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 горивна помпа; 4 – ECU; 5 – блок за управление на подгревните свещи; 6 – батерия; 7 – акумулатор за високо налягане (рейл); 8 – сензор за налягане; 9 – вентил 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 обороти на коляновия вал; 15 – сензор за положение на разпределителния вал; 16 – сензор за температура на въздуха в двигателя; 17 – Сензор за налягане на турбото (BPS); 18 – измервател на въздушния поток; 19 – турбокомпресор; 20 – Позиционер на EGR; 21 – арматурно табло; 22 – сензор за положение на педала на газта; 23 – спирачни контакти; 24 – Превключвател на педала на съединителя; 25 – сензор за скорост; 26 – блок за контрол на скоростта на превозното средство; 27 – компресор на климатика; 28 – блок за управление на климатика; 29 – диагностичен инструмент с конектор
1 – резервоар за гориво; 2 – Предфилтър за гориво; 3 – помпа за повишаване на горивото; 4 – горивен филтър; 5 – горивни тръбопроводи с ниско налягане; 6 – горивна помпа за високо налягане; 7 – горивни тръбопроводи за високо налягане; 8 – акумулатор за високо налягане (рейл); 9 – електромагнитно контролирани инжектори, завинтени в главата на цилиндъра; 10 – връщаща горивна линия; 11 – ECU
Горивната система Common Rail включва горивна фаза с ниско налягане и горивна фаза с високо налягане, както и ECU (11).
Подаване на гориво под ниско налягане
Захранването с гориво под ниско налягане на системата Common Rail включва:
- резервоар за гориво с предварителен горивен филтър;
- помпа за повдигане на гориво;
- горивен филтър;
- горивопроводи с ниско налягане.
Помпа за повдигане на гориво
Електрическа горивна помпа с предварителен филтър непрекъснато подава определено количество гориво от резервоара за гориво към горивната помпа за високо налягане. Помпата не само подава гориво, но в рамките на системата за безопасност, тя трябва да спре подаването на гориво в случай на авария, т.е. когато запалването е включено и двигателят е спрян.
Горивната помпа се състои от три основни елемента:
- помпа;
- електрически мотор;
- капаци.
Горивен филтър
Недостатъчното почистване на горивото може да повреди компонентите на горивната помпа за високо налягане, нагнетателните клапани и дюзите на инжекторите. Горивният филтър почиства горивото, преди то да попадне в горивната помпа за високо налягане и по този начин предотвратява преждевременното износване на чувствителните компоненти на помпата.
Дизеловото гориво може да съдържа вода както в свързана форма (емулсия), така и в свободна форма (например, кондензация на водни пари при промяна на температурата). Ако в системата за впръскване попадне вода, това може да доведе до корозия на компонентите на системата за впръскване, затова е инсталиран предупредителен сигнал, който включва индикаторната лампа в арматурното табло, ако е необходимо да се източи водата от горивния филтър.
Захранване с гориво под високо налягане
Захранването с гориво под високо налягане на системата Common Rail включва:
- горивна помпа за високо налягане с регулиращ клапан;
- горивни тръбопроводи за високо налягане;
- акумулатор за високо налягане (рейл) със сензор за налягане, ограничител на налягане, ограничител на дебит, инжектори;
- връщаща горивна линия.
Горивна помпа за високо налягане
Горивна помпа за високо налягане (схематично представяне на надлъжен разрез)
1 – задвижващ вал; 2 – ексцентрик; 3 – помпен елемент с бутало на помпата; 4 – отделение за помпени елементи; 5 – смукателен клапан; 6 – изпускателен клапан; 7 – уплътнение; 8 – връзка за високо налягане към акумулатора на налягане; 9 – сферичен кран; 10 – връщане на гориво; 11 – подаване на гориво от горивната помпа; 12 – предпазен клапан с дроселов отвор; 13 – подаване на гориво с ниско налягане към помпения елемент
Горивна помпа за високо налягане (схематично напречно сечение)
1 – задвижващ вал; 2 – ексцентрик; 3 – помпен елемент с бутало на помпата; 4 – смукателен клапан; 5 – изпускателен клапан; 6 – вход
Горивната помпа за високо налягане подава гориво под налягане от 1350 бара към акумулатора на високо налягане чрез горивопроводи за високо налягане.
Горивната помпа за високо налягане е разположена на границата между етапите на ниско и високо налягане на горивото. При всички експлоатационни условия, експлоатационният живот на горивната помпа съответства на експлоатационния живот на превозното средство.
Горивната помпа се смазва с дизелово гориво. Горивото се компресира от три бутала, разположени радиално под ъгъл от 120° едно спрямо друго. Помпата доставя три порции гориво на едно завъртане на коляновия вал. За 2,0-литров дизелов двигател, работещ с номинална скорост на коляновия вал и генериращ налягане от 1350 бара, е необходима мощност от 3,8 kW за задвижване на помпата, като се вземе предвид механичен КПД от приблизително 90%.
