Common Rail sustav ubrizgavanja goriva
1 - visokotlačna pumpa za gorivo; 2 - filtar goriva; 3 - spremnik goriva s preliminarnim filtrom goriva i pumpom za dodatno gorivo; 4 - ECU; 5 - upravljačka jedinica za žarnice; 6 - akumulatorska baterija; 7 - akumulator visokog pritiska (rail); 8 - senzor tlaka; 9 - ventil za ograničenje tlaka; 10 - senzor temperature goriva; 11 - mlaznica; 12 - žarnica; 13 - senzor temperature rashladnog sredstva; 14 - senzor brzine radilice; 15 - senzor položaja bregastog vratila; 16 - senzor temperature zraka koji ulazi u motor; 17 - senzor tlaka prednabijanja (BPS); 18 - mjerač protoka zraka; 19 - turbopunjač; 20 - EGR pozicioner; 21 – kombinacija uređaja; 22 - senzor položaja papučice gasa; 23 - kontakti kočnice; 24 - uključite papučicu spojke; 25 - senzor brzine; 26 - jedinica za kontrolu brzine vozila; 27 - kompresor klima uređaja; 28 - upravljačka jedinica klima uređaja; 29 - dijagnostički alat s priključkom
1 - spremnik goriva; 2 - preliminarni filter goriva; 3 - pumpa za punjenje goriva; 4 - filter goriva; 5 - vodovi za gorivo niskog tlaka; 6 - visokotlačna pumpa za gorivo; 7 - visokotlačne cijevi za gorivo; 8 - akumulator visokog pritiska (rail); 9 - mlaznice s elektromagnetskom kontrolom, uvrnute u glavu cilindra; 10 - povratni vod za gorivo; 11 - ECU
Common rail sustav goriva uključuje niskotlačni stupanj goriva i visokotlačni stupanj goriva i ECU (11).
Opskrba gorivom niskog tlaka
Common rail isporuka niskotlačnog goriva uključuje:
- spremnik goriva s predfilterom;
- pojačivač goriva;
- filter goriva;
- vodovi za gorivo niskog pritiska.
Pumpa za gorivo
Električna pumpa za punjenje goriva s predfiltrom goriva kontinuirano opskrbljuje određenu količinu goriva iz spremnika goriva u visokotlačnu pumpu goriva. Pumpa ne samo da opskrbljuje gorivom, već, u granicama sigurnosnog sustava, mora zaustaviti dovod goriva u slučaju nesreće, tj. s uključenim kontaktom i zaustavljenim motorom.
Pumpa za gorivo sastoji se od tri glavna elementa:
- pumpa;
- električni motor;
- korice.
Filter goriva
Nedovoljno čišćenje goriva može rezultirati oštećenjem sklopova visokotlačne pumpe za gorivo, ventila za isporuku i mlaznica za ubrizgavanje. Filter goriva čisti gorivo prije nego ono uđe u visokotlačnu pumpu goriva i na taj način sprječava prijevremeno trošenje osjetljivih dijelova pumpe.
Dizelsko gorivo može sadržavati vodu ili u vezanom obliku (emulzija), ili u slobodnom obliku (npr. kondenzacija vodene pare pri promjeni temperature). Ako voda dospije u sustav ubrizgavanja, to može dovesti do korozije elemenata sustava ubrizgavanja, pa je ugrađen upozoravajući alarm koji pali upozoravajuću lampicu na ploči s instrumentima ako je potrebno ispustiti vodu iz filtra goriva.
Visokotlačni dovod goriva
Common rail isporuka goriva visokog tlaka uključuje:
- visokotlačna pumpa za gorivo s ventilom za regulaciju tlaka;
- visokotlačne cijevi za gorivo;
- akumulator visokog pritiska (rail) sa senzorom tlaka, limitatorom tlaka, limitatorom protoka, mlaznicama;
- povratni vod za gorivo.
