Система впрыска COMMON RAIL для дизельных двигателей - Клуб любителей микроавтобусов и минивэнов

Машины меняются, друзья и форум остаются. [mikrob.ru]

H-1 Grand Starex. Cистема питания, выпуска ⇒ Система впрыска COMMON RAIL для дизельных двигателей

Принцип работы системы аналогичен принципу многоточечного впрыска у бензиновых двигателей. Количество впрыскиваемого в цилиндр топлива определяется давлением и временем открытия форсунок. Давление впрыска создается независимо от числа оборотов двигателя и может варьироваться в широком диапазоне (примерно от 250 до 1350 бар). Управление впрыском при помощи быстро закрывающегося магнитного клапана позволяет получить также многоступенчатый впрыск, а именно это и нужно конструкторам, чтобы дизельный двигатель с прямым впрыском работал плавно и имел низкую токсичность выхлопа.

Система впрыска “Common-Rail” подразделяется на две части – низкого и высокого давления. Топливоподкачивающий насос засасывает топливо через устройство предварительного подогрева и главный фильтр и под давлением примерно 3,5 бар подает его через клапан отсечки к насосу высокого давления. Устройство предварительного подогрева – оно служит для бесперебойной работы двигателя в зимнее время – и охладитель топлива объединены в единый узел. Энергия для подогрева топлива берется от охлаждающей жидкости или соответственно, наоборот, энергия топлива при его охлаждении отводится в охлаждающую жидкость. Топливоподающий насос приводится в действие от распределительного вала двигателя. Давление подачи регулируется встроенным в насос клапаном с пружиной, излишки топлива отводятся обратно к входу в насос. Отсечной клапан – он прерывает поток топлива к ТНВД – используется только для аварийной остановки двигателя. При этом на клапан подается напряжение, в обесточенном состоянии проход для топлива открыт. Двигатель может отключиться через форсунки или через клапан регулировки давления.

Дизельная система впрыска Common-Rail:

а-схема системы Common-Rail; б-магнитный клапан управления форсунки; 1-топливоподкачивающий насос; 2-охладитель топлива; 3-ТНВД; 4-устройство предварительного подогрева топлива; 5-главный топливный фильтр; 6-топливный бак; 7-датчик давления в центральном магистральном трубопроводе; 8-клапан регулировки давления; 9-клапан отсечки; 10-форсунка; 11-центральный магистральный трубопровод; 12-возврат просачивающегося топлива; 13-магнитный клапан с круглым седлом; 14-распределительный поршень; 15-пружина; 16-распылитель; 17-подвод высокого давления

Часть высокого давления служит для аккумулирования и регулирования необходимого давления топлива. Для этого ТНВД (радиально-поршневой насос с тремя поршнями, смещенными на 1200 друг относительно друга), приводимый в действие от распределительного вала выпускных клапанов, независимо от потребности двигателя подает топливо в центральный магистральный трубопровод 11. Давление в этой центральной магистрали регулирует электрический клапан 8, а работой управляет блок управления двигателя (на рис. 1 не показан). Величина открытия клапана определяется силой тока, подаваемого на него. Это значит, что при высокой силе тока в системе создается высокое давление и наоборот. Излишки топлива отводятся через возвратный трубопровод В. Мембранный датчик давления 7 посредством изменения своего сопротивления измеряет давление в центральном магистральном трубопроводе и передает эту информацию в форме сигналов напряжения в блок управления. Через центральный магистральный трубопровод топливо подается к форсункам, при этом центральная магистраль вместе с соответствующими напорными трубопроводами выполняет задачи сглаживания колебаний давления, которые возникают из-за пульсирующей подачи топлива и большой «потери» топлива при впрыске.

Форсунки - основной элемент системы. В системе Common Rail открытие и закрытие форсунок не зависит от угла поворота коленчатого вала двигателя. При этом магнитный клапан 13 (см. рис. 1 б) не открывает непосредственно форсунку, а только управляет созданным ТНВД давлением в форсунке. Давление в форсунке при этом создается с обеих сторон распределительного поршня 14: вверху через большое шаровое сечение, и внизу – через меньшее кольцевое сечение. В результате, из-за разницы в площади сечений, когда на магнитный клапан не подается электроток, игла распылителя 16 прижата к своему седлу, и топливо не впрыскивается в цилиндр. Когда на магнитный клапан подается напряжение, его шарик поднимается со своего седла, освобождая, таким образом, на время, пока имеется напряжение, отверстие дросселя. Через это отверстие топливо по возвратному топливопроводу сливается в бак. Чтобы перекрыть давление над распределительным поршнем, необходим второй дроссель, размеры которого точно согласованы с размерами первого. Второй дроссель установлен в зоне подвода высокого давления к верхней части форсунки. В результате, при поднятии шарика магнитного клапана 13 давление в верхней части форсунки соответственно уменьшается. Таким образом, сила, действующая на нижнее кольцевое сечение, “перевешивает”, и игла форсунки поднимается, освобождая проход топлива к отверстиям распылителя. Необходимое для работы клапана высокое напряжение создается в блоке управления двигателя конденсаторами высокого напряжения, т.е. время подачи напряжения на их магнитные клапаны также определяется блоком управления.

В возвратный топливопровод встроен охладитель топлива, так как в результате сильного сжатия топливо может разогреться до 130оС. Теплота отводится к охлаждающей жидкости, которая перед входом в охладитель топлива дополнительно охлаждается в низкотемпературном радиаторе.

Последние разработки систем “Common-Rail” фирмы «Сименс» отличаются использованием новейших пьезогидравлических форсунок. Время их срабатывания при подаче напряжения составляет всего 0,1 ?с, уменьшено также так называемое «мертвое» время, т.е. время, требующееся на перемещение подвижных частей. В этих форсунках использованы пьезо-соленоиды на керамической основе.

