COMMON RAİL ENJEKSİYON SİSTEMLERİ
YAKIT SİSTEMİ
DİZEL AĞIR GÖREV MOTORLARI İÇİN REGÜLASYONLAR
00 1 2 3 4 5 6 NOx
0.1 0.2
J 10/98
J 10/04
J 10/07 PM g/kWh
J 10/94
Euro II (10/95) Euro III
(10/00)
Euro IV (10/05) Euro V (10/08)
USA 02 USA 98
USA 07 USA10
ENJEKSİYON SİSTEMLERİNİNDEKİ GELİŞMENİN
ARKASINDAKİ İTİCİ GÜÇ NEDİR? 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
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,
– 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.
t (ms) Port
Pmaks Püskürtme başlangıcı Basma başlangıcı
Şekil1. Klasik tip yakıt pompalarında yakıt basma eğrisi
Klasik Yakıt enjeksiyon sistemlerinin Püskürtme
Karakteristikleri
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.
• Enjeksiyon basıncının 1400-1800 bar a kadar ulaşması,
• Püskürtme başlangıcının değiştirilebilmesi
• Pilot enjeksiyon, ana enjeksiyon ve art enjeksiyonlara imkan sağlaması,
• Püskürtme basıncının çalışma şartlarına göre ayarlanabilir olması,
Avantajları 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.
t (ms)
Püskürtme basıncı
Pilot enjeksiyon Ana enjeksiyon
Port=Pmaks Şekil 2. common rail enjeksiyon sistemi basınç ve yakıt miktar eğrisi
Common Rail Yakıt Sisteminin Püskürtme Karakteristikleri
– Pilot enjeksiyon ile silindire başlangıçta 1-4 mm3 yakıt gönderildikten sonra ana püskürtme gerçekleşir
– Pilot enjeksiyon ÜÖN dan 900 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.
Common Rail System – Comparison of Injection Strategies
K5/LE 1100.22 970 e
PI MIPol
Pilot injection Main injection Post Injection Injector
Crank angle
0° 180°
Needle liftCylinder pressure
ART YADA İKİNCİL PÜSKÜRTME
• NOx katalitik konverterli motorlarda, ikincil enjeksiyon NOx emisyonlarını düşürmek için kullanılabilir.
• Ana enjeksiyonu takiben ÜÖN dan 2200sonra 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)
K5/EMF 0752e
Lean NOx Trap
Reductant HC
Added Reductant
Urea
Oxidation Catalyst
Diesel Particulate Filter
+
Selective Catalytic Reduction
Less PM
Lower NOx Less
PM
Lower NOx Exhaus
t PM
Exhaust NOx
Exhaus t PM
Exhaust NOx
Solenoid Valve Controlled Diesel Injection Systems for Passenger Cars and Light Duty Trucks
K5/LE 159/870 e
CRS VP44radial piston
UIS VP30axial piston
K5/EL4 088 010/ 4 K5/LE 527/870e
Applications of Bosch Diesel Fuel-Injection Equipment
K5/EL4 088 010/ 5
Common Rail System for Heavy Duty Engines
K5/EL4 088 010/ 5
Common Rail System for Heavy Duty Engines
K5/EL4 088 010/ 5
Common Rail System for Heavy Duty Engines
K5/EL4 088 010/ 5
Common Rail System for Heavy Duty Engines
Tank Prefilter
Other sensors High
pressure pump CP3
Rail
Common Rail System for Trucks
K5-NF/EAN 182 0058e Gear
pump Filter
Rail pressure sensor
Accelerator pedal Engine speed (crank) Engine speed (cam) Other actuators
Control unit Pressure limiter valve
High pressure Low pressure Injector
Flow limiter
Metering unit ZME
Common Rail System for Heavy Duty Engines
CR sistem ile çalışan T/C bir motorun şeması
Alçak Basınç devresi Besleme pompası
Yüksek basınç devresi
15 14 13
Basınç kontrol vanası Common Rail
Truck Rail - Basic Design with Axial RDS and DBV
RBOS/EPK2 - De 182 5499
RDS
rail pressure sensor DBV
pressure limiter valve
Common Rail Flow Limiter (DFB)
RBOS/EPK2 -Wb 18.05.00
Common Rail 2-step Pressure Limiting Valve
RBOS/EPK2 091 5120 - Thp Page1
Rail Pressure Sensor RDS3
K5/ESK1 966-206e
Common Rail Injector for Trucks CRIN 1 – 1stGeneration
K5/EL4 088 010/ 8
K5/EL4 088 010/ 8
CR-Injector Principle of Function CR-Injector Principle of Function
RBOS/EPK1 0148Re 0
20 40 60 80 100 120 140 160 MPa
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
ms current solenoid
lift of armature pressure in control chamber
lift of nozzle needle
injection rate on signal
rail pressure
Common Rail Injector Comparison: 1.Gen. / 2.Gen.
