Dízel üzemanyag-befecskendezők (Injektorok)

A közös nyomócsöves (common rail) befecskendezés fő célja, hogy nagy nyomású üzemanyagot juttasson az injektorhoz. Bár a technológia már régóta létezik, az elmúlt évtizedben vált igazán meghatározóvá a dízelmotoroknál. Az alapelv egyszerű: ahhoz, hogy egy motor tisztábban működjön, hatékonyabbá kell tenni azt.

A dízel befecskendezéssel kapcsolatban az egyik legfontosabb felismerés az volt, hogy minél nagyobb nyomáson történik a befecskendezés, annál nagyobb lesz a motor hatékonysága. Egy common rail rendszerben az üzemanyag az injektor fúvókáján keresztül hihetetlenül magas, akár 28 000 psi (kb. 1930 bar) nyomással is bekerülhet az égéstérbe. Ez messze felülmúlja a múlt mechanikus rendszereit, amelyek mindössze 2000–3000 psi (kb. 138-207 bar) nyomáson dolgoztak.

Képzelhetjük, mekkora különbséget jelent ez a hatalmas nyomás az üzemanyag porlasztásában. A mai dízelmotorok hatékonyságához az üzemanyag finom elporlasztása és a szívócsőben kialakuló örvénylés (port swirl) járul hozzá a legnagyobb mértékben. A fokozott porlasztás olyan jelentős előrelépés volt, amely miatt a mérnököknek át kellett alakítaniuk a dugattyúk, az égésterek, a szívónyílások és a szelepvezérlés kialakítását is.

Ahhoz, hogy az üzemanyagot ilyen extrém nyomáson lehessen befecskendezni, egy speciális alkatrészre, az úgynevezett nagynyomású üzemanyag-szivattyúra van szükség. Ezt a szivattyút általában a motorra szerelik, és annak fogaskerekes hajtása működteti. Az előállított nyomás mértékét egy szabályozó – más néven üzemanyag-adagoló szelep – vezérli, amely meghatározza, hogy a szivattyú mennyi üzemanyagot szívjon be.

Bár a szivattyút a motor hajtja, az a fordulatszámtól teljesen függetlenül képes előállítani a szükséges magas nyomást. A nyomás alá helyezett gázolaj a közös nyomócsövekben (fuel rails) tárolódik. Ezek a nyomócsövek akkumulátorként, azaz tárolóként szolgálnak a nagy nyomású üzemanyag számára, és elosztják a gázolajat a leágazó vezetékeken keresztül az injektorokhoz. Emellett csillapítják a nagynyomású szivattyúból és az injektorok működéséből származó rezonanciákat és lüktetéseket is.

A nyomócsőben található egy nyomásérzékelő, amely folyamatosan továbbítja az adatokat a motorvezérlő egység (PCM) számára. A PCM ezen adatok alapján dönti el, hogy mennyire nyissa ki az üzemanyag-szabályozót. Ha a rendszernek nagyobb nyomásra van szüksége, a PCM parancsot ad a nyitásra, így a szivattyú több üzemanyagot tud beszívni. Egy nyomásszabályozó szelep is helyet kap a rendszerben, általában a nyomócső végén, amelyet szintén a PCM vezérel. Ez biztosítja az optimális üzemanyagnyomást a motor változó terhelési igényeinek megfelelően. Biztonsági okokból a nyomócsöveket egy nyomáshatároló szeleppel is felszerelik. Ha a nyomás valamilyen rendellenesség miatt túllépné a biztonságos határt, ez a szelep kinyit, és a felesleges nyomást visszavezeti az üzemanyagtartályba.

Ahogy a nagy nyomású üzemanyag a nyomócsöveken és vezetékeken áthalad, megérkezik a PCM által vezérelt injektorhoz. Amikor a motorvezérlő nyitásra ad utasítást, az üzemanyag belép az injektorba, majd annak bonyolult belső járatain keresztül eljut egészen a csúcsáig. Az injektor csúcsán mikroszkopikus furatok találhatók, amelyeken keresztül az üzemanyag rendkívül finom ködként áramlik az égéstérbe. A befecskendezett üzemanyagcseppek mérete körülbelül hétszer kisebb, mint egy emberi hajszál átmérője.

Az injektorokat szolenoid (mágnesszelep) segítségével vagy piezoelektromos eszközzel működtethetik. Bár a szolenoidos injektorok már régóta léteznek, egyre inkább felváltja őket a piezoelektromos technológia. A piezo egy ostyavékony kristály, amelyeket kötegekben egymásra raknak az injektorban. Amikor a PCM feszültség alá helyezi ezeket a kristályokat, azok kitágulnak, és kinyitják a szelepet. Ez a fajta működtetés négyszer gyorsabb, mint a hagyományos mágnesszelepes megoldás.

A PCM a motor különböző érzékelőinek – például a töltőnyomás, a fojtószelep állása vagy a motorhőmérséklet – adatait használja fel az üzemanyag-ellátás precíz vezérléséhez, amely mindig az aktuális motorterheléshez igazodik. A közös nyomócsöves rendszer számos forradalmi előnnyel jár a dízelmotorok számára. A magasabb befecskendezési nyomás fokozott porlasztást eredményez, miközben lehetőség nyílik az egyetlen égési cikluson belüli többszörös befecskendezésre, ami hideg időben történő indításkor is nagyon hasznos. Mindezeken felül a rendszer megbízható és stabil nyomást garantál, függetlenül a motor mindenkori fordulatszámától.