Принцип работы топливных систем Common Rail
09.02.2021
Владельцы автомобилей с дизельным мотором чрезвычайно страдают от требований к соблюдению экологических норм Европы. Ведущие автоконцерны делают все возможное, чтобы минимизировать расход топлива и таким способом сократить количество вредных выбросов в окружающую среду. Одно из эффективных решений – установка топливных систем Common Rail. Результатом внедрения технологии стало соответствие установленному стандарту EURO-4, а также дополнительное обеспечение экономии горючего с увеличением мощности движка.
Общая характеристика
Common Rail сравнима с уже устаревшей, но ранее весьма популярной, системой распределительного типа. Установленные форсунки открываются лишь тогда, когда достигнуты определенные показатели давления. Через них топливный насос подает четко отмеренную дозу горючего. Механизм нагнетает солярку на топливную раму под давлением до 250-300 МПа, а впрыск контролируется ЭБУ.
В случае применения Common Rail дизельное топливо подается от единой аккумуляторной батареи.
Почему Common Rail настолько эффективна
Цикловая подача топлива – главный козырь системы. Дизель подается порционно – от 2 до 7 раз за цикл. Система самостоятельно делит впрыски на:
- предварительный;
- основной;
- дополнительный.
Особенность – впрыскивание солярки в камеру сгорания происходит под высоким давлением. Благодаря такой подаче сжигание происходит в разы эффективнее.
Это способствует обогащению мелкодисперсионных частиц кислородом, а значит, и обеспечению более качественного горения впоследствии.
Плюсы и минусы системы
Достоинства очевидны:
- снижение расхода топлива на 15%;
- увеличение мощности мотора на 40%;
- дизель подается порционно, поэтому полноценно сгорает;
- при увеличении крутящего момента не возрастает уровень шума;
- минимальный выхлоп;
- высокая ремонтопригодность системы.
К недостаткам можно отнести частую замену форсунок и выдвижение особенных требований к качественным характеристикам заправляемого горючего.
Топливный насос внутреннего давления
К созданию рассматриваемой нами системы непосредственное отношение имеет компания BOSGH. Они создали ведущую пятерку модификаций ТНВД, где применена «Коммон Рэйл»:
- СР4 – бывают модификации с 1 или 2 плунжерами, оснащенные механическим отсеком низкого давления на 5 бар и регулятором;
- СР3 – позволяет регулировать объем дизеля еще до поступления к плунжерам, предусматривает установку исключительно пьезоэлектрических форсунок;
- СР2 – пригодна для установки на грузовой и пассажирский транспорт;
- СР1Н – создает давление до 1800 бар, присутствует клапан регулятора объема топлива, вместо насоса оснащен подкачивающей секцией, которая размещена в корпусе насоса;
- СР1 – насос без клапана дозировки, но с установленным в баке подкачивающим насосом.
Форсунки
Используются один из 2 видов форсунок:
- пьезоэлектрические – расширение пьезокристалла происходит при подаче напряжения, игла распылителя двигается в ускоренном темпе, за счет чего увеличивается масса впрыскиваемого за один цикл топлива;
- электрогидравлические – напряжение подается на электромагнитный клапан, игла поднимается и подается порция горючего.
Пьезоэлектрические форсунки отличаются достаточно усложненной конструкцией и имеют небольшой срок эксплуатации, их сложно ремонтировать. Электрогидравлические более надежные и пригодны для ремонта.
Причины неисправности
Система вышла из строя, если водитель заметил:
- сложности с запуском двигателя после долгого простоя авто;
- снижение мощности силового агрегата при желании развить высокую скорость движения;
- усиление шума при работе мотора;
- изменение цвета выхлопа.
Каждый из этих симптомов может сообщать о проблемах с работой ТНВД, насоса топливной подкачки или форсунок. Диагностику системы Common Rail и ее ремонт при любой поломке следует доверить мастерам из автосервиса, которые проверят механику, а также обратят пристальное внимание на электронную часть устройства. В противном случае самостоятельный ремонт может привести к необходимости полной замены узла.