В системах с пьезогидравлическими форсунками происходит более точное дозирование очень малых доз впрыскиваемого топлива, более точно и четко реализуется начало впрыска топлива. *

Знакомство с системой COMMON RAIL.

Дизельные двигатели.

Дизельные двигатели сконструированы так, чтобы развивать высокие обороты на низких скоростях работы двигателя, что приводит к высокой экономии топлива. Это достигается за счет использования технологии Common rail вместе с эффективной технологией турбонаддува. На диаграмме показано как оборотистость повысилась с 70 Nm/литра до 182 Nm/литра за последние 20 лет. А потребление топлива упало на 60%! Если провести сравнение с бензиновыми двигателями (которые работают по стехиометрическому принципу 14,7:1), в дизелях используется очень обедненная смесь. Отношение воздуха к топливу в дизелях на полной нагрузке колеблется от 17:1 до 29:1, а на холостом ходе или без нагрузки до 145:1. Однако в камере сгорания локализованная смесь меняет свое отношение. Невозможно достигнуть однородной смеси топлива и воздуха в пределах камеры сгорания. Для сокращения числа отклонений состава смеси впрыск представляет собой серию мелких впрысков топлива. Высокая сила давления создает хорошую сегментацию топлива.

Дизеля не имеют дроссельной заслонки. Вместо этого, процесс сгорания контролируется следующими факторами: Синхронизация впрыска, Продолжительность впрыска, Карта впрыска по инжекторам, С помощью электронного блока управления в системах common rail можно контролировать каждый фактор индивидуально.

Синхронизация впрыска является основным фактором контроля выхлопа, потребления топлива и шумности. Оптимальная синхронизация начала впрыска зависит от нагрузки на двигатель. В автомобильных двигателях, которые работают без нагрузки, точка оптимального угла зажигания находится от 2-х градусов коленвала перед верхней точкой цилиндра до 4 градусов после того, как цилиндр пройдет верхнюю мертвую точку. В условиях частичной нагрузки угол колеблется от 6 градусов до верхней точки и до 4 градусов после верхней точки. На полной нагрузке угол зажигания должен быть в пределах 6-15 градусов до верхней мертвой точки. Продолжительность горения 40-60 градусов оборота коленвала. Если впрыск произошел слишком рано, то сгорание произойдет в момент, когда поршень еще поднимается. Это приведет к снижению эффективности и увеличит расход топлива. Быстрый подъем цилиндра увеличит шумность. Позднее зажигание снижает обороты и приводит к неполному сгоранию и выбросу несгоревших гидрокарбонов.

В обычных двигателях количество впрыскиваемого топлива прямо пропорционально времени открытия инжектора. В дизеле впрыск варьируется в зависимости от потока топлива в зависимости от разницы давления впрыска и в камере сгорания, плотности топлива (в зависимости от температуры), динамических свойств давления топлива. Также контроль осуществляется и через открывание инжектора.

Дизельные инжектора на подают топливо в камеру сгорания за одно открытие. Они имеют несколько фаз: Первая фаза предварительного впрыска — короткий импульс, который снижает шумность и позволяет сократить выброс Nox. Основная часть топлива подается во время основной фазы впрыска, а затем происходит финальный впрыск топлива. Он необходим для сокращения вредного выхлопа путем его выжига в каталическом конвертере-накопителе, поднимает температуру выхлопного газа для регенерации фильтра взвешенных частичек. Он происходит вплоть до 180 градусов оборота коленвала. Объем впрыска колеблется в пределах 1 мм³ до 50 мм³ на полной нагрузке. Продолжительность впрыска 1-2 миллисекунды.

В отличие от традиционных дизельных двигателей, которые управляются блоком управления, common rail подает топливо на форсунки через накопительную рампу, поэтому они похожи на бензиновые двигатели. Поскольку разделены функция образования высокого давления и функция впрыска, системы common rail могут подавать топливо в широком диапазоне угла зажигания и уровня давления.

Диаграмма показывает простую систему common rail. Механический насос(1) создает давление, которое подает топливо в рампу(3). Клапан контроля потока топлива(4) поддерживает давление на уровне, которое задано блоком управления(8). Рампа подает топливо на инжектора(5). Датчики информируют ЭБУ о достигнутом давлении(2), скорости двигателя(9), положении распредвала(10), уходе педали акселератора(11), давлении надува(12), температуре впускного воздуха(13), температуре охлаждающей жидкости(14). Позиции 6 и 7 — топливный фильтр и топливный бак. Более сложные системы используют дополнительные датчики: cкорости, внешней температуры, широкополосный кислородный датчик, датчик разницы давления (определяет засорение катализатора или фильтра частичек в выхлопе). На диаграмме не указаны свечи накаливания. Они используются, только если внешняя температура падает ниже 0 градусов. Блок управления может контролировать давления турбины, рециркуляцию выхлопного газа и заслонки впускного коллектора.

Компоненты cистемы common rail

Высокое давление до 2000 бар создается насосом ТНВД. Насос приводится в движение коленвалом обычно представляет собой радиально расположенные цилиндры как показано на рисунке. Насос смазывается топливом и потребляет 3,8Ватт мощности. Поэтому поток топлива может различаться в зависимости от нагрузки на двигатель, а каждый поршень насоса может выключаться. Это возможно с помощью соленоида, который держит клапан поршня в открытом состоянии. Однако, когда один из поршней выключается, подача топлива становится более неустойчива, чем когда работают все три цилиндра.

