Χαρακτηριστικά της συσκευής και πλεονεκτήματα του συστήματος καυσίμων Common Rail

Στα σύγχρονα οχήματα χρησιμοποιούνται συστήματα ψεκασμού καυσίμου. Εάν νωρίτερα μια τέτοια τροποποίηση έγινε μόνο σε μονάδες ισχύος ντίζελ, σήμερα πολλοί βενζινοκινητήρες λαμβάνουν έναν από τους τύπους ψεκασμού. Περιγράφονται λεπτομερώς στο μια άλλη κριτική.

Τώρα θα επικεντρωθούμε στην ανάπτυξη, που ονομάζεται Common Rail. Ας δούμε πώς εμφανίστηκε, ποια είναι η ιδιαιτερότητά του, καθώς και ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του.

Τι είναι το Common Rail Fuel System

Το λεξικό μεταφράζει την έννοια του Common Rail ως "σύστημα καυσίμου συσσωρευτή". Η ιδιαιτερότητά του είναι ότι ένα μέρος του καυσίμου ντίζελ προέρχεται από μια δεξαμενή στην οποία το καύσιμο βρίσκεται υπό υψηλή πίεση. Η ράμπα βρίσκεται μεταξύ της αντλίας ψεκασμού και των εγχυτήρων. Η έγχυση πραγματοποιείται από τον εγχυτήρα ανοίγοντας τη βαλβίδα και το πεπιεσμένο καύσιμο απελευθερώνεται στον κύλινδρο.

Αυτός ο τύπος συστήματος καυσίμου είναι το τελευταίο βήμα στην εξέλιξη των κινητήρων ντίζελ. Σε σύγκριση με το αντίστοιχο βενζίνης, το ντίζελ είναι πιο οικονομικό, καθώς το καύσιμο εισάγεται απευθείας στον κύλινδρο και όχι στην πολλαπλή εισαγωγής. Και με αυτήν την τροποποίηση, η απόδοση της μονάδας ισχύος αυξάνεται σημαντικά.

Ο ψεκασμός καυσίμου common rail έχει βελτιώσει την απόδοση του αυτοκινήτου κατά 15%, ανάλογα με τις ρυθμίσεις του τρόπου λειτουργίας του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Σε αυτήν την περίπτωση, συνήθως μια παρενέργεια της οικονομίας του κινητήρα είναι η μείωση της απόδοσής του, αλλά στην περίπτωση αυτή, η ισχύς της μονάδας, αντίθετα, αυξάνεται.

Ο λόγος για αυτό έγκειται στην ποιότητα της διανομής καυσίμων μέσα στον κύλινδρο. Όλοι γνωρίζουν ότι η απόδοση ενός κινητήρα δεν εξαρτάται άμεσα τόσο από την ποσότητα του εισερχόμενου καυσίμου όσο από την ποιότητα της ανάμιξής του με τον αέρα. Δεδομένου ότι κατά τη λειτουργία του κινητήρα, η διαδικασία ψεκασμού πραγματοποιείται σε κλάσματα του δευτερολέπτου, είναι απαραίτητο το καύσιμο να αναμιγνύεται με τον αέρα το συντομότερο δυνατό.

Ο ψεκασμός καυσίμου χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση αυτής της διαδικασίας. Δεδομένου ότι η γραμμή πίσω από την αντλία καυσίμου έχει υψηλή πίεση, το καύσιμο ντίζελ ψεκάζεται πιο αποτελεσματικά μέσω των μπεκ ψεκασμού. Η καύση του μίγματος αέρα-καυσίμου γίνεται με μεγαλύτερη απόδοση, από την οποία ο κινητήρας επιδεικνύει αύξηση της απόδοσης αρκετές φορές.

Ιστορία

Η εισαγωγή αυτής της εξέλιξης ήταν η ενίσχυση των περιβαλλοντικών προτύπων για τους κατασκευαστές αυτοκινήτων. Ωστόσο, η θεμελιώδης ιδέα εμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του '60 του περασμένου αιώνα. Το πρωτότυπό του αναπτύχθηκε από τον Ελβετό μηχανικό Robert Huber.

Λίγο αργότερα, αυτή η ιδέα ολοκληρώθηκε από έναν υπάλληλο του Ελβετικού Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας, Marco Ganser. Αυτή η εξέλιξη χρησιμοποιήθηκε από υπαλλήλους της Denzo και δημιούργησε ένα σύστημα σιδηροδρόμων καυσίμων. Η καινοτομία έχει λάβει το απλό όνομα Common Rail. Τα τελευταία χρόνια της δεκαετίας του 1990, η ανάπτυξη εμφανίστηκε σε επαγγελματικά οχήματα με κινητήρες EDC-U2. Τα φορτηγά Hino (μοντέλο Rising Ranger) έλαβαν ένα τέτοιο σύστημα καυσίμων.

Κατά την 95η χρονιά, αυτή η ανάπτυξη έγινε επίσης διαθέσιμη σε άλλους κατασκευαστές. Οι μηχανικοί κάθε μάρκας τροποποίησαν το σύστημα και το προσαρμόστηκαν στα χαρακτηριστικά των δικών τους προϊόντων. Ωστόσο, ο Denzo θεωρείται πρωτοπόρος στην εφαρμογή αυτής της ένεσης στα αυτοκίνητα.

Αυτή η γνώμη αμφισβητείται από μια άλλη μάρκα, τη FIAT, η οποία το 1987 κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας έναν πρωτότυπο κινητήρα ντίζελ με άμεσο ψεκασμό (μοντέλο Chroma TDid). Την ίδια χρονιά, οι υπάλληλοι της ιταλικής ανησυχίας άρχισαν να εργάζονται για τη δημιουργία ηλεκτρονικής έγχυσης, η οποία έχει μια παρόμοια αρχή της εργασίας με μια κοινή ράγα. Είναι αλήθεια ότι το σύστημα ονομάστηκε UNIJET 1900cc.

Η σύγχρονη παραλλαγή έγχυσης λειτουργεί με την ίδια αρχή με την αρχική ανάπτυξη, ανεξάρτητα από το ποιος θεωρείται ο εφευρέτης του.

Κατασκευή

Εξετάστε τη συσκευή αυτής της τροποποίησης του συστήματος καυσίμου. Το κύκλωμα υψηλής πίεσης αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία:

