Dyzelinė įpurškimo sistema "Common Rail"

Pagrindinis Meniu

Pirmasis veikiantis dyzelinis variklis, kurį 1887 metais sukonstravo Rudolfas Dyzelis (Rudolf Diesel), svėrė 5 tonas. Variklio galingumas buvo 20 arklio jėgų, naudingumo koeficientas - 26 %. Tokie duomenys tuometiniams varikliams buvo ypač geri. Savo išradimų dėka 1898 metais R.Dyzelis tapo milijonieriumi. Tačiau tai neatnešė inžinieriui laimės, visą likusį gyvenimą jis buvo priverstas bylinėtis dėl savo išradimo teisių.

Didžiausia problema, tobulinant dyzelinį variklį, iškilo pritaikant maitinimo sistemą. Pirmuose varikliuose kuras buvo įpurškiamas suspausto oro pagalba, naudojant specialius kompresorius.

O tuometinė Bosch kompanija jau buvo gerai žinoma visam pasaulyje savo elektronine uždegimo sistema - "magneto".

R.Dyzelis ir R.Bosch'as buvo susitikę aptarti galimą bendradarbiavimą. Pagrindinis R.Bosch'o rūpestis buvo tas, kad dyzeliniams varikliams nereikėjo jo gaminamos uždegimo sistemos "magneto", o tai galėjo atsilėpti kompanijos pelnui. Tačiau nuo 1922m. ir Robert Bosch kompanija pradėjo darbą kuriant naują dyzelinę įpurškimo sistemą.

1928 metais Študgarte buvo pagaminta 1000 pirmųjų serijinių aukšto slėgio siurblių pagal Bosch technologiją. Nuo tada visa dyzelino raida yra neatsiejama nuo kompanijos BOSCH.

Pirmieji dyzeliniai automobiliai su Bosch siurbliais buvo pritaikyti MAN firmos sunkvežimiams.

Tuometiniai dyzeliniai siurbliai, palyginus su benzininėmis sistemomis, buvo sudėtingi ir brangūs, o ir benzininių sistemų raida nestovėjo vietoje. Dar ilgai dyzelinių variklių pritaikymas apsiribojo sunkvežimiais, laivais ir stacionariomis sistemomis.

Pirmas lengvasis automobilis su dyzeliniu varikliu pasirodė Berlyne 1936m. , „MOTOR SHOW" parodoje. Tai buvo Mercedes Benz 260D. Variklis buvo 45 arklio jėgu, 2.6l darbinio tūrio. Automoblis svėrė 1900 kg ir galėjo pasiekti 95 km/h greitį. Tai buvo tikra revoliucija dyzelinių automobilių pramonėje. Automobilis buvo sukurtas TUR 200 bazės pagrindu, įrengus Bosch dyzelinį siurblį. Kuro sąnaudos sudarė apie 9 litrus / 100km, kai tuo metu benzininis šios konstrukcijos automobilis sunaudodavo apie 13 litrų / 100km. Automobilį pamėgo Berlyno taksistai, nes dyzelinas tuomet kainavo tik 17 pfeningų, o benzinas apie 35. Po metų automobilyje buvo įrengtos pakaitinimo žvakės, o tai labai palengvino jo užvedimą.

MB260

Bosch kompanija 1962 m. sukūrė pirmuosius skirstomuosius siurblius (EP-VM). Tai paspartino dyzelinių variklių pritaikymą lengvųjų automobilių gamyboje. O 1986 m. sukurtos naujos Bosch elektroninės dyzelinio kuro dozavimo sistemos EDC (Electronic Diesel Control) padarė tikrą perversmą dyzelinių variklių pasaulyje. Elektroninių komponentų panaudojimas leido reguliuoti įpurškimo laiką ir kiekį pagal įvairius parametrus.

Pagaliau dyzeliniai automobiliai atsikratė traktoriaus įvaizdžio ir pagal daugelį parametrų aplenkė benzinines sistemas. Visų prima dyzelinas visada garsėjo savo ekonomišku kuro suvartojimu. O EDC sistemos davė jam jėgos ir veržlumo. Pasipylė naujos dyzelinės technologijos: dviejų pakopų tiesioginis įpurškimas, radialiniai siurbliai, siurbliai su CAN valdymu - VP44,VP29,VP30.

