Piezoelektromos injektor vs közvetlen befecskendező befecskendező: Műszaki útmutató

Üzemanyag-befecskendezők a modern motorokban: a közvetlen befecskendezéstől a piezoelektromos működtetésig

Az üzemanyag-befecskendező az a komponens, amely precíz időzítéssel, szabályozott permetezési mennyiséggel, valamint a gyors keveredéshez és a teljes égéshez optimalizált cseppspektrummal viszi be az üzemanyagot az égési folyamatba. A befecskendező technológiának az elmúlt három évtizedben bekövetkezett fejlődését – az egyszerű portos befecskendezéstől a korai közvetlen befecskendezésen át a piezoelektromos befecskendezők jelenlegi generációjáig, amelyek ciklusonként többszörös befecskendezésre képesek 2500 bar feletti befecskendezési nyomáson – az egyre szigorúbb kibocsátási előírások, az üzemanyag-takarékossági célok és a kisebb lökettérfogatú motorok nagyobb fajlagos teljesítményének keresése vezérelték.

A közvetlen befecskendezés és a piezoelektromos befecskendezés nem versengő alternatívák – ugyanazon technológiai hierarchia két szintjét képviselik. A piezoelektromos befecskendező egy olyan típusú közvetlen befecskendezéses befecskendező szelep, amely mágnesszelep helyett piezoelektromos működtetőt használ a tűszelep vezérlésére. A közvetlen befecskendezés az alkalmazás környezete; A piezoelektromos működtetés az a mechanizmus, amely lehetővé teszi a közvetlen befecskendezés legnagyobb teljesítményű végrehajtását.

Az egyes technológiák működésének megértése, hogy a piezoelektromos működtetés miért jelent teljesítményelőnyt a mágnesszelep-hajtású közvetlen befecskendezéssel szemben, és milyen gyakorlati következményei vannak a motor teljesítményére, diagnosztikájára és javítására, megalapozza a megalapozott döntéseket a motortervezés, a járműválasztás és a szervizmunkák terén.

Közvetlen befecskendezéses injektor : Alapelvek, nyomás és permetezés

A közvetlen befecskendezésű befecskendező szelep közvetlenül az égéstérbe fecskendezi be az üzemanyagot, nem pedig a szívószelep előtti szívónyílásba. Ez az alapvető különbség a befecskendezés helyében – az égéstér és a szívónyílás – lehetővé teszi az égésrendszer olyan jellemzőit, amelyeket a befecskendezés nem tud biztosítani, beleértve a homogén töltésképződést nagy befecskendezési nyomáson, a réteges töltési működést részterhelés mellett (az erre az üzemmódra tervezett benzines közvetlen befecskendező rendszerekben), a töltéshűtést az üzemanyag párolgásából közvetlenül az égéstérben, és a befecskendezett üzemanyag tömegének precíz dinamikus ciklusonkénti szabályozását.

Közvetlen benzinbefecskendezés (GDI)

A benzinüzemű közvetlen befecskendezésű (GDI) motorokba az üzemanyagot a modern rendszerekben jellemzően 100 bar és 350 bar közötti nyomáson fecskendezik be, egyes fejlett motorok pedig akár 500 bar nyomást is használnak. A nagy befecskendezési nyomás finom csepppermetet hoz létre, amely gyorsan porlasztódik a hengeren belüli forró, összenyomott töltetben. Az üzemanyagcseppek közvetlenül az égéstérben történő elpárolgása elnyeli a töltetből származó hőt, csökkentve a töltési hőmérsékletet, és nagyobb kompressziós arányt tesz lehetővé (amely javítja a termodinamikai hatásfokot), anélkül, hogy abnormális égés (kopogás) indulna el, ami korlátozná a kompressziós arányt egy egyenértékű nyílásos befecskendezéses motorban.

