Modul de funcionare al motorului diesel cu injecie direct(7) Sistemul de injecie al unui motor cu aprindere prin comprimare (diesel) este alctuit n principal dintr-opomp de injecie,ramp comun,injectori conductele de legtur.

Foto: Sistem de injecie BoschCRS2.2Sursa: Bosch Elementele componente ale sistemului:1. pomp de nalt presiune2. ramp comun3. injectoare Un sistem de injecie este proiectat astfel nct s ndeplineasc mai multe funcii: s dozeze cantitatea de combustibil pe ciclu n funcie de regimul de funcionare al motorului; s creeze o presiune ridicat a combustibilului pentru a face posibil pulverizarea; s asigure pulverizarea li distribuia combustibilul n camera de ardere; s iniieze injecia de combustibil la un moment bine determinat pe ciclu i s asigure o durat a injeciei determinat; s asigure dozarea egal a combustibilului ntre mai muli cilindrii.Scurt istoric al injeciei de motorin pentru automobile1897: Rudolf Diesel construiete primul prototip funcional de motor.1908: Prosper L'Orange mpreun cu Deutz dezvolt o pomp de injecie cu injector1930: Primul automobil echipat cu un motor diesel construit de Cummins1933: Citroen Rosalie primul automobil european prototip cu motor diesel1936: Mercedes-Benz 260D primul automobil de serie cu motor diesel1968: Peugeot introduce primul 204 cu motor diesel montat transversal i traciune pe puntea fa1986: Bosch lanseaz EDC pe modelul BMW 524D1994: Bosch produce sistemele de injecie pomp injector1997: Alfa Romeo 156 - primul automobil cu sistem de injecie cu ramp comun (Common Rail)2007: BMW lanseaz pe modelele de serie sisteme de injecie cu ramp comun cu presiunea de injecie maxim de 2000 bari

Foto: Productorii sistemelor de injecie de combustibil pentru automobile.Sursa: e-automobile.ro La nivel mondial exist patru mari productori de sisteme de injecie pentru automobile. Piaa este mprit deBosch,Continental,Delphi, iDenso. De asemenea automobilele din grupul Fiat echipeaz unele din motoarele sale cu sisteme de injecie produse deMagneti Marelli. Sistemele de injecie pentru motoare diesel se pot clasifica n funcie de o multitudine de criterii. n prezentul articol vom discuta despresisteme de injecie direct i indirect, evoluia i tipul acestora precum i despre modul de funcionare al fiecrei componente.Tipuri de sisteme de injecie (din punct de vedere al injeciei combustibilului)Injecia indirect (cu pre-camer) La motoarele diesel cu injecie indirect combustibilul este injectat ntr-oprecamer supranclzit. Aprinderea combustibilului este iniiat n precamer iar apoi este propagat n cilindru unde are loc arderea propriu-zis a amestecului aer-combustibil. Pre-camera reprezint aproximativ 40% din volumul total al camerei de ardere.

Foto: Sistem de injecie indirect diesel cu pre-camerSursa: Bosch Elementele componente ale sistemului de injecie:1. injector2. bujie incandescent3. pre-camer4. chiulas5. cilindru Pre-camera este atent conceput pentru a asigura amestecarea corespunztoare a combustibilului pulverizat cu aerul comprimat supranclzit. Astfel se reduce viteza de ardere care are ca efect reducerea zgomotului datorat arderii precum i a solicitrilor mecanice asupra pieselor motorului. Cu toate acestea utilizarea unei pre-camere are dezavantajele unor pierderi adiionale de cldur care se traduce ntr-un randament mai mic. n plus pre-camera necesit utilizarea unorbujii incandescentepentru a facilita pornirea. n cazul injeciei indirecte aerul se mic cu vitez ridicat mbuntind astfel omogenizarea amestecului aer-combustibil. Acest avantaj simplific construcia injectorului i permite utilizarea de motoare cu capacitate cilindric mai mic, cu tolerane de construcie mai permisive deci mai puin costisitoare i mai fiabile. Prin comparaie sistemele de injecie direct combin micare mai lent a aerului cu micare rapid a combustibilului injectate la o presiune mare.Avantajeleutilizriiinjeciei indirectesunt urmtoarele: se poate utiliza la motoarele cu capacitate cilindric mic presiunea de injecie necesar este relativ sczut (100-300 bari) deci costul unui injector este redus turaia maxim a motorului poate atinge valori de 6000 rot/min datorit arderii divizateDezavantajeleutilizrii unei astfel de soluii se rezum la: consum specific ridicat datorit pierderilor prin cldur i a pierderilor de presiune n timpul arderii tensiuni termice i mecanice concentrate pe anumite poriuni ale pistonului i a camerei de ardere ce conduc la limitarea puterii maxime ce poate fi obinut din motor Soluia de injecie indirect cu pre-camera a fost utilizat ncepnd cu anii 1920. Tehnologia de injecie direct era cunoscut la aceea vreme dar se utiliza n general doar pe camioane. Motivul era zgomotul i vibraiile puternice specifice injeciei directe, fenomene mai puin controlabile la aceea vreme. Pe motoarele diesel moderne injecia indirect nu se mai utilizeaz n principal datorit consumului specific ridicat i n al doilea rnd datorit limitrii performanelor dinamice.Injecia direct De reinut c motoarele diesel moderne sunt n exclusivitate cuinjecie direct! Spre deosebire de injecia indirect, la care combustibilul se injecteaz ntr-o pre-camer, la injecia directmotorina se injecteaz direct n cilindru. Procesul de injecie este caracterizate de pulverizarea combustibilului, nclzirea, evaporarea i amestecul acestuia cu aerul. Specific motoarelor diesel cu injecie direct sunt presiunile mari ale combustibilului (pn la 2000 bari) i rapoartele mari de comprimare (17-19).