Работа на помпата
Горивната помпа подава гориво през филтър с водоотделител към входния и предпазния клапан на горивната помпа за високо налягане. Горивото през отвора на дросела на предпазния клапан смазва движещите се елементи на помпата и също така я охлажда. Задвижващият вал с ексцентрични гърбици движи трите бутала на помпата нагоре и надолу според формата на гърбицата. Веднага щом налягането на захранването 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 (всмукателен ход). Входният клапан се затваря, когато буталото на помпата премине през BDC и тъй като горивото не може да изтече от отделението на помпения елемент, то се компресира независимо от налягането на захранването.
Нарастващото налягане отваря изпускателния клапан и веднага щом се достигне налягане, равно на налягането в акумулатора, сгъстеното гориво навлиза във веригата за високо налягане. Буталото на помпата продължава да доставя гориво, докато не достига на ТРС (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, входният 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 регулиращия клапан за налягане. Това води до ненужно нагряване на горивото и намаляване на общата ефективност.
Акумулатор за високо налягане (рейл)
1 – акумулатор за високо налягане; 2 – вход от горивната помпа за високо налягане; 3 – сензор за налягане в акумулатора; 4 – връщане на горивото в резервоара за гориво; 5 – към горивния инжектор
Налягането, генерирано от горивната помпа за високо налягане, се разпределя през акумулатора и горивните тръбопроводи 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 в резултат на високо налягане се използва за постигане на акумулаторния ефект. Налягането на горивото се измерва от сензор и се поддържа на необходимото ниво от регулиращ налягането клапан.
Горивни тръбопроводи за високо налягане
Горивните тръбопроводи за високо налягане са проектирани да прехвърлят гориво от акумулатора за високо налягане към инжекторите и трябва да издържат на високочестотни колебания на налягането, които възникват по време на работа на двигателя. Горивните тръбопроводи са изработени от стомана и имат външен диаметър 6 мм и вътрешен диаметър 2,4 мм. Всички горивни тръбопроводи за високо налягане трябва да са с еднаква дължина. Разликата в разстоянието между батерията и всеки горивен инжектор се компенсира чрез огъване на горивните тръбопроводи.
Сензор за налягане
1 – електрически контакти; 2 – печатна платка и схема на схемата; 3 – диафрагма със сензорен елемент; 4 – връзка за високо налягане; 5 – резба на сензора
Сензорът за налягане предава сигнал към ECU, който съответства на действителното налягане в акумулатора на налягане.
Сензорът за налягане се състои от следните елементи:
- комбиниран сензорен елемент, заварен към корпуса;
- печатна платка с електрическа схема;
- корпус на сензора с електрически конектор.
Горивото под налягане през отвора действа върху диафрагмата на сензора, върху която е монтиран сензорният елемент (полупроводниково устройство) преобразуване на налягането в електрически сигнал. Генерираният и усилен сигнал се предава към ECU чрез контактите на конектора и електрическата верига. Сензорът работи по следния начин: когато формата на диафрагмата се промени, се променя електрическото съпротивление на слоевете, залепени към диафрагмата. Промяна в налягането от 1500 бара води до промяна във формата на диафрагмата с 1 мм.
В зависимост от приложеното налягане, изходното напрежение на сензора варира от 0 до 70 mV и след усилване е 0,5–4,5 V. Точното измерване на налягането в акумулатора е необходимо за правилното функциониране на системата за впръскване на гориво. В работния диапазон точността на измерване трябва да бъде в рамките на ±2%. Ако сензорът за налягане се повреди, клапанът за регулиране на налягането превключва в режим "диафрагма" и системата за впръскване, използвайки резервната (мека) функция, приема предварително зададена стойност на налягането.
Предпазен клапан
Клапанът за ограничаване на налягането изпълнява същата функция като клапана за свръхналягане. В случай на свръхналягане, клапанът се отваря и ограничава налягането в акумулатора. Налягане на отваряне на вентила ограничаване на налягането – 1500 бар.
Клапан за ограничаване налягането – механично устройство, включващо следните елементи:
- тяло с външна резба за завинтване в акумулатор на налягане;
- свързване на тръбата за връщане на горивото към резервоара за гориво;
- подвижно бутало;
- пролет.
Дюзи
Дюза: A – затворена дюза (неподвижно състояние); B – дюзата е отворена (впръскване на гориво)
1 – връщане на горивото 2 – електрически конектор 3 – стартов елемент (електромагнитен клапан) 4 – Вход за гориво от акумулатора на налягане 5 – Сферичен кран 6 – Отвор за теч 7 – Отвор за подаване 8 – Секция за управление на клапана 9 – Бутало за управление на клапана 10 – Канал за подаване на гориво към пулверизатора 11 – Игла на инжектора
Инжекторът осигурява подаването на необходимото количество гориво в горивната камера. В точно зададен момент, ECU предава възбуждащ сигнал към соленоида на инжектора, което означава, че подаването на гориво е започнало. Количеството впръскано гориво се определя от периода на отваряне на дюзата и налягането в системата. Горивото, връщащо се от регулиращия клапан за налягане и нисконапорния етап, се подава в колектора заедно с горивото, което е смазвало горивната помпа за високо налягане.