A GDI befecskendező rendszereket a befecskendezési nyomás leadása (a vezérműtengelyről hajtott nagynyomású üzemanyag-szivattyún keresztül), a ciklusonkénti befecskendezési események száma (amely a jelenlegi generációs rendszerekben az egyszeri befecskendezésről ötre vagy még többre nőtt) és a befecskendező fúvóka permetezési geometriája jellemzi – akár többlyukú mintázat, amely diszkrét permetsugarat produkál, vagy egy újabb permetező, vagy egy üreges szórófej. kifelé nyíló csapos szelep kialakítás.

Közvetlen nyomócsöves dízel befecskendezés

A közös nyomócsöves rendszeren keresztül történő közvetlen dízelbefecskendezés a domináns dízel-befecskendezési architektúra a személygépkocsikban, a könnyű haszongépjárművekben, és egyre inkább a nagy teherbírású alkalmazásokban. A közös nyomócsöves üzemanyagot a megcélzott befecskendezési nyomáson (a korai rendszerek 1600 bar-tól a jelenlegi nagy teljesítményű rendszerek 2700 bar-ig terjedő tartományban) tárolja egy megosztott akkumulátortérben – a railben –, amelyből az egyes befecskendezők üzemanyagot szívnak. A sínben lévő nagynyomású tároló leválasztja a befecskendezési nyomást a motor fordulatszámától, lehetővé téve a maximális befecskendezési nyomás alkalmazását a motor bármely működési pontján, ahelyett, hogy a nagy sebességű körülményekre korlátoznák, mint a korábbi szivattyú-vezeték-fúvókás befecskendező rendszerekben.

A közös nyomócsöves dízel befecskendezőknek megbízhatóan kell működniük az üresjárati állapottól a teljes terhelés csúcsnyomásáig terjedő nyomástartományban, a tűszelepet mikro- és ezredmásodperces válaszidővel kell nyitniuk és zárniuk a pontos befecskendezési időzítés és időtartam elérése érdekében, és fenn kell tartaniuk a befecskendezési mennyiség pontosságát több millió befecskendezési esemény során, minimális teljesítményeltolódás mellett. Ezek a követelmények megkövetelik a precíziós gyártási tűréseket, a legjobb minőségű anyagokat és olyan működtető mechanizmust, amely a teljes működési tartományban képes megfelelni a reakcióidő és az erő követelményeinek.

Befecskendező tűszelep és permetezés

Az injektortest csúcsán található tűszelep az az elem, amely szabályozza az üzemanyag áramlását a nagynyomású üzemanyagrendszerből az égéstérbe. Amikor a tű felemelkedik a helyéről, a nagynyomású üzemanyag átáramlik a zsák térfogatán a fúvóka csúcsánál, és meghatározott számú lyukon (jellemzően 5-10 a modern dízelfúvókáknál, 3-12 a GDI-fúvókáknál) keresztül távozik, mint nagy sebességű sugár, amely finom cseppekké porlasztja a turbulens feltörő és aerodinamikai kölcsönhatás révén a sűrűségben.

A tűszelep emelkedése, a nyitás és zárás sebessége, valamint a fúvóka nyílásaiban a nyitás pillanatában kialakuló nyomáskülönbség egyaránt befolyásolja a kezdeti cseppméret-eloszlást, a permet behatolását (milyen messzire jutnak el a permetsugarak, mielőtt elveszítenék lendületüket és keverednének a töltettel), valamint az eseményenként befecskendezett üzemanyag mennyiségét. Az injektor működtető mechanizmusa – legyen az mágneses vagy piezoelektromos – közvetlenül szabályozza a tűszelep mozgásának sebességét és pontosságát, így ez a befecskendezési minőség kulcsfontosságú tényezője.

Mágnesműködtetés közvetlen befecskendezéses befecskendező szelepekben

A ma használatos közvetlen befecskendezéses befecskendező szelepek többsége mágnesszelepet használ működtető mechanizmusként. A közös nyomócsöves befecskendező rendszer 1990-es évekbeli bevezetése óta a mágnesszelep a domináns kialakítás, és továbbra is a legszélesebb körben gyártott közvetlen befecskendező típus világszerte.

