Układ paliwowy Common Rail (Hyundai Elantra XD)

Układ wtrysku paliwa Common Rail

Układ paliwowy Common Rail obejmuje stopień paliwa niskiego ciśnienia, stopień paliwa wysokiego ciśnienia oraz sterownik ECU (11).

Zasilanie paliwem o niskim ciśnieniu

Układ zasilania paliwem niskiego ciśnienia w układzie Common Rail obejmuje:

• zbiornik paliwa z filtrem wstępnym paliwa;
• pompa podnosząca paliwo;
• filtr paliwa;
• przewody paliwowe niskiego ciśnienia.

Pompa podnosząca paliwo

Elektryczna pompa paliwa z filtrem wstępnym w sposób ciągły dostarcza określoną ilość paliwa ze zbiornika do pompy paliwa wysokociśnieniowego. Pompa nie tylko podaje paliwo, ale w granicach możliwości systemu bezpieczeństwa musi również przerwać podawanie paliwa w razie wypadku, tj. po włączeniu zapłonu i zatrzymaniu silnika.

Pompa paliwa składa się z trzech głównych elementów:

• pompa;
• silnik elektryczny;
• pokrywki.

Filtr paliwa

Niedostateczne oczyszczanie paliwa może spowodować uszkodzenie podzespołów pompy paliwa wysokociśnieniowego, zaworów tłocznych i dysz wtryskiwaczy. Filtr paliwa oczyszcza paliwo zanim dostanie się ono do pompy paliwa wysokociśnieniowego, zapobiegając w ten sposób przedwczesnemu zużyciu wrażliwych elementów pompy.

Olej napędowy może zawierać wodę w postaci związanej (emulsja) lub wolnej (na przykład kondensacja pary wodnej przy zmianie temperatury). Jeżeli do układu wtryskowego dostanie się woda, może to doprowadzić do korozji elementów układu wtryskowego, dlatego montuje się sygnał ostrzegawczy, który włącza kontrolkę na zestawie wskaźników, jeśli konieczne jest spuszczenie wody z filtra paliwa.

Zasilanie paliwem pod wysokim ciśnieniem

Układ zasilania paliwem pod wysokim ciśnieniem w układzie Common Rail obejmuje:

• pompa paliwa wysokociśnieniowa z zaworem regulującym ciśnienie;
• przewody paliwowe wysokiego ciśnienia;
• akumulator wysokiego ciśnienia (szyna) z czujnikiem ciśnienia, ogranicznikiem ciśnienia, ogranicznikiem przepływu, wtryskiwaczami;
• przewód powrotny paliwa.

Pompa paliwa wysokiego ciśnienia

Pompa paliwa wysokiego ciśnienia (schematyczne przedstawienie przekroju podłużnego)

Pompa paliwa wysokiego ciśnienia (schematyczny przekrój)

Pompa paliwa wysokiego ciśnienia dostarcza paliwo pod ciśnieniem 1350 barów do akumulatora wysokiego ciśnienia poprzez przewody paliwowe wysokiego ciśnienia.

Pompa paliwa wysokiego ciśnienia znajduje się na granicy stopnia niskiego i wysokiego ciśnienia paliwa. W każdych warunkach eksploatacji żywotność pompy paliwa odpowiada żywotności pojazdu.

Pompa paliwowa smarowana jest olejem napędowym. Paliwo sprężane jest przez trzy tłoki zamontowane promieniowo pod kątem 120° względem siebie. Pompa dostarcza trzy porcje paliwa na jeden obrót wału korbowego. W przypadku silnika wysokoprężnego o pojemności 2,0 l pracującego z znamionową prędkością obrotową wału korbowego i wytwarzającego ciśnienie 1350 barów, do napędzania pompy wymagana jest moc 3,8 kW, przy założeniu sprawności mechanicznej wynoszącej około 90%.