Возврат к списку
Поделиться:
Заявка на диагностику и ремонт
Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!
Отправить заявку
Что такое топливная система Common Rail?
Конструктивные особенности системы
Характерная особенность конструкции топливной системы Common Rail ― наличие двух контуров давления, высокого и низкого. В ее состав входят:
- Топливный насос низкого давления (или подкачивающий насос) для подачи дизтоплива из бака в напорную магистраль.
- Топливный фильтр, в котором есть клапан для предварительного прогрева дизтоплива.
- Дополнительный топливный насос для подачи дизтоплива от нагнетательной магистрали.
- Топливный фильтр грубой очистки.
- Датчик температуры для определения уровня прогрева дизтоплива.
- Топливный насос высокого давления (ТНВД). Обеспечивает подачу дизтоплива в цилиндры. Автопроизводители отдают предпочтение устройствам распределительного типа.
- Перепускной клапан ТНВД для регулирования количества дизтоплива, поступающего в топливную рампу.
- Регулятор давления топлива, обеспечивающий поддержание требуемого давления в магистрали высокого давления.
- Топливная рейка, которую также называют аккумулятором или рампой, представляет собой специальную трубку из коррозионностойкой стали со штуцерами для подключения манометра и крепления форсунок.
- Датчик давления для фиксации и передачи данных на электронный блок управления.
- Регулятор давления топлива для поддержания давления в обратной магистрали. Этот клапан для обеспечения работы форсунок поддерживает давление 1 МПа.
- Пьезоэлектрические и электрогидравлические топливные форсунки. В конструкции первых используются пьезокристаллы, что дает значительное повышение скорости работы. Для управления вторых применяют электромагнитный клапан.
Согласно статистике, топливные системы Common Rail сегодня установлены на 70% выпускаемых дизельных двигателях.
Принципы и особенности работы
В топливной системе Common Rail используется принцип разделения процесса создания высокого давления и самого впрыска. Для подачи дизтоплива из бака используется ТННД. Очистка от загрязнений и примесей выполняется фильтрами, через которые проходит дизтопливо. В топливный насос высокого давления с механическим приводом топливо поступает по контуру низкого давления. Функция ТНВД заключается в подаче дизтоплива в топливную рампу, где происходит аккумуляция перед впрыском.
Такая конструкция дает возможность поддерживать требуемый уровень давления, при этом текущий режим работы мотора на этот параметр не влияет.
Электронный блок управления ДВС на основании полученных от датчиков данных определяет необходимое количество дизтоплива, которое ТНВД должен подать на топливную рампу. Затем происходит открытие клапана дозирования дизтоплива для подачи в аккумулятор. Регулятор обеспечивает требуемый уровень давления дизтоплива.
Передача команды ЭБУ на открытие форсунок происходит после поступления требуемого количества дизтоплива в рампу. Открываются форсунки, соответствующие циклу работы двигателя. Один цикл включает состоящий из трех этапов многократный впрыск:
- На предварительном этапе происходит повышение температуры и увеличения сжатия в камере сгорания. Это обеспечивает ускорение процесса самовоспламенения. Для работающего на полной мощности мотора предварительный впрыск не выполняется. На холостых оборотах необходимы два предварительных впрыска, один впрыск нужен при увеличении оборотов.
- Работа двигателя обеспечивается на основном этапе.
- На дополнительном этапе увеличивается температура нагрева ОГ. Это необходимо для обеспечения сгорания сажи, что уменьшает вредные выбросы в атмосферу.
Количество фаз впрыска в современных моторах колеблется от 7 до 9.
Плюсы Common Rail
- Давление в топливной рампе систем первого поколения не превышало 140 МПа. Увеличение давления в последующих поколениях позволило достигнуть уже 220 МПа. Такое улучшение показателя давления дало возможность увеличить объем дизтоплива, поступающего в цилиндры двигателя за один цикл, что повышает мощность дизельных автомобилей.
