COMMON RAILSl.3.104 – Instalacija za gorivo jednog Common Rail sistema za ubrizgavanje:

1 – rezervoar za gorivo2 – ulazni filter, 3 – napojna pumpa, 4 – filter za gorivo, 5 – vodovi NP, 6 – pumpa VP,7 – vodovi VP,8 – magistralna cev (Rail), 9 – Injektor, 10 – povratni vod za gorivo, 11 – elektronski upravljački uređaj

Sl.3.114 – Magistralna cev (Rail) sa pripadajućim elementima ugradnje:1 – magistralna cev,2 – dovod goriva od pumpe VP, 3 – senzor pritiska, 4 – ventil za ograničenje pritiska,

5 – povratni vod za rezervoar, 6 – prigušni ventil za protok, 7 – vodovi ka brizgaljkama

3.10.5.2.7. InjektoriKod Kommon Rail sistema početak i količina ubrizgavanja podešava se pomoću električnih injektora, kojima su zamenjene klasične brizgaljke sa držačima. Kod dizel-motora sa direktnim ubrizgavanjem (DI – Direct Injektion) slično klasičnim brizgaljkama injektori se postavljaju na glavu motora. Iz tih razloga ugradnja Kommon Rail sistema na DI motorima ne zahteva neke posebne izmene na glavi motora.

OPIS I KONSTRUKCIJA. – Na sl.3.118 šematski je prikazana konstrukcija injektora sa osnovnim delovima koji se funkcionalno mogu podeliti na tri dela:

- brizgaljke s rupicom,- hidraulični sistem i - magnetni ventil.

Sl.3.118 – Šematski prikaz injektora u preseku:

1 – povraćaj goriva,2 – električni priključak,3 – magnetni ventil,4 – dovod goriva VP,5 – kuglica ventila,6 – prigušni otvor za odvod, 7 – prigušni otvor za dovod, 8 – radni prostor ventila,9 – klip ventila, 10 – dovodni kanal za brizgaljku, 11– iglica brizgaljke

Gorivo iz magistrale se od priključka (4), pomoću kanala (10) dovodi do mlaznice brizgaljke, a preko prigušnog otvora (7) do radnog prostora (8). Radni prostor (8) preko prigušnog otvora (6) i ventila (5) povezan je sa odvodom goriva (1). U zatvorenom stanju pritisak kojim gorivo u radnom prostoru odozgo deluje na klip (9) je veći od pritiska goriva koji odozdo pritiska na konus iglice (11). Usled toga vrh iglice čvrsto naleže na sedište brizgaljke i drži mlaznicu zatvorenom. Kada se uključi magnetni ventil kuglica se podigne i gorivo iz radnog prostora (8) preko prigušnog otvora za odvod (6) istekne ka izlazu. Usled toga opadne pritisak u radnom prostoru, pa pritisak na konus iglice nadjača i podigne iglicu sa sedišta i otvori mlaznicu (sl.3.118b).

Takvo indirektno upravljanje radom injektora (tj. pomeranje iglice brizgaljke pomoću hidrauličnog pojačivača) je uvedeno, jer se direktno pomoću magnetnog ventila nije moglo proizvesti dovoljno jaka sila za brzo podizanje iglice. Jedino što se ovde, pored ubrizgane količine, koristi i tzv. upravljačka količina goriva, koja se posle svakog ubrizgavanja iz radnog prostora vraća nazad ka rezervoaru. Jedna, znatno manja, odvodna količina goriva, koja popunjava tanak zazor između klipa i iglice i njihovih vođica, takođe se zajedno sa upravljačkom količinom vraća u rezervoar.

PRINCIP RADA. – Rad injektora tokom rada motora može se podeliti na četiri karakteristična funkcionalna stanja:- injektor zatvore (pod pritiskom goriva iz magistrale), - injektor se otvara (na početku ubrizgavanja), - injektor potpuno otvoren (tokom ubrizgavanja) i - injektor se zatvara (na kraju ubrizgavanja).

Ta radna stanja podešavaju se raspodelom pokretačke sile na različite konstruktivne delove injektora. Kada motor ne radi i magistrala nije pod pritiskom opruga drži injektor zatvorenim.

INJEKTOR ZATVOREN. – U mirnom stanju namotaj magnetnog ventila je bez električnog napajanja pa je on zatvoren (sl.3.118a). Kada je ventil zatvoren kuglica (5) naleže na sedište i ne dozvoljava oticanje goriva kroz odvodni prigušni otvor (6). Zato je u radnom prostoru (8) ventila tzv. upravljačka količina goriva pod visokim rptiskom magistrale. Isti pritisak je i dole u komori

brizgaljke. U takvom stanju iglica brizgaljke ostaje zatvorena jer su pritisak odozgo na čelo (u radnom prostoru) i sila opruge jači od potisne sile goriva koja odozdo deluje na kolusni vrat iglice.

INJEKTOR OTVOREN. – Kada se namotaj magnetnog vetila pobudi, najpremalo jačom početnom strujom (tzv. strujom podizanja) ventil će se velikom brzinom otvoriti (sl.3.118b). Odmah nakon otvaranja struja napajanja se smanji, jer je posle privljačenja kotve za njeno držanje dovoljna i ta mala struja. Otvaranjem ventila gorivo iz radnog prostora prolazi kroz odvodni prigušni otvor (6) ka izlazu i vraća se u rezervoar. Usled toga opadne pritisak u radnom prostoru, jer se kroz dovodni prigušni otvor (7) ne može tako brzo nadoknaditi taj pad. Kako je pritisak u komori brizgaljke ostao isti, iglica će se podići i počeće ubrizgavanje goriva.

Brzina otvaranja iglice brizgaljke određena je promerom, tj. protokom goriva kroz oba prigušna tovora. Kada klip dostigne gornji graničnik, on se oslanja na jedan sloj goriva koje struji kroz oba prigušna otvora. Za to vreme mlaznica brizgaljke je potpuno otvorena i gorivo se ubrizgava pod pritiskom koji je približno jednak pritisku u magistralnoj cevi.

INJEKTOR ZATVOREN. – Kada se prekine električno napajanje, elektromagnet otpusti kotvu koju opruga pritisne i kuglica opet zatvori prigušni otvor. Kotva magneta je dvodelna, pa se ploča kotve spušta sa svojim nosačem oslanjajući se na oprugu, tako da ona ne pritiska kotvu i kuglicu nadole. Zatvaranjem odvodnog prigušnog otvora pritisak u radnom prostoru klipa se preko dovodnog prigušnog otvora povećava i izjednačava sa pritiskom u magistralnoj cevi. Taj pritisak deluje na čelo klipa i zajedno sa pritiskom opruge nadjača pritisak na konusni vrat iglice u komori brizgaljke pa klip potisne iglicu na sedište i zatvori brizgaljku. Brizna zatvaranja iglice podešava se promenom protoka kroz dovodni prigušni otvor. Ubrizgavanje se završava kada vrh iglice čvrsto nasedne na svoje sedište i zatvori mlaznice.

PIEZOELEKTRIČNE BRIZGALJKE

Piezoelectric injectors are the heart of modern common rail diesels, inhibiting the occurrence of precise and rapid injection events that translates into greater efficiency, performance, and reduced emissions. The fundamentally critical component of a Piezo injector is the Piezoelectric crystal. This material generates an electrical charge when a mechanical stress is applied. Likewise, the crystal will change shape when an electrical charge is applied.

Piezoelektrične injektori su srce modernih common rail dizele, inhibira pojavu preciznih i brzih ubrizgavanje događaja koji se prevodi u vecoj efikasnosti, performanse i smanjene emisije. Fundamentalnu kritična komponenta Piezo injektora je Piezoelectric kristal. Ovaj materijal stvara električni naboj kada se primenjuje mehanički stres. Isto tako, kristal ce se promeniti oblik kada se primenjivala se naelektrisanje.Piezoelektrični injektori su srce modernih COMMON RAIL dizel motora. Omogućavaju preciznije i brže ubrizgavanje što dovodi do:Veće efikasnosti,Boljih performansi motora iSmanjenja emisije štetnih gasova.