Visa tai atsiliepė dyzelinių automobilių gamyboje. Jeigu 1991 m. vakarų Europoje buvo gaminama apie 15% dyzelinių automobilių, tai 2000 m. jų buvo gaminama apie 40%.

Radialiniai siurbliai VP44 yra skirstomųjų siurblių aukščiausias pasiekimas, bet ko gero su juo atėjo skirstomųjų siurblių eros pabaiga.

Common Rail sistema (CR)

Pirmąjį CR sistemos prototipą sukūrė šveicarų mokslininkai 1960 metais. Vėliau, 1990-1995 metais, didelį įdirbį atliko Magneti Marelli ir Fiat kompanijų inžinieriai. 1995 metais Denso Corporation pagamino krovininį automobilį "Hino Raising Ranger" su savo CR sistema ECD-U2.

Istorija nutyli, kaip stropiai dirbo Bosch kompanijos specialistai su CR projektu, bet būtent čia buvo sukurti šios sistemos serijiniai gaminiai automobiliams. Nėra ko stebėtis, jau šimtą metų visi rimtesni atradimai automobilių technologijos srityje siejami su Bosch vardu. Kiekvieną dieną Bosch mokslininkai registruoja ne mažiau kaip 25 patentus savo atradimams. Gamybinis potencialas aukščiausių technologijų srityje tiesiog milžiniškas!

Pirmas lengvasis automobilis su Bosch CR sistema 1997 metais tapo Alfa Romeo 156 1.9JTD.

Neveltui italai tiek paplušėjo prie CR projekto. Tais pačiais metais ši sistema buvo įrengta Mercedes-Benz E 320 CDI. “Common rail” sistema veikimo principu labai panaši į benzininio variklio daugtaškinę įpurškimo sistemą. Aukšto slėgio siurblys degalus iš bako tiekia į vamzdelį - skirstytuvą, iš čia degalai patenka į kiekvieno cilindro elektrohidraulinį purkštuką. Purkštukus valdo įpurškimo kompiuteris, kuris įvertinus visų daviklių parametrus, parenka optimalų įpurškimo kampą ir kiekį. Palyginus su skirstomaisiais ar sekcijiniais siurbliais, konstrukcija stebėtinai paprasta.

Sistemos pagrindą sudaro aukšto slėgio siurblys. Iki šių dienų Bosch jau pagamino šiuos aukšto slėgio siurblius:CP1,CP2,CP3. Maksimalus siurblio sudaromas slėgis siekia 1100-1800 Bar, priklausomai nuo tipo.

Didelis išpurškiamo kuro slėgis leidžia kurą išpurkšti beveik garo pavidalu. Toks kuras lengvai susimaišo su oru ir nereikalauja papildomo išgarinimo. Dėl to CR sistemos labai nereiklios žvakių pakaitinimui.

Bosch firmos siurblio pagrindą sudaro trys stūmokliai, kurie yra išdėstyti vienoje plokštumoje kas 120 laipsnių. Darbo metu siurblio slėgis pastoviai keičiasi, nes jis yra sukamas per grandinę arba diržą; kuo aukštesni apsisukimai - tuo didesnis slėgis. Laisvų apsisukimų metu CP1 siurblys sudaro apie 350 Bar slėgį, o variklio užvedimui reikia ne mažiau kaip 250 Bar slėgio.

Tikslų kuro slėgį kuro skirstytuve palaiko slėgio vožtuvas - DRV. Pirmose CR sistemose slėgio vožtuvas buvo montuojamas kuro skirstytuvo gale, o CP3 aukšto slėgio siurbliuose vožtuvas yra sujungtas tiesiai su siurbliu. Mažinant slėgį kompiuteris atidaro slėgio vožtuvą ir kuro perteklius grąžinamas į baką.

