Принцип работы аккумуляторной топливной системы коммон рейл

Перевод с английского словосочетание «common rail» означает – «общая магистраль» или «общий путь» , а в технической сфере под этой фразой понимают — «топливную систему аккумуляторного типа», что даёт общее представление о принципе работы оборудования. В сравнении с обычной дизельной топливной данная система позволяет на порядок улучшить параметры работы дизельного двигателя, обеспечивая одновременно экономичность и рост мощности.

Common rail

Немного истории

Впервые прототип технологии впрыска Coommon Rail был применен в составе двигателей подводных лодок ещё в 1916 году. Широкое применение коммон рейл в составе автомобилей стали использовать после доработки японскими конструкторами в 1995 году. В последствии система была усовершенствована европейскими компаниями, где в 1997 году было внедрено электронное управление впрыском.

Топливная коммон рейл

На сегодня современные машины, имеющие в своем составе дизельные силовые установки, широко оснащаются топливными системами common rail производства компаний Bosch, Delphi, Siemens, Denso.

Принцип работы коммон рейл

Принципиальное отличие работы данной системы заключается в создании общего потенциала давления топлива для работы всех цилиндров двигателя, где насос высокого давления не создаёт давление для каждой отдельной форсунки, а передает потенциал давления общему аккумуляторному резервуару, из которого подаётся топливо на форсунки. В технической терминологии такой аккумуляторный блок называют – «топливной рампой», которая и является основным конструктивным элементом, отличающим топливное оборудование коммон рейл от традиционной топливной системы. Подача доз топлива из аккумулятора к каждой форсунке осуществляется работой отдельных электромагнитных клапанов, скорость срабатывания которых гораздо выше механических форсунок.

Коммон рейл
Принципиальная схема топливной системы common rail

Параметры и преимущества работы системы

В зависимости от версии системы коммон рейл топливный насос создаёт давление в рампе топливного аккумулятора: на стадии пуска от 200 до 600 кгс/см², а в рабочем режиме от 1350 до 2500 кгс/см². Что в 2-2.5 раза больше в сравнении с обычной системой, где традиционный ТНВД максимально развивает давление от 400 до 1100 кгс/см².

Такое отличительное высокое давление позволяет получать более мелкодисперсное распыление дизельного топлива форсункой, что кратно увеличивает площадь испарения взвешенных в сжатом воздухе цилиндра двигателя капель горючего, и обеспечивает более полное сгорание с максимальным выделением энергии в рабочем цикле цилиндра.

Результатом работы системы является снижение удельного расхода топлива на 15-20 % с одновременным повышением уровня экологичности двигателя и выдаваемой мощности. Особую эффективность топливная коммон рейл показала на двигателях, с применением, в комплексе, турбонддува и промежуточного охлаждения воздуха (интеркулера).

Дополнительно полностью электронное управление впрыском и регулирование количества подаваемого топлива в цилиндры компьютерным блоком управления даёт более ровную, менее шумную работу двигателю, исключая механическую зависимость параметров и качества подачи топлива от технического секций традиционного состояния ТНВД.

Одним из немногих недостатков работы топливного оборудования коммон рейл является высокая требовательность к качеству используемого дизельного топлива, где горючее с примесями вызывают сбои в работе силовых установок.

Топливные насосы Bosch
Параметры ТНВД производства Bosch для топливных систем коммон рейл

Устройство и особенности работы

Топливная типа коммон рейл, как и все дизельные системы, состоят из контуров низкого и высокого давления.

Коммон рейл Bosch
Принципиальная схема топливной системы коммон рейл производства Bosch

Часть низкого давления обеспечивает подачу топлива из бака через фильтры к топливному насосу высокого давления, состоит из:

  • топливного бака
  • трубопроводов низкого давления
  • топливных фильтров
  • насоса подкачки

Контур высокого давления формирует потенциал сжатого топлива и реализует его в непосредственный впрыск в цилиндры в соответствии с циклами и режимами работы двигателя и состоит из:

  • ТНВД
  • аккумуляторной рампы
  • трубопроводов высокого давления
  • распыляющих форсунок

Насос подкачки

Для забора топлива в магистраль низкого давления установлен подкачивающий насос с механическим или электрическим приводом. В зависимости от исполнения подкачивающий насос может быть установлен в топливном баке, либо совмещен с ТНВД, получая от него механический привод.

Топливные насосы низкого давления

Насос подкачки создаёт давление в контуре до 6 кгс/см², обеспечивая проход горючему через фильтры к защитному клапану, встроенному на входной магистрали насоса высокого давления. По принципу действия, в составе топливной используются подкачивающие насосы шестерёнчатого, роликово-шиберного и центробежного типа.

Центробежный топливный насос

ТНВД коммон рейл

В большей своей части в системах коммон рейл ТНВД представляет собой магистральный насос радиально плунжерного типа, где центральный вал узла своим эксцентриковым кулачком через ролик обеспечивает возвратно поступательный привод плунжерам. Сам насос получает вращение от вала газораспределительного механизма двигателя. Узел охлаждается и смазывается потоком поступающего дизельного топлива. Корпус насоса имеет моноблочную конструкцию, обеспечивающую минимальную потерю давления.

Насос для коммон рейл
Схема магистрального ТНВД системы коммон рейл

Радиальные насосы в системах коммон рейл применяют одно, двух и трёх секционного типа. Основная часть насосов представляют собой трёх секционную конструкцию в виде радиально равномерно размещённых плунжеров относительно кулачкового приводного вала с интервалом угла в 120°.

