±2 110±2

Στάθμηδοχείου (ℓ) 72 54 36 12 8

※ Τιμές αντίστασης ανάλογα με την θέση του φλοτέρ

Σημείο επαφήςλυχνίας χαμηλής

στάθμης



19

Αποτελείται από έναηλεκτρικό μοτέρ που κινείμία αντλία που αναρροφάκαύσιμο από τορεζερβουάρ. Η αντλίαψύχεται από το καύσιμο. Στην έξοδό της υπάρχειμία ανεπίστροφη βαλβίδα.

Σκοπός: η συνεχής παροχή καυσίμου στην αντλία υψηλήςπίεσης σε κάθε κατάσταση λειτουργίας στην σωστή πίεση, αλλά και η διακοπή σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης.

Είδη: α) ηλεκτρική, (εξωτερικά στο κύκλωμα – common rail Ιή εσωτερικά στη δεξαμενή καυσίμου –

common rail ΙΙ ) β) μηχανική (ενσωματωμένη στη αντλία υψηλής πίεσης)

Κύκλωμα χαμηλής πίεσης – Βοηθητική αντλία καυσίμου.



20

• Κύρια λειτουργία: Τροφοδοτεί με καύσιμο την αντλίαυψηλής πίεσης

• Τύπος: Μηχανική αντλία, με γρανάζια, ενσωματωμένημε την αντλία υψηλής πίεσης και με κοινήμετάδοση κίνησης.

• Κύρια χαρακτηριστικά: ① Η παροχή καυσίμου είναι πρακτικά ανάλογη με τις

στροφές του κινητήρα

Κύκλωμα χαμηλής πίεσης.Βοηθητική αντλία καυσίμου – Μηχανική με γρανάζια.

Θέση βοηθητικήςαντλία καυσίμου

Πίεση:Κατά την εκκίνηση: 0,4 – 1,5 barΣτο ρελαντί: 2,0 – 2,5 barΜέγιστη πίεση: 3,5 ± 0,5 bar



21

• Κύρια λειτουργία:Τροφοδοτεί με καύσιμο την αντλία υψηλήςπίεσης

• Τύπος: Μηχανική αντλία, με λοβούς ή μεπτερύγια, ενσωματωμένη με την αντλίαυψηλής πίεσης και με κοινή μετάδοσηκίνησης.

Κύκλωμα χαμηλής πίεσης.Βοηθητική αντλία καυσίμου – Μηχανική με λοβούς ή με πτερύγια.

• Κύρια χαρακτηριστικά: ① Η παροχή καυσίμου είναι

πρακτικά ανάλογη με τις στροφέςτου κινητήρα

Αντλία με πτερύγια

Αντλία με λοβούς



22

• Οι απαιτήσεις του συστήματος Common rail για πετρέλαιο καλής ποιότητας είναιπερισσότερο αναγκαίες σε σχέση με ταπαλαιότερα συστήματα πετρελαιοκινητήρων. • Νερό και βρωμιές στο πετρέλαιο ιδιαίτερασε χαμηλές σχετικά θερμοκρασίες έχουν ωςαποτέλεσμα το βούλωμα του φίλτρουκαυσίμου, την διάβρωση του κυκλώματος,την χαμηλή πίεση στο κύκλωματροφοδοσίας καυσίμου που επιφέρει κακήλίπανση της αντλίας υψηλής πίεσης. • Για την μερική πρόβλεψη αυτών τωνπροβλημάτων, τοποθετείται θερμαντικόστοιχείο καυσίμου και υδατοπαγίδα.

Κύκλωμα χαμηλής πίεσης – Φίλτρο καυσίμου.

① Κυρίως φίλτρο② Αισθητήρας θερμοκρασίας καυσίμου③ Αισθητήρας υδατοπαγίδας④ Θερμαντικό στοιχείο καυσίμου⑤ Αντλία εξαέρωσης

Προειδοποιητική ΛυχνίαΔιαχωριστήρα Νερού



23

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας πετρελαίουβρίσκεται πάνω στο φίλτρο ή στη γραμμήτροφοδοσίας καυσίμου.

Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία καυσίμου, (συνήθως λόγω συνθηκών περιβάλλοντοςκαι μηχανοστασίου) ο εγκέφαλος (EDC) θαμεταβάλλει το χρόνο και την ποσότηταψεκασμού και την ίδια στιγμή θα ρυθμίσειτις λειτουργικές παραμέτρους της βαλβίδαςελέγχου πίεσης της φλογέρας.

