Dieselinjektorer: typer og drift
Dieselindsprøjtningsdyser er hjertet i brændstofindsprøjtningssystemet i moderne dieselmotorer.
Dens hovedformål er at sprøjte dieselbrændstof ved højt tryk inde i forbrændingskammeret, hvilket skaber en homogen tåge af fine dråber, der fremmer effektiv blanding med den varme trykluft.
En præcis og kontrolleret indsprøjtningsproces hjælper med at optimere motorens ydeevne, reducere forurenende emissioner og forbedre brændstoføkonomien.
Der findes adskillige dieselinjektorteknologier, hver med unikke design-, kontrol- og anvendelsesegenskaber.
Grundprincippet for operation
En dieselinjektor består hovedsageligt af:
Dyseholder: stålblok, der fører brændstoffet fra højtryksledningen til det indvendige trykkammer.
Nåleventil (eller injektornål): konisk stempel, der hermetisk forsegler dysens udløbshuller i hviletilstand.
Fjeder: Kraft, der holder ventilen lukket, indtil brændstoftrykket overstiger den tærskel, der kræves for at åbne den.
Dyse: et stykke perforeret med et eller flere huller, hvorigennem brændstof udstødes ved ekstremt højt tryk.
Piezoelektrisk spole eller krystal: aktuator, der, når den modtager et elektrisk signal, tillader eller forhindrer ventilen i at åbne.
Returfitting: forsegler injektoren og tømmer overskydende brændstof til intern smøring og retur til tanken.
Under hver motorcyklus genererer dieselpumpen tryk, der kan variere fra 100 til 2.000 bar. Når det tryksatte brændstof når dyseholderen og overvinder fjederens kraft, hæves nålen og frigiver brændstof gennem dyseåbningerne. Når trykket slippes, skubber fjederen nålen tilbage mod dens forseglede sæde og afbryder strømmen.
Elektromagnetiske injektorer (solenoider)
Injektorerne fra Solenoider er de mest almindelige i ældre dieselmotorer. Deres elektromagnet består af en spole af kobbertråd, der genererer et magnetfelt, når den modtager elektrisk strøm. Dette felt overvinder fjederkraften og løfter nålen, hvilket starter indsprøjtningen.
Karakteristika:
Åbnings-/lukningstid: omkring 1 ms, tilstrækkeligt til et enkelt injektionstrin.
Styring: Styret af kommandoenheden (ECU) via elektriske impulser med variabel bredde (PWM).
Fordele: moderat pris, robusthed og nem integration i mekaniske og elektroniske systemer.
Begrænsninger: Langsommere respons end piezoelektrisk; mindre præcis tryk- og mængdekontrol til meget korte injektioner.
Disse injektorer bruges typisk i første og anden generations common rail-indsprøjtningssystemer, hvor skinnetrykket er højt, men hvor ECU'en endnu ikke kræver ekstremt korte pulser eller flere indsprøjtninger.i en enkelt cyklus.
Piezoelektriske injektorer
Piezoelektriske injektorer repræsenterer den mest avancerede udvikling inden for dieselindsprøjtningsteknologi. I stedet for en spole bruger de piezoelektriske krystaller, der, når en elektrisk puls påføres, deformeres øjeblikkeligt og overfører kraft direkte til nålen.
Karakteristika:
Reaktionshastighed: tiendedele af et millisekund, hvilket muliggør flere injektionshændelser i en enkelt cyklus (før injektion, hoved- og efter injektion).
Præcision: Ekstrem nøjagtighed i styringen af brændstofmængden, optimerer forbrændingen og reducerer NOx- og partikelemissioner.
Kompleksitet og omkostninger: Dyrere og kræver specifikke elektroniske kredsløb i ECU'en og omhyggelig termisk styring.
Anvendelser: højeffektive dieselmotorer med lavemission (Euro 6 og derover), højtydende turbodieselmotorer.
Takket være deres evne til at håndtere meget korte indsprøjtningssekvenser, udjævner piezoelektriske injektorer forbrændingen, reducerer motorstøj og forbedrer den akustiske komfort.
Mekaniske injektorer og pumpe-injektorsystemer
Før common rail blev populær, brugte dieselsystemer mekaniske injektorer i kombination med fordelerpumper eller enhedspumper:
- Rotationspumpe (fordeler): En pumpe genererer højt tryk og fordeler det sekventielt til hver injektor ved hjælp af en intern rotor.
- Inverterede pumper (enhedsinjektorer): Hver cylinder har en højtrykspumpe integreret direkte på injektoren. Trykket genereres lokalt i hver enhed.
Karakteristika:
- Pumpe-injektorenhed: kompakt og i stand til at opnå moderate tryk (op til 900 bar).
- Fordel: Eliminerer højtryksrør, reducerer antallet af tætninger og lækagepunkter.
- Ulemper: større vægt, mekanisk kompleksitet og støj; mindre alsidig indsprøjtningskontrol end common rail.
Selvom de i øjeblikket er forældede i personbiler, er pumpe-injektorsystemer stadig i brug i industrielle applikationer og tunge maskiner på grund af deres enkelhed og tolerance over for brændstoffer af lav kvalitet.
Common Rail-system
Common rail revolutionerede dieselindsprøjtningen i begyndelsen af 2000'erne. Dens arkitektur adskiller trykgenerering fra brændstofmåling:
- Common rail: akkumulatorrør, der opretholder et konstant højt brændstoftryk (op til 2.500 bar) for alle cylindre.
- Uafhængige højtrykspumper: hæver trykket til skinnen.
- Solenoid- eller piezo-injektorer: hver modtager tryksat brændstof fra skinnen og doserer det under direkte styring af ECU'en.
Fordele:
- Uafhængighed mellem indsprøjtningstryk og motorhastighed.
- Mulighed for flere fine injektioner pr. cyklus: forbedrer effektiviteten, reducerer støj og forurenende emissioner.
- Fleksibilitet: automatisk tilpasning til belastning og temperaturforhold.
Common rail er nu standarden i dieselmotorer til biler og tilbyder den bedste kombination af brændstoføkonomi, ydeevne og overholdelse af miljøforskrifter.
Vedligeholdelse og almindelige nedbrud
Injektorernes tilstand påvirker direkte motorens ydeevne og levetid:
- Blokering eller slitage af nål/dyse: forårsager effekttab, ryk og sort røg.
- Interne eller eksterne lækager: højt brændstofforbrug og vanskelige koldstarter.
- Elektriske fejl (afbrændt solenoid eller beskadiget piezokrystal): synkroniseringsfejl og tab af indsprøjtning i en eller flere cylindre.
- Brændstofforurening: Sediment- og vandskader på interne komponenter.
Common Rail-æraen (1997-nutiden)
Common Rail adskiller trykgenerering fra dosering, hvilket revolutionerer dieselindsprøjtning:
- Slutningen af 90'erne: CR når 140-160 MPa med Bosch CP1- og CP2-pumper, hvilket muliggør dobbelte injektioner pr. cyklus.
- Anden generation: forhøjede tryk ved 180-200 MPa og trefasestrategi (før-, hoved- og efterindsprøjtning) til behandling af partikel- og NOx-emissioner.
- Tredje generation: piezoelektriske aktuatorer med responstider på 0,1 ms, der muliggør op til fem fine injektioner og overlegen forstøvning.
- Fjerde generation: Tryk op til 250 MPa med intern hydraulisk boost i injektorer, forbedret termisk peak-kontrol og ultralave emissioner【^10】.
Nuværende CR-systemer overholder Euro 6 og fremtidige regler, hvilket optimerer brændstofforbruget, reducerer støj og muliggør downsizing med turboladere.
