Что такое топливная система Common Rail?

Конструктивные особенности системы

Характерная особенность конструкции топливной системы Common Rail ― наличие двух контуров давления, высокого и низкого. В ее состав входят:

• Топливный насос низкого давления (или подкачивающий насос) для подачи дизтоплива из бака в напорную магистраль.
• Топливный фильтр, в котором есть клапан для предварительного прогрева дизтоплива.
• Дополнительный топливный насос для подачи дизтоплива от нагнетательной магистрали.
• Топливный фильтр грубой очистки.
• Датчик температуры для определения уровня прогрева дизтоплива.
• Топливный насос высокого давления (ТНВД). Обеспечивает подачу дизтоплива в цилиндры. Автопроизводители отдают предпочтение устройствам распределительного типа.
• Перепускной клапан ТНВД для регулирования количества дизтоплива, поступающего в топливную рампу.
• Регулятор давления топлива, обеспечивающий поддержание требуемого давления в магистрали высокого давления.
• Топливная рейка, которую также называют аккумулятором или рампой, представляет собой специальную трубку из коррозионностойкой стали со штуцерами для подключения манометра и крепления форсунок.
• Датчик давления для фиксации и передачи данных на электронный блок управления.
• Регулятор давления топлива для поддержания давления в обратной магистрали. Этот клапан для обеспечения работы форсунок поддерживает давление 1 МПа.
• Пьезоэлектрические и электрогидравлические топливные форсунки. В конструкции первых используются пьезокристаллы, что дает значительное повышение скорости работы. Для управления вторых применяют электромагнитный клапан.

Согласно статистике, топливные системы Common Rail сегодня установлены на 70% выпускаемых дизельных двигателях.

Принципы и особенности работы

В топливной системе Common Rail используется принцип разделения процесса создания высокого давления и самого впрыска.

Для подачи дизтоплива из бака используется ТННД. Очистка от загрязнений и примесей выполняется фильтрами, через которые проходит дизтопливо. В топливный насос высокого давления с механическим приводом топливо поступает по контуру низкого давления. Функция ТНВД заключается в подаче дизтоплива в топливную рампу, где происходит аккумуляция перед впрыском. Такая конструкция дает возможность поддерживать требуемый уровень давления, при этом текущий режим работы мотора на этот параметр не влияет.

Электронный блок управления ДВС на основании полученных от датчиков данных определяет необходимое количество дизтоплива, которое ТНВД должен подать на топливную рампу. Затем происходит открытие клапана дозирования дизтоплива для подачи в аккумулятор. Регулятор обеспечивает требуемый уровень давления дизтоплива.

Передача команды ЭБУ на открытие форсунок происходит после поступления требуемого количества дизтоплива в рампу. Открываются форсунки, соответствующие циклу работы двигателя. Один цикл включает состоящий из трех этапов многократный впрыск:

1. На предварительном этапе происходит повышение температуры и увеличения сжатия в камере сгорания. Это обеспечивает ускорение процесса самовоспламенения. Для работающего на полной мощности мотора предварительный впрыск не выполняется. На холостых оборотах необходимы два предварительных впрыска, один впрыск нужен при увеличении оборотов.
2. Работа двигателя обеспечивается на основном этапе.
3. На дополнительном этапе увеличивается температура нагрева ОГ. Это необходимо для обеспечения сгорания сажи, что уменьшает вредные выбросы в атмосферу.

Количество фаз впрыска в современных моторах колеблется от 7 до 9.

Плюсы Common Rail

1. Давление в топливной рампе систем первого поколения не превышало 140 МПа. Увеличение давления в последующих поколениях позволило достигнуть уже 220 МПа. Такое улучшение показателя давления дало возможность увеличить объем дизтоплива, поступающего в цилиндры двигателя за один цикл, что повышает мощность дизельных автомобилей.
2. Использование в системе комплекса датчиков дает возможность учитывать множество параметров, включая скорость вращения коленвала, давление в магистральном трубопроводе, температуру дизтоплива, расход воздуха, данные лямбда-зонда.
3. Анализ поступающих данных позволяет электронному блоку управления оптимизировать работу мотора. При этом ремонтопригодность системы Common Rail из-за более простого устройства выше, чем у ТНВД с насос-форсунками.

