Systém vstrekovania paliva Common Rail
1 – vysokotlakové palivové čerpadlo; 2 – palivový filter; 3 – palivová nádrž s predfiltrom paliva a posilňovacím palivovým čerpadlom; 4 – ECU; 5 – riadiaca jednotka žhaviacej sviečky; 6 – batéria; 7 – vysokotlakový akumulátor (rail); 8 – snímač tlaku; 9 – obmedzovací ventil tlaku; 10 – snímač teploty paliva; 11 – tryska; 12 – žeraviaca sviečka; 13 – snímač teploty chladiacej kvapaliny; 14 – snímač otáčok kľukového hriadeľa; 15 – snímač polohy vačkového hriadeľa; 16 – snímač teploty vzduchu v motore; 17 – Snímač plniaceho tlaku (BPS); 18 – merač prietoku vzduchu; 19 – turbodúchadlo; 20 – Regulátor polohy EGR; 21 – prístrojová doska; 22 – snímač polohy plynového pedálu; 23 – brzdové kontakty; 24 – Spínač spojkového pedálu; 25 – snímač rýchlosti; 26 – jednotka riadenia rýchlosti vozidla; 27 – kompresor klimatizácie; 28 – riadiaca jednotka klimatizácie; 29 – diagnostický prístroj s konektorom
1 – palivová nádrž; 2 – Predpalivový filter; 3 – palivové čerpadlo na zvýšenie tlaku; 4 – palivový filter; 5 – nízkotlakové palivové potrubia; 6 – vysokotlakové palivové čerpadlo; 7 – vysokotlakové palivové potrubia; 8 – vysokotlakový akumulátor (rail); 9 – elektromagneticky ovládané vstrekovače zaskrutkované do hlavy valcov; 10 – spätné palivové potrubie; 11 – ECU
The Common Rail palivový systém zahŕňa nízkej-tlak prívod paliva štádia a vysoko-tlakový prívod paliva fáze a ECU (11).
Nízkotlakové zásobovanie palivom
Nízkotlakový prívod paliva systému Common Rail zahŕňa:
- palivová nádrž s predpalivovým filtrom;
- palivové čerpadlo;
- palivový filter;
- nízkotlakové palivové potrubia.
Palivové čerpadlo
Elektrické palivové čerpadlo s predfiltrom nepretržite dodáva určité množstvo paliva z palivovej nádrže do vysokotlakového palivového čerpadla. Čerpadlo nielen dodáva palivo, ale v rámci možností bezpečnostného systému musí v prípade nehody, t. j. pri zapnutom zapaľovaní a vypnutom motore, prestať dodávať palivo.
Palivové čerpadlo sa skladá z troch hlavných prvkov:
- čerpadlo;
- elektrický motor;
- viečka.
Palivový filter
Nedostatočné čistenie paliva môže spôsobiť poškodenie komponentov vysokotlakového palivového čerpadla, výtlačných ventilov a vstrekovacích trysiek. Palivový filter čistí palivo predtým, ako vstúpi do vysokotlakového palivového čerpadla, a tým zabraňuje predčasnému opotrebovaniu citlivých komponentov čerpadla.
Motorová nafta môže obsahovať vodu buď vo viazanej forme (emulzia), alebo vo voľnej forme (napríklad kondenzácia vodnej pary pri zmene teploty). Ak sa do vstrekovacieho systému dostane voda, môže to viesť ku korózii komponentov vstrekovacieho systému, preto je nainštalovaný výstražný signál, ktorý rozsvieti kontrolku v prístrojovej doske, ak je potrebné vypustiť vodu z palivového filtra.
Vysokotlakové zásobovanie palivom
Vysokotlakové zásobovanie palivom systému Common Rail zahŕňa:
- vysokotlakové palivové čerpadlo s regulačným ventilom tlaku;
- vysokotlakové palivové potrubia;
- vysokotlakový akumulátor (rail) so snímačom tlaku, obmedzovačom tlaku, obmedzovačom prietoku, vstrekovačmi;
- spätné palivové potrubie.
