Delphi Direct Acting

A 2000 baros rendszer befecskendező szelepében a működtető piezooszlop mozgása közvetlen hatást gyakorol a tűszelep mozgására. A hatásmechanizmusban tehát az aktuátor és szeleptű között nincs külön szervo- vagy vezérlőszelep, melynek mozgatása és így egy-egy tüzelőanyag-csatorna elzárása vagy nyitása következtében jönne létre, vagy fejeződne be a befecskendezés. A szeleptű-nyitás mértékének rendkívül pontos szabályozhatósága és kontrollja segítségével a befecskendezésre kerülő legkisebb tüzelőanyag-mennyiség (1 mg) is kiválóan reprodukálható, mely az injektor élettartama során állandó értékű marad.
A Delphinél a common rail rendszerek két fő családba sorolhatók. Az egyik a Multec család, amely mágnesszelep működtetésű injektorokat tartalmaz (DFI1-család). A másik pedig az ún. közvetlen működtetésű (Direct-Acting-Common-Rail-System, DFI3) rendszer, mely az injektor előbbiekben említett közvetítő-, vezérlő elem nélküli hatásmechanizmusáról kapta a nevét. A különböző típusok kifejlesztésénél fontos célul tűzték ki a mérnökök az egyes rendszerek külső egyezőségét, azért, hogy a DFI1-et és a DFI3-at is szerelni akaró autógyártóknak ne kelljen két külön hengerfejet tervezniük és gyártaniuk egy adott motortípushoz. (1. ábra)

1.ábra: 1.piezo injektor 2.mágnesszelepes injektor 3.nyomásérzékelő 4.visszafolyó ág az injektortól 5.közös-, nagynyomású-, gyűjtőcső 6.nyomásszabályozó szelep 7.visszafolyó ág csatlakozó 8.hozamszabályozó szelep 9.tüzelőanyag-hőmérséklet érzékelő 10.tüzelőanyag hozzávezetés 11.tüzelőanyag-szűrő 12.nagynyomású szivattyú 13.visszafolyó ág a tüzelőanyag-tartályba 14.sugárszivattyú 15.sugárszivattyú 16.előszállító szivattyú 17.tüzelőanyag-tartály

A közvetlen működtetésű befecskendező-rendszer

A 2000 bar maximális befecskendező nyomású rendszer sajátossága, hogy az injektortól nincs visszafolyó tüzelőanyagág, azaz a befecskendező szelephez érkező összes nagynyomású gázolaj befecskendezésre kerül. Mindezzel körülbelül 1 kW teljesítmény-megtakarítást értek el. További előnye a visszafolyás nélküli rendszernek, hogy nincs szükség tüzelőanyag-hűtőre. Természetesen egy új rendszer fejlesztésénél ma már nem lehet nem célul kitűzni a tüzelőanyag-fogyasztás- és a károsanyag-kibocsátás csökkentését. A rendszer következő tulajdonságaival értek el fogyasztás- és emissziócsökkentő hatást:
•gyors szeleptű-nyitás és –zárás
o3x gyorsabb, mint a mai common rail injektorok,
•nagyobb effektív befecskendezési középnyomás, azaz kis fordulatszámokon is nagy fajlagos (időre vetített) befecskendezési mennyiség (4.1. ábra)
•7 vagy több befecskendezés egy ütem alatt (4.3. ábra)
okis „befecskendezési időtávolságok”
onincs egymást befolyásoló hatásuk az egyes befecskendezéseknek, mivel az injektor belső egyben gázolajtere nyomástárolóként is szolgál,
oa motorhoz és a járműhez programozható ECU platform,
• nincs ciklusonkénti befecskendezett mennyiség-ingadozás,
•nincs tüzelőanyag-visszafolyás
oCO2 emisszió-csökkentő hatás,
oStart-Stop automatikának kedvező ez kedvező kialakítás, mivel nem kell várni a motor rövid leállítását követően az újbóli nyomásfelépülésre.

A piezós, közvetlen működtetésű befecskendező szelep

Az indirekt vezérlésű befecskendező-szelepeknél a működtető elemek (mágnesszelep vagy piezoszlop) csak a vezérlőszelepet működtették. A direkt, azaz közvetlen vezérlésű injektornál a piezo elemre kapcsolt feszültség hatására bekövetkező hosszváltozás a tűt hatásmechanizmusában közvetlenül mozgatja.