Минусы Common Rail

1. Необходимость применения более качественного дизтоплива. Меньше ресурс форсунок из-за их сложной конструкции.
2. Требуется обеспечить герметичность системы, потому что находящийся в открытом положении клапан после поломки форсунки приведет к остановке топливной системы.

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.

 

 

Все, что вам нужно знать о системе впрыска Common-Rail — TrueNorth

12 мая

Написано гостевым пользователем

Использование более новых двигателей дает значительные преимущества, когда речь идет об экономии топлива. Однако, как мы знаем, не у всех есть ресурсы для работы с новым оборудованием. Если вы обнаружите, что используете более старые технологии, в этой статье излагаются передовые методы обслуживания этих систем и объясняется, почему более новые и более эффективные тракторы могут быть полезны для вашего бизнеса. Как говорит автор Джон Бакстер, в конце концов, такие знания делают сидение за кофейной стойкой на стоянке для грузовиков и общение с другими водителями более увлекательным. 😁

Первая система Common-Rail: ACRS

До 2007 года американские производители двигателей единогласно использовали топливные форсунки с приводом от распределительного вала. Однако в 2007 году Detroit Diesel заменил Series 60 и был увеличен до 14 литров с помощью DD15. У DD15 была революционная система впрыска под названием «ACRS» или Amplified Common Rail System.

Система Common Rail не была совершенно новой концепцией — такие системы использовались на первых судовых дизелях. Но насос-форсунки взяли верх из-за высокого давления, которое они создают внутри твердого металлического корпуса, а не тонкой металлической трубы. Немецкие инженеры знали, что традиционные формы для литья под давлением никогда не будут эффективны в будущем, и они также знали, что металлургия — наука о том, как делать металлы легкими и прочными, — прошла долгий путь. Они поняли, что новая система впрыска может решить один недостаток насос-форсунок — их склонность работать лучше всего только при более высоких оборотах.

В насос-форсунках используются плунжеры, подобные длинным поршням, для проталкивания топлива через крошечные отверстия или «отверстия», просверленные в чашке в нижней части блока. Плунжеры приводятся в движение кулисными рычагами распределительного вала. Это означает, что определенное количество топлива поступает в двигатель на каждые, скажем, 3 градуса поворота коленчатого вала, что согласуется с исходной дизельной идеей о постепенном введении топлива по мере опускания поршня. Эти форсунки могут делать удивительные вещи, и при оборотах, приближающихся к 1800 оборотам в минуту, регулируемым для двигателей той эпохи, они могут быстро создавать давление, значительно превышающее 30 000 фунтов на квадратный дюйм (для давления в фунтах на квадратный дюйм). Высокое давление ускоряет горение и минимизирует образование сажи. Низкого уровня образования сажи особенно трудно добиться при высоком уровне рециркуляции отработавших газов, поэтому высокое давление впрыска является важной целью разработчиков дизельных двигателей.

Проблема в том, что подобная система теряет большую часть своей мощности при работе двигателя на низких, экономичных оборотах. Система, производящая 35 000 фунтов на квадратный дюйм при 1800 об/мин, будет производить менее 25 000 фунтов на квадратный дюйм при 1200 об/мин.

Введите систему Common Rail. В системе ACRS был мощный насос, производивший около 13 000 фунтов на квадратный дюйм. Он перекачивал топливо под постоянным давлением в рампу — трубу диаметром около ¾ дюйма. Рейка была соединена с форсунками в каждом цилиндре.

