Układ paliwowy (Mazda BT-50 (1))

Silnik WL nowej generacji wyposażony jest w układ wtrysku paliwa typu Common Rail firmy Bosch.

Głównymi funkcjami układu jest optymalna i prawidłowa kontrola procesu wtrysku oleju napędowego w odpowiednim czasie i wymaganej ilości, a także przy wymaganym ciśnieniu wtrysku, co zapewnia zastosowanie elektronicznego układu sterowania. Taka organizacja sterowania procesem wtrysku zapewnia płynną i ekonomiczną pracę silnika wysokoprężnego.

W tym układzie paliwowym akumulatora Common Rail ciśnienie paliwa może osiągnąć 160 MPa.

System ten pozwala na osiągnięcie redukcji zawartości cząstek stałych w spalinach oraz tlenków azotu NO_x.

Układ paliwowy Common Rail obejmuje: stopień niskiego ciśnienia, stopień wysokiego ciśnienia oraz elektroniczny system zarządzania silnikiem.

Głównymi elementami tego układu są wtryskiwacze elektrohydrauliczne, pompa wtryskowa firmy Bosch (SRZ) (z czujnikiem temperatury paliwa i zaworem regulacji ciśnienia paliwa), akumulator paliwa (z czujnikiem ciśnienia paliwa i reduktorem ciśnienia), czujniki i zawory układu sterowania silnikiem oraz elektronicznej jednostki sterującej silnika.

Stopień niskiego ciśnienia składa się ze zbiornika paliwa, filtra paliwa i przewodów niskiego ciśnienia.

Stopień wysokiego ciśnienia układu paliwowego Common Rail obejmuje pompę wtryskową, akumulator paliwa, wtryskiwacze, przewody wysokiego ciśnienia i przewody powrotne paliwa.





W złączce (2) pompy wtryskowej montowany jest dodatkowy filtr paliwa służący do podłączenia przewodu doprowadzającego paliwo ze zbiornika paliwa w celu lepszej filtracji paliwa przed jego podaniem do przewodu wysokiego ciśnienia.





Wysokociśnieniowa pompa paliwowa napędzana jest poprzez przekładnię z wału korbowego i dostarcza paliwo pod wymaganym ciśnieniem do akumulatora paliwa. Pompa wtryskowa zawiera pompę zastrzykową paliwa (pompowanie paliwa ze zbiornika paliwa do komory tłoka), czujnik temperatury paliwa, zawór regulacji ciśnienia paliwa, wałek rozrządu i trzy tłoczki (umieszczone pod kątem 120° względem siebie), które pompują paliwo pod wysokim ciśnieniem do akumulatora paliwa.

W wysokociśnieniowych komorach nurnikowych wymagana ilość paliwa pompowana jest ze zbiornika paliwa za pomocą zębatej pompy zastrzykowej paliwa. Pompa zastrzykowa paliwa składa się z dwóch przekładni zębatych obracających się w różnych kierunkach. W pompie paliwo z przewodu zasilającego wchodzi w szczelinę między zębami koła zębatego a obudową i dostarczane jest do komory wysokiego ciśnienia pompy wtryskowej. Powrót paliwa do przewodu zasilającego jest eliminowany dzięki ścisłemu stykowi zębów koła zębatego. Ponieważ prędkość obrotowa pompy paliwowej zależy od prędkości wału korbowego, konieczna staje się regulacja ilości paliwa pompowanego do komór tłokowych.





Ilość paliwa dostarczanego do komory tłokowej wysokiego ciśnienia kontrolowana jest przez zawór sterujący pompy zalewowej paliwa. Przez ten zawór, przy zwiększonej prędkości obrotowej wału korbowego, część paliwa powraca do przewodu doprowadzającego paliwo. Zawór regulacji ciśnienia paliwa reguluje ilość paliwa dostarczanego do akumulatora, utrzymując w ten sposób stałe ciśnienie w akumulatorze paliwa. Zawór sterowany jest przez sterownik silnika, na sygnał, po którym następuje otwarcie zaworu i nadmiar paliwa zostaje doprowadzony do przewodu powrotnego.

