Топливная система common rail: что это и как работает,виды

Топливная система Common Rail применяется исключительно в дизельных двигателях и считается наиболее прогрессивной на текущий момент. В сравнении с другими схемами она обеспечивает более экономичный расход топлива, повышает экологическую безопасность автомобиля, отличается низким уровнем шума, но главное — создает более высокое давление подачи в камеру сгорания. О том, как устроена система впрыска Common Rail (Коммон Рейл) и каковы принципы ее работы, пойдет речь далее.

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.

Особенности работы форсунок

Но форсунки в системе впрыска Common Rail функционируют не так, как на механической схеме. Если раннее их открытие осуществлялось за счет превышения определенного значения давления, то здесь этим процессом полностью управляет ЭБУ.

Принцип работы электрогидравлических форсунок следует рассмотреть несколько подробнее. Открытие для подачи топлива осуществляется все так же – за счет давления, но сам принцип работы несколько иной.

Суть такова: на запорной игле распылителя сделан ободок, который играет роль поршня. Топливо под давлением подается и под этот поршень, и над ним. За счет равности давления и усилия пружины игла прижата к седлу и распылитель закрыт.

Пространство над иглой объединено каналом с магистралью слива. Но в этом канале размещается электромагнитный или пьезоэлектрический клапан, который перекрывает его.

Срабатывание форсунки делается за счет подаваемого электрического сигнала с блока. Он, поступая на клапан, приводит к его открытию, при этом канал отпирается и топливо из пространства над иглой уходит в сливную магистраль. В результате появляется разница давления и дизтопливо, находящееся под иглой, преодолевая усилие пружинки, приподнимает ее, открывая отверстия распылителя – происходит впрыск. Как только сигнал с ЭБУ пропадет, давление сразу же выровняется, и форсунка закрывается.

Подача топлива

Уже упоминалось, что система впрыска Common Rail использует многократную подачу дизтоплива в цилиндр за один рабочий цикл мотора. Всего применяется три вида впрыска – предварительный, основной и дополнительный.

Предварительный впрыск «подготавливает» среду. Небольшое количество топлива, впрыснутое чуть раньше, приводит к возрастанию давления и температуры в камере сгорания. В дальнейшем это обеспечивает легкое и плавное воспламенение основной части горючей смеси. Благодаря этому впрыску шумность работы дизельной силовой установки снижается.

При основном впрыске в камеру сгорания подается рабочая порция дизтоплива, которая и обеспечивает работу силовой установки.

Дополнительный впрыск происходит уже на цикле рабочего хода, после того, как смесь сгорела. В задачу этого впрыска входит увеличение температуры отработанных газов, обеспечивая сгорание частиц сажи в сажевом фильтре. Тем самым повышается экологичность выхлопа.

График впрыска топлива

Интересно, что ЭБУ может регулировать многократный впрыск, подстраивая подачу под определенные условия работы силовой установки. К примеру, на холостом ходу предварительных впрысков топлива может быть два, чтобы обеспечить более лучшие условия для сгорания основной порции дизтоплива. При средней же нагрузке предварительно топливо подается только раз, а при максимальной подготовка уже не требуется.

Как видно, водитель на процесс работы системы Common Rail практически не влияет. Даже нажимая на педаль акселератора, он просто подает сигнал на ЭБУ, который затем обработается и учтется при формировании импульса на открытие форсунок. Вся работа системы питания полностью контролируется и регулируется электронной частью.

Преимущества и недостатки

Стоит отметить, что в 2008 году такая система устанавливалась только на 24% автомобилей, а к 2016 году их количество возросло до 83%. Такая большая популярность объясняется положительными характеристиками системы:

1. Расход горючего снижается на 15%, при этом мощность силового агрегата увеличивается на 40%.
2. Снижение уровня шума и вибраций несмотря на то, что крутящий момент увеличился.
3. Значительное снижение выхлопа, соответствие экологическому стандарту Евро-4.
4. Давление для подачи горючего не зависит от скорости вращения коленвала. Благодаря этому удалось добиться стабилизации горения на холостом ходу и малых оборотах.
5. Топливо подаётся несколькими порциями за цикл, что обеспечивает его полное сгорание.
6. По сравнению с классической системой, конструкция «коммон рэйл» проще, а её ремонтопригодность — выше.

Однако существуют и недостатки:

1. Если сравнивать с классическим агрегатом подачи горючего, форсунки имеют более сложную конструкцию и требуют более частой замены.
2. Высокое требование к качеству топлива, что особенно актуально в российских реалиях.
3. Если нарушена герметизация хотя бы одного элемента, вся система перестаёт работать.

Разновидности систем common rail.

Система common rail имеет различные модификации.

Общепринятая спецификация различает несколько конфигураций системы common rail. Выбор установленной на автомобиле конфигурации зависит, прежде всего, от транспортного средства (для легковых автомобилей либо грузовых автомобилей). Принципиальная схема работы остается неизменной

Различия касаются, в основном, системы предварительной подачи топлива в контуре низкого давления и организации архитектуры системы.

Кроме того системы common rail могут отличатся схемой реализации используемого типа форсунок.