Działanie pompy

Pompa paliwa tłoczy paliwo przez filtr z separatorem wody do zaworu wlotowego i nadmiarowego pompy paliwa wysokociśnieniowego. Paliwo poprzez otwór przepustnicy zaworu bezpieczeństwa smaruje ruchome elementy pompy oraz ją chłodzi. Wał napędowy z krzywkami mimośrodowymi porusza trzy tłoki pompy w górę i w dół, zgodnie z kształtem krzywki. W momencie, gdy ciśnienie zasilania przekroczy ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa (0,5...1,5 bara), pompa wspomagająca tłoczy paliwo przez zawór wlotowy pompy paliwa wysokiego ciśnienia do komory elementu pompującego, którego tłok porusza się w dół (suw ssący). Zawór wlotowy zamyka się, gdy tłok pompy mija DMP, a ponieważ paliwo nie może wypłynąć z komory elementu pompy, jest ono sprężane niezależnie od ciśnienia zasilania.



Rosnące ciśnienie otwiera zawór wylotowy i gdy tylko osiągnięte zostanie ciśnienie równe ciśnieniu w akumulatorze, sprężone paliwo przedostaje się do obwodu wysokiego ciśnienia. Tłok pompy kontynuuje tłoczenie paliwa, aż do osiągnięcia GMP (skok wtrysku), po czym ciśnienie spada i zawór wylotowy się zamyka. Paliwo pozostałe w komorze elementu pompy rozszerza się, a tłok pompy przesuwa się w dół. Gdy tylko ciśnienie w komorze elementu pompującego spadnie poniżej ciśnienia wytwarzanego przez pompę wspomagającą, zawór wlotowy otwiera się i proces się powtarza.

Ponieważ wydajność pompy przekracza zużycie paliwa przez silnik, nadmiar paliwa pod wysokim ciśnieniem wraca do zbiornika przez zawór regulujący ciśnienie. Prowadzi to do niepotrzebnego nagrzewania się paliwa i zmniejszenia ogólnej sprawności.

Akumulator wysokiego ciśnienia (szyna)

Ciśnienie wytwarzane przez pompę paliwa wysokiego ciśnienia jest rozprowadzane przez akumulator i przewody paliwowe do wtryskiwacza. Jednocześnie, dzięki objętości paliwa w akumulatorze, zmniejszają się wahania ciśnienia paliwa wytwarzane przez pompę paliwa wysokiego ciśnienia i otwierające się wtryskiwacze. Aby osiągnąć efekt akumulatora, wykorzystuje się ściśliwość paliwa wynikającą z działania wysokiego ciśnienia. Ciśnienie paliwa mierzone jest przez czujnik i utrzymywane na wymaganym poziomie przez zawór regulujący ciśnienie.

Przewody paliwowe wysokiego ciśnienia

Przewody paliwowe wysokiego ciśnienia służą do przesyłu paliwa z akumulatora wysokiego ciśnienia do wtryskiwaczy i muszą wytrzymywać częste wahania ciśnienia występujące podczas pracy silnika. Przewody paliwowe są wykonane ze stali i mają średnicę zewnętrzną 6 mm i średnicę wewnętrzną 2,4 mm. Wszystkie przewody paliwowe wysokiego ciśnienia muszą mieć tę samą długość. Różnicę w odległości między akumulatorem a każdym wtryskiwaczem paliwa kompensuje się poprzez wygięcie przewodów paliwowych.

Czujnik ciśnienia

Czujnik ciśnienia przesyła sygnał do sterownika silnika, który odpowiada rzeczywistemu ciśnieniu w akumulatorze ciśnienia.

Czujnik ciśnienia składa się z następujących elementów:

Oryginalny materiał znajduje się na stronie internetowej (www.HyundaiBook.ru)

• połączony element czujnika przyspawany do obudowy;
• płytka drukowana z obwodem elektrycznym;
• obudowa czujnika ze złączem elektrycznym.

Paliwo pod ciśnieniem, przedostające się przez otwór, oddziałuje na membranę czujnika, na której zamontowany jest element czujnikowy (urządzenie półprzewodnikowe) przetwarzanie ciśnienia na sygnał elektryczny. Wygenerowany i wzmocniony sygnał jest przesyłany do ECU poprzez styki złącza i obwód elektryczny. Czujnik działa w następujący sposób: gdy zmienia się kształt membrany, zmienia się rezystancja elektryczna warstw przyklejonych do membrany. Zmiana ciśnienia o 1500 barów powoduje zmianę kształtu membrany o 1 mm.



W zależności od przyłożonego ciśnienia napięcie wyjściowe czujnika zmienia się od 0 do 70 mV i po wzmocnieniu wynosi 0,5–4,5 V. Dokładny pomiar ciśnienia akumulatora jest niezbędny do prawidłowej pracy układu wtrysku paliwa. W zakresie roboczym dokładność pomiaru powinna mieścić się w granicach ±2%. W przypadku awarii czujnika ciśnienia zawór regulacyjny ciśnienia przełącza się w tryb "membrany", a układ wtryskowy, wykorzystując funkcję rezerwy (miękkiej), przyjmuje zadaną wartość ciśnienia.

Zawór bezpieczeństwa

Zawór ograniczający ciśnienie pełni tę samą funkcję co zawór nadmiarowy ciśnienia. W przypadku nadmiernego ciśnienia zawór otwiera się i ogranicza ciśnienie w akumulatorze. Ciśnienie otwarcia zaworu ograniczającego ciśnienie wynosi 1500 barów.

Zawór ograniczający ciśnienie jest urządzeniem mechanicznym, które zawiera następujące elementy:

• korpus z gwintem zewnętrznym do wkręcania w akumulator ciśnieniowy;
• podłączenie przewodu powrotnego paliwa do zbiornika paliwa;
• ruchomy tłok;
• wiosna.

Dysze

Dysza: A – dysza zamknięta (stan nieruchomy); B – dysza jest otwarta (wtrysk paliwa)

Wtryskiwacz zapewnia dostarczenie do komory spalania odpowiedniej ilości paliwa. W precyzyjnie ustawionym momencie ECU przesyła sygnał wzbudzenia do elektromagnesu wtryskiwacza, co oznacza, że rozpoczęło się dostarczanie paliwa. Ilość wtryskiwanego paliwa zależy od czasu otwarcia dyszy i ciśnienia w układzie. Paliwo powracające z zaworu regulującego ciśnienie i stopnia niskiego ciśnienia jest podawane do kolektora razem z paliwem smarującym pompę paliwa wysokiego ciśnienia.

Wtryskiwacz składa się z następujących zespołów:

• opryskiwacz;
• układ hydrauliczny;
• zawór elektromagnetyczny.

Paliwo jest dostarczane z gwintowanego połączenia wysokociśnieniowego przez kanał do atomizera i przez otwór doprowadzający do komory sterowania zaworami. Sekcja sterowania zaworem jest podłączona do przewodu powrotnego paliwa poprzez otwór wyciekowy podłączony do zaworu elektromagnetycznego. Gdy otwór wyciekowy jest zamknięty, siła hydrauliczna działająca na tłok sterujący zaworem przekracza siłę ciśnienia wywieraną na stożkowy koniec igły natryskowej. W efekcie igła dyszy przesuwa się w dół i hermetycznie zamyka dopływ paliwa pod wysokim ciśnieniem do komory spalania.

Gdy zawór elektromagnetyczny wtryskiwacza się otwiera, otwiera się otwór nieszczelności, co powoduje spadek ciśnienia w komorze sterowania zaworem, co również zmniejsza ciśnienie hydrauliczne działające na tłok. Gdy siła hydrauliczna stanie się mniejsza od siły nacisku na stożkowy koniec igły dyszy, igła dyszy otworzy się, a paliwo zostanie wtryskiwane do komory spalania. Pośrednie sterowanie igłą natryskową za pomocą hydraulicznego układu zwielokrotniającego siłę jest stosowane, ponieważ siły niezbędne do szybkiego otwarcia iglicy nie mogą być generowane bezpośrednio przez zawór elektromagnetyczny. Tak zwana kontrolna ilość paliwa niezbędna do otwarcia iglicy wtryskiwacza jest dostarczana oprócz ilości paliwa, która musi zostać faktycznie wtryśnięta do cylindra. Jest ona dostarczana przez otwór wyciekowy podłączony do zaworu elektromagnetycznego do przewodu powrotnego paliwa.