Foto: Sistem de injecie direct dieselSursa: Bosch O caracteristic specific motoarelor diesel cu injecie direct este forma pistonului. Camera de ardere este format n principal de cavitatea din capul pistonului care de cele mai multe ori are forma seciunii asemntoare cu litera greceasc omega.Sistemele de injecie pentru un motor diesel Motoarele diesel sunt caracterizate n principal derandament ridicat, n comparaie cu motoarele pe benzin, ceea ce conduce la un consum mai sczut de combustibil. Reglementrile tot mai stricte n ceea ce privete emisiile poluante, zgomotul i nevoia de reducere a consumului de combustibil au fcut ca sistemele de injecie s evolueze n mod considerabil. Sistemele de injecie de motorin, mai ales cele cu injecie direct, necesitpresiuni mari ale combustibilului. Din acest motiv toate pompele de injecie trebuie s fie de tipul cu piston, deoarece numai o astfel de pomp asigur presiunea necesar pentru pulverizare. n cazul automobilelor cu motoare diesel sunt utilizate mai multe tipuri de sisteme de injecie. Primele tipuri utilizate, ncepnd cu anii 1930, sunt cele cupompe de injecie cu elemente n linie. Generaiile urmtoare de sisteme, din anii 1970, sunt cupompe cu distribuitor rotativ. Din 1997sistemele de injecie cu ramp comunncep s echipeze motoarele diesel. n tabelul de mai jos gsii o clasificare a sistemelor de injecie produse de compania Bosch.Tipul de sistem de injeciePresiunea maximde lucru [bar]TipulcontroluluiInjecien cilindruNumrul de cilindriial motorului

M (pomp cu elemente n linie)550mecanicelectronicindirect4...6

MW (pomp cu elemente n linie)1100mecanicdirect4...8

VE (pomp cu distribuitor rotativ i piston axial)1400mecanicelectronicindirectdirect3...6

VR (pomp cu distribuitor rotativ i piston radial)1700electronicdirect4...6

UIS(pomp - injector)2000electronicdirect4...6

CR(ramp comun)2000electronicdirect3...16

Sistem de injecie cu pomp cu elemente n linie Primele tipuri de sisteme de injecie sunt reprezentate de cele cu pompe cu elemente n linie.

Foto: Pomp de injecie diesel Bosch cu elemente n linie M - varianta cu control mecanicSursa: Bosch Elementele componente ale pompei:1. cremalier de comand2. arbore cu came de antrenare3. racorduri injectoare Caracteristicile principale ale pompei cu elemente n linie: pentru fiecare injector pompa este prevzut cu un element de pompare (piston) pistoanele sunt acionate prin intermediul unui arbore cu came conectat la arborele cotit al motorului cantitate de combustibil injectat este reglat cu ajutorul unei cremaliere comandat de pedala de acceleraie fiecare element de pompare este conectat la injector prin intermediul unor conducte de nalt presiune

Foto: Sistem de injecie diesel cu pomp cu elemente n linieSursa: Bosch n figura alturat este prezentat opomp de injecie cu elemente n liniempreun cu restul pieselor ce compun sistemul de injecie. Combustibilul este aspirat din rezervor cu ajutorul unei pompe de transfer, numit i pomp de joas presiune, i transferat ctre filtru de motorin. Dup filtrare combustibilul este introdus n pompa de nalt presiune, cu elemente n linie, comprimat i transferat ctre injectoare prin intermediul conductelor de legtur.