• Μια γραμμή ικανή να αντέχει σε υψηλή πίεση, πολλές φορές ο λόγος συμπίεσης στον κινητήρα. Είναι κατασκευασμένο με τη μορφή μονοκόμματων σωλήνων στους οποίους συνδέονται όλα τα στοιχεία κυκλώματος.
• Η αντλία έγχυσης είναι μια αντλία που δημιουργεί την απαιτούμενη πίεση στο σύστημα (ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα, αυτή η ένδειξη μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 200 MPa). Αυτός ο μηχανισμός έχει πολύπλοκη δομή. Στο μοντέρνο σχεδιασμό του, το έργο του βασίζεται σε ένα ζεύγος εμβόλων. Περιγράφεται λεπτομερώς στο μια άλλη κριτική... Περιγράφεται επίσης η συσκευή και η αρχή λειτουργίας της αντλίας καυσίμου ξεχωριστά.
• Μια ράγα καυσίμου (ράγα ή μπαταρία) είναι μια μικρή δεξαμενή με πυκνά τοιχώματα στην οποία συσσωρεύεται καύσιμο. Οι εγχυτήρες με ψεκαστήρες και άλλος εξοπλισμός συνδέονται με αυτό με τη βοήθεια γραμμών καυσίμου. Μια πρόσθετη λειτουργία της ράμπας είναι η μείωση των διακυμάνσεων του καυσίμου που συμβαίνουν κατά τη λειτουργία της αντλίας.
• Αισθητήρας και ρυθμιστής πίεσης καυσίμου. Αυτά τα στοιχεία σας επιτρέπουν να ελέγχετε και να διατηρείτε την επιθυμητή πίεση στο σύστημα. Δεδομένου ότι η αντλία λειτουργεί συνεχώς ενώ ο κινητήρας λειτουργεί, αντλεί συνεχώς καύσιμο ντίζελ στη γραμμή. Για να αποφευχθεί η διάρρηξή του, ο ρυθμιστής εκκενώνει το πλεόνασμα του μέσου εργασίας στη γραμμή επιστροφής, η οποία είναι συνδεδεμένη με τη δεξαμενή. Για λεπτομέρειες σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας του ρυθμιστή πίεσης, δείτε εδώ.
• Οι εγχυτήρες τροφοδοτούν το απαιτούμενο τμήμα καυσίμου στους κυλίνδρους της μονάδας. Οι προγραμματιστές κινητήρα ντίζελ αποφάσισαν να τοποθετήσουν αυτά τα στοιχεία απευθείας στην κυλινδροκεφαλή. Αυτή η εποικοδομητική προσέγγιση επέτρεψε την ταυτόχρονη επίλυση πολλών δύσκολων προβλημάτων. Πρώτον, ελαχιστοποιεί τις απώλειες καυσίμου: στην πολλαπλή εισαγωγής του συστήματος πολλαπλών σημείων ψεκασμού, ένα μικρό μέρος του καυσίμου παραμένει στα τοιχώματα της πολλαπλής. Δεύτερον, ένας κινητήρας ντίζελ δεν αναφλέγεται από ένα μπουζί και όχι από έναν σπινθήρα, όπως σε έναν βενζινοκινητήρα - ο αριθμός οκτανίου του δεν επιτρέπει τη χρήση μιας τέτοιας ανάφλεξης (ποιος είναι ο αριθμός οκτανίου, διαβάστε εδώ). Το έμβολο συμπιέζει τον αέρα έντονα όταν εκτελείται η διαδρομή συμπίεσης (και οι δύο βαλβίδες είναι κλειστές), προκαλώντας την αύξηση της θερμοκρασίας του μέσου σε αρκετές εκατοντάδες μοίρες. Μόλις το ακροφύσιο ψεκάζει το καύσιμο, αναφλέγεται αυθόρμητα από την υψηλή θερμοκρασία. Δεδομένου ότι αυτή η διαδικασία απαιτεί τέλεια ακρίβεια, οι συσκευές είναι εξοπλισμένες με ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες. Ενεργοποιούνται από ένα σήμα από το ECU.
• Οι αισθητήρες παρακολουθούν τη λειτουργία του συστήματος και στέλνουν τα κατάλληλα σήματα στη μονάδα ελέγχου.
• Το κεντρικό στοιχείο του Common Rail είναι το ECU, το οποίο συγχρονίζεται με τους εγκεφάλους ολόκληρου του ενσωματωμένου συστήματος. Σε ορισμένα μοντέλα αυτοκινήτων, είναι ενσωματωμένο στην κύρια μονάδα ελέγχου. Τα ηλεκτρονικά μπορούν να καταγράψουν όχι μόνο την απόδοση του κινητήρα, αλλά και άλλα εξαρτήματα του αυτοκινήτου, λόγω των οποίων υπολογίζεται με μεγαλύτερη ακρίβεια η ποσότητα αέρα και καυσίμου, καθώς και η στιγμή του ψεκασμού. Τα ηλεκτρονικά είναι προγραμματισμένα από το εργοστάσιο. Μόλις το ECU λάβει τις απαραίτητες πληροφορίες από τους αισθητήρες, ενεργοποιείται ο καθορισμένος αλγόριθμος και όλοι οι ενεργοποιητές λαμβάνουν την κατάλληλη εντολή.
• Κάθε σύστημα καυσίμου έχει ένα φίλτρο στη γραμμή του. Είναι εγκατεστημένο μπροστά από την αντλία καυσίμου.