В форсунках ACRS используется другой поршень с двумя секциями — верхней частью большего диаметра и нижней частью меньшего диаметра. Топливо, выпущенное под давлением 13 000 фунтов на квадратный дюйм в камеру над верхней частью плунжера, заставит его опуститься, когда ECM откроет клапан, чтобы впустить топливо и начать впрыск. Камера под плунжером также имела топливо и типичное расположение небольших отверстий на ее дне. Поскольку нижняя часть плунжера имела меньший диаметр, сила была сосредоточена, и инжектор мог создавать давление впрыска до 38 000 фунтов на квадратный дюйм. Система была спроектирована таким образом, что клапан, пропускающий топливо в верхнюю камеру, мог дросселировать топливо и производить «формирование скорости», что означало, что форсунка могла вкачивать топливо с меньшей скоростью и смягчать начало сгорания и ранние стадии сгорания. сжигание. Это помогло снизить пиковое давление и температуру в цилиндре и снизить выбросы NOx. После того, как поршень начал опускаться, он полностью открылся бы, если бы это было необходимо, чтобы быстро сжечь топливо, поскольку поршень начал бы двигаться вниз, чтобы произвести максимальную мощность.

Такая система также может останавливать и запускать впрыск для расширения горения при сохранении давления топлива для обеспечения хорошего сгорания. Условия меняются в зависимости от нагрузки и оборотов.

MaxxForce

Вскоре после этого, также в 2007 году, Navistar представила двигатели MaxxForce, в том числе N13, двигатель для грузовиков класса 8. Многие компоненты двигателя поставлялись MAN, немецким производителем, который первым лицензировал оригинальные дизельные двигатели. Они предоставили блок цилиндров из более легкого чугуна, известного как чугун с уплотненным графитом. Двигатель имел немного другую форму системы Common Rail, которая не усиливала давление внутри форсунки, а использовала трубопровод, чтобы выдерживать полное давление во всей системе. Отчасти из-за усовершенствованной системы впрыска двигатель мог развивать максимальный крутящий момент до 1000 об/мин, в то время как большинство двигателей не могли этого сделать ниже 1200 об/мин. Обе системы впрыска описаны ниже вместе с системой, принятой Cummins, поскольку они имеют схожую конструкцию.

2010

В 2010 году все производители должны были соответствовать значительно более низким стандартам Nox, которые снизились почти на 90%. Cummins был одним из производителей двигателей, который пытался соответствовать стандарту путем внесения внутренних изменений в двигатель. Тем не менее, в конце концов, они приняли то, к чему пошла большая часть отрасли, — процесс, называемый селективным каталитическим восстановлением. SCR использует DEF или жидкость для выхлопных газов дизельных двигателей для смешивания внутри каталитической камеры при высоких температурах с выхлопными газами двигателя. Эта камера следует за DPF и, таким образом, расположена там, где выгорание сажи увеличивает теплоту выхлопных газов, что помогает работе SCR.

DEF содержит мочевину, химическое вещество, которое в каталитической камере SCR превращается в аммиак. Затем аммиак соединяется с Nox (Nox относится к оксидам азота, комбинации азота из воздуха с кислородом) в выхлопных газах с образованием безвредного азота и воды. Компания Cummins обнаружила уникальный медный цеолитный катализатор, который, как они утверждали, делает процесс SCR более эффективным, и решила присоединиться ко всей остальной отрасли, за исключением Navistar, и полагаться на SCR для соответствия стандартам Nox 2010 года. Проблема с соблюдением стандартов Nox в цилиндре заключается в том, что горящее топливо не может стать слишком горячим, что снижает эффективность двигателя и другие аспекты чистого сгорания.

Кроме того, как упоминалось выше, конкуренты Cummins, как Detroit Diesel, так и Navistar с двигателями MaxxForce, уже имели систему впрыска Common-Rail. Итак, Cummins работала со шведской компанией Scania над разработкой своей системы Common Rail XPI.

Топливная система Common Rail на 15-литровом двигателе Cummins ISX в разрезе. Топливная рампа — это длинная труба, расположенная справа. Более тонкие трубки, которые соединяются с ним, проходят снизу и соединяются с тонкими трубками слева от рампы, проводя топливо через головку блока цилиндров к форсункам (не показаны).

Преимущество интересной системы, которую Cummins использовала до 2010 года, заключалась в том, что она предлагала более мягкое начало сгорания, но не допускала какой-либо формы раздельного впрыска. Встреча 2010 года потребовала разбиения каждого цикла впрыска на несколько отдельных впрысков, чтобы цилиндр не перегревался. Это также требовало пилотного впрыска – небольшого выброса топлива задолго до максимального сжатия, который не воспламенялся, но готовил почву для немедленного воспламенения основного топливного заряда после начала впрыска. Лучшие системы Common-Rail могут смягчить начало сгорания с помощью предварительного впрыска (и сделать это даже более эффективно, чем система с открытым цилиндром Cummins)9.0043 и настраивают его на отдельные импульсы, чтобы горящий топливный заряд не перегревался. Отсюда и решение.

