Паливна система Сommon Rail: принцип роботи уприскування, двигуна

Система Сommon Rail стала величезним кроком вперед у розвитку дизельних двигунів. Розглянемо принцип роботи системи упорскування, а також переваги і недоліки двигунів з Коммон рейл.

принципова відмінність

На відміну від системи розподільного типу, де форсунки відкриваються при певному тиску і впорскують строго відведену ТНВД порцію палива, Сommon Rail передбачає подачу дизельного пального до всіх форсунок від загального акумулятора – паливної рами (common rail з англ. – загальна магістраль). Основна роль ТНВД – нагнітання пального під високим тиском в паливну рампу, тоді як за уприскування палива відповідає ЕБУ двигуна. Момент початку впорскування, кількість палива, що подається і кількість вприськов за цикл регулюється моментом і часом відкриття форсунок.

Пристрій

Жовтим кольором показаний контур низького тиску, червоним – контур високого тиску, коричневим – зворотний злив палива в бак.

  1. Топливоподкачивающий насос.
  2. Паливний фільтр.
  3. Паливний насос високого тиску.
  4. Клапан дозування.
  5. Датчик тиску палива в рампі.
  6. Акумулятор високого тиску – паливна рейка.
  7. Регулятор тиску (контрольний клапан).
  8. Інжектори.

Розширена схема системи живлення дозволяє зрозуміти, які датчики, виконавчі механізми і агрегати задіяні в роботі двигуна з системою впорскування Сommon Rail.

Сommon Rail в дії

Паливний насос низького тиску (його роль може виконувати підкачувати секція, розташована в корпусі ТНВД або електричний насос в паливному баку) подає паливо під тиском 2,6-7 бар до ТНВД, в якому і відбувається нагнітання тиску палива. При прокручуванні двигуна стартером ТНВД здатний створювати тиск 500-600 бар. Після запуску двигуна ця величина зростає до 1300-2000 бар.

У рейці постійно підтримується оптимальний тиск, величина якого контролюється за допомогою датчика тиску, зайве паливо скидається регулятором в магістраль зворотного зливу. Регулятор може розташовуватися в паливній рейці або в корпусі ТНВД. Додатково в рейці може бути вмонтований клапан екстреного скидання палива, що запобігає розрив рейки в разі нештатної ситуації. Також для більш точної роботи в деяких системах в паливну рампу вмонтований датчик температури палива. У деяких варіантах системи можна зустріти окрему форсунку, що використовується для збільшення дозування палива і пропалювання фільтр сажі, в інших системах робота двигуна в режимі запису досягається зміною ЕБУ моменту уприскування і кількості що подається в циліндри дизеля.

форсунки

Під тиском паливо подається до форсунок, які можуть бути 2 видів.

  • Електрогідравлічні. Являють собою звичайні електромагнітні форсунки, підняття голки розпилювача і подача палива в яких здійснюється після подачі напруги на електромагнітний клапан. Електромагнітні форсунки дуже надійні і мають високий рівень ремонтопридатності.
  • П’єзоелектричні. П’єзокристал при подачі на нього напругу дуже швидко розширюється, дозволяючи голці підніматися в 3-4 рази швидше, ніж у випадку з електромагнітної форсункою. Це підвищує швидкодію форсунки, завдяки чому за такт можна здійснити більшу кількість уприскування дизеля в камеру згоряння, а також точніше відміряти подається порцію пального. Але складність конструкції обертається меншим ресурсом і труднощами в ремонті.

ТНВД

Паливна система Сommon Rail була розроблена фахівцями компанії Bosch, якій і належить основна частка ринку дизельних систем уприскування. На даний момент існує 5 генерацій ТНВД Bosch системи Сommon Rail.

