Sistem de injecție de combustibil Common Rail
1 – pompă de combustibil de înaltă presiune; 2 – filtru de combustibil; 3 – rezervor de combustibil cu filtru preliminar de combustibil și pompă de supraalimentare; 4 – ECU; 5 – unitate de control a bujiei incandescente; 6 – baterie; 7 – acumulator de înaltă presiune (șină); 8 – senzor de presiune; 9 – supapă de limitare a presiunii; 10 – senzor de temperatură a combustibilului; 11 – duză; 12 – bujie incandescentă; 13 – senzor de temperatură a lichidului de răcire; 14 – senzor de viteză a arborelui cotit; 15 – senzor de poziție a arborelui cu came; 16 – senzor de temperatură a aerului motorului; 17 – Senzor de presiune de supraalimentare (BPS); 18 – debitmetru de aer; 19 – turbocompresor; 20 – Poziționer EGR; 21 – panou de instrumente; 22 – senzor de poziție a pedalei de accelerație; 23 – contacte de frână; 24 – Comutator pedală ambreiaj; 25 – senzor de viteză; 26 – unitate de control al vitezei vehiculului; 27 – compresor de aer condiționat; 28 – unitate de control a aerului condiționat; 29 – instrument de diagnosticare cu conector
1 – rezervor de combustibil; 2 – Prefiltru de combustibil; 3 – pompă de supraalimentare cu combustibil; 4 – filtru de combustibil; 5 – conducte de combustibil de joasă presiune; 6 – pompă de combustibil de înaltă presiune; 7 – conducte de combustibil de înaltă presiune; 8 – acumulator de înaltă presiune (șină); 9 – injectoare controlate electromagnetic, înșurubate în chiulasă; 10 – conductă de retur a combustibilului; 11 – ECU
Sistemul de alimentare Common Rail include o etapă de alimentare cu combustibil de joasă presiune și o etapă de alimentare cu combustibil de înaltă presiune și o ECU (11).
Alimentare cu combustibil la presiune joasă
Alimentarea cu combustibil la presiune joasă a sistemului Common Rail include:
- rezervor de combustibil cu prefiltru de combustibil;
- pompă de alimentare cu combustibil;
- filtru de combustibil;
- conducte de combustibil de joasă presiune.
Pompă de alimentare cu combustibil
O pompă electrică de combustibil cu prefiltru furnizează continuu o anumită cantitate de combustibil din rezervorul de combustibil către pompa de combustibil de înaltă presiune. Pompa nu numai că furnizează combustibil, dar, în limitele sistemului de siguranță, trebuie să oprească alimentarea cu combustibil în caz de accident, adică atunci când contactul este cuplat și motorul este oprit.
Pompa de combustibil este alcătuită din trei elemente principale:
- pompa;
- motor electric;
- capace.
Filtru de combustibil
Curățarea insuficientă a combustibilului poate provoca deteriorarea componentelor pompei de combustibil de înaltă presiune, a supapelor de alimentare și a duzelor injectoarelor. Filtrul de combustibil curăță combustibilul înainte ca acesta să intre în pompa de combustibil de înaltă presiune și astfel previne uzura prematură a componentelor sensibile ale pompei.
Combustibilul motorină poate conține apă fie sub formă legată (emulsie), fie sub formă liberă (de exemplu, condensarea vaporilor de apă la schimbarea temperaturii). Dacă apa pătrunde în sistemul de injecție, aceasta poate duce la coroziunea componentelor sistemului de injecție, așa că este instalat un semnal de avertizare care aprinde martorul luminos din tabloul de bord dacă este necesar să se golească apa din filtrul de combustibil.
Alimentare cu combustibil de înaltă presiune
Alimentarea cu combustibil de înaltă presiune a sistemului Common Rail include:
- pompă de combustibil de înaltă presiune cu supapă de reglare a presiunii;
- conducte de combustibil de înaltă presiune;
- acumulator de înaltă presiune (șină) cu senzor de presiune, limitator de presiune, limitator de debit, injectoare;
- conducta de retur a combustibilului.