Visokotlačna pumpa za gorivo
Visokotlačna pumpa za gorivo (shematski prikaz uzdužnog presjeka)
1 - pogonska osovina; 2 - ekscentrični brijeg; 3 – pumpni element s klipom pumpe; 4 - odjeljak elementa pumpe; 5 - usisni ventil; 6 - ispušni ventil; 7 - brtva; 8 - visokotlačni priključak na tlačni akumulator; 9 - kuglasti ventil; 10 – povrat goriva; 11 - dovod goriva iz pumpe za dodatno gorivo; 12 - sigurnosni ventil s rupom za gas; 13 - dovod goriva pod niskim tlakom do elementa pumpe
Visokotlačna pumpa za gorivo (shematski prikaz presjeka)
1 - pogonska osovina; 2 - ekscentrični brijeg; 3 – pumpni element s klipom pumpe; 4 - usisni ventil; 5 - ispušni ventil; 6 - ulaz
Visokotlačna pumpa za gorivo dovodi gorivo pod tlakom od 1350 bara kroz visokotlačne vodove za gorivo do visokotlačnog akumulatora.
Visokotlačna pumpa goriva nalazi se na granici između niskog i visokog stupnja tlaka goriva. U svim radnim uvjetima radni vijek pumpe za gorivo odgovara vijeku trajanja vozila.
Pumpa za gorivo je podmazana dizel gorivom. Gorivo komprimira tri klipa postavljena radijalno pod kutom od 120°jedan prema drugom. Pumpa opskrbljuje tri porcije goriva po okretaju koljenastog vratila. Za dizelski motor s obujmom od 2,0 litre, koji radi pri nazivnoj brzini radilice i generiranom tlaku od 1350 bara, potrebna je snaga od 3,8 kW za pogon pumpe, uzimajući u obzir mehaničku učinkovitost. otprilike 90%.
Rad pumpe
Pumpa za dodatno gorivo dovodi gorivo kroz filtar sa separatorom vode do ulaznog i sigurnosnog ventila visokotlačne pumpe za gorivo. Gorivo kroz otvor prigušnice sigurnosnog ventila podmazuje pokretne dijelove pumpe, a također je i hladi. Pogonsko vratilo s ekscentričnim bregovima pomiče tri klipa pumpe gore i dolje prema obliku brega. Čim dovodni tlak premaši tlak otvaranja sigurnosnog ventila (0,5... 1,5 bara), pumpa za povišenje tlaka tjera gorivo kroz ulazni ventil visokotlačne pumpe goriva u odjeljak elementa pumpe, čiji se klip pomiče prema dolje (usisni takt). Ulazni ventil se zatvara kada klip pumpe prolazi kroz BDC i budući da gorivo ne može istjecati iz komore elementa pumpe, komprimira se bez obzira na dovodni tlak.
Rastući tlak otvara ispušni ventil i čim se postigne tlak jednak tlaku u akumulatoru, komprimirano gorivo ulazi u visokotlačni krug. Klip pumpe nastavlja isporučivati gorivo dok ne dosegne TDC (udar ubrizgavanja), nakon čega se tlak smanjuje i ispušni ventil se zatvara. Gorivo preostalo u odjeljku elementa pumpe se širi i klip pumpe se pomiče prema dolje. Čim tlak u odjeljku crpnog elementa padne ispod tlaka koji stvara pumpa za povišenje tlaka, otvara se ulazni ventil i postupak se ponavlja.
Budući da kapacitet pumpe premašuje potrošnju goriva motora, višak visokotlačnog goriva vraća se u spremnik goriva kroz ventil za regulaciju tlaka. To dovodi do nepotrebnog zagrijavanja goriva i smanjenja ukupne učinkovitosti.
Visokotlačni akumulator (rail)
1 – akumulator visokog pritiska; 2 - ulaz iz visokotlačne pumpe za gorivo; 3 - senzor tlaka u akumulatoru; 4 - povrat goriva u spremnik goriva; 5 - do mlaznice za gorivo
Tlak koji stvara visokotlačna pumpa za gorivo distribuira se kroz akumulator i vodove za gorivo do mlaznice. Istovremeno, zbog količine goriva u akumulatoru, smanjene su fluktuacije tlaka goriva koje stvara visokotlačna pumpa za gorivo i mlaznice za otvaranje. Stlačivost goriva kao posljedica visokog tlaka koristi se za postizanje efekta akumulatora. Tlak goriva mjeri se manometrom i održava na željenoj razini pomoću ventila za kontrolu tlaka.