  • СР1 – трехплунжерний ТНВД з підкачувати секцією, розташованої в баку. Насос позбавлений клапана дозування палива, його функцію виконує регулятор тиску, вмонтований в рейку (відмітна риса систем з СР1). Найчастіше СР1 комплектуються електромагнітними форсунками.
  • СР1Н – вдосконалений варіант СР1. Замість насоса, що підкачує в баку, в корпус ТНВД вмонтована механічна підкачувати секція. Головна особливість – наявність клапана регулювання кількості палива, що нагнітається в рейку. У порівнянні з СР1, забезпечує великий тиск – 1600-1800 бар. Також велика ефективність досягається за рахунок можливості примусового відключення одного з плунжеров, коли у великому кількості пального немає необхідності.
  • СР2 – ТНВД, призначені для важкого комерційного транспорту.
  • СР3. Відмінна риса – кількість повітря, що нагнітається палива регулюється не в контурі високого тиску, а ще на підході до плунжера шляхом контролю обсягу палива, що подається до насоса. СР3 має механічну топливоподкачивающих секцію (варіанти з електронасосами вкрай рідкісні). Двигуни з ТНВД СР3 оснащувалися тільки п’єзоелектричними форсунками CRI 3.
  • СР4. ТНВД має дві модифікації: одноплунжерний CP 4.1 (створюваний тиск – 1800 бар) і 2-плунжерний CP 4.2 (максимальний тиск – 2000 бар). ТНВД має вбудований регулятор тиску і механічну секцію низького тиску (5 бар). Більшість двигунів з СР4 оснащуються пьезофорсунками, але існують системи і з електрогідравлічними інжекторами.

Крім Bosch, виробництвом компонентів і удосконаленням системи Сommon Rail займаються Delfi (Lukas), Densо і ін.

управління

За допомогою даних, отриманих від датчика положення педалі газу, ЕБУ розуміє бажаний водієм рівень крутного моменту. Зчитуючи дані з ДВКВ, ДВРВ, ДМРВ, ДТОЖ, датчика наддуву, датчика температури палива в рампі, електронний блок керування двигуном оцінює фактичну режимну навантаження на мотор і вирішує, в який момент потрібно подати сигнал на форсунки і скільки палива впорснути в циліндри за цикловую подачу .

У чому секрет ефективності

Поділ циклової подачі на такти і впорскування палива під великим тиском – два фактори, що забезпечують дизельних двигунів з уприскуванням Сommon Rail потужність, економічність і дружелюбність до навколишнього середовища.

ТНВД розподільного типу з електронним управлінням, не кажучи вже про повністю механічних насосах, подавали дизель в циліндри великими порціями і під порівняно малим тиском (наприклад, ТНВД Bosch VE міг видати всього 700 бар при 2400 об / хв). Збільшення тиску при розпилюванні дозволяє розбити паливо на більш дрібнодисперсні частинки, збільшивши тим самим площу контакту частинок дизеля з окислювачем – киснем. Чим менше розпорошуються частки палива, тим вони швидше нагріваються і, як наслідок, ефективніше згоряють. В результаті ми отримуємо велику потужність двигуна, як так паливо згорає практично повністю, вивільняючи більшу кількість енергії, і меншу витрату палива. У випадку з єдиним акумулятором немає прямої залежності між оборотами двигуна і тиском палива в рампі, тому навіть на холостих обертах тиск достатня для якісного розпилення.

Розподіл циклової подачі на такти означає, що за такт впуску форсунка встигає впорснути паливо не один, а кілька разів (від 2 до 7 в сучасних системах). розрізняють:

  • попередній впорскування – призначений для підняття температури в камері згоряння і кращого загоряння основного вприскування, на який і доводиться велика частка дизельного палива;
  • основний впорскування;
  • додатковий впорскування – може бути використаний для запису фільтр сажі.

Поділ циклової подачі дозволяє зменшити характерний шум роботи дизельного двигуна, так як тиск в камері згоряння наростає поступово, тому характерний вибух ТПВС в камері відбувається м’якше. Кількість вприськов визначається ЕБУ і залежить від багатьох параметрів (режиму роботи двигуна, навантаження, температури ОЖ і т.д.).

Переваги і недоліки

Основні переваги дизельних ДВС з уприскуванням Сommon Rail:

  • економічність;
  • прийомистість двигуна (еластичність), потужність;
  • зменшення вібрацій, шуму;
  • екологічність.

Як би це дивно не прозвучало, але система уприскування з паливною рейкою не має явних недоліків, так як назвати мінусом вимогливість до якості палива було б неправильно. Погодьтеся, що це швидше проблема АЗС і контролюючих органів, ніж системи упорскування дизельного двигуна. Негативними моментами можуть стати лише конструктивні особливості ТНВД, форсунки або датчиків тій чи іншій моделі. Наприклад, деякі насоси мають досить м’який алюмінієвий корпус, тому з часом вони починають гнати стружку, поява якої утроби виходом з ладу форсунок і прискореним зносом ТНВД. Також всім відомо, що п’єзоелектричні форсунки мають менший ресурс і часто не піддаються ремонту.

При експлуатації дизельного двигуна з системою Сommon Rail слід пам’ятати про високі вимоги до якості палива і строгому дотриманні періодичності заміни фільтрів.

Ссылка на основную публикацию