Pompă de combustibil de înaltă presiune
Pompă de combustibil de înaltă presiune (reprezentarea schematică a unei secțiuni longitudinale)
1 – arbore de transmisie; 2 – camă excentrică; 3 – element de pompă cu piston de pompă; 4 – compartimentul elementului pompei; 5 – supapă de aspirație; 6 – supapă de evacuare; 7 – sigiliu; 8 – racord de înaltă presiune la acumulatorul de presiune; 9 – robinet cu bilă; 10 – retur combustibil; 11 – alimentare cu combustibil de la pompa de supraalimentare; 12 – supapă de siguranță cu orificiu de accelerație; 13 – alimentare cu combustibil la presiune joasă către elementul pompei
Pompă de combustibil de înaltă presiune (secțiune transversală schematică)
1 – arbore de transmisie; 2 – camă excentrică; 3 – element de pompă cu piston de pompă; 4 – supapă de aspirație; 5 – supapă de evacuare; 6 – intrare
Pompa de combustibil de înaltă presiune furnizează combustibil la o presiune de 1350 bar către acumulatorul de înaltă presiune prin conductele de combustibil de înaltă presiune.
Pompa de combustibil de înaltă presiune este amplasată la limita dintre etapele de presiune joasă și înaltă a combustibilului. În toate condițiile de funcționare, durata de viață a pompei de combustibil corespunde duratei de viață a vehiculului.
Pompa de combustibil este lubrifiată cu motorină. Combustibilul este comprimat de trei pistoane instalate radial la un unghi de 120° unul față de celălalt. Pompa furnizează trei porții de combustibil la fiecare rotație a arborelui cotit. Pentru un motor diesel de 2,0 l care funcționează la turația nominală a arborelui cotit și generează o presiune de 1350 bar, este necesară o putere de 3,8 kW pentru acționarea pompei, ținând cont de un randament mecanic de aproximativ 90%.
Funcționarea pompei
Pompa de alimentare cu combustibil livrează combustibil printr-un filtru cu separator de apă către supapa de admisie și de suprapresiune a pompei de combustibil de înaltă presiune. Combustibilul prin deschiderea clapetei de accelerație a supapei de siguranță lubrifiază elementele mobile ale pompei și o răcește. Arborele de antrenare cu came excentrice mișcă cele trei pistoane ale pompei în sus și în jos în funcție de forma camei. De îndată ce presiunea de alimentare depășește presiunea de deschidere a supapei de siguranță (0,5... 1,5 bari), pompa de presiune forțează combustibilul prin supapa de admisie a pompei de combustibil de înaltă presiune în compartimentul elementului pompei, al cărui piston se mișcă în jos (cursa de admisie). Supapa de admisie se închide când pistonul pompei trece de PMS și, deoarece combustibilul nu poate curge din compartimentul elementului pompei, este comprimat indiferent de presiunea de alimentare.
Presiunea crescândă deschide supapa de ieșire și, imediat ce se atinge presiunea egală cu presiunea acumulatorului, combustibilul comprimat intră în circuitul de înaltă presiune. Pistonul pompei continuă să livreze combustibil, până când ajunge la TDC (cursă de injecție), după care presiunea scade și supapa de ieșire se închide. Combustibilul rămas în compartimentul elementului pompei se dilată, iar pistonul pompei se mișcă în jos. Imediat ce presiunea din compartimentul elementului pompei scade sub presiunea creată de pompa de presiune, supapa de admisie se deschide și procesul se repetă.
Deoarece capacitatea pompei depășește consumul de combustibil al motorului, excesul de combustibil sub presiune ridicată se întoarce în rezervorul de combustibil prin supapa de reglare a presiunii. Acest lucru duce la încălzirea inutilă a combustibilului și la o reducere a eficienței generale.
Acumulator de înaltă presiune (șină)
Articolul original este postat pe portal HyundaiBook
1 – acumulator de înaltă presiune; 2 – intrare de la pompa de combustibil de înaltă presiune; 3 – senzor de presiune al acumulatorului; 4 – returnați combustibilul în rezervorul de combustibil; 5 – către injectorul de combustibil
Presiunea generată de pompa de combustibil de înaltă presiune este distribuită prin acumulator și conductele de combustibil către injector. În același timp, datorită volumului de combustibil din acumulator, fluctuațiile presiunii combustibilului create de pompa de combustibil de înaltă presiune și de deschiderea injectoarelor sunt reduse. Compresibilitatea combustibilului ca urmare a presiunii ridicate este utilizată pentru a obține efectul de acumulator. Presiunea combustibilului este măsurată de un senzor și menținută la nivelul necesar de o supapă de reglare a presiunii.