Hogyan működik a mágnesszelep befecskendező

Mágneses működtetésű közös nyomócsöves dízel befecskendező szelepeknél a tűszelepet nem közvetlenül a mágnesszelep hajtja meg. Ehelyett a mágnesszelep egy kis vezérlőszelepet (a kétutas vagy háromutas vezérlőszelepet) működtet a befecskendező szelepházán belüli nagynyomású üzemanyag-körben. A vezérlőszelep a tű feletti hidraulikus vezérlőkamrában szabályozza a nyomást, amely szabályozza, hogy a tűre ható nettó hidraulikus erő a fészek felé (tű zárva, injekció leállítva) vagy az üléstől távolodva (tű nyitva, injekció folyamatban) irányuljon.

Amikor a mágnesszelep feszültség alá kerül, kinyitja a vezérlőszelepet, és visszaengedi a vezérlőkamra nyomását (alacsony nyomás). A vezérlőkamra és a fúvókanyomás közötti nyomáskülönbség felfelé hat a tűre, felemeli azt a helyéről és elindítja az injekciót. Amikor a mágnesszelepet feszültségmentesítik, a vezérlőszelep bezárul, a vezérlőkamrában a nyomás újra felépül, és a tű visszatér a helyére a hidraulikus helyreállító erő és a tűrugó együttes hatására. A befecskendezés időtartama tehát a mágnesszelep bekapcsolása és a feszültségmentesítés közötti időszak, és a befecskendezett mennyiséget az ezen idő alatti áramlási sebesség integrálja határozza meg.

A közvetlen befecskendezésnél a mágnesszelep működtetésének velejárója a mágnesszelep-tű rendszer mechanikai válaszideje. A mágneses elektromágneseknek időre van szükségük a mágneses mező felépítéséhez és összeomlásához, és a hidraulikus erősítő áramkör további késleltetést ad a mágnesszelep működtetése és a tűszelep reakciója között. Ez korlátozza az elérhető minimális befecskendezési időtartamot és az egymást követő befecskendezések közötti minimális távolságot, korlátozva az egyetlen motorcikluson belül, magas motorfordulatszámon végrehajtható befecskendezési események számát.

Piezoelektromos befecskendező : Hogyan működik a piezoelektromos működtetés

A piezoelektromos befecskendező a mágnesszelep működtetőt piezoelektromos kötegműködtetővel helyettesíti – piezoelektromos kerámiaelemekből álló oszlop (leggyakrabban ólom-cirkonát-titanát vagy PZT), amelyek kitágulnak, ha feszültséget kapcsolnak rájuk, és összehúzódnak, amikor a feszültséget megszüntetik. A kötegnek ez a fizikai tágulása és összehúzódása biztosítja azt a működtető erőt és elmozdulást, amely működteti az injektor vezérlőszelepét, vagy egyes kiviteleknél közvetlenül szabályozza a tűszelep helyzetét.

A piezoelektromos hatás az injektor működtető szerkezetekben

A piezoelektromos kerámiák fordított piezoelektromos hatást fejtenek ki: ha elektromos mezőt alkalmaznak a kerámián, az anyag mechanikusan deformálódik. A tüzelőanyag-befecskendező szelepmozgatókhoz tervezett PZT kötegekben a 200-400 különálló kerámia lapka kötegére (egyenként körülbelül 0,1 mm vastag) 100-200 V feszültség körülbelül 30-60 mikrométer teljes lineáris elmozdulást eredményez. Az elmozdulás a feszültség alkalmazásától számított mikromásodperceken belül megtörténik – ez a szinte pillanatnyi reakció a piezoelektromos működtetés alapvető teljesítményelőnye a közvetlen befecskendezéses befecskendező szelepek mágnesszelepes működtetéséhez képest.

Az alkalmazott feszültség és a verem elmozdulása közötti kapcsolat közel lineáris, ami azt jelenti, hogy a részleges feszültség alkalmazása arányos részleges elmozdulást eredményez. Ez a jellemző lehetővé teszi a piezoelektromos befecskendező számára, hogy precíz részleges emelést hajtson végre a vezérlőszelepen vagy tűn – kis, pontosan szabályozott mennyiségeket fecskendezzen be a teljes tűemelés bármely töredékénél, amelyet a mágnesszelep rendszer nem képes megismételni.

Közvetlen működésű és hidraulikusan erősített piezoelektromos befecskendezők

A sorozatgyártású járművekben két fő piezoelektromos befecskendező architektúrát használnak:

• Hidraulikusan erősített piezoelektromos injektor : A piezoelektromos köteg egy szervoszelepet működtet a nagynyomású üzemanyag-körben (elvileg hasonlóan a mágnesszelepes vezérlőszelep megközelítéséhez), amely ezután hidraulikusan szabályozza a tű helyzetét. A hidraulikus erősítő fokozat megsokszorozza a piezo köteg kis mechanikai elmozdulását egy nagyobb tűemeléssé, némi válaszidő árán. Ezt az architektúrát használta a Bosch CRI3 (common rail befecskendező) és hasonló rendszerek, amelyek az első kereskedelmi forgalomban kapható piezoelektromos dízel befecskendezők voltak.
• Közvetlen működésű piezoelektromos injektor : Ebben az architektúrában a piezoelektromos köteg mechanikusan kapcsolódik közvetlenül a tűszelephez egy kapcsolóelemen keresztül, jellemzően egy hidraulikus csatolón keresztül, amely kompenzálja a köteg és a befecskendező test anyagainak hőmérséklettől függő méretváltozásait (mindkettő eltérő hőtágulási együtthatóval rendelkezik). A közvetlen csatolás teljesen kiküszöböli a hidraulikus vezérlőáramkört, és a lehető leggyorsabb reakciót biztosítja – a tű nyitása körülbelül 50-100 mikroszekundum feszültség alatt. A Delphi (jelenleg BorgWarner Fuel Systems) volt az első, amely a közvetlen működésű piezoelektromos közös nyomócsöves befecskendezőt vezette be a gyártásba, és ez az architektúra biztosítja a jelenlegi technológiában elérhető végső befecskendezési reakciósebességet.

A hidraulikus csatlakozó közvetlen működésű rendszerekben

A közvetlen működésű piezoelektromos befecskendezőben lévő hidraulikus csatlakozó egy kicsi, tömített hidraulikus kamra a piezoelektromos köteg és a tűszelep kapcsolórúdja között. Elsődleges funkciója az acél befecskendező szeleptest és a PZT kerámia köteg közötti nettó hőtágulási különbség kompenzálása, ami egyébként azt okozná, hogy az injektor előre nem látható mennyiségeket szállítana a hőmérséklet-változások hatására felmelegedés és teljes terhelés mellett. A hidraulikus csatoló hűen továbbítja a mechanikai erőt a kötegről a tűcsatlakozóra a befecskendezés gyors dinamikája során (mikromásodperctől ezredmásodpercig), miközben lassan szivárog, hogy alkalmazkodjon a hőtágulási különbségekhez (másodperces időskálák). Ez az elegáns mechanikai kialakítás a közvetlen működésű piezoelektromos befecskendezők egyik kulcsfontosságú mérnöki vívmánya, és alapvető fontosságú a befecskendezési mennyiség hosszú távú stabilitása szempontjából.

A piezoelektromos befecskendezők teljesítménybeli előnyei a mágnesszelepekkel szemben

A piezoelektromos működtetés teljesítménybeli előnyei a közvetlen befecskendezéses befecskendezéses befecskendező szelepeknél a mágneses működtetéssel szemben a piezoelektromos befecskendezők alkalmazását a legnagyobb teljesítményű és a leginkább károsanyag-kibocsátásra érzékeny alkalmazásokban tették lehetővé, különösen a dízel közös nyomócsöves rendszerekben, ahol a legnagyobb az igény a befecskendezés pontosságára.

Gyorsabb válaszidő

A piezoelektromos aktuátorok mikroszekundumban reagálnak a mágnesszelep működtetők ezredmásodperces időskálájához képest. Ez a gyorsabb reakció rövidebb minimális befecskendezési időtartamot tesz lehetővé, ami kritikus fontosságú a vezetői és utóbefecskendezési eseményeknél, amelyeket a fejlett dízelégető rendszerekben használnak az égési zaj csökkentésére, a részecskekibocsátás szabályozására és a dízel részecskeszűrő regenerációjának támogatására. Egy piezoelektromos injektor megbízhatóan tud löketenként 1 mm3 alatti mennyiséget befecskendezni – olyan mennyiségeket, amelyek túl rövid befecskendezési időtartamot igényelnek ahhoz, hogy a mágnesszelepes befecskendező pontosan vezérelhesse.

Magasabb befecskendezési eseményszám ciklusonként

Az egymást követő befecskendezési események közötti minimális távolság (az injektálások közötti várakozási idő) rövidebb a piezoelektromos befecskendezőknél, mint a mágnesszelepes befecskendezőknél, mivel a tűszelep gyorsabban éri el teljesen zárt helyzetét a kikapcsolás után. A modern piezoelektromos közös nyomócsöves dízel-befecskendezők akár nyolc vagy több befecskendezési eseményt is végrehajthatnak ciklusonként (többszörös befecskendezés, főbefecskendezés és többszörös utóbefecskendezés) magas motorfordulatszámon, ahol a mágnesszelep-befecskendezők lassabb reakciójuk miatt kevesebb eseményre korlátozódnának. A megnövelt ciklusonkénti befecskendezési eseményszám olyan égési stratégiákat tesz lehetővé, amelyek drámaian csökkentik a zajt (többszöri kis befecskendezés a fő esemény előtt kis mennyiségű üzemanyag előkeverése a gyújtás előtt, csökkentve ezzel a nyomásemelkedés mértékét) és a kibocsátást (az utóbefecskendezés támogatja a részecske-utókezelést és az NOx-csökkentési stratégiákat).

Arányos tűemelés vezérlés

Mivel a piezoelektromos köteg elmozdulása arányos az alkalmazott feszültséggel, a tűszelep emelkedése közbenső helyzetekben szabályozható, nem pedig teljesen nyitottra vagy zárásra korlátozva. Ez az arányos szabályozási képesség lehetővé teszi a fúvóka nyílásain áthaladó áramlási sebesség folyamatos változtatását egy befecskendezési esemény során – ez az úgynevezett sebesség-alakítás –, amelyben a tüzelőanyag-szállítás sebességét szándékosan szabályozzák a kívánt profil követésére (például felfutás a befecskendezés elején, tartós fennsík a fő befecskendezés során, és szabályozott lefutás a végén). A sebességformálás tovább csökkentheti az égési zajt és az NOx-kibocsátást a hagyományos négyszögletes befecskendezési sebességprofilokhoz képest.

Alacsonyabb energiafogyasztás és hőtermelés

A piezoelektromos kapacitív működtetők minden befecskendezési ciklus során tárolják és visszaadják az elektromos energiát (a köteg töltésként tárolja az energiát, amikor feszültséget kapcsolunk, és visszaadja, amikor lemerül), ellentétben a mágnesszelepekkel, amelyek az elektromos energiát hővé alakítják a tekercs ellenállásában. Ez a kapacitív energia-visszanyerés azt jelenti, hogy a befecskendező szelep meghajtó elektronikájának csúcsteljesítmény-igénye magas, de a befecskendezési eseményenkénti nettó energiafogyasztás alacsonyabb, mint egy egyenértékű mágnesszelep rendszeré. Az indítószerkezet alacsonyabb hőtermelése csökkenti a befecskendező szelep alkatrészeinek hőterhelését, és leegyszerűsíti az injektor meghajtó elektronikájának hőkezelési követelményeit.

Piezoelektromos befecskendező meghajtó elektronika és vezérlési stratégia

A piezoelektromos befecskendező szelephez külön nagyfeszültségű meghajtó áramkörre van szükség a motorvezérlő egységben (ECU), vagy külön injektor meghajtó modulra. A piezoelektromos befecskendező hajtása alapvetően különbözik a mágnesszelep meghajtásától, mivel a piezoelektromos aktuátor kapacitív terhelés, nem pedig induktív terhelés.

Az injektor kinyitásához a meghajtó feltölti a piezoelektromos köteget a célfeszültségre – jellemzően 100 V és 200 V között – egy megnövelt tápellátású kondenzátortelepről. A töltőáramot úgy szabályozzák, hogy a kívánt feszültségnövekedési sebességet állítsák elő, amely meghatározza a tűnyitás sebességét és a nyitási tranziens alatti befecskendezési sebességet. Az injektor lezárásához a tárolt töltést a kötegből visszavezetik a tápkondenzátorokba, hogy visszanyerjék.

A köteg pontos feszültségszintje határozza meg a tűemelés mértékét, amely közvetlenül befolyásolja a befecskendezett üzemanyag mennyiségét bármely adott befecskendezési nyomáson. Az ECU-nak ezért nagy pontossággal kell vezérelnie a meghajtó kimeneti feszültségét – jellemzően 1–2 volton belül a működési tartományon belül –, hogy elérje a befecskendezési mennyiség pontosságát, amely a károsanyag-kibocsátásnak való megfeleléshez és a vezethetőséghez szükséges. A zárt hurkú befecskendezési mennyiség korrekciója az áramlási sebességmérő modulból vagy a tűemelés-érzékelőből származó adatok felhasználásával általában az injektorok közötti eltérések és a köteg válaszjellemzőinek hosszú távú eltolódásának kompenzálására szolgál.

Injektor-specifikus kalibrációs adatok

A piezoelektromos befecskendezőket a gyártás során egyedileg kalibrálják, és korrekciós kódkészletet rendelnek hozzá (IMA kódok, C3I kódok vagy ezzel egyenértékűek a gyártótól és a jármű platformjától függően), amelyek kódolják az injektor specifikus teljesítményjellemzőit a fő működési pontokon a névleges specifikációhoz képest. Ezek a korrekciós kódok be vannak programozva az ECU-ba, amikor egy befecskendezőt telepítenek, lehetővé téve a befecskendezést vezérlő szoftver számára, hogy kompenzálja az egyes injektor jellemzőit, és pontos befecskendezési mennyiségeket biztosítson a megengedett tűréstartományon belüli gyártási eltérések ellenére. A piezoelektromos befecskendező szelep cseréjekor elengedhetetlen lépés a cserebefecskendező szelep kalibrációs kódjainak beprogramozása az ECU-ba – ennek elmulasztása befecskendezési mennyiségi hibákhoz vezet, amelyek durva futást, megnövekedett károsanyag-kibocsátást és potenciálisan motorkárosodást okoznak a túltöltés miatt.

Piezoelektromos befecskendező alkalmazások gyártójárművekben

A piezoelektromos befecskendezőket először a 2000-es évek elején vezették be a sorozatgyártású dízel személygépkocsikban, és azóta a dízel és benzin közvetlen befecskendezéses alkalmazások széles körében alkalmazzák, különösen ott, ahol a legmagasabb befecskendezési teljesítményre és károsanyag-kibocsátásra van szükség.

Dízel alkalmazások

A piezoelektromos közös nyomócsöves befecskendezőket személygépkocsikban és könnyű kereskedelmi dízelmotorokban több gyártó is alkalmazza. A Bosch CRI3 (Common Rail Injector 3) és a Delphi DFI1 (később DCO) közvetlen működésű piezoelektromos rendszerei a gyártás korai képviselői voltak, és a technológiát azóta több generáción keresztül finomították, hogy elérjék a jelenlegi rendszereket, amelyek akár 2700 bar sínnyomáson működnek, ciklusonként hét-nyolc befecskendezési eseményszámmal. A személygépkocsik mellett a piezoelektromos befecskendezést teherautók és terepjáró berendezések nagy teljesítményű dízelmotorjaiban is alkalmazzák, ahol a befecskendezési teljesítmény előnyei a károsanyag-kibocsátási megfelelőség (Euro VI, EPA 2010 és későbbi szabványok) tekintetében indokolják a magasabb befecskendezési költséget a mágnesszelepes rendszerekhez képest.

