Dieselin ruiskutusjärjestelmät. Suunnittelu, edut ja haitat

Toisin kuin bensiinimoottoreissa, dieselmoottoreissa oli polttoaineen ruiskutus alusta alkaen. Vain ruiskutusjärjestelmät, liittimet ja sylintereihin syötettävän polttoaineen paine muuttuivat.

Dieselmoottorin, joka tunnetaan yleisesti dieselmoottorina, toimintaperiaate on täysin erilainen kuin bensiinimoottorin. Polttoaineautoissa polttoaine-ilmaseos menee männän yläpuolelle polttokammioon. Puristuksen jälkeen seos syttyy sytytystulpan elektrodien sähkökipinän hajoamisen vuoksi. Tästä syystä bensiinimoottoreita kutsutaan myös kipinäsytytysmoottoreiksi (SI).

Dieselmoottoreissa polttokammiossa oleva mäntä puristaa vain ilmaa, joka valtavan paineen (vähintään 40 baarin - tästä syystä nimi "korkeapaine") vaikutuksesta kuumennetaan 600-800 °C:n lämpötilaan. Polttoaineen ruiskuttaminen tällaiseen kuumaan ilmaan johtaa polttoaineen välittömään itsestään syttymiseen palotilassa. Tästä syystä dieselvoimansiirtoja kutsutaan myös puristussytytysmoottoreiksi (CI). Alusta asti ne syötettiin ruiskuttamalla polttoainetta palotilaan, ei imusarjaan, joka syöttää vain ilmaa moottoriin. Riippuen siitä, jaettiinko polttokammio vai ei, dieselmoottorit jaettiin voimayksiköihin, joissa oli epäsuora tai suora ruiskutus.

Epäsuora injektio

Dieseliä, vaikka se debytoi suoraruiskutusjärjestelmällä, ei käytetty pitkään aikaan. Tämä ratkaisu aiheutti liikaa ongelmia ja autoteollisuudessa se korvattiin vuonna 1909 patentoidulla epäsuoralla ruiskutuksella. Suoraruiskutus säilyi suurissa paikallaan olevissa ja laivojen moottoreissa sekä joissakin kuorma-autoissa. Henkilöautosuunnittelijat suosivat epäsuoraruiskutusdieseliä, joiden toiminta on tasaista ja melua vähemmän.

Termi "epäsuora" tarkoittaa dieselmoottoreissa jotain aivan muuta kuin bensiinimoottoreissa, joissa epäsuora ruiskutus on ilma-polttoaineseoksen ruiskuttamista imusarjaan. Epäsuorasuihkutusdieselmoottoreissa, kuten suoraruiskutusmalleissa, myös ruiskutussuuttimen sumutettu polttoaine tulee palotilaan. Se on vain jaettu kahteen osaan - apuosaan, johon ruiskutetaan polttoainetta, ja pääosaan, ts. suoraan männän yläpuolella oleva tila, jossa polttoaineen pääpalamisprosessi tapahtuu. Kammiot on yhdistetty toisiinsa kanavalla tai kanavilla. Kammiot on jaettu muodon ja toiminnan mukaan esi-, pyörre- ja ilmasäiliöihin.

Jälkimmäisiä ei voida käyttää, koska niiden tuotanto on käytännössä lopetettu. Esikammioissa ja pyörrekammioissa suutin asennetaan apukammion viereen ja ruiskuttaa polttoainetta siihen. Siellä syttyminen tapahtuu, sitten osittain palanut polttoaine tulee pääkammioon ja palaa siellä. Dieselit, joissa on esikammio tai pyörrekammio, toimivat sujuvasti ja niissä voi olla kevyt kampijärjestelmä. Ne eivät ole herkkiä polttoaineen laadulle, ja niissä voi olla yksinkertaiset suuttimet. Ne ovat kuitenkin vähemmän tehokkaita kuin suoraruiskutusdieselit, kuluttavat enemmän polttoainetta ja niillä on vaikeuksia käynnistää kylmää moottoria. Nykyään henkilöautojen epäsuoran ruiskutusdieselmoottorit ovat menneisyyttä, eikä niitä enää valmisteta. Niitä löytyy harvoin nykyaikaisista markkinoilla olevista autoista. Niitä löytyy vain malleista, kuten intialaisista Hindustanista ja Tatasta, venäläisestä UAZ:sta, Brasiliassa myytävästä vanhemman sukupolven Mitsubishi Pajerosta tai Argentiinassa tarjottavasta Volkswagen Polosta. Niitä käytetään paljon suurempia määriä jälkimarkkinaajoneuvoissa.

Suora injektio

Kaikki alkoi hänestä. Suoraruiskutuksen etuja ei kuitenkaan alun perin hyödynnetty. Polttoaineen oikean pyörittämisen tärkeyttä ei tiedetty eikä sen palaminen ollut optimaalista. Polttoainepaakkuja muodostui, mikä vaikutti noen muodostumiseen. Männän prosessit menivät liian nopeasti, moottorit työskentelivät kovasti tuhoten nopeasti kampiakselin laakerin. Tästä syystä suorasta ruiskutuksesta luovuttiin ja suosittiin epäsuoraa injektiota.