Foto: Pomp de injecie diesel cu elemente n linie pentru un motor de 12 cilindriiFoto: Wikipedia Commons Aceste tipuri de pompe de injecie pot ridica presiunea de injecie pn la 1200 bari. Motoarele diesel moderne nu mai folosesc pompele de injecie cu elemente n linie datorit controlului rudimentar al presiunii de injecie precum i a cantitii de combustibil injectat. De asemenea un inconvenient este dat de faptul c dimensiunile pompei i numrul de elemente de pompare depinde de numrul de cilindrii al motorului. Aplicaiile pe care se utilizeaz aceste pompe, cu mai mult de 6 pistoane, sunt n general vehiculele de transport, autobuzele, utilajele agricole precum i motoarele staionare. n filmul de mai jos putei observa modul de funcionare al unei pompe de injecie cu elemente n linie utilizat pe un motor staionar cu trei cilindrii.Video - pomp de injecie cu elemente n linie0:09 antrenarea arborelui cu came0:16 arborele cu came antrennd pistoanele2:00 injectoarele2:47 controlul debitului de combustibil injectat prin intermediul cremelierei4:28 sistemul de distribuie al motoruluiSisteme de injecie cu pomp cu distribuitor rotativ Soluia de pomp de injecie cu elemente de refulare pentru fiecare cilindru (pompa cu elemente n linie) este costisitoare deoarece utilizeaz un numr mare de piese identice, de mare precizie, costul fabricaiei ct i a ntreinerii fiind ridicat. De asemenea reglajul este complicat iar probabilitatea de a avea caracteristici de injecie diferite ntre cilindrii este mare datorit posibilelor diferene de geometrie.

Foto: Pomp de injecie diesel cu distribuitor rotativ i control electronic - Bosch VP44Sursa: Bosch Elementele componente ale pompei:1. arbore de antrenare2. modulul electronic de comand al pompei3. conector pentru calculatorul de injecie4. electro-supap de control a presiunii5. racorduri de legtur cu injectoarele O alt soluie este pompa de injecie cu element unic de refulare numitpomp de injecie cu distribuitor rotativ i pistoane radiale. Particularitatea pompei cu distribuitor rotativ const n faptul c sistemul de ridicare a presiunii este independent de numrul de cilindrii. Astfel, cu mici modificri, acelai tip de pomp se poate utiliza pentru motoare cu patru sau ase cilindrii. Filmele de mai jos sunt utile pentru a nelege mai bine componentele pompei de injecie cu distribuitor rotativ:Video - demontarea modulului electronic de comandVideo -o privire asupra pompei de transfer (de joas presiune) din carcasa pompei cu distribuitor rotativSistem de injecie cu ramp comun (CR Common Rail) Un inconvenient al sistemelor de injecie cu pomp cu elemente n linie sau cu pomp cu distribuitor rotativ este dat de dependena presiunii de turaia i sarcina motorului. Din acest motiv este destul de dificil s se optimizeze combustia pentru fiecare punct de funcionare al motorului. Sistemele de injecie cu ramp comun nltur acest inconvenient datorit faptului c pompa de nalt presiune ridic presiunea i o stocheaz ntr-un acumulator numitramp comun. Injectoarele nu mai sunt conectate direct la pomp ci sunt alimentate la ramp. Principalul avantaj alsistemelor de injecie cu ramp comunconst nindependena presiunii combustibiluluifa depunctul de funcionare al motorului(turaie i sarcin). Aceast independen confer posibilitatea optimizrii injeciei pentru creterea performaelor dinamice i de consum ale motorului. De asemenea este posibil divizarea injeciei de combustibil n mai multe faze: pre-injecie, injecie principal i post-injecie. ntr-un sistem de injecie cu ramp comun ridicare presiunii combustibilului i injecia propriu-zis sunt complet independente. Cantitatea de combustibil injectat este definit de conductorul auto, prin poziia pedalei de acceleraie, iar nceputul injecie i durata injeciei este controlat de calculatorul motorului. Toate sistemele de injecie cu ramp comun sunt controlate electronic i conin urmtoarele elemente: calculator de injecie(ECU Engine Control Unit) senzor turaie motor senzor poziie arbore cu came senzor poziie pedal de acceleraie senzor presiune de supraalimentare senzor presiune ramp senzor temperatur motor senzor debit masic de aer(debitmetru) Viteza de rotaie a motorului este determinat cu ajutorul senzorului de turaie iar ordinea injecie (de exemplu 1-3-4-2 pentru un motor cu patru cilindrii) prin intermediul senzorului de poziie al arborelui cu came. Tensiunea electric generat de poteniometrul senzorului de poziie al pedalei de acceleraie informeaz calculatorul de injecie asupra cererii de cuplu pe care o face conductorul auto. Masa de aer msurat este utilizat pentru calculul cantitii de combustibil ce trebuie injectat n motor astfel nct arderea s fie ct mai complet i cu emisii minime de substane poluante. Temperatura motorului este utilizat pentru a corecta debutul injeciei i cantitate de combustibil injectat. Astfel, cu ajutorul informaiilor citite de la senzori,calculatorul de injeciecontroleaz momentul deschiderii i nchiderii injectoarelor precum i durata injeciei. n figura de mai jos este prezentat un sistem de injecie cu ramp comun Bosch, utilizat pentru un motor diesel cu patru cilindrii.