Paliwo dostarczane z pompy zalewowej przechodzi do kanału wlotowego wewnątrz pompy. Za otworem wlotowym znajduje się zawór bezpieczeństwa. Jeżeli ciśnienie wytworzone przez pompę zalewową paliwa przekroczy ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa, wówczas paliwo przedostaje się przez przepustnicę zaworu do obwodu smarowania i chłodzenia pompy wtryskowej. Mimośrodowy wał napędowy porusza tłokiem zgodnie z uniesieniem mimośrodu. Paliwo przepływa przez zawór wlotowy (1) pompy wtryskowej paliwa. do komory wysokiego ciśnienia (5) elementu pompującego i gdy tłok (8) porusza się w dół, realizuje suw ssania. Wał (6) w obudowie pompy wtryskowej osadzony jest w łożysku centralnym. Mimośród (7) na wale pompy wtryskowej zapewnia ruch posuwisto-zwrotny tłoków. Po osiągnięciu dolnego martwego punktu tłoka zawór wlotowy zamyka się i paliwo nie może już wydostać się z górnej komory elementu pompującego (tłoczka). Następnie, gdy tłok porusza się w górę, paliwo jest sprężane, ciśnienie wzrasta i wylot (zawór spustowy) (2) otwiera się, gdy ciśnienie w akumulatorze paliwa przekroczy swój poziom. Sprężone paliwo trafia następnie do obwodu wysokiego ciśnienia.



Tłok pompy wtryskowej kontynuuje dostarczanie paliwa, aż osiągnie położenie GMP (udar wyładowczy). Następnie ciśnienie spada, zawór wylotowy zamyka się, a tłok przesuwa się w dół. Gdy ciśnienie w komorze elementu pompującego przekroczy ciśnienie pompowania, zawór wlotowy otwiera się ponownie i proces się powtarza.

Czujnik temperatury paliwa zawiera rezystor pomiarowy i zasilany jest napięciem 5 V. Rezystancja rezystora zmienia się w zależności od temperatury paliwa, co z kolei wpływa na napięcie wyjściowe (sygnał) wysyłane przez czujnik do centrali sterującej. Jednostka sterująca odbiera sygnał z czujnika i określa temperaturę paliwa zgodnie z algorytmem zapisanym w jej pamięci. Dane otrzymane z czujnika temperatury paliwa służą do obliczenia cyklicznego zasilania paliwem.

Paliwo z wysokociśnieniowej pompy wtryskowej trafia do akumulatora paliwa, skąd dostarczane jest do wtryskiwaczy. Akumulator paliwa utrzymuje optymalne ciśnienie (25 - 160 MPa).





Gdy ciśnienie przekroczy 195 MPa, część paliwa zostaje spuszczona przez zawór redukcyjny (zamontowany na akumulatorze paliwa) do przewodu powrotnego paliwa. Czujnik ciśnienia jest zainstalowany na akumulatorze paliwa.





Układ wyposażony jest we wtryskiwacze z elektromagnetycznym zaworem sterującym. Wtryskiwaczami steruje sterownik silnika. Każda dysza składa się z tłoka obciążonego sprężyną (2), igły (1), zaworu elektromagnetycznego (6) i komory hydraulicznej (3) (patrz rysunek "Działanie dyszy"). Z akumulatora paliwa paliwo dostarczane jest do wtryskiwacza, który przepływa do komory hydraulicznej, przez otwór (8) i do iglicy wtryskiwacza. W komorze hydraulicznej paliwo znajduje się pod ciśnieniem równym ciśnieniu w akumulatorze paliwa. Kiedy wtryskiwacz jest zamknięty, paliwo naciska na obciążony sprężyną tłok, który z kolei naciska na iglicę wtryskiwacza, uniemożliwiając jej otwarcie. Kiedy ECU dostarcza sygnał sterujący startem do odpowiedniego elektrozaworu wtryskiwacza, zwora (5) z zaworem kulowym (4) zostaje podniesiona. Zawór kulowy otwiera kanał (7) łączący komorę hydrauliczną z przewodem powrotnym paliwa, w wyniku czego część paliwa zostaje spuszczona i następuje spadek ciśnienia w komorze hydraulicznej wtryskiwacza. Jednocześnie ciśnienie paliwa podawanego do iglicy wtryskiwacza pokonuje siłę sprężyny tłoka i igła otwiera się, co powoduje wtrysk paliwa do cylindra przez wtryskiwacz.



