YAKIT SİSTEMİ COMMON RAİL ENJEKSİYON SİSTEMLERİ

Transkript

1 COMMON RAİL ENJEKSİYON SİSTEMLERİ YAKIT SİSTEMİ ENJEKSİYON SİSTEMLERİNİNDEKİ GELİŞMENİN ARKASINDAKİ İTİCİ GÜÇ NEDİR? PM g/kwh 0.2 J 10/98 J 10/04 USA02 J 10/07 Euro III (10/00) USA98 J 10/94 Euro II (10/95) 0.1 USA07 USA10 0 Euro V (10/08) Euro IV (10/05) NO x Common rail yakıt enjeksiyon sistemini oluşturan elemanlar ECU Krank mili devir sensörü Kam mili konum sensörü Gaz pedalı konum sensörü Türbo basınç sensörü Rail basınç sensörü Soğutma suyu sensörü Hava debisi ölçüm sensörü DİZEL AĞIR GÖREV MOTORLARI İÇİN REGÜLASYONLAR 1

2 ECU sensörlerden gelen sinyalleri değerlendirir: Gaz pedal sensöründen gelen bilgiyle ivmelenmeye Krank mili devir ve kam mili konum sensörleriyle ateşleme sırasına ve zamanına, Hava debi ölçüm sensörü ile uygun karışıma, Türbo dolduruculu bir motorda türbin çıkış basıncı kontrol edilerek waste gate valfi devreye sokulur veya çıkarılır, Dış ortam sıcaklığı ve soğutma suyu sıcaklığı enjeksiyon başlangıcının belirlenmesinde etkili olur. Klasik Yakıt enjeksiyon sistemlerinin Püskürtme Karakteristikleri Püskürtme basıncı ve miktarı motor devri arttıkça artmaktadır, Enjeksiyon basıncı püskürtme esnasında artarken, enjeksiyon sonunda yakıtın kesilmesiyle düşer, Klasik Yakıt enjeksiyon sistemlerinin Püskürtme Karakteristikleri Basma başlangıcında düşük basınç nedeniyle daha düşük miktarda yakıt püskürtülür, Maksimum yakıt basma basıncı ortalama basıncın 2 katıdır, Verimli bir yanma için yakıt basma eğrisi üçken şeklindedir. P maks P ort Püskürtme başlangıcı Basma başlangıcı Şekil1. Klasik tip yakıt pompalarında yakıt basma eğrisi Common Rail Enjeksiyon Sisteminin Klasik Enjeksiyondan Farkları: Basınç oluşturma ve gerçek basma işlemi birbirinden ayrılmıştır. Yakıt basıncı, motor devrinden ve püskürtülecek yakıt miktarından bağımsız olarak oluşturulur. Püskürtme zamanlarda kullanılmak üzere ortak bir hatta basınçlı olarak tutulur. t (ms) 2

3 Avantajları Enjeksiyon basıncının bar a kadar ulaşması, Püskürtme başlangıcının değiştirilebilmesi Pilot enjeksiyon, ana enjeksiyon ve art enjeksiyonlara imkan sağlaması, Püskürtme basıncının çalışma şartlarına göre ayarlanabilir olması, Common Rail Yakıt Sisteminin Püskürtme Karakteristikleri Püskürtme basıncı oluşturma ve yakıt miktarının ayarı birbirinden bağımsız olduğundan, basınç ve miktar ayarı her şartta sağlanabilir, Bu hassas H/Y oranının sağlanmasına olanak verir, Püskürtme başlangıcında gönderilen yakıt miktarının düşük tutulması(pilot enjeksiyon) ile basınç artış hızının esnek olarak kontrolünü sağlanır. Bu talepler ön ve ana yanma safhası ile sağlanır. Püskürtme basıncı Pilot enjeksiyon Ana enjeksiyon P ort =P maks Şekil 2. common rail enjeksiyon sistemi basınç ve yakıt miktar eğrisi t (ms) Common Rail Yakıt Sisteminin Püskürtme Karakteristikleri Common Rail System Comparison of Injection Strategies Pilot enjeksiyon ile silindire başlangıçta 1-4 mm 3 yakıt gönderildikten sonra ana püskürtme gerçekleşir Pilot enjeksiyon ÜÖN dan 90 0 önceye kadar başlatılabilmektedir. Pilot enjeksiyon sayesinde sıkıştırma basınç ve sıcaklığı yavaş yavaş artarak yanmanın başlamasına yardımcı olur.böylece ana enjeksiyon esnasında basınç artış hızının düşmesi sağlanır, Basınç artış hızındaki azalma pik basıncın düşmesine neden olarak daha yumuşak bir çalışma sağlanır, Common rail yakıt enjeksiyon sisteminde enjeksiyon basıncı sabit kalır, sadece enjeksiyon süreleri değiştirilir. Pilot enjeksiyon tutuşma gecikme süresini azalttığı için vuruntu azalır.bu azalma dolaylı olarak tork üzerine olumlu etkir. Needle lift Cylinder pressure 0 Crank angle 180 PI Pilot injection MI Main injection Pol Post Injection Injector K5/LE e 3