Тип 1. С электромагнитным клапаном

Тип 2. С пьезоэлектрическим приводом

Оба типа могут устанавливаться на дизельные двигатели как легкового, так и грузового транспорта.

Проблемы, возникающие при эксплуатации двигателей с системой common rail

Высокая технологичность данной системы позволяет значительно повысить мощность двигателя, гибкость его работы и надежность. Однако применение такой системы накладывает определенные требования к качеству топлива и качеству обслуживания. Дело в том, что выход из строя какого-либо компонента системы, является причиной полной остановки работы двигателя. Особо следует следить за форсунками и их чистотой, так как выход форсунок из строя грозит серьезными тратами.

Профилактика работы системы common rail

Существенно увеличить надежность и ресурс системы common rail позволяет правильное и своевременное техническое обслуживание и соответствующая профилактика.

Прежде всего, необходимо позаботиться о качестве топлива. К сожалению, не всегда есть возможность убедиться в качественных характеристиках топлива. Избежать проблем в таком случае позволяют топливные присадки. На рынке предлагается огромное количество присадок различных производителей. Мы рекомендуем использовать топливные известных производителей, использующих высококачественное сырье и современные технологии. Присадки таких производителей отличаются высокой эффективностью и безопасностью применения.

Система common rail, в силу своих конструктивных особенностей особенно трепетно относиться к чистоте всей системы и форсунок. К сожалению, качество дизельного топлива во многих регионах приводит к повышенному износу системы.

Поэтому, уход за топливной системой common rail следует разделить на два этапа:

Этап 1. Очистка форсунок от нагара и загрязнений. Крайне важный этап, позволяющий избавиться от повышенного нагара на форсунках. Очистку форсунок следует проводить не реже 1 раза в сервисный интервал! Оптимальная частота очистки форсунок – каждые 3-5 тыс км. пробега. К счастью, сейчас для очистки форсунок и топливной системы не нужно ее разбирать. Команда технологов немецкой компании Liqui Moly создала специальный препарат для очистки форсунок от нагара и загрязнений — Промывка дизельных систем Diesel Spulung. Регулярное применение промывки позволяет содержать форсунки в чистоте, тем самым, значительно увеличивая их ресурс.

Этап 2. Использование защитной (комплексной) топливной присадки. Также необходимый этап при эксплуатации систем с common rail, так как топливная аппаратура значительно страдает от коррозии. Задача данного типа присадок, в первую очередь, защита от коррозии. Мы рекомендуем использовать присадку Liqui Moly Diesel Systempflege. Она прекрасно защищает топливную аппаратуру от коррозии, а за счет специальных компонентов нивелирует низкие смазывающие свойства низкосернистого топлива (Euro стандарта).

Защита топливного фильтра дизельных автомобилей

Топливный фильтр присутствует на любом дизельном автомобиле. Крайне важным является его правильная замена.

Особенности эксплуатации системы common rail в зимний период

Не секрет, что самым тяжелым испытанием для топливной аппаратуры дизельного двигателя является его эксплуатация в зимний период.

Морозы и холодный пуск не прибавляют здоровья топливной аппаратуре. Дизельное топливо зимой должно обладать такими же характеристиками, как и в летний период. Для улучшения низкотемпературных свойств топлива и бесперебойной работы системы common rail рекомендуется использовать только качественные антигели! Дизельный антигель Diesel Fliess-Fit является победителем многих тестов как многих температурных тестов, так и обладает великолепными смазывающими свойствами, чего нет у дешевых аналогов.

Он предназначен для поддержания топлива в жидком состоянии при низких температурах до -31 °C. Используется для самых современных дизельных систем — присадка разработана по высочайшим стандартам в отношении безопасности для систем автомобиля.

Секрет эффективности Common Rail

Существует два главных фактора, которые обеспечивают высокую эффективность системы, это:

1. Разделение цикловой подачи на такты.
2. Впрыск горючего под высоким давлением.

В классических системах топливо подавалось большими порциями при низком давлении, которое редко превышало 700-800 бар. В результате дизель полностью не сгорал, что снижало эффективность двигателя. При использовании циклов, удалось поделить горючее на мелкодисперсные частицы — они активнее обогащаются кислородом и лучше сгорают. Благодаря такому принципу работы дизельного двигателя удалось повысить мощность силового агрегата без вмешательства в его конструкцию.

Цикловая подача горючего означает, что оно подаётся не одной большой порцией, а несколькими маленькими (от двух до семи). Можно выделить:

• предварительный впрыск — увеличивает температуру камеры сгорания и подготавливает её для основной подачи горючего;
• основной впрыск;
• дополнительный впрыск — применяется для прожига сажевого фильтра.

Помимо экономии топлива получилось добиться уменьшения шума работы движка и снижения вибраций.

Причины и признаки поломки Common Rail

Стоит знать основные симптомы, которые говорят о неисправности системы:

• после долгой стоянки заметно ухудшение пуска мотора;
• мощность силового агрегата упала, что особенно заметно при большой нагрузке или попытке достичь максимальной скорости;
• увеличился шум работы двигателя;
• нехарактерные вибрации движка;
• нехарактерный цвет выхлопа (черный или белый).

Основная причина неисправностей — низкое качество топлива. Обычно выходят из строя форсунки, ТНВД или насосы топливной подкачки.

