Двигатели Common Rail и особенности их эксплуатации

Система впрыска Common Rail представляет систему впрыска топлива для дизельных двигателей с аккумулятором высокого давления. Термин «Common Rail» означает «общая балка или рампа» и служит для обозначения общей топливной рампы
(аккумулятора давления) для всех форсунок ряда цилиндров.

В данной системе процесс впрыска отделён от процесса создания высокого давления. Необходимое для системы впрыска высокое давление создаётся с помощью отдельного топливного насоса высокого давления (ТНВД).
Топливо, находящееся под высоким давлением, накапливается в аккумуляторе давления (топливной рампе)
и через короткие топливопроводы высокого давления подаётся к форсункам.
Управление системой впрыска Common Rail осуществляется системой управления двигателя Bosch EDC.

Система впрыска Common Rail располагает большими возможностями для регулирования давления и параметров впрыска в соответствии с режимом работы двигателя. Это создает хорошие предпосылки для удовлетворения постоянно растущих требований к системе впрыска в плане улучшения экономичности, снижения токсичности ОГ и шумности двигателя.

В данной системе впрыска Common Rail используются пьезоэлектрические форсунки.

Управление форсунками осуществляется исполнительным механизмом, основанном на использовании пьезоэлемента. Скорость переключения такого механизма во много раз выше, чем у форсунки с электромагнитным клапаном.

Кроме того, масса подвижной иглы у распылителя пьезоэлектрической форсунки примерно на 75 % меньше, чем у форсунки с электромагнитным приводом.

Это обеспечивает пьезоэлектрическим форсункам следующие преимущества:

* короткое время переключения
* возможность произвести несколько впрысков в течение рабочего такта
* точность дозировки впрыска

Работа пьезофорсунки Common Rail

И для интереса. Как изготавливается форсунка Common Rail Piezo на заводе.

Процесс впрыска

Высокая скорость переключения пьезоэлектрической форсунки позволяет гибко и с высокой точностью управлять фазами впрыска и дозировать подачу топлива. Благодаря этому управление процессом впрыска топлива может осуществляется в точном соответствии с потребностью двигателя в определённый момент времени. За время такта может быть произведено до пяти отдельных впрысков.

ТНВД

Насос высокого давления представляет собой одноплунжерный насос. Привод насоса осуществляется через зубчатый ремень коленвала с частотой, равной частоте оборотов двигателя. ТНВД предназначен для создания в топливной магистрали давления до 1800 бар, необходимого для работы системы впрыска. С помощью двух кулачков, развёрнутых на приводном вале на 180°, скачок давления формируется синхронно с впрыском во время рабочего такта конкретного цилиндра. Это обеспечивает равномерную нагрузку привода насоса и снижает колебания давления в области высокого давления.
Для снижения трения при передаче усилия от приводных кулачков к плунжеру насоса между ними установлен ролик.

Устройство насоса высокого давления

Схематическое представление насоса высокого давления.

Топливная система COMMON RAIL – что это такое?

COMMON RAIL – это дизельная топливная система нового поколения, получившая широкое распространение в связи с ужесточением экологических норм. Помимо снижения уровня токсичности выхлопа, этот тип впрыска позволяет обеспечить требуемую мощности двигателя при минимальной подаче топлива. В дословном переводе «common rail» читается как «единая магистраль» . Рассмотрим основные отличия, принцип работы и особенности конструкции системы.

Особенности

Одним из наиболее явных отличий топливной системы Common Rail является наличие общей магистрали, расположенной между форсунками и ТНВД, выполняющей функцию аккумулятора горючего. В отличие от схемы, в которой насос напрямую распределял смесь по форсункам, в данной конструкции его роль ограничивается закачиванием дизеля в трубопровод. Еще одной особенностью является электронная система управления дозирования топлива в распылителях.

Однако основным отличием системы нового поколения является значительно более высокое давление впрыска, которое определяет качество и равномерность распределения факела. Этот фактор является ключевым аспектом формирования смеси и ее последующего возгорания, что и определяет эффективность работы двигателя. Так, использование современных топливных систем Common Rail позволяет обеспечить почти до 40% прироста мощности дизельного двигателя при одновременном уменьшении уровня шума и расхода горючего до 15%. Помимо этого увеличивается и крутящий момент силового агрегата.

Высокая технологичность конструкции обуславливает требовательность данной системы впрыска к качеству горючего. Мелкие абразивные частицы, попавшие в топливную магистраль, могут вывести из строя аппаратуру, изготовленную с высокой точностью.