Клапан контроля давления

Клапан контроля давления представляет собой соленоидный клапан, которых охлаждается топливом. Степень открытия клапана регулируется шириной импульса на частоте 1KHz. Если клапан не активирован, внутренняя пружина держит давление на уровне 100Бар. Если клапан активирован, то сила электромагнита давит на пружину и клапан закрывается, давление увеличивается. Этот клапан также играет роль механического демпфера, который смягчает импульсы высокого давления, когда на насосе ТНВД работает менее трех поршней.

Рампа направляет топливо к инжекторам. Она довольно массивна, чтобы внутреннее аккумулированное давление было независимо от открытия инжекторов. На раме устанавливается датчик давления, который предохраняет от излишне высокого давления, которое может быть опасно, а также перепускной клапан сброса давления.

Внешне инжектора похожи на стандартные инжектора от бензинового двигателя, но они сильно отличаются внутри. На рисунке изображен такой инжектор. Для работы инжекторов используется гидравлическая система, поскольку они работают под большим давлением. Обмотка соленоида контролирует не иглу открытия, а движение небольшого шарика, который регулирует поток топлива от контрольной камеры внутри всего корпуса инжектора. Продолжительность жизни инжектора в системах common rail это очень важный фактор. Bosch определяет ее как 1 млн. открытий и закрытий.

Однако, как работает система common rail?

Для этого необходимы следующие компоненты:

⋅ Очень высокое давление (до 2000 бар)

⋅ Изменение количества впрыскиваемого топлива, контроль давления во впускном коллекторе, и начала впрыска.

⋅ Предварительная и финальная стадии впрыска

⋅ Температурный режим смеси воздух/топливо в момент пуска

⋅ Контроль холостого хода в зависимости от нагрузки двигателя

⋅ Точность в течение всего цикла впрыска

Количество впрыскиваемого топлива и начало синхронизации впрыска, необходимого для пуска определяются по температуре двигателя и скорости вращения коленвала на пуске. Специальные программы используются для очень холодной температуры и для высокогорья. Иногда турбина может отключаться, поскольку ее вращение, даже небольшое, может затребовать мощность, которой не хватит для пуска.

• Движение

В условиях нормального движения, количество впрыскиваемого топлива определяется по датчику положения педали акселератора, скорости двигателя, температуре топлива и впускного воздуха. Однако могут использоваться и другие факторы и карты впрыска, которые принимают в расчет лимиты по выхлопу, дымность, механический перегруз и перегрев (включая смоделированную и реальную температуру выхлопного газа, масла охлаждения, турбины и инжекторов). Начало контроля впрыска — это функция скорости двигателя, количества впрыскиваемого топлива, температуры двигателя и внешнего давления.

Настройка холостого хода зависит от температуры двигателя, напряжения АКБ, работы кондиционера. Холостой ход – функция закрытого цикла, где ЭБУ мониторит реальную скорость двигателя и продолжает регулировать подачу топлива до тех пор, пока не будет достигнут заданный уровень.

В отличие от бензинового двигателя, где подача топлива перекрывается как только обороты достигают заданного максимума, в дизеле система управления сокращает подачу топлива по мере возрастания оборотов двигателя и приближения к пику. При достижении максимума оборотов количество подаваемого топлива равно нулю.

Резкие неожиданные изменения в оборотах двигателя могут привести к нестабильной работе и прерывистому движению автомобиля. Для этого используется активное подавление нестабильности. Существуют два подхода. Во-первых, отфильтровываются любые неожиданные движения педали акселератора. Во вторых, ЭБУ определяет нестабильность и активно компенсирует его путем увеличения количества впрыскиваемого топлива, когда двигатель снижает скорость и и уменьшает подачу, когда скорость увеличивается.

• Контроль мягкой работы

Поскольку механически цилиндры отличаются, вклад каждого цилиндра во вращение разный. Разница может выражаться в резкости хода и повышенному выхлопу. Система контроля мягкости хода измеряет разницу в скорости двигателя и определяет ее разницу. Она сравнивает скорость сразу после впрыска со средней скоростью двигателя. Если скорость падает, то в этот цилиндр увеличивается подача топлива. Если скорость увеличивается, то подача топлива в конкретный цилиндр сокращается.

• Контроль датчика Кислорода закрытого цикла

Как и в бензиновом двигателе, дизель использует контроль замкнутого цикла кислородный датчика. Однако в дизелях широкополосный кислородник используется для расчета смеси 60:1. Такой датчик состоит из комбинации ячеек Нернста продольного гальванотермомагнитный эффекта и кислородного насоса. Поскольку датчик производит сигнал по мере концентрации давления выхлопного газа и концентрации кислорода, он может быть компенсирован за счет разницы давления выхлопного газа. Сигнал меняется по мере времени работы и для компенсации используется сравнение измеренной концентрации кислорода в выхлопе и расчетной величины сигнала датчика, когда он чувствует воздух. Компенсация используется на максимальных нагрузках двигателя. Если есть разница, то применяется обедняющая коррекция. Управление по замкнутому циклу используется для короткосрочной и долгосрочной адаптации бедной смеси. Это особенно важно для лимитирования дыма, когда количество измеренного в газе кислорода сравнивается с заданной по карте впрыска величиной. Обратный сигнал датчика также используется для определения достижения эффекта рециркуляции.

• Контроль давления топлива и его потока

Давление в рампе регулируется по замкнутому циклу. Датчик давления на рампе контролирует давление в режиме реального времени и ЭБУ поддерживает его желаемый уровень путем изменения широтной модуляции клапана контроля давления топлива. На высоких скоростях двигателя, когда требуется меньше топлива, ЭБУ выключает один из поршней насоса высокого давления. Это снижает температуру топлива и механическую нагрузки на насос.