• неисправность форсунок — мотор глохнет даже при наборе скорости;
• выход из строя датчиков или инжекторов ТНВД;
• загрязнение насоса высокого давления;
• подъём форсунки;
• разгерметизация насоса или его поломка.

Недостаточно знать, как работает данная топливная система — для определения неисправности потребуется провести тщательную диагностику. Исследуется не только механическая часть устройства, но и электронная. Не рекомендуется самостоятельно пытаться отремонтировать «Коммон Рэйл» — без должных навыков и диагностического оборудования можно только навредить, после чего потребуется уже не косметический ремонт, а полная замена.

Опора двигателя: что это и как работает,виды,фото

Дифференциал Torsen: устройство,виды и принцип работы

Что выбрать: гидроусилитель или электроусилитель руля?

Датчик дроссельной заслонки: предназначение,типы,виды,неисправности,фото

Датчик холостого хода: принцип действия,устройство,виды,фото,назначение

Система впрыскивания топлива Common Rail (Коммон Рэйл)

Система (с-ма) впрыскивания Common Rail (Коммон Рэйл) – это современнейшая система впрыскивания топлива диздвигателей. Работа системы Common Rail (Коммон Рэйл) основана на подаче топливной жидкости к форсункам от общего аккумулятора высокого давления (р) – так называемой топливной рампы («Common Rail» в переводе с английского — общая рампа). По сути эта система является разновидностью систем непосредственного впрыска топливной жидкости, то есть дизтопливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Данные разработки внедрены специалистами фирмы Bosch (Бош).

Применение системы Коммон Рэйл ведёт к существенному снижению расхода топливной жидкости, снижению токсичности отработанных газов и уровня шума диздвигателя. Система Common Rail (Коммон Рэйл) конструктивно определяется как контур высокого давления топливной с-мы диздвигателя.

Обсуждаемая нами система имеет следующее устройство:

Схема системы впрыска Коммон Рэйл приведена выше.

Топливный насос высокого р. Служит для создания высокого давления впрыскиваемого дизтоплива. Современные топливные насосы высокого давления выпускаются плунжерного типа.

Устойство дозирования топливной жидкости регулирует кол-во топливной жидкости, подаваемой к топливному насосу высокого р в зависимости от потребностей двигателя. Клапан сконструирован в связке с топливным насосом высокого р.

Регулятор давления (р) топлива предназначен для управления р топлива в используемой системе. Его устанавливают в топливной рампе.

Топливная рампа служит для накопления топливной жидкости.

Форсунки осуществляют непосредственный впрыск топливной жидкости в камеру сгорания двигателя. Используют следующие конструкции форсунок:

1. электрогидравлическая форсунка;
2. пьезофорсунка.

Впрыск топливной жидкости форсункой первого вида осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Главным работающим элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы. Они значительно повышают скорость работы выполняемой форсункой.

Управление работой Common Rail обеспечивается системой управления дизелем, которая включает:

1. датчики;
2. блок управления двигателем;
3. исполнительные механизмы систем двигателя.

С-ма управления дизелем включает следующие датчики:

1. датчик оборотов двигателя;
2. датчик холла;
3. датчик положения педали газа;
4. расходомер воздуха;
5. датчик температуры( t ) охлаждающей жидкости;
6. датчик давления ( p ) воздуха;
7. датчик t воздуха;
8. датчик p топливной жидкости;
9. кислородный датчик (лямбда-зонд);

Основные исполнительные механизмы системы впрыскивания Коммон Рэйл:

1. форсунки;
2. устройство дозирования топливной жидкости;
3. регулятор р топливной жидкости.

Основные принципы действия системы впрыскивания Common Rail (Коммон Рэйл)

На основании сигналов, которые поступают от датчиков, блок управления двигателем определяет нужное количество топливной жидкости, которое подается топливным насосом высокого р через устройство дозирования топливной жидкости. Насос накачивает топливную жидкость в топливную рампу. Там она находится под определенным р, которое обеспечивается регулятором р топливной жидкости.

В нужный момент времени блок управления двигателем дает команду определённым форсункам на начало впрыскивания, плюс обеспечивает требуемую продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от выбранных режимов работы двигателя блок управления корректирует все параметры работы с-мы впрыскивания.

С целью доступного повышения эффективной работы двигателя в системе Коммон Рэйл (Common Rail) осуществляется многократный впрыск топливной жидкости в течение одного цикла . При этом различают такие варианты впрыскиваний:

1. предварительный;
2. основной ;
3. дополнительный.

Предварительный впрыск необходимого, но небольшого, количества топливной жидкости производится перед основным впрыском для того, чтобы повысить t и p в камере сгорания. Следственно, достигают ускорения самовоспламенения основного заряда, снижения шума и токсичности отработанных газов.

В зависимости от режима работы двигателя производят:

• 2 предварительных впрыскивания — на холостом ходу;
• 1 предварительное впрыскивание — при повышении нагрузки;
• 0 (предварительное впрыскивание не производят) — при полной нагрузке.

Основной впрыск служит обеспечению работы двигателя.

Дополнительный впрыск производят для повышения t отработавших газов и сгорания частичек сажи в сажевом фильтре (иными словами —регенерация сажевого фильтра).