Benzin közvetlen befecskendezéses alkalmazások

A piezoelektromos működtetést a benzines közvetlen befecskendező rendszerekben is alkalmazzák, bár a GDI-ben mért alacsonyabb befecskendezési nyomások (100-500 bar szemben a dízel 1600-2700 bar-ral) azt jelentik, hogy a piezoelektromos előnyei a mágnesszelep-működtetéssel szemben kevésbé szélsőségesek, mint a dízel közös nyomócsöveseknél. A legnagyobb teljesítményű GDI-alkalmazások és -rendszerek, amelyek a legszigorúbb részecskeszám- (PN) határértékeket célozzák meg – ahol pontosan szabályozott, ciklusonként többszörös befecskendezésre van szükség a falnedvesedés és a részecskeképződés csökkentése érdekében – a benzines környezetben a piezoelektromos működtetés előnyeit élvezik.

Feltörekvő alkalmazások

A belső égésű motorokhoz való közvetlen hidrogénbefecskendezés – a járművek és a nehéz szállítmányozás feltörekvő erőátviteli technológiája – olyan jövőbeli alkalmazási területet képvisel, ahol a piezoelektromos befecskendező teljesítménye különösen fontos. A hidrogén alacsony energiasűrűsége, széles gyúlékonysági tartománya és nagyon nagy lángsebessége olyan égési dinamikát hoz létre, amely gyors, precíz befecskendezési szabályozást igényel a rendellenes égési események elkerülése érdekében. A piezoelektromos befecskendezők nagy reakciósebessége és arányos vezérlési képessége kiválóan alkalmassá teszi őket a hidrogén DI-tüzelés követelményeihez.

Piezoelektromos befecskendezők diagnosztikája, karbantartása és cseréje

A piezoelektromos befecskendezők speciális diagnosztikai és szervizkövetelményeket mutatnak be, amelyek különböznek a mágnesszelepek befecskendezőitől. Magasabb költségük – jellemzően az egyenértékű mágnesszelepes befecskendezők költségének két-ötszöröse – fontossá teszi a befecskendezőrendszer hibáinak helyes diagnosztizálását a csere előtt. A kalibrációs kód követelménye a programozást minden cserefolyamat kötelező lépésévé teszi.

Gyakori hibamódok

A piezoelektromos befecskendezők több mechanizmus miatt is meghibásodhatnak:

• Piezoelektromos köteg-leválás vagy repedés : A kerámiakötegben repedések vagy rétegek leválása alakulhat ki, jellemzően hősokk, az üzemanyagrendszerben lévő vízkalapács által okozott mechanikai ütés vagy feszültségcsúcs károsodása miatt. A verem meghibásodása a működtetőelem funkciójának elvesztését okozza, és az injektor általában a megrekedt-nyitott vagy a beragadt-zárt hibaüzemmódba kapcsol a hiba típusától függően.
• A tűszelep elakadása vagy beszorulása : A tüzelőanyag bomlástermékei vagy az égés visszacsapása miatt a tűn és az ülésen felhalmozódó szénlerakódás a tű megtapadását okozhatja, és nem ad be injekciót (zárt tű) vagy folyamatos befecskendezést (nyitott tű). Ez a meghibásodási mód gyakrabban fordul elő rossz minőségű üzemanyagok esetén, vagy azoknál a motoroknál, amelyeknél az üzemanyagszűrő cseretervén túl meghosszabbodik a szervizintervallum.
• Az injektortest szivárgása : A nagynyomású üzemanyag-csatlakozások és a befecskendező szelepház tömítése belülről vagy kívülről szivároghat, a belső szivárgás az üzemanyag-visszaáramlás növekedését okozza, ami csökkenti a sínnyomást és a befecskendezési mennyiséget, a külső szivárgás pedig tűzveszélyt okoz.
• A hidraulikus csatoló károsodása (közvetlen működésű rendszerek) : A hidraulikus csatolóolaj lebomolhat vagy kiszivároghat a tengelykapcsoló tömítőelemein, ami a hőkompenzációs funkció elvesztését és a befecskendezési mennyiség fokozatos eltolódását okozhatja, amikor a tengelykapcsoló hézaga növekszik vagy csökken a kalibrált állapothoz képest.