Osnovni deo piezoelektričnih injektora je piezoelektrični kristal. Piezo električni kristal menja fizičke dimenzije (deformiše se) kada se na njega deluje silom i na stranicama stvara naelektrisanje. Isto tako kristal će promeniti fizičke dimenzije kada se na njegove stranice dovede naelektrisanje

The heart of a Piezo (short for piezoelectric) injector is the Piezo crystal. When electricity is applied across the crystal, it rapidly expands, thus making it suitable to act as the actuator in a diesel fuel injector. According to Bosch, who introduced Piezo injectors to the industry, a Piezo actuator acts up to 5 times faster than a standard injector solenoid and the motion is frictionless. This translates into precise fuel measurement and allows for multiple injector events to occur per combustion cycle.

Because Piezo injectors are used in common rail injection systems, high pressure fuel is constantly delivered to the tip of the injector where a needle rests and blocks fuel from being injected. Pressurized fuel is delivered to the top of this needle as well, the force of which keeps the needle closed. When the Piezo crystal is energized, a valve at the top of the needle opens, allowing the pressurized fuel at the top of the needle to return to the tank through the return line. With no pressure at the top of the needle, it springs open, allowing fuel to be injected into the combustion chamber. When the Piezo actuator is de-energized, the valve closes and high pressure fuel forces the needle to return to the closed position. The injection process occurs extremely fast.

Srce piezoelektrične brizgaljke je piezo kristal. Kada se naelektrisanje dovede na stranice kristala, on se brzo širi, čime je pogodan za primenu kao aktuatora u injektorima dizel goriva. Prema Bosch, koji je uveo piezo injektore u automobilsku industriju, piezoeloektrični injektor reaguje do 5 puta brže nego standardni elektromagnetni injektori. Time se postiže precizno doziranje goriva i omogućava ubrizgavanje u više navrata po jednom ciklusu sagorevanja.Jer se Piezo brizgaljke koriste u sistemima ubrizgavanja, gorivo se pod visokim pritiskom nalazi neprekidno na vrhu injektora gde iglica zatvara diznu. Pod pritiskom goriva se nalazi na vrhu ove iglice i pritisak goriva drži iglu zatvorenom. Kada se pobudi piezo kristal, ventil na vrhu iglice se otvara, omogućavajući gorivu pod pritiskom na vrhu iglice da se vrati u rezervoar kroz povratne vodove. Bez pritiska na vrhu iglice, ona se otvara, dozvoljavajući da se gorivo ubrizgava u komoru za sagorevanje. Kada se piezo aktuator deenergizuje, ventil se zatvara i gorivo visokog pritiska primorava iglu da se vrati u zatvoren položaj. Proces ubrizgavanja se javlja vrlo brzo.

The greatest advantage of Piezo injectors is the rate and precision in which fuel can be delivered, since the actuator can be rapidly activated and deactivated. Piezo injectors are also known for their superior reliability. The result is increased longevity, durability, efficiency, and reduced emissions.

Najveća prednost Piezo injektora je brzina i preciznost u kojima gorivo može biti ubrizgano, jer se aktuator može brzo aktivirati i deaktivirati. Piezo injektori su takođe poznati po svojoj velikoj pouzdanosti. Rezultat je povećana dugovečnost, izdržljivost, efikasnost i smanjenje emisije štetnih gasova.

Rival diesel fuel-injector suppliers are fighting a technology duel to win new business as tougher EU emissions rules take effect before the end of the decade.

German suppliers Robert Bosch and Siemens VDO Automotive and Italy’s Magneti Marelli say injectors using piezo technology are the only way that larger diesel engines can meet future Euro 5 rules. But rival Delphi says it can improve the performance of conventional solenoid – electromagnetic – injectors enough to avoid investing in piezo injectors.

The fifth and smallest of the leading injector manufacturers, Denso of Japan, plans to continue developing both technologies.

The injector debate pits a well-

established technology being pushed toward its known performance limits against a more costly undeveloped one with perhaps greater potential.

Nemački proizvođači Robert Bosch i Siemens VDO Automotive, kao i italijanski Magneti Marelli tvrde je korišćenje piezo tehnologije kod injektora jedini način da i veći dizel motori zadovolje Euro 5 standarde. Protivnik takvih tvrdnji je proizvođač Delfi tvrdi da je poboljšanje performansi konvencionalnih elektromagnetnih injektora dovoljno da se izbegnu ulaganja u piezoelektrične injektore. Peti i najmanji od vodećih proizvođača injektora, DENSO (Japan) planira da nastavi da razvija obe tehnologije.

