משאבת הדלק בלחץ גבוה- מספקת דלק לצינור אספקת הדלק המשותף, והדלק מוזרק ישירות לצילינדר על ידי שליטה במזרק הדלק. המסילה המשותפת בלחץ גבוה-מפרידה לחלוטין בין תהליך ההזרקה לייצור לחץ השמן, ומבטיחה שלחץ אספקת הדלק אינו מושפע ממהירות המנוע.
יתרונות
לחץ הזרקת הדלק במערכת המסילה המשותפת בלחץ גבוה-ניתן להתאמה גמישה. ניתן לקבוע את לחץ ההזרקה האופטימלי הנדרש לתנאי עבודה שונים, ובכך לייעל את הביצועים המקיפים של מנוע הדיזל.
2. זה יכול לשלוט באופן עצמאי וגמיש בתזמון הזרקת הדלק. בשילוב עם לחץ הזרקה גבוה (120MPa עד 200MPa), הוא יכול לשלוט בו זמנית ב-NOx וחלקיקים (PM) בטווח קטן יחסית כדי לעמוד בדרישות הפליטה.
3. שליטה גמישה בשינויים בקצב הזרקת הדלק יכולה להשיג דפוס הזרקת דלק אידיאלי, מה שמקל על יישום הזרקה מוקדמת- והזרקות מרובות. זה לא רק מפחית את ה-NOx במנועי דיזל אלא גם מבטיח ביצועי כוח וחסכון מעולים.
4. הזרקת הדלק נשלטת על ידי שסתום אלקטרומגנטי, המציג דיוק בקרה גבוה. לא יהיו בועות או אפס לחץ שיורי במעגל הדלק בלחץ גבוה-. לכן, בתוך טווח הפעולה של מנוע הדיזל, השונות בנפח הזרקת הדלק במחזור היא קטנה, וניתן לשפר את אספקת הדלק הלא אחידה לכל צילינדר, ובכך להפחית את הרטט של מנוע הדיזל ולהפחית את הפליטות.
סיכום טכני
במנועי דיזל, פעולה במהירות גבוהה- גורמת לתהליך הזרקת הדיזל להימשך רק כמה אלפיות השנייה. ניסויים הוכיחו שהלחץ בנקודות שונות של צינור השמן בלחץ גבוה- משתנה עם הזמן והמיקום במהלך תהליך ההזרקה. בשל יכולת הדחיסה של הסולר ותנודות הלחץ של הסולר בצינור הדלק בלחץ גבוה-, מצב הזרקת הדלק בפועל שונה באופן משמעותי מכללי אספקת הדלק בבוכנה שצוין על ידי משאבת הזרקת הדלק.
לפעמים, לאחר ההזרקה הראשית, תנודת הלחץ בצינור הדלק תגרום ללחץ בצינור הדלק בלחץ גבוה- לעלות שוב, ולהגיע ללחץ שגורם לשסתום המחט של מזרק הדלק להיפתח. זה יפתח מחדש את שסתום המחט שכבר סגור, וכתוצאה מכך תופעת הזרקת דלק משנית. מכיוון שלא ניתן לשרוף לחלוטין את הזרקת הדלק המשנית, היא מגבירה את פליטת העשן והפחמימנים (HC), וצריכת הדלק עולה. בנוסף, הלחץ השיורי בצינור השמן בלחץ גבוה- משתנה לאחר כל מחזור הזרקה, מה שגורם לאחר מכן להזרקה לא יציבה. תופעה זו צפויה במיוחד להתרחש בטווח המהירות הנמוכה-. במקרים חמורים, לא רק שהזרקת הדלק אינה אחידה, אלא גם הזרקה בלתי-לסירוגית עלולה להתרחש. כדי לטפל בפגם של שינויים בלחץ הדלק במנועי דיזל, מנועי דיזל מודרניים מאמצים טכנולוגיה הנקראת מסילה משותפת.
טכנולוגיית מסילה משותפת בלחץ גבוה- מתייחסת לשיטת אספקת דלק שבה יצירת לחץ ההזרקה ותהליך ההזרקה מופרדים לחלוטין במערכת-סגורה בלולאה המורכבת ממשאבת דלק בלחץ גבוה-, חיישן לחץ ו-ECU. משאבת הדלק בלחץ-הגבוה מספקת דלק בלחץ גבוה-לצינור אספקת הדלק המשותף, ולחץ השמן בצינור אספקת הדלק המשותף נשלט במדויק, מה שהופך את הלחץ בצינור הדלק בלחץ גבוה-לבלתי תלוי במהירות המנוע. זה יכול להפחית באופן משמעותי את השונות של לחץ אספקת הדלק של מנוע הדיזל עם מהירות המנוע, ובכך להפחית את הפגמים של מנועי דיזל מסורתיים. ה-ECU שולט בנפח הזרקת הדלק של מזרק הדלק. גודל נפח הזרקת הדלק תלוי בלחץ של מסילת הדלק (צינור אספקת דלק משותף) ומשך פתיחת השסתום הסולנואיד.
עקרון טכני
מערכת המסילה המשותפת בלחץ גבוה- מורכבת בעיקר מיחידת בקרה אלקטרונית, משאבת שמן-בלחץ גבוה, מצבר (צינור רכבת משותפת), מזרקי דלק בקרה אלקטרונית וחיישנים שונים וכו'. משאבת הדלק בלחץ הנמוך-מזינה דלק למשאבת הדלק-הגבוהה. משאבת הדלק בלחץ-הגבוהה לוחצת את הדלק ושולחת אותו למסילת הדלק בלחץ הגבוה-(מצבר). הלחץ במסילת הדלק בלחץ גבוה- מותאם על ידי יחידת הבקרה האלקטרונית בהתבסס על לחץ מסילת הדלק הנמדד על ידי חיישן לחץ מסילת הדלק ועל פי הצורך. הדלק במסילת הדלק בלחץ גבוה- עובר דרך צינור השמן בלחץ גבוה{{12}. בהתאם למצב ההפעלה של המכונה, תזמון ומשך הזרקת הדלק המתאימים נקבעים על ידי יחידת הבקרה האלקטרונית. הדלק מוזרק לצילינדר על ידי מזרק דלק אלקטרוני מבוקר{15}}הידראולי.
1. משאבת שמן בלחץ גבוה-
קריטריון התכנון לנפח אספקת הדלק של משאבת דלק-בלחץ גבוה הוא להבטיח שהסכום של נפח הזרקת הדלק ונפח הדלק המבוקרת של מנוע הדיזל בכל מקרה, כמו גם הדרישה לשינויים בנפח הדלק במהלך התנעה והאצה, מתקיימים. מכיוון שיצירת לחץ הזרקת הדלק במערכת המסילה המשותפת אינה תלויה בתהליך הזרקת הדלק ותזמון הזרקת הדלק אינו מובטח על ידי ה-CAM של משאבת הדלק בלחץ-גבוה, ניתן לתכנן את הלחץ CAM של משאבת הדלק בלחץ הגבוה- בהתאם לעקרונות התכנון של מומנט השיא הנמוך ביותר, ההתנגדות הקטנה ביותר למגע ולחץ ההתנגדות הקטן ביותר לבלאי.
רוב החברות משתמשות בשלוש-משאבות בוכנה רדיאליות צילינדריות המונעות על ידי מנועי דיזל כדי ליצור לחצים של עד 135MPa. משאבת שמן בלחץ גבוה- זו מאמצת מספר מצלמות לחץ שמן בכל יחידת לחץ שמן, ומפחיתה את שיא המומנט שלה ל-1/9 מזה של משאבות שמן בלחץ גבוה- מסורתיות. גם העומס אחיד יחסית, ורעש ההפעלה מופחת. בקרת הלחץ בחלל המסילה המשותפת בלחץ גבוה- של מערכת זו מושגת על ידי פריקת הדלק בחלל המסילה המשותפת. כדי להפחית את אובדן הכוח, כאשר נפח הזרקת הדלק קטן, אחת מיחידות לחץ הדלק במשאבת הבוכנה הרדיאלית של שלושת- הצילינדרים תושבת כדי להקטין את אספקת הדלק.