Развитие с-мы впрыска Common Rail (Коммон Рэйл) идёт по пути увеличения р впрыска:

• 1-е поколение – 140 МПа, начиная с 1999 г .;
• 2-е поколение – 160 МПа, начиная с 2001 г ;
• 3-е поколение – 180 МПа, начиная с 2005 г ;
• 4-е поколение – 220 МПа, начиная с 2009 г .

Чем выше р в системе впрыска, тем больше топливной жидкости можно впрыснуть в цилиндр за равные промежутки времени и, в соответствии с этим, получить большую мощность.

Топливный насос высокого р является одним из основных ко элементов в конструкции с-мы впрыска диздвигателя. Он выполняет, как правило, 2 важнейшие функции: 1-нагнетание под р 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 топливного насоса высокого р 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).

По конструкции выделяют следующие разновидности топливных насосов высокого р:

В первом из вышеперечисленных насосов нагнетание топливной жидкости в цилиндр производят отдельной плунжерной парой.

Второй вид насосов имеет 1 или несколько плунжеров. Они обеспечивают нагнетание и распределение топливной жидкости по всем цилиндрам.

Третьи осуществляют только нагнетание топливной жидкости в аккумулятор.

Топливный насос высокого р используют также в осуществлении впрыска бензинового двигателя, но его рабочее р на порядок ниже,чем в дизнасосе.

Ведущими производителями топливных насосов высокого р являются, в подавляющем большинстве, зарубежные компании: Bosch(Бош), Lucas(Лукас), Delphi(Делфи), Denso(Денсо), Zexel(Зексель).

Рядный топливный насос высокого давления(р)

Имеет плунжерные пары, сопоставимые с числом цилиндров. Они установлены в корпусе насоса, где также имеются каналы для подвода и отвода топливной жидкости. Движение плунжера идёт от кулачкового вала. А тот, в свою очередь, приводится в движение коленчатым валом двигателя. Плунжеры константно прижимаются к кулачкам с помощью пружин.

Таким образом, при вращении кулачкового вала кулачок непосредственно набегает на толкатель плунжера. А плунжер двигается вверх по втулке, при этом последовательно одно за другим закрываются выпускное и впускное отверстие. Создается р, при котором открывается нагнетательный клапан, и топливная жидкость по топливопроводу перетекает к соответствующей форсунке.

Схема рядного топливного насоса высокого р приведена сбоку.

Регулировка количества подаваемой топливной жидкости и момента начала его подачи может осуществляться как механическим путем, так и с помощью электроники. Механическое регулирование происходит за счёт поворота плунжера во втулке. Для выполнения этого действия на плунжере предусмотрена шестерня, тесно соединённая с зубчатой рейкой, которая связана с педалью газа. Верхняя часть плунжера имеет наклонную поверхность, исходя из этого, при повороте отсечка топливной жидкости и, соответственно, его количество будут меняться.

Изменение времени начала подачи топливной жидкости необходимо при изменении частоты вращения коленчатого вала . Механическая регулировка момента подачи топливной жидкости происходит с помощью центробежной муфты, которая располагается на кулачковом валу. Внутри неё находятся небольшие грузы, которые при начавшемся увеличении оборотов двигателя расходятся в стороны под действием центробежных сил и тем самым поворачивают кулачковый вал относительно привода. При увеличении количества оборотов двигателя обеспечивается раннее впрыскивание топливной жидкости, при уменьшении – позднее.

Конструкция рядных топливных насосов высокого р обеспечивает достойную надежность. Насосы смазывают ещё в заводских условиях моторным маслом с-мы смазки двигателя, в результате чего они могут работать на топливе достаточно низкого качества. Рядные топливные насосы высокого р применяются в двигателях средних и тяжелых грузовых автомобилей с раздельно расположенными камерами сгорания и с непосредственным впрыском. В легковых дизелях эта разновидность насосов применялась до 2000 г .

Распределительный топливный насос высокого давления (р)

В отличие от рядных насосов, они имеют 1 или 2 плунжера, обслуживающих все цилиндры, имеющиеся в двигателе. Распределительные насосы обладают существенно меньшей массой и габаритными параметрами, и обеспечивают большую равномерность подачи топливной жидкости.

С другой стороны, их отличает низкая долговечность работы сопряженных деталей. Все вышеизложенное и определяет область применения данных насосов – почти всегда на двигателях легковых автомобилей.

Основная конструкция распределительных топливных насосов высокого р может иметь различный привод плунжера:

1. торцевой кулачковый (насосы (Бош)Bosch VE);
2. внутренний кулачковый (роторные насосы(Бош) Bosch VR,(Лукас) Lucas DPC, Lucas DPS);
3. внешний кулачковый (отечественные насосы НД-21, НД-22).

В плане эксплуатации предпочтение стоит отдать первым двум типам , так как в них нет силовых нагрузок, создаваемых давлением топливной жидкости на узлы приводного вала и в пезультате повышается долговечность.

Схема распределительного топливного насоса высокого р приведена выше.