4 ART YADA İKİNCİL PÜSKÜRTME NOx katalitik konverterli motorlarda, ikincil enjeksiyon NOx emisyonlarını düşürmek için kullanılabilir. Ana enjeksiyonu takiben ÜÖN dan sonra gerçekleşir.gönderilecek miktarın hassas olarak ayarlanması gerekir, Pilot ve ana enjeksiyonda olduğu gibi ikincil enjeksiyonun amacı yanma değil, egzoz gazlarının ısısıyla buharlaşmasının sağlanmasıdır. Diesel Emission Reduction Technologies (PC) Oxidation Catalyst Exhaus t PM Exhaust NO x Reductant HC Lean NO x Trap Less PM + Lower NO x Diesel Particulate FilterLess PM Exhaus t PM Added Reductant Urea Selective Catalytic Reduction Exhaust NO x Lower NO x K5/EMF 0752e Solenoid Valve Controlled Diesel Injection Systems for Passenger Cars and Light Duty Trucks Applications of Bosch Diesel Fuel-Injection Equipment VP30 axial piston VP44 radial piston UIS CRS K5/LE 159/870 e K5/EL / 4 K5/LE 527/870e 4

5 Common Rail System for Heavy Duty Engines Common Rail System for Heavy Duty Engines K5/EL / 5 K5/EL / 5 Common Rail System for Heavy Duty Engines Common Rail System for Heavy Duty Engines K5/EL / 5 K5/EL / 5 5

6 Common Rail System for Trucks Common Rail System for Heavy Duty Engines Pressure Rail pressure High limiter valve sensor pressure Rail pump CP3 Gear Flow limiter pump Filter CR sistem ile çalışan T/C bir motorun şeması Metering unit ZME Other actuators Other sensors Injector Tank Prefilter Control unit Accelerator pedal Engine speed (crank) Engine speed (cam) High pressure Low pressure K5-NF/EAN e Alçak Basınç devresi Besleme pompası 6

7 Yüksek basınç devresi 7

8 8

9 9

10 Basınç kontrol vanası Common Rail Truck Rail - Basic Design with Axial RDS and DBV DBV pressure limiter valve RDS rail pressure sensor RBOS/EPK2 - De

11 Common Rail Flow Limiter (DFB) Common Rail 2-step Pressure Limiting Valve RBOS/EPK2 -Wb RBOS/EPK Thp Page1 Rail Pressure Sensor RDS3 Common Rail Injector for Trucks CRIN 1 1 st Generation K5/ESK e K5/EL / 8 11

12 CR-Injector Principle of Function CR-Injector Principle of Function MPa current solenoid on signal 120 lift of armature rail pressure pressure in control chamber lift of nozzle needle 20 injection rate ms K5/EL / 8 RBOS/EPK1 0148Re Common Rail Injector Comparison: 1.Gen. / 2.Gen. Common Rail Injector for Trucks CRIN 2 2 nd Generation 2. Generation (B2-sample) Injector body magnet corearmatur e control chamber geometry high pressure bore design 1.Generation DGV intermediate pin RBOS/EPK e K5/EL / 9 12

13 Common Rail Injector for Trucks CRIN 2 2 nd Generation Common Rail Injector for Trucks CRIN 2 2 nd Generation Solenoid Valve Group K5/EL / 9 K5/EL / 9 LD DI Engine with Common Rail System (CRS) Warm-up after cold-start at -20 C Speed 1500 rpm without pilot injecton with pilot injecton s Time % Opacity K5/EL /11 K5/EMF - C 2113/13e Common Rail Influence of Pilot Injection on Noise and Emission 1.9 TDI with CR, speed = 1500 rpm, pme = 5 bar, rail pressure = 800 bar g/kwh g/kwh db (A) Soot NOX NOX Soot Noise Pilot injection quantity mm 3 /stroke Noise K5/LE /772 e 13