Skirtingai nei benzininių variklių įpurškimo sistemose, elektromagnetas purkštuką valdo ne tiesiogiai, o per hidraulinį kanalą. Atidaromas arba uždaromas kanalas atitinkamai leidžia įpurkšti kurą arba uždaryti purkštuką. Netiesioginis valdymo būdas ledžia naudoti kompaktiškus elektromagnetinius vožtuvus kartu taupant energiją. Greitam purkštuko vožtuvo atidarymui reikalinga apie 90 voltų įtampa. Purkštuko tarnavimo laikas apie 1 milijardas įpurškimo taktų, bet dažnai būtent čia atsiranda problemos susidėvėjus kanalo uždarymo dalims: spyruoklėms ir šaratukui. Nuo pastovių smūgių šios dalys susidėvi 2-4 kartus per visą purkštuko darbą. Taip pat purkštukas nuo nekokybiškų degalų užsiteršia. Purkštuko išpurškimo angos labai nedidelės - apie 120 mm, tik du kartus didesnės už žmogaus plauką.

CR aukšto slėgio siurbliui kuras paduodamas iš žemo slėgio elektrinio siurblio. Daugumoje automobilių žemo slėgio siurblys yra įmontuotas kuro bake.

Dyzeliniame variklyje, su tiesioginiu degalų įpurškimu, degimo procesas vyksta kaip sprogimas, sukeliantis itin staigų slėgio šuolį cilindre, dėl to variklis dirba itin triukšmingai.Degimo procesui sušvelninti, devintajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje, buvo sukurti dviejų pakopų dyzeliniai purkštukai, su kuriais variklis dirbo tyliau.

Greitas elektromagnetinio purkštuko valdymas dar labiau leido ištobulinti dyzelinio kuro dozavimo procesą. Visas įpurškimo taktas yra padalintas į kelias atskiras porcijas. Naudojant nedidelę degalų porciją prieš pagrindinį įpurškimą, žymiai sumažėjo triukšmas ir vibracijos, o įpurškimas degimo takto pabaigoje sumažino teršalų išmetimą.

Šiuolaikiniuose varikliuose įpurškimo taktas gali būti padalintas į 7 kuro porcijas. Tobulinant šią technologiją atsirado poreikis dar greitesnių dyzelinių purkštukų. Nuo 2000 metų firma Siemens VDO pradėjo gaminti purkštukus su pjezoelementu. Pjezoelementai turi savybę deformuotis veikiant elektros srovei. Gavęs įtampos signalą, pjezoelementas išsiplečia ir pastumia purkštuko adatą, uždarydamas degalų padavimo kanalą. Degalų padavimo greitis priklauso tik nuo to, kiek trunka pjezoelemento pailgėjimas ir sustrumpėjimas. Purkštukas su pjezoelementu greičiau ir tiksliau dirba, be to yra žymiai mažesnis už elektromagnetinį. Tokie purkštukai turi labai mažai judamu dalių, todėl turėtų rečiau gesti. Praktikoje purkštukai su pjezoelementais genda taip pat dažnai kaip ir elektromagnetiniai. Taip pat pjezopurkštukai yra praktiškai neremontuojami.

Naudojant purkštukus su pjezoelementu kuro sanaudos sumažėjo iki 20%. 2005 metais Siemens VDO ir BOSCH firmos gavo prestižinį apdovanojimą "Germany Future Prize“ už pasiekimus taikant pjezo technologiją benzininiuose ir dyzeliniuose purkštukuose. Visi didžiausi dyzelinės įrangos gamintojai Bosch, Denso, Delphi ir Siemens savo projektus sieja su pjezo purkštukais.

Šiuo metu dauguma automobilių gamintojų dyzelinius variklius montuoja tik su CR sistemomis.

Vienas iš CR sistemos trūkumų – aukšti reikalavimai dyzeliniam kurui. Amerikoje iki šiol dyzelinės sistemos lengvuosiuose automobiliuose praktiškai nenaudojamos dėl žemos šios kuro rūšies kokybės. Dėl nekokybiško kuro, o taip pat ir biodyzelino naudojimo, dažnai užsiteršia purkštukai.