Трехсекционный ТНВД системы коммон рейл
Схема трёхплунжерного магистрального ТНВД системы коммон рейл

Справедливости ради, нужно отметить, что некоторые системы коммон рейл, устанавливаемые на большегрузные, коммерческие автомобили, используют двух или четырёх плунжерные ТНВД традиционного рядного типа с рабочим давлением до 1100 кгс/см², смазываемые давлением масла двигателя. Это мотивируется возможностью адаптировать используемые двигатели при необходимости под любую топливную систему.

Топливо в ТНВД поступает из магистрали низкого давления через подводящий канал с защитным клапаном в надплунжерные рабочие полости насоса, где возвратно поступательной работой плунжеров прокачивается в аккумуляторную рампу высокого давления.

Для снижения производительности насоса на холостых оборотах или неполной нагрузке одна или две секции насоса могу быть оборудованы электромагнитно управляемыми клапанами, отключающих подачу топлива в рампу и перенаправляющих топливо в сливную магистраль контура низкого давления. Так система предохраняется от избытка подачи топлива и перегрева конструкции.

Аккумуляторная рампа

Основная задача рампы максимально сохранять потенциал давления и равномерно распределять топливо к форсункам.

Аккумулятор коммон рейл

В конструкции топливного оборудования рампа имеет конструкцию толстостенного цилиндрического резервуара в виде трубки или в форме сферы с отводными штуцерами под соединение с форсунками-инжекторами.

Топливный аккумулятор коммон рейл
Топливная рампа — аккумулятор

В V-образных дизелях топливная оборудована двумя рампами на каждую газораспределительную головку. Отдельные моторы могут быть оборудованы тремя секциями рамп: двумя боковыми, и одной центральной — распределительной рампой.

Common rail
Коммон рейл на V-образном двигателе

В некоторых топливных системах аккумуляторная рампа для работы цилиндров двигателя на разных режимах, где поддерживается высокое давление в заданных пределах, оборудована дозирующим клапаном, управляемым электронной системой двигателя. Сброс топлива осуществляется при избытке давления в сливную магистраль контура низкого давления.

Форсунки Common rail

По большей своей части форсунки-инжекторы под коммон рейл имеют идентичный принцип работы с традиционными механическими форсунками. Отличием является то, что впрыск форсункой осуществляется в результате подачи топлива в распылитель под действием на питающий клапан электромагнитного импульса командой электронной системы управления двигателем.

Распылители топлива
Форсунки подключённые к рампе

Кроме использования соленоида в управлении впрыском современные версии коммон рейл используют форсунки с пьезоприводом. Принцип срабатывания заключается в мгновенном изменение размера пьезокристала под действием магнитного поля, что обеспечивает проход топлива к распылителю. Скорость включения пьезофорсунок в четыре раза быстрее, в сравнении с электромагнитными. Вместе с этим работа таких форсунок характеризуется снижением подвижной массы на игле распылителя до 75%.

Соленоидные форсунки
Принцип работы электромагнитной форсунки

Эти характеристики позволяют более точно и гибко управлять впрыском топлива, обеспечивая возможность делить подачу топлива в цилиндр на несколько фаз. Так, имея высокую скорость включения, приспосабливаясь к режиму работы двигателя, в самых современных дизелях класса ЕВРО 6, пьезофорсунка может осуществлять до девяти впрысков в течении одного рабочего такта в отдельном цилиндре. Число впрысков и количество подаваемого топлива регулируется в соответствии с режимом работы двигателя электронным управлением.

Форсунки коммон рейл
Форсунки системы коммон рейл

Так же по причине простоты обслуживания и более низкой себестоимости, последнее время, производители техники вернулись к активному использованию в топливных системах соленоидных, электромагнитных форсунок, где благодаря доработкам были улучшены рабочие характеристики по скорости срабатывания.

Управление системой

В отличии от традиционной топливной системы, которая является полностью механической, коммон рейл представляет собой механическую систему с электронным управлением впрыска. Контроль и команды на подачу топлива в цилиндры осуществляется электронной системой управления двигателем, где учитываются и корректируются все переменные параметры впрыска в соответствии с режимами работы дизеля на основе считываемых параметров через соответствующие датчики. То есть сами команды на выполнение впрыска форсунками, а также регулировка подачи количества топлива осуществляется при действии программного электронного блока в место механического всережимного регулятора в составе традиционного ТНВД.

Датчики

Стандартно управление двигателем осуществляется через передачу параметров следующими датчиками: положение коленчатого вала и распредвала, давление топлива в рампе, поток воздуха, температура воздуха и топлива, датчик положения педали газа, датчик системы подогрева топлива.

Все регулирующие работу топливной клапана имеют электромагнитный тип (соленоидный) активации, где скорость выполнения команды не превышает 0.5 секунды.

Типы управления

В зависимости от мощности двигателя его конструкции и стоимости автомобиля топливные common rail имеют три типа управления:

  1. Управление давлением осуществляется с помощью встроенного, электронно-управляемого, дозирующего клапана в контуре низкого давления, который регулирует количество топлива подаваемого в область сжатия ТНВД.
  2. Дозирующее устройство размещено в контуре высокого давления, где регулировка производительности ТНВД осуществляется перепусканием части топлива в сливную магистраль низкого давления.
  3. Третий тип объединяет в себе оба способа регулирования, где электронная система управления самостоятельно выбирает режим дозирования, ориентируясь на режим работы двигателя.

Таким образом, система защищается от негативного перегрева топлива и снижает потребляемую мощность на работу ТНВД на режиме холостого хода, и увеличивает подачу при увеличении нагрузок на двигатель.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector