Zastosowanie Common Rail

Zasobnikowe systemy wtrysku oleju napędowego Common Rail firmy Bosch, dają dużą elastyczność w ich zastosowaniu do silników wysokoprężnych. Zaleta tego systemu jest możliwość utrzymania stałej wartości wysokiego ciśnienia w zasobniku paliwa, dzięki czemu moment wtrysku oraz dawka paliwa mogą być swobodnie kształtowane.

Cechami szczególnymi systemu są;

- możliwość zastosowania systemu w różnych pod względem mocy silnikach do samochodów osobowych, ciężarowych oraz statków do mocy 200 kW/cyl.).

- wysokie maksymalne ciśnienie robocze do 160MPa.

- swobodne kształtowanie momentu wtrysku oraz dawki paliwa.

- możliwość wprowadzenia wtrysku wstępnego, głównego oraz dotrysku.

- regulacja ciśnienia paliwa do aktualnego obciążenia silnika.

Wytwarzanie ciśnienia i wtrysk

W systemach Common Rail ciśnienie paliwa jest wytwarzane przez pompę wysokiego ciśnienia niezależnie od prędkości obrotowej silnika oraz dawki wtryskiwanego paliwa. W zasobniku paliwa olej napędowy pod wysokim ciśnieniem w każdej chwili gwarantuje zasilanie wtryskiwaczy w celu wytworzenia odpowiedniej dawki paliwa. Dawka paliwa, początek wtrysku oraz ciśnienie paliwa obliczane jest na podstawie informacji z czujników przez sterownik. Wtryskiwacze ze zintegrowanymi zaworami elektromagnetycznymi wysterowane są indywidualnie przez sterownik.

Elektronika

Elektronikę w systemach Common Rail dzielimy na trzy grupy:

- czujniki

- sterownik

- elementy wykonawcze

Sterownik na podstawie informacji z czujników (np. czujnik prędkości obrotowej silnika i położenia walu korbowego, czujnik ciśnienia paliwa w zasobniku, czujnik przepływu masy powietrza, czujnik położenia pedału przyspieszenia) wylicza parametry dla sygnałów do wysterowania elementów wykonawczych (np. wtryskiwacze, zawór recyrkulacji spalin). Szyna danych CAN transmisji szeregowej umożliwia wymianę informacji w sposób cyfrowy pomiędzy układem Common Rail a innymi elektronicznymi systemami w pojeździe (np. ABS, ASR, automatyczna skrzynia biegów). Sterownik posiada dodatkowo system diagnostyki, który jest dostępny dla specjalizowanych testerów usterek przez złącze diagnostyczne. Przy użyciu specjalizowanego testera usterek warsztat samochodowy może odczytać takie informacje jak: kody usterek, podgląd parametrów pracy silnika.

Stopień sprężania silnika jest to stosunek objętości powietrza w cylindrze silnika na końcu suwu ssania do objętości powietrza na końcu suwu sprężania. Ściślej to stosunek objętości cylindra silnika w DMP do objętości silnika w GMP. (dolne/górne martwe położenie)

Mieszanka jest idealna (stechiometryczna) jeśli w mieszance jest dokładnie tyle powietrza, ile potrzeba do całkowitego spalenia danej ilości paliwa. Przykładowo, dla benzyny stosunek ten wynosi około 14.7(masa powietrza): 1(masa paliwa). Dzięki temu uzyskuje się najmniejsze stężenia toksycznych składników spalin i wysoką skuteczność działania katalizatorów spalin. Szczególnie istotny jest tu współczynnik nadmiaru powietrza(λ=m_rz/m_t), którego wartość powinna być możliwie bliska jedności. Jeśli powietrza wykorzystywanego do spalania jest więcej od ilości stechiometrycznej, to współczynnik λ > 1 (mieszanka uboga), jeśli mniej, to λ < 1 (mieszanka bogata).

Mieszanina heterogeniczna – mieszanina, w której poszczególne składniki, mimo że zmieszane, położone są w odrębnych obszarach, które można rozróżnić.

