Основные функции системы заключаются в оптимальном и правильном управлении процессом впрыска дизельного топлива в нужный момент и в требуемом количестве, л также при необходимом давлении впрыска, что обеспечивается применением электронной системой управления. Такая организация управления процессом впрыска обеспечивает плавную и экономичную работу дизеля.
В данной аккумуляторной топливной системе Common Rail давление топлива может достигать 160 МПа.
Данная система позволяет добиться снижения содержания твердых частиц сажи в отработавших газах и оксидов азота NOx.
Аккумуляторная топливная система Common Rail включает в себя: ступень низкого давления, ступень высокого давления и электронную систему управления двигателем.
Основными элементами данной системы являются электрогидравлические форсунки, ТНВД фирмы Bosch (СРЗ) (с датчиком температуры топлива и клапаном регулирования давления топлива), аккумулятор топлива (с датчиком давления топлива и редукционным клапаном), датчики и клапана системы управления двигателем и электронный блок управления двигателем.
Ступень низкого давления состоит из топливного бака, топливного фильтра и трубопроводов линии низкого давления.
Ступень высокого давления в аккумуляторной топливной системе Common Rail включает в себя ТНВД, аккумулятор топлива, форсунки, линии высокого давления и линии возврата топлива.
Схема аккумуляторной топливной системы Common Rail. 1 - топливный бак, 2 - ТНВД, 3 - топливный фильтр, 4 - редукционный клапан, 5 - контрольный (обратный) клапан, 6 - аккумулятор топлива, 7 - датчик давления топлива в аккумуляторе, 8 - форсунка, 9 - блок управления двигателем.
Поток топлива в ТНВД. 1 - топливный бак, 2 - топливный фильтр, 3 - ТНВД, 4 - регулирующий клапан, 5 - топливоподкачивающий насос, 6 - клапан регулирования давления топлива, 7 - камера высокого давления, 8 - аккумулятор топлива, 9 - к форсункам.
В штуцер (2) ТНВД для подсоединения шланга подачи топлива из топливного бака, установлен дополнительный топливный фильтр для лучшей фильтрации топлива, перед его подачей в линию высокого- давления.
1 - штуцер возврата топлива, 2 - штуцер подачи топлива от топливного фильтра, 3 - ТНВД, 4 - клапан регулирования давления топлива, 5 - топливоподкачивающий насос, 6 - датчик температуры топлива.
Топливный насос высокого давления приводится через систему шестерен от коленчатого вала и подает топливо под необходимым давлением в аккумулятор топлива. ТНВД включает в себя топливоподкачивающий насос (накачивающий топливо из топливного бака в плунжерную камеру), датчик температуры топлива, клапан регулирования давления топлива, кулачковый вал и три плунжера (расположенные под углом 120° относительно друг друга), накачивающие топливо под высоким давлением в аккумулятор топлива.
В плунжерные камеры высокого давления, необходимое количество топлива накачивается из топливного бака с помощью шестеренчатого топливоподкачивающего насоса. Топливоподкачивающий насос состоит из двух шестерен с внешним зацеплением, вращающихся в разных направлениях. В насосе топливо из линии подачи попадает в зазор между зубьями шестерен и корпусом и подается в камеру высокого давления ТНВД. Возврат топлива в линию подачи исключается за счет плотного контакта зубьев шестерен. Так как скорость вращения топливоподкачивающего насоса зависит от частоты вращения коленчатого вала, то возникает необходимость регулирования количества накачиваемого в плунжерные камеры топлива.
Количество топлива, подаваемого в плунжерную камеру высокого давления регулируется регулирующим клапаном топливоподкачивающего насоса. Через этот клапан на повышенной частоте вращения коленчатого вала часть топлива возвращается в линию подачи топлива. Клапан регулирования давления топлива регулирует количество подаваемого к аккумулятору топлива, тем самым поддерживая постоянное давление в аккумуляторе топлива. Клапан управляется блоком управления двигателем, по сигналу которого клапан открывается и лишнее топливо подается в линию возврата.
