تعمل مضخة الوقود ذات الضغط العالي- على توصيل الوقود إلى أنبوب إمداد الوقود المشترك، ويتم حقن الوقود مباشرة في الأسطوانة عن طريق التحكم في حاقن الوقود. يفصل القضيب المشترك ذو الضغط العالي- عملية الحقن تمامًا عن توليد ضغط الزيت، مما يضمن عدم تأثر ضغط إمداد الوقود بسرعة المحرك.
المزايا
يمكن ضبط ضغط حقن الوقود في نظام القضيب المشترك-عالي الضغط بمرونة. يمكن تحديد ضغط الحقن الأمثل المطلوب لظروف العمل المختلفة، وبالتالي تحسين الأداء الشامل لمحرك الديزل.
2. يمكنه التحكم بشكل مستقل ومرن في توقيت حقن الوقود. إلى جانب ضغط الحقن العالي (120MPa إلى 200MPa)، يمكنه التحكم في وقت واحد في أكاسيد النيتروجين والجسيمات (PM) ضمن نطاق صغير نسبيًا لتلبية متطلبات الانبعاثات.
3. يمكن للتحكم المرن في تغييرات معدل حقن الوقود أن يحقق نمطًا مثاليًا لحقن الوقود، مما يجعل من السهل تنفيذ الحقن المسبق والحقن المتعدد. وهذا لا يقلل من أكاسيد النيتروجين في محركات الديزل فحسب، بل يضمن أيضًا أداءً ممتازًا للطاقة والاقتصاد.
4. يتم التحكم في حقن الوقود عن طريق صمام كهرومغناطيسي، ويتميز بدقة التحكم العالية. لن يكون هناك أي فقاعات أو صفر من الضغط المتبقي في دائرة الوقود ذات الضغط العالي-. لذلك، ضمن نطاق تشغيل محرك الديزل، يكون الاختلاف في حجم حقن الوقود المتداول صغيرًا، ويمكن تحسين إمداد الوقود غير المتكافئ لكل أسطوانة، وبالتالي تقليل اهتزاز محرك الديزل وخفض الانبعاثات.
ملخص فني
في محركات الديزل،{0}يؤدي التشغيل بسرعة عالية إلى جعل عملية حقن الديزل تستغرق بضعة أجزاء من الألف من الثانية فقط. أثبتت التجارب أن الضغط عند نقاط مختلفة من أنبوب الزيت عالي الضغط-يختلف باختلاف الوقت والموضع أثناء عملية الحقن. نظرًا لقابلية انضغاط الديزل وتقلبات ضغط الديزل في أنبوب الوقود عالي الضغط-، تختلف حالة حقن الوقود الفعلية بشكل كبير عن قاعدة إمداد الوقود المكبس المحددة بواسطة مضخة حقن الوقود.
في بعض الأحيان، بعد الحقن الرئيسي، يؤدي تقلب الضغط في أنبوب الوقود إلى ارتفاع الضغط في أنبوب الوقود-عالي الضغط مرة أخرى، ليصل إلى الضغط الذي يتسبب في فتح الصمام الإبري لحاقن الوقود. سيؤدي هذا إلى إعادة فتح صمام الإبرة المغلق بالفعل، مما يؤدي إلى ظاهرة حقن الوقود الثانوية. نظرًا لأنه لا يمكن حرق حقن الوقود الثانوي بالكامل، فإنه يزيد من انبعاثات الدخان والهيدروكربون (HC)، ويزداد استهلاك الوقود. بالإضافة إلى ذلك، يتغير الضغط المتبقي في أنبوب الزيت ذو الضغط العالي- بعد كل دورة حقن، مما يؤدي لاحقًا إلى عدم استقرار الحقن. من المرجح أن تحدث هذه الظاهرة بشكل خاص في نطاق السرعة المنخفض-. في الحالات الشديدة، لا يكون حقن الوقود غير متساوٍ فحسب، بل قد يحدث أيضًا عدم حقن متقطع-. لمعالجة خلل اختلاف ضغط الوقود في محركات الديزل، تعتمد محركات الديزل الحديثة تقنية تسمى السكك الحديدية المشتركة.