Foto: Sistem de injecie diesel cu ramp comun BoschSursa: Bosch Componentele sistemului de injecie Bosch:1. debitmetru de aer2. calculator injecie3. pomp de nalt presiune4. ramp comun (acumulator de nalt presiune)5. injectoare6. senzor turaie motor7. senzor temperatur motor8. filtru motorin9. senzor poziie pedal de acceleraieRampa comun Principalele funcii alerampei comune(acumulatorul de presiune) sunt cele de acumulare de combustibil la presiune nalt precum i distribuia acestuia la injectoare. De asemenea rampa mai are rolul de filtru ale oscilaiilor de presiune produse pomp la ncrcare i injectoare la descrcare.

Foto: Ramp comun i injectoare de la DelphiSursa: DelphiRampa(1) este prevzut de asemenea cu unsenzor de presiune(3) care informeaz calculatorul de injecie nivelul presiunii pentruinjectoare(6). Controlul presiunii din ramp se face cu ajutorul unui electro-supape care are rol deregulator de presiune(2). Electro-supapa este comandat de ctre calculatorul de injecie iar cnd se deschide refuleaz combustibilul prin intermediulracordului(4). Alimentarea rampei cu combustibil sub presiune se face prinracordul(5) care este conectat la pompa de nalt presiune.

Foto: Sistem de injecie diesel cu ramp comun sferic de la DelphiSursa: Delphi Elementele componente ale sistemului de injecie:1. ramp comun2. filtru de motorin3. pomp de nalt presiune4. injectoare5. calculator de injecie Exist sisteme de injecie la care rampa comun nu este cilindric cisferic. Avantajul sistemelor de injecie cu ramp comun sferic const n gabaritul mai redus i costul sczut. Dezavantajul ns este dat de faptul c conductele ce leag injectoarele de ramp sunt mai lungi.Filtrul de motorin Impuritile din motorin pot provoca deteriorarea componentelor sistemului de injecie: pomp, injector, supape, etc. De asemenea motorina poate conine ap, care odat ajuns n sistemul de injecie poate conduce la griparea pieselor n micare sau la o corodare prematur. Din aceste motive este necesar utilizarea unuifiltrucare s rspund cerinelor de filtrare ale sistemului de injecie cum ar fi: diametrul minim al particulelor filtrate, reinerea apei i fiabilitate ridicat.

Foto: Filtru de motorin DelphiSursa: Delphi Elementele componente ale filtrului:1. racord rezervor combustibil2. racord pomp joas/nalt presiune3. retur combustibil4. orificiu de eliminare a apei colectate Cerinele unui filtru de motorin se mpart n patru mari categorii: filtrarea impuritilor gestionarea apei din motorin (separarea apei, stocarea i detecia) nclzirea motorinei (prevzute la filtrele motoarelor ce opereaz i la temperaturi sczute) eliminarea gazelor (aerului) Din aceste considerente funcionarea la parametrii nominali ai unui filtru este indispensabil unui motor diesel. Defectul total sau parial al unui filtru de motorin poate conduce chiar i la avarierea iremediabil a componentelor sistemului de injecie.Injector cu comand electric Introducerea combustibilului n cilindru se face prin intermediul injectoarelor. Prindurata deschiderii injectoarelorse controleaz cantitatea de combustibil injectat. Injectorul este conectat, n cazul sistemelor de injecie common-rail, la rampa de nalt presiune prin intermediul unui racord i a unei conducte. Acionare injectorului este electric i se face la comanda calculatorului de injecie. Momentan exist dou soluii pentru acionarea injectoarelor: cusolenoid(electro-magnet) sau cu cristalpiezoelectric. Soluia cu solenoid este mai puin costisitoare dect cea piezoelectric dar acionarea este mai puin rapid. Continental este productorul care are toat familia de sisteme de injecie cu acionare piezoelectric. Bosch, Delphi i Denso ofer soluii cu solenoid ct i piezoelectrice.

