Меню

Аккумуляторная топливная систем высокого давления

vitalxbc › Блог › Система впрыска топлива Common Rail дизельных ДВС.

Система впрыска Common Rail является самой современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Работа системы Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы, наподобие бензиновых ДВС (Common Rail в переводе означает общая рампа). Система впрыска разработана специалистами фирмы Bosch.

Наибольшее распространения получили четыре типа систем COMMON RAIL, названным по имени их производителя. BOSCH, DELPHI, DENSO и SIEMENS. Каждый автопроизводитель имеет собственную аббревиатуру, которая обозначает как систему, так и ее отдельные элементы :

BMW : D-двигатели (также используются Land Rover как TD4)
Cummins и Scania : XPI
Cummins : CCR
Daimler : CDI (для автомобилей Chrysler и Jeep — CRD)
Fiat : Fiat, Alfa Romeo и Lancia — JTD (MultiJet, JTDm, Ecotec CDTi, TiD, TTiD, DDiS, Quadra-Jet)
Ford Motor : TDCi Duratorq и Powerstroke
General Motors : Opel/Vauxhall — CDTi и DTi для Isuzu
General Motors : Daewoo/Chevrolet — VCDi (VM Motori — Ecotec CDTi)
Honda : i-CTDi
Hyundai и Kia : CRDi
Mahindra : CRDe
Maruti Suzuki : DDiS
Mazda : CiTD
Mitsubishi : DI-D
Nissan : dCi
PSA Peugeot Citroen : HDI, HDi (Volvo S40/V50 использует двигатели PSA 1,6D & 2,0D, JTD)
Renault : dCi
SsangYong : XDi
Subaru : TD
Tata : DICOR
Toyota : D-4D
Volkswagen Audi Group (Skoda) : TDI. CR в 2005 году пришла на смену насос-форсункам.
Volvo : D3, D4 и D5

Применение данной системы позволяет достигнуть снижения расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума дизеля. Главным преимуществом системы Common Rail является широкий диапазон регулирования давления топлива и момента начала впрыска, которые достигнуты за счет разделения процессов создания давления и впрыска.

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail включает топливный насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регулятор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу и форсунки. Все элементы объединяют топливопроводы.

1. топливный бак
2. топливный фильтр
3. топливный насос высокого давления
4. топливопроводы
5. датчик давления топлива
6. топливная рампа
7. регулятор давления топлива
8. форсунки
9. электронный блок управления
10. сигналы от датчиков
11. усилительный блок (на некоторых авто)

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. Современные топливные насосы высокого давления — плунжерного типа. Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно объединен с ТНВД.
Регулятор давления топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе. Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций: накопления топлива и содержание его под высоким давлением, смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД, распределения топлива по форсункам. Форсунка важнейший элемент системы, непосредственно осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе используются электрогидравлические форсунки или пьезофорсунки. Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы форсунки.

Управление работой системой впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая объединяет датчики, блок управления двигателем и исполнительные механизмы систем двигателя. Система управления дизелем включает датчики оборотов двигателя, Холла, положения педали акселератора, расходомер воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления воздуха, температуры воздуха, давления топлива, кислородный датчик (лямбда-зонд) и другие. Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются форсунки, клапан дозирования топлива, а также регулятор давления топлива.

Читайте также:  Тонометрия внутриглазного давления пневмотонометром

Принцип действия системы впрыска Common Rail

На основании сигналов, поступающих от датчиков, блок управления двигателем определяет необходимое количество топлива, которое топливный насос высокого давления подает через клапан дозирования топлива. Насос накачивает топливо в топливную рампу. Там оно находится под определенным давлением, обеспечиваемым регулятором давления топлива. В нужный момент блок управления двигателем дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска.
С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов. В зависимости от режима работы двигателя производится:

2 предварительных впрыска — на холостом ходу;
1 предварительный впрыск — при повышении нагрузки;
0(предварительный впрыск не производится) — при полной нагрузке.
Основной впрыск обеспечивает стабильную работу двигателя.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и улучшения сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).

Развитие системы впрыска Common Rail осуществляется по пути увеличения давления впрыска:

1 поколение – 140 МПа, с 1999 года;
2 поколение – 160 МПа, с 2001 года;
3 поколение – 180 МПа, с 2005 года;
4 поколение – 220 МПа, с 2009 года.

Чем выше давление в системе впрыска, тем больше топлива можно впрыснуть в цилиндр за равный промежуток времени и, соответственно, реализовать большую мощность.

ТНВД является одним из основных ко элементов в конструкции системы впрыска двигателя. Он выполняет, как правило, две важнейшие функции: 1- нагнетание определенного количества топливной жидкости; 2- регулирование по времени начала впрыскивания. С момента появления аккумуляторных систем впрыска работа по регулированию времени начала впрыска была возложена на управляемые электроникой форсунки.
Основу ТНВД составляет плунжерная пара. Данный механизм составляет поршень (другое название- плунжер) и цилиндр (другое название — втулка) совсем небольшого размера. Плунжерную пару изготавливают из стали высокого качества и делают это с высочайшей точностью. Так, что между плунжером и втулкой имеется минимальный зазор (сопряжение прецизионное). В системе Common Rail используется Магистральный ТНВД.

