Систем убризгавања горива Common Rail
1 – пумпа за гориво високог притиска; 2 – филтер за гориво; 3 – резервоар за гориво са прелиминарним филтером за гориво и пумпом за повећање горива; 4 – ECU; 5 – јединица за управљање грејачем; 6 – батерија; 7 – акумулатор високог притиска (шина); 8 – сензор притиска; 9 – вентил за ограничавање притиска; 10 – сензор температуре горива; 11 – млазница; 12 – грејач; 13 – сензор температуре расхладне течности; 14 – сензор брзине радилице; 15 – сензор положаја брегасте осовине; 16 – сензор температуре ваздуха мотора; 17 – Сензор притиска пуњења (BPS); 18 – мерач протока ваздуха; 19 – турбопуњач; 20 – EGR позиционер; 21 – инструмент табла; 22 – сензор положаја педале гаса; 23 – контакти кочнице; 24 – Прекидач педале квачила; 25 – сензор брзине; 26 – јединица за контролу брзине возила; 27 – компресор клима уређаја; 28 – контролна јединица клима уређаја; 29 – дијагностички алат са конектором
1 – резервоар за гориво; 2 – Филтер пре горива; 3 – пумпа за повећање горива; 4 – филтер за гориво; 5 – цеви за гориво ниског притиска; 6 – пумпа за гориво високог притиска; 7 – водови за гориво високог притиска; 8 – акумулатор високог притиска (шина); 9 – електромагнетно контролисани инјектори уврнути у главу цилиндра; 10 – повратна цев за гориво; 11 – ECU
Систем горива Common Rail укључује фазу горива ниског притиска и фазу горива високог притиска и ECU (11).
Довод горива ниског притиска
Довод горива ниског притиска система Common Rail укључује:
- резервоар за гориво са претфилтером за гориво;
- пумпа за подизање горива;
- филтер за гориво;
- водови за гориво ниског притиска.
Пумпа за подизање горива
Електрична пумпа за гориво са претфилтером континуирано доводи одређену количину горива из резервоара за гориво до пумпе за гориво високог притиска. Пумпа не само да снабдева горивом, већ у границама сигурносног система мора да престане са снабдевањем горивом у случају несреће, тј. када је паљење укључено и мотор заустављен.
Пумпа за гориво се састоји од три главна елемента:
- пумпа;
- електрични мотор;
- поклопци.
Филтер за гориво
Недовољно чишћење горива може оштетити компоненте пумпе за гориво високог притиска, убризгавајуће вентиле и млазнице убризгавача. Филтер за гориво чисти гориво пре него што уђе у пумпу за гориво високог притиска и тиме спречава прерано хабање осетљивих компоненти пумпе.
Дизел гориво може да садржи воду или у везаном облику (емулзија) или у слободном облику (нпр. кондензација водене паре услед промена температуре). Ако вода доспе у систем за убризгавање, може довести до корозије компоненти система за убризгавање, па је уграђен упозоравајући сигнал који пали контролну лампицу у инструмент табли ако је потребно испустити воду из филтера за гориво.
Довод горива под високим притиском
Довод горива под високим притиском система Common Rail укључује:
- пумпа за гориво високог притиска са вентилом за регулацију притиска;
- водови за гориво високог притиска;
- акумулатор високог притиска (раил) са сензором притиска, ограничивачем притиска, ограничивачем протока, инјекторима;
- повратна линија за гориво.
Пумпа за гориво високог притиска
Пумпа за гориво високог притиска (шематски приказ уздужног пресека)
1 – погонско вратило; 2 – ексцентрични брегасти осовина; 3 – елемент пумпе са клипом пумпе; 4 – одељак за елемент пумпе; 5 – усисни вентил; 6 – издувни вентил; 7 – печат; 8 – прикључак високог притиска на акумулатор притиска; 9 – куглични вентил; 10 – повратак горива; 11 – довод горива из пумпе за повећање горива; 12 – сигурносни вентил са отвором за гас; 13 – довод горива ниског притиска до елемента пумпе
Пумпа за гориво високог притиска (шематски приказ попречног пресека)
1 – погонско вратило; 2 – ексцентрични брегасти осовина; 3 – елемент пумпе са клипом пумпе; 4 – усисни вентил; 5 – издувни вентил; 6 – улаз
Пумпа за гориво високог притиска доводи гориво под притиском од 1350 бара до акумулатора високог притиска преко водова за гориво високог притиска.
Пумпа за гориво високог притиска налази се на граници између фаза ниског и високог притиска горива. У свим условима рада, век трајања пумпе за гориво одговара веку трајања возила.
Пумпа за гориво је подмазана дизел горивом. Гориво се компримује помоћу три клипа постављена радијално под углом од 120° један према другом. Пумпа испоручује три порције горива по једном обртају радилице. За дизел мотор од 2,0 литра који ради при номиналној брзини радилице и ствара притисак од 1350 бара, потребна је снага од 3,8 kW за погон пумпе, узимајући у обзир механичку ефикасност од приближно 90%.
Функционисање пумпе
Пумпа за подизање горива доводи гориво кроз филтер са сепаратором воде до улазног и сигурносног вентила пумпе за гориво високог притиска. Гориво кроз отвор гаса сигурносног вентила подмазује покретне елементе пумпе и хлади је. Погонско вратило са ексцентричним брегастим осовинама помера три клипа пумпе горе-доле у складу са обликом брегасте осовине. Чим притисак довода пређе притисак отварања преливног вентила (0,5... 1,5 бара), појачивачка пумпа потискује гориво кроз улазни вентил пумпе за гориво високог притиска у одељак елемента пумпе, чији се клип креће надоле (усисни ход). Улазни вентил се затвара када клип пумпе прође кроз БДЦ и, пошто гориво не може да истекне из одељка елемента пумпе, оно се компримује без обзира на притисак довода.
Растући притисак отвара излазни вентил и, чим се достигне притисак једнак притиску акумулатора, компримовано гориво улази у коло високог притиска. Клип пумпе наставља да испоручује гориво док не достигне ГМТ (ход испоруке), у ком тренутку се притисак смањује и излазни вентил се затвара. Гориво које је преостало у одељку елемента пумпе се шири и клип пумпе се помера надоле. Чим притисак у одељку пумпе падне испод притиска који ствара појачивач, улазни вентил се отвара и процес се понавља.
Пошто капацитет пумпе превазилази потрошњу горива мотора, вишак горива под високим притиском се враћа у резервоар за гориво кроз вентил за регулацију притиска. То доводи до непотребног загревања горива и смањења укупне ефикасности.
Акумулатор високог притиска (шина)
1 – акумулатор високог притиска; 2 – улаз из пумпе за гориво високог притиска; 3 – сензор притиска акумулатора; 4 – вратите гориво у резервоар за гориво; 5 – до инјектора горива
Притисак који генерише пумпа за гориво високог притиска дистрибуира се кроз акумулатор и водове за гориво до млазнице. Истовремено, због запремине горива у акумулатору, смањују се флуктуације притиска горива које ствара пумпа за гориво високог притиска и отварање млазница. Компресибилност горива као резултат високог притиска се користи за постизање ефекта акумулатора. Притисак горива мери сензор и одржава се на потребном нивоу помоћу вентила за регулацију притиска.
Цеви за гориво високог притиска
Горивоводи високог притиска су пројектовани за пренос горива од акумулатора високог притиска до млазница и морају да издрже високофреквентне флуктуације притиска које се јављају током рада мотора. Цеви за гориво су направљене од челика и имају спољашњи пречник од 6 mm и унутрашњи пречник од 2,4 mm. Све цеви за гориво високог притиска морају бити исте дужине. Разлика у растојању између батерије и сваког инјектора горива компензује се савијањем водова за гориво.
Сензор притиска
1 – електрични контакти; 2 – штампана плоча и скица кола; 3 – дијафрагма са сензорским елементом; 4 – прикључак високог притиска; 5 – навој сензора
Сензор притиска преноси сигнал до ЕЦУ-а, који одговара стварном притиску у акумулатору притиска.
Сензор притиска се састоји од следећих елемената:
- комбиновани сензорски елемент заварен за кућиште;
- штампана плоча са електричним колом;
- кућиште сензора са електричним конектором.
Гориво под притиском кроз отвор делује на дијафрагму сензора, на којој је инсталиран сензорски елемент (полупроводнички уређај), претварајући притисак у електрични сигнал. Генерисани и појачани сигнал се преноси до ЕЦУ-а преко контаката конектора и електричног кола. Сензор ради на следећи начин: када се промени облик дијафрагме, мења се електрични отпор слојева залепљених за дијафрагму. Промена притиска од 1500 бара доводи до промене облика дијафрагме за 1 мм.
У зависности од примењеног притиска, излазни напон сензора варира од 0 до 70 mV и након појачања је 0,5–4,5 V. Прецизно мерење притиска акумулатора је неопходно за исправно функционисање система за убризгавање горива. У радном опсегу, тачност мерења треба да буде унутар ±2%. Уколико сензор притиска откаже, вентил за контролу притиска прелази у режим "дијафрагме" и систем убризгавања, користећи резервну (меку) функцију, прихвата унапред подешену вредност притиска.
Вентил за смањење притиска
Вентил за ограничавање притиска обавља исту функцију као и вентил за вишак притиска. У случају прекомерног притиска, вентил се отвара и ограничава притисак у акумулатору. Притисак отварања вентила за ограничавање притиска је 1500 бара.
Вентил за ограничавање притиска је механички уређај који укључује следеће елементе:
- тело са спољним навојем за увртање у акумулатор притиска;
- прикључак цеви за повратак горива на резервоар за гориво;
- покретни клип;
- пролеће.
