Будова системи вприскування Common Rail вприскування Bosch, Delphi, Denso, Siemens
Сучасна система прямого вприскування Common Rail знаходиться поза конкуренцією з багатьма іншими системами вприскування дизельного палива легкових автомобілів , мікроавтобусів, вантажних автомобілів та інших. Цією ситуацією скористався відомий автовиробник Volkswagen, який з 2010 років екіпірував всі свої двигуни системою Common Rail ,таким чином повністю відійшовши від застосування насос-форсунок.
Насос високого тиску, форсунки, датчик тиску і клапан регулювання тиску палива в системі Common Rail Bosch:
СТВОРЕННЯ високого тиску в системі Common Rail
Принципова схема системи Common Rail:
Компоненти CommonRail, які знаходяться в системі працюють при тиску 20 - 200 МПа. Тиск створюється в безперервному режимі за допомогою насоса високого тиску. На насос подається тиск 0,3 - 0,6 МПа,який створюється додатковим електричним або механічним насосом. Цей тип насоса знаходиться в паливному бакові автомобіля (електричний), або ж безпосередньо на самому двигуні (механічний) . Застосовується кульовий клапан із пружиною, який стабілізує і обмежує тиск у діапазоні 0,3 - 0 6 МПа . Паливо, яке проходить через систему, також служить для охолодження додаткового насоса. Насоси високого тиску розподіляються на одно або мульти-поршневі. Насоси виробника, такі як Denso, Delphi (HP2) є радіально-поршневими.
Радіально-поршневий насос Common Rail Delphi:
Під час заповнення поршні притискаються допомогою кулачкового кільця, в результаті чого створюється високий тиск. В той момент, коли тиск насоса стає вище, ніж в рейці, відкривається випускний клапана і паливо під високим тиском надходить у загальний нагнітальний трубопровід до рейки. Bosch насоси високого тиску, і навіть деякі насоси Delphi і Siemens мають приводний ролик штовхача кулачка ексцентрика.
Насос Common Rail, Bosch CP3:
При наповненні поршні і пружина рухаються у напрямку до нижньої мертвої точки. Рух ексцентрикового вала приводить в рух поршень насоса у верхній мертвій точці. В момент, коли потрібний тиск досягається клапан відкривається і паливо надходить в рейку. Цей вид створення тиску буде широко використовуватися і, ймовірно, використовується такими виробниками як Denso і Delphi. Характерна особливість усіх контурів високого тиску- дуже повільне створення тиску,що не викликає значного тиску на штовхач( складає одну десяту частину від прикладеного навантаження). Ця залежність привела до збільшення інтервалів між заміною зубчатого ременя (до 250 000 км).
Способи контролю змін високого тиску:
Ще однією особливістю системи Common Rail є можливість створення постійного тиску в будь-який момент роботи двигуна на основі карт, що зберігаються в блоці керування двигуном. Крім того, можна контролювати високий тиск на основі показань датчика тиску та за допомогою виконавчих механізмів. В першому покоління систем Common Rail тиск палива регулювався тільки в системі високого тиску. За допомогою пружини клапан високого тиску підтримував значення 5 МПа для насосів Siemens і 10 МПа для насосів Bosch. Новий регулюючий клапан Bosch знижує тиск в рейці до загального,коли на нього не подається живлення. Це зменшує утворення повітряних бульбашок, які формуються при охолодженні палива в замкнутій системі високого тиску. Ці бульбашки приводять до затримки підвищення тиску в рейці під час запуску. Для досягнення більш високого тиску застосовується соленоїд з відповідною силою закриття опорної пружини, поки не буде створено необхідний тиск. Коли тиск дуже високий кульовий клапан відкривається і паливо надходить в канал переливу,поки тиск не врівноважиться. Цей метод регулювання не є досконалим, так як насос працює безперервно при повному навантаженні, що спричиняє втрату потужності і високу витрату палива. Цей метод коригування також підвищує температуру палива , що змушує застосовувати додатковий охолоджувач палива. В системах Common Rail другого покоління найбільш часто для регулювання тиску використовується дроселювання всмоктування або регулювання потоку. Головний зміст цього рішення полягає в створенні такого необхідного тиску, якого потребує паливна система. Через це витрата палива і продуктивність падає на кілька відсотків. Надлишок палива при корекції тиску не виходить в перелив,а зменшується чи збільшується за допомогою клапана потоку (Bosch,Siemens), або в системах Denso всмоктуючого клапана. Хоча різні механізми клапанів мають однакову функцію-зменшення кількості палива,що надходить до насоса високого тиску, коли воно занадто високе в загальній паливній магістралі або збільшення кількості, коли тиск в рейці занадто низький. Правильне функціонування клапана досягається за рахунок використання електромагнітних клапанів зі змінним передавальним відношенням (Bosch, Siemens, Delphi), в системах Denso HP3 коригування здійснюється шляхом зміни відкриття. Багато систем Common Rail не використовує електричний регулюючий клапан високого тиску. Його замінив механічний клапан,що скидає тиск в перелив при перевищенні максимального значення. Є, звичайно, системи, що поєднують ці два способи управління. У такому варіанті, контроль тиску бере на себе регулюючий клапан. Цей клапан також швидко знижує тиск в системі, коли іде гальмування двигуном або двигун вимикається.
