Common Rail Yakıt Enjeksiyon Sisteminin Parçaları Nelerdir?
Dizel motor common rail yakıt sisteminin parçaları şunlardır:
Motor kontrol ünitesi (ECU), yakıt deposu, yakıt filtresi, yakıt hortumları, alçak basınç pompası (besleme-transfer pompası), elektrikli yakıt pompası (bazı araçlarda), yüksek basınç pompası, yüksek basınç boruları, yakıt rail borusu (yakıt kütüğü-enjeksiyon rampası), enjektörler.
Bunlara ilave olarak dizel araçlarda, turbo şarj beslemesi, EGR sistemi, Oksidasyon katalizörü, Dizel Partikül Filtresi gibi donanımlar bulunur.
Yeni nesil dizel araçlarda hava kütle ölçer (debimetre) de bulunmaktadır.
Öncelikle (Bakınız: Common Rail Yakıt Sistemi Çalışma Prensibi)
(Bakınız: Dizel Motorlar ve Dizel Araçlar)
Dizel yakıt sisteminde üç temel devre vardır; alçak basınç devresi, yüksek basınç devresi ve geri dönüş devresi.
ALÇAK BASINÇ DEVRESİ
Alçak Basınç Devresi Elemanları: Yakıt deposu, yakıt hortumu, yakıt filtresi, alçak basınç pompasından oluşur (transfer pompası). Bu devrede transfer pompası (alçak basınç pompası) vasıtasıyla yakıt depodan çekilir, filtreden geçirilerek temizlenir ve yüksek basınç pompasına gönderilir. Alçak basınç pompası, yüksek basınç pompasının gövdesinde bulunur yani bu iki pompa tek parça halindedir. Alçak basınç pompası dişli tip veya paletli (kanatçıklı) tip olmak üzere genellikle iki çeşittir.
Dizel araçlarda alçak basınç pompası uygulamalarında çeşitli yöntemler vardır:
Bazı araçlarda mazot deposunda elektrikli bir yakıt pompası yakıtı yüksek basınç pompasına gönderirken (mekanik alçak basınç pompası yok);
Bazı araçlarda hem elektrikli yakıt pompası (depoda), hem alçak basınç pompası (mekanik-yüksek basınç pompasında) beraber bulunabilir,elektrikli pompa yakıtı mekanik besleme pompasına gönderir.
Her durumda bastıkları yakıt, yüksek basınç pompası tarafından çok yüksek basınçlara çıkarılarak enjektörlere gönderilir. Elektrikli yakıt pompasının bastığı yakıtın basıncı filtrede bulunan bir basınç regülatörü tarafından sabit tutulur.
Yakıt sisteminde filtrenin olduğu yerde bir hava alma pompası varsa, o araçta elektrikli yakıt pompası yoktur. Mekanik besleme pompası vardır.
Yeni nesil dizel otomobillerde genellikle elektrikli yakıt besleme pompası kullanılır.
Common Rail Dizel Besleme Pompası
Görevi, yakıtı depodan emerek yüksek basınç pompasına göndermek olan besleme pompası, genellikle dişli tip yapıdadır. İçerisinde 2 adet dişli vardır, dişlilerden biri serbest (diğer dişliden hareket alarak) çalışır. Diğer dişliyse hareketini yüksek basınç pompa milinden alır. Yüksek basınç pompasıysa hareketini eksantrik milinden alır.
Besleme pompasında devir aşırı yükseldiğinde bastığı basıncı sınırlandırmak için mekanik bir basınç kontrol valfi bulunur, basınç aşırı yükselirse (3,5 -4 barı geçerse) açılarak basınçlı yakıtı emiş (giriş) hattına geri döndürür. Bir by-pass valfi gibi çalışır. Mazot bittiğinde sistem hava yapar ve besleme pompası yakıtı ememez, dişliler hava ile dolay, bu durumda sistemdeki havanın alınması gerekir.
Besleme pompası yakıtı depodan yaklaşık -0,4 barlık bir vakumla (negatif basınç) emer ve yaklaşık 3-4 barlık bir basınçla yüksek basınç pompasına basar.
Yakıt Isıtma Sistemi
Dizel araçlarda mazotun soğuk havalarda akıcılığının azalması ve kristalize olması sebebiyle, bazı dizel yakıt sistemlerinin emiş (alçak basınç) devrelerinde yakıt ısıtma sistemi bulunur.
Bazı araçlarda yakıt ısıtma valfi vardır: Mazot filtresinde bulunur, çok soğuk havalarda depodan gelen yakıtı ısıtmak için, depodan gelen mazotla geri dönen sıcak mazotu karıştırarak ısıtır.
Bazı araçlarda yakıt ısıtıcısı vardır: Mazot filtresinde bulunan ısıtıcı bir rezistansla mazot ısıtılarak motora gönderilir.