Ένας κινητήρας ντίζελ εξοπλισμένος με αυτόν τον τύπο συστήματος καυσίμου λειτουργεί σύμφωνα με μια ειδική αρχή. Στην κλασική έκδοση, εγχέεται ολόκληρο το τμήμα καυσίμου. Η παρουσία ενός συσσωρευτή καυσίμου καθιστά δυνατή τη διανομή ενός τμήματος σε διάφορα μέρη ενώ ο κινητήρας εκτελεί έναν κύκλο. Αυτή η τεχνική ονομάζεται πολλαπλή ένεση.

Η ουσία του οφείλεται στο γεγονός ότι πριν από την τροφοδοσία της κύριας ποσότητας καυσίμου ντίζελ, γίνεται μια προκαταρκτική έγχυση, η οποία θερμαίνει ακόμη περισσότερο τον θάλαμο εργασίας, και επίσης αυξάνει την πίεση σε αυτό. Όταν το υπόλοιπο καύσιμο ψεκάζεται, αναφλέγεται πιο αποτελεσματικά, δίνοντας στο common rail ICE υψηλή ροπή ακόμη και όταν η στροφές είναι χαμηλή.

Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας, μέρος του καυσίμου θα τροφοδοτείται μία ή δύο φορές. Όταν ο κινητήρας είναι στο ρελαντί, ο κύλινδρος θερμαίνεται με διπλή προ-έγχυση. Όταν αυξάνεται το φορτίο, πραγματοποιείται μία προ-έγχυση, η οποία αφήνει περισσότερο καύσιμο για τον κύριο κύκλο. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί με μέγιστο φορτίο, δεν πραγματοποιείται προ-έγχυση, αλλά χρησιμοποιείται ολόκληρο το φορτίο καυσίμου.

Προοπτικές ανάπτυξης

Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτό το σύστημα καυσίμου έχει βελτιωθεί καθώς αυξάνεται η συμπίεση των μονάδων ισχύος. Σήμερα, η 4η γενιά Common Rail προσφέρεται ήδη στους ιδιοκτήτες αυτοκινήτων. Σε αυτό, το καύσιμο είναι υπό πίεση 220 MPa. Αυτή η τροποποίηση έχει εγκατασταθεί σε αυτοκίνητα από το 2009.

Οι προηγούμενες τρεις γενιές είχαν τις ακόλουθες παραμέτρους πίεσης:

1. Από το 1999, η πίεση των σιδηροδρόμων ήταν 140MPa.
2. Το 2001, ο αριθμός αυτός αυξήθηκε κατά 20MPa.
3. Μετά από 4 χρόνια (2005), τα αυτοκίνητα άρχισαν να είναι εξοπλισμένα με συστήματα καυσίμου τρίτης γενιάς, τα οποία ήταν ικανά να δημιουργήσουν πίεση 180 MPa.

Η αύξηση της πίεσης στη γραμμή επιτρέπει την έγχυση μεγαλύτερου όγκου ντίζελ κατά την ίδια χρονική περίοδο όπως και στις προηγούμενες εξελίξεις. Κατά συνέπεια, αυτό αυξάνει τη λαιμαργία του αυτοκινήτου, αλλά η αύξηση της ισχύος αυξάνεται αισθητά. Για το λόγο αυτό, ορισμένα μοντέλα που έχουν αναδιαμορφωθεί λαμβάνουν έναν κινητήρα πανομοιότυπο με τον προηγούμενο, αλλά με αυξημένες παραμέτρους (περιγράφεται το πώς διαφέρει η αναδιαμόρφωση από το μοντέλο της επόμενης γενιάς ξεχωριστά).