Conducte de combustibil de înaltă presiune
Conductele de combustibil de înaltă presiune sunt proiectate pentru a transfera combustibilul de la acumulatorul de înaltă presiune la injectoare și trebuie să reziste fluctuațiilor de presiune de înaltă frecvență care apar în timpul funcționării motorului. Conductele de combustibil sunt fabricate din oțel și au un diametru exterior de 6 mm și un diametru interior de 2,4 mm. Toate conductele de combustibil de înaltă presiune trebuie să aibă aceeași lungime. Diferența de distanță dintre baterie și fiecare injector de combustibil este compensată prin îndoirea conductelor de combustibil.
Senzor de presiune
1 – contacte electrice; 2 – placă de circuite imprimate și schiță a circuitului; 3 – diafragmă cu element senzorial; 4 – conexiune de înaltă presiune; 5 – filet senzor
Senzorul de presiune transmite un semnal către ECU, care corespunde presiunii reale din acumulatorul de presiune.
Senzorul de presiune este alcătuit din următoarele elemente:
- un element senzorial combinat sudat pe carcasă;
- placă cu circuite imprimate cu circuit electric;
- carcasă senzor cu conector electric.
Combustibilul sub presiune prin orificiu acționează asupra diafragmei senzorului, pe care este instalat elementul senzor (dispozitiv semiconductor) transformarea presiunii într-un semnal electric. Semnalul generat și amplificat este transmis către ECU prin intermediul contactelor conectorului și al circuitului electric. Senzorul funcționează după cum urmează: atunci când forma diafragmei se schimbă, rezistența electrică a straturilor lipite pe diafragmă se modifică. O modificare a presiunii de 1500 bari duce la o modificare a formei diafragmei cu 1 mm.
În funcție de presiunea aplicată, tensiunea de ieșire a senzorului variază de la 0 la 70 mV, iar după amplificare este de 0,5–4,5 V. Măsurarea precisă a presiunii acumulatorului este necesară pentru funcționarea corectă a sistemului de injecție a combustibilului. În intervalul de lucru, precizia de măsurare trebuie să fie de ±2%. Dacă senzorul de presiune se defectează, supapa de control al presiunii trece în modul "diafragmă", iar sistemul de injecție, utilizând funcția de rezervă (soft), acceptă o valoare presetată a presiunii.
Supapă de suprapresiune
Supapa de limitare a presiunii îndeplinește aceeași funcție ca și supapa de suprapresiune. În caz de suprapresiune, supapa se deschide și limitează presiunea din acumulator. Presiunea de deschidere a supapei limitatoare de presiune este de 1500 bar.
Supapa de limitare a presiunii este un dispozitiv mecanic care include următoarele elemente:
- corp cu filet exterior pentru înșurubare într-un acumulator de presiune;
- racordarea conductei de retur a combustibilului la rezervorul de combustibil;
- piston mobil;
- primăvară.
Duze
Duză: A – duză închisă (stare nemișcată); B – duza este deschisă (injecție de combustibil)
1 – retur combustibil 2 – conector electric 3 – element de pornire (electrovalvă) 4 – Intrare combustibil din acumulatorul de presiune 5 – Supapă cu bilă 6 – Orificiu de scurgere 7 – Orificiu de alimentare 8 – Secțiune de control al supapei 9 – Piston de control al supapei 10 – Canal de alimentare cu combustibil către atomizor 11 – Ac injector
Injectorul asigură alimentarea camerei de ardere cu cantitatea necesară de combustibil. La un moment precis stabilit, ECU transmite un semnal de excitație solenoidului injectorului, ceea ce înseamnă că alimentarea cu combustibil a început. Cantitatea de combustibil injectată este determinată de perioada de deschidere a duzei și de presiunea din sistem. Combustibilul care se întoarce de la supapa de reglare a presiunii și de la treapta de joasă presiune este introdus în galeria de admisie împreună cu combustibilul care a lubrifiat pompa de combustibil de înaltă presiune.
Injectorul este alcătuit din următoarele unități:
- pulverizator;
- sistem hidraulic;
- electrovalvă.
Combustibilul este alimentat de la conexiunea filetată de înaltă presiune prin canal către atomizor și prin orificiul de alimentare către compartimentul de control al supapei. Secțiunea de control al supapei este conectată la conducta de retur a combustibilului printr-un orificiu de scurgere conectat la electrovalva. Când orificiul de scurgere este închis, forța hidraulică aplicată pistonului de control al supapei depășește forța exercitată de presiunea asupra capătului conic al acului de pulverizare. Drept urmare, acul duzei se mișcă în jos și închide ermetic alimentarea cu combustibil de înaltă presiune a camerei de ardere.
