Система впрыска топлива Common Rail

Система впрыска топлива Common Rail

 

Система впрыска топлива Common Rail применяется на дизельных двигателях. Требования, предъявляемые к системам впры­ска топлива, непрерывно возрастают. Возрос­шие давления, малое время переключения и адаптация количества подаваемого топлива к условиям работы двигателя сделали двигатель экономичным, чистым и мощным. Вот о том, как работает и из каких компонент состоит система впрыска топлива Common Rail, мы и поговорим в этой статье.

 

 

Преимущества системы впрыска топлива Common Rail

 

Основным преимуществом системы впрыска топлива с общей топливной рампой (Common Rail) является ее способность в широком диа­пазоне изменять давление впрыска топлива, а также момент впрыска и  его продолжительность. Это достигается за счет разделения систем создания давления (в насосе высокого давления) и впрыска топлива (форсунки). Здесь в качестве аккумулятора дав­ления действует топливная рампа (см. рис. «Часть системы управления двигателем, относящаяся к системе Common Rail» ).

 

Часть системы управления двигателем, относящаяся к системе Common Rail

 

Система впрыска топлива Common Rail является чрезвычайно гибкой системой, по­зволяющей адаптировать процесс впрыска топлива к двигателю. Это достигается за счет:

  • Адаптации давления впрыска к условиям работы двигателя (200-2 200 бар);
  • Регулирования момента начала впрыска;
  • Возможности использования многоступен­чатого впрыска топлива (в том числе вто­ричного впрыска топлива со значительным запаздыванием).

 

Таким образом, система впрыска топлива Common Rail для дизельных двигателей по­зволяет повысить эффективную мощность двигателя, снизить уровень шума и содержание вредных веществ в отработавших газах.

Система Common Rail в настоящее время яв­ляется наиболее распространенной системой впрыска топлива для современных легковых и коммерческих автомобилей с дизельными двигателями.

 

Конструкция системы Common Rail

 

Система впрыска топлива Common Rail вклю­чает следующие основные функциональные группы (см. рис. «Часть системы управления двигателем, относящаяся к системе Common Rail» ):

  • Систему низкого давления, включающую компоненты системы подачи топлива,
  • Систему высокого давления, вклю­чающую насос высокого давления, топливную рампу, форсунки, топливопроводы высокого давления и электронную систему управления дизельным двигателем (EDC).

 

Основными компонентами системы Common Rail являются форсунки, соединенные с то­пливной рампой. Форсунка снабжена быстро­действующим клапаном (электромагнитным клапаном или клапаном с пьезоэлектрическим приводом), который открывает и закрывает сопло. Это позволяет управлять процессом впрыска топлива в каждый цилиндр.

 

Подача топлива в системе Common Rail

 

В системах впрыска топлива Common Rail для легковых автомобилей и легких коммерческих автомобилей для подачи топлива к насосу высо­кого давления используются электрические или шестеренчатые топливные насосы. На тяжелых коммерческих автомобилях используются ис­ключительно шестеренчатые топливные насосы (см. «Подача топлива»).

 

Система подачи топлива с электрическим топливным насосом

 

Электрический топливный насос устанавлива­ется в топливном баке или встраивается в ли­нию подачи топлива. Насос всасывает топливо через фильтр грубой очистки и подает его к насосу высокого давления под давлением 6 бар (см. рис. «Системы впрыска топлива Common Rail для легковых автомобилей«, а и  с). Максимальная про­изводительность насоса составляет 190 л/ч. Для обеспечения быстрого пуска двигателя насос включается, как только водитель вклю­чает зажигание.

 

Системы впрыска топлива Common Rail для легковых автомобилей

Система подачи топлива с шестеренчатым топливным насосом

 

Шестеренчатый топливный насос крепится на фланце к насосу высокого давления и приво­дится во вращение его входным валом (см. рис. Ь, «Системы впрыска топлива Common Rail для легковых автомобилей» ). Отсюда следует, что шестеренчатый топливный насос начинает действовать только после пуска двигателя. Производительность на­соса зависит от частоты вращения коленчатого вала и достигает 400 л/ч при давлении до 7 бар.