Αν όμως η θερμοκρασία του καυσίμου είναιχαμηλή, θα ενεργοποιηθεί η αντίσταση τουθερμαντήρα.

Αισθητήραςθερμοκρασίαςπετρελαίου

Κύκλωμα χαμηλής πίεσης – Αισθητήρας θερμοκρασίας πετρελαίου.

Θερμοκρασία λειτουργίας : on : κάτω από – 5 (–5 ± 3°C)off : πάνω από 3 (3 ± 3°C)



24

Κύκλωμα υψηλής πίεσης – Αντλία καυσίμου.

BoschCP 3

BoschCP 4

BoschCP 2

BoschCP 1



25

Denso HP 1

Denso HP 2

Denso HP 4 Denso

HP 3




26

Delphi DFP6




27




28

Το κύριο ελάττωμα της αντλίας περιστρεφόμενουεμβόλου είναι αυτό της μέγιστης πίεσης πουμπορεί να επιτευχθεί λόγω του περιορισμένουαριθμού στροφών με τις οποίες μπορεί ναπεριστραφεί. Με το σύστημα Common Rail είναιδυνατόν να αυξηθεί η πίεση καυσίμου στα

1350 bar αυξάνοντας ταυτόχρονα την ταχύτηταμεταφοράς. Η υψηλή πίεση δεν εξασφαλίζειμόνο τον γρήγορο ψεκασμό αλλά επιτρέπει καιτον προ-ψεκασμό κάποιας ποσότητας πριν τηφάση καύσης με προφανή πλεονεκτήματα.

Όσο μεγαλύτερη η πίεση ψεκασμού, τόσουψηλότερη και η θερμοδυναμική απόδοση. Γι’αυτό οι πετρελαιοκινητήρες άμεσου ψεκασμούείναι θερμοδυναμικά οι πιο αποδοτικοί απότους υπόλοιπους κινητήρες εσωτερικήςκαύσης.




29

Κύκλωμα υψηλής πίεσης – Περιγραφή αντλίας καυσίμου.

Η αντλία υψηλής πίεσης βρίσκεταιτοποθετημένη κατά προτίμηση στο ίδιοσημείο του κινητήρα όπως η συμβατικήαντλία τύπου διανομέα. Παίρνει κίνησηαπό τον κινητήρα (στις μισές στροφέςτου κινητήρα, αλλά κατά μέγιστο 3000 rpm ή έμμεσα από τον εκκεντροφόροάξονα με σχέση μετάδοσης περίπου1,3:1) μέσω ενός συνδέσμου. Η αντλία υψηλής πίεσης δημιουργεί τηναπαιτούμενη υψηλή πίεση ψεκασμού γιαόλες τις συνθήκες λειτουργίας. Ψύχεταιδε και λιπαίνεται από το ίδιο το καύσιμο. Το καύσιμο οδηγείται στο θάλαμοεισαγωγής της αντλίας υψηλής πίεσηςαπό τη βοηθητική αντλία μέσω μιαςανεπίστροφης βαλβίδας.

Αντλία υψηλής πίεσης



30

Βαλβίδες

Βαλβίδα Ελέγχουπίεσης

Φλάντζες

Έκκεντρος άξονας

Κορμός αντλίας

Έμβολο

Ρακόρ

ΚουζινέτοΒάση εμβόλου

Κύκλωμα υψηλής πίεσης – Μέρη / εξαρτήματα αντλίας καυσίμου.

http://www.wtryskiwacz.com/galeria/16p2.jpg



31

Βαλβίδα εισαγωγής καυσίμου




32

Κύκλωμα υψηλής πίεσης.Λειτουργία αντλίας καυσίμου – Πλευρά υψηλής πίεσης.