Принцип работы топливной системы Common Rail

Принцип действия топливной системы Common Rail заключается в подаче горючего к распылителям от рампы, которая выполняет функцию предварительного аккумулятора высокого давления. Схема работы оборудования схожа с технологией старых топливопроводов. Насос подкачки забирает дизель из бака и отправляет к ТНВД, который нагнетает давление в магистрали и снабжает горючим распылители, в необходимый момент впрыскивающим его в цилиндры.

Желтым цветом показан контур низкого давления, красным – контур высокого давления, коричневым – обратный слив топлива в бак.

• Топливоподкачивающий насос.
• Топливный фильтр.
• Топливный насос высокого давления.
• Клапан дозировки.
• Датчик давлений топлива в рампе.
• Аккумулятор высокого давления – топливная рейка.
• Регулятор давления (контрольный клапан).
• Инжекторы.

Электронное управление позволило организовать двухступенчатую схему подкачки строго дозированных порций топлива. На первом этапе в камеру поступает минимально необходимая доза (порядка 1 мг), воспламенение которой повышает температуру в замкнутом объеме, после чего в него впрыскивается основная часть горючего. Такая схема дает возможность обеспечить плавное нарастание давления в камере, вследствие чего силовой агрегат функционирует мягче и значительно снижается уровень шума при его работе.

На основании поступающих от датчиков данных система определяет необходимое количество топлива, которое забирается из бака через дозирующий клапан. Таким образом, топливо вначале попадает в насос, а через него – во «временный аккумулятор». За поддержание необходимого уровня давления в рампе отвечает соответствующий регулятор. В заданный момент времени управляющий блок посылает команду к форсункам, и те на определенный срок открывают заслонки. В зависимости от режима эксплуатации силового агрегата, система может в некоторых пределах автоматически менять показатели давления и объем топлива. Давление рассчитывается и поддерживается вне зависимости от скорости вращения коленвала и количества подаваемого горючего. Распылители подают смесь в цилиндры, получая управляющий сигнал от электронного блока к соленоиду.

Использование разделенного цикла воспламенений в дизельных топливных системах позволяет поднять крутящий момент на низких оборотах коленвала до 25% при одновременном уменьшении потребления горючего на 20%. Помимо этого, понижается степень выхода сажи в выхлоп, а звук работы двигателя становится значительно тише.

Конструкция

Конструктивно топливная система двигателя Common Rail является контуром высокого давления, который представляет собой сложный комплекс из нескольких взаимосвязанных узлов.

ТНВД. Этот агрегат предназначен для нагнетания давления в горючем. Так как в дизельном двигателе обороты коленвала регулируются не дроссельной заслонкой, а объемом подаваемого топлива, то ТНВД является одним из наиболее важных элементов в конструкции силового агрегата.

Клапан и регулятор. Клапан предназначен для дозирования порции горючего, поступающего к насосу и конструктивно представляет собой деталь ТНВД. Регулятор давления размещается в топливной магистрали и управляет работой силовой установки в зависимости от нагрузки на нее.

Рампа. Эта деталь обладает широким функционалом и выполняет роль аккумулятора горючего, а также распределяет его по форсункам и смягчает перепады давления в жидкости.

Форсунки. В отличие от бензиновых аналогов, конструкция данного типа распылителей рассчитана на значительно более высокое давление. Помимо этого, форсунки Common Rail управляют объемом топлива, которое поступает непосредственно в цилиндр. В современных двигателях используются два типа распылителей:

• Электрогидравлические. В конструкциях данного типа подача топлива осуществляется работой электромагнитного клапана.
• Пьезофорсунки. В конструкциях данного типа дозированием горючего управляют специальные кристаллы, на порядок повышающие скорость отклика на управляющие сигналы.

Перспективы развития

Технологический потенциал топливной системы Common Rail дал новый импульс развитию дизельных двигателей в условиях перманентно повышающихся стандартов по токсичности. Благодаря контролю высокоточной электроники и значительному давлению при впрыске сгорание смеси происходит с максимальной отдачей, что обеспечивает оптимальную работу силового агрегата на каждом из режимов работы. Дальнейшее технологическое развитие системы напрямую связано с повышением норм экологической безопасности.

Похожие статьи

Автомобл компан Jiangling Motors Co. пользуются популярностью во всем мре. Хорошо знакомы он россйскм автовладельцам. Малотоннажные грузовк шроко прменяются в коммерческой деятельност .

Для надёжной работы дизельного двигателя необходимо безупречное взаимодействие всех элементов топливной аппаратуры и в том числе форсунок. Эти детали отличаются сверхточным исполнением и могут быть .

