Система за впръскване на гориво Common Rail
1 - горивна помпа за високо налягане; 2 - горивен филтър; 3 - резервоар за гориво с предварителен горивен филтър и бустерна горивна помпа; 4 - ECU; 5 - контролен блок за подгревни свещи; 6 - акумулаторна батерия; 7 - акумулатор за високо налягане (rail); 8 - сензор за налягане; 9 - клапан за ограничаване на налягането; 10 - сензор за температура на горивото; 11 - дюза; 12 - подгревна свещ; 13 - сензор за температура на охлаждащата течност; 14 - сензор за скорост на коляновия вал; 15 - сензор за положение на разпределителния вал; 16 - температурен датчик на въздуха, влизащ в двигателя; 17 - сензор за налягане при усилване (BPS); 18 - разходомер на въздуха; 19 - турбокомпресор; 20 - EGR позиционер; 21 – комбинация от устройства; 22 - сензор за положение на педала на газта; 23 - спирачни контакти; 24 - включване на педала на съединителя; 25 - сензор за скорост; 26 - блок за контрол на скоростта на автомобила; 27 - компресор на климатика; 28 - блок за управление на климатика; 29 - диагностичен инструмент с конектор
1 - резервоар за гориво; 2 - предварителен горивен филтър; 3 - бустерна горивна помпа; 4 - горивен филтър; 5 - горивопроводи с ниско налягане; 6 - горивна помпа за високо налягане; 7 - горивопроводи с високо налягане; 8 - акумулатор за високо налягане (rail); 9 - дюзи с електромагнитно управление, завинтени в главата на цилиндъра; 10 - тръбопровод за връщане на гориво; 11 - ECU
Горивната система Common Rail включва горивна степен с ниско налягане и горивна степен с високо налягане и ECU (11).
Подаване на гориво с ниско налягане
Подаването на гориво с ниско налягане Common Rail включва:
- резервоар за гориво с предфилтър;
- бустер горивна помпа;
- горивен филтър;
- горивопроводи с ниско налягане.
Зареждане на горивна помпа
Електрическата помпа за зареждане с гориво с предварителен филтър за гориво непрекъснато доставя определено количество гориво от резервоара за гориво към горивната помпа за високо налягане. Помпата не само подава гориво, но в границите на действие на системата за безопасност трябва да спре подаването на гориво при авария, т.е. при включено запалване и спрян двигател.
Горивната помпа се състои от три основни елемента:
- помпа;
- електрически мотор;
- корици.
Горивен филтър
Недостатъчното почистване на горивото може да доведе до повреда на възлите на горивната помпа за високо налягане, подаващи клапани и дюзи на инжектора. Горивният филтър почиства горивото, преди да влезе в горивната помпа за високо налягане и по този начин предотвратява преждевременното износване на чувствителните части на помпата.
Дизеловото гориво може да съдържа вода или в свързана форма (емулсия), или в свободна форма (например кондензация на водна пара при промяна на температурата). Ако водата попадне в системата за впръскване, това може да доведе до корозия на елементите на системата за впръскване, така че е инсталирана предупредителна аларма, която включва предупредителна лампа в арматурното табло, ако е необходимо да се източи водата от горивния филтър.
Подаване на гориво под високо налягане
Доставката на гориво под високо налягане Common Rail включва:
- горивна помпа за високо налягане с клапан за регулиране на налягането;
- горивопроводи с високо налягане;
- акумулатор за високо налягане (rail) със сензор за налягане, ограничител на налягането, ограничител на потока, дюзи;
- тръбопровод за връщане на гориво.