Vysokotlakové palivové čerpadlo
Vysokotlakové palivové čerpadlo (schematické znázornenie pozdĺžneho rezu)
Pôvodným zdrojom článku je webová stránka HYUNDAIBOOK.RU
1 – hnací hriadeľ; 2 – excentrická vačka; 3 – čerpací prvok s piestom čerpadla; 4 – priehradka pre čerpadlový prvok; 5 – sací ventil; 6 – výfukový ventil; 7 – tesnenie; 8 – vysokotlakové pripojenie k tlakovému akumulátoru; 9 – guľový ventil; 10 – návrat paliva; 11 – prívod paliva z palivového posilňovacieho čerpadla; 12 – poistný ventil so škrtiacim otvorom; 13 – nízkotlakový prívod paliva do čerpacieho prvku
Vysokotlakové palivové čerpadlo (schematický prierezový pohľad)
1 – hnací hriadeľ; 2 – excentrická vačka; 3 – čerpací prvok s piestom čerpadla; 4 – sací ventil; 5 – výfukový ventil; 6 – vchod
Vysokotlakové palivové čerpadlo dodáva palivo pod tlakom 1350 barov do vysokotlakového akumulátora cez vysokotlakové palivové potrubia.
Vysokotlakové palivové čerpadlo sa nachádza na hranici stupňov nízkeho a vysokého tlaku paliva. Za všetkých prevádzkových podmienok zodpovedá životnosť palivového čerpadla životnosti vozidla.
Palivové čerpadlo je mazané naftou. Palivo je stláčané tromi piestami umiestnenými radiálne pod uhlom 120° voči sebe navzájom. Čerpadlo dodáva tri dávky paliva na jednu otáčku kľukového hriadeľa. Pre 2,0-litrový vznetový motor pracujúci pri menovitých otáčkach kľukového hriadeľa a vytvárajúci tlak 1350 barov je na pohon čerpadla potrebný výkon 3,8 kW, berúc do úvahy mechanickú účinnosť približne 90 %.
Prevádzka čerpadla
Palivové zdvíhacie čerpadlo dodáva palivo cez filter s odlučovačom vody do vstupného a poistného ventilu vysokotlakového palivového čerpadla. Palivo cez škrtiaci otvor poistného ventilu maže pohyblivé časti čerpadla a tiež ho chladí. Hnací hriadeľ s excentrickými vačkami pohybuje tromi piestami čerpadla hore a dole podľa tvaru vačky. Hneď ako tlak napájania prekročí otvárací tlak poistného ventilu (0,5... 1,5 baru), posilňovacie čerpadlo tlačí palivo cez vstupný ventil vysokotlakového palivového čerpadla do priestoru čerpacieho prvku, ktorého piest sa pohybuje smerom nadol (sací zdvih). Príjem ventil zatvorí, keď čerpadlo piest prechádza NMT a od paliva nemôže vytekať čerpadla prvok priestoru, je stlačený bez ohľadu na prívod tlaku.
Zvyšujúci sa tlak otvára výstupný ventil a hneď ako sa dosiahne tlak rovný tlaku v akumulátore, stlačené palivo vstupuje do vysokotlakového okruhu. Čerpadlo piest naďalej dodávať palivo, až kým nedosiahne TDC (vstrekovací zdvih), potom tlak klesne a výstupný ventil sa zatvorí. Palivo zostávajúce v priestore s prvkom čerpadla sa rozpína a piest čerpadla sa pohybuje smerom nadol. Hneď ako tlak v priestore s čerpacím prvkom klesne pod tlak vytvorený pomocným čerpadlom, otvorí sa vstupný ventil a proces sa opakuje.
Keďže výkon čerpadla prevyšuje spotrebu paliva motora, prebytočné palivo sa pod vysokým tlakom vracia do palivovej nádrže cez regulačný ventil tlaku. To má za následok zbytočné zahrievanie paliva a zníženie celkovej účinnosti.
Vysokotlakový akumulátor (rail)
1 – vysokotlakový akumulátor; 2 – vstup z vysokotlakového palivového čerpadla; 3 – snímač tlaku akumulátora; 4 – vráťte palivo do palivovej nádrže; 5 – k vstrekovaču paliva
Tlak generovaný vysokotlakovým palivovým čerpadlom je distribuovaný cez akumulátor a palivové potrubie do vstrekovača. Zároveň sa vďaka objemu paliva v akumulátore znižujú kolísania tlaku paliva vytvárané vysokotlakovým palivovým čerpadlom a otváraním vstrekovačov. Stlačiteľnosť paliva v dôsledku vysokého tlaku sa využíva na dosiahnutie akumulačného efektu. Tlak paliva sa meria snímačom a udržiava sa na požadovanej úrovni pomocou regulačného ventilu tlaku.
Vysokotlakové palivové potrubia
Vysokotlakové palivové potrubia sú určené na prenos paliva z vysokotlakového akumulátora do vstrekovačov a musia odolávať vysokofrekvenčným výkyvom tlaku, ku ktorým dochádza počas prevádzky motora. Palivové potrubia sú vyrobené z ocele a majú vonkajší priemer 6 mm a vnútorný priemer 2,4 mm. Všetky vysokotlakové palivové potrubia musia mať rovnakú dĺžku. Rozdiel vo vzdialenosti medzi batériou a každým vstrekovačom paliva sa kompenzuje ohnutím palivových potrubí.
Snímač tlaku
1 – elektrické kontakty; 2 – doska plošných spojov a náčrt zapojenia; 3 – membrána so snímacím prvkom; 4 – vysokotlakové pripojenie; 5 – závit snímača
Snímač tlaku vysiela do riadiacej jednotky motora signál, ktorý zodpovedá skutočnému tlaku v tlakovom akumulátore.
Snímač tlaku sa skladá z nasledujúcich prvkov:
- kombinovaný snímací prvok privarený k puzdru;
- doska plošných spojov s elektrickým obvodom;
- puzdro snímača s elektrickým konektorom.
Palivo pod tlakom cez otvor pôsobí na membránu snímača, na ktorej je nainštalovaný snímací prvok (polovodičová súčiastka) premena tlaku na elektrický signál. Generované a zosilnený signál sa prenáša do ECU cez konektor kontakty a elektrického obvodu. Senzor funguje nasledovne: keď tvar membrána zmeny, elektrický odpor vrstvy zlepené s membránou zmeny. Zmena tlaku o 1500 barov spôsobí zmenu tvaru membrány o 1 mm.
V závislosti od aplikovaného tlaku sa výstupné napätie snímača mení od 0 do 70 mV a po zosilnení je 0,5–4,5 V. Presné meranie tlaku v akumulátore je nevyhnutné pre správne fungovanie systému vstrekovania paliva. V pracovnom rozsahu by mala byť presnosť merania v rozmedzí ±2 %. Ak dôjde k poruche tlakového senzora, regulačný ventil tlaku sa prepne do režimu "membrány" a vstrekovací systém pomocou rezervnej (mäkkej) funkcie akceptuje prednastavenú hodnotu tlaku.
Pretlakový ventil
Obmedzovací ventil tlaku plní rovnakú funkciu ako pretlakový ventil. V prípade nadmerného tlaku sa ventil otvorí a obmedzí tlak v akumulátore. Otvárací tlak obmedzeného tlaku je 1500 barov.
Obmedzovací ventil je mechanické zariadenie, ktoré obsahuje nasledujúce prvky:
- teleso s vonkajším závitom na zaskrutkovanie do tlakového akumulátora;
- pripojenie spätného palivového potrubia k palivovej nádrži;
- pohyblivý piest;
- jar.
Trysky
Tryska: A – tryska zatvorená (nehybný stav); B – tryska je otvorená (vstrekovanie paliva)
1 – spätné vedenie paliva 2 – elektrický konektor 3 – štartovací prvok (solenoidový ventil) 4 – Prívod paliva z tlakového akumulátora 5 – Guľový ventil 6 – Únikový otvor 7 – Plniaci otvor 8 – Sekcia ovládania ventilu 9 – Piest ovládania ventilu 10 – Kanál prívodu paliva do rozprašovača 11 – Ihla vstrekovača
Vstrekovač zabezpečuje, aby sa do spaľovacej komory dodávalo požadované množstvo paliva. Na presne nastavený moment, ECU zasiela ovládanie signál tryska elektromagnetický, ktoré označuje začiatok dodávky paliva. Množstvo vstrekovaného paliva je určené dobou otvorenia trysky a tlakom v systéme. Palivo vracajúce sa z regulačného ventilu tlaku a nízkotlakového stupňa sa privádza do sacieho potrubia spolu s palivom, ktoré mazalo vysokotlakové palivové čerpadlo.
Vstrekovač sa skladá z nasledujúcich jednotiek:
- postrekovač;
- hydraulický systém;
- solenoidový ventil.
Palivo sa privádza z vysokotlakového závitového pripojenia cez kanál do rozprašovača a cez prívodný otvor do priestoru pre ovládanie ventilov. Časť ovládania ventilu je pripojená k spätnému palivovému potrubiu cez únikový otvor pripojený k solenoidovému ventilu. Keď je únikový otvor uzavretý, hydraulická sila pôsobiaca na piest ovládania ventilu prevyšuje silu z tlaku na kužeľovitý koniec rozprašovacej ihly. V dôsledku toho sa ihla trysky pohybuje nadol a hermeticky uzavrie prívod vysokotlakového paliva do spaľovacej komory.
