Паливна система Common Rail

Система упорскування палива Common Rail

Паливна система Common Rail включає ступінь подачі палива під низьким тиском та ступінь подачі палива під високим тиском та ECU (11).

Подача палива під низьким тиском

Подача палива під низьким тиском системи Common Rail включає:

• паливний бак із попереднім паливним фільтром;
• паливний насос, що підкачує;
• паливний фільтр;
• паливопроводи низького тиску

Паливний насос, що підкачує

Електричний паливний насос, що підкачує, з попереднім паливним фільтром безперервно подає певну кількість палива з паливного бака до паливного насоса високого тиску. Насос як подає паливо, а й у межах роботи системи безпеки повинен припинити подачу палива у разі аварії, тобто. при включеному запаленні та зупиненому двигуні.

Паливний насос складається з трьох основних елементів:

• насос;
• електродвигуна;
• кришки.

Паливний фільтр

Недостатнє очищення палива може призвести до пошкодження вузлів паливного насоса високого тиску, нагнітальних клапанів та розпилювачів форсунок. Паливний фільтр очищає паливо перед його надходженням у паливний насос високого тиску і таким чином запобігає передчасному зносу у чутливих вузлах насоса.

Дизельне паливо може містити воду або у зв'язаній формі (емульсія), або у вільній формі (наприклад, конденсація парів води при зміні температури). Якщо вода потрапить у систему упорскування, це може призвести до корозії елементів системи упорскування, тому встановлюється попереджувальна сигналізація, яка включає контрольну лампу в комбінації приладів, якщо необхідно злити воду з фільтра палива.

Подача палива під високим тиском

Подача палива під високим тиском системи Common Rail включає:

• паливний насос високого тиску із клапаном регулювання тиску;
• паливопроводи високого тиску;
• акумулятор високого тиску (rail) з датчиком тиску, обмежувачем тиску, обмежувачем потоку, форсунками;
• зворотний паливопровід.

Паливний насос високого тиску

Паливний насос високого тиску (схематичне зображення поздовжнього перерізу)

Паливний насос високого тиску (схематичне зображення поперечного перерізу)

Паливний насос високого тиску через паливопроводи високого тиску подає паливо під тиском 1350 бар в акумулятор високого тиску.

Паливний насос високого тиску розташований на межі щаблів низького та високого тиску палива. За всіх експлуатаційних режимів термін служби паливного насоса відповідає терміну служби автомобіля.

Паливний насос змащується дизельним паливом. Паливо стискається трьома поршнями, встановленими радіально під кутом 120°один до одного. Насос подає три порції палива за один оберт колінчастого валу. Для дизельного двигуна з робочим об'ємом 2,0 л, що працює з номінальною частотою обертання колінчастого валу і тиском 1350 бар, для приводу насоса необхідна потужність 3,8 кВт з урахуванням механічного к.п.д. приблизно 90%.

Функціонування насосу

Паливний насос, що підкачує, подає паливо через фільтр з відділом води до входу і запобіжному клапану паливного насоса високого тиску. Паливо через дросельний отвір запобіжного клапана змащує рухомі елементи насоса, а також охолоджує його. Привідний вал з ексцентриковими кулачками переміщає три плунжери насоса вгору і вниз відповідно до форми кулачка. Як тільки тиск подачі перевищує тиск відкриття запобіжного клапана (0,5... 1,5 бар), що підкачує насос змушує паливо пройти через впускний клапан паливного насоса високого тиску у відсік насосного елемента, поршень якого переміщається вниз (такт впуску). Впускний клапан закривається, коли поршень насоса проходить через НМТ і, оскільки паливо не може витекти з відсіку насосного елемента, воно стискається незалежно від тиску подачі.


Тиск, що збільшується, відкриває випускний клапан і, як тільки досягається тиск, що дорівнює тиску в акумуляторі, стиснене паливо входить в контур високого тиску. Поршень насоса продовжує постачати паливо, поки не досягає ВМТ (нагнітальний хід), після чого тиск зменшується та випускний клапан закривається. Паливо, що залишається у відсіку насосного елемента, розширюється та поршень насоса переміщається вниз. Як тільки тиск у відсіку насосного елемента зменшується нижче тиску, що створюється насосом, що підкачує, впускний клапан відкривається і процес повторюється.

Так як продуктивність насоса перевищує споживання палива двигуном, надлишкове паливо під високим тиском через клапан регулювання тиску повертається у паливний бак. Це призводить до непотрібного нагрівання палива та зниження загального ККД.

Акумулятор високого тиску (rail)

Тиск, що створюється паливним насосом високого тиску, поширюється через акумулятор та паливопроводи до форсунки. Одночасно, за рахунок обсягу палива в акумуляторі зменшуються коливання тиску палива, створювані паливним насосом високого тиску і форсунками, що відкриваються. Стискання палива як наслідок високого тиску використовується для досягнення ефекту акумулятора. Тиск палива вимірюється датчиком та підтримується на необхідному рівні клапаном регулювання тиску.

Паливопроводи високого тиску

Паливопроводи високого тиску призначені для передачі палива з акумулятора високого тиску до форсунок і повинні протистояти високочастотним коливанням тиску, що виникають під час роботи двигуна. Паливопроводи виготовлені зі сталі та мають зовнішній діаметр 6 мм та внутрішній діаметр 2,4 мм. Усі паливопроводи високого тиску повинні мати однакову довжину. Різниця відстані між акумулятором та кожною паливною форсункою компенсується за рахунок згинання паливопроводів.

Датчик тиску

Датчик тиску передає сигнал ECU, який відповідає реальному тиску акумулятора тиску.

Датчик тиску складається з наступних елементів:

• об'єднаного елемента датчика, привареного до корпусу;
• друкованої плати з електричним контуром;
• корпуси датчика з електричним роз'ємом.

Паливо під тиском через отвір впливає на діафрагму датчика, де встановлено елемент датчика (напівпровідниковий пристрій) перетворюючий тиск електричний сигнал. Через контакти роз'єму та електричний ланцюг генерований та посилений сигнал передається ECU. Датчик працює так: при зміні форми діафрагми змінюється електричний опір шарів, приклеєних до діафрагми. Зміна тиску на 1500 бар призводить до зміни форми діафрагми на 1 мм.

Залежно від тиску, що прикладається, вихідна напруга датчика змінюється від 0 до 70 мВ і після посилення становить 0,5–4,5 В. Точне вимірювання тиску в акумуляторі необхідне для правильного функціонування системи упорскування палива. У робочому діапазоні вимірювальна точність повинна бути в межах±2%. При виході датчика тиску з ладу клапан регулювання тиску переходить у режим «діафрагма» та система упорскування, використовуючи запасну (м'яку) функцію, що приймає заздалегідь задану величину тиску.

Клапан обмеження тиску

Клапан обмеження тиску виконує ту ж функцію, що клапан надлишкового тиску. У разі надмірного тиску клапан відкриваючись обмежує тиск в акумуляторі. Тиск відкриття клапана обмеження тиску – 1500 бар.

Клапан обмеження тиску – механічний пристрій, що включає такі елементи:

• корпус із зовнішнім різьбленням для вкручування в акумулятор тиску;
• з'єднання трубки повернення палива в паливний бак;
• рухливий плунжер;
• пружину.

Форсунки

Форсунка: A – форсунка закрита (нерухомий стан); В – форсунка відкрита (упорскування палива)

Форсунка забезпечує подачу потрібної кількості палива до камери згоряння. У точно встановлений момент ЕCU передає сигнал збудження до соленоїда форсунки, що означає початок подачі палива. Кількість палива, що впорскується, визначається періодом відкриття розпилювача і тиском в системі. Паливо, що повертається від клапана регулювання тиску та ступеня низького тиску, подається в колектор разом з паливом, яке здійснювало мастило паливного насоса високого тиску.

Форсунка складається з наступних вузлів:

• розпилювача;
• гідравлічної системи;
• соленоїдального клапана.

Паливо від різьбового з'єднання високого тиску через канал подається до розпилювача та через отвір подачі у відсік управління клапаном. Відсік управління клапаном з'єднаний із зворотним паливопроводом через отвір витоку, з'єднаний із соленоїдальним клапаном. При закритті отвору витоку гідравлічне зусилля, що прикладається до плунжера управління клапаном, перевищує зусилля тиску на конусний торець голки розпилювача. В результаті голка розпилювача опускається вниз і герметично перекриває подачу палива під високим тиском камери згоряння.