Клапан- регулятор тиску палива в системі Common Rail Bosch:
Принципова схема управління клапаном в системі Common Rail Bosch:
Рейка Common Rail і розподілювач Delphi:
Рейка служить для подачі і розподілу палива на окремі форсунки. Для зменшення коливань тиску об’єм рейки підібраний відповідно до системи вприскування палива Common Rail. Великий скачки тиску палива викликали б небажані відхилення в дозах паливних форсунок. Якщо обсяг рейки був би занадто великим,то були б затримки в підвищенні тиску під час запуску двигуна. Рейки зазвичай мають вигляд труби, в той час як Delphi представила свою у формі сфери. На рейці монтується датчик тиску палива Common Rail, також іноді монтується регулюючий клапан високого тиску.
Датчик тиску палива в системі Common Rail:
Будова датчика тиску палива в системі Common Rail:
Форсунки Common Rail BOSCH, SIEMENS, DELPHI, DENSO. Принцип дії.
Основною функцією форсунки є правильне розпилення палива в камеру згоряння через отвори в наконечнику(розпилювачі) форсунки, яких може бути від п’яти до восьми. Форсунки управляються за допомогою комп’ютера двигуна. Відкриття голки розпилювача визначає початок вприскування, а час налаштування форсунки визначає дозу палива , яка вприскується в циліндр. На дозу палива безпосередньо впливає тиск в паливній рейці. У зв'язку з багатократним включенням форсунки під час одного циклу двигуна,можна розрізняти кілька доз - попередня,головна, розрухова. Попередньє вприскування готує камеру згоряння для головного вприскування, піднімаючи температуру і призводячи до подальшої турбулентності в камері повітря. Спалювання в цьому випадку може бути зроблено на більш пізньому запалюванні і на поступовому збільшенні тиску. При використанні декількох доз – попередньої і основної, була досягнута більш м'яка і набагато тихіша робота двигуна і зниження токсичних викидів. Додаткове вприскування палива призначене для підвищення температури вихлопних газів, а отже, і регенерації сажових фільтрів і каталізаторів.
Будова електромагнітної форсунки Bosch Common Rail:
Форсунки Common Rail працюють за принципом гідравліки. Для відкриття і закриття голки форсунки використовується тиск в рейці. Коли форсунка не управляється, тиск з рейки натискає на поверхню штовхача вище голки розпилювача і, додатково, на кільцевий елемент нижче кінчика голки розпилювача. Завдяки поверхні штовхача додаткова допоміжна сила пружини перевищує силу відкриття,яка виникає в результаті тиску в рейці. Для відкриття голки розпилювача спрацьовує клапан над штовхачем (клапани можуть бути електромагнітний або п'єзоелектричний). Паливо під високим тиском проходить через канал в перелив. Діаметр вхідного каналу менший, ніж діаметр випускного каналу,що призводить до того ,що тиск в камері управління менший, ніж сила відкриття голки розпилювача. Вона відкрита до тих пір, поки керуючий клапан відкритий. Коли закінчується вприскування ,клапан закриває зливний канал в камері управління і тиск врівноважується з тиском в рейці , закривається голка розпилювача. Всі форсунки Common Rail, незважаючи на їх різний зовнішній вигляд, працюють відповідно з даним принципом. Постійно йде боротьба за вищу швидкодію форсунок і вприскування найбільш точної дози палива. Швидкість уприскування залежить від комплектуючих, маси рухомих елементів ,які контролюють швидкість зміни тиску в камері управління. Швидшими форсунками в роботі, порівняно з електромагнітними, є п'єзоелектричні.
Будівництво п'єзоелектричної форсунки і насоса Common Rail CP4:
Схема внутрішніх компонентів форсунок Common Rail Bosch:
Це пов'язано з явищем самоіндукції,тому що котушці необхідно набагато більше часу для приведення в дію регулюючий клапан. Для збільшення швидкодії котушки в момент притягування подають стум близько 20A, але для втримання вже достатньо 10А. В п’єзоелектричних форсунках використовується зворотній ефект п’єзоелементу. Після подання електричної напруги на форсунку п'єзоелемент видовжується значно швидше. Елемент залишається в цьому стані, поки напруга не зникає й повертається у вихідне положення. Мінімальна хід п'єзоелектричного монокристала не здатний урухомити регулюючий клапан. П'єзоелектричні кристали складені до 300 кристалів один за одним, що дозволяє видовжитись на приблизно 0,04 мм. Delphi форсунки Common Rail електромагнітні (рядні) дозволяють зменшити масу сил. В Delphi форсунці робочий елемент тягне голку розпилювача. Така конструкція виключає важкий розпилювач. Сили,які закривають або відкривають розпилювач можуть діяти безпосередньо на голку форсунки. Для усунення теплового розширення, Bosch представила з'єднувальний елемент, який працює за принципом гідравлічного штовхача клапана двигуна. Цей елемент, щоб функціонувати належним чином, потребує тиск 1 МПа, що його забезпечує запобіжний клапан переливу. На автомобілях Toyota з двигунами 2,2 використовуються п'єзоелектричні форсунки Denso.
Denso форсунки Common Rail:
Метод гідропідсилення було застосовано Delphi в його п'єзоелектричних форсунках. Рух голки безпосередньо спричиняє п'єзоелектричний елемент, в той час коли вприскується доза палива. Збільшений хід голки досягається так званим підсилювачем ходу ,який працює за принципом ходу поршня. Цікавий факт принципу електричного вимикача. Електричне живлення форсунки ввімкнено в момент, коли форсунка закрита. Щоб відкрилась голка, напруга знижується. Враховуючи відсутність прямого контролю або гідравлічного клапана,в форсунках такого типу спостерігається менше дефектів, пов'язаних з перепускним клапаном переливу. Після такого рішення збільшилась пропускна здатність внутрішньої частини інжектора, яка викликала появу камери форсунки нового зразка і, крім того, послаблення перепаду високого тиску в форсунці.
Схема будови п’єзоелектричної форсунки Delphi.