Λειτουργία αντλίας καυσίμου

Στο εσωτερικό της αντλίας το καύσιμοσυμπιέζεται από τρία έμβολα αντλίας σεακτινική διάταξη τα οποία βρίσκονται σεγωνία 120° μεταξύ τους. Επειδή σε κάθεπεριστροφή λαμβάνουν χώρα τρειςδιαδρομές παροχής, δημιουργούνται μόνονμικρές κορυφώσεις της ροπής τηςμετάδοσης κίνησης κι έτσι η καταπόνηση τηςμετάδοσης κίνησης της αντλίας παραμένειομοιόμορφη. Η ισχύς που απαιτείται για ναμεταδοθεί η κίνηση στην αντλία μεταβάλλεταισε σχέση με την πίεση που δημιουργείταιστον συσωρευτή πίεσης και σε σχέση με τιςστροφές της αντλίας (ποσότητα παροχής). Για έναν κινητήρα 2 λίτρων που περιστρέφεται στις ονομαστικές του στροφέςκαι με καθορισμένη πίεση των 1.350 bar μέσα στον συσωρευτή πίεσης, ηαντλία υψηλής πίεσης απαιτεί 3,8 kW με την προϋπόθεση ότι η μηχανικήαποτελεσματικότητα είναι περίπου 90%.



33

Αναρρόφηση εικόνα ΑΤο κατεβασμένο έκκεντρο (7) κινείτα έμβολα (3) προς τα κάτω ,απότην δύναμη του ελατηρίου (4). Ηπίεση εισόδου καυσίμου (1) περίπου 2,5 bar, ανοίγει τηνκλεισμένη από ελατήριο βαλβίδαεισαγωγής (2) και το καύσιμο ρέειστον κύλινδρο.

Κύκλωμα υψηλής πίεσης.Λειτουργία αντλίας καυσίμου – Αναρρόφηση & προώθηση καυσίμου.

Προώθηση εικόνα ΒΗ προς τα πάνω κίνηση τουέκκεντρου (7) κινεί το έμβολο (3) προς τα πάνω προς την δύναμητου ελατηρίου (4).Η παραγόμενη πίεση κλείνει την βαλβίδα εισαγωγής (2). Όταν η πίεση στονκύλινδρο υπερβεί την πίεση του κυκλώματος υψηλής πίεσης (8), ανοίγει ηβαλβίδα εξαγωγής και προωθείται το καύσιμο.



34

ΑΝΤΛΙΑ COMMON RAIL CP 1.mpg

Λειτουργία αντλίας υψηλής πίεσης CP – 1 (Common rail Pump – 1)



35


1. Βαλβίδα δοσολογίας

2. Έξοδος καυσίμου προς τοσυσσωρευτή πίεσης – rail

3. Επιστροφή καυσίμου - Έξοδοςκαυσίμου προς την δεξαμενή

4. Βαλβίδα εισαγωγής

5. Βαλβίδα εξαγωγής

6. Κεφαλή αντλίας

7. Αντλία υψηλής πίεσης

8. Έκκεντρος άξονας

9. Είσοδος καυσίμου από την δεξαμενή

10. Βαλβίδα ελέγχου πίεσης & βαλβίδαασφαλείας

11. Φίλτρο

12. Αντλία τροφοδοσίας – βοηθητικήBosch CP 3



36


1. Βαλβίδα εισαγωγής 2. Βαλβίδα εξαγωγής 3. Έμβολο αντλίας4. Βαλβίδα ελέγχου εισαγωγής – δοσολογίας καυσίμου 5. Έκκεντρος άξονας

Denso



37

BOSCH CP4.1

BOSCH CP4.2




38

BOSCH CP4.2

Αντλητικόστοιχείο

Γρανάζικίνησης

Έκκεντρος άξονας

Σώμα αντλίας

Βαλβίδαελέγχου

εισαγωγής




39

Denso

Βαλβίδα ελέγχου πίεσης

Έμβολο

Αισθητήραςθερμοκρασίας

Έκκεντροςάξονας

Κορμός αντλίας

Βοηθητική αντλία

ΈμβολοΒάση εμβόλου




40

Κύκλωμα υψηλής πίεσης – Βαλβίδα διακοπής κυλίνδρου.

1 = Άξονας2 = Έκκεντρο3 = Έμβολο4 = Βαλβίδα

αναρρόφησης5 = Βαλβίδα διακοπής

κυλίνδρου6 = Βαλβίδα εξόδου7 = Φλάντζες8 = Σύνδεση προς

φλογέρα (rail)9 Β λβ δ θ

11 = Επιστροφή καυσίμου12 = Εισαγωγή καυσίμου13 = Βαλβίδα ασφαλείας14 = Κανάλι καυσίμουχαμηλής πίεσης