2. מסילת שמן-בלחץ גבוה (צינור מסילה משותפת)
צינור המסילה המשותפת מפיץ את הדלק בלחץ הגבוה- המסופק על ידי משאבת אספקת הדלק לכל מזרק, ומתפקד כמצבר. הנפח שלו אמור להפחית את תנודות הלחץ של אספקת הדלק של משאבת הדלק בלחץ-גבוה ואת תנודות הלחץ הנגרמות מתהליך הזרקת הדלק בכל מזרק, ולשמור על תנודות הלחץ במסילת הדלק בלחץ הגבוה- מתחת ל-5MPa. עם זאת, הנפח שלו לא יכול להיות גדול מדי כדי להבטיח שלמסילה המשותפת יש מהירות תגובת לחץ מספקת כדי לעקוב במהירות אחר השינויים בתנאי ההפעלה של מנוע הדיזל.
חיישני לחץ, מאגרי זרימת נוזלים (מגבילי זרם) ומגבילי לחץ מותקנים גם על צינורות המסילה המשותפת בלחץ גבוה-. חיישן הלחץ מספק את אות הלחץ של מסילת שמן בלחץ גבוה- ל-ECU. מאגר זרימת הנוזל (מגביל זרימה) wechat Jiachatong Interconnection Shenzhen מבטיח שאספקת הדלק למזרק הדלק מנותקת כאשר מתרחשת תקלת דליפת דלק במזרק הדלק, ויכולה גם להפחית את תנודת הלחץ במסילה המשותפת ובקווי הדלק-גבוהים. מגביל הלחץ מבטיח שכאשר מתרחש לחץ חריג במסילת שמן בלחץ גבוה-, הלחץ במסילת השמן בלחץ גבוה- משתחרר במהירות.
3. מזרק דלק מבוקר אלקטרוני
מזרק הדלק הנשלט אלקטרונית הוא הרכיב המכריע והמורכב ביותר במערכת הדלק של הרכבת המשותפת. תפקידו, בהתבסס על אותות הבקרה הנשלחים על ידי ה-ECU, לשלוט בפתיחה ובסגירה של שסתום הסולנואיד כדי להזריק את הדלק במסילת הדלק בלחץ גבוה- אל תא הבעירה של מנוע הדיזל בתזמון ההזרקה, נפח ההזרקה וקצב ההזרקה האופטימליים.
על מנת להשיג את צורת הזרקת הדלק שנקבעה מראש, נדרש עיצוב סביר ומוטב של מזרק הדלק. נפח תא הבקרה קובע את רגישות שסתום המחט כשהוא נפתח. אם נפח תא הבקרה גדול מדי, שסתום המחט לא יכול לנתק במהירות את אספקת הדלק בסוף הזרקת הדלק, וכתוצאה מכך לאטומיזציה לקויה של הדלק בשלב מאוחר יותר. נפח תא הבקרה קטן מכדי לספק מהלך יעיל מספיק עבור שסתום המחט, מה שמגביר את התנגדות הזרימה במהלך תהליך ההזרקה. לכן, יש לבחור באופן סביר גם את נפח תא הבקרה בהתבסס על נפח הזרקת הדלק המקסימלי של הדגם.
בנוסף, לחץ הזרקת הדלק המינימלי של מזרק הדלק תלוי בקצב הזרימה של חור נפח הדלק החוזר וחור נפח דלק היניקה וכן באזור הקצה של בוכנת הבקרה. לאחר קביעת הממדים המבניים של חור כניסת הדלק, חור החזרת הדלק ותא הבקרה, נקבע תהליך הזרקת הדלק היציב והקצר ביותר עבור שסתום מחט מזרק הדלק לפתיחה מלאה, ובמקביל, נקבע נפח הזרקת הדלק המינימלי היציב של מזרק הדלק. הפחתת נפח תא הבקרה יכולה להפוך את מהירות התגובה של שסתום המחט למהירה יותר ולמזער את השפעת טמפרטורת הדלק על נפח הזרקת הדלק של הזרבובית.