Как работают системы Common-Rail

Так как же выглядят эти системы Common-Rail? Хотя дизельное топливо как жидкость трудно сжимается, оно лишь слегка эластично. Итак, имея более прочные металлические трубы, чем когда-либо прежде, инженеры разработали топливную рампу — длинную трубу относительно большого диаметра (более половины дюйма), которая была намного больше, чем трубы, ранее использовавшиеся в дизельных системах впрыска. Эта труба проходит по всей длине двигателя и сообщается с инжекторным клапаном в каждом цилиндре, который имеет электрический игольчатый клапан. Эти клапаны могут быть быстро открыты и закрыты ECM. Труба будет питаться насосом с приводом от коленчатого вала с несколькими поршнями, которые будут попеременно непрерывно и плавно перекачивать топливо в рельсовую систему. Насос будет управляться во многом так же, как впрыск управлялся в электронных насос-форсунках – электрические клапаны открывались, а затем закрывались, когда поршни поднимались и вытесняли топливо из насоса в трубопровод, ведущий к рампе. Разница заключалась в том, что накачка будет непрерывной, а не будет происходить только на несколько градусов, когда поршень выходит за пределы верхней точки в начале каждого рабочего такта.

Если бы требовалось больше топлива, клапаны были бы закрыты дольше, и, например, когда водитель набирает крейсерскую скорость на шоссе и нажимает на педаль газа для движения, клапаны начинают закрываться после более короткого хода каждого поршня . Датчик, который измерял давление в рампе, отправлял сигнал давления в ECM, чтобы постоянно контролировать давление и поддерживать его на желаемом уровне. Таким образом, давление в рампе можно было поддерживать постоянным. Несмотря на то, что при каждом срабатывании каждой форсунки будут небольшие изменения давления или «импульсы», одновременно срабатывает только одна форсунка, а количество топлива, впрыскиваемого при каждом открытии клапана, минимально по сравнению с объемом рампы, при котором давление остается стабильным.

Также должен быть клапан сброса давления, такой как предохранительный клапан на котле, для сброса избыточного давления, если электроника недостаточно хорошо контролировала давление или произошел сбой датчика. Но суть в том, что с такой системой ECM мог выдавать желаемое давление топлива на уровне все раза, даже когда двигатель работал на холостом ходу.

Преимущества систем Common-Rail

Способность откачивать топливо из рампы при 30 000–35 000 фунтов на квадратный дюйм на всех оборотах — мечта инженера-дизелиста. Проблема здесь в том, что прежние системы с насос-форсунками не могли обеспечить максимальное давление вплоть до пикового крутящего момента двигателя, который составляет 1200 об/мин или ниже. В более ранних системах, хотя топливо подавалось с соответствующей скоростью, падение давления по-прежнему означало более плохое смешивание с воздухом в цилиндре. Это означало больше выбросов сажи, ограничения крутящего момента на низких оборотах и ​​то, насколько медленно двигатель может вращаться, сохраняя при этом хорошую топливную экономичность и производительность.

Меньше выбросов твердых частиц

Современная система Common Rail подает топливо под максимальным или любым другим давлением, даже при 1000 об/мин или меньше. И, поскольку игла с электроприводом может разбивать впрыскиваемую порцию топлива на несколько отдельных частей, система по-прежнему может удерживать давление в цилиндре от слишком быстрого и слишком высокого уровня. Это помогает снизить выбросы Nox и удерживает нагрузки двигателя в определенных пределах. Возможность подавать топливо за тот же период времени, но, возможно, за 3 струи высокого давления, а не с одной струей более низкого давления, также означала меньше выбросов твердых частиц, поскольку топливо более эффективно распылялось и смешивалось с воздухом. Как вы можете себе представить, если ваше топливо защищено от гелеобразования, эта система запустит ваш двигатель даже при низких температурах наружного воздуха.

