Выхлопная система имеет классическую компоновку, но на последних модификациях встречается нерегулируемый каталитический конвертер и система повторного сжигания отработанных газов.
Система HDi (известная как система «common rail») получила свое название из-за того, что топливо ко всем форсункам поступает из общей трубки высокого давления. Вместо рядного или плунжерного топливного насоса золотникового типа, подающего топливо непосредственно к каждой форсунке, применяется топливный насос высокого давления, создающий очень высокое давление (1600 бар при высокой частоте вращения коленчатого вала) в трубке высокого давления. Топливо находится в трубке под постоянным давлением, поддерживаемым клапаном. Каждая форсунка снабжается топливом под высоким давлением из трубки, а сами форсунки управляются непосредственно электронной системой управления двигателем посредством электромагнитных импульсов.
В дополнение к различным датчикам, используемым на моделях с обычным топливным насосом высокого давления, система «common rail» также имеет датчик давления топлива. Этот датчик позволяет блоку системы управления двигателем поддерживать необходимое давление топлива с помощью регулирующего давление клапана.
Функционирование системы
С целью описать работу целой системы, разделим ее компоненты на три подсистемы; подсистема низкого давления, подсистема высокого давления и подсистема электронного управления.
Подсистема низкого давления
Подсистема низкого давления состоит из следующих компонентов:
- а) Топливный бак.
- b) Топливный охладитель.
- c) Подогрев топлива (не на всех моделях).
- d) Топливный фильтр/водный сепаратор.
- е) Топливопроводы низкого давления.
Подсистема низкого давления (система топливоснабжения) поставляет чистое топливо подсистеме высокого давления.
Подсистема высокого давления
Подсистема высокого давления состоит из следующих компонентов:
- а) Топливный насос высокого давления с регулирующим давление клапаном.
- b) Топливная трубка высокого давления.
- c) Топливная трубка высокого давления.
- d) Топливопроводы высокого давления.
После прохождения через топливный фильтр, топливо поступает в насос высокого давления, затем насос подает топливо в трубку высокого давления. Поскольку дизельное топливо имеет определенную эластичность, давление в трубке высокого давления остается постоянным, даже при том, что топливо выходит из трубки всякий раз, когда одна из форсунок работает. Клапан давления на топливном насосе высокого давления дополнительно обеспечивает поддержание давления топлива в установленных пределах.
Клапаном давления управляет электронная система управления двигателем. При открытии клапана топливо возвращается из насоса обратно в бак по топливопроводам обратной подачи, а давление в трубке падает. Для оценки электронной системой давления открытия клапана, давление в трубке измеряется датчиком давления топлива.
Система управления двигателем управляет форсунками посредством электромагнитных импульсов. Каждая форсунка впрыскивает топливо непосредственно в соответствующую камеру сгорания. На практике топливная система высокого давления более эффективна по сравнению с обычной по критериям точности и гибкости: например, сгорание в течение основного процесса впрыска может быть улучшено посредством предварительного впрыска небольшого количества топлива.
Подсистема электронного управления
Подсистема электронного управления состоит из следующих компонентов:
- а) Электронное контрольное устройство системы управления двигателем.
- b) Датчик скорости/положения коленчатого вала.
- с) Датчик положения распредвала.
- d) Датчик положения педали газа.
- е) Датчик температуры хладагента.
- f) Датчик температуры топлива.
- g) Датчик атмосферного давления (на двигателях с 8 клапанами, интегрирован с электронным устройством системы управления).
- h) Датчик давления в коллекторе (двигатели с 16 клапанами).
- i) Датчик детонации (двигатели с 16 клапанами).
- j) Воздухомер.
- к) Датчик давления топлива.
- I) Топливные форсунки.
- m) Клапан давления топлива.
- n) Блок контроля подогрева топлива.
- о) Клапан рециркуляции отработавших газов (EGR).
Информация от различных датчиков поступает в блок системы управления, где происходит их обработка и оценка. В блоке установлены электронные карты, позволяющие вычислить оптимальное количество подаваемого топлива перед впрыском и даже количество топлива предварительного и последующего впрысков для каждой форсунки при любом режиме работы двигателя. Дополнительно электронный блок выполняет контроль и диагностические функции. Любые неисправности в системе заложены в память блока, что позволяет быстро и точно выявить их, используя соответствующее диагностическое оборудование (например, считыватель кодов неисправностей).
Компоненты системы
Топливный насос высокого давления
Топливный насос высокого давления установлен на двигателе в том же месте, что и обычный плунжерный насос золотникового типа. Насос приводится зубчатым ремнем с частотой, равной половине частоты вращения коленчатого вала, и смазывается топливом, которое он качает
Насос высокого давления состоит из трех радиально установленных поршней и цилиндров. Поршни приводятся эксцентриковым кулачком, установленным на приводном шпинделе насоса. Когда поршни движутся вниз, топливо поступает в цилиндры через впускные клапаны. При достижении поршнем нижней мертвой точки, впускные клапана закрываются и, при движении поршня вверх, топливо сжимается. При выравнивании давлений в насосе и топливной трубке высокого давления, происходит открытие выпускного клапана и топливо поступает в трубку. Когда поршень достигает верхней мертвой точки, выпускной клапан закрывается и происходит возобновление цикла. Наличие нескольких цилиндров исключает колебание и неустойчивость давления топлива, обеспечивая непрерывный поток горючего. Поскольку насос поставляет количество топлива, достаточное для работы автомобиля в режиме полной нагрузки, на режимах холостого хода и не полной нагрузки будет образовываться избыток топлива. Избыток топлива поступает из подсистемы высокого давления в подсистему низкого давления (в бак) через клапан, контролирующий давление.