Βαλβίδα EAV (βαλβίδα διακοπής κυλίνδρου):Όταν μειωθεί το φορτίο του κινητήρα δημιουργείται ηανάγκη να μειωθεί η πίεση εξόδου της αντλίας. Τότεένας από τους 3 κυλίνδρους της αντλίας παύει ναλειτουργεί, έχουμε περιορισμό του καυσίμου πουαποστέλλεται στο rail. Η διακοπή περιλαμβάνει τηβαλβίδα αναρρόφησης μόνιμα ανοικτή. Ότανενεργοποιείται η μαγνητική βαλβίδα διακοπήςκυλίνδρου EAV τότε η βαλβίδα κρατιέται ανοικτή καιέτσι το καύσιμο δεν μπορεί να συμπιεστεί. Έτσι αυτόςο θάλαμος δεν δημιουργεί πίεση και η αντλία στοσύνολό της απαιτεί χαμηλότερη ροπή στρέψης. (Χρησιμοποιήθηκε από την Mercedes μέχρι το 2000)

Η βαλβίδα διακοπής κυλίνδρου ενεργοποιείται μεσήμα ON/OFF περίπου 0,5 Α



41

Ο ρόλος του συσσωρευτή υψηλής πίεσης είναι:

Η αποθήκευση καυσίμου

Η αποτροπή μεταβολής της πίεσης, βάσει μεγάλης χωρητικότητας, η οποίαεξασφαλίζει την απόσβεση των κυμάτων πίεσης και την εξισορρόπηση πίεσηςψεκασμού προς όλα τα μπεκ.

Μέρη & λειτουργία Common Rail – Συσσωρευτής υψηλής πίεσης.

Συσσωρευτής υψηλής πίεσης

Το καύσιμο «περνάει» από την αντλία υψηλής πίεσης η οποία το στέλνει στονσυσσωρευτή υψηλής πίεσης (φλογέρα – rail) και αυξάνει την πίεση στα 1.350 bar.Ο συσσωρευτής υψηλής πίεσης είναι ένας, συνήθως, ατσάλινος σωλήνας ηεσωτερική του διάμετρος είναι περίπου 10 mm και το μήκος του, ανάλογα τονκινητήρα, από 280 έως 600 mm.



42

Ο αισθητήρας πίεσης είναι τοποθετημένος, συνήθως, επάνω στον συσσωρευτήπίεσης και μετράει τη στιγμιαία πίεση, με μεγάλη ακρίβεια και ταχύτητα.

Το υπό πίεση καύσιμο ενεργεί στο διάφραγμα του αισθητήρα, μετατρέποντας τηνπίεση σε ηλεκτρικό σήμα, που μεταφέρεται σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα που τοενισχύει και το στέλνει στον εγκέφαλο (ECM).

Όταν αλλάξει το σχήμα του διαφράγματος (περίπου 1 mm στα 1500 bar) προκαλεί μεταβολή τάσης κατά 5 V στις άκρες της γέφυρας.

Μέρη & λειτουργία Common Rail – Αισθητήρας πίεσης.

1. Ηλεκτρικές συνδέσεις

2. Κύκλωμα ενίσχυσης

3. Διάφραγμα με αισθητήρα

4. Σύνδεση με υψηλή πίεση

5. Σπείρωμα

Αισθητήρας πίεσης



43

Η αλλαγή τάσης είναι ανάμεσα στα 0..70 mV (ανάλογα την πίεση) και ενισχύεταιαπό το ηλεκτρονικό κύκλωμα στα 0.5 - 4.5 V.

Η ακριβής μέτρηση της πίεσης στο συσσωρευτή πίεσης είναι απαραίτητη για τησωστή λειτουργία του συστήματος. Εάν χαλάσει ο αισθητήρας η βαλβίδα ελέγχουενεργοποιείται βάσει προγράμματος «ανάγκης»

Μέρη & λειτουργία Common Rail – Αισθητήρας πίεσης.

Διάγραμμα μεταβολής τάσης εξόδου& πίεσης καυσίμου

Τάση εξόδου αισθητήραΑνοικτός διακόπτης = 0.5 V Μιζάρισμα = 0.5 V και αυξάνεταιΡελαντί = Περίπου 1.25 V Μέγιστες r.p.m. = Περίπου 4.3 V



44

Για κάθε ψεκασμό, παρέχεται καύσιμο με πίεση από το συσσωρευτή πίεσης(α). Η πίεση στο συσσωρευτή πίεσης παραμένει σταθερή και μία βαλβίδαελέγχου πίεσης (γ) φροντίζει να μην ξεπεράσει ή πέσει η πίεση κάτω απόσυγκεκριμένα όρια.

Η βαλβίδα ελέγχου πίεσηςενεργοποιείται από τονεγκέφαλο του κινητήρα. Αν ηπίεση είναι πολύ υψηλή ηβαλβίδα ανοίγει και επιτρέπειτην επιστροφή καυσίμου προςτο ρεζερβουάρ και μειώνει τηνπίεση. Εάν είναι χαμηλήκλείνει και η αντλία υψηλήςπίεσης ανεβάζει την πίεση στηστο συσσωρευτή πίεσης.

αβ

γ

Περιγραφή λειτουργίας Common Rail – Έλεγχος πίεσης.

Για να ελέγχει ο εγκέφαλος (ECM) σωστά τη βαλβίδα ελέγχου πίεσης, μετράει τηνπίεση καυσίμου μέσω ενός αισθητήρα πίεσης (β).



45

Η μπίλια της βαλβίδας πιέζεται από την υψηλή πίεση του συσσωρευτή πίεσης.Αυτή η δύναμη αντισταθμίζεται από το ελατήριο και τον ηλεκτρομαγνήτη. Η δύναμηπου δημιουργείται είναι αποτέλεσμα του ρεύματος ενεργοποίησης. Έτσι μίαμεταβολή ρεύματος επιτρέπει τη ρύθμιση της πίεσης στο συσσωρευτή πίεσης σεπροκαθορισμένη τιμή. Η μεταβολή του ρεύματος επιτυγχάνεται με παλμούςμεταβλητού μεγέθους (PWM).

5. Κύκλωμα αξιολόγηση6. Διάφραγμα και αισθητήρας7.Οπή στραγγαλισμού8.Βαλβίδα με μπίλια9. Ηλεκτρική σύνδεση

1. Αισθητήρας πίεσης σωλήναυψηλής πίεσης

2. Σωλήνας υψηλής πίεσης3. Βαλβίδα ελέγχου πίεσης4. Ηλεκτρική σύνδεση

Μέρη & λειτουργία Common Rail – Βαλβίδα ελέγχου πίεσης.

Βαλβίδα ελέγχουπίεσηςΑισθητήρας πίεσης



46

Ρελαντί (800rpm) :Σε λειτουργία≒ 45% Πίεση συσσωρευτή≒ 270bar

Με φορτίο (4500rpm):Σε λειτουργία≒ 35% Πίεση συσσωρευτή

≒1350bar

Κύκλος λειτουργίας βαλβίδας ελέγχου πίεσης 5 – 95%

Μέρη & λειτουργία Common Rail – Βαλβίδα ελέγχου πίεσης.



47

α) Έλεγχος στην πλευρά υψηλής πίεσης.Σε τέτοια συστήματα η πίεση στο συσσωρευτή πίεσης ελέγχεται στην πλευράυψηλής πίεσης από μία βαλβίδα ρύθμισης πίεσης. Το καύσιμο που δενχρειάζεται στον ψεκασμό επιστρέφει πίσω στο κύκλωμα χαμηλής πίεσης μέσωτης βαλβίδας ελέγχου πίεσης. Αυτή η διάταξη επιτρέπει στην άμεση αντίδρασητου συστήματος ώστε να διατηρείται η επιθυμητή πίεση. Η βαλβίδα ρύθμισηςπίεσης υιοθετήθηκε στα πρώτα συστήματα common rail και βρίσκεταισυνήθως πάνω στο συσσωρευτή πίεσης και καμιά φορά πάνω στην αντλία.

1. Αντλία υψηλής πίεσης2. Εισαγωγή καυσίμου3. Επιστροφή καυσίμου4. Βαλβίδα ρύθμισης πίεσης5. Αγωγός ψεκασμού (Rail)6. Αισθητήρας πίεσης7. Σύνδεση με αγωγό προς

τα μπεκ8. Σύνδεση με αγωγόεπιστρεφόμενων

Περιγραφή λειτουργίας Common Rail – Έλεγχος πίεσης.