Более холодный цилиндр и более тихий двигатель

Система также может несколько снижать давление, чтобы подавать топливо более постепенно и сохранять цилиндр еще более холодным (поддерживая пиковое давление и пиковые температуры, производящие Nox, намного ниже), когда грузовик крейсерский, когда требуемая мощность и крутящий момент значительно ниже. Это также делает двигатель тише.

Меньший вес и мощность двигателя

Кроме того, поскольку насос общей топливной рампы постоянно нагнетает топливо, просто поддерживая давление в рампе, резкое повышение и падение давления и почти резкие колебания крутящего момента, необходимые для привода распределительного вала, приводящего агрегат в действие. форсунки уходят. Фактически, там, где распределительные валы были адаптированы только для управления клапанами, или в случае Cummins, когда отдельный распределительный вал форсунки полностью исчез, двигатель потерял до 200 фунтов веса. Мощность, необходимая для привода топливной системы, также была снижена. Для привода насоса Common-Rail требуется менее 15 л.с. А насос с общей топливной рампой означает, что установка накладных расходов включает только регулировку коромыслов клапанов.

Двигатель Paccar MX13 вышел в 2010 году. Этот двигатель имеет распределительный вал в блоке для снижения его профиля. В течение нескольких лет она использовала насосы для подачи топлива к форсункам, по одному на каждый цилиндр. Эти высокопроизводительные насосы имели электрические клапаны подачи, поэтому клапаны были установлены как на форсунках, так и на насосах (на обоих концах коротких линий подачи жира), чтобы обеспечить более точную работу. Однако в 2013 году Paccar разработала систему Common-Rail. Единственное отличие от систем Navistar и Cummins заключалось в том, что в ней использовались два насосных агрегата, приводимых в действие распределительным валом, для подачи рейки по более коротким линиям, чем те, которые использовались с насосами с приводом от коленчатого вала. В двигателе используются двухсекционные насосы — этого достаточно для обеспечения плавной работы.

До 2017 года у Volvo была надежная и высокопроизводительная форма насос-форсунки с приводом от распределительного вала. Они исключительно хорошо работали на низких оборотах, поскольку у них было два регулирующих клапана, один для подачи на форсунку, а другой для сброса давления, а не только один. . Работа клапанов может быть скоординирована, а подача топлива дросселирована таким образом, чтобы поддерживать достаточное давление для хорошей производительности при низких оборотах и ​​в то же время обеспечивать максимальную производительность при регулируемых оборотах.

Система Common Rail на Volvo D13, которая была новой в 2017 году. Топливная рампа представляет собой длинную блестящую трубу в верхней/центральной части фотографии с заглушкой (для датчика давления) справа и двумя меньшие трубки, идущие к форсункам, подключенным к нему.

Но в 2017 году Volvo перешла на систему Common Rail, в которой рейка размещалась под крышкой кулачка. Как показано выше, они умело спроектировали систему, в которой три из шести форсунок объединены с насосными агрегатами, приводимыми от распределительного вала. Насосы используют общие линии, соединяющие эти три форсунки с рампой, чтобы иногда питать рампу, а в другое время отправлять топливо обратно к этим трем форсункам. Новая система работает тише старой и может разбивать топливный заряд, направляемый в каждый цилиндр, на более мелкие части, чем раньше. Это единственная система с общей топливной рампой, в которой коромысла, приводимые в движение распределительным валом, приводят в действие насосы агрегата, и их необходимо регулировать с помощью клапанов при работе верхних головок. Это изменение сопровождалось внедрением их «волнового поршня», который имеет выступы в стенке камеры сгорания, которые направляют брызги топлива обратно к центру камеры, тем самым предотвращая скопление топлива на стенках камеры и копоти. Новый поршень позволил увеличить степень сжатия в двигателях Volvo на один пункт до 18:1. Поскольку Mack MP8 использует аналогичную архитектуру, хотя и имеет другие кривые крутящего момента и мощности, их двигатель использует эту новую технологию.