 

Комбинированные системы подачи топлива

 

Существуют также системы с насосами обоих типов. Электрический топливный насос улучшает условия пуска двигателя, в особенности прогре­того, поскольку, горячее топливо имеет низкую вязкость, при которой производительность шестеренчатого топливного насоса снижается. Кроме того, как уже говорилось, шестеренчатый насос имеет низкую производительность при малых скоростях вращения.

 

Фильтрация топлива в системе Common Rail

 

В отличие от легковых автомобилей, на ком­мерческих автомобилях топливный фильтр (фильтр тонкой очистки) устанавливается на стороне нагнетания. По этой причине требуется впуск топлива в топливный фильтр снаружи, в частности, когда шестеренчатый топливный насос крепится на фланце к насосу высокого Давления (см. рис. «Система впрыска топлива Common Rail для коммерческих автомобилей» ).

 

Система впрыска топлива Common Rail для коммерческих автомобилей

Создание давления в системе Common Rail

 

В аккумуляторных системах впрыска топлива Common Rail функции создания давления и впрыска топлива разделены. Давление впры­ска создается независимо от частоты вращения коленчатого вала и количества впрыскиваемого топлива. Управление всеми компонентами осу­ществляет электронная система управления дизельным двигателем (EDC).

Функции создания давления и впрыска то­плива разделяются аккумуляторным объемом топливной рампы. Топливо под давлением, го­товое к впрыску, находится в аккумуляторной топливной рампе.

Требуемое давление впрыска создается непрерывно работающим насосом высокого давления с приводом от двигателя. Давление в топливной рампе поддерживается независимо от частоты вращения коленчатого вала.

Насос высокого давления представляет собой радиально-поршневой насос. На ком­мерческих автомобилях иногда устанавлива­ется проходной топливный насос высокого давления.

 

Регулирование давления в системе Common Rail

 

Регулирование давления может осущест­вляться различными способами.

 

Регулирование давления на стороне высокого давления

 

Требуемое давление в топливной рампе регу­лируется на стороне высокого давления при помощи клапана регулирования давления (см. рис. а, «Системы впрыска топлива Common Rail для легковых автомобилей» ). Через клапан регулирования давления топливо, которое не требуется для впрыска, возвращается в контур низкого давления. Такая система регулирования обе­спечивает быструю реакцию на изменения условий работы двигателя (например, изме­нения нагрузки).

 

Регулирование давления подачи топлива на стороне всасывания

 

Другим способом регулирования давление в топливной рампе является регулирование по­дачи топлива на стороне всасывания (см. рис. b, «Системы впрыска топлива Common Rail для легковых автомобилей» и «Система впрыска топлива Common Rail для коммерческих автомобилей» ). Дозатор, установленный на фланце насоса высокого давления, обеспечивает по­дачу топлива в топливную рампу в строгом соответствии с требуемым давлением впры­ска. В случае неисправности дозатора клапан сброса давления предотвращает превышение максимально допустимого давления.

Регулирование подачи топлива на стороне всасывания позволяет уменьшить количе­ство топлива, находящегося под давлением, и мощность насоса. Это положительно влияет на расход топлива. В то же время температура возвращаемого в топливный бак топлива ниже по сравнению с регулированием на стороне высокого давления.

 

Комбинированная система регулирования давления

 

Комбинированная система регулирования давления (см. рис. с, «Система впрыска топлива Common Rail для коммерческих автомобилей» ) сочетает регулирование на стороне всасывания при помощи дозатора с регулированием на стороне высокого давления при помощи клапана регулирования давления, что позволяет использовать преимущества каждого из этих способов. Еще одним преимуществом по сравнению с регулированием только на стороне низкого давления является то, что на холодном двигателе в этом случае контролируется также сторона высокого давления. Насос высокого давления подает больше топлива, чем требуется для впрыска, и давление регулируется клапаном регулиро­вания давления. В результате сжатия топливо нагревается, что исключает необходимость в дополнительном подогревателе топлива.

 

Впрыск топлива в системе Common Rail

 

Форсунки впрыскивают топливо непосредственно в камеры сгорания двигателя. Топливо подается к форсункам по коротким шлангам высокого давления, присоединенным к топливной рампе. Управление открытием и закрытием форсунок осуществляется блоком управления двигателем.