Основным элементом распределительного топливного насоса высокого р с торцевым кулачковым приводом плунжера (Bosch(Бош)VE) является плунжер-распределитель, совершающий возвратно-поступательные и вращательные движения, тем самым обеспечивая нагнетание и распределение топливной жидкости по цилиндрам.

Возвратно-поступательные движения плунжера происходят при вращении кулачковой шайбы, обегающей недвижимое кольцо по роликам. Она нажимает на плунжер, и за счет этого действия создается р топлива. К исходному положению плунжер возвращается с помощью пружины.

Вращение плунжера происходит благодаря приводному валу. При этом топливная жидкость распределяется по цилиндрам.

Регулировка величин подачи топливной жидкости осуществляется автоматически. Используются специальные механические или электронные устройства. Механический регулятор включает центробежную муфту с грузиками, та через систему рычагов действует на дозатор, который в свою очередь изменяет величину топливоподачи. Электронный же регулятор представляет собой электромагнитный клапан.

Регулировка величин опережения впрыскивания топлива в распределительном насосе происходит путем поворота недвижимого кольца на определенный угол.

Рабочий ход распределительного насоса включает впуск топливной жидкости в надплунжерное пространство, нагнетание её и распределение в соответствующие цилиндры.

Схема распределительного насоса роторного типа приведена ниже.

В распределительном насосе роторного типа нагнетание и распределение топливной жидкости по цилиндрам осуществляется различными по своей функции устройствами — плунжером и распределительной головкой. Нагнетание топливной жидкости осуществляется с помощью 2-х противолежащих плунжеров, которые расположены на распределительном валу. Плунжеры посредством роликов обегают профиль кулачковой обоймы и делают возвратно-поступательные движения.

При движении плунжеров друг к другу фиксируется рост р топливной жидкости, после чего она по каналам распределительной головки , а также нагнетательным клапанам доставляется к форсункам соответствующих цилиндров.

Топливная жидкость к плунжеру (либо плунжерам) подается под сравнительно небольшим давлением (р), которое создается топливоподкачивающим насосом. Он, в свою очередь, в распределительных насосах установлен на приводном валу в корпусе насоса. С точки зрения конструкции это может быть роторно-лопастной насос или шестеренный насос с внешним/внутренним зацеплением.

Смазка распределительного насоса высокого p производится дизтопливом, которое заполняет собой корпус насоса.

Магистральный топливный насос высокого давления (р)

Данный тип насоса используется в аккумуляторной с-ме впрыска топливной жидкости Common Rail (Коммон Рэйл), где он выполняет функцию по нагнетанию топливной жидкости в топливную рампу. Магистральные топливные насосы высокого р в итоге обеспечивают более высокое р топливной жидкости (в современных системах впрыска оно равно 180 МПА и более).

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.

Схема магистрального топливного насоса высокого р приведена выше.

При вращательном движении кулачкового вала (эксцентрика кулачковой шайбы) под действием возвратной пружинки плунжер двигается вниз. Увеличивается объем ( V ) компрессионной камеры и уменьшается давление (р) в ней. Под воздействием разряжения воздуха открывается клапан впуска, и топливная жидкость поступает в камеру.

При движении плунжера вверх происходит возрастание р в камере, клапан впуска закрывается. При создании определенного р открывается клапан выпуска и топливная жидкость поступает в рампу.

Управление подачей топливной жидкости производится в зависимости от потребностей двигателя и осуществляется с помощью устройства 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 (иное название — 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 с-мах впрыска как бензо-, так и диздвигателей. На современных вариантах двигателей устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыскивания.

В зависимости от того, каким способом осуществляется впрыскивание, различают нижеприведённые виды форсунок:

1)Электромагнитная форсунка

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

Схема электромагнитной форсунки приведена рядом.

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.

2)Электрогидравлическая форсунка

Используется на диздвигателях, в том числе, и на оборудованных системой впрыскивания Коммон Рэйл. В конструкцию электрогидравлической форсунки входит электромагнитный клапан, камера управления, впускной и сливной дроссели.

Приведена схема электрогидравлической форсунки.

Принцип работы этой форсунки основан на использовании р 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 (р) топливной жидкости на поршень в камере управления. Впрыскивание топливной жидкости не происходит. При этом давление (р) топлива на иголку, ввиду разности площадей ( S ) контакта, меньше р 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. Р на поршень снижается, а р топлива на иглу не претерпевает изменений. Игла поднимается, происходит впрыск топливной жидкости.

3)Пьезоэлектрическая форсунка (пьезофорсунка)

Это самое совершенное устройство, обеспечивающее впрыск топливной жидкости. Форсунка устанавливается на диздвигателях, оборудованных с-мой впрыска Common Rail.

К преимуществам пьезофорсунки относят:

• быстроту срабатывания (в 4 р. быстрее электромагнитного клапана), и, 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.

Приведена схема пьезоэлектрической форсунки.

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 р топливной жидкости. Во время подачи электросигнала на пьезоэлемент, увеличивается его длина. Передается усилие на поршень толкателя, открывается переключающий клапан и топливная жидкость поступает в сливную магистраль. Давление (р) выше иглы снижается. Иголка за счет р в нижней части поднимается, таким образом производится впрыск топливной жидкости.