Paluu juurille, mutta nykyaikaisessa versiossa, tapahtui vasta vuonna 1987, kun Fiat Croma 1.9 TD tuli massatuotantoon. Polttoaineen suoraruiskutus vaatii tehokkaan ruiskutuslaitteiston, korkean ruiskutuspaineen, laadukkaan polttoaineen ja erittäin vahvan (ja siksi raskaan) kammen. Se tarjoaa kuitenkin korkean hyötysuhteen ja helpon kylmän moottorin käynnistyksen. Nykyaikaiset ratkaisut suoraruiskutusdieselmoottoreille perustuvat pääasiassa täysin litteisiin päihin ja mäntiin, joissa on sopivan muotoiset kammiot (ontelot). Kammiot vastaavat polttoaineen oikeasta turbulenssista. Suoraruiskutusta käytetään nykyään laajalti henkilöautojen dieselmoottoreissa.

Suoraruiskutus - Pumpun suuttimet

Perinteisissä dieselmoottoreissa erityyppiset pumput vastaavat polttoaineen syöttämisestä. Pioneeriaikoina polttoaineen ruiskutus tehtiin paineilmalla, 20-luvulla se tehtiin uusituilla öljypumpuilla. Dieselmoottoreille suunniteltuja erikoispumppuja käytettiin jo 300-luvulla laajasti. Aluksi se perustui sarjapumppuihin, jotka luovat matalan paineen (jopa 60 bar). Vasta 1000-luvulla ilmestyivät tehokkaammat aksiaalijakajalla varustetut pumput (yli 80 bar). 524-luvun puolivälissä he saivat mekaanisen ruiskutusohjauksen ja 1986-luvun puolivälissä elektronisen ohjauksen (BMW XNUMXtd, XNUMX).

Kuorma-autoissa jo 30-luvulla käytetyt pumppu-suuttimet olivat hieman erilainen polttoaineen ruiskutustapa, Volkswagen-konserni käytti niitä laajasti henkilöautoissa, ensimmäisen kerran vuonna 1998 (Passat B5 1.9 TDI). Lyhyesti sanottuna pumpun ruiskutussuutin on suutin, jossa on oma pumppu, jota käyttää nokka-akseli. Siten koko paineistus- ja ruiskutusprosessi sylinteriin rajoittuu sylinterinkanteen. Järjestelmä on erittäin kompakti, siinä ei ole polttoaineletkuja, jotka yhdistävät pumppua suuttimiin. Siksi suuttimen pulsaatiota ei tapahdu, mikä vaikeuttaa polttoaineen annoksen ja vuotojen säätämistä. Koska polttoaine osittain höyrystyy yksikön ruiskutuskammiossa, ruiskutuksen ajoitus voi olla pieni (helppo käynnistys). Tärkeintä on kuitenkin erittäin korkea ruiskutuspaine 2000-2200 bar. Polttoaineannos sylinterissä sekoittuu nopeasti ilman kanssa ja palaa erittäin tehokkaasti.

Yleensä pumppu-ruiskutusdieselmoottorille on ominaista korkea hyötysuhde, alhainen polttoaineenkulutus, suuri nopeus ja mahdollisuus saada korkea tehotiheys. Mutta yksikköruiskutusmoottori on kallista valmistaa pääasiassa sylinterinkannen monimutkaisuuden vuoksi. Hänen työnsä on kovaa ja kovaäänistä. Kun konetta käytetään yksikkösuuttimilla, syntyy myös päästöongelmia, mikä vaikutti suuresti siihen, että VW luopui tästä ratkaisusta.

Suoraruiskutus - Common Rail

Common Rail -ruiskutusjärjestelmän tärkein elementti on "Common Rail", säiliötyyppi, joka tunnetaan myös nimellä "paineistettu polttoaineakku", johon pumppu pumppaa dieselpolttoainetta. Se ei mene suuttimiin suoraan pumpusta, vaan säiliöstä, säilyttäen samalla saman paineen jokaisessa sylinterissä.

Kuvaannollisesti voidaan sanoa, että jokainen suutin ei odota osaa polttoaineesta pumpusta, mutta sillä on silti polttoainetta erittäin korkeassa paineessa. Sumuttimet ohjaavat sähköimpulssit riittävät syöttämään polttoainetta polttokammioihin. Tällaisen järjestelmän avulla voit luoda monivaiheisia ruiskutuksia (jopa 8 vaihetta ruiskutusta kohden), mikä johtaa polttoaineen erittäin tarkaan palamiseen ja paineen asteittaiseen nousuun. Erittäin korkea ruiskutuspaine (1800 bar) mahdollistaa erittäin pienillä suuttimilla varustettujen suuttimien käytön, jotka syöttävät polttoainetta lähes sumun muodossa.

Kaikkea tätä täydentävät moottorin korkea hyötysuhde, tasainen käynti ja alhainen melutaso (suoraruiskutuksesta huolimatta), hyvä ohjattavuus ja alhaiset pakokaasupäästöt. Yhteispaineruiskutusmoottorit vaativat kuitenkin korkealaatuisimman polttoaineen ja parhaat suodattimet. Polttoaineen epäpuhtaudet voivat tuhota suuttimia ja aiheuttaa vaurioita, joiden korjaaminen on erittäin kallista.