С конструктивной точки зрения магистральный насос может иметь 1(один), 2(два) или 3(три) плунжера. Приводы плунжеров осуществляются с помощью использования кулачкового вала либо кулачковой шайбы.

При вращательном движении кулачкового вала (эксцентрика кулачковой шайбы) под действием возвратной пружинки плунжер двигается вниз. Увеличивается объем компрессионной камеры и уменьшается давление в ней. Под воздействием разряжения воздуха открывается клапан впуска, и топливная жидкость поступает в камеру. При движении плунжера вверх происходит возрастание давления в камере, клапан впуска закрывается. При создании определенного давления открывается клапан выпуска и топливная жидкость поступает в рампу. Управление подачей топливной жидкости производится в зависимости от потребностей двигателя и осуществляется с помощью клапана дозирования топливной жидкости. В исходном (обычном) положении этот клапан открыт. Но по сигналу электронного блока управления он закрывается на определенную ширину, тем самым регулируется количество затекающей в компрессионную камеру топливной жидкости.

Форсунка (инжектор), являясь элементом конструкции системы впрыскивания, предназначена для того, чтобы качественно дозировать подачу топливной жидкости, его распыление в камере сгорания (коллекторе впуска) и образование топливно-воздушной смеси. Форсунки используются в системах впрыска как бензиновых, так и дизельных двигателей. На современных вариантах двигателей устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыскивания. В зависимости от того, каким способом осуществляется впрыскивание, различают нижеприведённые виды форсунок:

Читайте также:  Фнп опо сосуды работающие под давлением

1. электромагнитные
2. электрогидравлические
3. пьезоэлектрическая

Устанавливается, как правило, на бензиновые двигатели, в том числе оборудованные системой непосредственного впрыска. Имеет достаточно простое и надежное устройство. Оно включает электромагнитный клапан с иголкой и сопло.

Работа электромагнитной форсунки осуществляется так: в соответствии с заложенным в него алгоритмом электронный блок управления точно обеспечивает подачу напряжения на обмотку возбуждения клапана в нужный момент. При всём этом создается электромагнитное поле, оно, преодолевая усилия пружинки, втягивает якорь с иголкой и освобождает сопло. В результате производится впрыск топливной жидкости. С исчезновением напряжения пружка возвращает иголку форсунки на седло.

Используется на дизельных двигателях, в том числе на оборудованных системой впрыскивания Common Rail. В конструкцию электрогидравлической форсунки входит электромагнитный клапан, камера управления, впускной и сливной дроссели.

Принцип работы этой форсунки основан на использовании давления топлива, как при впрыскивании, так и при его прекращении. В начальном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, иголка форсунки прижата к седлу по средствам силы давления топливной жидкости на поршень в камере управления. Впрыскивание топливной жидкости не происходит. При этом давление топлива на иголку, ввиду разности площадей контакта, меньше давления на поршень. По точной команде электронного блока управления запускается работа электромагнитного клапана, открывая сливной дроссель. Топливная жидкость из камеры управления идёт через дроссель к сливной магистрали. Впускной дроссель при этом препятствует быстрому выравниванию давлений в камере управления и в магистрали впуска. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу не претерпевает изменений. Игла поднимается, происходит впрыск топливной жидкости.

Пьезоэлектрическая форсунка (пьезофорсунка)

Это самое совершенное устройство, обеспечивающее впрыск топливной жидкости. Форсунка устанавливается на дизельных двигателях, оборудованных системой впрыска Common Rail.

К преимуществам пьезофорсунки относят: быстроту срабатывания (в 4 раза быстрее электромагнитного клапана), как следствие этого, возможность многократного впрыскивания топливной жидкости в течение одного цикла работы, точную дозировку впрыскиваемой топливной жидкости. Всё вышеперечисленное стало возможным благодаря использованию пьезоэффекта в управлении форсункой. Он основан на изменении длины пьезокристалла, которое происходит под действием напряжения. Конструкция самой пьезоэлектрической форсунки включает следующие элементы : пьезоэлемент, толкатель, клапан переключения и иголку. Все они помещены в корпус.

В работе форсунки данного вида, так же как и в электрогидравлическом аналоге, используют гидравлический принцип. В начальном положении иголка сидит на седле в результате высокого давления топливной жидкости. Во время подачи электрического сигнала на пьезоэлемент, увеличивается его длина. Передается усилие на поршень толкателя, открывается переключающий клапан и топливная жидкость поступает в сливную магистраль. Давление выше иглы снижается. Иголка за счет давления в нижней части поднимается, таким образом производится впрыск топливной жидкости.

Источник

Схема аккумуляторной топливной системы Common Rail

Аккумуляторная топливная система Common Rail включает в себя ступень низкого давления, ступень высокого давления и ЭБУ. Схема топливной системы Common Rail показана на рисунке.