Visokotlačne cijevi za gorivo
Visokotlačni vodovi za gorivo dizajnirani su za prijenos goriva od visokotlačnog akumulatora do mlaznica i moraju izdržati visokofrekventne fluktuacije tlaka koje se javljaju tijekom rada motora. Cijevi za gorivo izrađene su od čelika i imaju vanjski promjer 6 mm i unutarnji promjer 2,4 mm. Sve visokotlačne cijevi za gorivo moraju biti iste duljine. Razlika u udaljenosti između baterije i svake mlaznice za gorivo kompenzira se savijanjem cijevi za gorivo.
Mjerač tlaka
1 - električni kontakti; 2 - tiskana ploča i strujni krug; 3 – dijafragma sa senzorskim elementom; 4 - visokotlačni priključak; 5 - navoj senzora
Senzor tlaka šalje signal ECU-u koji odgovara stvarnom tlaku u akumulatoru tlaka.
Senzor pritiska sastoji se od sljedećih elemenata:
- integrirani senzorski element zavaren na tijelo;
- tiskana ploča s električnim krugom;
- kućište senzora s električnim priključkom.
Gorivo pod tlakom kroz otvor djeluje na membranu senzora, na kojoj je ugrađen senzorski element (poluvodički uređaj) pretvaranje tlaka u električni signal. Kroz pinove konektora i električni krug, generirani i pojačani signal se prenosi u ECU. Senzor radi na sljedeći način: kada se promijeni oblik dijafragme, mijenja se električni otpor slojeva zalijepljenih na dijafragmu. Promjena tlaka od 1500 bara rezultira promjenom oblika dijafragme za 1 mm.
Ovisno o primijenjenom tlaku, izlazni napon senzora varira od 0 do 70 mV, a nakon pojačanja iznosi 0,5–4,5 V. Za ispravno funkcioniranje sustava za ubrizgavanje goriva potrebno je točno mjerenje tlaka akumulatora. U radnom području, točnost mjerenja mora biti unutar±2%. Ako senzor tlaka ne radi, ventil za regulaciju tlaka se prebacuje na «dijafragma» i sustav ubrizgavanja, koristeći rezervni (mekan) funkcija, uzima unaprijed određenu vrijednost tlaka.
Ventil za ograničenje tlaka
Ventil za smanjenje tlaka ima istu funkciju kao i ventil za nadtlak. U slučaju nadtlaka, ventil otvaranjem ograničava tlak u akumulatoru. Tlak otvaranja ventila za ograničenje tlaka je 1500 bara.
Ventil za smanjenje tlaka je mehanički uređaj koji uključuje sljedeće elemente:
- kućište s vanjskim navojem za uvrtanje u akumulator tlaka;
- priključak povratne cijevi goriva na spremnik goriva;
- pokretni klip;
- Proljeće.
Mlaznice
Mlaznica: A - mlaznica zatvorena (nepokretnost); B - mlaznica otvorena (ubrizgavanje goriva)
1 - povrat goriva 2 - električni konektor 3 - startni element (solenoidni ventil) 4 - ulaz goriva iz akumulatora tlaka 5 - kuglasti ventil 6 - otvor za curenje 7 - otvor za dovod 8 - odjeljak za upravljanje ventilom 9 - klip za upravljanje ventilom 10 - kanal za dovod goriva do raspršivača 11 - igla raspršivača
Mlaznica osigurava dovod prave količine goriva u komoru za izgaranje. U točno pravom trenutku, ECU šalje signal pobude solenoidu mlaznice, što znači početak isporuke goriva. Količina ubrizganog goriva određena je vremenom otvaranja mlaznice i tlakom u sustavu. Gorivo koje se vraća iz regulacijskog ventila tlaka i niskotlačnog stupnja dovodi se u razvodnik zajedno s gorivom koje je podmazivalo visokotlačnu pumpu za gorivo.
Mlaznica se sastoji od sljedećih jedinica:
- raspršivač;
- hidraulični sistem;
- solenoidni ventil.
Gorivo iz visokotlačnog navojnog priključka dovodi se kroz kanal do raspršivača i kroz dovodni otvor do odjeljka za upravljanje ventilom. Odjeljak za upravljanje ventilom povezan je s povratnim vodom goriva kroz otvor za curenje spojen na elektromagnetski ventil. Prilikom zatvaranja otvora za curenje, hidraulička sila primijenjena na kontrolni klip ventila premašuje silu pritiska na stožasti kraj igle za prskanje. Kao rezultat toga, igla raspršivača se spušta i hermetički zatvara visokotlačni dovod goriva u komoru za izgaranje.
