Система впрыска Common Rail – назначение, устройство, принцип действия

Система впрыска Common Rail является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Работа системы Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы (Common Rail в переводе общая рампа). Система впрыска разработана специалистами фирмы Bosch.

Применение данной системы позволяет достигнуть снижения расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума дизеля. Главным преимуществом системы Common Rail является широкий диапазон регулирования давления топлива и момента начала впрыска, которые достигнуты за счет разделения процессов создания давления и впрыска.

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail включает топливный насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регулятор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу и форсунки. Все элементы объединяют топливопроводы.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. Современные топливные насосы высокого давления плунжерного типа.

Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно объединен с ТНВД.

Регулятор давления топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций: накопления топлива и содержание его под высоким давлением, смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД, распределения топлива по форсункам.

Форсунка важнейший элемент системы, непосредственно осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе используются электрогидравлические форсунки или пьезофорсунки.

Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы форсунки.

Управление работой системой впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая объединяет датчики, блок управления двигателем и исполнительные механизмы систем двигателя.

Система управления дизелем включает датчики оборотов двигателя, Холла, положения педали акселератора, расходомер воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления воздуха, температуры воздуха, давления топлива, кислородный датчик (лямбда-зонд) и другие.

Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются форсунки, клапан дозирования топлива, а также регулятор давления топлива.

Принцип действия системы впрыска Common Rail

На основании сигналов, поступающих от датчиков, блок управления двигателем определяет необходимое количество топлива, которое топливный насос высокого давления подает через клапан дозирования топлива. Насос накачивает топливо в топливную рампу. Там оно находится под определенным давлением, обеспечиваемым регулятором давления топлива.

В нужный момент блок управления двигателем дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска.

С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов. В зависимости от режима работы двигателя производится:

• два предварительных впрыска – на холостом ходу;
• один предварительный впрыск – при повышении нагрузки;
• предварительный впрыск не производится – при полной нагрузке.

Основной впрыск обеспечивает работу двигателя.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (

регенерация сажевого фильтра).

Развитие системы впрыска Common Rail осуществляется по пути увеличения давления впрыска:

• первое поколение – 140 МПа, с 1999 года;
• второе поколение – 160 МПа, с 2001 года;
• третье поколение – 180 МПа, с 2005 года;
• четвертое поколение – 220 МПа, с 2009 года.

Чем выше давление в системе впрыска, тем больше топлива можно впрыснуть в цилиндр за равный промежуток времени и, соответственно, реализовать большую мощность.

 

 

Система впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail – это современная система впрыска дизельных двигателей. Работа системы Common Rail заключается в подаче топлива к форсункам от топливной рампы. Система впрыска была разработана специалистами фирмы Bosch.

Система Common Rail обеспечивает снижение расхода топлива, уменьшает шум работы дизельного двигателя и снижает выброс отработавших газов в атмосферу. Основное преимущество системы Common Rail – широкий диапазон регулирования давления топлива и момента начала впрыска, чего удалось достичь благодаря разделению процессов создания давления и впрыска.

Устройство системы впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail представляет собой контур высокого давления  системы питания дизельного двигателя. Дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail состоит из: топливного насоса высокого давления (ТНВД), дозирующего клапана, регулятора давления топлива, топливной рампы и форсунок. Все элементы объединены топливопроводами.

1 – топливный бак; 2 – топливный фильтр; 3 – топливный насос высокого давления; 4 – топливопроводы; 5 – датчик давления топлива; 6 – топливная рампа; 7 – регулятор давления топлива; 8 – форсунки; 9 – электронный блок управления; 10 – сигналы от датчиков; 11 – усилительный блок.

ТНВД предназначен для образования высокого давления топлива в топливной рампе. На современных автомобиля применяют ТНВД плунжерного типа. Регулятор давления изменяет подачу топлива к ТНВД в зависимости от режима работы двигателя.

Дозирующий клапан топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа служит для накопления и поддержания высокого давления топлива, балансировки колебаний давления, распределения топлива по форсункам.

Форсунка – элемент системы впрыска, который отвечает за впрыск топлива в камеру сгорания двигателя.

Форсунки соединены с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе Common Rail применяются пьезофорсунки и электрогидравлические форсунки.

Управление системой впрыска Common Rail осуществляет электронная система управления в дизеле, которая состоит из датчиков электронного управления.