Când electrovalva injectorului se deschide, orificiul de scurgere se deschide, ceea ce determină scăderea presiunii din compartimentul de control al valvei, ceea ce reduce și presiunea hidraulică asupra pistonului. De îndată ce forța hidraulică devine mai mică decât forța exercitată de presiunea asupra capătului conic al acului duzei, acul duzei se deschide și combustibilul este injectat în camera de ardere. Acest control indirect al acului de pulverizare folosind un sistem hidraulic de multiplicare a forței este utilizat deoarece forțele necesare pentru deschiderea rapidă a acului nu pot fi generate direct de electrovalva. Așa-numita cantitate de combustibil de control necesară pentru deschiderea acul injectorului este furnizată pe lângă cantitatea de combustibil care trebuie efectiv injectată în cilindru și este furnizată printr-un orificiu de scurgere conectat la electrovalva în conducta de retur a combustibilului.
Pe lângă cantitatea de combustibil de controlat, există și pierderi de combustibil în ghidajele supapei și în acul injectorului.
Funcționarea injectorului în timpul funcționării motorului și crearea presiunii de către pompa de combustibil de înaltă presiune este împărțită în următoarele patru etape:
- duza este închisă (cu aplicarea unei presiuni ridicate);
- duza se deschide (începutul injecției de combustibil);
- duza este complet deschisă;
- închiderea duzei (sfârșitul injecției de combustibil).
Când motorul este oprit și nu există presiune în acumulatorul de presiune, arcul de pulverizare închide duza.
Duza este închisă
În stare staționară, electrovalva injectorului nu este alimentată cu energie și, prin urmare, este închisă. Orificiul de scurgere este închis, iar arcul supapei apasă bila pe scaunul orificiului de scurgere. Presiunea ridicată din acumulatorul de presiune crește în compartimentul de comandă al supapei și este prezentă simultan în volumul compartimentului acului de pulverizare. Presiunea acumulatorului de presiune aplicată pe fața frontală a pistonului de control, împreună cu forța arcului acului de pulverizare, menține acul în poziția închisă, contracarând forțele de deschidere aplicate în etapa de presiune.
Duza se deschide
Duza este într-o poziție staționară. Electrovalva este alimentată de un curent, care asigură deschiderea rapidă a valvei. Imediat, curentul mare furnizat solenoidului este redus la un curent suficient pentru a menține electrovalva deschisă. Când orificiul de scurgere se deschide, combustibilul curge din compartimentul de control al supapei în cavitatea situată deasupra supapei și de acolo prin conducta de retur în rezervorul de combustibil.
Forța creată de solenoid depășește forța arcului și orificiul de scurgere se deschide, ceea ce determină scăderea presiunii din compartimentul de comandă al supapei, ceea ce reduce și presiunea hidraulică asupra pistonului. De îndată ce forța hidraulică devine mai mică decât forța exercitată de presiunea asupra capătului conic al acului duzei, acul duzei se deschide și combustibilul este injectat în camera de ardere.
Viteza de deschidere a acului de pulverizare este determinată de diferența dintre viteza de curgere prin orificiul de scurgere și orificiul de alimentare. Pistonul de control atinge poziția superioară, unde există o pernă de combustibil formată de fluxul de combustibil între scurgerea de combustibil și orificiile de alimentare. În această poziție, duza injectorului este complet deschisă și combustibilul este injectat în camera de ardere sub o presiune egală cu presiunea din acumulatorul de presiune.
Închiderea duzei
Când tensiunea către electrovalva este îndepărtată, arcul supapei mișcă armătura în jos, iar bila închide orificiul de scurgere. Ancora este alcătuită din două părți. Totuși, chiar dacă placa de armătură este controlată de umăr în timp ce se mișcă în jos, aceasta poate "reveni" cu arcul de revenire, astfel încât să nu se exercite forțe descendente asupra armăturii și bilei.
Când orificiul de scurgere este închis, forța hidraulică aplicată pistonului de control al supapei depășește forța exercitată de presiunea asupra capătului conic al acului de pulverizare. Drept urmare, acul duzei se mișcă în jos și închide ermetic alimentarea cu combustibil de înaltă presiune a camerei de ardere. Viteza acului de pulverizare este determinată de debitul care trece prin orificiul de alimentare.