В дополнение к вышеуказанному контроль дизельной системы Common Rail включает следующие элементы:

⋅ Свечи накаливания для пуска в условиях температуры ниже нуля

⋅ Свечи накаливания, которые подогревают охлаждающую жидкость в холодных условиях

⋅ Специальные заслонки для впускного воздуха, которые создают турбулентность воздуха во время его входа в камеру сгорания

⋅ Управление давления в турбине

⋅ Управление вентиляторами охлаждения

Как правиле включение инжектора проходит пять фаз:

⋅ На первом этапе инжектор включается быстро путем подачи высокого тока с 100вольтового конденсатора. Максимальная сила тока ограничивается 20амперами и поддерживается на этом уровне для контроля времени открытия инжектора.

⋅ Второй этапе называется «пиковая сила тока». На нем сила тока для включения инжекторов передается от конденсатора на аккумулятор. Пик силы тока продолжает поддерживаться на уровне 20Ампер.

⋅ 12-ти амперный импульс для поддержки инжектора в открытом состоянии. Индуктивный всплеск генерируется сокращением силы тока через инжектор от пика к удержанию тока и направляется к конденсатору и запускает перезарядку.

⋅ Когда инжектор отключается, индуктивный пик появляется снова в сторону конденсатора.

⋅ В промежутках между фазами в сигнале инжектора появляется пик закрытия инжектора. Используемой силы тока недостаточно для открытия инжектора и индуктивные всплески используются для полной зарядки конденсатора, пока он не зарядится до 100 Вольт.

В системах с пьезогидравлическими форсунками происходит более точное дозирование очень малых доз впрыскиваемого топлива, более точно и четко реализуется начало впрыска топлива.

а каким образом происходит управление давления в турбине? особенно интересует на мерседес 2.2 cdi

Сообщений в теме: 1 Всего сообщений: 320 Зарегистрирован: 10.01.2011 Профессия: Звукорежиссер Откуда: Качканар Свердл.обл Авто: Grand Starex CVX 2009 Возраст: 30

В настоящее время каждый производитель имеет собственную аббревиатуру, которая обозначает систему COMMON RAIL:

— BMW: D-двигатели (также используются Land Rover Freelander как TD4)

— Cummins и Scania: XPI (Совместная разработка)

— Cummins: CCR (Насос Cummins с инжекторами Bosch)

— Daimler: CDI (для автомобилей Chrysler и Jeep - CRD)

— Fiat: Fiat, Alfa Romeo and Lancia - JTD (также называется MultiJet, JTDm, Ecotec CDTi, TiD, TTiD , DDiS, Quadra-Jet)

— Ford Motor: TDCi Duratorq и Powerstroke

— General Motors: Opel/Vauxhall - CDTi (производится Fiat и GM Daewoo) и DTi для Isuzu

— General Motors: Daewoo/Chevrolet - VCDi (лицензирован от VM Motori также имеет брэнд Ecotec CDTi)

— Hyundai и Kia: CRDi

— Maruti Suzuki: DDiS (производится по лицензии Fiat)

— Mitsubishi: DI-D (недавно разработано новое поколение 4N1 с давлением

— в системе впрыска до 2000 bar)

— PSA Peugeot Citroen: HDI или HDi (Volvo S40/V50 использует двигатели от PSA 1,6D & 2,0D, также используется брэнд JTD)

— SsangYong: XDi (двигатели собираются по лицензии Daimler AG)

— Subaru Legacy: TD (с января 2008)

— Volkswagen Group: Двигатель 4.2 V8 TDI и самые последние 2.7 и 3.0 TDI(V6) сменили старые электронные дизеля. Двигатель 2.0 TDI используется на Volkswagen Tiguan и Audi A4. Новые 2.0 TDI скоро также будет доступен для Passat и в 2009 для Jetta.

Материалы: http://mikrob.ru/viewtopic.php?t=77630

Уважаемые наши читатели, в публикациях на блоге мы много внимания уделяем системам бензиновых двигателей, обратим внимание и дизели. Поэтому сейчас посвятим статью одной из передовых технологий, которая встречается на большинстве современных автомобилей с дизельными агрегатами. Главным героем этого рассказа станет система впрыска common rail.

Поговорим о её особенностях, конструкции, а также узнаем, почему она так популярна среди автопроизводителей.

Для начала окунёмся в историю. система впрыска Common Rail, относящаяся к системам непосредственного впрыска, массово используется на легковом автотранспорте с середины 90-х годов, и до нынешних времён пережила несколько этапов модернизаций.

Хотя её автором и официальным владельцем считается компания Bosch, идейным создателем системы является концерн Fiat. Именно итальянцы создали концепцию современной Common Rail и затем, из-за недостатка финансовых средств продали технологию немцам.

Стоит сказать, что мысли о подобных способах питания дизельных двигателей инженерные умы вынашивали с середины ХХ века, но только с развитием дешёвой электроники эти идеи стали повседневной реальностью.

Пора вернуться в наши дни и разобраться, что такое система впрыска Common Rail и что скрывает это загадочное словосочетание. На самом деле, всё просто, в дословном переводе на русский оно означает – общая рампа. И действительно, элемент с таким названием, который без лишнего пафоса можно назвать ключевым, имеется в данной системе.

Также его именуют аккумулятором высокого давления или топливной рампой.

В этот узел под большим давлением нагнетается дизельное топливо, которое затем распределяется по форсункам, а они, в свою очередь, по команде впрыскивают солярку в нужный момент прямо в цилиндры.

По сути, в этом и заключается главная «фишка» Common Rail – процессы нагнетания давления и впрыска разделены, что позволило инженерам без лишних «напрягов» управлять моментом начала инжекции горючего и в широких пределах регулировать его напор.

Наверное, вы заметили, что Common Rail имеет общие черты с системой непосредственной инжекции бензиновых моторов. Так и есть, архитектуры похожи, но если в бензиновом двигателе впрыск происходит под давлением около 20 МПа, то в его дизельном собрате эти цифры больше в 10 раз!