YÜKSEK BASINÇ DEVRESİ
Yüksek Basınç Devresi Elemanları: Yüksek basınç pompası, yüksek basınç yakıt boruları, rail borusu (yakıt kütüğü - yakıt rampası), enjektörler. Bu kısımda yakıt yüksek basınç pompasında 1600-2600 bar basınca çıkarılarak, rail borusuna gönderilir, buradan da enjektörlere geçen yakıt, yanma odasına püskürtülür.
Rail Borusu (Yakıt Kütüğü-Yakıt Rampası)
Yakıtı yüksek basınçlı olarak depolar. Enjektörlerin yakıtı püskürtmesiyle oluşabilecek basınç dalgalanmasını önler. Basınçlı yakıtı sürekli hazır durumda bekletir. Rail; Boru şeklinde, yuvarlak veya silindirik yapıda olabilir.
Rail borusunun üzerinde bir yakıt basınç sensörü vardır, basınç aşırı arttığında pompanın basma basıncı düşürülür. Ayrıca bir basınç kontrol elektrovalfi (basınç tahliye valfi) vardır, aşırı basınç yükselmelerinde yakıtı geri dönüş hattına tahliye eder.
Rail Borusu Basınç Kontrol Valfi
Basınç kontrol valfinin görevi, rail borusundaki basınç değerini uygun aralıkta tutmaktır. Raildeki basınç aşırı yükseldiğinde, veya motor devrine ve gaz pedalı konumuna göre olması gereken basınç değerinden daha yüksek olduğunda, rail basınç sensöründen gelen basınç bilgisine göre, motor kontrol ünitesi basınç kontrol valfini açarak yakıtı geri dönüş hattına gönderir, böylece rail yakıt basıncı düşürülmüş olur.
Dizel Basınç Kontrol Valfi Arızası
Rail borusundaki basınç kontrol valfi bozulursa veya kablosu kopar veya çıkarsa, raildeki basınçlı yakıt geri dönüş hattına geçer ve basınç oluşmaz. Bu durumda motor stop eder ve çalışmaz.
Common Rail Dizel Yakıt Basınç Sensörü
Yüksek basınç hattında rail borusundaki yakıt basıncı ölçerek motor kontrol ünitesine gönderir. Piezo elektrik prensibiyle çalışır.
Rail Basınç Sensörü Arızası
Yakıt basınç sensörü arızalanırsa, motor arıza moduna geçer ve motor devri yaklaşık 3000 devirle sınırlandırılır. Gösterge panelinde arıza lambası yanar. Motor çalışmaya devam eder, stop edilse bile tekrar çalışabilir.
Common Rail Yüksek Basınç Pompası
Yüksek basınç pompası hareketini motordan (eksantrik milinden) alan mekanik bir pompadır. Besleme pompasından 2-3 barla gelen yakıtı yaklaşık 1600-2000 bara kadar basınçlandırarak rail borusuna, oradan da enjektörlere gönderir.
Radyal (döner) pistonlu tip yüksek basınç pompası çok yaygın olarak kullanılır. Yapısında 3 adet piston bulunur (3 elemanlı). Pistonlar, merkezdeki eksanrik pompa milinin itme, ve pistonlardaki yayların çekme hareketiyle; emme-basma yaparak, yakıtı çok yüksek basınçlara çıkarırlar. Her bir pompa elemanında tek yönlü çalışan iki adet çek valf vardır (emiş açık: yakıt girer ve basma açık: yüksek basınçlı yakıt çıkar).
Yüksek basınç pompası yakıtı ememediğinden, bir besleme pompası tarafından yakıtın gönderilmesi gerekir.
Eski dizel motorlarda yakıtın basma zamanı ve miktarı yüksek basınç pompası tarafından ayarlanırdı, common rail dizel yakıt sistemindeki yüksek basınç pompası sadece yakıtın basınçlandırılmasını sağlar, yakıtın püskürtme zamanı ve miktarı elektronik olarak enjektörler tarafından gerçekleştirilir.
Yüksek basınç pompasında bulunan basınç regülatörü, elektronik bir valftir ve rail borusunda bulunan basınç sensöründen gelen basınç bilgisine göre çalışır. Basınç aşırı arttığında motor kontrol ünitesi, basınç kontrol valfini kısmen açarak yüksek basınçlı yakıtı geri dönüş hattına gönderir ve basıncı düşürmüş olur. Sistemdeki yüksek basınç, pompanın yakıt girişi sınırlandırılarak da düşürülebilir.
GERİ DÖNÜŞ DEVRESİ
Geri Dönüş Devresi Elemanları: Enjektörler, geri dönüş hortumları, filtre (bazen filtredeki bağlantıdan geçip depoya döner), yakıt deposu. Bu kısımda yüksek basınç devresindeki (enjektörlerdeki) fazla yakıt tekrar yakıt deposunda geri gönderilir. Motora gönderilen mazotun çok büyük kısmı (4 te üçü) geri dönüş hattıyla depoya geri döner. Yakıtın bu şekilde döndürülmesi, sistemdeki parçaların soğutulmasını ve yağlanmasını da sağlar.
Dizel yakıt sisteminde mazotun ısıtılmasını ve/veya soğutulmasını sağlayan düzenekler de bulunur.