Количество впрыскиваемой жидкости определяется:

• во-первых, длительностью воздействия на пьезоэлемент;
• во-вторых, р топливной жидкости в топливной рампе.

Экологические требования (экотребования) к современным двигателям внутреннего сгорания предполагают поддержание постоянного (стехиометрического) соотношения воздуха и топливной жидкости в топливно-воздушной смеси на всех этапах и режимах работы. Только в таком случае каталитический нейтрализатор в состоянии полностью удалить вредные вещества в отработавших газах.

Для поддержания постоянства стехиометрического соотношения компонентов требуется точная информация о значениях (расходе) всасываемого воздуха, которую может предоставить расходомер . Мерой расхода выступает или объем ( V ), или масса ( m ) всасываемого воздуха. Поэтому принято различать два способа определения расхода воздуха:

1. механический;
2. тепловой.

Механический способ основан на измерении V воздуха, пропорционального перемещению заслонки. Тепловой же способ предполагает измерение m воздуха в соответствии с изменением t чувствительного элемента.

Расходомер воздуха устанавливают во впускной с-ме между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой двигателя. Ведущим производителем расходомеров воздуха во всём мире является фирма Bosch (Бош).

Механический расходомер воздуха (мрв)

Используется в с-мах непосредственного впрыска Jetronic и в объединенных с-мах впрыска и зажигания. В системе K-Jetronic расходомер воздуха (рв) обеспечивает количественную регулировку топливно-воздушной смеси. Он редставляет собой напорный диск, который механически соединён с плунжером дозатора-распределителя.

В другой с-ме — KE-Jetronic- к механической схеме расходомера воздуха прилагается элемент электронного управления – потенциометр. Ещё более совершенный механический расходомер — в третьей системе- L-Jetronic.

С точки зрения конструкции механический расходомер включает:

1. корпус + демпфирующую камеру;
2. измерительную заслонку;
3. возвратную пружинку;
4. демпфирующую заслонку;
5. потенциометр;
6. а также, обводный канал с винтом качества.

Представлена схема механического расходомера воздуха

Принцип работы расходомера воздуха (РВ) построен на перемещении измерительной заслонки прямо пропорционально величине потока воздуха. При этом измерительная заслонка, демпфирующая заслонка, потенциометр размещены на одной оси, обеспечивающей прямую взаимосвязь между перемещением заслонки и изменением сопротивления ( R ) потенциометра.

С конструктивной точки зрения потенциометр выполнен в виде керамической подложки. На неё нанесены резисторные дорожки. А к дорожкам прижат ползунок потенциометра. На потенциометр подается определённое напряжение, меняющееся в зависимости от R . Изменение напряжения фиксируется электронным блоком управления как объемная характеристика всасываемого воздуха. Для корректуры показаний РВ в систему управления включен датчик температуры ( t ) входящего воздуха.

Сейчас механические РВ на двигатели внутреннего сгорания не устанавливаются.

Термоанемометрический расходомер воздуха (трв)

Являются более совершенными. Их работа основана на тепловом способе определения массового расхода воздуха. ТРВ не имеют подвижных механических частей, их характеризует быстродействие, точность и, в силу конструктивных особенностей, их функция не зависит от температуры( t ) воздуха.

Термоанемометрический расходомер воздуха (ТРВ) (иное наименование – датчик массового расхода воздуха) используют в современных системах впрыска бензо- и диздвигателей, в том числе и в системе непосредственного впрыска топливной жидкости. С конструктивной точки зрения ТРВ включен в систему управления двигателем. В ряде с-м управления двигателем он не используется вообще, а его функции выполняет датчик давления(р) воздуха во впускном трубопроводе.

В конструктивном плане (рассматривается чувствительный элемент) различают такие виды ТРВ:

1. проволочный (англ. HotWireMAFSensor );
2. пленочный ( англ .Hot Film Air Flow Sensor, HFM).

1.Основой первого является чувствительный элемент – платиновая нагреваемая нить. Работа РВ построена на поддержании постоянной t платиновой нити за счет нагревания электрическим током.

Во время движения потока воздуха через датчик чувствительный элемент охлаждается. Терморезистор увеличивает ток, нить нагревается. Преобразователь напряжения преобразует изменение тока нагрева используемого чувствительного элемента в выходное напряжение. Следует учитывать, что между выходным напряжением и массовым расходом воздуха имеется нелинейная зависимость, которая и учитывается блоком управления двигателя.

Для того, чтобы предотвратить загрязнение чувствительного элемента предусмотрен режим самоочистки. При его работе на простаивающем двигателе платиновая нить кратковременно нагревается до t = 1000°С.

Необходимо отметить, что в ходе эксплуатации данного РВ толщина платиновой нити уменьшается. Это приводит к снижению точности измерений.

2.Вышеописанного недостатка лишен пленочный РВ. Его принцип действия аналогичен проволочному , однако отличие в основном заключается в конструкции чувствительного элемента.

Приведена схема пленочного расходомера воздуха (ПРВ)

Чувствительный элемент ПРВ представляет собой кристалл кремния. На него нанесено несколько тоненьких платиновых слоев – резисторов, а именно : нагревательного резистора, 2-х терморезисторов, резистора датчика t воздуха.