Mieszanina homogeniczna – mieszanina, w której poszczególne składniki są równomiernie wymieszane, nawet w skali molekularnej, np. powietrze, roztwory.

Mieszanka Uwarstwiona Podgrzewająca Katalizator Taki rodzaj zasilania o dwufazowym wtrysku umożliwia szybkie nagrzanie układu wylotowego, lecz można wykorzystywać go tylko wtedy, gdy układ wylotowy jest do tego odpowiednio przystosowany.

Kąt wyprzedzenia zapłonu jest to kąt o który obróci się wał korbowy od chwili zapłonu mieszanki od iskry na świecy do chwili dojścia tłoka do GMP. Kąt ten, zatem określa położenie wału korbowego przed GMP w momencie zapłonu.

Siły gazowe-obciążają tłok, lecz o okresie równym czasowi dwóch obrotów wału korbowego. Siła gazowa działająca na tłok zależy od wielu czynności: *stopnia sprężania *ciśnienia doładowania (turbo sprężarka) *sprawność napełniania cylindra (straty przepływu) *kąta wyprzedzenia zapłonu *jakości przygotowanej mieszanki paliwo-powietrze lub samego paliwa.

Spalanie stukowe (detonacyjne) - zjawisko nieprawidłowego, nierównomiernego, wybuchowego spalania paliw w silnikach tłokowych o zapłonie iskrowym.

Podczas spalania stukowego w momencie zapłonu iskra zapala mieszankę w okolicy świecy, co powoduje jednocześnie sprężenie pozostałego ładunku w komorze spalania. Wzrost ciśnienia oraz podwyższona temperatura wywołuje samozapłon i gwałtowne spalenie się mieszanki w przeciwległym końcu komory. Proces ma charakter detonacyjnej reakcji łańcuchowej i spalanie następuje nieprawidłowo, z wielokrotnie większą prędkością przekraczającą 1000 m/s. Wywołuje to charakterystyczny stuk. Spalanie stukowe znacznie obciąża cieplnie oraz mechanicznie tłok, korbowód i inne elementy silnika.

Przyczyny np.: zbyt wysoki stopień sprężania, za wczesny zapłon, za mała liczba oktanowa paliwa, przegrzanie silnika, za małe zawirowanie mieszanki w komorze spalania, duże napełnianie cylindra.

Budowa układu chłodzenia silnika

Układ chłodzenia silnika ma za zadanie ochładzanie silnika, przy czym ciepło z silnika oddawane jest do otaczającego powietrza. Ciepło powstające podczas pracy silnika może być też jednocze­śnie wykorzystywane do ogrzewania wnętrza pojazdu. Układ chło­dzenia silnika i instalacja klimatyzacyjna są dwoma oddzielnymi systemami, które jednak wpływają na siebie.

Obieg płynu chłodzącego

Poszczególne elementy obiegu płynu chło­dzącego połączone są ze sobą wężami i tworzą zamknięty system. W systemie tym cyrkuluje płyn chłodzący tłoczony przez pompę napędzaną mechanicznie albo ele­ktrycznie. Ciepło powstające przy spalaniu paliwa, przenikające do części i zespołów silnika, przejmowane jest przez płyn chło­dzący. Następnie, dzięki cyrkulacji płynu w obiegu, ciepło to jest w chłodnicy odbierane przez powietrze zewnętrzne, co z kolei powoduje ochłodzenie płynu chłodzącego. Jeden albo więcej wentylatorów (napędza­nych mechanicznie albo elektrycznie), umieszczonych przed albo za chłodnicą, wspierają proces ochładzania płynu. Jest to szczególnie Istotne podczas wolnej jazdy albo postoju pojazdu. W celu utrzymania stosunkowo stałej temperatury płynu chło­dzącego wzgl. silnika, przepływ płynu chło­dzącego regulowany jest przez termostat.

Układ chłodzenia

Układ chłodzenia pełni w naszym aucie niezwykle ważną rolę. Warto zrozumieć jego zasadę działania aby szybko i trafnie reagować na wszelkie anomalie pracy, które mogą okazać się brzemienne w skutkach...

W lecie układ chłodniczy zabezpiecza silnik przed przegrzaniem . Zimą – gwarantuje optymalną temperaturę pracy, ogrzewa przedział pasażerski samochodu i podgrzewa niektóre elementy wyposażenia dodatkowego – takie jak na przykład reduktor w instalacji gazowej. Trudno zapomnieć o wpływie układu chłodzenia na bezpieczeństwo jazdy – to dzięki niemu w czasie jazdy mamy odparowane, czy odszronione szyby. Sprawność układu chłodzenia wpływa na jeszcze jeden element – ekonomikę eksploatacji. Od tego jak szybko silnik osiąga optymalną temperaturę pracy i czy w ogóle ją osiąga zależy zużycie paliwa. W skrajnych przypadkach zimą, oszczędności można mierzyć w litrach na każde sto kilometrów!

Zasada działania
W większości samochodów producenci stosują wymuszony obieg cieczy chłodzącej. Ciecz poruszana specjalną pompą krąży w tzw. płaszczu wodnym bloku silnika, przepływa przez kanały „wodne” w głowicy, dociera do nagrzewnicy wnętrza i oczywiście do chłodnicy. Obszar „silnik – nagrzewnica” nazywamy obiegiem małym, a obszar „silnik – chłodnica” – obiegiem dużym. Przepływ pomiędzy obiegiem małym i dużym reguluje termostat, czyli coś w rodzaju klapki, która otwiera się bądź zamyka w zależności od temperatury. Chodzi o to aby silnik maksymalnie szybko uzyskiwał optymalne warunki pracy, a później był skutecznie chroniony przed dalszym przegrzewaniem.
Większość układów chłodzenia jest hermetycznie zamknięta i pracuje pod odpowiednim ciśnieniem, które – podobnie jak w szybkowarach – podnosi temperaturę wrzenia płynu o kilka czy nawet kilkanaście stopni. Nic dziwnego, że czerwona kontrolka układu chłodzenia zapala się dopiero przy 110 czy nawet 120 stopniach. 

Komory spalania silników ZI.

Kształt komory spalania ma bardzo istotny wpływ na przebieg spalania, a co za tym idzie także na sprawność silnika i toksyczność spalin. Największym problemem w projektowaniu optymalnych kształtów komór spalania jest ograniczenie wartości dopuszczalnego stopnia sprężania, ze względu na niekorzystne zjawisko spalania stukowego (detonacji). Tak więc dobra komora powinna zapewniać:

- możliwie dużą moc silnika

- ograniczenie zjawiska spalania stukowego

- niskie jednostkowe zużycie paliwa

- małą toksyczność spalin

W praktyce można spotkać 4 typy komór spalania silników ZI:

1. KOMORA SPALANIA WANIENKOWA. Komory tego typu mają kształt zbliżony do odwróconej płaskiej wanny, w której dnie znajdują się gniazda zaworowe. Tego typu komory są stosowane zwłaszcza w silnikach o umiarkowanych stopniach sprężania.

2. PÓŁKULISTA KOMORA SPALANIA. Komory półkuliste umożliwiają stosowanie gniazd zaworów dolotowych o dużych średnicach, jednakże wymagają stosowania skomplikowanych mechanizmów rozrządu. Problemów tych nie mają silniki dwusuwowe i dlatego tego typu komory są tam często stosowane.

3. DASZKOWA KOMORA SPALINOWA. Kształt tej komory umożliwia stosowanie więcej niż dwóch zaworów na cylinder. Stosowane są głównie w silnikach o dużej objętości skokowej.

4. KLINOWA KOMORA SPALINOWA. Komory klinowe mają dobre właściwości przeciwstukowe, a co za tym idzie umożliwiają stosowanie dużego stopnia sprężania. Komory klinowe często stosowane są w silnikach widlastych. Istnieje kilka odmian tego typu komór, na rysunku a) przedstawiono wersję europejską, a na rysunkach b) i c) odmiany amerykańskie.