Основные исполнительные механизмы системы впрыска Common Rail: форсунки, дозирующий клапан и регулятор давления топлива.

Как работает система впрыска Common Rail

На блок управления двигателя подается сигнал от датчиков, благодаря которым регулируется необходимое количество топлива, которое подается топливным насосом высокого давления через клапан дозирования топлива. ТНВД накачивает топливо в топливную рампу.

В определенный момент блок управления двигателем подает команду открытия клапана форсунки. Таким образом, блок управления управляет системой впрыска в зависимости от режимов работы двигателя.

Чтобы добиться высокой эффективности работы двигателя в системе Common Rail применяют многократный впрыск топлива на протяжении одного цикла работы двигателя. Виды впрысков: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

• два предварительных впрыска – на холостом ходу;
• один предварительный впрыск – при повышении нагрузки;
• предварительный впрыск не производится – при полной нагрузке.

Основной впрыск реализует работу двигателя.

Дополнительный впрыск производится для регенирации сажевого фильтра за счет повышения температуры отработавших газов.

Система следует следующему принципу, чем выше давление, тем больше топлива можно впрыснуть в цилиндр за один и тот же промежуток времени, что приведет к увеличению мощности.

ИСТОРИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМЫ COMMON RAIL – Seven Diesel

07 декабря

admin2021-01-07T16:33:15+01:00

Администратор World of Diesel 0 Комментариев

Несмотря на то, что она стала известной благодаря своему английскому названию, Common Rail, система подачи топлива Common Rail или Common Collector, как хотите, была изобретена итальянским физиком Марио Рикко, которому была присуждена степень магистра. in honoris causa в области машиностроения Университета Перуджи. Основываясь на победной интуиции Ricco, группа FIAT, в состав которой в 1919 году входили Magneti Marelli, Centro Ricerche FIAT и90, перешел к его концепции, разработке и доиндустриализации. В 1994 году фактической индустриализацией руководила компания Robert Bosch Gmbh под давлением Mercedes Benz, который впоследствии также занимался маркетингом.

Подобные приложения, то есть те, которые работают по тому же принципу, относятся к первым десятилетиям 900-х годов в военно-морской и железнодорожной областях. Принцип работы двигателя с непосредственным впрыском «Common Rail» разрабатывался Цюрихским политехническим институтом с 19 века.30s, но не был совместим с автомобильным приложением. Одним из первых примеров дизельного двигателя Common Rail с гидравлическим приводом, позже известного как модифицированный Common Rail, был Cooper-Bressemer GN-8 1942 года. Только в 1997 году с Alfa Romeo 156 1.9 и 2.4 JTD было получено его первое применение в автомобильной сфере.

В течение первых двух лет он оставался эксклюзивным для FIAT, Alfa Romeo и Lancia, а затем устанавливался почти всеми автомобильными группами. Только позже, с Bosch, произошел значительный технологический прогресс двигателя с постепенным уменьшением рабочего объема, повышением производительности и максимальным давлением впрыска 1350 бар; функции, которые сделали систему Common Rail все более конкурентоспособной на рынке, где ранее доминировали бензиновые двигатели.

Еще в 1997 году первая рейка, установленная на автомобиле, была устроена так: насос, независимо от оборотов двигателя, подает дизельное топливо в канал, знаменитую рейку, создавая в ней давление. Это становится гидроаккумулятором или резервом топлива под давлением, готовым к впрыскиванию в цилиндры. Остаток, избыточное дизельное топливо, возвращается в бак, где смешивается с дизельным топливом при комнатной температуре. В своем первом автомобильном применении эта рециркуляция горячего дизельного топлива в баке вызвала проблемы с надежностью, связанные с повышением общей температуры в топливном контуре, риском деградации пластиковых компонентов, но затем проблема была решена с помощью металлического охлаждающего змеевика под машина.

В июне 2008 года была запущена вторая версия Common Rail: двигатель Multijet. Основная концепция состоит в том, чтобы разделить впрыск на три закрытых действия: предварительный, основной и последующий, что обеспечивает возможность реализации пилотного и последующего впрыска с большей временной гибкостью и достижением максимального давления впрыска 1600 бар. Таким образом, количество сжигаемого топлива остается прежним, но сгорание происходит более плавно за счет увеличения количества впрысков. Из плюсов меньше шума, меньше выбросов и увеличение производительности в 6-7 раз.

Третье поколение Common Rail дебютировало в 2013 году с двигателем Alfa Romeo JTDm2, а затем произошло дальнейшее усовершенствование технологии, которая привела нас к четвертому поколению Common Rail с пьезоэлектрическими форсунками, характеризующимися возвратом давления и регулятор давления насоса CP4, впервые примененные Volkswagen в 2008 году на новых двигателях 2. 0TDI, 2.7TDI и 3.0TDI. Эта новая технология позволила увеличить максимальное давление впрыска до 2000 бар.

Теперь перейдем к самому важному компоненту системы – инжектору. Начало и количество впрыска задаются электронным блоком управления через электрическое управление форсункой. При работе двигателя и ТНВД можно выделить четыре различных состояния:

1 – закрытая форсунка (фаза высокого давления)

2 – открытие форсунки (начало впрыска)

3 – полностью открытая форсунка

4 – закрытие форсунки (окончание впрыска)

Эти рабочие фазы регулируются распределением усилий на компонентах форсунки. При выключенном двигателе и отсутствии давления в рампе форсунка остается закрытой пружиной. В двигателях с непосредственным впрыском топлива и системой Common Rail используются форсунки с отверстием Р-типа и диаметром иглы 4 мм. Существует два типа: сопла SAC с глухим отверстием и сопла VCO с перфорированным седлом. Форсунки с глухим отверстием (SAC) имеют распылительные отверстия, расположенные в глухом отверстии, и в версиях с круглым наконечником они подвергаются механической или электрической эрозии, тогда как в версиях с коническим наконечником, как правило, только с электроэрозией. Форсунки с перфорированным седлом (VCO) были созданы для снижения выбросов, в этом случае распылительное отверстие начинается в коническом седле корпуса форсунки и почти полностью закрывается штифтом, когда форсунка закрыта. Из соображений жесткости наконечник имеет коническую форму, а отверстия, как правило, выполнены электроэрозией.

Эволюционно-технологический скачок дизельной системы Common Rail удивил нас скоростью усовершенствования и переизобретения. Мы можем только ждать других способов, которыми он нас удивит.

Автор

администратор

---

Что нужно знать о топливной системе Common Rail дизельных двигателей

Последние достижения в области технологии впрыска превратили дизельные двигатели в тихие, экологически чистые и эффективные силовые установки. Система впрыска дизельного топлива Common Rail, используемая в настоящее время в подавляющем большинстве современных дизельных двигателей, является единственным наиболее важным фактором повышения эффективности и производительности дизельного цикла сгорания.

Исторически сложилось так, что в дизельных двигателях использовалась система впрыска топлива и топливная система типа распределителя/насоса в линии PLN. Эти старые системы имели основные недостатки: во-первых, они имели кулачковый привод, в результате чего максимальное давление для впрыска топлива достигалось только при высоких оборотах двигателя. Во-вторых, они были ограничены в количестве впрысков, которые они могли произвести за цикл сгорания.

В дизельных системах с системой впрыска Common Rail используется технология прямого впрыска, которая позволяет впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания. Системы впрыска Common Rail используют рампу для хранения топлива под давлением более 2000 бар. Эта магистраль является общей для всех цилиндров, отсюда и название Common Rail. Common Rail обеспечивает постоянную подачу топлива под высоким давлением независимо от частоты вращения двигателя. Перекачивающий насос активируется электроникой для поддержания оптимального давления в рампе.

В ранних поколениях форсунок Common Rail для управления впрыском топлива в цилиндры использовались магнитные соленоиды.

В форсунках Common Rail последнего поколения для управления впрыском топлива используются пьезоэлектрические приводы. В этих новых приводах используются сотни пьезокристаллических пластин, которые очень быстро расширяются при подаче тока. Пьезоэлектрические встроенные приводы могут быть встроены очень близко к игле форсунки, обеспечивая движение без трения. Эти форсунки обеспечивают гораздо более точное время впрыска топлива с более коротким временем отклика, а также улучшенное распыление топлива.