Подаваемое от топливоподкачивающего насоса топливо проходит во впускной канал внутри насоса. За впускным каналом расположен предохранительный клапан. Если давление, создаваемое топливоподкачивающим насосом, превышает давление открытия предохранительного клапана, то топливо проходит через дроссель клапана в контур смазки и охлаждения ТНВД. Вал привода с эксцентриком перемещает плунжер в соответствии с подъемом эксцентрика. Топливо проходит через впускной клапан (1) ТНВД в. камеру высокого давления (5) насосного элемента и, при движении плунжера (8) вниз реализует ход впуска. Вал ( 6) в корпусе ТНВД установлен в центральном подшипнике. Эксцентрик (7) на валу ТНВД обеспечивает возвратно-поступательное движение плунжеров. После достижения нижней мертвой точки НМТ плунжера, впускной клапан закрывается и топливо уже не может выйти из верхней камеры насосного элемента (плунжера). Затем при движении плунжера вверх топливо сжимается, давление повышается и выпускной (нагнетательный клапан) (2) открывается, как только давление превысит его уровень в аккумуляторе топлива. Сжатое топливо поступает затем в контур высокого давления.
Плунжер ТНВД продолжает подавать топливо до тех пор, пока не достигнет положения ВМТ (ход нагнетания). После этого давление падает, выпускной клапан закрывается и плунжер перемещается вниз. Когда давление в камере насосного элемента превышает давление подкачки, впускной клапан снова открывается и процесс повторяется.
Датчик температуры топлива включает в себя измерительный резистор и питается напряжением 5 В. Сопротивление резистора меняется в зависимости от температуры топлива, что в свою очередь влияет на выходное напряжение (сигнал) посылаемое датчиком на блок управления. Блок управления получает сигнал от датчика и определяет температуру топлива по заложенному в его памяти алгоритму. Данные полученные от датчика температуры топлива используются для расчета цикловой подачи топлива.
Топливо от ТНВД под высоким давлением поступает в аккумулятор топлива, откуда оно подается к форсункам. В аккумуляторе топлива поддерживается оптимальное давление (25 - 160 МПа).
Поперечный разрез ТНВД. 1 - впускной клапан, 2 - выпускной клапан, 3 - пружина, 4 - толкатель, 5 - камера высокого давления, 6 - вал привода, 7 - эксцентрик, 8 - плунжер.
Работа форсунки. 1 - игла, 2 - поршень, 3 - гидрокамера, 4 - шариковый клапан, 5 - якорь электромагнитного клапана, 6 - обмотка электромагнитного клапана, 7 - отверстие возврата, 8 - отверстие подачи.
При превышении давления 195 МПа, часть топлива сливается через редукционный клапан (установленный на аккумуляторе топлива) в линию возврата топлива. На аккумуляторе топлива установлен датчик давления.
1 - редукционный клапан, 2 - порты для подсоединения топливных трубок высокого давления подачи топлива к форсункам, 3 - датчик давления в аккумуляторе топлива, 4 - порт для подсоединения топливной трубки высокого давления подачи топлива от ТНВД, 5 - аккумулятор топлива.
В систему установлены форсунки с электромагнитным управляющим клапаном. Управление форсунками осуществляется блоком управления двигателем. Каждая форсунка состоит из подпружиненного поршня (2), иглы (1), электромагнитного клапана (6) и гидрокамеры (3) (см. рисунок "Работа форсунки"). От аккумулятора топлива в форсунку подается топливо, поступающее к гидрокамере, через отверстие (8) и к игле форсунки. В гидрокамере топливо находится под давлением, равным давлению в аккумуляторе топлива. Когда форсунка закрыта, топливо давит на подпружиненный поршень, который, в свою очередь, воздействует на иглу форсунки, не давая ей открыться. Когда электронный блок управления двигателем выдает управляющий пусковой сигнал на соответствующий электромагнитный клапан форсунки, поднимается якорь (5) с шариковым клапаном (4). Шариковый клапан открывает канал (7), соединяющий гидрокамеру с линией возврата топлива, в результате чего часть топлива сливается и давление в гидрокамере форсунки ослабевает. В то же время давление топлива, подаваемого к игле форсунки, преодолевает усилие пружины поршня и игла открывается, в результате чего осуществляется впрыск форсункой топлива в цилиндр.