Горивна помпа за високо налягане
Горивна помпа за високо налягане (схематично представяне на надлъжен разрез)
1 - задвижващ вал; 2 - ексцентрична гърбица; 3 – помпен елемент с бутало на помпата; 4 - отделение на помпения елемент; 5 - смукателен клапан; 6 - изпускателен клапан; 7 - уплътнение; 8 - връзка за високо налягане към акумулатора за налягане; 9 - сферичен кран; 10 – връщане на гориво; 11 - захранване с гориво от бустерната горивна помпа; 12 - предпазен клапан с отвор за газ; 13 - подаване на гориво под ниско налягане към помпения елемент
Горивна помпа за високо налягане (схематично представяне на напречно сечение)
1 - задвижващ вал; 2 - ексцентрична гърбица; 3 – помпен елемент с бутало на помпата; 4 - смукателен клапан; 5 - изпускателен клапан; 6 - вход
Горивната помпа за високо налягане доставя гориво под налягане от 1350 бара през горивопроводите за високо налягане към акумулатора за високо налягане.
Горивната помпа за високо налягане е разположена на границата между степените на ниско и високо налягане на горивото. При всички условия на работа експлоатационният живот на горивната помпа съответства на експлоатационния живот на автомобила.
Горивната помпа се смазва с дизелово гориво. Горивото се компресира от три бутала, разположени радиално под ъгъл 120°едно спрямо друго. Помпата доставя три порции гориво на оборот на коляновия вал. За дизелов двигател с работен обем 2,0 литра, работещ при номинална честота на въртене на коляновия вал и генерирано налягане от 1350 бара, е необходима мощност от 3,8 kW за задвижване на помпата, като се вземе предвид механичната ефективност. приблизително 90%.
Работа на помпата
Нагнетателната горивна помпа доставя гориво през филтър с воден сепаратор към входа и предпазния клапан на горивната помпа за високо налягане. Горивото през отвора на дросела на предпазния клапан смазва движещите се части на помпата и също така я охлажда. Задвижващ вал с ексцентрични гърбици движи трите плунжера на помпата нагоре и надолу според формата на гърбицата. Веднага след като захранващото налягане надвиши налягането на отваряне на предпазния клапан (0,5... 1,5 бара), бустерната помпа изтласква горивото през входящия клапан на горивната помпа за високо налягане в отделението на помпения елемент, чието бутало се движи надолу (инсулт на всмукване). Входящият клапан се затваря, когато буталото на помпата преминава през BDC и тъй като горивото не може да изтече от камерата на помпения елемент, то се компресира независимо от захранващото налягане.
Увеличаването на налягането отваря изпускателния клапан и щом се достигне налягане, равно на налягането в акумулатора, компресираното гориво влиза във веригата с високо налягане. Буталото на помпата продължава да подава гориво, докато достигне ГМТ (инжекционен ход), след което налягането намалява и изпускателният клапан се затваря. Горивото, останало в отделението на помпения елемент, се разширява и буталото на помпата се движи надолу. Веднага щом налягането в отделението на помпения елемент спадне под налягането, създадено от бустерната помпа, входящият клапан се отваря и процесът се повтаря.
Тъй като капацитетът на помпата надвишава разхода на гориво на двигателя, излишното гориво под високо налягане се връща в резервоара за гориво през клапана за регулиране на налягането. Това води до ненужно нагряване на горивото и намаляване на общата ефективност.
Акумулатор за високо налягане (rail)
1 – акумулатор за високо налягане; 2 - вход от горивната помпа за високо налягане; 3 - сензор за налягане в акумулатора; 4 - връщане на гориво в резервоара за гориво; 5 - към горивния инжектор
Налягането, генерирано от горивната помпа за високо налягане, се разпределя през акумулатора и горивопроводите към инжектора. В същото време, поради обема на горивото в акумулатора, колебанията в налягането на горивото, създадени от горивната помпа за високо налягане и отварящите се инжектори, се намаляват. Свиваемостта на горивото като следствие от високото налягане се използва за постигане на акумулаторен ефект. Налягането на горивото се измерва с манометър и се поддържа на желаното ниво от клапан за регулиране на налягането.