Рис. Схема аккумуляторной топливной системы Common Rail:
1 — топливный бак; 2 — фильтр-топливоприемник; 3 — топливоподкачивающий насос; 4 — фильтр тонкой очистки топлива; 5 — трубопроводы линии низкого давления; 6 — ТНВД; 7 — трубопроводы линии высокого давления; 8 — аккумулятор топлива (Rail); 9 — форсунка; 10 — линии возврата топлива; 11 — ЭБУ.

Создание низкого давления

Ступень низкого давления в топливной системе Common Rail включает в себя:

  • топливный бак (1) с фильтром-топливоприемником (2);
  • топливоподкачивающий насос (3);
  • фильтр тонкой очистки топлива (4);
  • трубопроводы линии низкого давления (5).

Топливный бак

Как следует из его названия, топливный бак служит для хранения топлива. Он должен быть выполнен из материала, устойчивого к коррозии, и не иметь утечек топлива даже при давлении, в два раза превышающем рабочее, но по крайней мере при превышении давления на 0,3 бар. Топливный бак должен быть оснащен предохранительными клапанами, чтобы сбрасывать избыточное давление. Не должно быть утечек топлива ни после топливозаливной горловины, ни через устройства выравнивания давления. Это также относится к случаям воздействия неровностей дороги, поворотам (закруглениям дороги) или наклонным положениям автомобиля.

Читайте также:  Как проверить работоспособность датчика давления масла ваз

Топливный бак и двигатель должны отстоять достаточно далеко один от другого, чтобы в случае аварии была исключена опасность пожара. Это не относится к тракторам с открытой кабиной, мотоциклам и мопедам. Для транспортных средств с открытой кабиной, тракторов и автобусов принимаются специальные правила, касающиеся расположения топливных баков и защитных экранов.

Трубопроводы линий низкого давления топлива

В качестве альтернативы стальным трубкам, в линиях низкого давления могут использоваться пламезащитные армированные гибкие шланги. Они должны быть защищены от механических повреждений и проложены таким образом, чтобы исключить возможность появления капель или испарения топлива, скапливающегося на нагретых деталях, где оно может воспламениться.

В случае деформирования кузова при аварии или перемещении двигателя не должны иметь место разрушающие последствия топливной системы. Все трубопроводы топливной системы должны быть защищены от нагрева. В автобусах топливные трубопроводы не должны располагаться в пассажирском салоне или в кабине водителя, и не должна осуществляться подача топлива под действием сил тяжести.

Компоненты ступени низкого давления

Подкачивающий насос

Подкачивающий насос может быть либо электрическим с фильтром-топливоприемником, либо шестеренчатым. Насос забирает топливо из топливного бака и непрерывно подает его в необходимом количестве в насос высокого давления.

Фильтр тонкой очистки топлива

Недостаточная фильтрация топлива может привести к повреждению элементов ТНВД, нагнетательных клапанов и форсунок. Топливный фильтр очищает топливо до его поступления в ТНВД и, таким образом, предотвращает преждевременный износ прецизионных деталей ТНВД.

Создание высокого давления

Ступень высокого давления в аккумуляторной топливной системе Common Rail включает в себя следующие компоненты:

  • ТНВД (6) с редукционным клапаном;
  • трубопроводы линии высокого давления (7);
  • аккумулятор топлива высокого давления (8) с датчиком давления, клапаном- регулятором давления и ограничителем подачи;
  • форсунки (9);
  • линии возврата топлива (10).

Компоненты ступени высокого давления

ТНВД повышает давление топлива в системе до 1350 бар и направляет его через топливопроводы высокого давления в аккумулятор топлива.

Аккумулятор топлива

Даже после осуществления впрыска топлива форсункой, давление в аккумуляторе остается практически постоянным. Этот эффект происходит в аккумуляторе в результате свойственной топливу сжимаемости. Давление топлива в аккумуляторе измеряется датчиком давления и поддерживается на требуемом уровне предохранительным клапаном (регулятором давления), который ограничивает давление в аккумуляторе с максимальным значением 1500 бар. Топливо под высоким давлением направляется из аккумулятора к форсункам через ограничитель подачи, который предохраняет от излишней подачи топлива в камеру сгорания.

Форсунки в системе Common Rail открываются по пусковому сигналу электромагнитного клапана и впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания.

Избыточное топливо, которое требуется для открытия форсунки, направляется обратно в топливный бак по линии возврата топлива. Топливо, перепускаемое клапаном-регулятором давления, вместе с топливом из линии низкого давления и топливом, служащим для смазки деталей ТНВД, также направляется в линию возврата топлива.

Трубопроводы линии высокого давления

Через трубопроводы топливо подается под высоким давлением. Поэтому они должны выдерживать максимальное давление в топливной системе и возможные высокочастотные пики давления, возникающие в интервалах между впрысками. Трубопроводы линии высокого давления изготовляются из стальных трубок и обычно имеют наружный диаметр 6 мм и внутренний диаметр 2,4 мм.

Все трубки между аккумулятором и форсунками должны быть одинаковой длины. Разница в расстояниях между аккумулятором и конкретными форсунками компенсируется изгибами трубок, при этом трубопроводы линии высокого давления должны быть по возможности короткими.

Источник

Adblock
detector