Bez wtryskiwacza elektromagnetycznego Common Rail by nie działał – wtryski Bosch

Bosch to jedna z najbardziej znanych i renomowanych marek w dziedzinie technologii wtrysku paliwa, która produkuje wtryskiwacze paliwa i pompy wtryskowe do samochodów, ciężarówek i innych pojazdów. Wtryski Bosch są cenione przez producentów samochodów i mechaników za swoją niezawodność, wydajność i precyzję działania. Firma Bosch oferuje szeroki wybór wtryskiwaczy i pomp wtryskowych, które są dostosowane do różnych rodzajów silników i potrzeb użytkowników. Wtryski Bosch są często stosowane w systemach Common Rail, co pozwala na bardziej precyzyjne dawkowanie paliwa do komory spalania, co z kolei prowadzi do większej wydajności i niższych emisji. Wtryski Bosch są również produkowane z myślą o oszczędności paliwa i zmniejszeniu wpływu na środowisko naturalne, co przyczynia się do ich popularności wśród kierowców i producentów samochodów.

1. Skład elementów systemu wysokiego ciśnienia układu Common Rail 

Obwód wysokiego ciśnienia układu wtryskowego CR można podzielić na trzy bloki funkcjonalne: wytwarzania ciśnienia, przechowywania ciśnienia oraz dawkowania paliwa. Wysokie ciśnienie jest wytwarzane przez pompę, gdzie jest przechowywane w zasobniku, w który są wkręcone: czujnik ciśnienia paliwa w zasobniku i zawór regulacyjny lub zawór redukujący ciśnienie. Właściwą dawkę wtrysku w odpowiednim momencie, zapewniają wtryskiwacze. Wszystkie elementy objęte wysokim ciśnieniem są ze sobą połączone za pomocą przewodów wysokiego ciśnienia.

Cały obwód wysokiego ciśnienia systemu Common Rail (komponenty systemu):

2. Wtryskiwacze

W układach wtryskowych systemu Common Rail, wtryskiwacze są połączone z zasobnikiem paliwa za pomocą krótkich przewodów wysokiego ciśnienia. W celu uszczelnienia wtryskiwacza w komorze spalania stosuje się miedzianą uszczelkę. Wtryskiwacze są z reguły zamontowane do głowicy za pomocą jarzma dociskowego. W zależności od rozpylacza, wtryskiwacz może nadawać się do umieszczenia go w pozycji pionowej bądź skośnej w komorze spalania silnika wysokoprężnego o wtrysku bezpośrednim. Bardzo charakterystyczną cechą tego układu jest to, że wytwarza on wysokie ciśnienie wtrysku niezależnie od prędkości obrotowej silnika diesla, a także dawki paliwa. Elektronicznie sterowany wtryskiwacz reguluje początek wtrysku a także wielkość dawki paliwa. Moment wtrysku jest sterowany przez kątowo-czasowy obwód układu regulacji EDC. W związku z tym, potrzebne są dwa czujniki prędkości obrotowej: jeden na wale korbowym do pomiaru prędkości obrotowej silnika a drugi na wale rozrządu, który ma na celu rozpoznawać cylindry. W celu zmniejszenie emisji spalin, hałasu a także zużycia paliwa, od wtryskiwaczy wymaga się wtryskiwanie bardzo małych objętościowo dawek wstępnych oraz małych dawek dotrysku (wtrysk wielokrotny).
W silnikach można spotkać trzy rodzaje wtryskiwaczy:
- elektromagnetyczne z jednoczęściową kotwicą,
- elektromagnetyczne z dwuczęściową kotwicą,
- piezoelektryczne.

Przegląd generacji układów wtryskowych:

3. Części wtryskiwacza elektromagnetycznego Bosch Common Rail

Budowa:
Wtryskiwacz elektromagnetyczny złożony jest z:
- rozpylacza otworowego,
- hydraulicznego układu wspomagającego,
- zaworu elektromagnetycznego.

A – wtryskiwacz zamknięty
B – wtryskiwacz otwarty
1. Króciec przelewu paliwa,
2. Złącze elektryczne,
3. Cewka elektromagnesu,
4. Złącze dopływu paliwa wysokiego ciśnienia z zasobnika,
5. Kulka kotwicy zaworu,
6. Dławik odpływowy,
7. Dławik dopływu,
8. Komora sterująca zaworu,
9. Tłoczek sterujący,
10. Kanał dopływu paliwa do rozpylacza,
11. Igła rozpylacza

4. Jak i dlaczego działa wtryskiwacz Common Rail Bosch w odróżnieniu od wtrysku Delphi

W trakcie pracy wtryskiwacza, silnika oraz pompy wysokiego ciśnienia, możemy wymienić cztery stany pracy:
- wtryskiwacz zamknięty (znajduje się pod wysokim ciśnieniem),
- otwieranie się wtryskiwacza (początek wtrysku),
- wtryskiwacz całkowicie otwarty,
- zamykanie się wtryskiwacza (koniec wtrysku).
Powyższe stany zależne są głównie od rozkładu sił działających na elementy wtryskiwacza. Gdy silnik nie pracuje, a w zasobniku nie ma wysokiego ciśnienia, siła sprężyny powoduje, że rozpylacz wtryskiwacza jest zamknięty.