RBOS/EPK1 - 0914 4999e 2. Generation (B2-sample)
1.Generation magnet core control chamber
geometry DGV
intermediate pin armatur
e
high pressure bore design
Common Rail Injector for Trucks CRIN 2 – 2ndGeneration
K5/EL4 088 010/ 9 Injector body
Common Rail Injector for Trucks CRIN 2 – 2ndGeneration
K5/EL4 088 010/ 9 Solenoid
Common Rail Injector for Trucks CRIN 2 – 2ndGeneration
K5/EL4 088 010/ 9 Valve Group
LD DI Engine with Common Rail System (CRS) Warm-up after cold-start at -20°C
K5/EL4 088 010/11K5/EMF - C 2113/13e
015 250 750 100 0 125 0 1500
500
0 30 60
20 25 30 3535 40 45 50 s
35 30
25 40 45 50
%
Opacity
Speed
Time
rpm without pilot injecton
with pilot injecton
Common Rail
Influence of Pilot Injection on Noise and Emission
K5/LE 508.10/772 e
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Pilot injection quantity mm3/stroke 1.9 TDI with CR, speed = 1500 rpm, pme= 5 bar, rail pressure = 800 bar g/kWh
4.0 3.0 2.0
1.0 0.0 g/kWh
0.8 0.6 0.4
0.2 0.0
Soot Noise
dB (A) 88 86 84
82 80 Soot
Noise NOX
NOX
0
NOx
0 g/kW
h
4 6 7 9
0.1 0.2 0.3 0.5
BSN
210
NOx
g/kW h 230
bsfc
without post injection with post injection
215 220 225
HD Engine with CRS / post injection speed = 1400 rpm, 75% load
K5/EL4 088 010/13 K5/EMF - C 2113/18e
5 8
0.4
0 4 5 6 7 8 9
Variation of start of injection
with appended post injection (rail pressure = 900 bar) Fuel quantity of post injection approx. 12 mg/str
SOI = +2
retarded start of main advanced injection
PC - Injection (Maximum Requirement)
Late post inj.
for HC production (increase of exhaust temp.) injectionMain
Coupled post injection (soot reduction)
„Split main“
for stable rich operation (storage cat.)
Pilot injection for noise reduction
K5/EL4 185 011/ 22
K5/EL4 088 010/ 3 K5/EMF - C2361e
Type Approval Data of HD Engines ( > 85 kW ) for Euro II and Measures for Future EU Emission
Levels
00 1 2 3 4 5 6 7 NOx
0.05 0.10 0.15 0.20 g/kWh
Source: Kraftfahrt-Bundesamt (KBA), 1999 Euro II
(10/95) Euro III (10/00)
Soot
Euro IV Euro V
State of the art Low swirl combustion
elevated injection pressure injection rate shaping partly EGR + cooled EGR part.-trap NOX-cat.
part.-trap
• Euro III achieved with different applications
• Low combustion noise with pilot-injection
• Series start 07.97. Production of different applications (3 to 8 cylinders) and LCV
• About 4.800.000 PC-Systems produced
• Worldwide Production Locations (Germany, Italy, Czech.