14 HD Engine with CRS / post injection speed = 1400 rpm, 75% load Variation of start of injection with appended post injection (rail pressure = 900 bar) Fuel quantity of post injection approx. 12 mg/str g/kw g/kw 0.4h h 225 with post injection without post injection PC - Injection (Maximum Requirement) Main injection Split main for stable rich operation (storage cat.) BSN SOI = +2 bsfc retarded start of main injection advanced Pilot injection for noise reduction Coupled post injection (soot reduction) Late post inj. for HC production (increase of exhaust temp.) NO x NO x K5/EL /13 K5/EMF - C 2113/18e K5/EL / 22 Type Approval Data of HD Engines ( > 85 kw ) for Euro II and Measures for Future EU Emission Levels Soot 0.20 g/kwh Euro III (10/00) 0.05 Euro II (10/95) NOX-cat. part.-trap Low swirl combustion elevated injection pressure injection rate shaping partly EGR + cooled EGR part.-trap State of the art Euro V Euro IV NO x Source: Kraftfahrt-Bundesamt (KBA), 1999 K5/EL / 3 K5/EMF - C2361e Common Rail PC System 1 st Generation 1350 bar Status Euro III achieved with different applications Low combustion noise with pilot-injection Series start Production of different applications (3 to 8 cylinders) and LCV About PC-Systems produced Worldwide Production Locations (Germany, Italy, Czech. Republic, Japan, Turkey) K5/EL / 14 14

15 Common Rail PC System 2nd Generation SV 1600 bar status Euro IV achieved with different applications Combustion noise further reduced with 2 pilot-injections Series production started CP3.2 and CP3.3 in production in Jihlava/Czech Republic CRIP2 produced in BaW K5/EL / 21 HD Diesel Engine EURO 4 EURO 4 w/o Exhaust Gas Aftertreatment 1/2 advanced combustion characteristics combustion chamber, swirl, number of nozzle holes advanced air management System high excess-air ratio, λ ca. 1,8 (steady state and transient) advanced supercharging system super VGT or electronic powered charger DS/EMF C e close loop EGR system with VGT and linear DS/EMF C e HD Diesel Engine EURO 4 EURO 4 w/o Exhaust Gas Aftertreatment 2/2 Application with retarded SOI for low EGR Rate High injection pressure 1600 bar Oxidation Catalyst for soluble fraction Sulphur free fuel Conclusion: steady state test transient test DS/EMF C e ESC possible ETC only possible with all mentioned measures Exhaust Gas Aftertreatment for PC (Euro IV and "tougher") Assessment of aftertreatment for Diesel-PC Priority I (PM Reduction): Particulate trap technology is politically necessary and technically suggestive; short-term market release Priority II (NO x Reduction): With market release of low-sulphur fuel NOx trap has high potential; further development necessary; medium-term market release NO x reduction with urea/water remains an individual solution New combustion systems are developed (homogeneous Diesel); in case of success: new situation especially for NO x measures K5/EMF C 2299/5e DS/EMF C e 15

16 Diesel Emission Reduction Technologies (PC) EGR system Oxidation Catalyst Exhaus t PM Exhaust NO x Reductant HC Lean NO x Trap Less PM + Lower NO x Diesel Particulate FilterLess PM Exhaus t PM Added Reductant Urea Selective Catalytic Reduction Exhaust NO x Lower NO x K5/EMF 0752e DS/EMF C 2612/ 2e High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS Schematic View Pilot Injection 700 bar fuel pressure Common Rail High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS Schematic View Main Injection 700 bar fuel pressure Common Rail Amplifier piston Amplifier piston High pressure pump High pressure pump Fuel tank Injector Fuel tank Injector K5/EL /15 K5/EVD /8 K5/EL /15 K5/EVD /8 16

17 High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS Schematic View Main Injection 700 bar fuel pressure Common Rail High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS Schematic View Main Injection 700 bar fuel pressure Common Rail Amplifier piston Amplifier piston High pressure pump High pressure pump Fuel tank Injector Fuel tank Injector K5/EL /15 K5/EVD /8 K5/EL /15 K5/EVD /8 High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS Schematic View 700 bar fuel pressure Common Rail Amplifier piston Flexible Needle Lift and Pressure Control with APCRS Pressure at nozzle-needle seat Rail pressure bar High pressure pump Nozzle lift Time Fuel tank Injector Time K5/EL /15 K5/EVD /8 K5/EL /16 K5/EMF C 2178 e 17

18 Unit Pump for Commercial Vehicles Unit Pump for Commercial Vehicles K5-NF/EAN e K5/EAP e Unit Injector System (UIS) for Passenger Cars Unit Injector for Commercial Vehicles K5/LE e K5/EAP e 18

19 Unit Injector System - Generation N1, N2 Generation N1 : 1600 bar Generation N2 : 1800 bar P Nozzle Time K5-NF/EAN e 19