تشير تقنية السكك الحديدية المشتركة- ذات الضغط العالي إلى طريقة إمداد الوقود حيث يتم فصل توليد ضغط الحقن وعملية الحقن بشكل كامل في نظام حلقة مغلقة-يتكون من مضخة وقود عالية الضغط-وجهاز استشعار الضغط ووحدة التحكم الإلكترونية. توفر مضخة الوقود ذات الضغط العالي-الوقود ذو الضغط العالي-لأنبوب إمداد الوقود المشترك، ويتم التحكم بدقة في ضغط الزيت في أنبوب إمداد الوقود المشترك، مما يجعل الضغط في أنبوب الوقود ذو الضغط العالي-مستقلًا عن سرعة المحرك. يمكن أن يقلل بشكل كبير من اختلاف ضغط إمداد وقود محرك الديزل مع سرعة المحرك، وبالتالي تقليل عيوب محركات الديزل التقليدية. تتحكم وحدة التحكم الإلكترونية في حجم حقن الوقود لحاقن الوقود. يعتمد حجم حجم حقن الوقود على ضغط حاجز الوقود (أنبوب إمداد الوقود المشترك) ومدة فتح صمام الملف اللولبي.
المبدأ الفني
يتكون نظام السكك الحديدية المشتركة- ذات الضغط العالي بشكل أساسي من وحدة تحكم إلكترونية، ومضخة زيت ذات ضغط عالي-، ومركم (أنبوب سكة مشتركة)، وحاقنات وقود للتحكم الإلكتروني، وأجهزة استشعار مختلفة، وما إلى ذلك. تعمل مضخة الوقود ذات الضغط المنخفض- على تغذية الوقود إلى مضخة الوقود ذات الضغط العالي-. تعمل مضخة الوقود ذات الضغط العالي- على ضغط الوقود وإرساله إلى حاجز الوقود عالي الضغط - (المركم). يتم ضبط الضغط في حاجز الوقود-عالي الضغط بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية استنادًا إلى ضغط حاجز الوقود الذي يتم قياسه بواسطة مستشعر ضغط حاجز الوقود وكما هو مطلوب. يمر الوقود الموجود في سكة الوقود-عالية الضغط عبر أنبوب الزيت-عالي الضغط. وفقًا لحالة تشغيل الماكينة، يتم تحديد التوقيت المناسب لحقن الوقود ومدته بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية. ويتم حقن الوقود في الأسطوانة بواسطة حاقن الوقود الإلكتروني-الهيدروليكي الذي يتم التحكم فيه.
1. مضخة زيت عالية الضغط-.
إن معيار التصميم لحجم إمداد الوقود لمضخة الوقود ذات الضغط العالي- هو التأكد من تلبية مجموع حجم حقن الوقود وحجم الوقود المتحكم فيه لمحرك الديزل تحت أي ظرف من الظروف، بالإضافة إلى تلبية الطلب على تغيرات حجم الوقود أثناء التشغيل والتسارع. نظرًا لأن توليد ضغط حقن الوقود في نظام القضيب المشترك مستقل عن عملية حقن الوقود ولا يتم ضمان توقيت حقن الوقود بواسطة CAM الخاصة بمضخة الوقود ذات الضغط العالي-، فإن CAM الخاصة بمضخة الوقود ذات الضغط العالي- يمكن تصميمها وفقًا لمبادئ التصميم لأدنى ذروة عزم دوران، وأصغر إجهاد تلامس وأعلى مقاومة للتآكل.
تستخدم معظم الشركات-مضخات مكبسية نصف قطرية ثلاثية الأسطوانات يتم تشغيلها بواسطة محركات الديزل لتوليد ضغوط تصل إلى 135 ميجا باسكال. تستخدم مضخة الزيت ذات الضغط العالي- هذه كاميرات ضغط زيت متعددة في كل وحدة ضغط زيت، مما يقلل من ذروة عزم الدوران إلى 1/9 من عزم الدوران التقليدي لمضخات الزيت ذات الضغط العالي-. الحمل أيضًا موحد نسبيًا، ويتم تقليل ضوضاء التشغيل. يتم التحكم في الضغط في تجويف القضيب المشترك ذو الضغط العالي- لهذا النظام عن طريق تفريغ الوقود في تجويف القضيب المشترك. لتقليل فقدان الطاقة، عندما يكون حجم حقن الوقود صغيرًا، سيتم إغلاق إحدى وحدات ضغط الوقود في المضخة ذات المكبس الشعاعي ذات الأسطوانات الثلاثة-لتقليل إمداد الوقود.