Diagnosztikai megközelítés

A piezoelektromos befecskendező szelepek hibáit az ECU hibakód-leolvasása, az üzemanyag-befecskendező hozzájárulásának (hengeregyensúly) tesztelése, az üzemanyag-visszatérő mennyiség mérése, valamint a befecskendező szelep elektromos ellenállásának és kapacitásának tesztelése révén diagnosztizálják. A piezoelektromos köteg kapacitása (amikor a befecskendezőt leválasztják a jármű kábelkötegéről) a köteg integritásának közvetlen mutatója – a repedt vagy rétegelt köteg jelentősen csökkenti a kapacitást a specifikációhoz képest, a rövidre zárt köteg pedig közel nulla kapacitást mutat. Ez a kapacitásteszt a legmeghatározóbb elektromos teszt a verem meghibásodására, és elvégezhető egy szabványos LCR-mérővel, amely képes a megfelelő mérési tartományra.

A befecskendezési mennyiség pontosságát a legtöbb, a járművel kompatibilis diagnosztikai leolvasó eszközben elérhető henger-hozzájárulás-teszttel értékelik – ez összehasonlítja az alapjárati fordulatszám-korrekciót, amelyet a befecskendezést vezérlő szoftver alkalmaz az egyes hengerekre az alapjárati minőség kiegyensúlyozása érdekében, és a hengereknél nagy pozitív korrekcióra van szükség, ami azt jelzi, hogy a befecskendezők a célmennyiség alatt, a negatív korrekciók pedig a túlteljesítést jelzik. Ez a teszt azonosítja, hogy melyik injektor teljesít a tűréshatáron kívül, de nem azonosítja a mennyiségi hibát okozó meghibásodási mechanizmust.

Csere eljárás

A piezoelektromos befecskendező szelep cseréje magában foglalja a mechanikus eltávolítást és beszerelést (amely nagyjából a mágnesszelep-befecskendező cseréjéhez hasonló lépéseket követ, különös tekintettel a réz tömítő alátétre, a szénlerakódás eltávolítására a befecskendező furatából, valamint a rögzítőelrendezés vagy a hollandi anya megfelelő meghúzási nyomatékát), valamint a csereinjektor kalibrációs kódjaiba programozásának kritikus további lépését.

A kalibrációs kódokat a cserebefecskendező szeleppel együtt szállítjuk (akár a befecskendező szelepházán lévő címkén, akár a csomagolásban lévő külön adatkártyán), és egy kompatibilis diagnosztikai eszközzel kell bevinni az ECU-ba, amely támogatja az adott járműplatform befecskendező szelep kódolási funkcióját. A legtöbb professzionális diagnosztikai rendszer támogatja a piezoelektromos befecskendező kódolást a főbb motorvezérlő rendszerekben (Bosch EDC17, Delphi DCM, Continental, Denso és mások), és a funkció jellemzően a motor ECU speciális funkciói menüjében érhető el.

Ha nem sikerül beprogramozni a kalibrációs kódokat a csere után, az ECU a korábbi befecskendező szelep kódjait (vagy egy alapértelmezett értékét) fogja használni az új befecskendező szelep vezérléséhez, és befecskendezési mennyiségi hibákat produkál, amelyek durva alapjáraton, üresjárati vagy részterhelési füstként, megnövekedett károsanyag-kibocsátásban, súlyos esetekben pedig az új befecskendező szelep vagy a motor károsodásában nyilvánulnak meg egy vagy több üzemanyagtartály krónikus túltöltése miatt. Az injektor kódolása a csere után nem kötelező lépés, nem ajánlott bevált gyakorlat.

Összehasonlítás: mágnesszelep vs. piezoelektromos közvetlen befecskendezéses befecskendező szelepek