Горивни тръбопроводи с високо налягане
Горивните тръбопроводи за високо налягане са проектирани да пренасят гориво от акумулатора за високо налягане към инжекторите и трябва да издържат на високочестотните колебания на налягането, които възникват по време на работа на двигателя. Горивопроводите са изработени от стомана и имат външен диаметър 6 mm и вътрешен диаметър 2,4 mm. Всички горивни тръби с високо налягане трябва да са с еднаква дължина. Разликата в разстоянието между батерията и всеки горивен инжектор се компенсира чрез огъване на горивопроводите.
Измервател на налягането
1 - електрически контакти; 2 - печатна платка и схема; 3 – диафрагма със сензорен елемент; 4 - връзка за високо налягане; 5 - сензорна резба
Сензорът за налягане предава сигнал към ECU, който съответства на действителното налягане в акумулатора за налягане.
Сензорът за налягане се състои от следните елементи:
- интегриран сензорен елемент, заварен към тялото;
- печатна платка с електрическа верига;
- корпус на сензора с електрически конектор.
Горивото под налягане през отвора действа върху сензорната диафрагма, върху която е монтиран сензорният елемент (полупроводниково устройство) преобразуване на налягането в електрически сигнал. Чрез щифтовете на конектора и електрическата верига генерираният и усилен сигнал се предава към ECU. Сензорът работи по следния начин: когато се промени формата на диафрагмата, електрическото съпротивление на слоевете, залепени към диафрагмата, се променя. Промяна в налягането от 1500 bar води до промяна на формата на диафрагмата с 1 mm.
В зависимост от приложеното налягане, изходното напрежение на сензора варира от 0 до 70 mV и след усилване е 0,5–4,5 V. За правилното функциониране на системата за впръскване на гориво е необходимо точно измерване на налягането в акумулатора. В работния диапазон точността на измерване трябва да бъде в рамките на±2%. Ако сензорът за налягане се повреди, вентилът за регулиране на налягането се включва «диафрагма» и инжекционна система, използвайки резервна (мека) функция, приема предварително определена стойност на налягането.
Вентил за ограничаване на налягането
Предпазният клапан изпълнява същата функция като клапана за свръхналягане. В случай на свръхналягане вентилът чрез отваряне ограничава налягането в акумулатора. Налягането на отваряне на ограничителния вентил е 1500 бара.
Предпазният клапан е механично устройство, което включва следните елементи:
- корпус с външна резба за завинтване в акумулатора на налягане;
- свързване на тръбата за връщане на гориво към резервоара за гориво;
- подвижно бутало;
- пролет.
Дюзи
Дюза: A - дюза затворена (неподвижност); B - отворена дюза (впръскване на гориво)
1 - връщане на гориво 2 - електрически съединител 3 - стартов елемент (електромагнитен клапан) 4 - вход за гориво от акумулатора за налягане 5 - сферичен кран 6 - отвор за изтичане 7 - захранващ отвор 8 - отделение за управление на клапана 9 - бутало за управление на клапана 10 - канал за подаване на гориво към пулверизатора 11 - игла на пулверизатора
Дюзата гарантира, че точното количество гориво се доставя в горивната камера. Точно в точния момент ECU изпраща сигнал за възбуждане към соленоида на инжектора, което означава началото на подаването на гориво. Количеството впръскано гориво се определя от периода на отваряне на дюзата и налягането в системата. Горивото, което се връща от клапана за регулиране на налягането и степента на ниско налягане, се подава в колектора заедно с горивото, което смазва горивната помпа за високо налягане.
Дюзата се състои от следните възли:
- пулверизатор;
- хидравлична система;
- електромагнитен клапан.
Горивото от резбовата връзка за високо налягане се подава през канала към пулверизатора и през захранващия отвор към отделението за управление на клапана. Отделението за управление на клапана е свързано към тръбопровода за връщане на гориво през отвор за теч, свързан към електромагнитния клапан. При затваряне на отвора за изтичане хидравличната сила, приложена към буталото за управление на клапана, надвишава силата от натиск върху коничния край на иглата за пръскане. В резултат на това иглата на пулверизатора пада надолу и херметически спира подаването на гориво под високо налягане към горивната камера.