2. سكة زيت عالية الضغط - (أنبوب سكة مشترك)
يقوم أنبوب القضيب المشترك بتوزيع الوقود عالي الضغط-الذي توفره مضخة إمداد الوقود إلى كل حاقن، ويعمل كمراكم. يجب أن يقلل حجمه من تقلبات ضغط إمداد الوقود لمضخة الوقود ذات الضغط العالي- وتذبذبات الضغط الناتجة عن عملية حقن الوقود في كل حاقن، مما يحافظ على تقلبات الضغط في حاجز الوقود عالي الضغط-أقل من 5 ميجا باسكال. ومع ذلك، لا يمكن أن يكون حجمه كبيرًا جدًا لضمان أن السكة المشتركة لديها سرعة استجابة ضغط كافية لتتبع التغيرات في ظروف تشغيل محرك الديزل بسرعة.
يتم أيضًا تركيب أجهزة استشعار الضغط وعوازل تدفق السائل (محددات التيار) ومحددات الضغط على أنابيب السكك الحديدية المشتركة- ذات الضغط العالي. يوفر مستشعر الضغط إشارة الضغط لسكة الزيت ذات الضغط العالي-إلى وحدة التحكم الإلكترونية. يضمن المخزن المؤقت لتدفق السوائل (محدد التدفق) wechat Jiachatong Interconnection Shenzhen قطع إمداد الوقود لحاقن الوقود عند حدوث خطأ في تسرب الوقود في حاقن الوقود، ويمكنه أيضًا تقليل تقلب الضغط في السكة المشتركة وخطوط الوقود ذات الضغط العالي-. يضمن محدد الضغط أنه عند حدوث ضغط غير طبيعي في حاجز الزيت-عالي الضغط، يتم تحرير الضغط في حاجز الزيت-عالي الضغط بسرعة.
3. حاقن الوقود الذي يتم التحكم فيه إلكترونيًا
يعد حاقن الوقود الذي يتم التحكم فيه إلكترونيًا هو العنصر الأكثر أهمية وتعقيدًا في نظام وقود السكك الحديدية المشتركة. وتتمثل وظيفته، بناءً على إشارات التحكم التي ترسلها وحدة التحكم الإلكترونية، في التحكم في فتح وإغلاق صمام الملف اللولبي لحقن الوقود في حاجز الوقود عالي الضغط-في غرفة الاحتراق لمحرك الديزل في توقيت الحقن الأمثل وحجم الحقن ومعدل الحقن.
من أجل تحقيق شكل حقن الوقود المحدد مسبقًا، يلزم وجود تصميم معقول وأمثل لحاقن الوقود. يحدد حجم غرفة التحكم حساسية صمام الإبرة عند فتحه. إذا كان حجم غرفة التحكم كبيرًا جدًا، فلن يتمكن صمام الإبرة من قطع إمداد الوقود بسرعة في نهاية حقن الوقود، مما يؤدي إلى ضعف ذرات الوقود في المرحلة اللاحقة. حجم غرفة التحكم صغير جدًا بحيث لا يوفر شوطًا فعالًا كافيًا لصمام الإبرة، مما يزيد من مقاومة التدفق أثناء عملية الحقن. لذلك، يجب أيضًا اختيار حجم غرفة التحكم بشكل معقول بناءً على الحد الأقصى لحجم حقن الوقود للنموذج.