Источник: www.ktmagazine.ru Ремонт систем питания дизельных двигателей коммерческой техники – весьма сложная затратная процедура. Рассмотрим некоторые нюансы процесса вместе со специалистами .

Работа дизельных двигателей автомобилей МАН напрямую зависит от состояния топливной системы. Одним из её основных узлов являются форсунки, влияющие на сгорание топлива. Специфика эксплуатации .

Система впрыска Common Rail: устройство, особенности, принцип работы

Система впрыска Common Rail является прогрессивной системой впрыска, которая применяется в большинстве современных дизельных двигателей. Данная система предусматривает разделение всех процессов при подаче и впрыске топлива. Система данного типа была разработана ведущими специалистами компании Bosch.

Использование подобной системы позволяет в значительной степени снизить расход дизтоплива, уменьшить токсичность и шумность дизелей. Именно поэтому к существенным преимуществам системы Common Rail можно отнести широкий диапазон утанавливаемого давления при подаче топлива на различных рабочих режимах двигателя, а также контроль над моментом впрыска.

Устройство системы Common Rail

Система впрыска данного типа является двухконтурной, в состав которой входят:

• контур ВД (высокого давления), оснащенный топливным насосом высокого давления (ТНВД); форсунки, дозирующий клапан, контрольный клапан (регулятор давления), рампа и аккумулятор;
• контур НД (низкого давления) с топливным электронасосом; компенсационный бачок, фильтр, насос шестеренного типа

Из топливного бака с помощью насоса низкого давления топливная смесь проходит через фильтр и компенсационный бачок и попадает в ТНВД. Далее топливный насос перекачивает дизтопливо в аккумулятор под высоким давлением. Из аккумулятора топливо поступает в форсунки, а в дальнейшем распрыскивается в камеру сгорания.

Топливный насос

ТНВД используется для подачи топлива в топливную рампу под высоким давлением до 1600 бар.

Форсунки

Основным назначением форсунок является подача ТС в камеру сгорания через впускные клапаны. Форсунки соединяются с рампой при помощи топливных подводов. В подобной системе используется два вида форсунок – пьезофорсунки и электрогидравлические форсунки.

Дозирующий клапан

Клапан данного типа предназначен для замера нужного объема дизтоплива, поступающего в топливный насос.

Контрольный клапан

Такой клапан используется для контроля над давлением топлива, которое создается в топливной системе при различных рабочих режимах двигателя. Клапан располагается на рампе.

Рампа

Рампа выполняет несколько функций – накапливает дизтопливо под высоким давлением, а также выравнивает любые скачки давления, которые появляются во время распределения топлива по форсункам.

Блок управления

Все рабочие процессы, которые происходят в топливной системе дизельных двигателей, контролируются блоком управления. Сама же система управления состоит из блока управления, датчиков и механизмов исполнения.

В системе Common Rail, впрочем, как и в любой другой топливной системе предусмотрены стандартные входные датчики для определения количества оборотов двигателя, температурного режима поступающего воздуха, давления топливной смеси, уровня кислорода, температуры жидкости-хладагента, положения педали акселератора и др.

К механизмам исполнения можно отнести форсунки, клапан дозирования ТС и контрольный клапан.

Принцип работы системы Common Rail

В данной системе впрыска предусмотрена многократная подача топлива на протяжении одного рабочего цикла ДВС. Итак, подача топлива в Common Rail включает в себя три этапа впрыска – предварительный, основной и дополнительный.

На этапе предварительного впрыска топливо подается в небольшом количестве с целью повышения температуры и давления внутри камеры. Это позволяет ускорить воспламенение топливной смеси, снизить уровень шума и токсичности двигателя.

Количество предварительных впрысков зависит от рабочих режимов двигателя:

• для работы двигателя вхолостую допускается два предварительных впрыска;
• для работы двигателя на высоких оборотах допускается только один предварительный впрыск;
• для работы двигателя на полной мощности предварительный впрыск исключен.

Основная подача топлива обеспечивает прохождение всех основных рабочих циклов двигателя.

Дополнительный впрыск необходим только для увеличения температуры выхлопных газов и удаления микрочастиц сажи в предназначенном для этого фильтре.

Система постоянно совершенствуется, и основным параметром, который успешно удалось изменить, является уровень рабочего давления подачи топлива.

Если еще в 1999 году максимальное давление для подачи топлива составляло 140 МПа, то в 2009 году оно достигло уровня в 220 МПа. Здесь все просто, чем выше уровень давления, тем больше объем топлива подается в систему, а, значит, выше мощность ДВС.