Systém vstrekovania paliva Common Rail
1 - vysokotlakové palivové čerpadlo; 2 - palivový filter; 3 - palivová nádrž s predbežným palivovým filtrom a pomocným palivovým čerpadlom; 4 - ECU; 5 - riadiaca jednotka pre žeraviace sviečky; 6 - akumulátor; 7 - vysokotlakový akumulátor (rail); 8 - snímač tlaku; 9 - ventil obmedzujúci tlak; 10 - snímač teploty paliva; 11 - tryska; 12 - žeraviaca sviečka; 13 - snímač teploty chladiacej kvapaliny; 14 - snímač otáčok kľukového hriadeľa; 15 - snímač polohy vačkového hriadeľa; 16 - snímač teploty vzduchu vstupujúceho do motora; 17 - snímač plniaceho tlaku (BPS); 18 - merač prietoku vzduchu; 19 - turbodúchadlo; 20 - polohovadlo EGR; 21 – kombinácia zariadení; 22 - snímač polohy plynového pedálu; 23 - brzdové kontakty; 24 - zapnite pedál spojky; 25 - snímač rýchlosti; 26 - jednotka riadenia rýchlosti vozidla; 27 - kompresor klimatizácie; 28 - riadiaca jednotka klimatizácie; 29 - diagnostický prístroj s konektorom
1 - palivová nádrž; 2 - predbežný palivový filter; 3 - posilňovacie palivové čerpadlo; 4 - palivový filter; 5 - nízkotlakové palivové potrubia; 6 - vysokotlakové palivové čerpadlo; 7 - vysokotlakové palivové potrubia; 8 - vysokotlakový akumulátor (rail); 9 - trysky s elektromagnetickým ovládaním, zaskrutkované do hlavy valca; 10 - spätné palivové vedenie; 11 - ECU
Palivový systém Common Rail zahŕňa nízkotlakový palivový stupeň a vysokotlakový palivový stupeň a ECU (11).
Nízkotlakový prívod paliva
Nízkotlaková dodávka paliva Common Rail zahŕňa:
- palivová nádrž s predfiltrom;
- pomocné palivové čerpadlo;
- palivový filter;
- nízkotlakové palivové vedenie.
Plnenie palivového čerpadla
Elektrické palivové nasávacie čerpadlo s palivovým predfiltrom nepretržite dodáva určité množstvo paliva z palivovej nádrže do vysokotlakového palivového čerpadla. Čerpadlo nielen dodáva palivo, ale v medziach bezpečnostného systému musí zastaviť prívod paliva v prípade havárie, t.j. so zapnutým zapaľovaním a vypnutým motorom.
Palivové čerpadlo pozostáva z troch hlavných prvkov:
- čerpadlo;
- elektrický motor;
- kryty.
Palivový filter
Nedostatočné čistenie paliva môže viesť k poškodeniu zostáv vysokotlakového palivového čerpadla, výtlačných ventilov a trysiek vstrekovačov. Palivový filter čistí palivo pred jeho vstupom do vysokotlakového palivového čerpadla a zabraňuje tak predčasnému opotrebovaniu citlivých častí čerpadla.
Motorová nafta môže obsahovať vodu alebo vo viazanej forme (emulzia), alebo vo voľnej forme (napríklad kondenzácia vodnej pary pri zmene teploty). Ak sa voda dostane do vstrekovacieho systému, môže to viesť ku korózii prvkov vstrekovacieho systému, preto je nainštalovaný výstražný alarm, ktorý rozsvieti výstražnú kontrolku na prístrojovom paneli, ak je potrebné vypustiť vodu z palivového filtra.
Vysokotlakový prívod paliva
Vysokotlaková dodávka paliva Common Rail zahŕňa:
- vysokotlakové palivové čerpadlo s tlakovým regulačným ventilom;
- vysokotlakové palivové potrubia;
- vysokotlakový akumulátor (rail) so snímačom tlaku, obmedzovačom tlaku, obmedzovačom prietoku, dýzami;
- spätné palivové vedenie.