Suppliers decline to discuss revenues from injectors, but one unit of the complex part is needed for every cylinder in a car engine. That pushes the total European injector volume beyond 80 million units a year.

Until Delphi decided to try extending the use of solenoid injectors, many industry executives expected Euro 5 standards for nitrogen oxide (NOx) and particulate emissions would force most manufacturers to switch to piezo injectors.

The initial EU proposal for Euro 5 standards called for reducing NOx emissions to 200 milligrams per kilometer from 250mg/km and particulates to 5mg/km from 25mg/km for diesel engines. But by the time Euro 5 becomes law, possibly in 2008 or 2009, the NOx limit is likely to be an even-lower 170mg/km.

Dobavljači odbijaju da razgovaraju o prihode od dizni, ali jedna jedinica kompleksnog dela je potrebno za svaku cilindar u motoru automobila. Da gura ukupnu evropsku obim injector izvan 80 miliona jedinica godišnje.Do Delfi je odlučio da pokuša proširenje upotrebe solenoidne dizni, mnogi industrija rukovodioci očekuje Euro 5 standarde za azot oksida (NOk) i emisije čestica bi naterali većinu proizvođača da biste prešli na piezo injektora.Prvobitni predlog EU za Euro 5 standarde pozvao na smanjenje emisije NOk 200 miligrama po kilometru od 250 mg / km i čestica u 5 mg / km iz 25 mg / km za dizel motore. Ali u trenutku kada evro 5 postaje zakon, možda 2008. ili 2009. godine, granica NOKS će verovatno biti još niži 170mg / km na.

Improving combustion

If diesel-engine manufacturers want to avoid adding new, expensive systems to clean up the exhaust after

POBOLJŠANJE SAGOREVANJA

Ako proizvođači dizel-motora žele da izbegnu dodavanja novih, skupih sistema za prečišćavanje gasova nastalih sagorevanjem, moraju poboljšati proces dizel sagorevanja. Najbolji način da se

combustion, they must improve the diesel combustion process. The best way to do that is with better fuel injectors. Work led by suppliers has focused on new injectors with:

• Increased injection pressure

• Multiple-nozzle injection

• Enhanced injection timing.

to uradi je sa boljim ubrizgavanjem goriva. Rad vodećih proizvođača je fokusiran na nove injektora sa:• povećem pritiska ubrizgavanja• višestruko ubrizgavanje tokom jednog ciklusa• poboljšano vreme ubrizgavanja.

Suppliers are working on a new generation of diesel injectors with 2,000-bar injection pressure, up from about 1,600 bar, and better vaporization performance.

Siemens VDO has used piezo injectors since 2000 and believes that technology is best for meeting Euro 5 and even tougher standards in the future.

But Delphi says its latest 2,000-bar version of traditional solenoid technology works as well as piezo.

“We compared piezo with solenoid type and we saw no difference,” says Detlev Schöppe, engineering director of Delphi diesel systems. “Our system is also 20mm more compact.”

Delphi’s choice has surprised industry sources.

Proizvođači rade na novoj generaciji dizel injektora sa ubrizgavanjem pritiskom od 2.000 bara, što je oko 1.600 bara, i bolje performanse isparavanja.SIEMENS VDO je koristio piezo brizgaljki od 2000. godine i smatra da je tehnologija je najbolja za ispunjavanje Euro 5 i čak strožije standarde u budućnosti.Ali Delfi tvrdi da je njegov najnoviji 2.000 bar verzija tradicionalne magnetnog tehnologija funkcioniše kao piezo."Uporedili smo Piezo sa elektromagnetnim tipa i videli smo da nema razlike", kaže Detlef Schoppe, inženjering direktor Delfi dizel sistema. "Naš sistem je takođe 20mm kompaktniji."Delphi izbor je iznenadio izvore industrije.

“It is interesting. Cost could be the reason, especially for French carmakers that have tighter margins,” says Andrew Fulbrook, manager of powertrain forecasts at CSM Worldwide’s office in London. “But NVH [noise, vibration and harshness] could be a disadvantage.”

Stefan Geiger, an analyst at consultant Global Insight’s London office, doubts that piezo technology is needed to meet Euro 5. He says it also could be achieved with existing technology, addition filters and adjustments to engine management systems.

“The French had already taken the easy way before, fitting particulate filters rather than optimizing the diesel combustion internally,” Geiger says.

Delphi says French automakers had extensively

"Zanimljivo je. Troškovi bi mogao biti razlog, pogotovo za francuske proizvođača automobila koji imaju strožije margine", kaže Andrev Fulbrook, direktor pogonskih prognoze u kancelariji CSM Vorldvide u Londonu. "Ali NVH [buka, vibracije i krutost] bi mogao da bude mana."Stefan Gajger, analitičar u londonskoj kancelariji konsultant Global Insight je, sumnja da je Piezo tehnologiju potrebno da se ispune Euro 5. On kaže da se može postići sa postojećom tehnologijom, dodavanje filtera i prilagođavanja sistema upravljanja motora."Francuzi su već preduzete na jednostavan način pre, ugradnju filter za sitne čestice nego optimizacije dizel sagorevanje interno", kaže Gajger.Delphi kaže francuski proizvođači automobila su detaljno istražiti tradicionalne solenoids."Međutim, neki drugi OEM kupci treba da budu uvereni u solenoidne prednosti", kaže Schoppe.

investigated traditional solenoids.

“But some other OEM customers need to be convinced about solenoid advantages,” Schöppe says.

Solenoid injectors are still PSA/Peugeot-Citroen’s primary diesel technology, says company spokesman Marc Bocque.

“But we are investigating piezo technology for its direct valve control, more precise timing and metering,” Bocque adds.

Denso, which has strong ties to Toyota, is looking to add more European customers. Denso will develop both piezo and traditional solenoid injector technology. It has a new advanced piezo injector with three phases and nine injector holes instead of seven.

Solenoid injektori su i dalje PSA / Peugeot-Citroen primarni dizel tehnologija, izjavio je portparol kompanije Mark Bockue."Ali mi se istražuju piezo tehnologiju za direktnu kontrolu ventila, preciznije vremenu i merenju," Bockue dodaje.Denso, koja ima jake veze sa Toiota, traži da dodate više evropskih kupaca. Denso ce razviti kako Piezo i tradicionalni magnetni ubrizgavanje tehnologiju. On ima novi napredni piezo injector sa tri faze i devet injektora rupe umesto sedam.

A technology race

Both systems are likely to meet Euro 5 standards. Many believe piezo technology has an advantage for a possible Euro 6 standard expected by 2014 or 2015, but only research will definitely answer the question.

“To meet stricter limits than Euro 5, [you need] more than just higher pressures,” says Shinya Omi, general manager of corporate communications at Denso Europe. “You need full after treatment of exhaust gases, with a NOx catalytic converter and particulate filters.”

As operating pressures increase, it becomes more difficult to balance forces, such as preventing backflow of fuel at the end of the injection phase.

Tehnologija rasaOba sistema su verovatno u skladu sa Evro 5 standardima. Mnogi veruju da Piezo tehnologija ima prednosti za mogucu Euro 6 standard očekuje do 2014. ili 2015. godine, ali samo istraživanje ce sigurno odgovoriti na pitanje."Da bi ispunio strožije granice od Euro 5, [morate] više od viših pritisaka", kaže Šinja OMI, generalni direktor korporativnih komunikacija u Denso Evropi. "Potrebno je puno posle tretmana izduvnih gasova, sa NOk katalizatorom i filtera čestica."I povecanje radnog pritiska, postaje teže da se uspostavi ravnoteža snaga, kao što je sprečavanje povratni goriva na kraju faze ubrizgavanja.

“The solenoid system is better suited to balance such forces,” says Delphi’s Schöppe.

Analysts see piezo technology gaining on traditional solenoids, both for diesel and gasoline, because piezo injectors work well for gasoline direct-injection engines, a growth area.

"Elektromagnetni sistem bolje odgovara da izbalansira takve snage", kaže Delphijeva Schoppe.Analitičari vide Piezo tehnologija dobija na tradicionalnim solenoidima, i za dizel i benzin, jer piezo brizgaljke rade dobro za benzinski motor sa direktnim-ubrizgavanjem, a područje rasta."Proizvođači u skupljim modelima premijum ce ici na piezo sistem, dok su proizvođači zapremina se očekuje

“Carmakers of more expensive premium models will go for the piezo system, while the volume makers are expected to stay with cost-effective solenoid systems,” says one supplier executive.