Конструктивно систему Common Rail можно разделить на такие основные элементы:

• контур низкого давления;
• топливный насос высокого давления (ТНВД);
• регулятор и датчик давления;
• топливную рампу;
• форсунки;
• блок управления.

Контур низкого давления, в принципе, ничего особенного собой не представляет. Тут стандартный набор – бак, подкачивающий насос, несколько фильтров и подогревающие приспособления.

Главная цель этого узла предоставить ТНВД (как правило, автопроизводители используют плунжерные насосы) нужное количество горючего, которое затем под напором будет вкачено в топливную рампу. Её задача — накапливание солярки под высоким давлением.

В рампу встраиваются датчик и регулятор давления. Первый контролирует параметры топлива, а второй – поддерживает необходимое давление для оптимальной работы двигателя в конкретный момент времени. Ну и конечно, форсунки. В системе Common Rail их можно назвать настоящим произведением технического искусства.

Так как форсункам приходится функционировать в условиях высокого давления и температуры, к ним предъявляются особые конструктивные требования, к тому же, они должны очень быстро реагировать на команды блока управления.

Описанными чертами обладают пьезофорсунки и электрогидравлические форсунки – быстрые, надёжные, крепкие.

Управляет всем этим безобразием на основе разработанных программ и информации, поступающей от россыпи всевозможных датчиков, ЭБУ.

Отдельного внимания заслуживает алгоритм впрыска дизельного топлива в системе Common Rail. Как мы уже говорили, форсунки в ней открываются и закрываются очень быстро, что позволило реализовать довольно хитрую схему.

Так, процесс впрыска разбит на несколько этапов – предварительный, основной и финальный (дополнительный). Благодаря такой разбивке инженеры добились максимальной эффективности сгорания солярки, меньшей шумности мотора и наилучшей экологичности.

И в завершении несколько слов и плюсах и минусах Common Rail.

О некоторых положительных сторонах мы сказали в предыдущем абзаце – двигатели, оборудованные данной технологией, экономичны, работают тихо и имеют низкий уровень выбросов вредных веществ.

В дополнение ко всему, такие моторы могут похвастаться завидными эксплуатационными характеристиками. Всё это повлияло на выбор автопроизводителей – более 80% всех машин с дизельным мотором, выпущенных в последние годы, оборудованы именно Common Rail.

Недостатки тоже имеются. Например, сложность обслуживания, дороговизна запчастей, зависимость работоспособности системы от герметичности каждого её элемента.

Надеюсь, друзья, эта статья «Система впрыска Common Rail» была полезна для вас.

Подписывайтесь на наш блог, делитесь ссылками на него со своими знакомыми, а мы будем радовать Вас новыми и интересными статьями.

Система охлаждения: чем остудить горячий пыл мотора?

Маховик ДВС: под тяжестью центробежных сил

Vvti Toyota — что это за зверь?

Дроссельная заслонка: как же воздух попадает в мотор?

Следите за новыми статьями

Рубрики блога

• Автомобиль (27)
• Двигатель (75)
• Новости (21)
• ПДД (1)
• Подвеска (16)
• Ремонт своими руками (4)
• Рулевое управление (8)
• Системы безопасности автомобиля (7)
• Толковые советы (34)
• Тормозная система (9)
• Трансмиссия (32)
• Устройство автомобиля (6)
• Электрооборудование (21)
• Юридические вопросы (7)

Атмосферный двигатель или турбированный, вот в чем вопрос

Для чего нужен лямбда зонд?

Какая коробка передач лучше: автомат, робот или вариатор?

Двухмассовый маховик — принцип работы, ремонт и замена на одномассовый

Жидкая резина: это что, новое слово в тюнинге?

Самые надежные двигатели концерна Volkswagen

Когда автомобиль будет иметь паровой двигатель?

Cамые надежные коробки автомат. ТОП-5

Vvti Toyota — что это за зверь?

Система впрыска насос-форсунка

Для меня, в этом смысле, Чероки - самый крутой джип: //.

позвонить 8-800-100-58-57 и вызвать специалиста.

очинь сложна. можна проще.

Здравствуйте. Очень полезная и интересная статья! Спасибо Ва.

Материалы: http://auto-ru.ru/sistema-vpryska-topliva-common-rail.html

Аккумуляторная система впрыска топлива

Требования к системам впрыска дизельного топлива постоянно растут. Более высокие давления впрыскивания, повышенные скорости срабатывания форсунок и гибкое адаптирование процесса к условиям эксплуатации автомобиля делают дизель мощным, экономичным и малотоксичным. Кроме того, система впрыска все больше интегрируется в общую электронную систему управления автомобилем. Это позволило начать использование дизелей на автомобилях высшего класса

Одной из таких высокоразвитых систем впрыска является аккумуляторная система Common Rail , главным преимуществом которой является широкий диапазон изменения давления топлива и момента начала впрыскивания. Все это реализуется путем разделения процессов создания давления и обеспечения впрыскивания.

Аккумуляторная система Common Rail используется на дизелях с непосредственным впрыском топлива в следующих случаях:

· легковые автомобили: широкая гамма двигателей — от трехцилиндровых (800 см 3 ,30 кВт (41 л. с), 100 Н × м) до восьмицилиндровых (3900 см 3 , 108 кВт (245 л. с), 560 Н × м);

· легкие грузовые автомобили: двигатели мощностью до 30 кВт на цилиндр;

· тяжелые грузовые автомобили, тепловозы и суда: двигатели мощностью до 200 кВт на цилиндр.

Эта система позволяет обеспечить более широкие, в отличие от вариантов с механическим приводом ТНВД, требования по впрыску топлива, а именно:

· расширенные границы применяемости;

· повышенное давление впрыскивания (до 1600 бар);

· изменяемый момент начала впрыскивания;

· обеспечение предварительного и дополнительного впрыскивания (даже очень позднего);

· регулирование давления впрыскивания (230-1600 бар) в зависимости от условий эксплуатации автомобиля.