Republic, Japan, Turkey)
Common Rail PC System 1stGeneration 1350 bar Status 03.2001
K5/EL4 185 011/ 14
• Euro IV achieved with different applications
• Combustion noise further reduced with 2 pilot-injections
• Series production started 01.2001
− CP3.2 and CP3.3 in production in Jihlava/Czech Republic
− CRIP2 produced in BaW
Common Rail PC System 2nd Generation SV 1600 bar status 03.2001
K5/EL4 185 011/ 21 DS/EMF C 2790.11 e
HD Diesel Engine EURO 4
DS/EMF C 2970.11 e
• 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
• close loop EGR system with VGT and linear EURO 4 w/o Exhaust Gas Aftertreatment 1/2
DS/EMF C 2790.12 e
HD Diesel Engine EURO 4
DS/EMF C 2970.12 e
• 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 ESC possible transient test ETC only possible with
all mentioned measures
EURO 4 w/o Exhaust Gas Aftertreatment 2/2
Exhaust Gas Aftertreatment for PC (Euro IV and "tougher")
K5/EMF C 2299/5e
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 (NOxReduction):
• With market release of low-sulphur fuel NOx trap has high potential; further development necessary; medium-term market release
• NOxreduction with urea/water remains an individual solution
⇒
⇒
⇒
⇒New combustion systems are developed (homogeneous Diesel); in case of success: new situation especially for NOx
measures
Diesel Emission Reduction Technologies (PC)
K5/EMF 0752e
Lean NOx Trap
Reductant HC
Added Reductant
Urea
Oxidation Catalyst
Diesel Particulate Filter
+
Selective Catalytic Reduction
Less PM
Lower NOx Less
PM
Lower NOx Exhaus
t PM
Exhaust NOx
Exhaus t PM
Exhaust NOx
DS/EMF C 2612/ 2e 3.5.2002
EGR system
High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS – Schematic View
K5/EL4 088 010/15K5/EVD 083 007/8
Fuel tank Pilot Injection
700 bar fuel pressure
Fuel tank Leakage Injector
Leakage Amplifier piston
Highpressure pump
Common Rail
High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS – Schematic View
K5/EL4 088 010/15K5/EVD 083 007/8
Main Injection
700 bar fuel pressure
Fuel tank Leakage Injector
Leakage Amplifier piston
Highpressure pump
Common Rail
High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS – Schematic View
K5/EL4 088 010/15K5/EVD 083 007/8
Fuel tank Main Injection
700 bar fuel pressure
Fuel tank Injector
Amplifier piston
Highpressure pump
Leakage
Leakage Common Rail
High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS – Schematic View
K5/EL4 088 010/15K5/EVD 083 007/8
Fuel tank Main Injection
700 bar fuel pressure
Fuel tank Injector
Amplifier piston
Highpressure pump
Leakage
Leakage Common Rail
High Pressure Amplifier Piston CR System APCRS – Schematic View
K5/EL4 088 010/15K5/EVD 083 007/8
700 bar fuel pressure
Fuel tank Injector
Amplifier piston
Highpressure pump
Leakage
Leakage Common Rail
Flexible Needle Lift and Pressure Control with APCRS
Pressure at nozzle-needle seat
Time Rail pressure 1800...1600 bar
Nozzle lift
Time
K5/EL4 088 010/16 K5/EMF C 2178 e
Unit Pump for Commercial
Vehicles
K5-NF/EAN 181 0040e
Unit Pump for Commercial Vehicles
K5/EAP 088 368e
Unit Injector System (UIS) for Passenger Cars
K5/LE 640.10.865 e
Unit Injector for Commercial Vehicles
K5/EAP 088 367e
Unit Injector System - Generation N1, N2
K5-NF/EAN 181 0046e
Time PNozzle
Generation N1 : 1600 bar Generation N2 : 1800 bar