Насос имеет устройство, отключающее один из его цилиндров, когда не требуется максимальное нагнетание топлива, обеспечивая наибольшую эффективность и исключая излишние потери топлива. При работе этого устройства игла, управляемая соленоидом, удерживает впускной клапан соответствующего цилиндра открытым в течении нагнетания, предотвращая топливо от сжатия.
Топливная трубка высокого давления
Трубку называют иногда топливным аккумулятором, она действует накапливая топливо, поскольку тем самым предотвращая колебание давления. Топливо поступает в трубку из топливного насоса высокого давления. Каждая форсунка автономно связана с трубкой. В трубке установлен датчик давления топлива, а сама трубка непосредственно соединена с клапаном подачи топлива в насосе высокого давления.
Клапан контроля давления
Этот клапан управляется электронной системой и контролирует давление в топливной системе. Клапан является неотъемлемой частью топливного насоса высокого давления и не может быть снят.
При создании чрезмерного топливного давления, клапан открывается и топливо поступает обратно в бак. При падении давления клапан закрывается, заставляя насос наращивать давление.
По своему типу клапан относится к шаровому клапану, управляемому электромагнитными импульсами. Шар прижимается к своему седлу мощной пружиной и притяжением электрического магнита. Притяжение магнита напрямую зависит от импульса, вырабатываемого электронной системой управления двигателем. Желательное давление поддерживается изменением тока на электромагните. Колебания давления компенсируются пружиной.
Датчик давления топлива
Этот датчик установлен в топливной трубке высокого давления и передает информацию о давлении топлива в блок системы управления двигателем.
Топливная форсунка
Форсунки на рассматриваемых двигателях установлены по тому же принципу, как и на обычных дизельных двигателях. Форсунки управляются электромагнитными импульсами от блока системы управления двигателем. Топливо в форсунки поступает под тем же давлением, что создано в топливной трубке высокого давления. Форсунки изготавливаются с очень высокой точностью.
Топливо поступает в форсунки из топливной трубки высокого давления через впускной клапан и дроссель, затем электромагнит поднимает иглу распылителя форсунки с ее седла и происходит впрыск. Избыточное топливо направляется от форсунок в бак по топливопроводу обратной подачи. Форсунки работают по принципу гидравлического сервомотора: усилие, создающееся в форсунке давлением топлива, суммируется с усилием электромагнита, который сам по себе не создает достаточного усилия для поднятия иглы форсунки. Форсунка работает, используя пять автономных источников усилий, оказывающих непосредственное влияние на работу форсунки.
- а) Пружина наконечника прижимает иглу распылителя к седлу у основания форсунки, не позволяя топливу проникнуть в камеру сгорания.
- b) В клапане верхней части форсунки клапанная пружина прижимает шар клапана, препятствуя открытию контрольного клапана. Топливо не имеет возможности поступить в топливопровод обратной подачи.
- с) Перед впрыском электромагнит создает усилие, преодолевающее усилие клапанной пружины, и шар клапана поднимается со своего седла. Это усилие является пусковым усилием впрыска. При открытии клапана топливо поступает в отсек контрольного клапана.
- d) Давление топлива в отсеке контрольного клапана создает усилие на плунжере клапана, которое дополняет усилие пружины иглы клапана.
- е) Небольшой желобок на нижнем конце иглы распылителя обеспечивает создание топливом в отсеке контрольного клапана усилия, действующего на иглу распылителя.
При равновесии этих усилий форсунка находится в статическом положении, но при включении электромагнита создается усилие, необходимое для поднятия иглы распылителя и впрыска топлива в камеру сгорания. Цикл работы форсунки разбит на четыре фазы:
- а) Статическое положение - все силы находится в равновесии. Игла распылителя закрывает отверстие наконечника, а клапанная пружина прижимает шар клапана к его седлу.
- b) Открытие - электромагнит создает усилие, открывающее наконечник и обеспечивающее процесс впрыска. Усилие электромагнита позволяет шару клапана подняться с его седла. Топливо из отсека контрольного клапана поступает обратно в бак по топливопроводу обратной подачи. При открытии клапана давление в его отсеке снижается и усилие на плунжере уменьшается. Однако, благодаря наличию входного дросселя, давление на иглу распылителя остается постоянным. Усилие, образующееся в отсеке контрольного клапана, является достаточным для поднятия иглы распылителя форсунки и обеспечения начала процесса впрыска.
- с) Впрыск - в течение нескольких миллисекунд напряжение электромагнита уменьшается от значения при пуске до значения при статическом положении форсунки. При этом распылитель полностью открыт, а топливо поступает в камеру сгорания под давлением, созданным в топливной трубке высокого давления.
- d) Закрытие - электромагнит выключен, клапанная пружина прижимает шар клапана к его седлу, а в отсеке контрольного клапана и в наконечнике распылителя давление одинаково. Усилие на плунжере клапана и на игле наконечника закрывают распылитель. После этого все усилия находятся в равновесии и форсунка пребывает в статическом состоянии, ожидая следующего впрыска.
Электронный блок системы управления двигателем и датчики
Электронный блок и датчики описаны выше в этом подразделе - см. «Подсистема электронного управления».