Вместе с тем, аккумуляторная система создает важнейшие предпосылки для повышения удельной мощности, снижения расхода топлива, а также для уменьшения уровней шума и эмиссии отработавших газов.

Аккумуляторная система Common Rail включает в себя (рис. 1):

· контур низкого давления, а также агрегаты подачи топлива;

· контур высокого давления, включая ТНВД, топливный аккумулятор высокого давлении, форсунки и магистрали высокого давления;

· система электронного регулирования работы дизеля, датчики управления и исполнительные механизмы:

· системы подачи воздуха и отвода ОГ.

Рисунок 1 – Принципиальная схема управления работой дизеля с аккумуляторной системой впрыска

1 – ТНВД; 2 – топливный аккумулятор высокого давления; 3 - форсунки

Важнейшим элементом аккумуляторной системы впрыска является форсунка с быстродействующим электромагнитным клапаном. Он открывает и закрывает распылитель, регулируя процесс впрыскивания топлива в каждом цилиндре. В отличие от прочих систем впрыска с управлением электромагнитными клапанами, в аккумуляторной системе Common Rail впрыскивание топлива в камеру сгорания происходит при открытом электромагнитном клапане.

Все форсунки подсоединены к топливному аккумулятору высокого давления, отсюда и название системы. Ее модульное исполнение облегчает адаптацию к конкретному двигателю.

Действие аккумуляторной системы впрыска топлива основано на том, что процессы создания высокого давления и обеспечения впрыскивания разделены. Система электронного регулирования работы дизеля раздельно управляет работой всех узлов.

Непрерывно работающий ТНВД с приводом от двигателя создает потребное давление впрыскивания, обеспечивая некую постоянную величину давления в топливном аккумуляторе, независимо от частоты вращения коленчатого вала и расхода топлива. Это означает, что ТНВД работает в постоянном режиме, с меньшими пиками крутящего момента и меньшей пиковой производительностью, чем в традиционных системах впрыска. Соответственно, его размеры также могут быть существенно компактнее.

Регулирование давления происходит с помощью клапана регулирования давления и/ или управлением на входе в ТНВД. Находящееся в аккумуляторе высокого давления топливо подготовлено к впрыскиванию.

Топливо из аккумулятора по коротким магистралям высокого давления поступает к форсункам, которые впрыскивают его непосредственно в камеры сгорания цилиндров двигателя. Каждая форсунка состоит в основном из распылителя и быстродействующего электромагнитного клапана, который управляет распылителем через механический привод. Электромагнитные клапаны приводятся в действие сигналами от блока управления работой дизеля.

Количество впрыскиваемого топлива при постоянном давлении в топливном аккумуляторе пропорционально времени включения электромагнитного клапана и не зависит при этом от частоты вращения коленчатого вала двигателя или частоты вращения вала ТНВД (регулирование впрыскивания по времени).

4.Агрегаты контура высокого давления системы

Контур высокого давления аккумуляторной системы Common Rail делится на три части: создания давления, его аккумулирования и дозировки топлива (рис. 2 и 3).

Рисунок 2 – Схема аккумуляторной системы впрыска топлива:

1 – датчик массового расхода воздуха; 2 – блок управления работой двигателя; 3 – ТНВД; 4 – аккумулятор высокого давления; 5 – форсунка; 6 – датчик частоты вращения коленчатого вала; 7 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 8 – топливный фильтр; 9 – датчик положения педали подачи топлива

Рисунок 3 – Контур высокого давления:

1 – ТНВД; 2 – клапан отключения плунжерной секции; 3 – клапан регулировки давления; 4 – магистраль высокого давления; 5 – аккумулятор высокого давления; 6 – датчик давления топлива в аккумуляторе; 7 – клапан ограничения давления; 8 – ограничитель пропускной способности; 9 – форсунка; 10 – блок управления работой двигателя

Топливный насос высокого давления

Основной функцией любого ТНВД является обеспечение подачи топлива к форсункам под необходимым давлением, на любых режимах работы двигателя и в течение всего срока эксплуатации транспортного средства. Система Common Rail отличается тем, что в ней ТНВД лишен распределительных функций и необходим лишь для создания резерва топлива и быстрого повышения давления в топливном аккумуляторе.

ТНВД создает постоянное давление величиной до 1600 бар для аккумулятора высокого давления. Предварительно сжатое топливо по сравнению с обычными системами впрыска не сжимается в процессе впрыскивания.

В аккумуляторных системах легковых автомобилей используется радиальный плунжерный ТНВД, который создает высокое давление топлива независимо от величины цикловой подачи.

ТНВД аккумуляторной системы впрыска устанавливается преимущественно на том же месте, что и обычные распределительные ТНВД традиционных систем питания дизелей. Он приводится в действие двигателем через муфту, шестерню, цепь или зубчатый ремень, а частота вращения вала ТНВД не превышает 3000 мин -1 и напрямую связана передаточным отношением с частотой вращения коленчатого вала. ТНБД смазывается проходящим через него топливом.

Клапан 3 регулирования давления (рис. 3) в зависимости от имеющегося подкапотного пространства устанавливается либо непосредственно на ТНВД, либо отдельно.

Три плунжера 3, радиально расположенные по окружности через 120° (рис. 5), сжимают топливо внутри ТНВД. Три рабочих хода каждого плунжера за один оборот вала ТНВД позволяют обеспечить незначительную и равномерную нагрузку на вал привода с эксцентриковыми кулачками. Крутящий момент, достигающий величины 16 Н × м, составляет около 1/9 от амплитуды момента, необходимого для привода распределительного ТНВД обычного типа. Таким образом, система Common Rail способна функционировать при гораздо меньших энергозатратах.