Дизельные системы впрыска Common Rail имеют несколько основных преимуществ по сравнению с более старыми системами впрыска топлива. Подача топлива под высоким давлением из рампы позволяет быстро и под высоким давлением впрыскивать топливо в цилиндры. Это позволяет электронному блоку управления дизельным двигателем (EDU) очень точно управлять впрыском топлива. Такой точный контроль позволяет осуществлять до 5 впрысков топлива на такт сгорания («пилотный», «предварительный», «основной», «после» и «после» впрыска). «Пилотный» впрыск, который происходит перед зажиганием, обеспечивает хорошую топливно-воздушную смесь. Последующий «предварительный» впрыск сокращает задержку основного впрыска, резко снижая выбросы NOx, вибрации и другие шумы. «Последний» впрыск, происходящий сразу после «основного» впрыска, обеспечивает сгорание всего вещества частиц. Наконец, «пост» впрыск позволяет контролировать температуру выхлопных газов, повышая эффективность доочистки.

Общий результат использования усовершенствованных систем впрыска дизельного топлива с общей топливной рампой — двигатель, который работает более эффективно и способен превзойти по характеристикам бензиновый аналог. Практически все прежние недостатки эксплуатации дизельных двигателей, такие как шум, низкая производительность, вибрации и выбросы твердых частиц, были устранены с помощью технологии дизельных двигателей с непосредственным впрыском Common Rail.

Электронный блок управления (ECU)

ECU для EDC (электронного управления дизельным двигателем) использует микроконтроллер, программу и хранилище данных с использованием флэш-технологии. Его основными задачами являются управление созданием высокого давления, а также началом и продолжительностью закачки. Кроме того, ECU отвечает за ряд других функций, таких как управление накалом (GZS) и мониторинг системы.

С помощью CAN (локальной сети контроллеров) можно легко подключить ECU к другим системам автомобиля. Например, с электронной системой переключения передач, антиблокировочной тормозной системой (ABS) или системой кондиционирования воздуха

Датчики:

Датчик скорости – В сочетании с сигналом датчика кулачка датчик скорости передает абсолютное положение коленчатого вала в камеру сгорания. ВМТ первого цилиндра. Датчик скорости работает по принципу переменного магнитного сопротивления.

Датчик фазы – Датчик положения распределительного вала на эффекте Холла определяет положение распределительного вала в двигателях внутреннего сгорания. Вместе с сигналом датчика частоты вращения сигнал датчика распределительного вала обеспечивает абсолютное угловое положение коленчатого вала относительно верхней мертвой точки (ВМТ) первой сгоревший цилиндр двигателя.

Модуль педали акселератора – используется для измерения угла наклона педали акселератора. Он оснащен датчиком, встроенным в педаль акселератора, который распознает команду водителя и передает соответствующий сигнал на блок управления.

Датчик температуры воды: Датчик температуры измеряет температуру двигателя, т.е. в водяном контуре охлаждающей жидкости.

Датчик температуры топлива – Датчик температуры измеряет температуру топлива, т.е. в топливном фильтре

Датчик давления наддува – Датчик давления наддува используется для измерения давления всасываемого или наддувочного воздуха во впускном коллекторе с системой впрыска с регулируемым давлением.

Термопленочный расходомер воздуха – Термопленочный расходомер воздуха служит для измерения массы воздуха, всасываемого двигателем дизельных систем впрыска, независимо от атмосферного давления и температуры

Датчик давления в рампе – Датчик высокого давления служит для измерения давления топлива в топливном аккумуляторе (распределителе высокого давления) дизельных двигателей с системами впрыска Common Rail.

История

1997 г. Первая система Common Rail в легковых автомобилях – 1350 бар (Mercedes)

1999 г. Первая система Common Rail в грузовых автомобилях – 1400 бар

2001 г. Common Rail второго поколения – 1600 бар (Volvo, BMW)

20033 Поколение Common Rail с пьезоинжектором — 1600 бар (Audi)

2006 Улучшения третьего поколения-на 1800 бар. Более высокая эффективность

Общие железнодорожные названия двигателей от производителя:

Audi: TDI

BMW: D-Engines

Daimler: CDI

FIAT Group: JTD

для ForD FORD FOR. : TDCI Duratorq и PowerStroke

GM Opel/Vauxhall: CDTI и DTI

GM Daewoo/Chevrolet: VCDI

Honda: I-CDTI

Hyundai/Kia: CRDI

0004

Mazda: CITD

Mitsubishi: DI-D

Nissan: DCI

Peugeot: HDI или HDI

Renault: DCI

volkswagh: TD

Vol. D и D5 

Насосы Common Rail, форсунки от производителей Bosch, Continental, Delphi, Denso.