Система харчування common rail дизельного двигуна

Система вприскування Common Rail

Загальні відомості про систему харчування Common Rail

Основна принципова відмінність системи Common Rail від розглянутої в попередній статті класичної системи харчування полягає в тому, що паливо до форсунок подається не безпосередньо від ТНВД, а від загального накопичувача - паливної рампи. Паливна рампа (акумулятор палива) являє собою товстостінний циліндричну посудину, здатний витримувати високий тиск, що розвивається ТНВД. У рампі підтримується постійний тиск палива за допомогою ТНВД і регулятора тиску, і кожна форсунка з'єднана топливопроводом з рампою.
У потрібний момент блок управління формує керуючий сигнал на електромагнітний (або п'єзоелектричний) клапан форсунки, форсунка відкривається і паливо впорскується в циліндр.
Таким чином, головною відмітною особливістю системи Common Rail є поділ процесів створення тиску і уприскування палива, що дозволяє отримати ряд переваг в роботі.

Застосування даної системи дозволяє знизити витрату палива, токсичність відпрацьованих газів, рівень шуму дизеля, а також значно поліпшити його динамічні характеристики. У порівнянні зі звичайним дизелем система Common Rail дозволяє знизити витрату палива до 40% при зменшенні токсичності відпрацьованих газів і зниження шумності при роботі на 10%.
Головною перевагою системи Common Rail є можливість управління подачею палива за допомогою комп'ютера (електронного блоку управління), що дозволяє здійснювати широкий діапазон регулювання тиску, кількості і моменту початку впорскування палива.

Конструктивно система уприскування Common Rail становить контур високого тиску паливної системи класичного дизельного двигуна. В системі використовується безпосереднє уприскування палива, тобто дизельне паливо впорскується безпосередньо в камеру згоряння.
Система Common Rail включає паливний насос високого тиску, клапан дозування палива, регулятор тиску палива (контрольний клапан), паливну рампу і форсунки. Всі елементи об'єднують топлівопроводи.

Паливний насос високого тиску (ТНВД) служить для створення високого тиску палива і його накопичення в паливній рампі. На сучасних дизелях, обладнаних системою харчування Common Rail застосовують паливні насоси високого тиску радіально-плунжерного або плунжерного типу.

Клапан дозування палива регулює кількість палива, що подається до паливного насоса високого тиску в залежності від потреби двигуна. Клапан конструктивно об'єднаний з ТНВД.

Регулятор тиску палива призначений для управління тиском палива в системі, в залежності від навантаження на двигун. Він встановлюється в паливній рампі.

Форсунка - найважливіший елемент системи, безпосередньо здійснює уприскування палива в камеру згоряння двигуна. Форсунки пов'язані з паливною рампою топливопроводами високого тиску. В системі використовуються електрогідравлічні форсунки або пьезофорсунками.
Впорскування палива електрогідравлічною форсункою здійснюється за рахунок управління електромагнітним клапаном. Активним елементом пьезофорсунками є пьезокрісталли, значно підвищують швидкість роботи форсунки.

Управління роботою системи упорскування Common Rail забезпечує система управління дизелем, яка об'єднує датчики, блок керування двигуном і виконавчі механізми систем двигуна. Основними виконавчими механізмами системи упорскування Common Rail є форсунки, клапан дозування палива, а також регулятор тиску палива.

Принцип дії системи упорскування Common Rail

Принцип роботи системи живлення Common Rail досить простий, і спроби її застосування відомі досить давно - понад півстоліття тому. Проте, максимального ефекту від використання такої системи харчування вдається отримати лише за допомогою комп'ютерного управління роботою двигуна, тому широке поширення подібні системи отримали лише недавно. Розглянемо докладніше роботу Common Rail.

За допомогою топливоподкачивающего насоса 6 паливо прокачується через фільтр 7 з влагоотделителем і подається в радіально-плунжерний насос високого тиску 3. який за допомогою ексцентрикового вала призводить в рух три плунжера.
Паливний насос високого тиску безпосередньо пов'язаний з розподільним валом і подає порцію палива в рампу при кожному оберті, а не так як в звичайному двигуні один раз за два оберти.
Від ТНВД паливо під великим тиском надходить в гідроакумулятор 8. звідки під високим тиском надходить на електро- або пьезогідравліческіе форсунки 11. керовані комп'ютером. Надлишки палива від форсунок і ТНВД зливаються в паливний бак 1 через газопроводи зливу (зворотний слив) 2.

У потрібний момент блок управління 15 дає команду відповідним форсунок на початок упорскування й забезпечує певну тривалість відкриття клапана форсунки. Залежно від режимів роботи двигуна блок керування двигуном коригує параметри роботи системи упорскування.