В линию возврата топлива от форсунок установлен обратный клапан. Этот клапан предотвращает поступление топлива, отводимого в линию возврата от форсунок, обратно к форсункам.
Блок управления двигателем контролирует количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска. Данная топливная система может обеспечить до трех последовательных впрысков (многостадийный впрыск). Каждая форсунка подсоединена к линии возврата топлива.
Управление количеством впрысков топлива. 1 - сигнал датчика положения коленчатого вала, 2 - три впрыска, 3 - два впрыска, 4 - один впрыск, 5 - пилотный впрыск, 6 - основной впрыск.
1 - электромагнитный клапан, 2 - пластина с отверстиями, 3 - шариковый клапан, 4 - игла форсунки, 5 - поршень.
Управление впрыском топлива осуществляет блок управления двигателем, на основании сигналов ряда датчиков системы управления двигателем, а так же в зависимости от режима работы двигателя. Блок управления управляет количеством впрыскиваемого топлива, моментом впрыска и количеством впрысков за один такт в каждом цилиндре отдельно. Количество впрыскиваемого форсункой топлива определяется временем открытия иглы форсунки, которое в свою очередь зависит от времени, в течение которого блок управления двигателем посылает управляющий сигнал на электромагнитный клапан форсунки. Время открытия иглы форсунки контролируется блоком управления двигателем в зависимости от нажатия педали акселератора и частоты вращения коленчатого вала. В расчетное количество впрыскиваемого топлива вносится корректировка в зависимости от температуры воздуха на впуске, массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости и атмосферного давления. Также блок управления вносит корректировку количества впрыскиваемого топлива для каждой форсунки в зависимости от идентификационного кода форсунки, который следует запрограммировать в память блока управления двигателем для каждой форсунки в отдельности. В этом коде зашифрованы механические характеристики, индивидуальные для каждой отдельно взятой форсунки.
Блок управления двигателем постоянно корректирует количество впрыскиваемого- в каждый цилиндр топлива в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала (особенно на холостом ходу), для снижения колебаний частоты вращения и снижения вибраций.
Момент впрыска рассчитывается блоком управления на основании сигналов различных датчиков, режима работы двигателя, частоты вращения коленчатого вала и количества впрыскиваемого топлива по алгоритму, записанному в памяти блока управления. В расчетное время впрыска топлива вносится корректировка в зависимости от температуры воздуха на впуске, температуры охлаждающей жидкости и атмосферного давления.
Давление впрыска напрямую зависит от давления в аккумуляторе топлива и контролируется блоком управления двигателем на основе сигнала датчика давления в аккумуляторе топлива.
Давление топлива регулируется блоком управления в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и цикловой подачи топлива с помощью клапана регулирования давления топлива, установленного в ТНВД. Создание оптимального давления впрыска топлива для каждого режима работы двигателя, способствует снижению токсичности отработавших газов.
Количество впрысков, производимых форсункой в цилиндр, контролируется блоком управления двигателем в зависимости от условий движения автомобиля и служит для снижения вибраций и токсичности отработавших газов. Данная аккумуляторная топливная система позволяет реализовать до трех впрысков в один цилиндр за цикл.
В памяти блока управления запрограммированы несколько оптимальных алгоритмов впрыска топлива при различных состояниях. Так, при низкой частоте вращения коленчатого вала и низкой нагрузке производится три впрыска за цикл, для снижения вероятности детонации. При высокой частоте вращения коленчатого вала и высокой нагрузке, для улучшения мощностных показателей и ' снижения расхода топлива производится только один впрыск за цикл.
Дополнительные функции управления служат для улучшения характеристик по снижению эмиссии вредных веществ в ОГ и расхода топлива или используются для повышения безопасности, комфорта и удобства управления.