Чувствительный элемент располагается в специальном воздушном канале. Туда воздух поступает за счет разряжения. Отметим,что высокая скорость потока предотвращает попадание в створ канала крупных частиц грязи. Конструкция воздушного канала может позволить определять массу( m ) как прямого, так и обратного (отраженного от закрытых клапанов) потока воздуха. Эта возможность увеличивает точность измерения.

Нагревательный резистор поддерживает определенную t чувствительного элемента. По разнице температур на терморезисторах определяется m всасываемого воздуха и направление потока воздуха. Выходной аналоговый сигнал расходомера — напряжение постоянного тока.

Отдельные конструкции датчиков массового расхода воздуха, вместо аналогового, генерируют цифровой сигнал. В системах управления он более предпочтителен, потому как не зависит от срока эксплуатации устройства, а также от характеристик электрической цепи.

Сигналы ПРВ используются блоком управления двигателем для определения вышеприведённых параметров:

• бензиновые двигатели – время впрыска, количество впрыскиваемой топливной жидкости, момент зажигания, порядок работы с-мы улавливания паров бензина;
• дизельные двигатели – время впрыска, порядок работы с-мы рециркуляции отработанных газов.

Датчик давления(р) топливной жидкости предназначен для измерения текущего р топлива. Применяется для управления в системе непосредственного впрыскивания бензодвигателей и системе впрыскивания Common Rail (Коммон Рэйл) диздвигателей. Устанавливается в топливной рампе.

Применение датчика обеспечивает поддержание заданного р в системе впрыска. Это, естественно, имеет большое значение для реализации номинальной мощности, снижения количества вредных выбросов и уровня шума при работе автодвигателя.

В некоторых конструкционных моделях системы непосредственного впрыска устанавливают 2 датчика давления (р) топлива, один – в контуре высокого р, другой – в контуре низкого р. Датчики, соответственно, имеют следующие названия – датчик высокого р топлива и датчик низкого р топлива.

Приведена схема датчика давления (р) топлива

Конструктивная основа датчика — сенсорный элемент, включающий стальную мембрану и тензорезисторы. Толщина мембраны соответствует измеряемому р (чем она толще , тем выше р). Тензорезисторы выполняют следующее: деформацию стальной мембраны преобразуют в изменение электрического R (сопротивления). Друг с другом они соединены в мостовую схему (так называемый мостик Уинстона), и к ним через усилитель подается напряжение.

Работа датчика давления (р) топливной жидкости осуществляется так:

-через штуцер топливная жидкость попадает к стальной мембране. Мембрана прогибается прямо пропорционально величине р. Соответственно изменяется и величина R тензорезисторов. Напряжение датчика на входе при этом может изменяться в пределах от 0 до 80 мВ. А с помощью усилителя показатели напряжения увеличиваются до значений 0-5 В , изменённые данные подаются на электронный блок управления. Там, в соответствии с программой, оценивается текущее значение р топливной жидкости. В том случае, если отклонение давления (р) топливной жидкости от заданной величины функционально значимо, срабатывает регулирующий клапан в топливной рампе.

При неисправности датчика давления (р) топлива (сигнал отсутствует) система управления двигателем начинает использовать стандартные данные р топливной жидкости. И мощность двигателя существенно падает.

Датчик давления (р) во впускном коллекторе (англ.Manifold Air Pressure Sensor, MAP sensor) – это один из датчиков, что используют в электронной системе управления бензодвигателя. Показатели, которые определяются датчиком, служат для расчета плотности воздуха и определения его массового расхода. Это, в свою очередь, позволяет значительно оптимизировать процессы образования и сгорания топливно-воздушной смеси. Датчик р во впускном коллекторе выступает как альтернатива расходомера воздуха (РВ). В некоторых конструктивных решениях с-м управления двигателем датчик давления (р) во впускном коллекторе используют совместно с РВ.

В бензодвигателях с турбонаддувом наряду с датчиком р во впускном коллекторе устанавливают датчик давления (р) наддува. Этот элемент устанавливается между турбокомпрессором и коллектором впуска. Служит для регулирования р наддува соответственно потребностям двигателя. Рассмотрим пример: в двигателе TSI с двойным наддувом устанавливается 3(три) датчика давления (р): во впускном трубопроводе, наддува и во впускном коллекторе.

Особенности устройства и преимущества топливной системы Common Rail

Топливная система Common Rail применяется исключительно в дизельных двигателях и считается наиболее прогрессивной на текущий момент. В сравнении с другими схемами она обеспечивает более экономичный расход топлива, повышает экологическую безопасность автомобиля, отличается низким уровнем шума, но главное – создает более высокое давление подачи в камеру сгорания. О том, как устроена система впрыска Common Rail (Коммон Рейл) и каковы принципы ее работы, пойдет речь далее.

1. Что такое топливная система Common Rail
2. Особенности и принцип работы
3. Достоинства и недостатки системы Common rail

Что такое топливная система Common Rail

Дословно термин Common Rail переводится на русский как общая магистраль. Главной конструктивной особенностью этой системы является наличие топливной рампы, в которой происходит аккумуляция топлива до его дальнейшей подачи в форсунки дизельного двигателя. В силу этой особенности подобные системы также называют аккумуляторными. Впервые она была представлена компанией Bosch в 1996 году.