Vysokotlakové palivové čerpadlo
Vysokotlakové palivové čerpadlo (schematické znázornenie pozdĺžneho rezu)
1 - hnací hriadeľ; 2 - excentrická vačka; 3 – prvok čerpadla s piestom čerpadla; 4 - oddelenie prvku čerpadla; 5 - sací ventil; 6 - výfukový ventil; 7 - tesnenie; 8 - vysokotlakové pripojenie k tlakovému akumulátoru; 9 - guľový ventil; 10 – spätný chod paliva; 11 - prívod paliva z pomocného palivového čerpadla; 12 - poistný ventil s otvorom škrtiacej klapky; 13 - prívod paliva pod nízkym tlakom do prvku čerpadla
Vysokotlakové palivové čerpadlo (schematické znázornenie prierezu)
1 - hnací hriadeľ; 2 - excentrická vačka; 3 – prvok čerpadla s piestom čerpadla; 4 - sací ventil; 5 - výfukový ventil; 6 - vstup
Vysokotlakové palivové čerpadlo dodáva palivo pod tlakom 1350 barov cez vysokotlakové palivové potrubie do vysokotlakového akumulátora.
Vysokotlakové palivové čerpadlo je umiestnené na rozhraní medzi stupňom nízkeho a vysokého tlaku paliva. Pri všetkých prevádzkových podmienkach zodpovedá životnosť palivového čerpadla životnosti vozidla.
Palivové čerpadlo je mazané motorovou naftou. Palivo stláčajú tri piesty, ktoré sú voči sebe radiálne umiestnené pod uhlom 120°. Čerpadlo dodáva tri dávky paliva na otáčku kľukového hriadeľa. Pre naftový motor so zdvihovým objemom 2,0 litra, pracujúci pri menovitých otáčkach kľukového hriadeľa a generovanom tlaku 1350 barov, je potrebný výkon 3,8 kW na pohon čerpadla, berúc do úvahy mechanickú účinnosť. približne 90 %.
Prevádzka čerpadla
Pomocné palivové čerpadlo dodáva palivo cez filter s odlučovačom vody do vstupu a poistného ventilu vysokotlakového palivového čerpadla. Palivo cez škrtiaci otvor poistného ventilu maže pohyblivé časti čerpadla a zároveň ho chladí. Hnací hriadeľ s excentrickými vačkami posúva tri plunžery čerpadla hore a dole podľa tvaru vačky. Akonáhle prívodný tlak prekročí otvárací tlak poistného ventilu (0,5... 1,5 baru), pomocné čerpadlo tlačí palivo cez sací ventil vysokotlakového palivového čerpadla do priestoru prvku čerpadla, ktorého piest sa pohybuje nadol (sací zdvih). Vstupný ventil sa zatvára, keď piest čerpadla prechádza cez BDC a keďže palivo nemôže vytekať z komory prvku čerpadla, je stlačené bez ohľadu na prívodný tlak.
Zvyšujúci sa tlak otvára výfukový ventil a akonáhle je dosiahnutý tlak rovnajúci sa tlaku v akumulátore, stlačené palivo vstupuje do vysokotlakového okruhu. Piest čerpadla pokračuje v dodávke paliva, kým nedosiahne TDC (vstrekovací zdvih), po ktorom sa tlak zníži a výfukový ventil sa uzavrie. Palivo zostávajúce v priestore čerpadla expanduje a piest čerpadla sa pohybuje nadol. Akonáhle tlak v priestore čerpacieho prvku klesne pod tlak vytvorený pomocným čerpadlom, otvorí sa vstupný ventil a proces sa zopakuje.
Keďže kapacita čerpadla prevyšuje spotrebu paliva motora, prebytočné vysokotlakové palivo sa vracia do palivovej nádrže cez tlakový regulačný ventil. To vedie k zbytočnému zahrievaniu paliva a zníženiu celkovej účinnosti.
Vysokotlakový akumulátor (rail)
1 – vysokotlakový akumulátor; 2 - vstup z vysokotlakového palivového čerpadla; 3 - snímač tlaku v akumulátore; 4 - návrat paliva do palivovej nádrže; 5 - k vstrekovaču paliva
Tlak generovaný vysokotlakovým palivovým čerpadlom je distribuovaný cez akumulátor a palivové potrubie do vstrekovača. Zároveň sa v dôsledku objemu paliva v akumulátore zmenšujú kolísanie tlaku paliva spôsobené vysokotlakovým palivovým čerpadlom a otváracími vstrekovačmi. Stlačiteľnosť paliva v dôsledku vysokého tlaku sa využíva na dosiahnutie akumulátorového efektu. Tlak paliva sa meria tlakomerom a udržiava sa na požadovanej úrovni regulačným ventilom tlaku.
