ピエゾインジェクター: ピエゾディーゼルインジェクターの仕組みと購入者が知っておくべきこと

圧電インジェクターは、電圧が印加された瞬間に形状が変化する圧電セラミック結晶のスタックを使用して燃料を計量および計量し、ソレノイド設計の電磁コイルを置き換え、作動時間を数十ミリ秒から数十マイクロ秒に短縮します。そのスピードはマーケティングの詳細ではありません。 4,000 rpm のディーゼル エンジンは、約 10 ミリ秒で完全な燃焼サイクルを完了します。その応答が速い場合のみ、エンジン内で 5 つ以上の個別の噴射イベントを実行できます。燃焼を静かにする小さなパイロット チャージ、パワーを生み出す正確に成形されたメイン ショット、すすを管理し、排気の後処理をサポートするポスト噴射です。ワークショップ、ディストリビュータ、および車両購入者にとって、実際的な問題は、ピエゾ技術が機能するかどうかではなく、そのコストプレミアムをどこで得るのか、そして代替品を指定する前に何を確認する必要があるのか​​ということです。

圧電インジェクターとは実際には何ですか

決定的な特徴はアクチュエーター内にあります。圧電効果は、水晶を使った実験で 1880 年代から知られており、電圧が印加されると、特定の結晶材料がわずかに正確な量だけ変形します。最新のインジェクターは、天然水晶よりもはるかに大きな動きを生み出すため、チタン酸ジルコン酸鉛セラミックを使用しています。

インジェクターの内部では、数百枚の薄いセラミック ウェーハが 1 つのスタックに積層されています。各ウェーハはわずか 1 マイクロメートルの数だけ膨張しますが、スタックはこれを数十マイクロメートルの移動量に拡大し、マイクロ秒単位で高圧燃料に作用するのに十分な力を加えます。この移動により、ノズルニードルが上昇するタイミングを制御する内部バルブが開閉します。

乗用車ディーゼルの量産は 2000 年代初頭に始まり、最初はサーボ支援の第 3 世代コモンレール システムを通じて、その後はデンソーの G2 ピエゾ プラットフォームなどの直接制御設計を通じて行われました。 20 年経った今でも、ピエゾ インジェクターはディーゼル プラットフォームの標準装備であり、マルチショットの精度がコストに見合ったものとなっています。このアクチュエータが現在のプラットフォームにどのように統合されているかについて詳しくは、概要をご覧ください。 最新のコモンレールディーゼルシステムにおける圧電インジェクター技術 .

コモンレールシステム内でのメカニズムの仕組み

どちらのピエゾ設計も同じ目標を追求しています。つまり、ソレノイドバルブよりもノズルニードルをより速く動かし、その位置をより再現性よく保持し、1燃焼サイクル内でより頻繁に噴射を繰り返します。

サーボ支援ピエゾインジェクター

この構造では、レールからの高圧燃料が、制限された入口オリフィスを通ってノズルニードルの上の小さな制御チャンバーに供給されます。ピエゾ スタックは、出口オリフィスを覆う内部バルブを作動させます。 ECU がスタックに通電すると、出口が開き、制御チャンバーから圧力が流出し、その結果生じる圧力の不均衡によりニードルが上昇して噴射が開始されます。閉じるとシーケンスが逆になります。油圧回路はスタックの小さな移動量を増幅します。これが、この設計が第一世代のピエゾ コモン レール システムで主流となった理由です。

直動型ピエゾインジェクター

ここでスタックは、はるかに少ない油圧中間ステージでニードルの制御量に作用し、サーボ損失を排除し、最小のパイロット量に対してさらに細かいコマンドを ECU に与えます。この原則に基づいて構築された現在の互換性のある例には、次のものがあります。 デンソー G2 圧電直接制御燃料インジェクター 0950006070 これは、新しい乗用車コモンレールプラットフォームで直接制御がどのように好ましいレイアウトになっているかを示しています。

デンソー G2 ピエゾ直接制御燃料インジェクター 095000-6070 コマツ掘削機およびローダー用 この DENSO G2 ピエゾ インジェクタは、コマツ PC350-7、PC400-7、WA320、および WA470 マシンに使用され、細かいパイロット量の計量が最も重要である新しい乗客および主力コモン レール プラットフォームで好まれている直接制御レイアウトを示しています。 製品を見る→

電気的には、ECU はコンデンサーのようにスタックを通常 100 V をはるかに超える電圧で充電および放電します。充電にはマイクロ秒かかるため、噴射タイミングを非常に細かい増分でシフトすることができ、およそ 1 立方ミリメートル以下の量を再現可能な精度で計測できます。この計測分解能が、校正エンジニアが低排出ディーゼルの校正にピエゾ ハードウェアを好む唯一の最大の理由です。

ピエゾ インジェクターとソレノイド インジェクター: エンジンの変化

2 つのファミリーを独立して比較すると、ピエゾ システムの方がディーゼル燃焼を最適化するためのマージンが広いことが一貫してわかります。エンジンでは、そのマージンは、小型パイロットによる静かな冷間始動、プレ噴射によってメイン圧力の上昇が緩和されるため NOx が低下、ポスト噴射がオイル中の燃料希釈を避けるのに十分正確に投与できるため、よりクリーンなパティキュレート フィルターの再生として現れます。稼働シーズン全体を通じて、同じ精度であれば、実際にほとんどのディーゼル時間が費やされる部分負荷時の燃料消費量が目に見えて低くなります。