Снижение скорости

Настоящим вознаграждением за все это является «снижение скорости», созданное Volvo. Наличие системы впрыска, которая может обеспечить идеальное давление при 1000 об/мин и даже ниже, в сочетании с превосходной аэродинамикой новейших тракторов означает, что крейсерские обороты продолжают падать. До турбонаддува многие дизели должны были развивать скорость выше 1800 об/мин. По мере развития систем впрыска крейсерские обороты упали до 1600, затем 1500, а затем 1300, в зависимости от размера двигателя.

Но с автоматическими коробками передач, способными время от времени переключаться на более низкие передачи, которые могут потребоваться на типичных автомагистралях между штатами, и с идеальным сгоранием даже до 900 об/мин, последние грузовики теперь движутся со скоростью 1150 или даже чуть более 1000 об/мин. В последнем предложении Volvo используется концепция турбокомпаунда, в которой используется вторая турбина для рекуперации энергии выхлопных газов после турбонагнетателя и привода коленчатого вала. Двигатель может развивать максимальную мощность и крутящий момент при меньшем расходе топлива в цилиндры. В результате меньшая нагрузка на цилиндры позволяет развивать крейсерские обороты на уровне 1060 об / мин или ниже.

Заключительные мысли

Поскольку низкие обороты помогают двигателю легче дышать, уменьшают трение и лучше используют энергию сгорания, которая не успевает за поршнем на более высоких оборотах, силовые агрегаты с пониженной скоростью спасают многих дальнобойщиков и небольших автотранспортные компании много денег на свои счета за топливо. Они также обеспечивают водителю более спокойную езду. Но без впрыска Common Rail это было бы невозможно.

Оборудование

Гость

Как работает система впрыска Common Rail?

ИСТОРИЯ

Опубликовано 24 июня 2014 г. от Dr. Johannes Kech ,

Система впрыска Common Rail позволяет оптимизировать процесс сгорания таким образом, чтобы из меньшего количества топлива вырабатывалось меньше загрязняющих веществ.

Благодаря системе впрыска топлива Common Rail процесс сгорания можно оптимизировать для достижения низкого уровня выбросов вредных веществ в сочетании с меньшим расходом топлива. Топливо впрыскивается в камеру сгорания из общей топливной рампы под высоким давлением. Электронная система управления гарантирует, что начало впрыска, количество и время не зависят от частоты вращения двигателя. В 1996, с двигателем Series 4000, MTU был первым производителем больших дизельных двигателей, который ввел систему впрыска топлива Common Rail в качестве стандартной функции.

Пионер системы впрыска топлива Common Rail                                              Во всем мире ужесточаются нормы выбросов для дизельных двигателей, используемых в судах, поездах, большегрузных внедорожниках и генераторных установках. В то же время клиенты постоянно требуют более экономичных двигателей. Системы доочистки отработавших газов, такие как каталитические нейтрализаторы SCR (избирательное каталитическое восстановление, сокращенно SCR) или сажевые фильтры, являются одним из способов снижения выбросов, но также требуют больше места и потенциально увеличивают потребность в техническом обслуживании двигателя. По этим причинам mtu в первую очередь проводит политику сокращения выбросов за счет внутренних усовершенствований двигателя. Сгорание топлива в двигателе улучшается, так что, если это вообще возможно, выбросы не образуются. При необходимости MTU вводит второй этап контроля выбросов, при котором оставшиеся вредные выбросы удаляются системами доочистки выхлопных газов.

Рис. 1: Система Common Rail для серии 4000 Производительность и гибкость системы CR создают предпосылки для чистого и эффективного сгорания.