بالإضافة إلى ذلك، يعتمد الحد الأدنى لضغط حقن الوقود في حاقن الوقود على معدل تدفق فتحة حجم الوقود الراجع وفتحة حجم وقود السحب بالإضافة إلى منطقة الوجه الطرفية لمكبس التحكم. بعد تحديد الأبعاد الهيكلية لفتحة مدخل الوقود وفتحة عودة الوقود وغرفة التحكم، يتم تحديد عملية حقن الوقود المستقرة والأقصر لكي يكون صمام إبرة حاقن الوقود مفتوحًا بالكامل، وفي الوقت نفسه يتم تحديد الحد الأدنى المستقر لحجم حقن الوقود لحاقن الوقود. يمكن أن يؤدي تقليل حجم غرفة التحكم إلى زيادة سرعة استجابة صمام الإبرة وتقليل تأثير درجة حرارة الوقود على حجم حقن الوقود بالفوهة.
ومع ذلك، لا يمكن تقليل حجم غرفة التحكم بلا حدود. يجب أن يكون قادرًا على التأكد من رفع صمام إبرة حاقن الوقود لفتح صمام الإبرة بالكامل. تحدد فتحتا التحكم الضغط الديناميكي في غرفة التحكم، والذي بدوره يحدد قانون حركة الصمام الإبري. ومن خلال ضبط معاملات التدفق لهذين الثقبين بعناية، يمكن إنتاج قانون مثالي لحقن الوقود.
نظرًا لضغط الحقن المرتفع للغاية في نظام حقن القضيب المشترك عالي الضغط-، تكون منطقة المقطع العرضي-فتحات الفوهات لحاقنات الوقود صغيرة جدًا. على سبيل المثال، قطر فتحة الفوهة لحاقنات الوقود لشركة BOSCH هو 0.169mm×6. في ظل قطر فتحة الفوهة الصغيرة وضغط الحقن العالي هذا، يكون تدفق الوقود في حالة غير مستقرة للغاية، وتصبح زاوية مخروط الرش لشعاع الوقود أكبر، ويكون تفتيت الوقود أفضل، ومع ذلك، انخفضت مسافة الاختراق. لذلك، يجب تغيير كثافة دوامة الهواء الداخل لمحرك الديزل الأصلي وشكل هيكل غرفة الاحتراق لضمان أفضل عملية احتراق.
بالنسبة لصمام الملف اللولبي لحاقن الوقود، نظرًا لأن نظام السكة المشتركة يتطلب منه سرعة فتح كافية، ومع الأخذ في الاعتبار أن الحقن المسبق-هو طريقة حقن مهمة لتحسين أداء محركات الديزل، فيجب تقليل وقت استجابة صمام الملف اللولبي للتحكم بشكل أكبر.
4. -أنبوب زيت عالي الضغط
أنبوب الوقود عالي الضغط- هو القناة التي تربط أنبوب السكة المشتركة وحاقن الوقود الذي يتم التحكم فيه إلكترونيًا. يجب أن يتمتع بتدفق وقود كافٍ لتقليل انخفاض الضغط أثناء تدفق الوقود وتقليل تقلب الضغط في نظام خطوط الأنابيب ذات الضغط العالي-. ويجب أن يكون قادرًا على تحمل تأثير الوقود عالي الضغط- ويجب أن يتم ضبط الضغط في القضيب المشترك بسرعة أثناء بدء التشغيل. يجب أن تكون أطوال أنابيب الوقود ذات الضغط العالي- في كل أسطوانة متساوية قدر الإمكان لضمان أن كل حاقن في محرك الديزل له نفس ضغط حقن الوقود، وبالتالي تقليل انحراف حجم حقن الوقود بين أسطوانات المحرك. في شنتشن،-يجب أن تكون أنابيب الزيت ذات الضغط العالي قصيرة قدر الإمكان لتقليل فقدان الضغط من القضيب المشترك إلى حاقن الوقود. يبلغ القطر الخارجي لأنبوب الزيت-عالي الضغط التابع لشركة BOSCH 6 مم والقطر الداخلي 2.4 مم. يبلغ القطر الخارجي لأنبوب الزيت-عالي الضغط التابع لشركة Denso اليابانية 8 مم والقطر الداخلي 3 مم.
يتم استخدام الضغط العالي في تجويف القضيب المشترك مباشرة للحقن، مما يلغي الحاجة إلى آلية معززة داخل حاقن الوقود. علاوة على ذلك، فإن تجويف السكة المشتركة يتعرض لضغط مرتفع مستمر، وعزم الدوران المطلوب بواسطة مضخة الزيت ذات الضغط العالي- يكون أصغر بكثير من مضخة الزيت التقليدية.