Foto: Injector Delphi acionat cu solenoidSursa: Delphi Elementele componente ale injectorului:1. corpul injectorului2. racord de joas presiune (retur)3. racord de nalt presiune4. conectori electrici5. solenoid6. supap de comand7. acul injectorului8. pulverizator Cum funcioneaz? Pentru a nelege mai bine cum funcioneaz injectorul Delphi acionat cu solenoid am reprezentat doar seciunea care conine solenoidul (1), supapa de control (5) i acul injectorului (3)

Foto: Injector Delphi cu acionare cu solenoid - detaliuSursa: Delphi Elementele componente ale injectorului:1. solenoid2. arc elicoidal3. acul injectorului4. pulverizator5. supap de comand6. arc elicoidalAcul injectorului(3) este inut pe sediul, obturnd orificiile pulverizatorului, datorit forelor date dearcul elicoidal(2) i presiunii p1 ce acioneaz pe suprafaa S1. Cnd se dorete injecia de combustibil calculatorul de injecie comandsolenoidul(1) care deschidesupapa(5). Datorit deschiderii supapei de comand presiunea p1 scade (p1 < p2) iar acul injectorului este deplasat comprimndarcul(2) astfel realizndu-se injecia. n momentul n care solenoidul nu mai este alimentat de calculatorul de injecie supapa de comand este nchis de ctrearcul(6). Se realizeaz echilibrul de presiuni (p1 = p2) iar acul injectorului revine pe sediu. Aceast succesiune de operaii se realizeaz foarte rapid, nchiderea i deschiderea injectoarelor se poate face de mai multe ori pe un ciclu (injecie multipl). Introducerea cristalelor piezoelectrice de ctre Continental (fostul Siemens VDO) a condus la mbuntirea performanelor sistemelor de injecie n ceea ce privete timpul de rspuns al injectoarelor i controlul cantitii de combustibil injectate.

Foto: Injector Continental cu acionare piezoelectric (Siemens VDO)Sursa: Continental Injector Continental (Siemens VDO) cu acionare cu cristal piezoelectric:1. corpul injectorului2. conectori electrici3. cristal piezoelectric4. supap de comand5. racord de nalt presiune6. acul injectorului7. pulverizator Modul de funcionare a unui injector piezoelectric este prezentat n animaia de mai jos:Video - injector piezoelectric Sistemele de injecie evolueaz continuu ca urmare a cerinelor tot mai severe n ceea ce privete emisiile poluante. Principalii productori de sisteme de injecie ofer o gam larg de pompe de nalt presiune, injectoare, etc. O privire de ansamblu asupra acestor sisteme este subiectul unui articol viitor.Pompa de nalt presiune Legtura dintre pompa de transfer i rampa comun este realizat depompa de nalt presiune. Rolul pompei este a asigura o presiune ridicat a combustibilului n ramp, indiferent de condiiile de funcionare ale motorului, pe ntreaga durat de via a motorului cu ardere intern. Antrenarea pompei se face prin cuplarea acesteia la arborele cotit al motorului. Turaia maxim a pompei depinde de tipul pompei. De exemplu pompele de prim generaie Bosch sunt limitate la 3000 rot/min. Principalele elemente componente ale unei pompe de nalt presiune pentru sistemele de injecie cu ramp comun sunt prezentate n figura de mai jos. Pompa prezentat este Bosch de prim generaie cu trei pistoane dispuse la 120 C.

Foto: Pomp de injecie diesel de nalt presiune BoschSursa: Bosch Pomp de nalt presiune Bosch de prim generaie - elementele componente:1. arbore de antrenare2. electro-supap de control a debitului3. excentric4. pomp de transfer (integrat n pompa de nalt presiune)5. supap de refulare6. piston7. supap de admisie