Βαλβίδα ρύθμισης πίεσης



48

Ένας άλλος τρόπος για τον έλεγχο της πίεσης του rail αποτελεί ο έλεγχος τηςπαροχής. Η μετρητική μονάδα (10) η οποία βρίσκεται στο κύκλωμα χαμηλήςπίεσης της αντλίας καθορίζει την ποσότητα έτσι ώστε να διατηρείται η πίεση στοεπιθυμητό αποτέλεσμα. Σε περίπτωση σφάλματος, επεμβαίνει η βαλβίδαυπερπίεσης ώστε να μην ξεπεραστεί το άνω όριο πίεσης. Ο έλεγχος της παροχής καυσίμου μειώνει την ποσότητα του καυσίμου καιπεριορίζει την απαιτούμενη ισχύ από την αντλία. Έτσι το σύστημα συμβάλει στηνοικονομικότερη λειτουργία του οχήματος. Παράλληλα μειώνεται και η θερμοκρασίατου επιστρεφομένου καυσίμου προς το ρεζερβουάρ.

1. Αντλία υψηλής πίεσης2. Εισαγωγή καυσίμου3. Επιστροφή καυσίμου5. Αγωγός ψεκασμού (Rail)6. Αισθητήρας πίεσης7. Σύνδεση με αγωγό προς μπεκ9. Βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης10. Μετρητική μονάδα

β) Έλεγχος παροχής.Περιγραφή λειτουργίας Common Rail – Έλεγχος πίεσης.

Βαλβίδα ελέγχου παροχής

Βαλβίδα υπερπίεσης



49

Συνδυασμός ελέγχου πίεσης κατά την παροχή καυσίμου μέσω της μετρητικήμονάδας και έλεγχος στο τμήμα υψηλής πίεσης μέσω της βαλβίδας ελέγχουπίεσης. Ωφέλεια από τα πλεονεκτήματα των δύο προηγουμένων συστημάτων.

1. Αντλία υψηλής πίεσης2. Εισαγωγή καυσίμου3. Επιστροφή καυσίμου5. Αγωγός ψεκασμού (Rail)6. Αισθητήρας πίεσης7. Σύνδεση με αγωγό προς μπεκ10. Μετρητική μονάδα11. Βαλβίδα ρύθμισης πίεσης

γ) Συνδυασμός ελέγχου παροχής & υψηλής πίεσης.Περιγραφή λειτουργίας Common Rail – Έλεγχος πίεσης.

Βαλβίδα ελέγχου παροχής

Βαλβίδα ρύθμισης πίεσης



50

Κύρια λειτουργία:① Σε περίπτωση που η πίεση στον συσσωρευτή

πίεσης υπερβεί την τιμή του ανώτατου ορίου τότεανοίγει η βαλβίδα ασφαλείας και μέρος από τοκαύσιμο φεύγει από την θυρίδα διαφυγής.② Ανώτατο όριο: 1,750 bar (για πίεση 1350 bar)

① Σύνδεση υψηλής πίεσης② Αγωγός ροής③ Έμβολο④ Ελατήριο⑤ Επιστροφή καυσίμου

①⑤ ②③④Όταν η πίεση στον συσσωρευτή καυσίμου φθάσειτην τιμή του ανωτάτου ορίου, τότε το έμβολο ωθείταιπρος τα πάνω λόγω της μεγάλης πίεσης που ασκείτο καύσιμο με αποτέλεσμα την διαφυγή ποσότηταςκαυσίμου στην επιστροφή. Με αυτόν τον τρόπο ηπίεση στον συσσωρευτή καυσίμου επανέρχεται σεφυσιολογικά επίπεδα.

Μέρη & λειτουργία Common Rail – Βαλβίδα ασφαλείας.



51

Τα μπεκ ψεκάζουν στους κυλίνδρους τηκατάλληλη ποσότητα καυσίμου τη σωστήστιγμή. Για να γίνει αυτό τα μπεκενεργοποιούνται από τον εγκέφαλο (ECM).Το μπεκ έχει μία ηλεκτρομαγνητική ήπιεζοηλεκτρική βαλβίδα. Είναι ένα εξάρτημακατεργασμένο με μεγάλη ακρίβεια. Ηβαλβίδα, η βελόνα και ο ηλεκτρομαγνήτηςβρίσκονται μέσα στο σώμα του μπεκ. Τοκαύσιμο εισέρχεται υπό υψηλή πίεση στηνεισαγωγή του στο θάλαμο ελέγχου. Μέσα στομπεκ η πίεση είναι η ίδια με του συσσωρευτήπίεσης και το καύσιμο ψεκάζεται μέσω τουακροφυσίου στο θάλαμο καύσης. Ηπλεονάζουσα ποσότητα καυσίμου ρέει πίσωστο ρεζερβουάρ μέσω της γραμμήςεπιστροφής. Ο κόφτης και το cut – off (κατόφ) επιτυγχάνονται μέσω του ελέγχου τωνμπεκ από τον εγκέφαλο (ECM).