עם זאת, לא ניתן להפחית את עוצמת הקול של חדר הבקרה ללא הגבלה. זה אמור להיות מסוגל להבטיח את הרמה של שסתום מחט מזרק הדלק כדי לפתוח את שסתום המחט במלואו. שני חורי הבקרה קובעים את הלחץ הדינמי בתא הבקרה, אשר בתורו קובע את חוק התנועה של שסתום המחט. על ידי התאמה קפדנית של מקדמי הזרימה של שני חורים אלה, ניתן לייצר חוק הזרקת דלק אידיאלי.
בשל לחץ ההזרקה הגבוה במיוחד של מערכת הזרקת המסילה המשותפת בלחץ גבוה-, שטח החתך- של חורי הזרבובית של מזרקי הדלק שלה קטן מאוד. לדוגמה, קוטר חור הזרבובית של מזרקי הדלק של חברת BOSCH הוא 0.169 מ"מ×6. תחת קוטר חור זרבובית קטן כל כך ולחץ הזרקה כה גבוה, זרימת הדלק נמצאת במצב לא יציב במיוחד, זווית חרוט הריסוס של קרן הדלק נעשית גדולה יותר, ואטומיזציית הדלק טובה יותר עם זאת, מרחק החדירה ירד. לכן, יש לשנות את עוצמת המערבולת של כניסת האוויר של מנוע הדיזל המקורי ואת צורת מבנה תא הבעירה כדי להבטיח את תהליך הבעירה הטוב ביותר.
עבור שסתום הסולנואיד של מזרק הדלק, מכיוון שמערכת המסילה המשותפת מחייבת אותו למהירות פתיחה מספקת, ובהתחשב בכך שההזרקה המוקדמת היא שיטת הזרקה חשובה לשיפור הביצועים של מנועי דיזל, יש לקצר עוד יותר את זמן התגובה של שסתום הסולנואיד הבקרה.
4. צינור שמן בלחץ גבוה{{1}
צינור הדלק בלחץ גבוה- הוא התעלה המחברת בין צינור המסילה המשותפת לבין מזרק הדלק הנשלט אלקטרונית. צריכה להיות לו זרימת דלק מספקת כדי להפחית את ירידת הלחץ במהלך זרימת הדלק ולמזער את תנודת הלחץ במערכת הצינורות בלחץ גבוה-. זה אמור להיות מסוגל לעמוד בפני ההשפעה של דלק בלחץ גבוה- והלחץ במסילה המשותפת צריך להתבסס במהירות במהלך האתחול. האורכים של צינורות הדלק בלחץ הגבוה- בכל צילינדר צריכים להיות שווים ככל האפשר כדי להבטיח שלכל מזרק של מנוע הדיזל יהיה אותו לחץ הזרקת דלק, ובכך להפחית את הסטייה של נפח הזרקת הדלק בין הצילינדרים של המנוע. בשנג'ן, צינורות השמן בלחץ גבוה- צריכים להיות קצרים ככל האפשר כדי למזער את אובדן הלחץ מהמסילה המשותפת אל מזרק הדלק. הקוטר החיצוני של צינור השמן בלחץ גבוה- של חברת BOSCH הוא 6 מ"מ והקוטר הפנימי הוא 2.4 מ"מ. הקוטר החיצוני של צינור השמן בלחץ גבוה- של חברת Denso מיפן הוא 8 מ"מ והקוטר הפנימי הוא 3 מ"מ.