Otvaranjem elektromagnetskog ventila mlaznice otvara se rupa za curenje, uzrokujući smanjenje tlaka u upravljačkoj sekciji ventila, što također smanjuje hidraulički tlak na klipu. Čim hidraulička sila postane manja od sile pritiska na stožasti kraj igle raspršivača, igla raspršivača se otvara i gorivo se ubrizgava u komoru za izgaranje. Ovo neizravno upravljanje iglom raspršivača pomoću hidrauličkog sustava za pojačavanje sile koristi se zato što sile potrebne za brzo otvaranje igle ne mogu biti generirane izravno pomoću solenoidnog ventila. Takozvana količina pilot goriva potrebna za otvaranje igle raspršivača dovodi se uz količinu goriva koju zapravo treba ubrizgati u cilindar, a dovodi se u povratni vod goriva kroz otvor za curenje spojen na solenoid ventil.
Osim količine goriva koju treba kontrolirati, postoji i gubitak goriva u vodilicama podizača ventila i igli raspršivača.
Djelovanje mlaznice tijekom rada motora i podizanja tlaka pomoću visokotlačne pumpe za gorivo podijeljeno je u sljedeća četiri stupnja:
- mlaznica zatvorena (uz primjenu visokog pritiska);
- mlaznica se otvara (početak ubrizgavanja goriva);
- mlaznica je potpuno otvorena;
- zatvaranje mlaznice (kraj ubrizgavanja goriva).
Kad je motor isključen i nema tlaka u akumulatoru tlaka, opruga raspršivača zatvara mlaznicu.
Mlaznica zatvorena
Kada miruje, solenoidni ventil mlaznice nije pod naponom i stoga je zatvoren. Otvor za curenje je zatvoren i opruga ventila pritišće kuglu na sjedište otvora za curenje. Visoki tlak iz akumulatora tlaka raste u kontrolnoj komori ventila i istovremeno je prisutan u volumenu iglene komore raspršivača. Tlak iz akumulatora tlaka koji se primjenjuje na čeonoj površini kontrolnog klipa, zajedno sa silom opruge igle raspršivača, drži iglu u zatvorenom položaju protiv sila otvaranja koje se primjenjuju u fazi pritiska.
Mlaznica se otvara
Mlaznica je u stacionarnom položaju. Elektromagnetski ventil se napaja strujom koja omogućuje brzo otvaranje ventila. Odmah se velika struja koja se dovodi u solenoid smanjuje na struju dovoljnu da drži elektromagnetski ventil u otvorenom položaju. Kada se otvor za curenje otvori, gorivo istječe iz upravljačke kutije ventila u šupljinu iznad ventila i odatle kroz povratni vod u spremnik goriva.
Sila koju stvara solenoid premašuje silu opruge i otvor za curenje se otvara, što rezultira smanjenjem tlaka u upravljačkoj komori ventila, što također smanjuje hidraulički pritisak na klip. Čim hidraulička sila postane manja od sile pritiska na stožasti kraj igle raspršivača, igla raspršivača se otvara i gorivo se ubrizgava u komoru za izgaranje.
Brzina otvaranja igle raspršivača određena je razlikom u brzini protoka kroz otvor za curenje i otvor za dovod. Kontrolni klip doseže gornji položaj gdje postoji jastuk goriva formiran protokom goriva između otvora za curenje goriva i otvora za isporuku. U ovom položaju, mlaznica injektora je potpuno otvorena i gorivo se ubrizgava u komoru za izgaranje pod tlakom jednakim tlaku u akumulatoru tlaka.
Zatvaranje mlaznice
Nakon što je elektromagnetski ventil bez napona, opruga ventila pomiče armaturu prema dolje i kuglica zatvara otvor za curenje. Sidro se sastoji od dva dijela. Međutim, iako se armaturnom pločom upravlja ramenom prilikom kretanja prema dolje, može «opruga natrag» s povratnom oprugom tako da nema sila koje djeluju prema dolje na armaturu i kuglu.
Prilikom zatvaranja otvora za curenje, hidraulička sila primijenjena na kontrolni klip ventila premašuje silu pritiska na stožasti kraj igle za prskanje. Kao rezultat toga, igla raspršivača se spušta i hermetički zatvara visokotlačni dovod goriva u komoru za izgaranje. Brzina igle raspršivača određena je protokom kroz dovodni otvor.