Global Insight estimates diesel’s current share of European car production at 47.4 percent, or 10.2 million units, growing slightly to a 48.1 percent share by 2010.

Industry sources estimate 2010 volume for piezo diesel injectors at 20 million to 22 million units, figuring it will capture 45 percent to 47 percent of the diesel market by then.

da ostane sa magnetnim sistemima isplativim", kaže jedan dobavljač izvršni.Globalno Uvid procenjuje sadašnji udeo dizelaša evropske proizvodnje automobila u 47,4 odsto, odnosno 10,2 miliona jedinica, blago raste na 48,1 odsto udela do 2010. godine.Izvori Industrija procenjuju 2010 jačinu Piezo dizel injektora na 20 miliona do 22 miliona jedinica, računajuci da ce uhvatiti 45 posto do 47 posto dizel tržišta do tada.

Analysts see little change in suppliers’ market shares, except that Siemens VDO will gain some at the expense of Bosch because of Volkswagen. When VW abandoned its proprietary unit-injector diesel system, it entered a joint venture with Siemens VDO to make piezo-type injectors.

Says Siemens VDO group spokesman Joachim Töpfer: “Because of that, we will increase our market share somewhat.”

Analitičari vide malo promene u tržišno učešce dobavljača, osim da ce Siemens VDO dobiti neki na račun Bosch zbog Volksvagena. Kada VV napustila svoj vlasnički jedinica-injektor dizel sistem, ona je ušla u zajedničko preduzece sa Siemens VDO da se Piezo tipa injektora.Kaže portparol Siemens VDO grupa Joahim Topfer: "Zbog toga, mi cemo povecati naš udeo na tržištu nešto."

How they work

Traditional diesel injectors use electromagnetic, or solenoid, controls. The electronic engine management system sends an electrical signal to activate the mechanical valve that controls fuel flow through the injector.

The technology is well-known, reliable, cost-effective, and the unit is physically smaller than piezo units. But solenoid injectors tend to vibrate more than piezo units, creating more noise.

In a piezo injector, the electronic engine management system also sends an electrical signal to the valve. But the unique property of a piezo crystal is that it changes shape when exposed to electric current. The actual movement is microscopic, but enough to make the piezo element act as the valve. Piezo injectors are quieter and more precise than solenoid units, a benefit in a microsecond environment, but they are more expensive.

In both cases, the common-rail principle remains the

Kako oni radeTradicionalni dizel brizgaljke koristi elektromagnetski, ili solenoid, kontrole. Sistem elektronskog upravljanja motorom šalje električni signal za aktiviranje mehaničkog ventil koji kontroliše protok goriva kroz injektora.Tehnologija je poznato, pouzdan, ekonomičan, a jedinica je fizički manja od piezo jedinica. Ali solenoid injektori imaju tendenciju da vibrira više od piezo jedinica, stvarajuci više buke.U piezo injektora, elektronski sistem upravljanja motorom i šalje električni signal na ventil. Ali jedinstvena nekretnina na piezo kristala je da se menja oblik kada su izloženi struje. Stvarni pokret je mikroskopski, ali dovoljno da se napravi Piezo element čin kao ventil. Piezo injektori su tiši i precizniji od elektromagnetnih jedinica, koristi u mikrosekundi okruženju, ali su skuplji.U oba slučaja, princip common-rail ostaje jezgro dizel sisteme ubrizgavanja. Jedan (common) visokog pritiska fuel line povezan sa pojedinačnim brizgaljki u svaki cilindar.Sistem elektronskog upravljanja motorom kontroliše precizno otvaranje i zatvaranje ventila za gorivo protoka u svakoj injektora. Povecan pritisak injektor zahteva viši pritisak u common-rail sistema.

core of diesel injection systems. A single (common) high-pressure fuel line is connected to individual injectors at each cylinder.

The electronic engine management system controls the precise opening and closing of the fuel-flow valve in each injector. Increased injector pressure requires higher pressure in the common-rail system.