Analysis of a common rail injector functional performance and dimensional sensitivity

Abstract

Goal of the thesis was to inspect how sensitive common rail injector is for different component and tolerance changes. Different parts inside the injector were changed to investigate how much these changes affect to the function and output of the injector. Most important information from the test was to see how changes inside and over the tolerance limits affect to the injected quantities. Some of the test points were there to investigate how wear of the components affects to the performance of the injector and to the injected quantity. Tests were made with test rig. Tested injector was instrumented and with the instrumentation it was possible to measure different pressures and valve movements inside the injector. Injected quantity was measured with separate metering unit. In the thesis first task was to optimise the rig behaviour and get the variation in the injected quantity as small as possible. Multiple improvements and changes were made to the rig, but ultimate reason for these variations wasn´t found. In the actual tests 11 different test points were tested with different settings. Tests were made in two engine load points. Higher load was used to result analyses and another point was chosen to check the stability at low loads. All the test points were simulated with engine based simulation model. Data from the tests and simulation were analysed and confirmed that the results behave similarly and there can be made conclusion based on them. Test related to solenoid function indicate that changes made to it didn´t have very big effect to the injected quantities and injector function. Changes made to the pilot valve did have a greater effect. According to the tests orifice in the pilot valve affected more to the function than the pilot valve lift increase. Changes to the shuttle spring preload and spring rate did have big effect to the injected quantity. Shuttle valve lift affected also to the shape of the injection rate curve. Changes related to the needle function affected very little to the quantities, when the test setting were inside the tolerances.

AB3:Diplomityön tavoitteena oli tutkia, miten herkkä yhteispaineruiskutusjärjestelmän ruiskutusventtiili on erilaisille komponentti- ja toleranssimuutoksille. Ennalta tehdyn suunnitelman perusteella ruiskutusventtiilin sisällä olevien komponenttien, kuten jousien, karojen ja kuristusten kokoa, nousuja ja arvoja muutettiin. Tärkein tavoite oli saada selville, miten paljon muutokset valmistustoleranssien sisällä vaikuttavat ruiskutetun polttoaineen määrään sekä tutkia, miten paljon toleranssien ulkopuolelle voidaan mennä. Osalle tehdyistä muutoksista saatiin tutkittua, miten tiettyjen osien kuluminen vaikutti ruiskutussuuttimen toimintaan ja ruiskutettuun polttoainemäärään. Testit tehtiin testirigillä. Testeissä käytetty ruiskutusventtiili oli instrumentoitu. Instrumentoinnin avulla saatiin mitatuksi vaikuttavat paineet eri kohdista ruiskutusventtiiliä sekä neulan ja eri venttiilien liikkeet. Ruiskutetun polttoaineen määrän mittaukseen käytettiin erillistä mittalaitetta. Työn ensimmäisessä vaiheessa testirigiin tehtiin muutoksia ja parannuksia, jotta ruiskutetun polttoainemäärän vaihtelu olisi mahdollisimman pieni testin aikana. Solenoidin toimintaan liittyneet testit osoittivat, että tehdyillä muutoksilla ei ole suurta vaikutusta ruiskutettuun polttoainemäärään ja ruiskutusventtiilin toimintaan. Esiohjauskaran palautusjouseen tehdyt muutokset vaikuttivat selkeästi tuloksiin, mutta tällöinkin jousen säätöjen piti olla reilusti yli valmistustoleranssirajojen. Testien perusteella esiohjausventtiilin kuristus vaikutti enemmän kuin venttiilin nousun muuttaminen.