COMMON RAIL YAKIT SİSTEMİ by motorsitem motorsitem - issuu
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ COMMON RAIL YAKIT SİSTEMİ Genel Common rail yakıt püskürtme sisteminde basınç oluşturulması ve yakıtın püskürtülmesi tam olarak birbirinden bağımsızdır. Püskürme basıncı, motor hızı ve püskürtülen yakıt miktarından bağımsız olarak oluşturulur. Yakıt, püskürmeye hazır vaziyette yüksek basınç akümülatöründe (rail içerisinde) basınç altında depolanır. Püskürtülen yakıt miktarı, şoför tarafından tanımlanır ve püskürme başlangıcı ile püskürme basıncı, hafızaya alınan bilgileri temel alan ECU tarafından hesaplanır. Her silindirdeki enjektörün püskürteceği şekilde solenoid valfleri, ECU devreye sokar. Bu tür bir Common rail (CR) yakıt püskürtme sisteminin üniteleri şunlardır; ♦ ECU ♦ Krank mili hız sensörü ♦ Kam mili hız sensörü ♦ Gaz pedal sensörü ♦ Emme manifold basınç sensörü ♦ Rail-basınç sensörü ♦ Hararet sensörü ♦ Hava akış metre (debi ölçer) Sensörlerden gelen giriş sinyalleri kullanılarak şoförün ihtiyaçları (gaz pedal ayarı) ECU’ya kaydedilir ve bir bütün olarak araç ve motorun anlık çalışma performansı tanımlanır. Sensörler tarafından üretilen ve data hatları aracılığı ile alınan sinyaller işleme alınır. Bu bilgi temelinde, özellikle motora ve araçta açma kapatma kontrollü harekete müdahale edilebilir. Motor hızı, krank hız sensörü tarafından ölçülür; kam mili hız sensörü ateşleme sırasını (faz uzunluğunu) tanımlar. Gaz pedal modülündeki bir potansiyometrede üretilen elektrik sinyali, şoförün pedala ne kadar basması gerektiği ve tork ihtiyaçları hakkında diğer bilgileri ECU’ya bildirir. Hava akış metre (Air-mass meter) emisyon regülasyonlarına uymak için yanma sırasına uyarlanabilen anlık hava akış datasını ECU’ya bildirir. Turbo ve emme manifold basınç kontrollü motorda emme manifold basınç sensörü, emme manifold basıncını ölçer. Düşük ortam sıcaklığında ve soğuk motorda, belirli çalışma şartlarında püskürtme başlangıcı, püskürtme işlemi ve daha başka parametrelerin ayar değerlerini uyarlamak için soğutma ve hava sıcaklık sensörlerinden ECU’ya data girişi sağlanır. Araçtaki sorunlara bağlı olarak emniyet ve konfor taleplerini karşılamak için daha başka sensörler ve data hatları ECU’ya data girişleri sağlar. Ana fonksiyonlar Esas fonksiyonu, uygun püskürtme basıncında, uygun miktarlarda doğru zamanda dizel yakıtının püskürtülmesini kontrol etmektir. Dizel motorun sadece düzenli çalışmasını değil, fakat aynı zamanda ekonomik olarak çalışmasını da sağlar. İkincil fonksiyonlar 107
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Emniyet, konfor ve uygunluğu arttırmak için kullanılır veya her iki egzoz gaz emisyonu ve yakıt tüketim figürlerini geliştirmek için yardımcı kontrol fonksiyonlarını devreye sokar. Bunlar örneğin EGR (Exhaust Gas Recirculation), emme manifold basınç kontrolü, araç hız kontrolü (cruise control) ve elektronik stop vs. gibi fonksiyonlardır. CAN (Control Area Network) sistemi araçtaki diğer elektronik sistemlere (örneğin ABS veya elektronik şanzıman kontrolü) veri çıkışı sağlar. Atölyede araç kontrolü sırasında, bir diagnoz ara birimi (interface) hafızaya alınan datanın değerlendirilmesini sağlar. Püskürme karakteristikleri Geleneksel sistemler Geleneksel püskürme sistemlerinde, yıldız veya sıra tipi pompalarla yakıtın püskürtme işlemi, pilot ve son püskürme aşamaları olmadan sadece esas püskürme aşamasından oluşur. Solenoid valf kontrollü distribütör pompa, her şeye rağmen bir pilot püskürme aşamasının başlangıcına doğru gelişme göstermektedir. Geleneksel sistemlerde, basıncın oluşumu ve püskürtülen yakıt miktarının elde edilmesi, bir pompa plancırı ve bir kam vasıtasıyla birbirleriyle eşleşmiştir. Bu durum püskürme karakteristiklerinde şunları etkiler; ♦ Püskürme basıncı, artan hız ve püskürtülen yakıt miktarı ile birlikte artar. ♦ Aktüel püskürme prosesi sırasında püskürme basıncı artar ve sonra püskürme sonunda meme kapanma basıncında tekrar düşer. Sonuçlar şu şekilde olur; ♦ Az miktarda püskürtülen yakıt, daha fazla püskürtülen yakıttan daha düşük basınçta püskürtülür. ♦ En üst basınç, esas püskürme basıncının iki katından daha fazladır. En üst basınç, yakıt püskürme pompa ünitelerinin mekanik yükü ve tahrik edilmesi ile kararlı hale gelir. Geleneksel sistemlerde yanma odasında karışım formasyonunun miktarı yönünden bu basınç kararlıdır. Aşağıdaki resimde “Common rail püskürtme sistemi kullanılan 4 silindirli bir motor örneği görülmektedir. Resimde çeşitli üniteler görülmektedir.