Η βελτίωση της αποτελεσματικότητας μιας τέτοιας τροποποίησης πραγματοποιείται λόγω ακριβέστερων ηλεκτρονικών. Αυτή η κατάσταση μας επιτρέπει να συμπεράνουμε ότι η τέταρτη γενιά δεν είναι ακόμη το αποκορύφωμα της τελειότητας. Ωστόσο, η αύξηση της απόδοσης των συστημάτων καυσίμων προκαλείται όχι μόνο από την επιθυμία των αυτοκινητοβιομηχανιών να ικανοποιήσουν τις ανάγκες των οικονομικών οδηγών, αλλά κυρίως από την αύξηση των περιβαλλοντικών προτύπων. Αυτή η τροποποίηση παρέχει καλύτερη καύση του κινητήρα ντίζελ, χάρη στην οποία το αυτοκίνητο μπορεί να περάσει τον έλεγχο ποιότητας πριν φύγει από τη γραμμή συναρμολόγησης.

Κοινά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σιδηροδρόμων

Η σύγχρονη τροποποίηση αυτού του συστήματος επέτρεψε την αύξηση της ισχύος της μονάδας ψεκάζοντας περισσότερο καύσιμο. Δεδομένου ότι στους σύγχρονους κατασκευαστές αυτοκινήτων εγκαθίστανται μεγάλοι αριθμοί όλων των ειδών αισθητήρων, τα ηλεκτρονικά προϊόντα άρχισαν να προσδιορίζουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την ποσότητα καυσίμου ντίζελ που απαιτείται για τη λειτουργία του κινητήρα εσωτερικής καύσης σε μια συγκεκριμένη λειτουργία.

Αυτό είναι το κύριο πλεονέκτημα της κοινής ράγας έναντι των κλασικών τροποποιήσεων του οχήματος με μονάδες μπεκ ψεκασμού. Ένα άλλο πλεονέκτημα υπέρ μιας καινοτόμου λύσης είναι ότι είναι πιο εύκολο να επισκευαστεί, καθώς διαθέτει μια απλούστερη συσκευή.

Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν το υψηλό κόστος της εγκατάστασης. Απαιτεί επίσης καύσιμα υψηλότερης ποιότητας. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι οι εγχυτήρες έχουν πιο περίπλοκο σχεδιασμό, οπότε έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής. Εάν κάποιο από αυτά αποτύχει, η βαλβίδα σε αυτήν θα είναι συνεχώς ανοιχτή, πράγμα που θα σπάσει τη στεγανότητα του κυκλώματος και το σύστημα θα κλείσει.

Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη συσκευή και τις διαφορετικές εκδόσεις του κυκλώματος καυσίμου υψηλής πίεσης συζητούνται στο ακόλουθο βίντεο:

Η αρχή της λειτουργίας των εξαρτημάτων του κυκλώματος καυσίμου του συστήματος Common Rail. Μέρος 2ο

Ερωτήσεις και απαντήσεις:

Ποια είναι η πίεση στο Common Rail; Στη ράγα καυσίμου (σωλήνας συσσωρευτή), το καύσιμο τροφοδοτείται υπό χαμηλή πίεση (από κενό έως 6 atm.) και στο δεύτερο κύκλωμα υπό υψηλή πίεση (1350-2500 bar.)

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Common Rail και αντλίας καυσίμου; Σε συστήματα καυσίμου με αντλία υψηλής πίεσης, η αντλία διανέμει αμέσως το καύσιμο στα μπεκ. Στο σύστημα Common Rail, το καύσιμο αντλείται σε έναν συσσωρευτή (σωλήνα) και από εκεί διανέμεται στα μπεκ.

Ποιος εφηύρε το Common Rail; Ένα πρωτότυπο σύστημα καυσίμων Common Rail εμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1960. Αναπτύχθηκε από τον Ελβετό Robert Huber. Στη συνέχεια, η τεχνολογία αναπτύχθηκε από τον Marco Ganser.