من خلال صمام الملف اللولبي المنظم للضغط الموجود في مضخة الزيت ذات الضغط العالي-، يمكن تعديل ضغط الزيت في تجويف القضيب المشترك بمرونة وفقًا لحالة حمل المحرك بالإضافة إلى متطلبات الاقتصاد والانبعاثات، وخاصة تحسين أداء السرعة المنخفضة- للمحرك.
يتم التحكم في توقيت الحقن وحجم حقن الوقود ومعدل الحقن بواسطة صمام الملف اللولبي الموجود في حاقن الوقود. يمكن أيضًا تعديل حجم حقن الوقود للحقن -السابق والحقن اللاحق-في ظل ظروف عمل مختلفة والفاصل الزمني مع الحقن الرئيسي بمرونة.
يتكون نظام السكك الحديدية المشتركة- ذات الضغط العالي من خمسة أجزاء، وهي مضخة الزيت ذات الضغط العالي-، وتجويف السكك الحديدية المشتركة وأنابيب الزيت ذات الضغط العالي-، وحاقن الوقود، ووحدة التحكم الكهربائية، وأجهزة الاستشعار والمشغلات المختلفة. تقوم مضخة إمداد الوقود بضخ الوقود من خزان الوقود إلى مدخل الوقود الخاص بمضخة الوقود ذات الضغط العالي-. تعمل مضخة الوقود ذات الضغط العالي- التي يقودها المحرك على ضغط الوقود وإرساله إلى تجويف السكة المشتركة. ثم يقوم الصمام اللولبي بالتحكم في حاقنات الوقود الخاصة بكل أسطوانة لرش الوقود في الوقت المناسب.
يشير الحقن -السابق إلى عملية حقن كمية صغيرة من الوقود داخل الأسطوانة قبل الحقن الرئيسي، حيث يحدث الخلط المسبق- أو الاحتراق الجزئي داخل الأسطوانة، وبالتالي تقليل فترة تأخير الإشعال للحقن الرئيسي. بهذه الطريقة، سينخفض كل من معدل الزيادة في ضغط الأسطوانة وذروة الضغط، مما يجعل تشغيل المحرك أكثر اعتدالًا. وفي الوقت نفسه، يؤدي انخفاض درجة حرارة الأسطوانة إلى انخفاض انبعاثات أكاسيد النيتروجين. يمكن أن يؤدي الحقن المسبق- أيضًا إلى تقليل احتمالية حدوث خلل في الإشعال وتحسين أداء البدء البارد لأنظمة السكك الحديدية المشتركة ذات الضغط العالي-.
إن تقليل معدل الحقن في المرحلة الأولية للحقن الرئيسي يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تقليل كمية الزيت المحقون في الأسطوانة أثناء فترة تأخير الإشعال. يمكن أن تؤدي زيادة معدل الحقن في المرحلة الوسطى من الحقن الرئيسي إلى تقليل وقت الحقن، وبالتالي تقليل فترة الاحتراق البطيئة-، مما يسمح بإكمال الاحتراق ضمن نطاق زاوية العمود المرفقي الأكثر فعالية للمحرك، مما يعزز الطاقة الناتجة، ويقلل من استهلاك الوقود، ويقلل انبعاثات السخام. يمكن أن يؤدي القطع السريع للوقود-في نهاية الحقن الرئيسي إلى تقليل الاحتراق غير الكامل للوقود، وتقليل انبعاثات الدخان والهيدروكربونات.