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ
Akış metre (Air mass meter) ECU Yüksek basınç pompası Yüksek basınç akümülatörü (rail) Enjektör Krank hız sensörü Hararet sensörü Yakıt filtresi Gaz pedal sensörü
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Geleneksel püskürme karakteristikleri ile mukayese edildiğinde aşağıdaki ihtiyaçlar, ideal bir püskürme karakteristiklerinde elde edilir; ♦ Tüm çalışma şartlarında (ideal karışım formasyonu elde etmek için daha fazla rahatlık sağlanması) her biri için birbirinden bağımsız olarak püskürtülen yakıt miktarı ve püskürme basıncı tanımlanabilir. ♦ Püskürme prosesi başlangıcında (püskürme başlangıcı ile yanma başlangıcı arasında yanma anında) püskürtülen yakıt miktarı mümkün olduğu kadar az olmalıdır. Bu ihtiyaçlar, Common rail yakıt püskürme sisteminde ön (pilot) ve esas püskürme özellikleri kapsamında karşılanır. Common rail sistemi modüler bir sistemdir ve aşağıdaki ana üniteler püskürme karakteristiklerini elde etmek için görev yapar; ♦ Silindir kapağına takılan solenoid valf kontrollü enjektörler ♦ Yakıt akümülatörü ♦ Yüksek basınç pompası Sistemi çalıştırmak için şu ünitelere ihtiyaç duyulur; ♦ Elektronik kontrol ünitesi (ECU) ♦ Krank mili hız sensörü ♦ Kam mili hız sensörü (faz sensörü) Otomobillerde yüksek basınç elde etmek için radyal pistonlu tip bir pompa kullanılır. Püskürme prosesinden bağımsız olarak basınç oluşturulur. Yüksek basınç pompasının hızı, değişken olmayan bir hız aktarma oranında, motor hızına doğrudan bağlıdır. Geleneksel püskürme sistemleri ile mukayese edildiğinde, dağıtımın hemen hemen düzenli olduğu sadece common rail yüksek basınç pompasında daha az olmadığı, fakat aynı zamanda bu tür yüksek basınç yükleme noktalarında kendi çekişinin söz konusu olmadığı söylenebilir. Enjektörler kısa hatlarla yakıt akümülatörüne bağlanır ve püskürme başlangıcında devreye girmesi için ECU tarafından enerji verilen bir solenoid valf ile bir enjektör memesinden oluşur. Solenid valf devre dışı kaldığı (enerjisi kesildiği) zaman püskürme durur. Basıncın sabit olduğu düşünüldüğünde püskürtülen yakıt miktarı, enerji verilmiş solenoid valf zaman aralığı ile doğrudan orantılıdır. Motor ve pompa hızından (zaman kontrollü yakıt püskürtülmesi) tamamen bağımsızdır. Gerekli yüksek hız solenoid devresi yüksek voltaj ve akım kullanılarak devreye sokulur. Bu, ECU’daki solenoid valf devreye sokma kademesinin ona göre dizayn edilmesi gerektiği anlamına gelir. Püskürme başlangıcı, EDC’nin (Electronic Diesel Control) avans kontrol sistemi ile kontrol edilir. Bu amaçla motor hızını kaydetmek için krank mili üzerinde bir sensör ile motor zamanını (çevrim anını) tespit etmek için kam mili üzerinde bir sensör kullanılır. Pilot (ön) püskürme
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Pilot püskürme için Ü.Ö.N.’yı referans alan 90° krank açısına (90°cks) kadar avans verilebilir. Püskürme başlangıcı, Ü.Ö.N.’dan 40° cks’den daha önce meydana gelirse yakıt, silindir duvarlarında ve piston yüzeyinde birikebilir ve yağlama yağının istenmeyen seyrelmesine yol açabilir. Pilot püskürme sonrasında bir miktar dizel yakıtı (1...4 mm 3) silindir içerisine yanma odasına püskürtülür. Sonuç olarak yanma verimi iyileştirilebilir ve aşağıdaki etkiler elde edilir; ♦ Pilot reaksiyon ve kısmi yanmadan dolayı kompresyon basıncı biraz artar. ♦ Esas püskürme anında tutuşma gecikmesi azalır. ♦ Yanma basıncı artışında ve yanma basınç tepe noktasında azalmaya (daha yumuşak yanma) neden olur. Bu etkiler, ses ve yakıt tüketimini azaltırken egzoz gaz emisyonlarında bir çok konuyu daha iyi hale getirir. Tutuşma gecikmesi azalacağından dolayı pilot püskürme, motor torkunun elde edilmesine endirek katkı sağlar. İlk hareketin bir fonksiyonu olarak spesifik yakıt tüketimi artabilir veya azalabilir. Esas püskürme Motorun çıkış enerjisi, esas püskürme işlem sırasında oluşur. Bu, asıl olarak esas püskürmenin motor torkunun elde edilmesinden sorumlu olduğu anlamına gelir. Common rail yakıt püskürme sisteminde püskürme basıncı, tüm püskürme prosesi sırasında hemen hemen sabit kalır. İkincil püskürme NOx katalitik konverterin belirli versiyonlarında, NOx yanması (azaltılması) için ikinci bir püskürme tatbik edilir. Esas püskürme prosesini takip eder ve Ü.Ö.N.’dan sonra 200°cks ’ye kadar genişleme veya egzoz zamanında meydana gelmesi için ayarlanır. İkincil püskürme, egzoz gazındaki yakıtın tam ölçülen miktarını ortaya çıkarır. Pilot ve esas püskürme prosesleri mukayese edildiğinde, püskürtülen yakıt egzoz gazındaki artık ısıdan dolayı yanmaz, fakat bunun yerine buharlaşır. Egzoz zamanında egzoz gazı ile yakıt karışımı egzoz sistemine ve egzoz supaplarına baskı yapar. Her şeye rağmen yakıtın bir kısmı EGR sistemi yoluyla yanma için geri döner ve çok gelişkin pilot püskürme gibi aynı etkilere sahip olur. Uygun NOx katalik konverter takılmışsa bu ünite, egzoz gazındaki NOx içeriğini azaltmak için bir redüksiyon aleti gibi egzoz gazındaki yakıtı değerlendirir. Çok geç kalan ikincil püskürme, motor yağında bozulmaya neden olur ve bu özellikten dolayı motor imalatçıları tarafından onay görmelidir.
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Bir Common Rail yakıt püskürme sisteminde yakıt sistemi alçak basınç devresi, yüksek basınç devresi ve ECU'dan oluşur. Komple sistemin devre şeması ve parçaların isimleri aşağıdadır. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
Yakıt tankı Ön filtre Besleme pompası Yakıt filtresi Alçak basınç yakıt hatları Yüksek basınç pompası Yüksek basınç yakıt hatları Yakıt akümülatörü (Rail) Enjektör Yakıt geri dönüş hattı ECU
Alçak basınç devresi Genel 112
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Alçak basınç devresi, yüksek basınç devresine yeterli yakıtı sağlar. En önemli üniteleri şunlardır; ♦ Yakıt deposu (1) ♦ Ön filtreli (2) besleme pompası (3) ♦ Gidiş ve geri dönüş (5, 7) için alçak basınç yakıt hatları ♦ Yakıt filtresi (4) ♦ Yüksek basınç pompasının (6) alçak basınç bölgesi Aşağıda devrenin şeması ve parça isimleri, daha sonra tek tek üniteler ile ilgili bilgiler verilmiştir.
1. Yakıt tankı 2. Ön filtre 3. Besleme pompası 4. Yakıt filtresi 5. Alçak basınç yakıt hatları 6. Yüksek basınç pompasının alçak basınç kademesi 7. Yakıt geri dönüş hattı 8. ECU Yüksek basınç devresi
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Genel Yüksek basınç oluşturulmasına ilave olarak yakıt dağıtımı ve yakıt ölçüm tertibatı, yüksek basınç kademesine yerleştirilir. Aşağıda devre şeması ve parça isimleri verilmiştir.
1. Yüksek basınç pompası 2. Yakıt kesme valfi 3. Basınç kontrol valfi 4. Yüksek basınç yakıt hatları 5. Yüksek basınç yakıt akümülatörü (Rail) 6. Rail basınç sensörü 7. Basınç sınırlama valfi 8. Akış kontrol valfi 9. Enjektör 10. ECU Yüksek basınç pompası Görevleri 114
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Yüksek basınç pompası, alçak basınç ile yüksek basınç kademeleri arasında ara ünitedir. Tüm çalışma şartlarında, aracın bütün servis ömrü boyunca uygun yüksek basınçlı yakıt sağlamaktan sorumludur. Bu işlem, yakıt akümülatöründe basıncın hızlı oluşturulması ve hızlı ilk hareket için gerekli olan ekstra yakıtın sağlanmasını da kapsar.
1. Tahrik mili 2. Eksantrik kam 3. Pompa plancırlı pompalama elemanı 4. Pompalama eleman hücresi 5. Emiş valfi 6. Yakıt kesme valfi 7. Çıkış valfi 8. Keçe 9. Yüksek basınç bağlantısı, 10. Basınç kontrol valfi 11. Bilyeli valf 12. Yakıt geri dönüş hattı 13. Besleme pompasından yakıt girişi 14. Kısma valf delikli emniyet valfi 15. Alçak basınç pasajı, pompalama elemanına Yüksek basınç pompası sürekli olarak yakıt akümülatöründe ihtiyaç duyulan sistem basıncını korur. Bu, özellikle tek tek her püskürme prosesinde sıkıştırılmış yakıta sahip olmayan geleneksel püskürtme sistemlerine ters bir durumdur. 115
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Dizayn ve yapım şekli Yüksek basınç pompası, geleneksel bir distribütör pompa gibi dizel motora tercihen aynı noktaya takılır. Dişli, kayış veya zincirle motor tarafından (yarı motor hızında, max 3000 min-1) tahrik edilir ve pompaladığı dizel yakıtı ile yağlanır. Mevcut aralığa bağlı olarak bir basınç kontrol valfi, doğrudan yüksek basınç pompasına veya ondan uzakta bir yere takılır. Yüksek basınç pompasının içerisine yerleştirilmiş, birbirine 120° açı yapan üç radyal piston ile yakıt sıkıştırılır. Her turda üç dağıtım stroku meydana geldiğinden dolayı pompadaki stres eşit olacak şekilde sadece en düşük tork değeri oluşturulur. Kıyaslanabilir bir distribütör pompayı tahrik etmek için gerekli olan 16 Nm'lik torkun sadece yaklaşık 1/9'u yeterlidir. Bu, Common Rail sisteminde geleneksel püskürtme sistemlerine göre pompayı tahrik etmenin daha az yük oluşturacağı anlamına gelir. Pompayı tahrik etmek için gerekli güç, pompanın hızına (dağıtım miktarı) ve yakıt akümülatöründeki ayarlı basınç oranına göre artar. Oransal hızda 2 litrelik bir motorda, yakıt akümülatöründe 1.350 barlık bir basınç ayarı için yaklaşık % 90'lık bir mekanik verim farz edildiğinde yüksek basınç pompasına 3.8 Kw gerekir. Daha fazla güç talebi (teorik olarak gerekli olandan daha fazla), basınç kontrol valfinden geri dönen yakıttan ve enjektördeki kontrol miktarları ile geri dönen yakıttan karşılanır.
1. Tahrik mili 2. Eksantrik kam 3. Pompa pistonlu pompalama elemanı 4. Giriş valfi 5. Çıkış valfi 6. Giriş
Çalışması Besleme pompası, su ayrıştırmalı bir filtreden geçirerek yakıt deposundan yüksek basınç pompasının yakıt girişine (yüksek basınç pompası resmi, no.13' bakın) ve emniyet valfine yakıt pompalar. Yakıt, yüksek basınç pompasının yağlama ve soğutma devresine ve emniyet valfinin kısma valfi deliğine (14) 116
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ basılır. Eksantrik kamları (2) olan tahrik mili (1), kamın şekline göre üç pompa plancırını (3) aşağı yukarı hareket ettirir. Emniyet valfinin açma basıncı (0.5.....1.5 bar) dağıtım basıncını aşar aşmaz, pompa pistonu aşağı hareket ederken (emiş stroku) yüksek basınç pompasının giriş valfinden pompalama eleman hücresine (4), besleme pompası yakıt basar. Pompa pistonu Ü.Ö.N.'yı geçtiği zaman giriş valfi kapanır, pompalama eleman hücresindeki yakıtın çıkışı mümkün olmadığından dolayı şimdi yakıt dağıtım basıncında sıkıştırılabilir. Artan basınç, yakıt akümülatör basıncına ulaşır ulaşmaz, çıkış valfini (7) açar ve basınçlı yakıt yüksek basınç devresine girer. Çıkış valfi kapanacak kadar basınç düştüğü zaman Ü.Ö.N.'ya (dağıtım stroku) ulaşıncaya kadar pompa pistonu yakıt dağıtmaya devam eder. Pompalama eleman hücresinde arta kalan yakıt serbest kalır ve pompa pistonu aşağıya doğru hareket eder. Pompalama eleman hücresindeki basınç besleme pompa basıncının altına düşer düşmez giriş valfi açılır ve pompalama prosesi yeniden başlar. Yakıt dağıtım hızı Yüksek basınç pompası, büyük dağıtım miktarlarına göre dizayn edildiğinden dolayı rölanti ve kısmi yük durumlarında dağıtılan yüksek basınçlı yakıt fazla olur. Bu fazla yakıt, basınç kontrol valfi yolu ile depoya geri döner. Sıkıştırılmış yakıt, depoda serbest kalır ve ilk anda yakıtı sıkıştırmak için kullanılan enerji boşa harcanmış olur. Yakıtın gereksiz ısınmasının yanı sıra toplam verim düşer. Kesin bir ölçü için bu kayıp verim, pompalama elemanlarından birisi kapatılarak telafi edilebilir. Eleman kapatma Pompalama elemanlarından birisi (yüksek basınç pompası, şekil no. 3) kapatıldığı zaman bu durum, yakıt akümülatörüne pompalanan yakıt miktarında bir azalmaya neden olur. Kapatma durumu, emiş valfinin (5) sürekli açık kalmasını gerektirir. Pompalama elemanı, kapatma devresinin solenoid valfi devreye girdiği zaman rotoruna bağlanmış bir pimle sürekli olarak giriş valfini açık tutar. Sonuçta, bu pompalama elemanına, yakıt dağıtım strokunda baskı yapılamaz. Yakıt, alçak basınç pasajına geri döndüğünden dolayı eleman hücresinde basınç oluşmaz. Daha düşük güç ihtiyacı olduğu zaman pompalama elemanlarından birisinin kapatılması ile yüksek basınç pompası sürekli olarak fakat dağıtım sırasında oldukça kısa kesilmelerle daha uzun yakıt dağıtmaz. Tahvil oranı Yüksek basınç pompasının dağıtım oranı kendi dönüş hızı ile orantılıdır, bu durum motor hızının bir sonucudur. Motor püskürtme sistemlerinde, bir yandan fazla yakıt miktarı çok yüksek olmayacak şekilde, diğer yandan WOT çalışması sırasında yakıt ihtiyaçlarını karşılayabilecek şekilde pompa tahvil oranı belirlenir. Bu oran 1 / 2 veya 2/3 oranında olabilir. 117
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Basınç kontrol valfi Görevi Basınç kontrol valfi, motor yükünün bir fonksiyonu olarak yakıt akümülatöründe uygun basıncı ayarlar ve bu seviyede muhafaza eder. ♦ Akümülatör basıncı fazla ise basınç kontrol valfi açılır ve yakıtın bir kısmı akümülatörden kolektör hattı yoluyla depoya geri döner. ♦ Akümülatör basıncı çok düşükse basınç kontrol valfi kapanır ve yakıt, alçak basınç kademesinden yüksek basınç kademesine geçer. Dizayn ve yapım şekli Basınç kontrol valfi, yüksek basınç pompasına veya yüksek basınç akümülatörüne bir montaj flanşı ile bağlanır. Yüksek basınç ve alçak basınç kademelerinden birbirine yakıt geçişini önlemek için rotor, keçe yatağına doğru bir bilyeyi iter. Rotor iki farklı kuvvetle itilebilir. Birincisi, bir yay ile aşağıya itilir veya ikinci olarak elektro-manyetik bir kuvvet kullanılabilir. Yağlama ve ısı dağıtımı için komple tüm rotor sürekli olarak yakıt ile kuşatılır.
Bilye Rotor Elektro-mıknatıs Yay Elektrik bağlantısı
Çalışma metodu Basınç kontrol valfi iki kontrol aşamasını birleştirir. Bunlar; ♦ Yakıt akümülatöründeki değişken ana basıncı ayarlamak için yavaş bir elektrik kontrol bobini, ♦ Fazla frekanslı basınç dalgalanmalarını telafi etmek için hızlı mekanik kontrol halkası, 118
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Basınç kontrol valfine enerji verilmemiş; Yüksek basınç pompasının çıkışındaki veya yakıt akümülatöründeki yüksek basınca, yüksek basınç girişinde basınç kontrol valfi ile müdahale edilir. Enerjisiz elektro-mıknatıs, kuvvet harcamayacağından dolayı yüksek basınçlı yakıtın kuvveti kontrol valfini açacak seviyeyi aşar ve dağıtım miktarına bağlı olarak belirli bir açıda açık kalır. Yay, yaklaşık 100 barlık bir max basıncı elde edecek şekilde dizayn edilir. Basınç kontrol valfine enerji verilmiş; Yüksek basınç devresinde basınç arttırılmışsa yay kuvvetinden daha fazla, elektro-mıknatıs kuvvet üretilmelidir. Basınç kontrol valfi kapalı kalacak şekilde enerji alır ve bir yanda yüksek basınç kuvveti diğer yanda elektro-mıknatıs ve yayın birleşik kuvveti arasında denge oluşuncaya kadar kapalı kalır. Pompanın dağıtım miktarında bir değişiklik olması veya yüksek basınç hattından yakıtın alınması halinde farklı bir ayar düşünülerek valf ile dengelenir. Elektro-mıknatısın kuvvetleri, pwm (pwm=pulse-width modulation) sinyali ile değişen enerji akımı ile orantılıdır. “1” Khz’lik bir sinyal frekansı, istenmeyen elektro-mıknatıs / rotor hareketi ve / veya yakıt akümülatöründe basınç dalgalanmalarını önlemek için fazlasıyla yeterlidir. Basınç sınırlayıcı valf Görevi Basınç sınırlama valfi, basınç kontrol valfi gibi aynı işi yapar. Aşırı basınç durumunda, basınç sınırlayıcı valf bir çıkış pasajını açarak yakıt akümülatörü basıncını sınırlar. Basınç sınırlayıcı valf kısa bir sürede yakıt akümülatörü basıncını max 1500 bara getirir. Dizayn ve yapım şekli Basınç sınırlayıcı valf aşağıdaki ünitelerden oluşan mekanik bir ünitedir. ♦ Yakıt otomatiğine takmak için dıştan vidalı gövde ♦ Yakıt deposu geri dönüş hattına bir bağlantı ♦ Hareket edebilir bir plancır ♦ Bir yay Gövde, yakıt akümülatörü bağlantı ucuna, içerisindeki sızdırmazlık yatağına doğru gelen plancırın koni kesitli ucu ile kapatılan bir pasajla bağlanır. Normal çalışma basıncında (1350 bara kadar) yatağına doğru plancırı bir yay iter ve yakıt akümülatörü kapalı kalır. Maksimum sistem basıncı aşılır aşılmaz plancır, yay baskısına doğru akümülatör basıncı ile itilir. Yüksek basınç altındaki basınç şimdi azaltılabilir, bu sayede bir kolektör hattından yakıt deposuna geri dönen yakıt, plancırın içindeki pasaja akar. Valf açıldığı zaman basınç düşecek şekilde akümülatörden yakıt çıkar. 1. Yüksek basınç bağlantısı 2. Valf 3. Akış pasajları 119
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ 4. 5. 6. 7. 8.
Plancır Yay Stop Valf gövdesi Yakıt geri dönüşü
Yakıt basınç akümülatörü (rail) Tanıtım Enjektör, püskürtmek için akümülatörden yakıt alsa bile pratikte akümülatöründeki yakıt basıncı sabit kalır. Bu durum, yakıtın doğal elastikiyetinden doğan akümülatördeki etkisinden dolayıdır. Yakıt basıncı, rail basınç sensörü tarafından ölçülür ve basınç kontrol valfi tarafından istenilen seviyede muhafaza edilir. Basınç sınırlayıcı valfin işlevi, yakıt akümülatöründeki (rail) yakıt basıncını max 1500 barda sınırlamaktır. Daha yüksek basınçlı yakıt, fazla yakıtın yanma odasına geçişini önleyen bir akış kontrol valfi yardımıyla yakıt akümülatöründen enjektörlere yönlendirilir. Görevi Yüksek basınç akümülatörü (rail) yüksek basınçta yakıt depolar. Aynı zamanda, yüksek basınç pompa dağıtımından ve yakıt püskürmesinden dolayı ortaya çıkan basınç dalgalanmalarını kendi hacmi ile telafi eder. Yüksek basınç akümülatörü “common rail” adından dolayı tüm silindirler için ortaktır. Yakıtın bir hayli miktarı alındığı zaman bile common rail kendi iç basıncını hemen hemen sabit tutar. Bu, enjektörün açık olduğu zamanda bile püskürme basıncının sabit kalmasını sağlar. Fonksiyonu Kullanılabilir akümülatör hacmi sürekli olarak basınçlı yakıt ile doldurulur. Yüksek basınç nedeni ile yakıtın sıkıştırılabilirliği akümülatör etkisini elde etmek için kullanılır. Yakıt, püskürtülmek için yakıt akümülatörden çıktığı zaman bile yüksek basınç akümülatöründeki basınç, hemen hemen sabit kalır. Aynı şekilde, yüksek basınç pompasından gönderilen yakıt nedeniyle basınçtaki değişiklikler telafi edilir.
Yakıt akümülatörü (Rail) Yüksek basınç pompa girişi Rail basınç sensörü Basınç kontrol valfi Akümülatörden yakıt tankına geri dönüş Basınç sınırlama valfi Enjektör hattı
Akış kontrol valfi Görevi Enjektörlerden birisinin sürekli olarak açık kalması durumunda devamlı püskürme işleminin önlenmesi için akış kontrol valfi kullanılır. Bu görevi başarmak için akümülatörden bırakılan yakıt miktarı tanımlanmış bir seviyeyi aşar aşmaz akış kontrol valfi enjektöre giden hattı kapatır. Dizayn ve yapım şekli Akış kontrol valfi, akümülatör (yüksek basınç) üzerine ve püskürme hatlarına vidalamak için dıştan diş açılmış bir metal gövdeden oluşur. Gövde, püskürme hatlarına ve akümülatöre hidrolik bağlantısı sağlayan her uçta bir pasaja sahiptir. Bir yay ile yakıt akümülatörü yönünde baskı yapan akış kontrol valfinin içerisinde bir plancır vardır. Bu plancır, giriş ve çıkış arasındaki hidrolik bağlantının eksenindeki uzunlamasına pasaj ile gövde duvarlarına yerleştirilir. Çapı, bu uzun pasajın ucunda azalır ve tam olarak tanımlanmış akış oranıyla bir kısma valfi gibi hareket eder.