Kiedy jest wtryskiwacz zamknięty

W związku z brakiem przepływu prądu przez zawór elektromagnetyczny, wtryskiwacz jest zamknięty. Gdy dławik jest zamknięty, kulka kotwicy jest dociskana przez siłę działania sprężyny zaworu do gniazda dławika odpływu. W komorze sterującej panuje wysokie ciśnienie (proporcjonalne do ciśnienia w zasobniku), oraz w komorze rozpylacza. Działająca na powierzchnię czołową tłoczka sterującego siła wynikająca z ciśnienia paliwa w zasobniku oraz siła sprężyny rozpylacza, skierowane przeciwnie do siły działającej na odsadzenie, utrzymują igłę w położeniu odpowiadającym zamknięciu rozpylacza.

Jak przebiega otwieranie się wtryskiwacza

W momencie, gdy przez cewkę zaworu elektromagnetycznego zaczyna płynąć prąd, wywołuje on szybkie otwarcie tego zaworu. By uzyskać bardzo krótkie czasy otwarcia, stosuje się odpowiednie sterowanie oraz wysokie napięcie. Siła generowana przez elektromagnes pokonuje siłę działającą przez sprężynę co powoduje, że kotwica otwiera dławik odpływu. Siła magnetyczna włączonego elektromagnesu jest znacznie większa, niż sprężyny zaworu. Kotwica unosi kulkę zaworu i otwiera dławik odpływu. Wkrótce następuje spadek napięcia prądu do wartości zapewniającej utrzymanie elektromagnesu w położeniu otwarcia. Z chwilą otwarcia dławika odpływu paliwo może przepłynąć z komory sterującej zaworu do leżącej powyżej przestrzeni, a następnie przez kanał przelewu do zbiornika. Ciśnienie w komorze spada, zaś dławik dopływu uniemożliwia całkowite wyrównanie ciśnienia. Ciśnienie w komorze sterującej staje się mniejsze niż ciśnienie w komorze rozpylacza, w której nadal panuje wysokie ciśnienie z zasobnika paliwa. Zmniejszone ciśnienie w komorze sterującej zmniejsza siłę działającą na tłoczek sterujący, igła rozpylacza zostaje uniesiona i rozpoczyna się wtrysk paliwa.

Sposób przebiegu całkowitego otwarcia wtryskiwacza Common Rail.

Szybkość ruchu igły rozpylacza jest zależna od różnicy intensywności przepływu między dławikiem dopływu i dławikiem odpływu. Rozpylacz jest wtedy całkowicie otwarty co powoduje że wtryskiwacz dostarcza paliwo do komory spalania pod ciśnieniem proporcjonalnym do ciśnienia panującego w zasobniku. Czas z kolei podawania dawki jest zależny od czasu włączenia zaworu elektromagnetycznego.

Zamykanie się wtryskiwacza (koniec wtrysku paliwa)

W momencie zaniku prądu w uzwojeniu sterującym zaworu elektromagnetycznego kotwica jest dociskana w dół siłą działania sprężyny zaworu i kulka zamyka dławik odpływu. W wyniku zamknięcia dławika odpływu paliwo przepływające przez dławik dopływu ponownie zwiększa ciśnienie w komorze sterującej wyrównując w niej ciśnienie do takiego, jakie panuje w zasobniku paliwa. Zwiększone ciśnienie wywiera większą siłę na tłoczek sterujący. Oddziaływanie siły pochodzącej od ciśnienia paliwa w komorze sterującej oraz siły sprężyny jest wówczas większe niż siły wytworzonej przez ciśnienie w komorze ciśnieniowej rozpylacza i następuje zamknięcie otworów wtryskowych przez igłę rozpylacza. Wtrysk kończy się w chwili, gdy igła rozpylacza osiągnie położenie dolnego zderzaka. Opisane pośrednie sterowanie igły rozpylacza przez hydrauliczny układ wspomagający zastosowano dlatego, że zawór elektromagnetyczny nie jest w stanie samodzielnie wytworzyć sił niezbędnych do uniesienia igły rozpylacza. Niezbędna do wspomagania hydraulicznego dodatkowa tzw. dawka sterująca, powiększająca wymaganą dawkę wtrysku, jest odprowadzana przez dławiki komory sterującej do kanału przelewu paliwa.

5. Teoria charakterystyki dawki wtryskiwacza

Charakterystyki z zakresem spłaszczenia dawki.