Рисунок 4 – Топливный насос высокого давления (продольный разрез):

1 – вал привода; 2 – эксцентриковый кулачок; 3 – плунжер с гильзой; 4 – камера над плунжером; 5 – впускной клапан; 6 – электромагнитный клапан отключения плунжерной секции; 7 – выпускной клапан; 8 – уплотнение; 9 – штуцер магистрали, ведущей к аккумулятору высокого давления; 10 – клапан регулирования давления; 11 – шариковый клапан; 12 – магистраль обратного слива топлива; 13 – магистраль подачи топлива к ТНВД; 14 – защитный клапан с дроссельным отверстием; 15 – перепускной канал низкого давления

Рисунок 5 - Топливный насос высокого давления (поперечный разрез):

1 – вал привода; 2 – эксцентриковый кулачок; 3 – плунжер с втулкой; 4 – впускной клапан; 5 – выпускной клапан; 6 – подача топлива

Топливоподкачивающий насос подает топливо к ТНВД через фильтр с сепаратором воды. Пройдя через дроссельное отверстие защитного клапана 14 (рис. 4), топливо, используемое также для смазки и охлаждения деталей ТНВД, движется к плунжерам по системе каналов. Вал 1 привода с эксцентриковыми кулачками 2 одновременно заставляет поступательно двигаться все три плунжера 3.

Топливоподкачивающий насос создает давление подачи, превышающее величину, на которую рассчитан защитный клапан (от 0,5 до 1,5 бар). Последний открывает перепускной канал 15, по которому топливо через впускной клапан 5 поступает в камеру 4 над плунжером, движущимся вниз (то есть совершающим впуск). Когда НМТ плунжера пройдена, впускной клапан закрывается. Топливо в надплунжерном пространстве сжимается плунжером, идущим вверх. Когда возрастающее давление достигнет уровня, соответствующего тому, что поддерживается в аккумуляторе высокого давления, открывается выпускной клапан 7. Сжатое топливо поступает в контур высокого давления.

Плунжер ТНВД подает топливо до тех пор, пока не достигнет своей ВМТ (ход подачи). Затем давление падает, выпускной клапан закрывается. Плунжер начинает движение вниз.

Когда величина давления в надплунжерном пространстве опускается ниже величины давления подкачки, впускной клапан открывается и процесс повторяется.

Так как ТНВД рассчитан на большую величину подачи, на холостом ходу при частичных нагрузках возникает избыток сжатого топлива, которое через клапан регулирования давления и магистраль обратного слива возвращается в топливный бак. Здесь давление топлива падает, и потенциальная энергия потока топлива иссякает. Поскольку топливо под давлением нагревается, то под влиянием температуры топлива, поступающего из магистрали обратного слива, постепенно повышается температура топлива в баке. Соответственно снижается КПД системы.

При отключении одной плунжерной секции 3 сокращается количество топлива, которое подается в аккумулятор высокого давления. Если электромагнитный клапан 6 отключения плунжерной секции задействован, то встроенный в его якорь штифт нажимает на впускной клапан 5, постоянно держа его в открытом положении. Поступившее в надплунжерное пространство топливо не сжимается во время хода подачи, повышения давления не происходит, выпускной клапан не открывается. Соответственно топливо не поступает в контур высокого давления, а возвращается в контур низкого давления. При снижении потребной мощности отключение одной из плунжерных секций позволяет регулировать производительность ТНВД.

Клапан регулирования давления

Клапан регулирования давления устанавливает величину давления в аккумуляторе высокого давления в зависимости от нагрузки на двигатель.

При слишком высоком давлении в аккумуляторе клапан открывается и часть топлива из аккумулятора отводится через магистраль обратного слива назад к топливному баку.

При падении давления в аккумуляторе клапан закрывается и размыкает контуры высокого и низкого давления.

Клапан регулирования давления (рис. 6) крепится через фланец к корпусу ТНВД или аккумулятора высокого давления.

Рисунок 6 – Клапан регулирования давления:

1 – шарик клапана; 2 – якорь4 3 – электромагнит; 4 – пружина клапана; 5 – электрический штекер

Якорь 2 прижимает шарик 1 клапана к седлу под действием пружины клапана 4 так, чтобы разъединить контуры высокого и низкого давления. Включенный электромагнит 3 перемещает якорь, прикладывая дополнительное усилие к прижатию шарика к седлу.

Весь якорь омывается топливом, которое смазывает трущиеся поверхности и отводит лишнее тепло.

Клапан регулирования давления отключен

От аккумулятора или на выходе ТНВД топливо под высоким давлением подается ко входу клапана. Так как обесточенный электромагнит не развивает никаких усилий, сила давления топлива преодолевает силу действия пружины. Клапан открывается и остается в таком положении большее или меньшее время в зависимости от цикловой подачи. Пружина подобрана таким образом, чтобы устанавливалось давление топлива около 100 бар.

Клапан регулирования давления включен

Если необходимо повысить величину давления, то сила действия электромагнита дополняет силу давления пружины. Якорь смещается вниз, уменьшая диаметр проходного сечения, до тех пор, пока объединенное усилие электромагнита и пружины не уравновесится давлением топлива. Затем якорь остается в этом положении, поддерживая постоянное давление. Величина давления может варьироваться в зависимости от изменения величины подачи топлива в аккумулятор. Давление в клапане может снижаться также из-за увеличения расхода топлива, впрыскиваемого через форсунки.

Аккумулятор высокого давления

Аккумулятор высокого давления содержит топливо под высоким давлением. Одновременно аккумулятор смягчает колебания давления, которые возникают из-за пульсирующей подачи со стороны ТНВД, а также из-за работы форсунок во время впрыскивания. Этим обеспечивается постоянство давления впрыскивания при открытии форсунки.