- Использование в системе комплекса датчиков дает возможность учитывать множество параметров, включая скорость вращения коленвала, давление в магистральном трубопроводе, температуру дизтоплива, расход воздуха, данные лямбда-зонда.
- Анализ поступающих данных позволяет электронному блоку управления оптимизировать работу мотора. При этом ремонтопригодность системы Common Rail из-за более простого устройства выше, чем у ТНВД с насос-форсунками.
При этом ремонтопригодность системы Common Rail из-за более простого устройства выше, чем у ТНВД с насос-форсунками.Минусы Common Rail
- Необходимость применения более качественного дизтоплива. Меньше ресурс форсунок из-за их сложной конструкции.
- Требуется обеспечить герметичность системы, потому что находящийся в открытом положении клапан после поломки форсунки приведет к остановке топливной системы.
Упрощенное представление о дизельном двигателе Электронная система впрыска топлива Common Rail
В системе Common Rail топливо подается к форсункам из аккумулятора высокого давления, называемого рампой. Рейка питается топливным насосом высокого давления. Давление в рампе, а также начало и конец впрыска в каждом цилиндре контролируются электроникой. Преимущества системы Common Rail включают в себя гибкость в управлении моментом впрыска и скоростью впрыска. Доказано, что стабильные предварительные впрыски, которые могут осуществляться через систему Common Rail, снижают шум двигателя и выбросы NOx.
Схема системы Common Rail
Система Common Rail включает следующие компоненты:
- Топливный насос высокого давления
- Рельс для хранения и раздачи топлива
- Электрогидравлические форсунки
- Электронный блок управления (ЭБУ).
Электрический подкачивающий насос низкого давления с приводом от распределительного вала забирает топливо из топливного бака, нагнетает его в систему впрыска топлива Common Rail через топливный фильтр и подает насос высокого давления. Электромагнитный дозирующий клапан регулирует количество топлива, поступающего в насос высокого давления. Насос высокого давления приводится в действие двигателем и подает топливо под постоянным давлением через регулятор давления в рампу. Датчик давления, установленный в рампе, контролирует давление топлива. Этот сигнал используется ЭБУ для управления давлением в рампе, воздействуя как на регулятор давления, так и на впускной дозирующий клапан.
Избыточное топливо возвращается от регулятора давления в топливный бак (температура возвратного топлива в системе CR выше, чем в обычных системах впрыска топлива, и часто превышает 100°C — важный фактор при использовании топливных присадок или эмульгированных топлив). в двигателях CR).
Рейка служит топливным аккумулятором. Объем топлива в рампе также гасит колебания давления, вызванные насосом высокого давления и процессом впрыска. Из рампы топливо под постоянным давлением по трубопроводам высокого давления подается к форсункам. ЭБУ генерирует импульсы тока, которые последовательно подают питание на каждый электромагнитный клапан форсунки и определяют начало и конец каждого события впрыска за цикл двигателя. Common Rail может генерировать более одного впрыска и обеспечивает более гибкое управление скоростью впрыска по сравнению с обычными системами впрыска с роторным насосом.
Common Rail
Топливная рампа представляет собой толстостенную трубку, предназначенную для обеспечения полной заправки топливом без значительного падения давления.
Объем рельса варьируется от нескольких кубических сантиметров в легковых автомобилях до 60 см3 в большегрузных автомобилях. Электромагнитный дозирующий клапан на входе в насос регулирует подачу топлива под высоким давлением в рампу. Давление в рампе можно регулировать в диапазоне от 20 до 250 МПа.
Как и в случае с системами P-L-N, система Common Rail также подвержена эффектам, связанным с волновой динамикой в рампе и топливопроводах. Волны, возникающие при резких изменениях давления в одной части системы, например, при открытии игольчатого клапана нагнетания, могут отражаться на жестких концах системы и возвращаться к своим источникам, вызывая нежелательные последствия, такие как снижение давления нагнетания.