Na przewodzie powrotnym paliwa z wtryskiwaczy zamontowany jest zawór zwrotny. Zawór ten zapobiega przedostawaniu się paliwa przekierowanego z przewodu powrotnego wtryskiwaczy do wtryskiwaczy.

Jednostka sterująca silnika kontroluje ilość wtryskiwanego paliwa i czas wtrysku. Ten układ paliwowy może zapewnić aż trzy kolejne wtryski (wtrysk wielostopniowy). Każdy wtryskiwacz jest podłączony do przewodu powrotnego paliwa.





Wtryskiem paliwa steruje sterownik silnika na podstawie sygnałów z szeregu czujników układu sterującego silnikiem, a także w zależności od trybu pracy silnika. Jednostka sterująca kontroluje ilość wtryskiwanego paliwa, czas wtrysku i liczbę wtrysków na skok w każdym cylindrze osobno. Ilość paliwa wtryskiwanego przez wtryskiwacz zależy od czasu otwarcia iglicy wtryskiwacza, który z kolei zależy od czasu, w którym sterownik silnika wysyła sygnał sterujący do elektrozaworu wtryskiwacza. Czas otwarcia iglicy wtryskiwacza sterowany jest przez sterownik silnika w zależności od nacisku na pedał gazu i prędkości obrotowej wału korbowego. Obliczona ilość wtryskiwanego paliwa jest dostosowywana w zależności od temperatury powietrza dolotowego, przepływu masowego powietrza, temperatury płynu chłodzącego i ciśnienia atmosferycznego. Jednostka sterująca reguluje także ilość wtryskiwanego paliwa dla każdego wtryskiwacza w zależności od kodu identyfikacyjnego wtryskiwacza, który należy zaprogramować w pamięci sterownika silnika indywidualnie dla każdego wtryskiwacza. Kod ten koduje charakterystykę mechaniczną indywidualną dla każdego wtryskiwacza.



Sterownik silnika stale reguluje ilość paliwa wtryskiwanego do każdego cylindra w zależności od zmian prędkości obrotowej wału korbowego (zwłaszcza na biegu jałowym), aby zmniejszyć wahania prędkości i zmniejszyć wibracje.

Czas wtrysku obliczany jest przez jednostkę sterującą na podstawie sygnałów z różnych czujników, trybu pracy silnika, prędkości obrotowej wału korbowego oraz ilości wtryskiwanego paliwa, zgodnie z algorytmem zapisanym w pamięci jednostki sterującej. Szacowany czas wtrysku paliwa jest dostosowywany w zależności od temperatury powietrza dolotowego, temperatury płynu chłodzącego i ciśnienia atmosferycznego.

Ciśnienie wtrysku zależy bezpośrednio od ciśnienia w akumulatorze paliwa i jest sterowane przez sterownik silnika na podstawie sygnału z czujnika ciśnienia w akumulatorze paliwa.

Ciśnienie paliwa regulowane jest przez jednostkę sterującą w zależności od prędkości obrotowej wału korbowego i cyklicznego zasilania paliwem za pomocą zaworu sterującego ciśnieniem paliwa zamontowanego w pompie wtryskowej. Utworzenie optymalnego ciśnienia wtrysku paliwa dla każdego trybu pracy silnika pomaga zmniejszyć toksyczność gazów spalinowych.

Liczba wtrysków wytwarzanych przez dyszę do cylindra jest kontrolowana przez sterownik silnika w zależności od warunków jazdy pojazdu i służy zmniejszeniu wibracji oraz toksyczności spalin. Ten akumulatorowy układ paliwowy umożliwia wykonanie do trzech wtrysków do jednego cylindra na cykl.

W pamięci jednostki sterującej zaprogramowanych jest kilka optymalnych algorytmów wtrysku paliwa dla różnych warunków. Zatem przy niskiej prędkości wału korbowego i niskim obciążeniu wykonywane są trzy wtryski na cykl, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo detonacji. Przy dużych prędkościach wału korbowego i dużych obciążeniach wykonywany jest tylko jeden wtrysk na cykl, aby poprawić osiągi mocy i zmniejszyć zużycie paliwa.



Dodatkowe funkcje sterujące służą poprawie wydajności w zakresie redukcji emisji szkodliwych substancji i zużycia paliwa lub służą poprawie bezpieczeństwa, komfortu i łatwości obsługi.

(Oryginalny artykuł opublikowano na: MAZBOOK)