Распределение топлива по форсункам также входит в функции аккумулятора.

Аккумулятор 1 высокого давления в общем виде имеет форму трубки (рис. 7). В зависимости от конструкции двигателя конкретное исполнение аккумулятора может иметь разные формы. На аккумулятор могут устанавливаться датчик 3 давления топлива и клапан 4 ограничения давления. В качестве дополнительного оборудования могут устанавливаться ограничители 6 расхода топлива и клапан регулирования давления, если он не расположен на ТНВД.

Рисунок 7 – Аккумулятор высокого давления:

1 – аккумулятор высокого давления; 2 – магистраль высокого давления к впускному штуцеру; 3 – датчик давления топлива; 4 – клапан ограничения давления; 5 – магистраль обратного слива; 6 – ограничитель расхода топлива; 7 – магистраль высокого давления к форсунке

Топливо из ТНВД направляется через магистраль высокого давления к впускному штуцеру 2 аккумулятора. Из аккумулятора оно распределяется по отдельным форсункам.

Давление внутри аккумулятора измеряется датчиком давления топлива и ограничивается клапаном регулирования давления до некой максимально допустимой величины в зависимости от параметров системы впрыска. Через ограничитель расхода топлива, который дросселирует поток топлива, последнее под давлением поступает к форсункам. Объем аккумулятора постоянно наполнен топливом, находящимся под давлением. Величина этого давления поддерживается на постоянном уровне даже при больших нагрузках на двигатель, когда возрастает расход топлива через форсунки.

Форсунки связаны с аккумулятором короткими магистралями высокого давления. Так же, как и на дизелях с непосредственным впрыском топлива, форсунки системы Common Rail устанавливаются с зажимными скобами в головке цилиндра. Тем самым допускается возможность установки форсунок системы Common Rail на дизели с непосредственным впрыском топлива без кардинальной модернизации головок.

Требуемые момент начала впрыскивания и величина подачи топлива обеспечиваются форсунками с электромагнитным клапаном. Момент начала впрыскивания в координатах «угол-время» устанавливается системой электронного регулирования работы дизеля. Необходимы также два датчика: один измеряет частоту вращения коленчатого вала, другой предназначен для распознавания цилиндров и определения фаз на распределительном валу.

Форсунка состоит из следующих функциональных блоков:

Топливо подается по магистрали 9 высокого давления (рис.8а) через подводящий канал к распылителю форсунки, а также через дроссельное отверстие 10 подачи топлива — в камеру 5 управляющего клапана. Через дроссельное отверстие 8 отвода топлива, которое может открываться электромагнитным клапаном, камера соединяется с магистралью 1 обратного слива топлива.

Рисунок 8 – Принцип действия форсунки:

а – форсунка в состоянии покоя; b – форсунка открыта; c – форсунка закрыта

1 – магистраль обратного слива топлива; 2 – катушка электромагнита; 3 – якорь электромагнита; 4 – шарик клапана; 5 – камера управляющего давления; 6 – конус иглы распылителя; 7 – отверстия распылителя; 8 – дроссельное отверстие отвода топлива; 9 – магистраль высокого давления; 10 – дроссельное отверстие подачи топлива; 11 – поршень управляющего давления

При закрытом дроссельном отверстии 8 (рис.8а) гидравлическая сила, действующая сверху на поршень 11 управляющего клапана, превышает силу давления топлива снизу на конус 6 иглы распылителя. Вследствие этого игла прижимается к седлу распылителя и плотно закрывает отверстия 7 распылителя. В результате топливо не попадает в камеру сгорания.

При срабатывании электромагнитного клапана якорь электромагнита сдвигается вверх (на рис. 8), открывая дроссельное отверстие 8 (рис. 8 b ). Соответственно снижаются как давление в камере управляющего клапана, так и гидравлическая сила, действующая на поршень управляющего клапана. Под действием давления топлива на конус 6 игла распылителя отходит от седла, так что топливо через отверстия 7 распылителя попадает в камеру сгорания цилиндра. Такое непрямое управление иглой применяют по той причине, что непосредственного усилия электромагнитного клапана недостаточно для быстрого подъема распылителя. Управляющая подача - это дополнительное количество топлива, предназначенного для подъема иглы, которое после использования отводится в магистраль обратного слива топлива.

Кроме управляющей подачи существуют утечки топлива через иглу распылителя и направляющую поршня управляющего клапана. Все это топливо отводится в магистраль обратного слива, к которой присоединены все прочие агрегаты системы впрыска, и возвращается в топливный бак.

В настоящее время на двигателях начинают применять форсунки с пьезоэлектрическим клапаном (рис.9).

Рисунок 9 – Форсунка с пьезоэлектрическим управлением

У пьезотехнологии по сравнению с электромагнитными форсунками движущаяся масса на игле форсунки меньше на 75 %. Уменьшение веса дает следующие преимущества:

· очень короткое время включения;

· возможно несколько впрысков на каждый рабочий такт;

· можно точно дозировать впрыскиваемое количество топлива .

Процесс впрыска, который может состоять из пяти частичных впрысков на каждый рабочий такт, имеет до двух предварительных впрысков в нижнем диапазоне оборотов и два дополнительных впрыска. Это позволяет получать меньший выброс отработавших газов и мягкий процесс сгорания.

При сжатии кристаллической решетки, состоящей из ионов (турмалин, кварц), возникает электрическое напряжение. При приложении электрического напряжения можно добиться обратимости пьезоэлектрического эффекта. При этом кристалл расширяется. Этот эффект применяется для управления форсунками.

Материалы: http://www.dvfokin.narod.ru/auto_ych/diesel/diesel_common_rail.htm