COMMON RAIL ENJEKSİYON VE ENJEKTÖRÜN ÇALIŞMASI
Common rail enjeksiyon siteminde, motor kontrol ünitesi tarafından çalıştırılan manyetik (selenoid) valfli enjektörler sayesinde, kademeli olarak püskürtme yapılabilir, örneğin: ön püskürtme, ana püskürtme ve art (ardıl) püskürtme.
Böylece vuruntu, gürültü, zararlı emisyon ve yakıt tüketimi azalır; performans artar.
(Örneğin: Ön, ana, art püskürtme gibi ve daha fazla sayıda kademeli püskürtme, bir defada 6 kez püskürtmeye kadar çıkılabilir).
Elektronik olarak kontrol edilen sistemde, bir çok sensörden gelen veriler kullanılır.
(Common rail sistemi; motor kontrol ünitesi ve tüm sensörler)
Ön Püskürtme Nedir?
Ön Püskürtme: Piston sıkıştırma zamanında ÜÖN’ya çıkarken az bir miktar mazot püskürtülerek bir ön yanma meydana getirilir, daha sonra ise oluşan alevin üzerine ana püskürtme yapılır. Ön püskürtme yakıt basıncıyla ana püskürtme yakıt basıncı aynıdır. Ön püskürtmede yaklaşık 0,002cm3 yakıt püskürtülür. Ön enjeksiyonda, ana enjeksiyonda püskürtülen yakıtın yaklaşık %5’i kadar yakıt püskürtülür.
Dizel motorda vuruntulu-gürültülü çalışma özellikle düşük devirlerde meydana gelir, ön enjeksiyon da motorun düşük-orta devirlerinde söz konusudur. Motor devri yaklaşık 3000’i geçtiğinde ön enjeksiyon yakılmaz.
Ön püskürtmenin avantajları:
*Bir kerede püskürtme yapıldığındaki gibi yanma basıncı aniden yükselmez, kademeli-yumuşak bir şekilde yükselir, böylece vurutuntusuz-titreşimsiz bir yanma meydana gelir ve motor gürültüsü azalır.
*Ani ve çok yüksek oluşan basınç büyük ve kütleli bir motor tasarımı gerektiriyordu. Ön püskürtme sayesinde ani ve yüksek basıncın önüne geçilmesiyle, daha ağır kütleli ve büyük dizel motorlar yerine daha hafif ve küçük yapılı dizel motorlar kullanılabilmektedir.
*Ön püskürtme sayesinde yanma sıcaklığı aşırı yükselmez, böylece NOx emisyonlarında azalma meydana gelir.
Ana Püskürtme Nedir?
Ön püskürtmenin hemen ardından, yakıtın büyük bir kısmının püskürtülmesidir. Ana püskürtmeyle silindirde ana yanma meydana gelir ve piston aşağı itilerek iş üretilir.
Eğer motorda kademeli püskürtme yoksa, yani ön püskürtme yapılmıyorsa, ana püskürtme piston üst ölü noktaya ulaşmadan (sıkıştırma zamanı bitmeden önce) yapılır. Çünkü mazotun püskürtülmesiyle, yanması arasında bir zaman farkı vardır buna tutuşma gecikmesi denir. Mazotun alev yayılma hızı, benzinden daha yavaştır. Yakıtın üst ölü noktadan (ÜÖN) biraz daha önce püskürtülmesine, püskürtme avansı denir. Eğer mazot, piston tam üst ölü noktadayken püskürtülseydi, yanıp basınç oluşturana kadar, piston aşağı inmiş olacaktı, bu durumda motor torku düşecekti. Mazotun daha erken püskürtülmesiyle, mazotun tam olarak piston aşağı inerken patlaması ve enerjisini pistona tam olarak iletmesi sağlanır.
Art (Ardıl) Püskürtme Nedir?
Art enjeksiyonun yapılma amacı tamamen çevreci sebeplerledir. Art enjeksiyon sadece partikül filtresinin temizlenmesi operasyonunda gerçekleştirilir, normalde art enjeksiyon gerçekleşmez. Partikül filtresi temizleme (yakma) moduna geçildiğinde, ön ve ana enjeksiyonun püskürtme zamanları biraz daha geciktirilir ve 3. Bir enjeksiyon safhası olan art enjeksiyon da yapılır.
Egzoz emisyonlarının iyileştirilmesi amacıyla, piston yanma zamanında üst ölü noktadan alt ölü noktaya hareket ederken bir miktar mazot daha püskürtülür buna art enjeksiyon denir. Art enjeksiyonla birlikte egzoz gazı sıcaklığı çok yükselir, öyle ki egzoz manifoldunda ve egzoz borularında bile yanma devam eder, böylece egzoz gazlarıyla birlikte gönderilen mazot, partikül filtresinde partiküllerin daha iyi yakılması için kullanılır. Partikül filtresinde biriken karbon parçacıkları (partiküller) yakılarak, partikül filtresinin tıkanması engellenip temizlenmiş olur.