Початок уприскування і кількість палива, що подається в циліндри двигуна через форсунки, залежить від початку і тривалості сигналу електронного блоку управління 15. формованого на підставі інформації від датчиків. Цей сигнал залежить від декількох параметрів, в першу чергу - від режиму роботи двигуна.
Система управління дизелем включає датчики обертів двигуна, положення колінчастого вала (датчик Холла), положення педалі акселератора, витратомір повітря, температури охолоджуючої рідини, тиску повітря, температури повітря, тиску палива, кисневий датчик (лямбда-зонд) і деякі інші.

Тиск в системі регулюється за сигналом блоку управління за допомогою регулятора 4. На холостому ходу воно мінімальне, що знижує шум роботи форсунок і ТНВД, а при розгоні максимальне для забезпечення кращої прийомистості.

Багаторазовий впорскування в системі Common Rail

Оскільки тиск упорскування не залежить від оборотів двигуна і навантаження, фактичний початок, тиск і тривалість упорскування можуть бути вільно обрані в широкому діапазоні значень.
Крім того, з'являється можливість застосування попереднього уприскування (або навіть декількох вприськов), регульованого в залежності від потреб двигуна, що призводить до істотного скорочення шуму двигуна поряд з поліпшенням процесу згоряння і скороченням викиду шкідливих речовин з відпрацьованими газами.

З метою підвищення ефективної роботи двигуна в системі Common Rail реалізується багаторазовий уприскування палива протягом одного циклу роботи двигуна. При цьому розрізняють: попередній впорскування, основний впорскування і додатковий впорскування.

Попередній впорскування невеликої кількості палива виробляється перед основним уприскуванням для підвищення температури і тиску в камері згоряння, чим досягається прискорення самозаймання основного заряду, зниження шуму і токсичності відпрацьованих газів. Залежно від режиму роботи двигуна проводиться:

• два попередніх уприскування - на холостому ходу;
• один попередній впорскування - при підвищенні навантаження;
• попередній впорскування не проводиться - при повному навантаженні;
• основний впорскування забезпечує роботу двигуна в режимі часткових і номінальних навантажень.

Додатковий впорскування проводиться для підвищення температури відпрацьованих газів і згоряння частинок сажі в фільтр сажі (регенерація фільтр сажі).

Переваги та недоліки системи Common Rail

Як вже зазначалося вище, використання в дизелях системи харчування Common Rail замість класичної системи харчування дає відчутний приріст потужності, екологічності та економічності двигуна. Зменшення витрати палива, викиду шкідливих речовин, шуму, поряд з підвищенням динамічних показників досягається можливістю комп'ютерного управління всіма процесами уприскування, що неможливо здійснити в традиційних системах харчування, навіть найскладніших і досконалих.

До істотних недоліків системи Common Rail слід віднести складність обслуговування, що вимагає від технічного персоналу високої кваліфікації і необхідність застосування спеціального устаткування для тестування роботи системи. Тому, якщо автомобіль експлуатується в умовах обмеженого технічного сервісу невисокого рівня, надійніше використовувати класичну систему харчування.

Слід зазначити, що система харчування Common Rail піддає моторне масло значним тепловим навантаженням. Через більш інтенсивного горіння верхня частина (головка) поршнів нагрівається набагато сильніше, ніж у класичного дизельного двигуна. Якщо головка поршня у класичного дизеля безпосереднього вприскування нагрівається до 320-350 ° C. при роботі з системою живлення Common Rail - понад 400 ° С.
В результаті моторне масло вигорає і окислюється значно інтенсивніше. З цієї причини в мастильної системі дизелів з уприскуванням типу Common Rail необхідно використовувати синтетичні або напівсинтетичні моторні масла.

Перспективи розвитку системи харчування Common Rail

Удосконалення системи харчування Common Rail здійснюється шляхом збільшення тиску уприскування. Очевидно, що чим вище тиск в системі в момент упорскування, тим більше палива встигає потрапити в циліндр за рівний проміжок часу і, відповідно, реалізувати велику потужність двигуна. Крім того, впорскування під великим тиском забезпечує високу якість розпилювання палива форсункою, що благотворно позначається на процесах сумішоутворення і горіння.
У сучасних двигунах підвищення тиску вприскування обмежується міцністю акумулятора палива (рампи) і паливо проводів високого тиску, які схильні до пульсуючим і вібраційних навантажень при роботі двигуна і здатні зруйнуватися.
Проте, за півтора десятка років інженерними рішеннями вдалося збільшити тиск на уприскуванні більш, ніж у півтора рази - у сучасних дизелів з системою харчування Common Rail воно досягає 220 МПа і навіть більше.

Високий тиск упорскування надійніше забезпечити, використовуючи систему харчування типу насос-форсунка, про яку піде розповідь в наступній статті.