Sustav ubrizgavanja goriva Common Rail
1 – visokotlačna pumpa za gorivo; 2 – filter goriva; 3 – spremnik goriva s preliminarnim filterom goriva i pumpom za pojačavanje goriva; 4 – ECU; 5 – upravljačka jedinica grijalice; 6 – baterija; 7 – akumulator visokog tlaka (rail); 8 – senzor tlaka; 9 – ventil za ograničavanje tlaka; 10 – senzor temperature goriva; 11 – mlaznica; 12 – žarnica; 13 – senzor temperature rashladne tekućine; 14 – senzor brzine radilice; 15 – senzor položaja bregaste osovine; 16 – senzor temperature zraka motora; 17 – Senzor tlaka prednabijanja (BPS); 18 – mjerač protoka zraka; 19 – turbopunjač; 20 – EGR pozicioner; 21 – instrumentna ploča; 22 – senzor položaja papučice gasa; 23 – kontakti kočnice; 24 – Prekidač papučice spojke; 25 – senzor brzine; 26 – jedinica za kontrolu brzine vozila; 27 – kompresor klima uređaja; 28 – upravljačka jedinica klima uređaja; 29 – dijagnostički alat s konektorom
1 – spremnik goriva; 2 – Predfilter goriva; 3 – pumpa za pojačavanje goriva; 4 – filter goriva; 5 – niskotlačne cijevi za gorivo; 6 – visokotlačna pumpa za gorivo; 7 – visokotlačne cijevi za gorivo; 8 – akumulator visokog tlaka (rail); 9 – elektromagnetski kontrolirani injektori uvrnuti u glavu cilindra; 10 – povratni vod za gorivo; 11 – ECU
Sustav goriva Common Rail uključuje niskotlačni i visokotlačni stupanj goriva te ECU (11).
Dovod goriva niskog tlaka
Niskotlačni dovod goriva Common Rail sustava uključuje:
- spremnik goriva s predfilterom goriva;
- pumpa za podizanje goriva;
- filter goriva;
- niskotlačne cijevi za gorivo.
Pumpa za podizanje goriva
Električna pumpa za gorivo s predfilterom kontinuirano dovodi određenu količinu goriva iz spremnika goriva u visokotlačnu pumpu za gorivo. Pumpa ne samo da dovodi gorivo, već u granicama sigurnosnog sustava mora prestati dovod goriva u slučaju nesreće, tj. kada je paljenje uključeno i motor zaustavljen.
Pumpa za gorivo sastoji se od tri glavna elementa:
- pumpa;
- električni motor;
- poklopci.
Filter goriva
Nedovoljno čišćenje goriva može oštetiti komponente visokotlačne pumpe za gorivo, ventile za ubrizgavanje i mlaznice injektora. Filter goriva čisti gorivo prije nego što uđe u visokotlačnu pumpu za gorivo i time sprječava prerano trošenje osjetljivih komponenti pumpe.
Dizelsko gorivo može sadržavati vodu u vezanom obliku (emulzija) ili u slobodnom obliku (na primjer, kondenzacija vodene pare pri promjeni temperature). Ako voda uđe u sustav ubrizgavanja, to može dovesti do korozije komponenti sustava ubrizgavanja, pa je ugrađen signal upozorenja koji pali indikatorsku lampicu u instrumentnoj ploči ako je potrebno ispustiti vodu iz filtera goriva.
Dovod goriva pod visokim tlakom
Dovod goriva pod visokim tlakom Common Rail sustava uključuje:
- visokotlačna pumpa za gorivo s ventilom za regulaciju tlaka;
- visokotlačne cijevi za gorivo;
- akumulator visokog tlaka (rail) sa senzorom tlaka, ograničivačem tlaka, ograničivačem protoka, injektorima;
- povratni vod za gorivo.