Ψεκασμός καυσίμου – Μπεκ.



52

Solenoid

Inline Piezo

Actuator

Είδη εγχυτήρων – μπεκ & πιέσεις λειτουργίας.Είδη εγχυτήρων – μπεκ:

1.Ηλεκτρομαγνητικά ή ηλεκτροϋδραυλικά (electro– hydraulic solenoid)2.Πιεζοηλεκτρικά ή πιεζοκρυσταλλικά(piezo crystal electric)3.Οι δύο προηγούμενοι τύποι με μηχανισμόενίσχυσης (Hydraulicaly Amplified Diesel Injector – HADI)



53

Ψεκασμός καυσίμου – Μέρη &λειτουργία μπεκ.

ΜΕΡΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΜΠΕΚ Common Rail Injector cataniar.flv



54

1. Επιστροφή καυσίμου2. Ελατήριο βαλβίδας3. Πηνίο4. Σύνδεση υψηλής πίεσης5. Οπλισμός βαλβίδας6. Μπίλια βαλβίδας (0,7 mm)7. Οπή στραγγαλισμού, έξοδος8. Θάλαμος ελέγχου9. Οπή στραγγαλισμού, είσοδος10. Έμβολο χειρισμού βαλβίδας11. Βελόνα μπεκ12. Ακροφύσιο μπεκ

Ψεκασμός καυσίμου – Μέρη μπεκ.



55

Αρχή ψεκασμού

Ο ψεκασμός ξεκινά με εντολή του εγκεφάλουτου κινητήρα. Γι’ αυτό ενεργοποιεί τη μαγνητικήβαλβίδα του μπεκ. Όταν η δύναμη του μαγνήτηυπερβεί τη δύναμη του ελατηρίου τηςμαγνητικής βαλβίδας, τότε το ωστήριο τηςβαλβίδας κινείται προς τα πίσω και ανοίγει μετον τρόπο αυτό τον στραγγαλιστή εξόδου. Τοκαύσιμο στο θάλαμο ελέγχου της βαλβίδας ρέειμέσω του στραγγαλιστή προς την επιστροφή. Ο στραγγαλιστής εισόδου εμποδίζει μιαγρήγορη εξισσορρόπηση πιέσεων μεταξύ τουδικτύου υψηλής πίεσης και του θαλάμουελέγχου της βαλβίδας. Η πίεση που επιδράαυτή τη στιγμή στην άνω επιφάνεια τουεμβόλου είναι μικρότερη από την υψηλή πίεσητου καυσίμου που επιδρά πάνω στην βελόναψεκασμού. Έτσι ανασηκώνεται η βελόναψεκασμού και ο ψεκασμός ξεκινά.

Ψεκασμός καυσίμου – Λειτουργία μπεκ.



56

A = Ρεύμα ελέγχουa = Ρεύμα ελέγχουηλεκτροβαλβίδας

B = Διαδρομή σε mm b = Διαδρομή ανύψωσηςβαλβίδας

C = Υψηλή πίεσηc1 = Πίεση στο θάλαμοελέγχου

c2 = Πίεση στο θάλαμοανύψωσης της βελόνας

D = Σχέση ψεκασμούd = Ψεκασμός

Ψεκασμός καυσίμου – Ακολουθία χρονισμού μπεκ.

Τάση ενεργοποίησης: 80 V Ένταση ενεργοποίησης: 20 Α Ένταση συγκράτησης: 12 ΑΔιαδρομή Βαλβίδας: 0,050 mm Χρόνος ενεργοποίησης: 0,030 ms