Keď sa otvorí solenoidový ventil vstrekovača, otvorí sa únikový otvor, čo spôsobí zníženie tlaku v priestore ovládania ventilu, a tým aj zníženie hydraulického tlaku na piest. Hneď ako hydraulická sila klesne pod silu pôsobiacu na kužeľovitý koniec ihly trysky, ihla trysky sa otvorí a palivo sa vstrekne do spaľovacej komory. Toto nepriame ovládanie rozprašovacej ihly pomocou hydraulického systému násobenia sily sa používa preto, lebo sily potrebné na rýchle otvorenie ihly nemôže priamo generovať solenoidový ventil. Takzvané kontrolné množstvo paliva potrebné na otvorenie ihly vstrekovača sa dodáva okrem množstva paliva, ktoré sa musí skutočne vstreknúť do valca, a privádza sa cez únikový otvor pripojený k solenoidovému ventilu do spätného palivového potrubia.
Okrem množstva paliva, ktoré je potrebné regulovať, dochádza aj k úniku paliva vo vodiacich lištách zdviháka ventilov a v ihle vstrekovača.
Činnosť vstrekovača počas prevádzky motora a vytváranie tlaku vysokotlakovým palivovým čerpadlom je rozdelená do nasledujúcich štyroch etáp:
- tryska je zatvorená (s aplikáciou vysokého tlaku);
- tryska sa otvorí (začiatok vstrekovania paliva);
- tryska je úplne otvorená;
- zatváranie trysky (koniec vstrekovania paliva).
Keď je motor vypnutý a v tlakovom akumulátore nie je tlak, rozprašovacia pružina zatvorí trysku.
Tryska je zatvorená
V stacionárnom stave nie je solenoidový ventil vstrekovača pod napätím, a preto je zatvorený. Únikový otvor je uzavretý a pružina ventilu pritlačí guľôčku k sedlu únikového otvoru. Vysoký tlak z tlakového akumulátora sa zvyšuje v priestore ovládania ventilov a súčasne je prítomný v objeme priestoru ihly rozprašovača. Tlak z tlakového akumulátora pôsobiaci na čelnú plochu ovládacieho piestu spolu so silou pružiny rozprašovacej ihly drží ihlu v zatvorenej polohe a pôsobí proti otváracím silám pôsobiacim v tlakovom stupni.
Tryska sa otvorí
Tryska je v stacionárnej polohe. Solenoidový ventil je napájaný prúdom, ktorý zabezpečuje rýchle otvorenie ventilu. Vysoký prúd dodávaný do solenoidu sa okamžite zníži na prúd dostatočný na udržanie solenoidového ventilu v otvorenej polohe. Keď sa otvorí únikový otvor, palivo prúdi z ovládacieho priestoru ventilu do dutiny umiestnenej nad ventilom a odtiaľ cez spätné potrubie do palivovej nádrže.
Sila vytvorená solenoidom prevyšuje silu pružiny a otvor sa otvorí, čo spôsobí zníženie tlaku v ovládacom priestore ventilu, čo tiež znižuje hydraulický tlak na piest. Hneď ako hydraulická sila klesne pod silu pôsobiacu na kužeľovitý koniec ihly trysky, ihla trysky sa otvorí a palivo sa vstrekne do spaľovacej komory.
Rýchlosť otvárania rozprašovacej ihly je určená rozdielom rýchlosti prúdenia cez únikový otvor a prívodný otvor. Riadiaci piest dosiahne hornú polohu, kde sa medzi otvorom pre únik paliva a prívodným otvorom vytvorí palivový vankúš vytvorený prúdením paliva. V tejto polohe je vstrekovacia tryska úplne otvorená a palivo sa vstrekuje do spaľovacej komory pod tlakom rovným tlaku v tlakovom akumulátore.
Zatvorenie trysky
Keď sa napätie na solenoidovom ventile odstráni, pružina ventilu posunie kotvu smerom nadol a guľôčka uzavrie únikový otvor. Kotva sa skladá z dvoch častí. Avšak aj keď je kotvová doska pri pohybe smerom nadol ovládaná ramenom, môže sa s vratnou pružinou "odpružíť späť", takže na kotvu a guľu nepôsobia žiadne sily smerujúce nadol.
Keď je únikový otvor uzavretý, hydraulická sila pôsobiaca na piest ovládania ventilu prevyšuje silu z tlaku na kužeľovitý koniec rozprašovacej ihly. V dôsledku toho sa ihla trysky pohybuje nadol a hermeticky uzavrie prívod vysokotlakového paliva do spaľovacej komory. Rýchlosť rozprašovacej ihly je určená prietokom cez prívodný otvor.