הלחץ הגבוה בחלל המסילה המשותפת משמש ישירות להזרקה, ומבטל את הצורך במנגנון בוסטר בתוך מזרק הדלק. יתרה מכך, חלל המסילה המשותפת נמצא בלחץ גבוה מתמשך, ומומנט ההנעה הנדרש על ידי משאבת השמן בלחץ גבוה- קטן בהרבה מזה של משאבת השמן המסורתית.
באמצעות שסתום הסולנואיד לווסת הלחץ במשאבת השמן בלחץ-גבוהה, ניתן להתאים את לחץ השמן בחלל המסילה המשותפת בגמישות בהתאם למצב עומס המנוע וכן לדרישות החיסכון והפליטה, במיוחד אופטימיזציה של ביצועי המהירות הנמוכה- של המנוע.
תזמון ההזרקה, נפח הזרקת הדלק וקצב ההזרקה נשלטים על ידי שסתום הסולנואיד על מזרק הדלק. נפח הזרקת הדלק של הזרקה קדם-ואחרית-הזרקה בתנאי עבודה שונים והמרווח עם ההזרקה הראשית ניתנים גם להתאמה גמישה.
מערכת המסילה המשותפת בלחץ-גבוהה מורכבת מחמישה חלקים, כלומר משאבת שמן בלחץ גבוה-, חלל המסילה המשותפת וצינור השמן בלחץ גבוה-, מזרק הדלק, יחידת הבקרה החשמלית, חיישנים ומפעילים שונים. משאבת אספקת הדלק שואבת דלק ממיכל הדלק אל כניסת הדלק של משאבת הדלק בלחץ גבוה-. משאבת הדלק בלחץ הגבוה- המונעת על ידי המנוע לוחצת את הדלק ושולחת אותו אל חלל המסילה המשותפת. לאחר מכן, שסתום הסולנואיד שולט במזרקי הדלק של כל צילינדר כדי לרסס דלק בזמן המתאים.
הזרקה מוקדמת- מתייחסת לתהליך של הזרקת כמות קטנה של דלק לתוך הצילינדר לפני ההזרקה הראשית, כאשר ערבוב מראש או בעירה חלקית מתרחשת בתוך הצילינדר, ובכך מקצרת את תקופת עיכוב ההצתה של ההזרקה הראשית. בדרך זו, גם קצב העלייה בלחץ הצילינדר וגם בלחץ השיא יפחת, מה שהופך את פעולת המנוע למתונה יותר. במקביל, הפחתת טמפרטורת הצילינדר מובילה לירידה בפליטת NOx. הזרקה מוקדמת- יכולה גם להפחית את האפשרות להצתה שגויה ולשפר את ביצועי ההתנעה הקרה של מערכות מסילה משותפת בלחץ גבוה-.
הפחתת קצב ההזרקה בשלב הראשוני של ההזרקה הראשית יכולה גם להפחית את כמות השמן המוזרקת לצילינדר במהלך תקופת עיכוב ההצתה. הגדלת קצב ההזרקה בשלב האמצעי של ההזרקה הראשית יכולה לקצר את זמן ההזרקה, ובכך להפחית את-תקופת השריפה האיטית, ולאפשר את השלמת הבעירה בתוך טווח זווית גל הארכובה היעיל יותר של המנוע, להגביר את הספק התפוקה, להפחית את צריכת הדלק ולהפחית את פליטת הפיח. ניתוק מהיר של דלק-בסוף ההזרקה הראשית יכול להפחית בעירה לא מלאה של דלק, להפחית את פליטת העשן והפחמימנים.