Visokotlačna pumpa za gorivo
Visokotlačna pumpa za gorivo (shematski prikaz uzdužnog presjeka)
1 – pogonsko vratilo; 2 – ekscentrični greben; 3 – element pumpe s klipom pumpe; 4 – odjeljak za element pumpe; 5 – usisni ventil; 6 – ispušni ventil; 7 – pečat; 8 – priključak visokog tlaka na akumulator tlaka; 9 – kuglasti ventil; 10 – povrat goriva; 11 – dovod goriva iz pumpe za pojačavanje goriva; 12 – sigurnosni ventil s otvorom za gas; 13 – dovod goriva niskog tlaka u element pumpe
Visokotlačna pumpa za gorivo (šematski prikaz poprečnog presjeka)
1 – pogonsko vratilo; 2 – ekscentrični greben; 3 – element pumpe s klipom pumpe; 4 – usisni ventil; 5 – ispušni ventil; 6 – ulaz
Visokotlačna pumpa za gorivo dovodi gorivo pod tlakom od 1350 bara u visokotlačni akumulator putem visokotlačnih vodova za gorivo.
Visokotlačna pumpa za gorivo nalazi se na granici niskog i visokog tlaka goriva. U svim radnim uvjetima, vijek trajanja pumpe za gorivo odgovara vijeku trajanja vozila.
Pumpa za gorivo se podmazuje dizelskim gorivom. Gorivo se komprimira pomoću tri klipa postavljena radijalno pod kutom od 120° jedan prema drugome. Pumpa isporučuje tri porcije goriva po jednom okretu radilice. Za 2,0-litreni dizelski motor koji radi pri nazivnoj brzini radilice i stvara tlak od 1350 bara, potrebna je snaga od 3,8 kW za pogon pumpe, uzimajući u obzir mehaničku učinkovitost od približno 90%.
Rad pumpe
Pumpa za podizanje goriva dovodi gorivo kroz filter s odvajačem vode do ulaznog i sigurnosnog ventila visokotlačne pumpe za gorivo. Gorivo kroz otvor gasa sigurnosnog ventila podmazuje pokretne elemente pumpe i ujedno je hladi. Pogonska osovina s ekscentričnim bregastim osovinama pomiče tri klipa pumpe gore i dolje prema obliku bregaste osovine. Čim tlak dovoda premaši tlak otvaranja sigurnosnog ventila (0,5... 1,5 bara), pojačivač goriva potiskuje gorivo kroz ulazni ventil visokotlačne pumpe za gorivo u odjeljak elementa pumpe, čiji se klip pomiče prema dolje (usisni hod). Ulazni ventil se zatvara kada klip pumpe prođe BDC i, budući da gorivo ne može isteći iz odjeljka elementa pumpe, komprimira se bez obzira na tlak dovoda.
Rastući tlak otvara izlazni ventil i, čim se postigne tlak jednak tlaku akumulatora, komprimirano gorivo ulazi u visokotlačni krug. Klip pumpe nastavlja dovoditi gorivo sve dok ne dostigne GMT (injekcijski udar), nakon čega se tlak smanjuje i izlazni ventil se zatvara. Gorivo koje preostaje u odjeljku s elementom pumpe širi se i klip pumpe se pomiče prema dolje. Čim tlak u odjeljku s elementima pumpe padne ispod tlaka koji stvara pojačivačka pumpa, ulazni ventil se otvara i proces se ponavlja.
Budući da kapacitet pumpe premašuje potrošnju goriva motora, višak goriva pod visokim tlakom vraća se u spremnik goriva kroz ventil za regulaciju tlaka. To rezultira nepotrebnim zagrijavanjem goriva i smanjenjem ukupne učinkovitosti.
Visokotlačni akumulator (rail)
1 – akumulator visokog tlaka; 2 – ulaz iz visokotlačne pumpe za gorivo; 3 – senzor tlaka akumulatora; 4 – vraćanje goriva u spremnik goriva; 5 – do injektora goriva
Tlak koji stvara visokotlačna pumpa za gorivo distribuira se kroz akumulator i vodove za gorivo do injektora. Istovremeno, zbog volumena goriva u akumulatoru, smanjuju se fluktuacije tlaka goriva koje stvara visokotlačna pumpa za gorivo i otvaranje injektora. Stlačivost goriva kao rezultat visokog tlaka koristi se za postizanje akumulatorskog efekta. Tlak goriva mjeri se senzorom, a ventil za regulaciju tlaka održava ga na potrebnoj razini.
