ディーゼルインジェクター：種類と動作
ディーゼルインジェクターは、現代のディーゼルエンジンの燃料噴射システムの心臓部です。
その主な目的は、燃焼室内に高圧でディーゼル燃料を噴霧し、均一な微細液滴の霧を作り出して、高温の圧縮空気との効率的な混合を促進することです。
正確かつ制御された噴射プロセスは、エンジン性能の最適化、汚染物質の排出の削減、燃費の向上に役立ちます。
ディーゼル インジェクター テクノロジには複数の種類があり、それぞれ独自の設計、制御、アプリケーション特性を備えています。
基本原則 手術
ディーゼルインジェクターは主に以下のもので構成されています。
ノズルホルダー：高圧ラインから内部の圧力室に燃料を導く鋼製ブロック。
ニードル バルブ (またはインジェクター ニードル): 休止時にノズル出口穴を密閉する円錐形のピストン。
スプリング: 燃料圧力がバルブを開くのに必要なしきい値を超えるまで、バルブを閉じた状態に保つ力。
ノズル: 1 つ以上の穴が開けられた部品で、そこから極めて高い圧力で燃料が噴出されます。
圧電コイルまたは水晶: 電気信号を受信すると、バルブが開くか開かないかを制御するアクチュエータ。
リターンフィッティング: インジェクターを密閉し、余分な燃料を排出して内部潤滑し、タンクに戻します。
ディーゼルポンプは、エンジンサイクルごとに100～2,000バールの圧力を発生させます。加圧された燃料がノズルホルダーに到達し、スプリングの力に打ち勝つと、ニードルが上昇し、ノズルオリフィスから燃料が噴射されます。圧力が解放されると、スプリングがニードルを密閉されたシートに押し戻し、燃料の流れを遮断します。
電磁インジェクター（ソレノイド）
インジェクターの ソレノイドは、古いディーゼルエンジンで最も一般的に使用されています。その電磁石は銅線のコイルで構成されており、電流が流れると磁場を発生させます。この磁場がバネの力に打ち勝ち、ニードルを押し上げて噴射を開始します。
特徴:
開閉時間: 約 1 ミリ秒、単一の注入ステージには十分です。
制御: 可変幅電気パルス (PWM) を介してコマンド ユニット (ECU) によって管理されます。
利点: 適度な価格、堅牢性、機械システムおよび電子システムへの簡単な統合。
制限事項: 圧電式よりも応答が遅く、非常に短い注入では圧力と量の制御の精度が低くなります。
これらのインジェクターは、通常、レール圧力が高いものの、ECU が極端に短いパルスや複数の噴射を必要としない第 1 世代および第 2 世代のコモン レール噴射システムで使用されます。1 サイクルで。
圧電インジェクター
圧電インジェクターは、ディーゼル燃料噴射技術における最先端の進化形です。コイルの代わりに圧電結晶を使用し、電気パルスが加えられると瞬時に変形し、ニードルに直接力を伝達します。
特徴:
応答速度: 10分の1ミリ秒、単一サイクルで複数の噴射イベント (噴射前、メイン、および噴射後) を可能にします。
精度: 燃料量の制御における極めて高い精度により、燃焼を最適化し、NOx および粒子状物質の排出を削減します。
複雑さとコスト: コストが高く、ECU に特定の電子回路と慎重な熱管理が必要になります。
用途: 高効率、低排出ガスディーゼルエンジン (ユーロ 6 以上)、高性能ターボディーゼル。
非常に短い噴射シーケンスを管理できるため、圧電インジェクターは燃焼をスムーズにし、エンジンの騒音を低減し、音響の快適性を向上させます。
機械式インジェクターとポンプインジェクターシステム
コモンレールが普及する前は、ディーゼルシステムでは機械式インジェクターをディストリビューターポンプまたはユニットポンプと組み合わせて使用していました。
- ロータリーポンプ（ディストリビューター）：ポンプは高圧を生成し、内部のローターによって各インジェクターに順番に分配します。
- 倒立型ポンプ（ユニットインジェクター）：各シリンダーには、インジェクターに直接組み込まれた高圧ポンプが備えられています。圧力は各ユニット内で局所的に生成されます。
特徴:
- ポンプインジェクターユニット: コンパクトで中程度の圧力 (最大 900 bar) に達することができます。
- 利点: 高圧配管がなくなり、シールと漏れポイントの数が減少します。
- デメリット: 重量が増し、機械が複雑になり、騒音が大きくなる。また、コモンレールに比べて噴射制御の汎用性が低い。
ポンプインジェクターシステムは現在、乗用車では廃止されていますが、そのシンプルさと低品質燃料への耐性により、産業用途や重機では今でも使用されています。
コモンレールシステム
コモンレールは2000年代初頭、ディーゼル燃料噴射に革命をもたらしました。その構造は、圧力発生と燃料計量を分離しています。
- コモンレール: すべてのシリンダーに一定の高圧燃料 (最大 2,500 bar) を維持するアキュムレーター チューブ。
- 独立した高圧ポンプ：レールへの圧力を高めます。
- ソレノイドまたはピエゾインジェクター: それぞれレールから加圧燃料を受け取り、ECU の直接制御下で燃料を噴射します。
利点:
- 噴射圧力とエンジン速度の独立性。
- 1 サイクルあたり複数の微細噴射が可能: 効率が向上し、騒音と汚染物質の排出が削減されます。
- 柔軟性: 負荷および温度条件への自動適応。
コモンレールは現在、自動車のディーゼルエンジンの標準となっており、燃費、性能、環境規制への準拠の最適な組み合わせを提供します。
メンテナンスとよくある故障
インジェクターの状態は、エンジンの性能と寿命に直接影響します。
- ニードル/ノズルの詰まりまたは摩耗: 出力の低下、けいれん、黒煙の原因となります。
- 内部または外部の漏れ: 燃料消費量の増加と冷間始動の困難。
- 電気的故障 (ソレノイドの焼損またはピエゾクリスタルの損傷): 1 つ以上のシリンダーでの同期障害および噴射喪失。
- 燃料の汚染: 沈殿物と水により内部部品が損傷します。
コモンレール時代（1997年～現在）
コモンレールは圧力生成と投与を分離し、ディーゼル噴射に革命を起こします。
- 90 年代後半: Bosch CP1 および CP2 ポンプにより CR が 140 ～ 160 MPa に達し、サイクルごとに 2 回の噴射が可能になります。
- 第 2 世代: 180 ～ 200 MPa の高圧と 3 段階戦略 (前噴射、メイン噴射、後噴射) により、粒子状物質と NOx 排出物を処理します。
- 第 3 世代: 0.1 ミリ秒の応答時間を備えた圧電アクチュエータにより、最大 5 回の微細注入と優れた霧化が可能になります。
- 第4世代：インジェクターの内部油圧ブーストによる最大250MPaの圧力、改良された熱ピーク制御、超低排出ガス【^10】。
現在の CR システムは、ユーロ 6 および将来の規制に準拠しており、燃料消費を最適化し、騒音を低減し、ターボチャージャーによるダウンサイジングを可能にします。