קריאה מורחבת:
מערכת המסילה המשותפת לדיזל פותחה במשך שלושה דורות ויש לה פוטנציאל טכני חזק. משאבת הלחץ הגבוהה-הדור הראשון של המסילה המשותפת- נשמרה תמיד בלחץ הגבוה ביותר, וכתוצאה מכך בזבוז אנרגיה וטמפרטורת דלק גבוהה מאוד. הדור השני יכול להתאים את לחץ הפלט בהתאם לדרישות המנוע ויש לו גם פונקציות קדם-הזרקה וגם לאחר-הזרקה. הזרקה מוקדמת-מפחיתה את רעש המנוע: כמות קטנה של דלק מוזרקת לתוך הצילינדר לצורך הצתה בדחיסה תוך מיליונית השנייה לפני ההזרקה הראשית, ומחממת מראש את תא הבעירה. הגליל המחומם מראש מקל על הצתת הדחיסה לאחר ההזרקה הראשית. הלחץ והטמפרטורה בתוך הצילינדר כבר לא עולים בפתאומיות, מה שמסייע להפחתת רעש הבעירה. במהלך תהליך ההתפשטות, מתרחשת הזרקה שלאחר-היא מייצרת בעירה משנית, אשר מעלה את הטמפרטורה בתוך הגליל ב-200 עד 250 מעלות צלזיוס ומפחיתה את הפחמימנים בפליטת הפליטה.
בשל הפוטנציאל הטכני החזק שלה, כיום יצרנים שמו את עיניהם לדור השלישי של מערכות המסילה המשותפת - מערכת המסילה המשותפת piezo. מפעילים פיזואלקטריים החליפו את שסתומי הסולנואיד, ובכך הושגו בקרת הזרקה מדויקת יותר. ללא צינור השמן החוזר, המבנה פשוט יותר. ניתן לכוון את הלחץ בצורה גמישה מ-200 עד 2000 בר. ניתן לשלוט בנפח ההזרקה המינימלי ב-0.5 מ"מ ³, להפחית את פליטת העשן וה-NOX.
בקרה אלקטרונית מתייחסת למערכת הזרקת הדלק הנשלטת על ידי מחשב. ה-ECU (המכונה בדרך כלל המחשב) שולט במדויק על נפח הזרקת הדלק והתזמון של כל מזרק דלק, מה שיכול להשיג את האיזון הטוב ביותר בין צריכת הדלק וביצועי הכוח של מנוע הדיזל. לעומת זאת, מנועי דיזל מסורתיים נשלטים מכנית, ולא ניתן להבטיח את דיוק הבקרה. "לחץ גבוה" מתייחס ללחץ מערכת הזרקת הדלק הגבוה פי שלושה מזה של מנועי דיזל מסורתיים, ומגיע עד ל-200MPa (בעוד שלחץ הזרקת הדלק של מנועי דיזל מסורתיים הוא בין 60 ל-70 MPa). לחץ גבוה מבטיח אטומיזציה טובה יותר ובערה מלאה, ובכך משפר את ביצועי הכוח ובסופו של דבר משיג חיסכון בדלק.
המסילה המשותפת מספקת דלק לכל מזרק בו זמנית דרך צינור אספקת דלק משותף. נפח הזרקת הדלק מחושב במדויק על ידי ה-ECU, ואותו מסה ולחץ של דלק מסופקים לכל מזרק בו-זמנית, מה שגורם למנוע לפעול בצורה חלקה יותר ובכך מייעל את הביצועים הכוללים של מנוע הדיזל. לעומת זאת, במנועי דיזל מסורתיים כל צילינדר מזריק דלק באופן עצמאי, עם נפח הזרקת דלק ולחץ לא עקביים, מה שגורם לפעולה לא אחידה, בעירה לא יציבה, רעש גבוה וצריכת דלק גבוהה.
כיום, מנועי דיזל המיוצרים בארץ, המצוידים בטכנולוגיית מסילה משותפת בלחץ גבוה-מתקדם בינלאומית, אימצו את טכנולוגיות הליבה העדכניות ביותר של מנועי דיזל מאירופה ואמריקה, והם עדיפים באופן משמעותי על מנועי טורבו דיזל מסורתיים. יש לו יעילות בעירה גבוהה יותר ב-8%, פליטת פחמן דו חמצני נמוכה ב-10% והפחתה של 15% ברעש בהשוואה למנועי טורבו דיזל מסורתיים, מה שמשנה לחלוטין את התדמית של מנועי דיזל במוחם של אנשים כרועשים ופולטים עשן שחור.