В рамках внутренней модернизации двигателя одним из основных средств контроля за чистым сгоранием топлива, помимо рециркуляции отработавших газов, является система впрыска топлива. Он предназначен для впрыска топлива под высоким давлением в нужный момент, а также для точного дозирования количества впрыскиваемого топлива, чтобы создать условия, необходимые для сгорания внутри цилиндра с низким уровнем выбросов. Точное управление подачей топлива под высоким давлением также позволяет значительно снизить расход топлива. По этой причине компания MTU на очень раннем этапе осуществила переход от традиционных механических систем впрыска к гибкой системе Common Rail с электронным управлением — в то время главным образом с целью производства более экономичных двигателей. В 1996, MTU оснастила серию 4000, первый большой дизельный двигатель, системой Common Rail в стандартной комплектации. Общий топливный трубопровод — так называемая рейка, давшая название системе, — снабжает топливом все топливные форсунки двигателя. Когда топливо должно быть впрыснуто в цилиндр, система открывает сопло соответствующей форсунки, и топливо поступает из рампы в камеру сгорания, распыляется при этом под высоким давлением и смешивается с воздухом. Компоненты системы Common Rail требуют чрезвычайно точного и гибкого управления. Для этой цели mtu использует свой ECU (блок управления двигателем, см. рис. 1) — запатентованную систему управления двигателем, разработанную собственными силами. В связи со все более строгими стандартами выбросов для двигателей всех классов мощности и всех типов применения, MTU в будущем будет оснащать все новые двигатели системой впрыска Common Rail.

Снижение выбросов благодаря сочетанию с другими ключевыми технологиями

При оптимизации сгорания за счет внутренних конструктивных особенностей двигателя возникает трехсторонняя взаимосвязь между образованием оксидов азота, образованием частиц сажи и расходом топлива: чем интенсивнее сгорание и тем преобразование энергии, тем ниже выбросы и потребление твердых частиц и выше выбросы оксидов азота. И наоборот, замедленное сгорание приводит к меньшему образованию оксидов азота,
, но и к более высокому расходу топлива и уровню выбросов твердых частиц. Задача разработчиков двигателя — найти компромисс между этими крайностями для каждой точки на карте производительности двигателя. При этом они должны согласовывать влияние системы впрыска топлива с другими внутренними мерами двигателя, такими как рециркуляция отработавших газов, которая в первую очередь снижает выбросы оксидов азота, и внешние системы доочистки отработавших газов. Являясь пионером в этой области, компания MTU опирается на многолетний опыт работы с системами впрыска топлива, производимыми компанией Rolls-Royce Power Systems под брендом L’Orange и другими поставщиками. За это время компания MTU приобрела всесторонний опыт в области интеграции системы впрыска топлива Common Rail в двигатель. Это позволило компании полностью использовать потенциал системы впрыска топлива в сочетании с другими ключевыми технологиями для улучшения процесса сгорания. Двумя ключевыми параметрами впрыска топлива, которые влияют на расход топлива и выбросы, являются скорость впрыска и давление впрыска.

Рис. 2: Поток топлива и последовательность впрыска для многофазного впрыска mtu делит последовательность впрыска топлива на три отдельные фазы. Фаза основного впрыска обеспечивает подачу топлива, фаза предварительного впрыска снижает нагрузку на ведущую шестерню коленчатого вала, а фаза поствпрыска снижает выбросы твердых частиц. Это позволяет снизить как расход топлива, так и выбросы.

Скорость впрыска: предварительный, основной и дополнительный впрыск

Скорость впрыска определяет, когда и сколько топлива впрыскивается в цилиндр. В целях снижения выбросов и расхода топлива на современном этапе эволюции системы впрыска для двигателей MTU последовательность впрыска топлива разделена на три отдельные фазы (см. рис. 2). Время начала впрыска, продолжительность и амплитуда задаются пользователем в соответствии с картой характеристик двигателя. Фаза основного впрыска подает топливо для выработки выходной мощности двигателя. Фаза предварительного впрыска инициирует опережающее сгорание, чтобы обеспечить контролируемое сгорание топлива в фазе основного впрыска. Это снижает выбросы оксидов азота, поскольку резкое сгорание предотвращает высокие пиковые температуры. Фаза дополнительного впрыска вскоре после фазы основного впрыска снижает выбросы твердых частиц. Он улучшает смешивание топлива и воздуха на поздней стадии сгорания, повышая температуру в камере сгорания, что способствует окислению сажи. В зависимости от режима работы двигателя фаза основного впрыска может быть дополнена фазами предварительного и/или дополнительного впрыска.