Oprócz ilości paliwa, którą trzeba kontrolować, występują również straty paliwa w prowadnicach popychaczy zaworów i iglicy wtryskiwacza.

Praca wtryskiwacza podczas pracy silnika i wytwarzanie ciśnienia przez pompę paliwa wysokiego ciśnienia dzieli się na następujące cztery etapy:

• dysza jest zamknięta (z zastosowaniem wysokiego ciśnienia);
• dysza się otwiera (początek wtrysku paliwa);
• dysza jest całkowicie otwarta;
• zamknięcie dyszy (koniec wtrysku paliwa).

Gdy silnik jest wyłączony i w akumulatorze ciśnieniowym nie ma ciśnienia, sprężyna natryskowa zamyka dyszę.

Dysza jest zamknięta

W stanie spoczynku zawór elektromagnetyczny wtryskiwacza nie jest pobudzany i dlatego jest zamknięty. Otwór wyciekowy zostaje zamknięty, a sprężyna zaworu dociska kulkę do gniazda otworu wyciekowego. Wysokie ciśnienie z akumulatora ciśnienia wzrasta w komorze sterowania zaworami i jednocześnie występuje w objętości komory iglicy natryskowej. Ciśnienie z akumulatora ciśnienia przyłożone do czoła tłoka sterującego, wraz z siłą sprężyny igły natryskowej, utrzymuje iglicę w pozycji zamkniętej, przeciwdziałając siłom otwierającym przyłożonym na etapie ciśnieniowym.

Dysza się otwiera

Dysza jest w pozycji stacjonarnej. Zawór elektromagnetyczny jest pobudzany prądem, co powoduje szybkie otwarcie zaworu. Natychmiast wysoki prąd dostarczany do elektromagnesu zostaje zmniejszony do wartości wystarczającej do utrzymania zaworu elektromagnetycznego w położeniu otwartym. Gdy otwór nieszczelności się otworzy, paliwo przepływa z komory sterowania zaworem do wnęki znajdującej się nad zaworem, a stamtąd przez przewód powrotny do zbiornika paliwa.

Siła wytworzona przez elektromagnes przekracza siłę sprężyny i otwiera się otwór nieszczelności, co powoduje spadek ciśnienia w komorze sterowania zaworem, co z kolei zmniejsza ciśnienie hydrauliczne działające na tłok. Gdy siła hydrauliczna stanie się mniejsza od siły nacisku na stożkowy koniec igły dyszy, igła dyszy otworzy się, a paliwo zostanie wtryskiwane do komory spalania.

Prędkość otwierania igły natryskowej jest określana na podstawie różnicy prędkości przepływu przez otwór nieszczelnościowy i otwór podający. Tłok sterujący osiąga górne położenie, w którym tworzy się poduszka paliwowa utworzona przez przepływ paliwa między otworem wycieku paliwa a otworem doprowadzającym. W tej pozycji dysza wtryskiwacza jest całkowicie otwarta, a paliwo wtryskiwane jest do komory spalania pod ciśnieniem równym ciśnieniu w akumulatorze ciśnienia.

Zamknięcie dyszy

Po odłączeniu napięcia od zaworu elektromagnetycznego sprężyna zaworu przesuwa wirnik w dół, a kula zamyka otwór wyciekowy. Kotwica składa się z dwóch części. Jednakże, mimo że płyta kotwiąca jest kontrolowana przez ramię podczas ruchu w dół, może ona "odbić się" sprężyną powrotną, dzięki czemu na kotwicę i kulkę nie oddziałują żadne siły skierowane w dół.

Gdy otwór wyciekowy jest zamknięty, siła hydrauliczna działająca na tłok sterujący zaworem przekracza siłę ciśnienia wywieraną na stożkowy koniec igły natryskowej. W efekcie igła dyszy przesuwa się w dół i hermetycznie zamyka dopływ paliwa pod wysokim ciśnieniem do komory spalania. Prędkość igły natryskowej jest ustalana na podstawie przepływu przez otwór podający.