2. ábra: a mágnesszelepes és a közvetlen működtetésű piezós injektor sematikus működési elve

Több, különböző fejlesztési irány közül az ún. „de-energised to inject” (deenergizálva befecskendez) változat bizonyult a legjobbnak, melynek lényege az, hogy a szeleptű nyitása a piezooszlop alapméretére való visszaállításával valósítható meg. A befecskendező szelep akkor zár, ha a piezooszlopra feszültséget kapcsolunk, és az a záráshoz szükséges mértékben megváltoztatja hosszát, és az általa kifejtett erő következtében a szeleptűt az ülékére szorítja. Az injektor belső-, nagy furatában, azaz a piezooszlop házában nagy nyomású gázolajtér található, mely űrmértékéből adódóan nyomástárolóként („mini-rail”) is funkcionál. Ennek a térnek köszönhetően vált a visszafolyó ág elhanyagolhatóvá. A nyomástároló szeleptűhöz való közelsége miatt - a főként befecskendezés kezdetekor - jelentkező nyomáshullámok gyakorlatilag megszűnnek. Ennek hatására a szeleptű mozgatása még pontosabban vezérelhető és a befecskendezett mennyiség még pontosabban szabályozható.
A tűszelep elmozdításához kétlépcsős erősítő láncot alkalmaznak, melynek forrása a rail-nyomásl. Az első lépcsőben a szeleptű és a piezo-aktuátor mereven kapcsolt, azért, hogy az injektor nyitásához szükséges áramfelvétel kis mértékű tudjon maradni. Amikor a befecskendező szelep nyitott állapotba kerül, akkor a második erősítő lépcsőben hidraulikus áttétellel segítik a tű további nyitását. Ennek célja az, hogy a maximális tűnyitáshoz szükséges lökethossz megvalósítása érdekében ne kelljen a piezoelem löketét túl nagyra növelni. Az első erősítő fázisban a szeleptű közvetlenül, gyorsan és nagy erővel zárható. Ennek köszönhetően a pilot- és utó befecskendezésekkor szükséges, rövid ideig tartó, nagyon kis mennyiségű tüzelőanyag-befecskendezés megvalósítható.

3. ábra: a közvetlen működtetésű piezós injektor belső felépítése

A szelepülék kúpszögét a mágnesszelepeshez képest 60°-ról 90°-ra növelték, melynek hatására minimális szintre csökkentet a nyitáskor és záráskor jelentkező, a tű és az ülék között keletkező fojtó hatást, valamint a kúpszög megváltoztatásával csökkenteni lehetett az ülék maximális átmérőjét is.

Az új nagynyomású szivattyú

Az új szivattyú maximális befecskendező nyomását 1600 barról 2000-re növelték. A piezós rendszerhez illesztett szivattyú (DFP3.4) 0,5…0,7 cm3 gázolajat szállít fordulatonként. A DFP3.4 két dugattyú segítségével állítja elő a nagy nyomást. A szivattyú hozamszabályozóval van ellátva, melynek feladata annak a gázolajmennyiségnek a pontos beállítása, amelyet a szivattyúnak feltétlenül komprimálnia kell a befecskendezéshez. A dugattyúk mozgatására a hagyományos, excenteres csapágyazású, emelőgyűrűs mechanizmus szolgál.

A „mini-rail” nyomástároló hatásának és a gyors és közel fojtás nélküli szeleptű nyitás- és zárásnak köszönhetően a szóráskép független a rail-nyomástól. Egészen kis befecskendezési nyomásokon is megfelelő szóráskép alakul ki. (4.2. ábra)

4.1 Ábra

4.2 Ábra

4.3 Ábra

A szeleptű gyors zárásának és az ülék új kialakításának köszönhetően az utolsó pillanatban befecskendezett gázolaj-mennyiség is tökéletesen porlasztva, nagy behatolási mélységgel jut az égéstérbe. Ez a részecskekibocsátás és a CH-emisszió szempontjából is rendkívül kedvező tulajdonság. A „mini-rail” hatására közel állandó befecskendezett mennyiség alakul ki főbefecskendezéskor, a pilot- és a főadag közötti időkésedelemtől függetlenül.
A befecskendezés fenti újításainak köszönhetően és a nagymennyiségű visszavezetett kipufogógáz miatt a motor rendkívül kis nyers emissziójú.
A befecskendező rendszer mágnes-, illetve piezoaktuátoros injektorokkal elsőként a Mercedes újgenerációs 4 hengerű dízelmotorjaiban kerül alkalmazásra. A kisebb teljesítményű motorokat mágnesszelepes-, a 150 kW teljesítményűeket pedig piezo-elemes rendszerrel szerelik majd, elsőként a C-osztályba és a Sprinterekbe.