Млазнице
Млазница: А – млазница затворена (стационарно стање); Б – отворен инјектор (убризгавање горива)
1 – Повратак горива 2 – Електрични конектор 3 – Стартер (соленоидни вентил) 4 – Улаз горива из акумулатора притиска 5 – Куглични вентил 6 – Отвор за цурење 7 – Отвор за довод горива 8 – Одељак за управљање вентилом 9 – Клип за управљање вентилом 10 – Канал за довод горива до распршивача 11 – Игла убризгавача
Инјектор осигурава да се потребна количина горива доводи у комору за сагоревање. У прецизно подешеном тренутку, ECU преноси сигнал побуђења на соленоид ињектора, што значи да је довод горива почео. Количина убризганог горива одређена је периодом отварања млазнице и притиском у систему. Гориво које се враћа из вентила за регулацију притиска и степена ниског притиска доводи се у колектор заједно са горивом које је подмазивало пумпу за гориво високог притиска.
Ињектор се састоји од следећих јединица:
- прскалица;
- хидраулични систем;
- соленоидни вентил.
Гориво се доводи из навојног споја високог притиска кроз канал до распршивача и кроз отвор за довод до одељка за управљање вентилом. Одељак за управљање вентилом је повезан са повратном цевом за гориво кроз отвор за цурење повезан са електромагнетним вентилом. Када је отвор за цурење затворен, хидраулична сила која се примењује на клип регулације вентила превазилази силу притиска на конусни крај игле за прскање. Као резултат тога, игла млазнице се помера надоле и херметички затвара довод горива под високим притиском у комору за сагоревање.
Када се отвори соленоидни вентил млазнице, отвара се отвор за цурење, што доводи до смањења притиска у одељку за управљање вентилом, што такође смањује хидраулични притисак на клип. Чим хидраулична сила постане мања од силе притиска на конусни крај игле млазнице, игла млазнице се отвара и гориво се убризгава у комору за сагоревање. Ова индиректна контрола игле прскалице помоћу хидрауличног система за умножавање силе се користи зато што силе потребне за брзо отварање игле не могу директно да генеришу соленоидни вентил. Такозвана контролна количина горива потребна за отварање игле убризгавача се доводи поред количине горива која се стварно мора убризгати у цилиндар, а доводи се кроз отвор за цурење повезан са соленоидним вентилом у повратни вод за гориво.
Поред количине горива коју треба контролисати, долази и до губитка горива у вођицама подизача вентила и игли млазнице.
Рад инјектора током рада мотора и стварање притиска помоћу пумпе за гориво високог притиска подељен је у следеће четири фазе:
- млазница затворена (при примењеном високом притиску);
- инјектор се отвара (почиње убризгавање горива);
- млазница је потпуно отворена;
- затварање инјектора (крај убризгавања горива).
Када је мотор искључен и нема притиска у акумулатору притиска, опружна млазница затвара млазницу.
Млазница је затворена
У стационарном стању, електромагнетни вентил убризгавача није под напоном и стога је затворен. Отвор за цурење је затворен и опруга вентила притиска куглу на седиште отвора за цурење. Висок притисак из акумулатора притиска се повећава у одељку за управљање вентилом и истовремено је присутан у запремини одељка за иглу прскалице. Притисак из акумулатора притиска који се примењује на чеону површину управљачког клипа, заједно са силом опруге игле прскалице, држи иглу у затвореном положају, супротстављајући се силама отварања које се примењују у фази притиска.
Млазница се отвара
Млазница је у стационарном положају. Електромагнетни вентил се напаја струјом, што осигурава да се вентил брзо отвори. Одмах се висока струја која се доводи до соленоида смањује на струју довољну да држи соленоидни вентил отвореним. Када се отвори отвор за цурење, гориво тече из одељка за управљање вентилом у шупљину која се налази изнад вентила, а одатле кроз повратну цев у резервоар за гориво.
Сила коју ствара соленоид превазилази силу опруге и отвор за цурење се отвара, што доводи до смањења притиска у одељку за управљање вентилом, што такође смањује хидраулички притисак на клип. Чим хидраулична сила постане мања од силе притиска на конусни крај игле млазнице, игла млазнице се отвара и гориво се убризгава у комору за сагоревање.
Брзина отварања игле за прскање одређена је разликом у брзини протока кроз отвор за цурење и отвор за довод. Контролни клип достиже горњи положај где се налази јастук за гориво формиран протоком горива између отвора за цурење и довод горива. У овом положају, млазница инјектора је потпуно отворена и гориво се убризгава у комору за сагоревање под притиском једнаким притиску у акумулатору притиска.
Затварање млазнице
Када се напон на соленоидном вентилу уклони, опруга вентила помера арматуру надоле и куглица затвара отвор за цурење. Сидро се састоји од два дела. Међутим, иако се арматурна плоча контролише раменом док се креће надоле, она може да се "врати уназад" са повратном опругом тако да се на арматуру и куглу не делују силе надоле.
Када је отвор за цурење затворен, хидраулична сила која се примењује на клип регулације вентила превазилази силу притиска на конусни крај игле за прскање. Као резултат тога, игла млазнице се помера надоле и херметички затвара довод горива под високим притиском у комору за сагоревање. Брзина игле за прскање одређена је протоком кроз отвор за довод.