Na charakterystyce wtryskiwaczy rozróżnia się pracę balistyczną i niebalistyczną. W przypadku dostatecznie długiego czasu włączenia wtryskiwacza podczas ruchu pojazdu, połączenie tłoczka zaworu z igłą rozpylacza osiąga położenie zderzaka hydraulicznego. Obszar do chwili osiągnięcia przez igłę rozpylacza maksymalnego skoku przedstawia zakres balistyczny. W polu charakterystyki dawki, na której naniesiono dawkę wtrysku w funkcji odpowiedniego czasu włączenia zakresy balistyczne i niebalistycznie rozdziela załamanie charakterystyki. Kolejną właściwością charakterystyki dawki jest spłaszczenie (plateau), które występuje przy krótkich czasach włączenia na skutek uderzeń kotwicy elektromagnesu podczas otwierania. W tym zakresie dawka wtrysku jest niezależna od czasu włączenia, dzięki czemu można wytwarzać małe dawki wtrysku w sposób stabilny. Dopiero po zakończonym uderzeniu kotwicy uzyskuje się liniowy wzrost dawki wtrysku w funkcji czasu włączenia. Wtryski o mniejszej dawce są wtryskami wstępnymi stosowanymi w celu zmniejszenia hałasu. Dotryski natomiast służą polepszeniu utleniania sadzy w wybranych zakresach pracy silnika.

Charakterystyki bez zakresu spłaszczenia

Wysokie wymagania dotyczące czystości spalin spowodowały, że konieczne stało się stosowanie dwóch dodatkowych funkcji układu: wyrównania dawki wtryskiwacza (IMA) i kalibracji dawki zerowej (NMK) oraz krótkich odległości kątowych między wtryskiem wstępnym, zasadniczym i dotryskiem. Dla wtryskiwaczy bez zakresu spłaszczenia dawki dzięki funkcji IMA w stanie nowym można ustawić dokładnie dawkę wtrysku wstępnego. Za pomocą funkcji NMK można skorygować odchylenia dawki w dolnym zakresie ciśnienia w zależności od czasu pracy. Założeniem koniecznym do zastosowania obu podanych funkcji układu jest stały, liniowy wzrost dawki, tzn. brak zakresu spłaszczenia na charakterystyce dawki. W przypadku dodatkowo występującego połączenia tłoczka zaworu z igłą rozpylacza podczas pracy nominalnej, to w tym przypadku chodzi o w pełni balistyczną pracę tłoczka zaworu bez załamania charakterystyki dawki.

Wykres:

6. Rodzaje wtryskiwaczy Common Rail Bosch

Z racji różnego sposobu działania zaworu elektromagnetycznego, wtryskiwacze możemy podzielić na:
- wtryskiwacze z jednoczęściową kotwicą (jednosprężynowe),
- wtryskiwacze z dwuczęściową kotwicą (dwusprężynowe).
Krótkie odstępy kątowe między wtryskami są realizowane dzięki temu, że kotwica po zamknięciu wraca bardzo szybko do położenia spoczynkowego. Najlepiej realizuje to kotwica dwuczęściowa ze zderzakowym ogranicznikiem skoku. W trakcie zamykania płytka kotwicy przesuwa się w dół przez zamek kształtowy. Zderzak ogranicza przegięcie sprężyste płytki kotwicy, zapewniając szybsze przemieszczenie całej kotwicy do położenia wyjściowego. Rozdzielenie mas kotwicy oraz odpowiedni dobór parametrów umożliwiają krótsze uderzenia kotwicy przy zamykaniu. Dzięki temu kotwica dwuczęściowa umożliwia uzyskanie mniejszych odstępów między dwoma wtryskami.

Włączanie i praca wtryskiwacza elektromagnetycznego Common Rail Bosch
 

Gdy przez uzwojenie zaworu elektromagnesu nie przepływa prąd, jest on zamknięty. Wtryskiwacz może pracować dopiero po otwarciu się właśnie tego zaworu elektromagnetycznego. Sama procedura włączenia jest podzielona na trzy fazy:
Żeby zawór elektromagnetyczny mógł się otworzyć, potrzebny jest nagły prąd, dokładnie zdefiniowany według krzywej do wartości ok. 20 A. W celu uzyskania małych tolerancji a także dużej powtarzalności, zwiększa się napięcie do 50 V. Podwyższone napięcie w sterowniku jest magazynowane w kondensatorze.
W trakcie tej fazy, zawór elektromagnetyczny jest zasilany napięciem z akumulatora. Prąd zasilania jest ograniczony przez układ regulacji do ok. 20 A.
Podczas fazy prądu podtrzymania prąd sterujący zmniejsza się do ok. 13 A w celu zmniejszenia strat mocy w sterowniku i we wtryskiwaczu. Spadek wartości prądu przyciągania do wartości prądu podtrzymania powoduje wyzwolenie energii elektromagnetycznej zmagazynowanej w kondensatorze.
W chwili gdy prąd zanika, by umożliwić zamknięcie zaworu elektromagnetycznego wytwarza się energia elektromagnetyczna która również trafia do kondensatora.

Za doładowanie energii kondensatora odpowiedzialny jest wzmacniacz napięcia, wbudowany w sterownik. Już w momencie gdy zaczyna się faza otwierania zaworu elektromagnetycznego, kondensator jest już uzupełniany do wartości pierwotnej, wymaganej dla otwarcia zaworu elektromagnetycznego.
Wszystkie wtryskiwacze elektromagnetyczne Cr możemy regenerować, naprawiać w najnowszej technologii (trzecia faza, 3 – stopień regeneracji wtrysków) lidera rynku Common Rail firmę Bosch. Zadzwoń zapytaj o szczegóły w naszym serwisie wtryskiwaczy.