Vysokotlakové palivové vedenie
Vysokotlakové palivové potrubia sú určené na prenos paliva z vysokotlakového akumulátora do vstrekovačov a musia odolávať vysokofrekvenčným výkyvom tlaku, ku ktorým dochádza počas prevádzky motora. Palivové potrubia sú vyrobené z ocele a majú vonkajší priemer 6 mm a vnútorný priemer 2,4 mm. Všetky vysokotlakové palivové vedenia musia mať rovnakú dĺžku. Rozdiel vo vzdialenosti medzi batériou a každým vstrekovačom paliva je kompenzovaný ohnutím palivových potrubí.
Merač tlaku
1 - elektrické kontakty; 2 - doska s plošnými spojmi a obvod; 3 – membrána so snímacím prvkom; 4 - vysokotlakové pripojenie; 5 - závit snímača
Tlakový snímač vysiela do ECU signál, ktorý zodpovedá skutočnému tlaku v tlakovom akumulátore.
Snímač tlaku pozostáva z nasledujúcich prvkov:
- integrovaný senzorový prvok privarený k telu;
- doska plošných spojov s elektrickým obvodom;
- puzdro snímača s elektrickým konektorom.
Palivo pod tlakom cez otvor pôsobí na membránu snímača, na ktorej je nainštalovaný prvok snímača (polovodičové zariadenie) prevod tlaku na elektrický signál. Prostredníctvom kolíkov konektora a elektrického obvodu sa generovaný a zosilnený signál prenáša do ECU. Snímač funguje nasledovne: pri zmene tvaru membrány sa mení elektrický odpor vrstiev nalepených na membráne. Zmena tlaku o 1500 bar má za následok zmenu tvaru membrány o 1 mm.
V závislosti od použitého tlaku sa výstupné napätie snímača pohybuje od 0 do 70 mV a po zosilnení je 0,5–4,5 V. Pre správnu funkciu systému vstrekovania paliva je potrebné presné meranie tlaku v akumulátore. V prevádzkovom rozsahu musí byť presnosť merania v rozmedzí±2 %. Ak tlakový snímač zlyhá, tlakový regulačný ventil sa prepne do «bránica» a vstrekovacieho systému s použitím náhradného (mäkké) funkcia, nadobúda vopred stanovenú hodnotu tlaku.
Ventil obmedzujúci tlak
Pretlakový ventil plní rovnakú funkciu ako pretlakový ventil. V prípade pretlaku ventil otvorením obmedzí tlak v akumulátore. Otvárací tlak obmedzovacieho ventilu je 1500 bar.
Pretlakový ventil je mechanické zariadenie, ktoré obsahuje nasledujúce prvky:
- puzdro s vonkajším závitom na zaskrutkovanie do tlakového akumulátora;
- pripojenie spätného potrubia paliva k palivovej nádrži;
- pohyblivý piest;
- jar.
Trysky
Tryska: A - tryska uzavretá (nehybnosť); B - tryska otvorená (vstrekovanie paliva)
1 - spiatočka paliva 2 - elektrický konektor 3 - štartovací prvok (solenoidový ventil) 4 - prívod paliva z tlakového zásobníka 5 - guľový ventil 6 - únikový otvor 7 - prívodný otvor 8 - ovládací priestor ventilu 9 - ovládací piest ventilu 10 - prívodný kanál paliva do rozprašovača 11 - ihla rozprašovača
Tryska zaisťuje prísun správneho množstva paliva do spaľovacej komory. Presne v správnom momente vyšle ECU budiaci signál do elektromagnetu vstrekovača, čo znamená začiatok dodávky paliva. Množstvo vstrekovaného paliva je určené dobou otvorenia dýzy a tlakom v systéme. Palivo vracajúce sa z tlakového regulačného ventilu a nízkotlakového stupňa sa privádza do rozdeľovacieho potrubia spolu s palivom, ktoré maže vysokotlakové palivové čerpadlo.
Tryska sa skladá z nasledujúcich jednotiek:
- atomizér;
- hydraulický systém;
- solenoidový ventil.
Palivo z vysokotlakovej závitovej prípojky sa privádza cez kanál do rozprašovača a cez prívodný otvor do riadiaceho priestoru ventilu. Riadiaci priestor ventilu je pripojený k spätnému vedeniu paliva cez únikový otvor pripojený k elektromagnetickému ventilu. Pri uzatváraní netesného otvoru hydraulická sila pôsobiaca na ovládací piest ventilu prevyšuje silu tlaku na kužeľový koniec rozprašovacej ihly. Výsledkom je, že ihla rozprašovača klesne a hermeticky uzavrie vysokotlakový prívod paliva do spaľovacej komory.
Otvorením solenoidového ventilu vstrekovača sa otvorí únikový otvor, čo spôsobí zníženie tlaku v riadiacej časti ventilu, čo tiež zníži hydraulický tlak na piest. Akonáhle sa hydraulická sila zníži ako sila od tlaku na kužeľový koniec ihly rozprašovača, ihla rozprašovača sa otvorí a palivo sa vstrekne do spaľovacej komory. Toto nepriame ovládanie ihly rozprašovača pomocou systému zosilnenia hydraulickej sily sa používa, pretože sily potrebné na rýchle otvorenie ihly nemôžu byť generované priamo solenoidovým ventilom. Takzvané množstvo pilotného paliva potrebného na otvorenie ihly rozprašovača sa dodáva navyše k množstvu paliva, ktoré je skutočne potrebné vstreknúť do valca, a privádza sa do spätného vedenia paliva cez únikový otvor pripojený k solenoidu. ventil.
Okrem množstva paliva na reguláciu dochádza aj k úbytku paliva vo vodidlách zdviháka ventilov a ihle atomizéra.
Činnosť vstrekovača počas chodu motora a natlakovania vysokotlakovým palivovým čerpadlom je rozdelená do nasledujúcich štyroch etáp:
- tryska uzavretá (s aplikáciou vysokého tlaku);
- tryska sa otvorí (začiatok vstrekovania paliva);
- tryska je úplne otvorená;
- zatváranie trysky (koniec vstrekovania paliva).
Keď je motor vypnutý a tlakový zásobník nie je pod tlakom, pružina rozprašovača uzavrie trysku.
Tryska zatvorená
Keď stojí, elektromagnetický ventil vstrekovača nie je pod napätím, a preto je zatvorený. Netesný otvor je uzavretý a ventilová pružina tlačí guľôčku proti sedlu netesného otvoru. Vysoký tlak z tlakového akumulátora sa zvyšuje v ovládacej komore ventilu a súčasne je prítomný v objeme ihlovej komory rozprašovača. Tlak z tlakového zásobníka pôsobiaci na čelnú plochu ovládacieho piestu spolu so silou pružiny ihly rozprašovača držia ihlu v zatvorenej polohe proti otváracím silám pôsobiacim v tlakovom stupni.
Tryska sa otvorí
Tryska je v stacionárnej polohe. Solenoidový ventil je napájaný prúdom, ktorý umožňuje rýchle otvorenie ventilu. Okamžite sa veľký prúd dodávaný do solenoidu zníži na prúd dostatočný na udržanie solenoidového ventilu v otvorenej polohe. Keď sa otvor pre únik otvorí, palivo vyteká z ovládacej skrinky ventilu do dutiny nad ventilom a odtiaľ cez spätné vedenie do palivovej nádrže.
Sila generovaná solenoidom prevyšuje silu pružiny a otvor pre únik sa otvorí, čo má za následok zníženie tlaku v ovládacej komore ventilu, čo tiež znižuje hydraulický tlak na piest. Akonáhle sa hydraulická sila zníži ako sila od tlaku na kužeľový koniec ihly rozprašovača, ihla rozprašovača sa otvorí a palivo sa vstrekne do spaľovacej komory.
Rýchlosť otvárania ihly atomizéra je určená rozdielom v rýchlosti prúdenia cez únikový otvor a prívodný otvor. Riadiaci piest dosiahne hornú polohu, kde je medzi otvormi na únik paliva a prívodným otvorom palivový vankúš vytvorený prietokom paliva. V tejto polohe je dýza vstrekovača úplne otvorená a palivo sa vstrekuje do spaľovacej komory pod tlakom, ktorý sa rovná tlaku v tlakovom akumulátore.
Uzáver dýzy
Po odpojení solenoidového ventilu ventilová pružina posunie kotvu nadol a gulička uzavrie únikový otvor. Kotva sa skladá z dvoch častí. Avšak, hoci je doska armatúry pri pohybe nadol ovládaná ramenom, môže «pružina späť» s vratnou pružinou, aby na kotvu a guľu nepôsobili žiadne sily smerom dole.
Pri uzatváraní netesného otvoru hydraulická sila pôsobiaca na ovládací piest ventilu prevyšuje silu tlaku na kužeľový koniec rozprašovacej ihly. Výsledkom je, že ihla rozprašovača klesne a hermeticky uzavrie vysokotlakový prívod paliva do spaľovacej komory. Rýchlosť ihly atomizéra je určená prietokom cez prívodný port.