Устройство топливной системы Common Rail

Конструктивно система Коммон Рейл делится на контуры низкого и высокого давления и состоит из следующих элементов:

• Подкачивающий топливный насос. Он подает дизельное топливо из бака в напорную магистраль.
• Топливный фильтр, оснащенный клапаном для предварительного прогрева при низких температурах.
• Вспомогательный топливный насос. Выполняет перекачку топлива от нагнетательной магистрали.
• Сетчатый фильтр.
• Температурный датчик. Фиксирует уровень прогрева топлива в системе.
• ТНВД (топливный насос высокого давления) – чаще всего применяется насос распределительного типа.
• Дозирующий клапан. Он регулирует количество топлива, попадающего в рампу.
• Регулятор давления дизтоплива. Необходим для поддержания заданных показателей давления топлива в магистрали высокого давления.
• Топливная рампа или аккумулятор. Фактически представляет собой трубку, по длине которой расположены штуцеры крепления форсунок.
• Датчик давления. Расположен в магистрали высокого давления. Он фиксирует и передает соответствующие данные ЭБУ (электронный блок управления) двигателя.
• Редукционный, или перепускной клапан. Позволяет поддерживать показатель давления в обратной магистрали на уровне 1 МПа, что обеспечивает правильную работу форсунок.
• Топливные форсунки. Бывают двух типов: электрогидравлические или пьезоэлектрические. Первые управляются электромагнитным клапаном, а вторые оснащены пьезокристаллами, что позволяет существенно повысить скорость их работы.

Более 70% всех производимых сегодня дизельных двигателей оснащается топливными системами Common Rail.

Особенности и принцип работы

Принцип работы топливной системы этого типа основан на разделении процессов создания высокого давления и непосредственно впрыска дизеля. Из топливного бака горючее закачивается в систему насосом низкого давления. При этом оно проходит через фильтры, где очищается от примесей и различных загрязнений. По контуру низкого давления дизтопливо поступает в ТНВД, который имеет механический привод. Он, в свою очередь, выполняет закачку топлива в рампу, где оно аккумулируется до момента впрыска. Это позволяет постоянно поддерживать нужный уровень давления, независимо от текущего режима работы двигателя.

Получая данные от датчиков системы, ЭБУ двигателя определяет, какое количество топлива необходимо подать ТНВД на топливную рампу. После этого открывается клапан дозирования горючего, которое поступает в аккумулятор. Топливо при этом находится под заданным уровнем давления, поддерживаемым регулятором.

Схема форсунки системы коммон рейл в разрезе

Как только необходимый объем дизеля закачивается в рампу, ЭБУ посылает команду на открытие форсунок, соответствующих циклу работы двигателя. В течение одного цикла работы такой системы осуществляется многократный впрыск, состоящий из трех этапов:

• Предварительный – необходим для повышения температуры и сжатия в камере сгорания, что позволяет ускорить процесс самовоспламенения. На холостом ходу может выполняться два предварительных впрыска, при увеличении оборотов – один, а на полной мощности предварительного впрыска нет.
• Основной – непосредственно обеспечивающий работу мотора.
• Дополнительный – необходим для увеличения температуры нагрева отработавших газов, что обеспечивает сгорание сажи и уменьшение объема вредных выбросов в атмосферу.

В современных дизельных двигателях может выполняться от 7 до 9 фаз впрыска.

Достоинства и недостатки системы Common rail

Изначально уровень давления, создаваемый на топливной рампе, составлял 140 МПа. Начиная с четвертого поколения, система позволила достигать показателей до 220 МПа. Такой прогресс позволил добиться увеличения объема топлива, впрыскиваемого в цилиндры мотора за один цикл, а следовательно, повысить мощность дизельных автомобилей.

Аккумуляторные топливные системы используют целый комплекс датчиков, позволяющих учитывать:

• давление в магистральном трубопроводе;
• скорость вращения коленчатого вала;
• расход воздуха, положение педали газа;
• температуру топлива и воздуха;
• данные лямбда-зонда.

Сигналы, поступающие от этих датчиков, дают возможность ЭБУ максимально оптимизировать работу дизельного двигателя. В сравнении с системами ТНВД с насос-форсунками, ремонтопригодность Common Rail выше в силу более простого устройства.

Среди недостатков системы Коммон Рейл – необходимость использования топлива более высокого качества. Поскольку в таких двигателях используются конструктивно сложные форсунки, их ресурс ниже. Также очень важно обеспечение полной герметичности. Так, например, при поломке форсунки, ее клапан будет постоянно находиться в открытом положении, и топливная система перестанет работать.

Появление топливной системы Common Rail стало настоящим прорывом в производстве дизельных двигателей. Она обеспечила возможность применения для дизелей всех классов высоких экологических стандартов, активно внедряемых в развитых странах.

Источник http://seite1.ru/zapchasti/toplivnaya-sistema-common-rail-chto-eto-i-kak-rabotaetvidy/.html
Источник Источник Источник Источник http://bustorgdetal.com/car-brands/CommonRail/
Источник Источник http://techautoport.ru/dvigatel/toplivnaya-sistema/common-rail.html