Akümülatöre bağlantı Sızdırmazlık rondelası Plancır Yay Gövde Enjektöre bağlantı Yatak 121
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ 8. Kısma valfi
Fonksiyonu Normal çalışma; Plancır serbest pozisyonunda, aynı zamanda akış kontrol valfinin akümülatör ucundaki stop yönünde, yukarı pozisyondadır. Yakıt püskürtüldüğü zaman püskürme basıncı, enjektör ucunda düşer ve plancırın enjektör yönünde değişmesine neden olur. Akış kontrol valfi, çok küçük olduğu için kısma valfi ile değil, kendi plancırı ile alınan yakıt miktarından dolayı, enjektörün yakıt akümülatöründen aldığı yakıt miktarını telafi eder. Püskürme prosesinin sonunda plancır, çıkışı tam olarak kapatmadan kendi yuvasından yukarıya doğru orta pozisyona gelir. Yay, onu serbest pozisyonundan geriye iter, şimdi yakıt, kısma valfinden akabilir. Yay ve kısma valf deliği, püskürtülen max yakıt miktarı (ayrıca emniyet toleransı) düzgün olacak şekilde düzenlenir. Plancırın, bir sonraki püskürmeye kadar kaldığı yere, akış kontrol valfinin yakıt akümülatörü ucundaki stop tarafına doğru tekrar geri hareket etmesi mümkündür. Fazla sızıntı ile çalışma arızası Yakıt akümülatöründen fazla miktarda yakıt gelmesinden dolayı akış kontrol valfinin plancırı serbest pozisyonundan çıkış tarafındaki keçe yatağına doğru itilir. Akış kontrol valfinin enjektör tarafındaki stopuna doğru yukarıda bu pozisyonda kalır ve enjektöre yakıtın ulaşmasını önler. Sadece hafif sızıntı ile çalışma arızası Sızıntı miktarından dolayı, akış kontrol valfi plancırı kendi pozisyonuna ulaşmayabilir. Bir püskürme tamamlandıktan sonra plancır çıkış deliğinde yuva içinde hareket eder. Motor kapatılıncaya kadar akış kontrol valfinin enjektör tarafındaki stop yönüne doğru yukarıda bu pozisyonda kalır ve enjektör girişini kapatır. Yüksek basınç devresi yakıt boruları Bu yakıt hatları yüksek basınçlı yakıtı taşır. Bu nedenle, bazen meydana gelen aşırı sık basınç dalgalanmalarında, püskürmedeki duraklama anlarında ve max sistem basıncına sürekli olarak dayanabilmelidir. Bu gerekçelerden dolayı çelik borudan imal edilirler. Normal olarak 6 mm dış çapa 2.4 mm iç çapa sahiptirler. Enjektörler ile yakıt akümülatörü arasındaki yakıt borularının hepsi aynı uzunlukta olmalıdır. Tek tek enjektörler ile akümülatör arasındaki boy farkları borular kıvrılmak suretiyle ayarlanır. Püskürme hatları mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır. 122
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Enjektörler Görevi Püskürme başlangıcı ve püskürtülen yakıt miktarı elektriksel olarak devreye sokulan enjektörler tarafından ayarlanır. Bu enjektörler, meme ve enjektör kütüğü yerine geçer. Direk püskürtmeli (DI) dizel motorlarında halihazırda mevcut enjektör meme tutucularına benzer kelepçeler, enjektörleri silindir kapağına takmak için kullanılır. Bu, silindir kapağında büyük değişiklik yapmadan mevcut DI dizel motorlarda Common Rail enjektörlerin takılabileceği anlamına gelir. Dizayn ve yapım şekli Enjektör şu bölümlere ayrılabilir; ♦ Delikli tip enjektör memesi ♦ Hidrolik servo sistem ♦ Solenoid valf Yakıt, yüksek basınç hattından (4) ve orifisten (7) kontrol hücresine (8) ve daha sonra pasajdan (10) memeye gönderilir. Kontrol hücresi, solenoid valf tarafından açılan bir tahliye orifisi (6) yoluyla yakıt geri dönüş hattına (1) bağlanır. Tahliye orifisi kapandıktan sonra valf kontrol plancırına (9) uygulanan hidrolik kuvvet enjektör meme iğnesi (11) sırtındakini aşar. Bu durumda meme iğnesi yuvasında itilir ve yüksek basınç kademesi ile yanma odası irtibatı kesilir. Enjektörün solenoid valfi devreye sokulduğu zaman tahliye orifisi açılır. Bu durumda kontrol hücresindeki basınçta düşme olur, sonuç olarak plancırdaki hidrolik basınç ta düşer. Hidrolik kuvvet, enjektör meme sırtındaki kuvvetin altına düşer düşmez, meme iğnesi açılır ve yakıt sprey deliklerinden yanma odasına püskürür. İğnenin çok hızlı açılması için gerekli olan kuvvetler, solenoid valf tarafından doğrudan üretilemediğinden dolayı bir hidrolik kuvvet yükseltme sistemi kullanılarak enjektör meme iğnesinin endirek kontrolü sağlanır. Meme iğnesinin açılması için gerekli bu tür yakıt kontrol miktarı, aktüel olarak püskürtülen yakıt miktarına ilave edilir ve kontrol hücre orifisi yoluyla yakıt geri dönüş hattına geri gönderilir. Kontrol miktarına ilave olarak yakıt, enjektör meme iğnesinde ve valf plancır kılavuzlarında bulunur. Bu yakıt, geri dönüş hattından yakıt deposuna geri döner. Çalışma metodu Enjektörün çalışması dört ayrı çalışma kademesine bölünebilir. Bunlar; ♦ Enjektör kapalı (yüksek basınç tatbik edilmiş) ♦ Enjektör açık (püskürme başlangıcı) ♦ Enjektör tam açık ♦ Enjektör kapalı (püskürme sonu)
