Onderwerpen:
- Algemeen
- Tapverstuiver
- Gatverstuiver
- Tweetrapsverstuiver
- Elektromagnetische verstuiver
- Peak and hold
- Piëzo-injector
- Pompverstuiver
Algemeen:
Verstuivers spuiten de dieselbrandstof in de dieselmotor; dat kan zijn in de wervelkamer bij indirect ingespoten motoren, of direct in de cilinder bij direct ingespoten motoren. De verstuiver zit gemonteerd in de cilinderkop. Er zijn verschillende soorten verstuivers. Op deze pagina worden de verschillende verstuivers beschreven.
Tapverstuiver:
Tapverstuivers worden toegepast in dieselmotoren met indirecte brandstofinspuiting. De brandstof wordt in een aparte ruimte gespoten; namelijk de voor- of wervelkamer. In deze ruimte wordt de brandstof gemengd met de lucht waardoor een brandbaar mengsel verkregen wordt. De tapverstuiver heeft 1 inspuitopening. De verstuivernaald wordt bij een bepaalde brandstofdruk gelicht, waardoor een brandstofverneveling uit de inspuitopening ontstaat. De openingsdruk van tapverstuivers ligt tussen de 100 en 135 bar.
Gatverstuiver:
Gatverstuivers worden toegepast in dieselmotoren met directe brandstofinspuiting. De verstuiver heeft meerdere inspuitopeningen die de brandstof rechtstreeks in de cilinder spuiten. De verbrandingsruimte van deze motoren bevindt zich in de zuigerbodem. De plaatsing van de inspuitopeningen is exact op de vorm van de verbrandingskamer afgestemd. Door deze constructie kan de verstuiver maar op één manier in de cilinderkop gemonteerd worden. De openingsdruk van deze verstuiver ligt tussen de 180 en 250 bar.
Tweetrapsverstuiver:
Dieselmotoren met directe brandstofinspuiting hebben een relatief harde dieselklop. Dat heeft te maken met de grote drukstijging in de cilinder door de grote hoeveelheid brandstof die in één keer ingespoten wordt.
Door gebruik te maken van de zogenaamde voorinspuiting wordt de verbranding voorzichtig ingezet. De dieselklop is daardoor een stuk minder.
Er zijn fabrikanten die deze zogenaamde tweetrapsverstuivers monteren. Dit zijn gatverstuivers, maar dan met twee veren; namelijk een sterke veer en een zwakkere veer. Door de zwakkere veer zal de naald bij een lagere druk al een beetje kunnen lichten. Hierdoor wordt een kleine hoeveelheid brandstof met een lage druk in de cilinder gespoten; de voorinspuiting. De verbranding wordt hierdoor ingeleid. De naald van de verstuiver loopt tegen een aanslag die opgesloten zit met de sterke veer. De druk zal verder oplopen tot de normale openingsdruk. De naald zal op dat moment maximaal openen: de hoofdinspuiting.
Elektromagnetisch bediende verstuiver:
Elektromagnetisch bediende verstuivers worden toegepast in common-rail dieselmotoren. De verstuiver wordt bediend door een elektromagneet. Het motormanagement bepaalt aan de hand van het motortoerental, de gaspedaalstand, de temperatuur, de belasting en de motorpositie wanneer de verstuiver moet openen en sluiten en hoe lang hij open moet blijven. In ruststand wordt de verstuiver niet aangestuurd. De common-raildruk van maximaal 1300 tot 2000 bar (afhankelijk van generatie dieselmotor) heerst continu op de inlaatbuis van de verstuiver.
Wanneer het motormanagement een signaal aan de verstuiver geeft, wordt de spoel bekrachtigd en zal de elektromagnetisch bediende klep naar boven worden getrokken. De brandstofdruk die zich boven de regelstift bevindt, zal via een kleine opening bij de overige retourbrandstof afgevoerd worden. Hiermee valt de brandstofdruk boven de regelstift heel snel weg. De regelstift zal naar boven bewegen. Dat wordt vergemakkelijkt doordat zich aan de onderzijde van de regelstift een conisch gedeelte bevindt. De regelstift, dus ook de injectornaald, wordt omhoog bewogen. Op dat moment komt de opening aan de onderzijde van de verstuiver vrij, zodat de brandstof met de common-raildruk van maximaal 1300 bar in de verbrandingsruimte ingespoten kan worden.
Met elektromagnetisch bediende verstuivers hoeven er geen twee veren toegepast te worden om voor de voor- en hoofdinspuiting te zorgen. De elektromagnetisch bediende verstuiver kan namelijk meerdere keren achter elkaar bediend worden. De tijdsduur van de voorinspuiting en de hoofdinspuiting kunnen ook variëren naar mate de bedrijfsomstandigheden van de motor veranderen. Het is ook mogelijk dat deze verstuiver twee hoofdinspuitingen verzorgd. Het voordeel van meerdere inspuitingen is een rustiger verbrandingsverloop.
Peak and hold:
De elektromagnetisch bediende verstuiver wordt met de elektromagnetische spoel bekrachtigd. Wanneer de stroomsterkte door de spoel hoog genoeg is, overwint de elektromagneet de veerkracht die op de klep staat. Om de injectornaald in beweging te krijgen, zijn er een korte stroom- en spanningspiek benodigd. De boordspanning van 14 volt is te weinig om de naald van zijn zitting te lichten. In een tijdsbestek van slechts 0,3 nanoseconde (10^-9 seconden) wordt de spoel met 20 Ampère bij 80 volt bekrachtigd (peak). Nadat de injectornaald geopend is, wordt deze opengehouden met een 12 Ampère bij 14 volt (hold), totdat de aansturing stopt en de naald door de veerkracht weer op zijn zitting gedrukt wordt.
Piëzo-injector:
Piëzo-injectoren worden zowel in benzine- als dieselmotoren toegepast.
Het element in een piëzo-injector wordt langer of korter naarmate de aangelegde spanning verandert. De lengteverandering varieert slechts duizenden millimeters. Dat is te weinig om de injectornaald voldoende te kunnen openen. Daarom zijn er meerdere piëzo-kristallen aaneengeschakeld, zodat de injectornaald een grotere slag kan maken.
In de afbeelding is te zien wat er gebeurt met het piëzo-element wanneer de aangelegde spanning verhoogd wordt.
De aanstuurspanning van een piëzo-injector bedraagt tussen de 100 en 160 volt. Deze spanning wordt verkregen met behulp van condensatoren in het motorregelapparaat. De stroom bedraagt enkele milliampères. Met deze spanning en stroom bedraagt de totale lengteverandering van het piëzo-element ongeveer 0,08 millimeter. Het sluiten van de verstuivernaald gebeurt door de stroomrichting kort om te keren.
Het voordeel van de piëzo-injector t.o.v. een elektro-magnetische injector is dat deze ongeveer vijfmaal zo snel schakelt. Daardoor kan het systeem nauwkeuriger worden aangestuurd, is er een snellere reactietijd en kan er vaker worden ingespoten per arbeidscyclus.
Pompverstuiver:
Volkswagen heeft een tijd lang pompverstuivers toegepast. De werking is complex en wordt daarom op een aparte pagina beschreven. Klik hier om naar de pagina over de pompverstuiver te gaan.