制限事項、故障モード、および診断上の注意事項

ピエゾ インジェクターを高速にするのと同じ物理的性質により、ピエゾ インジェクターはソレノイド ユニットよりも寛容ではなくなります。ピエゾ インジェクターを購入または設置する場合は、4 つの現実を考慮して計画する必要があります。

• 高い動作電圧。 駆動電圧は通常 100 ～ 200 V の間にあるため、標準的な低電圧テストの習慣は適用されません。電気テストには適切な機器と予防措置が必要であり、資格のないプロービングはインジェクターとテスターの両方を損傷する可能性があります。
• 容量性の動作。 ピエゾスタックはコイルではなくコンデンサのように動作するため、単純なコイルの導通ではなく、静電容量、絶縁抵抗、充放電電流波形をチェックする有用な診断が行われます。スタックの亀裂は、通常、静電容量の変化または開回路として現れます。
• 機械的脆弱性。 セラミックウェハは、衝撃、乱暴な取り扱い、または繰り返しの熱サイクルによって亀裂が入り、ハーネスコネクタ内に侵入した水分によってアクチュエータの故障と同様の漏れ経路が形成されます。
• サービス経済学。 ピエゾ アクチュエータとその駆動電子回路はソレノイド同等品よりも高価であり、ほとんどのサービス ポリシーでは、インジェクタを修理するのではなく、インジェクタ全体を交換します。このコスト圧力が、ガソリンの直接噴射がソレノイド設計に戻った主な理由であり、一方、ディーゼルのコモンレールは、マルチショットの精度が利益をもたらすピエゾを維持しています。

これらの点はいずれも、このテクノロジーを避ける理由にはなりません。これらが、適切な用途に適合させ、定格条件でテストを行うサプライヤーから購入する理由になります。

注文前の調達チェックリスト

ピエゾ インジェクターはプラットフォーム固有のコンポーネントであり、保証に関する紛争のほとんどは、ハードウェアの欠陥ではなく仕様の不一致に遡ります。ご注文の前に、以下の点をご確認ください。より広範なフレームワークが必要な場合は、次のガイドを参照してください。 互換性のあるディーゼル エンジン燃料システム コンポーネントの選択 ソレノイド プラットフォームとピエゾ プラットフォームの両方にわたる選択プロセスを同様にカバーします。

1. 制御コンセプトを確認します。サーボアシストピエゾインジェクターは直動ユニットと交換できないため、何よりもまず元の部品番号とその作動タイプを確認してください。
2. コーディング要件を確認してください。多くのプラットフォームでは、取り付け後に新しいインジェクターのキャリブレーション コードを ECU にプログラムする必要があります。誰がこれを行うのか、またサプライヤーがコードを提供しているのかを確認してください。
3. ノズルと流量クラスを一致させます。交換品のノズルのタイプと流量校正は、電気コネクタだけでなく、エンジンの元の仕様と一致する必要があります。
4. 部品がどのように検証されるかを尋ねます。定格レール圧力でのベンチ検証、漏れと応答のテスト、およびアセンブリの校正により、信頼できるアフターマーケット在庫と棚上げされた返品が分離されます。
5. 混合艦隊用に統合します。 1 つのサプライヤーから複数のプラットフォームを調達することで、在庫全体にわたって品質基準、トレーサビリティ、障害分析の一貫性が維持されます。

ヨーロッパの乗用車プラットフォームも同じ分野を示しています。の Delphi Multec シリーズ ピエゾ直動式燃料インジェクター 28236381 は、校正対象の Multec ベースのシステムにのみ適合し、単一の部品番号検索で系統を確認することで、診断サイクル全体を節約できます。

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より重い機器の場合、検証済みの電源はより大きな排気量でも同様に見えます。 Bosch CRIN 120 シリーズ ピエゾ コモン レール インジェクター 当社の互換性のある製品は、ノズル、プランジャー、バルブ アセンブリを社内で加工する柔軟なラインで生産されており、出荷前にベンチ検証と環境テストが行われます。

Bosch CRIN 120 ピエゾ コモン レール インジェクター 0445120127 Iveco Cursor 9 および Renault DXi11 用 Iveco Cursor 9 および Renault DXi11 エンジン用に構築されたこの CRIN 120 インジェクターは、ノズル、プランジャー、バルブ アセンブリを社内で加工し、発送前にベンチ検証を行っているため、より重い機器に適しています。 製品を見る→

ピエゾインジェクタは、制御コンセプトに一致し、コーディングを尊重し、レール圧力でテストする供給元から購入することにより、ピエゾインジェクタを汎用部品ではなく校正済みのシステムコンポーネントとして扱う購入者に報酬を与えます。このように処理されると、この技術の速度と精度は、より静かでクリーン、より経済的なディーゼル運転に直接つながり、棚に残る利益も少なくなります。