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ Bu çalışma kademeleri, enjektör ünitelerine tatbik edilen kuvvetlerin dağılmasına neden olur. Motor durduktan ve akümülatörde basınç kalmadıktan sonra meme yayı enjektörü kapatır. Enjektör kapalı (serbest durumda) Serbest durumda solenoid valfte enerji yoktur ve bu yüzden kapalıdır. Tahliye orifisi kapandıktan sonra valf yayı, rotorun bilyesini tahliye orifis yuvasına iter. Yakıt akümülatörünün yüksek basıncı, valf kontrol hücresinde oluşur ve aynı basınç, memenin hücresinde de mevcuttur. Meme yayının kuvveti ile birlikte kontrol plancırının ucunda tatbik edilen rail basıncı, kendi basınç kademesinde tatbik edilen açma kuvvetlerine doğru memeyi kapalı pozisyonda tutar. a. Enjektör kapalı (serbest durumda) b. Enjektör açık (püskürme durumu) 1. Yakıt geri dönüşü 2. Elektrik bağlantısı 3. Devreye sokma elemanı (solenoid valf) 4. Yakıt akümülatöründen yakıt (yüksek basınç) girişi 5. Valf bilyesi 6. Orifis (tahliye için) 7. Orifis (besleme için) 8. Valf kontrol hücresi 9. Valf kontrol pılancırı 10. Besleme pasajı, Enjektör memesine 11. Enjektör meme iğnesi Enjektörün açılması (püskürme başlangıcı): Enjektör serbest pozisyonundadır. Solenoid valf, hızlı bir şekilde açan pick-up akımı ile enerji alır. Devreye sokulan solenoid ile sarf edilen kuvvet, valf yayının kuvvetini aşar ve rotor, tahliye orifisini açar. Hemen yüksek seviye pickup akımı, mıknatıslanma için gerekli daha düşük tutucu akıma düşürülür. Bu durum, şimdi daha küçük olan manyetik devrenin hava aralığından dolayı mümkündür. Tahliye orifisi açıldığı zaman yakıt tankına geri dönen yakıt ile oradan ve onun üzerinde bulunan boşluktaki valf kontrol hücresinden yakıt geçebilir. Tahliye orifisi tam basınç dengesini önler ve sonuçta valf kontrol hücresindeki basıncı düşürür. Bu basınç, raildeki gibi hala aynı basınç seviyesinde olan, meme hücresindekinden daha düşük valf kontrol hücresindeki basıncı idare 124
DİZEL MOTOR SİSTEMLERİ eder. Valf kontrol hücresinde azaltılan basınç, kontrol plancırında harcanan kuvvette bir azalmaya neden olur, sonuç olarak meme iğnesi açılır ve püskürme başlar. Meme iğnesinin açılma hızı, tahliye ve besleme orifislerindeki akış oranının farkı ile tespit edilir. Tahliye ve besleme orifisleri arasındaki yakıtın akışı ile elde edilen yakıt dayanma noktasına, üst stop noktasına kontrol plancırı ulaşır. Enjektör memesi şimdi tam açıktır ve yakıt, hemen hemen yakıt akümülatöründeki ile aynı basınçta yanma odasına püskürtülür. Enjektörde kuvvet dağılımı açılma aşamasındaki kuvvete benzer. Enjektörün kapanması (püskürme sonu): Solenoid valf devreden çıkar çıkmaz valf yayı, solenoid bobinini aşağı iter ve bilye, tahliye orifisini kapatır. Bobin iki parçalıdır. Bobin plakasına şoför tarafından aşağı itilme konusunda kılavuzluk edilmekle birlikte bobin ve bilyedeki baskı kuvvetleri, aşağı doğru bastırılamayacak kadar geri dönüş yayı ile karşı baskı kuvveti oluşturabilir. Tahliye orifisinin kapanması, besleme orifis girişi yoluyla kontrol hücresinde basıncın oluşmasını sağlar. Bu basınç, yakıt akümülatöründeki basınç ile aynı basınçtır ve ön yüzeyinden kontrol plancırına arttırılmış bir kuvvetle baskı yapar. Bu kuvvet, yay kuvveti ile birlikte hazne yakıtı tarafından harcanan kuvveti aşar ve enjektör memesini kapatır. Enjektör memesinin kapanma hızı, besleme orifisindeki yakıt ile tespit edilir. Enjektör memesi tekrar alt stop noktasına gelir gelmez püskürme kesilir. ELEKTRONİK KONTROL SİSTEM (EDC) KONTROLÜ Common rail sisteminin elektronik dizel kontrolü (EDC) üç ana sistem grubundan oluşur. Bunlar; 1. İstenilen değer ve çalışma şartlarının oluşturulması için kullanılan sensörler, 2. Tanımlanmış kontrol algoritması kullanımıyla bilgiyi işleyerek elektriksel çıkış sinyalleri üreten ECU, 3. ECU'nun elektrik çıkış sinyallerini mekanik parametrelere dönüştürülerek devreye sokulan mekanik ünitelerdir.
Yüksek basınç pompası Yakıt kesme valfi Basınç kontrol valfi Yakıt filtresi Yakıt deposu ECU Akü Yüksek basınç akümülatörü Rail basınç sensörü Yakıt hararet sensörü Enjektör Soğutma sıvısı hararet sensörü Krank mili hız sensörü Gaz pedal sensörü Kam mili hız sensörü Akış metre (air mass meter) Emme manifold basınç sensörü Emiş havası hararet sensörü Turbo ünitesi
COMMON RAIL YAKIT SİSTEMİ