Форсунки
Конструкция форсунок должна обеспечивать высокую точность как количества топлива, так и времени начала впрыска. В системах Common Rail используются электрогидравлические форсунки, которые включают небольшой регулирующий клапан с гидравлической балансировкой.
Обычный игольчатый клапан управляется путем регулировки перепада давления между седлом (нижняя сторона) и верхней частью клапана с использованием небольшого управляющего клапана с электромагнитным управлением, установленного над иглой. В некоторых системах Common Rail соленоид заменен пьезоприводом 9.0003
Регулирующий клапан может быть двух- или трехходовым в различных исполнениях. Форсунка отличается малыми габаритными размерами, во многих конструкциях легковых автомобилей используется оболочка диаметром 17 мм. Малая движущаяся масса и малые размеры компонентов имеют то преимущество, что уменьшают силу удара по седлу сопла при закрытии сопла. Еще одним преимуществом этого типа конструкции является его работа с малым управляющим током. Форсунка CR открывается и закрывается движениями иглы форсунки. Игла уравновешивается давлением в седле сопла и в камере управления иглой (пространство, расположенное на противоположном конце иглы). Когда на электромагнитный клапан подается питание от ECU, он открывает камеру обратного топливопровода.
Давление в камере управления иглой падает, игла поднимается, открывается сопло и начинается впрыск. Когда ток в электромагнитном клапане падает до нуля, регулирующий клапан возвращается в свое седло. Давление в камере управления иглой увеличивается и становится равным давлению на седле форсунки. Игла закрывается под действием силы пружины сопла и останавливает инъекцию. Оптимальное управление системой достигается путем калибровки нескольких отверстий в гидравлическом узле форсунки. Объем впрыска определяется давлением в рампе, гидравлическим потоком форсунки и длительностью импульса от ECU. В системе Common Rail игла форсунки всегда находится под высоким давлением. Как только игла открывается, начинается инъекция. Это создает уязвимость системы Common Rail к случайным утечкам топлива. Если игла закрыта не полностью, после впрыска топливо под высоким давлением будет просачиваться в камеру сгорания. Это может произойти, например, когда частица грязи попала в седло форсунки. Утечка приводит к ненормальному сгоранию, что может проявляться детонацией двигателя.
Функции системы впрыска CR
Система впрыска топлива Common Rail в сочетании с блоком управления двигателем выполняет ряд важных функций, отвечающих требованиям современных силовых агрегатов. Эти функции можно классифицировать следующим образом:
- Подача топлива и синхронизация впрыска
- Модуляция скорости впрыска (пилотный впрыск)
- После (вторичных) инъекций
- Регулятор скорости
- Процедура холодного пуска
Подача топлива и синхронизация являются основными функциями любого типа системы впрыска топлива, которые влияют на крутящий момент двигателя и выходную мощность, экономию топлива, выбросы и шум. Подача топлива зависит от давления впрыска и продолжительности. В системе CR оба параметра, а также момент впрыска можно контролировать в более жестких пределах, чем в обычных топливных системах.
Одной из причин стремления к использованию системы Common Rail было стремление минимизировать требования к крутящему моменту насоса.
Еще одним важным фактором при принятии решения в пользу Common Rail было качество шума. Двигатели DI характеризуются более высокими пиковыми давлениями сгорания и, следовательно, более высоким уровнем шума, чем двигатели IDI. Было обнаружено, что улучшенный шум и низкие выбросы NOx лучше всего достигаются за счет введения предварительного впрыска. Лучше всего это было реализовано в системе Common Rail, которая обеспечивала стабильную подачу небольшого количества запального топлива во всем диапазоне нагрузки/скорости двигателя.
Система Common Rail также совместима с турбонагнетателями с изменяемой геометрией (VGT). Если используется VGT, традиционные системы впрыска трудно согласовать с двигателем, поскольку максимально доступное давление впрыска в системе P-L-N увеличивается с частотой вращения двигателя. Система Common Rail, в которой давление впрыска регулировалось независимо от частоты вращения двигателя, могла быть согласована с этими комбинациями турбокомпрессора двигателя, обеспечивающими больший крутящий момент на низких скоростях и, таким образом, лучшую экономию топлива.