57

Τέλος ψεκασμού

Ο ψεκασμός τελειώνει, όταν η μαγνητική βαλβίδατου μπεκ δεν ενεργοποιείται πλέον από τονεγκέφαλο του κινητήρα. Η μαγνητική βαλβίδα δεντροφοδοτείται με ρεύμα. Το ελατήριο τηςβαλβίδας πιέζει το ωστήριο της μαγνητικήςβαλβίδας πάλι προς τα κάτω και κλείνει τονστραγγαλιστή εξόδου. Στο θάλαμο ελέγχου τηςβαλβίδας ανεβαίνει η πίεση καυσίμου στην τιμήπίεσης του συσσωρευτή καυσίμου. Η πίεση στοθάλαμο ελέγχου βαλβίδας είναι τώρα και πάλι ίσημε την πίεση στην βαλβίδα ψεκασμού. Αυτόσημαίνει, ότι οι πιέσεις στο κύκλωμα υψηλήςπίεσης και στο θάλαμο ελέγχου βαλβίδας είναι καιπάλι ίσες. Εξαιτίας της μεγαλύτερης επιφανειακήςπίεσης που επιδρά πάνω στο έμβολο ρύθμισης, κλείνει η βελόνα ψεκασμού. Ο ψεκασμός έτσιτελειώνει και το μπεκ βρίσκεται πάλι σεκατάσταση ηρεμίας.

Ψεκασμός καυσίμου – Λειτουργία μπεκ.



58

Χρόνος και δέσμη ψεκασμού καυσίμου ηλεκτρομαγνητικούμπεκ.



59

Τα ακροφύσια των μπεκ έχουν 5 - 8 οπές, με πολύ μικρή διάμετρο πουεπιτυγχάνεται με την τεχνική EDM (κατεργασία με ηλεκτρική εκκένωση)

Σύγκριση ακροφυσίων μπεκ ψεκασμού

ΜΠΕΚΜΠΕΚCOMMON RAILCOMMON RAIL

ΣΥΜΒΑΤΙΚΟΣΥΜΒΑΤΙΚΟΜΠΕΚΜΠΕΚ

Ψεκασμός καυσίμου – Μπεκ.



60

Ψεκασμός καυσίμου – Πιεζοηλεκτρικά μπεκ.



61

Ψεκασμός καυσίμου – Πιεζοηλεκτρικά μπεκ. Αρχή λειτουργίας.

Πιεζοηλεκτρικόςκρύσταλλος

Συμπεριφοράπιεζοηλεκτρικούκρυστάλλου ανάλογα μετην πολικότητα της τάσηςτροφοδοσίας.

Η διεύθυνση της ροής τουηλεκτρικού ρεύματος διαμέσουμιας «στιβάδας πιεζοηλεκτρικώνκρυστάλλων αντιστρέφεται γιανα γίνει μια πολύ γρήγορηαλλαγή στις διαστάσεις της.



62

Χρόνος και δέσμη ψεκασμού καυσίμουπιεζοηλεκτρικού μπεκ.



63


Χρονική ακολουθία ψεκασμού πιεζοηλεκτρικού μπεκ.



64


Μπεκ με μηχανισμό ενίσχυσης(Hydraulicaly amplifiedcommon rail – HADI)

Βάρος ηλεκτρομαγνητικού μπεκ: 490 gr

Βάρος πιεζοηλεκτρικού μπεκ: 270gr



65

Πλεονεκτήματα πιεζοηλεκτρικού μπεκ.

Χαμηλότερες έως και 20% εκπομπές ρύπων.Αύξηση κατά 5% της ιπποδύναμης.Χαμηλότερη έως και 3% κατανάλωση καυσίμου.Μείωση του θορύβου κατά 3db.




66

Σύγκριση ηλεκτρομαγνητικού & πιεζοηλεκτρικού Μπεκ.

Πηνίοηλεκτρομαγνήτη

Πιεζοηλεκτρικόστοιχείο

Βελόνα

Αποθήκη πίεσηςκαυσίμου

Ενισχυτήςκίνησης βελόνας

Βαλβίδα ελέγχου

Βοηθητικόκύκλωμα



67

Σύγκριση χρόνου και δέσμης ψεκασμού καυσίμουηλεκτρομαγνητικού & πιεζοηλεκτρικού μπεκ.



68

Συστήματα τροφοδοσίας κινητήρωνCOMMON RAIL

Τέλος ΕνότηταςΕυχαριστώ για την προσοχή σας

Συστήματατροφοδοσίαςκινητήρων1epal-n-filad.att.sch.gr/files/common_rail.pdf ·...

Documents

Transcript of Συστήματατροφοδοσίαςκινητήρων1epal-n-filad.att.sch.gr/files/common_rail.pdf ·...