При відкритті соленоїдального клапана форсунки відкривається отвір витоку, що призводить до зниження тиску у відсіку управління клапаном, внаслідок чого також зменшується гідравлічний тиск на плунжер. Як тільки гідравлічне зусилля стає нижчим від тиску на конусний торець голки розпилювача, голка розпилювача відкривається і паливо впорскується в камеру згоряння. Це непряме керування голкою розпилювача з використанням гідравлічної системи збільшення зусилля застосовується тому, що сили, які потрібні для швидкого відкриття голки, не можуть бути генеровані безпосередньо соленоїдальним клапаном. Так звана кількість палива для керування, необхідна для відкриття голки розпилювача, подається на додаток до кількості палива, яке необхідно фактично ввести в циліндр, і воно через отвір витоку, з'єднане з соленоїдальним клапаном, подається у зворотний провід.

На додаток до кількості палива для управління також відбувається втрата палива в напрямних штовхача клапана та голки розпилювача.

Дія форсунки при роботі двигуна та створення тиску паливним насосом високого тиску поділяється на наступні чотири етапи:

• форсунка закрита (з додатком високого тиску);
• форсунка відкривається (початок упорскування палива);
• форсунка відкрита повністю;
• закриття форсунки (закінчення упорскування палива).

При вимкненому двигуні та відсутності тиску в акумуляторі тиску пружина розпилювача закриває форсунку.

Форсунка закрита

У нерухомому стані соленоїдальний клапан форсунки не збуджується і тому закритий. Отвір витоку закритий і пружина клапана притискає кульку до гнізда отвору витоку. Високий тиск від акумулятора тиску збільшується у відсіку управління клапаном і одночасно присутній в об'ємі відсіку голки розпилювача. Тиск від акумулятора тиску, що прикладається в торцевій поверхні плунжера управління, разом з силою пружини голки розпилювача утримує голку в закритому положенні, протидіючи проти відкриття сил, прикладених у стадії тиску.

Форсунка відкривається

Форсунка знаходиться у нерухомому положенні. Соленоїдальний клапан збуджується струмом, який забезпечує швидке відкриття клапана. Негайно великий струм, що подається до соленоїда, зменшується до струму, достатнього для утримання соленоїдального клапана у відкритому положенні. Коли відкривається отвір витоку, паливо витікає з відсіку управління клапаном у порожнину, розташовану над клапаном, і звідти через зворотний трубопровід у паливний бак.

Зусилля, створене соленоїдом, перевищує зусилля пружини та відкривається отвір витоку, що призводить до зниження тиску у відсіку управління клапаном, внаслідок чого також зменшується гідравлічний тиск на плунжер. Як тільки гідравлічне зусилля стає нижчим від тиску на конусний торець голки розпилювача, голка розпилювача відкривається і паливо впорскується в камеру згоряння.

Швидкість відкриття голки розпилювача визначається різницею швидкості потоку через отвір витоку і отвір подачі. Плунжер управління досягає верхнього положення, де є подушка палива, утворена потоком палива між отворами витоку та подачі палива. У цьому положенні розпилювач форсунки повністю відкритий і паливо впорскується в камеру згоряння під тиском, що дорівнює тиску в акумуляторі тиску.

Закриття форсунки

Після припинення подачі напруги до соленоїдального клапана, клапанна пружина переміщає якір вниз і кулька закриває отвір витоку. Якір складається із двох частин. Однак, незважаючи на те, що пластина якоря керується плічком при переміщенні вниз, він може «відпружинити» зі зворотною пружиною так, що не з'являться сили, що діють вниз на якір та кульку.

При закритті отвору витоку гідравлічне зусилля, що прикладається до плунжера управління клапаном, перевищує зусилля тиску на конусний торець голки розпилювача. В результаті голка розпилювача опускається вниз і герметично перекриває подачу палива під високим тиском камери згоряння. Швидкість руху голки розпилювача визначається потоком через отвір подачі.