Инжекторът се състои от следните компоненти:
- пръскачка;
- хидравлична система;
- електромагнитен клапан.
Горивото се подава от резбовата връзка за високо налягане през канала към пулверизатора и през отвора за подаване към отделението за управление на клапана. Секцията за управление на клапана е свързана към тръбопровода за връщане на горивото чрез отвор за теч, свързан със соленоидния клапан. Когато отворът за теч е затворен, хидравличната сила, приложена към буталото на клапана, надвишава силата от натиска върху коничния край на иглата за пръскане. В резултат на това иглата на дюзата се движи надолу и херметически затваря подаването на гориво под високо налягане към горивната камера.
Когато електромагнитният клапан на инжектора се отвори, отворът за теч се отваря, което води до намаляване на налягането в отделението за управление на клапана, което също така намалява хидравличното налягане върху буталото. Веднага щом хидравличната сила стане по-ниска от силата от натиска върху коничния край на иглата на дюзата, тя се отваря и горивото се впръсква в горивната камера. Това индиректно управление на иглата за пръскане с помощта на хидравлична система за умножение на силата се използва, защото силите, необходими за бързото отваряне на иглата, не могат да бъдат генерирани директно от електромагнитния клапан. Така нареченото контролно количество гориво, необходимо за отваряне на иглата на инжектора, се подава в допълнение към количеството гориво, което действително трябва да се инжектира в цилиндъра, и се подава през отвор за теч, свързан с електромагнитния клапан, в връщащата горивна линия.
В допълнение към количеството гориво, което трябва да се контролира, има и загуба на гориво във водачите на повдигача на клапаните и иглата на инжектора.
Работата на инжектора по време на работа на двигателя и създаването на налягане от горивната помпа за високо налягане е разделена на следните четири етапа:
- дюзата е затворена (с прилагане на високо налягане);
- дюзата се отваря (начало на впръскването на гориво);
- дюзата е напълно отворена;
- затваряне на дюзата (край на впръскването на гориво).
Когато двигателят е изключен и няма налягане в акумулатора на налягане, пружината на пръскачката затваря дюзата.
Дюзата е затворена
В неподвижно състояние, електромагнитният клапан на инжектора не е захранван и следователно е затворен. Отворът за теч е затворен и пружината на клапана притиска сачмата към седлото на отвора за теч. Високото налягане от акумулатора на налягане се увеличава в отделението за управление на клапана и едновременно с това е налично в обема на отделението за иглата за пръскане. Налягането от акумулатора на налягане, приложено към челната повърхност на управляващото бутало, заедно със силата на пружината на пръскащата игла, държи иглата в затворено положение, противодействайки на силите на отваряне, приложени в етапа на налягане.
Дюзата се отваря
Дюзата е в неподвижно положение. Електромагнитният вентил се захранва от ток, което осигурява бързото му отваряне. Веднага високият ток, подаван към соленоида, се намалява до ток, достатъчен да държи соленоидния клапан отворен. Когато отворът за теч се отвори, горивото постъпва от отделението за управление на клапана в кухината, разположена над клапана, и оттам през връщащата линия в резервоара за гориво.
Силата, създадена от соленоида, надвишава силата на пружината и отворът за теч се отваря, което води до намаляване на налягането в отделението 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 дюзата, тя се отваря и горивото се впръсква в горивната камера.
Скоростта на отваряне на пръскащата игла се определя от разликата в скоростта на потока през отвора за изтичане и отвора за подаване. Контролното бутало достига горна позиция, където има горивна възглавница, образувана от потока на гориво между отворите за изтичане на гориво и отворите за подаване. В това положение дюзата на инжектора е напълно отворена и горивото се впръсква в горивната камера под налягане, равно на налягането в акумулатора на налягане.
Затваряне на дюзата
Когато напрежението към електромагнитния клапан се премахне, пружината на клапана премества котвата надолу и топката затваря отвора за теч. Котвата се състои от две части. Въпреки че котвената плоча се контролира от рамото, докато се движи надолу, тя може да се "върне назад" с възвратната пружина, така че върху котвата и топката да не се упражняват сили, насочени надолу.
Когато отворът за теч е затворен, хидравличната сила, приложена към буталото на клапана, надвишава силата от натиска върху коничния край на иглата за пръскане. В резултат на това иглата на дюзата се движи надолу и херметически затваря подаването на гориво под високо налягане към горивната камера. Скоростта на пръскащата игла се определя от потока през отвора за подаване.