Отварянето на електромагнитния клапан на инжектора отваря отвор за теч, което води до намаляване на налягането в секцията за управление на клапана, което също намалява хидравличното налягане върху буталото. Веднага щом хидравличната сила стане по-ниска от силата от натиска върху коничния край на иглата на пулверизатора, иглата на пулверизатора се отваря и горивото се впръсква в горивната камера. Използва се това индиректно управление на иглата на пулверизатора с помощта на хидравлична система за усилване на силата, тъй като силите, необходими за бързо отваряне на иглата, не могат да бъдат генерирани директно от соленоидния клапан. Така нареченото количество пилотно гориво, необходимо за отваряне на иглата на пулверизатора, се подава в допълнение към количеството гориво, което действително трябва да се впръска в цилиндъра, и се подава в линията за връщане на гориво през отвор за теч, свързан към соленоида клапан.
В допълнение към количеството гориво за контрол, има и загуба на гориво във водачите на повдигача на клапана и иглата на пулверизатора.
Действието на инжектора по време на работа на двигателя и херметизиране от горивната помпа за високо налягане се разделя на следните четири етапа:
- дюзата затворена (с прилагане на високо налягане);
- дюзата се отваря (начало на впръскване на гориво);
- дюзата е напълно отворена;
- затваряне на дюзата (край на впръскването на гориво).
Когато двигателят е изключен и няма налягане в акумулатора за налягане, пружината на пулверизатора затваря дюзата.
Дюзата е затворена
Когато е неподвижен, електромагнитният клапан на инжектора не се захранва и следователно е затворен. Отворът за изтичане е затворен и пружината на клапана притиска топката към гнездото на отвора за изтичане. Високото налягане от акумулатора на налягане се увеличава в камерата за управление на клапана и едновременно присъства в обема на иглената камера на пулверизатора. Налягането от акумулатора на налягане, приложено в края на контролното бутало, заедно с пружинната сила на иглата на пулверизатора, държи иглата в затворено положение срещу силите на отваряне, приложени в етапа на налягане.
Дюзата се отваря
Дюзата е в неподвижно положение. Електромагнитният клапан се захранва от ток, който позволява на клапана да се отвори бързо. Незабавно големият ток, подаван към соленоида, се намалява до ток, достатъчен да задържи соленоидния клапан в отворено положение. Когато отворът за теч се отвори, горивото изтича от кутията за управление на клапана в кухината над клапана и оттам през връщащата линия към резервоара за гориво.
Силата, генерирана от соленоида, надвишава силата на пружината и отворът за теч се отваря, което води до намаляване на налягането в камерата за управление на клапана, което също намалява хидравличното налягане върху буталото. Веднага щом хидравличната сила стане по-ниска от силата от натиска върху коничния край на иглата на пулверизатора, иглата на пулверизатора се отваря и горивото се впръсква в горивната камера.
Скоростта на отваряне на иглата на пулверизатора се определя от разликата в скоростта на потока през отвора за изтичане и отвора за подаване. Контролното бутало достига най-горната позиция, където има горивна възглавница, образувана от потока на гориво между отворите за изтичане на гориво и подаването. В това положение дюзата на инжектора е напълно отворена и горивото се впръсква в горивната камера при налягане, равно на налягането в акумулатора на налягане.
Затваряне на дюзата
След като електромагнитният клапан бъде изключен, пружината на клапана премества арматурата надолу и топката затваря отвора за теч. Котвата се състои от две части. Въпреки това, въпреки че арматурната плоча се контролира от рамото при движение надолу, тя може «пружина обратно» с възвратна пружина, така че да няма сили, действащи надолу върху арматурата и топката.
При затваряне на отвора за изтичане хидравличната сила, приложена към буталото за управление на клапана, надвишава силата от натиск върху коничния край на иглата за пръскане. В резултат на това иглата на пулверизатора пада надолу и херметически спира подаването на гориво под високо налягане към горивната камера. Скоростта на иглата на пулверизатора се определя от потока през захранващия порт.