Visokotlačne cijevi za gorivo
Visokotlačne cijevi za gorivo dizajnirane su za prijenos goriva iz visokotlačnog akumulatora do injektora i moraju izdržati visokofrekventne fluktuacije tlaka koje se javljaju tijekom rada motora. Cijevi za gorivo izrađene su od čelika i imaju vanjski promjer od 6 mm i unutarnji promjer od 2,4 mm. Sve visokotlačne cijevi za gorivo moraju biti iste duljine. Razlika u udaljenosti između baterije i svakog injektora goriva kompenzira se savijanjem vodova za gorivo.
Senzor tlaka
1 – električni kontakti; 2 – tiskana ploča i nacrt strujnog kruga; 3 – dijafragma sa senzorskim elementom; 4 – priključak visokog tlaka; 5 – navoj senzora
Senzor tlaka prenosi signal ECU-u, koji odgovara stvarnom tlaku u akumulatoru tlaka.
Senzor tlaka sastoji se od sljedećih elemenata:
- kombinirani senzorski element zavaren na kućište;
- tiskana ploča s električnim krugom;
- kućište senzora s električnim konektorom.
Gorivo pod tlakom kroz otvor djeluje na membranu senzora, na kojoj je ugrađen senzorski element (poluvodički uređaj) pretvaranje tlaka u električni signal. Generirani i pojačani signal prenosi se do ECU-a putem kontakata konektora i električnog kruga. 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. Točno mjerenje tlaka akumulatora potrebno je za ispravan rad sustava ubrizgavanja goriva. U radnom rasponu, točnost mjerenja trebala bi biti unutar ±2%. Ako senzor tlaka zakaže, ventil za regulaciju tlaka prelazi u način rada "dijafragme" i sustav ubrizgavanja, koristeći rezervnu (meku) funkciju, prihvaća unaprijed postavljenu vrijednost tlaka.
Ventil za ograničenje tlaka
Ventil za ograničavanje tlaka obavlja istu funkciju kao i ventil za previsok tlak. U slučaju prekomjernog tlaka, ventil se otvara i ograničava tlak u akumulatoru. Tlak otvaranja ventila za ograničavanje tlaka je 1500 bara.
Ventil za ograničavanje tlaka je mehanički uređaj koji uključuje sljedeće elemente:
- tijelo s vanjskim navojem za uvrtanje u akumulator tlaka;
- spajanje povratne cijevi za gorivo na spremnik goriva;
- pomični klip;
- proljeće.
Mlaznice
Mlaznica: A – mlaznica zatvorena (nepomično stanje); B – mlaznica je 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 propuštanje 7 – Otvor za punjenje 8 – Dio za upravljanje ventilom 9 – Klip za upravljanje ventilom 10 – Kanal za dovod goriva do raspršivača 11 – Igla injektora
Injektor osigurava da se u komoru za izgaranje dovede potrebna količina goriva. U precizno postavljenom trenutku, ECU šalje signal pobude solenoidu injektora, što znači da je započela opskrba gorivom. Količina ubrizganog goriva određena je periodom otvaranja mlaznice i tlakom u sustavu. Gorivo koje se vraća iz ventila za regulaciju tlaka i niskotlačnog stupnja dovodi se u razvodnik zajedno s gorivom koje je podmazivalo visokotlačnu pumpu za gorivo.
Injektor se sastoji od sljedećih jedinica:
- prskalica;
- hidraulički sustav;
- solenoidni ventil.
Gorivo se dovodi iz visokotlačnog navojnog spoja kroz kanal do raspršivača i kroz dovodni otvor do odjeljka za upravljanje ventilom. Dio za upravljanje ventilom spojen je na povratni vod goriva kroz otvor za propuštanje spojen na solenoidni ventil. Kada je otvor za propuštanje zatvoren, hidraulička sila primijenjena na klip ventila premašuje silu pritiska na konusni kraj igle za prskanje. Kao rezultat toga, igla mlaznice se pomiče prema dolje i hermetički zatvara dovod goriva pod visokim tlakom u komoru za izgaranje.