القراءة الموسعة:
لقد تم تطوير نظام السكك الحديدية المشتركة للديزل على مدار ثلاثة أجيال، وهو يتمتع بإمكانات تقنية قوية. تم دائمًا الحفاظ على مضخة الضغط العالي-الجيل الأول من السكك الحديدية المشتركة-عند أعلى ضغط، مما أدى إلى إهدار الطاقة وارتفاع درجة حرارة الوقود بشكل كبير. يمكن للجيل الثاني ضبط ضغط الخرج وفقًا لمتطلبات المحرك وله وظائف الحقن المسبق- والحقن اللاحق-. يقلل الحقن المسبق - من ضجيج المحرك: يتم حقن كمية صغيرة من الوقود في الأسطوانة للإشعال بالضغط خلال جزء من المليون من الثانية قبل الحقن الرئيسي، مما يؤدي إلى التسخين المسبق لغرفة الاحتراق. تعمل الأسطوانة المسخنة مسبقًا على تسهيل اشتعال الضغط بعد الحقن الرئيسي. لم يعد الضغط ودرجة الحرارة داخل الأسطوانة يرتفعان بشكل مفاجئ، مما يؤدي إلى تقليل ضجيج الاحتراق. أثناء عملية التمدد، يحدث-الحقن اللاحق، مما يؤدي إلى احتراق ثانوي، مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة داخل الأسطوانة بمقدار 200 إلى 250 درجة مئوية ويقلل الهيدروكربونات الموجودة في العادم.
نظرًا لإمكانياتها التقنية القوية، وضع المصنعون اليوم أنظارهم على الجيل الثالث من أنظمة السكك الحديدية المشتركة - نظام السكك الحديدية المشتركة بيزو. لقد حلت المحركات الكهرضغطية محل صمامات الملف اللولبي، وبالتالي تحقيق تحكم أكثر دقة في الحقن. بدون أنبوب النفط العائد، يكون الهيكل أبسط. يمكن تعديل الضغط بمرونة من 200 إلى 2000 بار. يمكن التحكم في الحد الأدنى لحجم الحقن عند 0.5 مم ³، مما يقلل من انبعاثات الدخان وأكاسيد النيتروجين.
يشير التحكم الإلكتروني إلى نظام حقن الوقود الذي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر. تتحكم وحدة التحكم الإلكترونية (المعروفة باسم الكمبيوتر) بدقة في حجم حقن الوقود وتوقيت كل حاقن وقود، مما يمكن أن يحقق أفضل توازن بين الاقتصاد في استهلاك الوقود وأداء الطاقة لمحرك الديزل. في المقابل، يتم التحكم في محركات الديزل التقليدية ميكانيكيًا، ولا يمكن ضمان دقة التحكم. يشير "الضغط العالي" إلى أن ضغط نظام حقن الوقود أعلى بثلاث مرات من ضغط محركات الديزل التقليدية، حيث يصل إلى 200 ميجا باسكال (بينما يتراوح ضغط حقن الوقود في محركات الديزل التقليدية بين 60 و70 ميجا باسكال). ويضمن الضغط العالي رشًا أفضل واحتراقًا كاملاً، وبالتالي تعزيز أداء الطاقة وتحقيق توفير الوقود في نهاية المطاف.
يوفر السكة المشتركة الوقود لكل حاقن في وقت واحد من خلال أنبوب إمداد الوقود المشترك. يتم حساب حجم حقن الوقود بدقة بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية، ويتم توفير نفس كتلة وضغط الوقود لكل حاقن في نفس الوقت، مما يجعل المحرك يعمل بسلاسة أكبر وبالتالي تحسين الأداء العام لمحرك الديزل. في المقابل، تقوم كل أسطوانة في محركات الديزل التقليدية بحقن الوقود بشكل مستقل، مع عدم تناسق حجم وضغط حقن الوقود، مما يؤدي إلى التشغيل غير المتساوي، والاحتراق غير المستقر، والضوضاء العالية، وارتفاع استهلاك الوقود.
في الوقت الحاضر، تعتمد محركات الديزل المصنعة محليًا، والمجهزة بتقنية السكك المشتركة ذات الضغط العالي -المتقدمة عالميًا والتي يتم التحكم فيها إلكترونيًا، على أحدث التقنيات الأساسية لمحركات الديزل من أوروبا وأمريكا، وتتفوق بشكل كبير على محركات الديزل التقليدية المزودة بشاحن توربيني. ويتميز بكفاءة احتراق أعلى بنسبة 8%، وانخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 10%، وانخفاض الضوضاء بنسبة 15% مقارنة بمحركات الديزل التقليدية المزودة بشاحن توربيني، مما يغير تمامًا صورة محركات الديزل في أذهان الناس على أنها صاخبة وينبعث منها دخان أسود.