Wtryskiwacze, Piezoelektryczne, Delphi

Wysokociśnieniowy wtryskiwacz piezoelektryczny Delphi

Firma Delphi rozpoczyna masową produkcję uniwersalnych układów common rail z wtryskiwaczami piezoelektrycznymi. Wyposażone w nie pojazdy już wkrótce pojawią się w autoryzowanych serwisach i niezależnych warsztatach.

Od czasu zastosowania w silnikach wysokoprężnych układów wtryskowych typu common rail minęło niewiele ponad dziesięć lat, w trakcie których ten epokowy wynalazek zdążył wyprzeć z rynku wszystkie konkurencyjne rozwiązania, zapewnić samochodowym dieslom sportowe wręcz osiągi, a także zestarzeć się na tyle, że dziś oczywista stała się konieczność jego gruntownej rekonstrukcji. Przyczyny tych niezbędnych w najbliższej przyszłości zmian leżą, jak zwykle, w sferze ekologii (w roku 2014 zacznie obowiązywać w Europie norma Euro 6) i ekonomii (zużycie paliwa ma coraz większy wpływ na preferencje nabywców samochodów). Istotnym warunkiem spełnienia tych oczekiwań jest właśnie zastąpienie wtryskiwaczy elektromagnetycznych - piezoelektrycznymi.

Warunki spełnienia rosnących wymagań

W normie Euro 6 limity emisji tlenków NOX zmniejszone zostaną trzykrotnie, a limit cząsteczek stałych - aż pięciokrotnie w porównaniu z obowiązującą dziś normą Euro 4. Już same te wskaźniki przesądzają o potrzebie radykalnej zmiany charakterystyk wtryskowych układów zasilania.

W nowoczesnych systemach common rail wtrysk paliwa do gorącego powietrza sprężonego w komorze spalania następuje w momencie otwarcia iglicowego zaworu wtryskiwacza połączonego bezpośrednio z wysokociśnieniowym kolektorem, wspólnym dla wszystkich cylindrów. Im wyższe ciśnienie panuje w kolektorze i mniejszy przekrój ma wylotowa dysza wtryskiwacza, tym olej napędowy rozpylany jest drobniej, a przez to zapala się łatwiej i spala dokładniej, co przekłada się na niższe zużycie paliwa i mniejszą zawartość tlenku węgla, węglowodorów i cząstek stałych w spalinach. Dlatego ciśnienia wtrysku przekraczają już 2000 barów, a średnice dysz mierzy się nanometrach.

Zmniejszenia emisji tlenków azotu nie można osiągnąć przez samą zmianę parametrów wtrysku, lecz tylko drogą zwiększenia recyrkulacji spalin (EGR). Jednak w silnikach wysokoprężnych utrudnia to samozapłon paliwa i wpływa negatywnie na czystość spalania. Przezwyciężenie tej tendencji jest możliwe, jeśli wtrysk ma przebieg prostokątnego impulsu, czyli zaczyna się i kończy ostro, bez faz stopniowego narastania i zaniku intensywności wypływu.

Wielkość wtryskiwanej dawki reguluje mikroprocesor sterujący czasem otwarcia wtryskiwacza. Porcja zużywana w jednym cyklu pracy danego cylindra nie jest jednak wtryskiwana jednorazowo, lecz z podziałem na kilka następujących kolejno wtrysków. Ten właśnie system sprawił, że samochodowe silniki wysokoprężne pracują dziś miękko i płynnie jak benzynowe, że nie ustępują im także pod względem rozwijanych prędkości obrotowych.

Dostosowanie charakterystyki systemu wtryskowego do przedstawionych tu wymogów oznacza konieczność zastosowania innego rodzaju wtryskiwaczy. Obecne, elektromagnetyczne, odznaczają się zbyt wolnym działaniem i znaczną jego bezwładnością, co nie pozwala ani na dalsze zwiększanie liczby cząstkowych wtrysków w jednym cyklu pracy, ani na wyraźne odcinanie początku i końca wtryskiwanego strumienia. Poza tym wtryskiwacz elektromagnetyczny po każdym uruchomieniu otwiera zawór całkowicie, bez możliwości zatrzymywania go w pozycjach pośrednich, choć bardzo ułatwiałoby to dawkowanie paliwa w zakresie biegu jałowego, redukcję emisji spalin przy częściowych obciążeniach silnika i optymalne zasilanie przy rozwijaniu mocy maksymalnej.

Tych wszystkich wad nie mają najnowsze wtryskiwacze Delphi, w których iglica zaworu sprzężona jest bezpośrednio z elementem piezoelektrycznym, rozszerzającym się i kurczącym pod wpływem impulsów napięciowych wysyłanych przez elektroniczny sterownik silnika.

Na czym polegają różnice?

Piezoelektryczne, bezpośrednie uruchamianie iglicy zaworu eliminuje nie tylko bezwładność elektromagnesu, lecz także współpracującego z nim obwodu hydraulicznego, dodatkowo opóźniającego działanie wtryskiwacza. Ponadto takie rozwiązanie odznacza się:

• większą dokładnością i stabilnością dawkowania (możliwość wykorzystywania tylko części pełnego skoku iglicy, niepotrzebne stają się przelewowe przewody powrotne);
• liczonym w mikrosekundach czasem otwierania i zamykania zaworu (charakterystyka wtrysku zbliżona do prostokątnej, dokładniejsze rozpylanie przy niezmienionym ciśnieniu w kolektorze, możliwość podziału dawki na ponad siedem wtrysków);
• oszczędnością energii potrzebnej do aktywacji wtryskiwacza i utrzymywania roboczego ciśnienia w kolektorze common rail.

Uzyskana dzięki wtryskiwaczom piezoelektrycznym oprawa organizacji procesów spalania pozwala na zmniejszenie pojemności filtra cząstek stałych oraz na eliminację dodatkowych (poza EGR) systemów redukcji NOX, przy spełnieniu obecnych i przyszłych norm emisji spalin.

Tweet

Redakcja Miesięcznika Branżowego Autonaprawa