Kada se otvori solenoidni ventil injektora, otvara se otvor za propuštanje, što uzrokuje smanjenje tlaka u odjeljku za upravljanje ventilom, što također smanjuje hidraulički tlak na klip. Čim hidraulička sila postane manja od sile pritiska na konusni kraj igle mlaznice, igla mlaznice se otvara i gorivo se ubrizgava u komoru za izgaranje. Ovo indirektno upravljanje iglom za prskanje pomoću hidrauličkog sustava za multiplikaciju sile koristi se jer sile potrebne za brzo otvaranje igle ne mogu se izravno generirati solenoidnim ventilom. Takozvana kontrolna količina goriva potrebna za otvaranje igle injektora dovodi se uz količinu goriva koja se stvarno mora ubrizgati u cilindar, a dovodi se kroz otvor za propuštanje spojen na solenoidni ventil u povratni vod goriva.
Osim količine goriva koju treba kontrolirati, postoji i gubitak goriva u vodilicama podizača ventila i igli injektora.
Rad injektora tijekom rada motora i stvaranje tlaka pomoću visokotlačne pumpe za gorivo podijeljen je u sljedeće četiri faze:
- mlaznica je zatvorena (uz primjenu visokog tlaka);
- 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 je zatvorena
U stacionarnom stanju, solenoidni ventil injektora nije pod naponom i stoga je zatvoren. Otvor za propuštanje je zatvoren i opruga ventila pritišće kuglicu na sjedište otvora za propuštanje. Visoki tlak iz akumulatora tlaka povećava se u odjeljku za upravljanje ventilom i istovremeno je prisutan u volumenu odjeljka igle za prskanje. Tlak iz akumulatora tlaka primijenjen na čeonu površinu upravljačkog klipa, zajedno sa silom opruge igle za prskanje, drži iglu u zatvorenom položaju, suprotstavljajući se silama otvaranja koje se primjenjuju u stupnju tlaka.
Mlaznica se otvara
Mlaznica je u stacionarnom položaju. Solenoidni ventil se napaja strujom, što osigurava brzo otvaranje ventila. Visoka struja koja se dovodi do solenoida odmah se smanjuje na struju dovoljnu da drži solenoidni ventil otvorenim. Kada se otvor za propuštanje otvori, gorivo teče iz odjeljka za upravljanje ventilom u šupljinu koja se nalazi iznad ventila, a odatle kroz povratni vod u spremnik goriva.
Sila koju stvara solenoid premašuje silu opruge i otvor za propuštanje se otvara, što uzrokuje smanjenje tlaka u odjeljku za upravljanje ventilom, što također smanjuje hidraulički tlak na klip. Čim hidraulička sila postane manja od sile pritiska na konusni kraj igle mlaznice, igla mlaznice se otvara i gorivo se ubrizgava u komoru za izgaranje.
Brzina otvaranja igle za raspršivanje određena je razlikom u brzini protoka kroz otvor za propuštanje i otvor za dovod. Kontrolni klip doseže gornji položaj gdje se nalazi jastuk goriva koji nastaje protokom goriva između otvora za curenje i dovod goriva. U tom položaju, mlaznica injektora je potpuno otvorena i gorivo se ubrizgava u komoru za izgaranje pod tlakom jednakim tlaku u akumulatoru tlaka.
Zatvaranje mlaznice
Kada se napon na solenoidnom ventilu ukloni, opruga ventila pomiče armaturu prema dolje i kugla zatvara otvor za curenje. Sidro se sastoji od dva dijela. Međutim, iako se armaturna ploča kontrolira ramenom dok se kreće prema dolje, ona se može "povratiti" povratnom oprugom tako da na armaturu i kuglu ne djeluju sile prema dolje.
Kada je otvor za propuštanje zatvoren, hidraulička sila primijenjena na klip ventila premašuje silu pritiska na konusni kraj igle za prskanje. Kao rezultat toga, igla mlaznice se pomiče prema dolje i hermetički zatvara dovod goriva pod visokim tlakom u komoru za izgaranje. Brzina igle za prskanje određena je protokom kroz otvor za dovod.