Сравнение размеров форсунок для двигателей с разным объемом цилиндров, включая форсунки для современных двигателей mtu серий 1600, 2000, 4000 и 8000. (светло-серый: двигатели не MTU)

Давление впрыска: пиковое давление до 2200 бар

Давление впрыска оказывает значительное влияние на уровень выбросов твердых частиц. Чем выше давление впрыска, тем лучше топливо распыляется во время впрыска и смешивается с кислородом в цилиндре. Это приводит к практически полному сгоранию
топлива с высокой конверсией энергии, при котором образуется минимальное количество твердых частиц. По этой причине mtu постоянно повышает максимальное давление впрыска в своих системах Common Rail с 1400 бар для двигателей серии 4000 в 1996 году до нынешних 2200 бар для двигателей серий 1600, 2000 и 4000 (см. рис. 3). В случае двигателя серии 8000 оно составляет 1800 бар. Для будущих поколений двигателей mtu даже планирует давление впрыска до 2500 бар. За тот же период компания mtu еще больше повысила долговечность системы и простоту ее обслуживания. Концепция фильтра, разработанная для удовлетворения требований, еще больше улучшила способность системы впрыска справляться с загрязнением топлива твердыми частицами. В будущем интервалы обслуживания форсунок будут увеличены с помощью электронной диагностики.

Рис. 3: Изменение давления впрыска с 1996 г. для двигателей серии 4000 С 1996 г. компания mtu неуклонно повышает давление впрыска для дальнейшего снижения расхода топлива и выбросов твердых частиц. С 2000 года компания mtu использует усовершенствованные версии системы Common Rail на автомобилях серии 4000, среди прочего, в которых каждая топливная форсунка имеет собственный топливный резервуар. Преимущество состоит в том, что даже при больших объемах впрыска топливная рампа не подвержена колебаниям давления, а последовательности впрыска отдельных цилиндров не мешают друг другу.

Система Solo: форсунки с собственным топливным баком

Благодаря своим характеристикам система впрыска Common Rail за последние несколько лет зарекомендовала себя как стандартное оборудование для дизельных двигателей автомобилей. Описанная версия системы также хорошо подходит для использования в промышленных двигателях малой мощности. Однако в случае двигателей с большим объемом цилиндров обычная система Common Rail в настоящее время обнаруживает свои ограничения, поскольку они требуют впрыска относительно большого количества топлива в цилиндр для каждого такта зажигания. Это вызывает пульсации давления в топливном резервуаре системы Common Rail, которые могут мешать последующим последовательностям впрыска. С 2000 года компания mtu использует усовершенствованную версию системы Common Rail для двигателей серий 4000 и 8000, а с 2004 года также и для двигателей серии 2000, в которой топливные форсунки имеют встроенный топливный бак (см. рис. 4). Это позволяет топливопроводам между форсунками и общей топливной рампой иметь относительно небольшое поперечное сечение. Во время последовательности впрыска происходит лишь незначительное падение давления в собственном топливном резервуаре форсунки. Это предотвращает колебания давления в системе Common Rail и, следовательно, кратковременную недостаточность или избыточную подачу топлива к форсункам.

Рис. 4: Форсунка со встроенным топливным баком Использование форсунок со встроенным топливным баком предотвращает колебания давления в системе Common Rail и, следовательно, кратковременную недостаточную или избыточную подачу топлива к форсункам.

Индивидуальные решения для гибкого использования топлива

С повышением уровня технических характеристик систем впрыска также возрастают требования к чистоте и качеству топлива. При этом топливо должно соответствовать заранее заданным значениям вязкости и смазывающей способности, как компоненты высокого давления 9.Насосы и форсунки 0137 смазываются топливом. Он также должен быть свободен от каких-либо загрязнений, которые могут привести к абразивному повреждению при высоких давлениях. Поэтому для обеспечения правильной работы двигателя можно использовать только дизельное топливо, одобренное для данного применения и отвечающее применимым стандартам. По запросу клиента MTU проводит анализы для утверждения других видов топлива в зависимости от конкретного применения в тесном сотрудничестве с брендом Rolls-Royce Power Systems L’Orange или альтернативными поставщиками. При некоторых применениях, например, отсутствие смазки
свойства со стороны топлива можно компенсировать специальными покрытиями на системе впрыска.