В системе Common Rail топливо подается к форсункам из аккумулятора, называемого Rail. Рейка питается топливным насосом высокого давления. Давление в рампе, а также начало и конец впрыска в каждом цилиндре контролируются электроникой. Система характеризуется следующими преимуществами:
Давление топлива не зависит от числа оборотов двигателя и условий нагрузки, что позволяет гибко контролировать как скорость впрыска, так и синхронизацию. Эта особенность отличает систему Common Rail от обычных систем впрыска, в которых давление впрыска увеличивается с ростом частоты вращения двигателя.
Высокое давление впрыска и хорошая подготовка к распылению возможны даже при низких оборотах двигателя и нагрузке.
Способность производить стабильные небольшие предварительные впрыски может использоваться для снижения выбросов NOx и шума.
Дополнительный впрыск можно использовать вместе с такими технологиями контроля выбросов, как сажевые фильтры, каталитические нейтрализаторы NOx или адсорберы NOx.
Топливный насос работает с низким пиковым крутящим моментом приводного вала.
Для большинства двигателей системы Common Rail могут заменить обычные системы впрыска без необходимости значительных модификаций двигателя.
В двигателях с искровым зажиганием и дизельных двигателях может использоваться практически один и тот же картер, одна и та же сборочная конструкция и одни и те же технологии датчиков коленчатого и распределительного вала.
Недостатком системы Common Rail является ее потенциальная уязвимость к случайным утечкам топлива из-за того, что игольчатые клапаны форсунок всегда подвергаются воздействию высокого давления топлива. Важной, но не тривиальной функцией системы управления является обнаружение условий неисправности, связанных с утечками топлива.
Система впрыска Common Rail (CRDi)
Добро пожаловать, Гость! > Система впрыска Common Rail (CRDi) w3.org/1999/xhtml» cellspacing=»0″> |
C Система непосредственного впрыска топлива ommon rail представляет собой современный вариант системы непосредственного впрыска топлива для бензиновых и дизельных двигателей. На дизельных двигателях он оснащен топливной рампой высокого давления (более 1000 бар или 100 МПа; 15000 фунтов на квадратный дюйм), питающей отдельные электромагнитные клапаны, в отличие от форсунок блока питания топливного насоса низкого давления (или насосных форсунок). Дизели Common Rail третьего поколения теперь оснащены пьезоэлектрическими форсунками для повышения точности и давлением топлива до 3000 бар (300 МПа; 44000 фунтов на квадратный дюйм). В бензиновых двигателях он используется в технологии двигателей с непосредственным впрыском бензина. Прототип системы Common Rail был разработан в конце 1960-х годов Робертом Хубером из Швейцарии, а технология получила дальнейшее развитие у доктора Марко Гансера в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе, позже в компании Ganser-Hydromag AG (осн. Первое успешное использование в серийных автомобилях началось в Японии в середине 1990-х годов. Доктор ШохейИто и Масахико Мияки из Denso Corporation, японского производителя автомобильных запчастей, разработали топливную систему Common Rail для большегрузных автомобилей и применили ее на практике в своей системе Common Rail ECD-U2, установленной на грузовике Hino Rising Ranger и продано для общего пользования в 1995. Денсо утверждает, что первая коммерческая система высокого давления в 1995 году. Современные системы Common Rail, хотя и работают по тому же принципу, управляются блоком управления двигателем (ECU), который открывает каждую форсунку электронным, а не механическим способом. Это было широко прототипировано в 1990-х годах при сотрудничестве MagnetiMarelli, Centro Ricerche Fiat и Elasis. После исследований и разработок, проведенных группой Fiat, дизайн был передан немецкой компании Robert Bosch GmbH для завершения разработки и усовершенствования, приобретенных для массового производства. |
1995 г.) в Оберэгери.