Количество впрыскиваемого топлива опреде­ляется давлением в системе и продолжитель­ностью открытого состояния форсунки. При постоянном давлении количество впрыскивае­мого топлива пропорционально продолжитель­ности включения электромагнитного клапана. В этом случае оно не зависит от частоты вращения коленчатого вала и скорости вращения насоса (впрыск топлива по времени).

 

Перспективы системы Common Rail

 

Разделение функций создания давления и впрыска топлива открывает дополнительные возможности оптимизации процессов сгора­ния топлива по сравнению в обычными си­стемами впрыска топлива; давление впрыска может относительно свободно выбираться в пределах программной карты.

Применение систем впрыска топлива Common Rail позволяет еще более снизить содержание вредных веществ в отработавших газах за счет многократного впрыска топлива и значительно уменьшить уровень шума, генерируемого в про­цессе сгорания топлива. Многократный впрыск (до шести впрысков в течение одного цикла) можно осуществлять посредством многократ­ного включения/выключения быстродействую­щего электромагнитного клапана форсунки. Для ускорения закрытия клапана и быстрого прекращения впрыска может использоваться гидравлическое давление.

 

Система управления и регулирования в дизельном двигателе

 

Блок управления двигателем определяет по­ложение педали подачи топлива и рабочие состояния двигателя и автомобиля при по­мощи различных датчиков (см. «Электронная система управления дизельным двигателем»). Поступающие на блок данные включают: скорость вращения и угол поворота коленча­того вала; давление в топливной рампе, дав­ление всасываемого воздуха; температуру вса­сываемого воздуха, охлаждающей жидкости и топлива; массовый расход воздуха и скорость вращения колес (для вычисления скорости движения автомобиля). Электронный блок управления выполняет обработку входных сигналов. В режиме реального времени он осуществляет управление клапаном регули­рования давления или дозатором, форсунками и иными исполнительными механизмами, на­пример, клапаном системы рециркуляции от­работавших газов, турбонагнетателем и т.д.).

 

Основные функции системы Common Rail

 

Основные функции системы Common Rail заключаются в точном регу­лировании продолжительности впрыска и коли­чества впрыскиваемого топлива при постоянном давлении. Это обеспечивает низкий расход то­плива и стабильность рабочих характеристик.

 

Функции коррекции для вычисления параме­тров впрыска топлива

 

Функции коррекции служат для компенсации разброса параметров компонентов система впрыска топлива и двигателя.

  • Компенсация разброса подачи топлива форсункой: коррекция разброса подачи топлива новыми форсунками с использо­ванием данных испытаний, выполненных на заводе-изготовителе, записанных в память блока управления.
  • Калибровка нулевой подачи топлива: ком­пенсация дрейфа количества впрыскивае­мого топлива с использованием коротких те­стовых впрысков и оценки сигнала скорости в режиме высокого разрешения по времени.
  • Контроль баланса топлива: разброс параме­тров компонентов системы впрыска топлива и двигателя вызывает различия значений крутящего момента, создаваемого отдель­ными цилиндрами. Коррекция количества впрыскиваемого топлива вычисляется, ис­ходя из возникающего в результате этого разброса колебаний скорости вращения.
  • Адаптация среднего значения количества топлива: среднее значение количества впрыскиваемого топлива вычисляется по сигналам кислородного датчика, датчика массового расхода топлива и датчика массо­вого расхода воздуха. Величина коррекции вычисляется посредством сравнения зна­чения уставки с фактическими значениями.

 

Дополнительные функции системы Common Rail

 

Дополнительные функции регулирования в режиме регулирования с обратной связью и без обратной связи выполняют задачи снижения содержания вредных веществ в отработавших газах и расхода топлив, или обеспечения до­полнительного комфорта и безопасности. Некоторыми примерами являются:

  • Управление системой рециркуляции отра­ботавших газов;
  • Управление процессом наддува в двигателе;
  • Управление системой круиз-контроля;
  • Управление электронным иммобилайзером.

 

Интеграция электронной системы управления дизельным двигателем в общую сеть автомобиля облегчает обмен данными с другими системами, например, системой управления трансмиссией или системой кондиционирования воздуха. Диагностический интерфейс облегчает анализ данных при поиске неисправностей.

В следующей статье я расскажу о форсунках дизельного двигателя.

 

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *