Система питания топливом

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ обеспечивает фильтрацию топлива и равномерное распределение его по цилиндрам двигателя дозированными порциями в строго определенные моменты.

На двигателях применена система питания аккумуляторного типа «Common Rail» производства фирмы «BOSCH».

Система включает в себя:

- контур низкого давления, а также агрегаты подачи топлива;

- контур высокого давления, включая ТНВД, топливные аккумуляторы высокого давления, форсунки и магистрали высокого давления;

- систему электронного регулирования работы двигателя, датчики управления и исполнительные механизмы.

Схема расположения агрегатов системы показана на рисунке 1.4.6-1

Рисунок 1.4.6-1 – Система питания топливом (схема):

1 – электронный блок управления (ЭБУ); 2 – фильтр тонкой очистки топлива (ФТОТ); 3 – трубка повода масла к ТНВД; 4 – топливоподкачивающий насос; 5 – форсунка (инжектор);
6, 15 – топливные аккумуляторы высокого давления соответственно правый и левый; 7 – топливный насос высокого давления (ТНВД); 8, 16 – топливопроводы высокого давления; 9, 12 – трубки топливные дренажные форсунок соответственно правая и левая; 10 – редуктор привода ТНВД; 11 – тройник; 13, 17 – топливопроводы низкого давления; 14 – клапан ограничения давления в аккумуляторах; 18 – электромагнитный клапан регулирования давления

Топливо из топливного бака через фильтр грубой очистки (ФГОТ) и встроенный в него ручной топливопрокачивающий насос по топливопроводам низкого давления подается топливоподкачивающим насосом 4 через корпус датчика температуры топлива в фильтр тонкой очистки топлива (ФТОТ) 2. При этом, перед входом в топливоподкачивающий насос топливо проходит через топливный канал корпуса электронного блока управления 1, охлаждая его. Из фильтра тонкой очистки топливо поступает в топливный насос высокого давления (ТНВД) 5, который создает в топливных аккумуляторах (левом 6 и правом 15) высокое давление
(до 1600 кгс/см²). Электронный блок управления 1 с помощью электромагнитного клапана регулирования давления 18 поддерживает давление в топливных аккумуляторах на оптимальном для каждого режима работы двигателя уровне. Топливоподкачивающий насос шестеренчатого типа и клапан регулирования давления установлены непосредственно на ТНВД. В левом аккумуляторе имеется датчик давления топлива и клапан ограничения давления (перепускной клапан). Аккумуляторы 6 и 15 короткими топливопроводами высокого давления 8 соединены с форсунками 5.

ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ТНВД). Основной функцией ТНВД является обеспечение подачи топлива к форсункам под необходимым, до 1600 кгс/см², давлением, на любых режимах работы двигателя и в течение всего срока эксплуатации транспортного средства. Система Common Rail отличается тем, что в ней ТНВД лишен распределительных функций и необходим лишь для созда­ния резерва топлива и быстрого повышения давления в топливном аккумуляторе.

В системе используется радиальный плунжерный ТНВД. Принципиальная схема насоса приведена на рисунках 1.4.6-2 и 1.4.6-3.

Рисунок 1.4.6-2 – Принципиальная схема ТНВД (продольный разрез):

1 – вал привода; 2 – эксцентриковый кулачок; 3 – плунжер с гильзой;
4 – камера над плунжером; 5 – впускной клапан; 6 – электромагнитный клапан отключения плунжерной секции; 7 – выпускной клапан; 8 – уплотнение; 9 – штуцер магистрали, ведущей к аккумулятору высокого давления; 10 – клапан регулирования давления; 11 – шариковый клапан; 12 – магистраль обратного слива топлива; 13 – магистраль подачи топлива к ТНВД; 14 – защитный клапан с дроссельным отверстием; 15 – перепускной канал низкого давления

Рисунок 1.4.6-3 – Принципиальная схема ТНВД (поперечный разрез):

1 – вал привода; 2 – эксцентриковый кулачок; 3 – плунжер с втулкой; 4 – впускной клапан; 5 – выпускной клапан; 6 – подача топлива

Топливоподкачивающий насос подает топливо к ТНВД через фильтр с сепаратором воды. Пройдя через дроссельное от­верстие защитного клапана 14 (рисунок 1.4.6-2), топливо, используемое также для смазки и охлаждения деталей ТНВД, движется к плунжерам по системе каналов. Вал 1 привода с эксцентриковыми кулачками 2 одновременно заставляет поступательно двигаться все три плунжера 3.

Топливоподкачивающий насос создает давление подачи, превышающее величину, на которую рассчитан защитный клапан (от 0,5 до 1,5 кгс/см²). Последний открывает перепускной канал 15, по которому топливо через впускной клапан 5 поступает в камеру 4 над плунжером, движущимся вниз (то есть совершающим впуск). Когда нижняя мертвая точка (НМТ) плунжера пройдена, впускной клапан закрывается. Топливо в надплунжерном пространстве сжимается плунжером, идущим вверх. Когда возрастающее давление достигнет уровня, соответствующего тому, что поддерживается в аккумуляторе высокого давления, открывается выпускной клапан 7.

Сжатое топливо поступает в контур высокого давления.

Плунжер ТНВД подает топливо до тех пор, пока не достигнет своей ВМТ (ход подачи). Затем давление падает, выпускной клапан закрывается. Плунжер начинает движение вниз.

Когда величина давления в надплунжерном пространстве опускается ниже величины давления подкачки, впускной клапан открывается и процесс повторяется.

Для предотвращения подачи излишнего топлива предусмотрен режим отключения одной плунжерной секции 3, при этом если электромагнитный клапан 6 отключения плунжерной секции задействован, то встроенный в его якорь штифт нажимает на впускной клапан 5, постоянно держа его в открытом положении. Поступившее в надплунжерное пространство топливо не сжимается во время хода подачи, повышения давления не происходит, выпускной клапан не открывается. Соответственно топливо не поступает в контур высокого давления, а возвращается в контур низкого давления. При снижении потребной мощности отключение одной из плунжерных секций позволяет регулировать производительность ТНВД.

КЛАПАН РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ 10 (рисунок 1.4.6-2) устанавливает величину давления в аккумуляторе высокого давления в зависимости от нагрузки на двигатель.

При слишком высоком давлении в аккумуляторе клапан открывается и часть топлива из аккумулятора отводится через магистраль обратного слива назад к топливному баку.

АККУМУЛЯТОР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ [RAIL] содержит топливо под высоким давлением. Одновременно аккумулятор смягчает колебания давления, которые возникают из-за пульсирующей подачи со стороны ТНВД, а также из-за работы форсунок во время впрыскивания. Этим обеспечива­ется постоянство давления впрыскива­ния при открытии форсунки.

Распределение топлива по форсункам также входит в функции аккумулятора.

Аккумулятор 1 (рисунок 1.4.6-4) высокого давления имеет форму трубки. На аккумулятор установлен датчик 3 давления топлива и клапан 4 ограничения давления.

Рисунок 1.4.6-4 – Аккумулятор высокого давления с датчиками и клапанами (схема):

1 – аккумулятор высокого давления; 2 – магистраль высокого давления к впускному штуцеру;
3 – датчик давления топлива; 4 – клапан ограничения давления; 5 – магистраль обратного слива; 6 – ограничитель расхода топлива; 7 – магистраль высокого давления к форсунке

Топливо из ТНВД направляется через магистраль высокого давления к впускному штуцеру 2 аккумулятора. Из аккумулятора оно распределяется по отдельным форсункам.

Давление внутри аккумулятора измеряется датчиком давления 3 топлива и ограничивается клапаном регулирования давления до максимально допустимой величины в зависимости от параметров системы впрыска. Через ограничитель расхода топлива, который дросселирует поток топлива, последнее под давлением поступает к форсункам. Объем аккумулятора постоянно наполнен топливом, находящимся под давлением. Величина этого давления поддерживается на постоянном уровне даже при больших нагрузках на двигатель, когда возрастает расход топлива через форсунки.

КЛАПАН ОГРАНИЧЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ поддерживает определенную величину давления в аккумуляторе, выполняя фактически роль редукционного (предохранительного) клапана.

Механический клапан ограничения давления (рисунок 1.4.6-5) включает следующие конструктивные элементы:

- корпус 7 с наружной резьбой для вворачивания в аккумулятор и с внутренней резьбой для вворачивания упора сердечника клапана и присоединения магистрали обратного слива;

- подвижный сердечник 4 клапана;

- пружина 5 клапана.

Корпус клапана со стороны аккумулятора имеет канал, запираемый конусом сердечника клапана. Пружина 5 плотно прижимает конус к седлу клапана при нормальном рабочем давлении, так что аккумулятор остается закрытым. В случае, когда величина давления в аккумуля­торе превысит рабочее значение, конус под действием давления отходит от седла и находящееся под высоким давлением топливо через перепускные каналы 3 отводится в магистраль обратного слива. В результате давление топлива в аккумуляторе снижается.

Рисунок 1.4.6-5 – Клапан ограничения давления (схема):

1 – канал высокого давления; 2 – конус сердечника клапана; 3 – перепускной канал; 4 – сердечник клапана; 5 – пружина клапана; 6 – упор сердечника клапана; 7 – корпус клапана; 8 – отверстие упора сердечника клапана; 9 – полость магистрали обратного слива

ФОРСУНКИ (ИНЖЕКТОРЫ) обеспечивают требуемые момент начала впрыскивания и величину подачи топлива. Момент начала впрыскивания в координатах «угол-время» устанавливается системой электронного регулирования работы двигателя.

Схема работы форсунок показана на рисунке 1.4.6-6.

Рисунок 1.4.6-6 – Форсунка (схема): а – форсунка в состоянии покоя;

b – форсунка открыта;

с – форсунка закрыта

1 – магистраль обратного слива топлива; 2 – катушка электромагнита; 3 – якорь электромагнита; 4 – шарик клапана; 5 – камера управляющего клапана; 6 – конус иглы распылителя; 7 – отверстия распылителя; 8 – дроссельное отверстиеотвода топлива; 9 – магистраль высокого давления; 10 – дроссельное отверстие подачи топлива; 11 – поршень управляющего клапана

Форсунка состоит из следующих функциональных блоков:

- бесштифтовой распылитель;

- гидравлическая сервосистема;

- электромагнитный клапан.

Топливо подается по магистрали 9 (рисунок 1.4.6-6 а) высокого давления через подводящий канал к распылителю форсунки, а также через дроссельное отверстие 10 подачи топлива – в камеру 5 управляющего клапана. Через дроссельное отверстие 8 отвода топлива, которое может открываться электромагнитным клапаном, ка­мера соединяется с магистралью 1 обратного слива топлива.

При закрытом дроссельном отверстии 8 (рисунок 1.4.6-6 а) гидравлическая сила, дей­ствующая сверху на поршень 11 управляющего клапана, превышает силу давления топлива снизу на конус 6 иглы распылителя. Вследствие этого игла прижимается к седлу распылителя и плотно закрывает отверстия 7 распылителя. В результате топливо не попадает в камеру сгорания.

При срабатывании электромагнит­ного клапана якорь электромагнита сдвигается вверх, открывая дроссельное отверстие 8 (рисунок 1.4.6-6 b). Соответственно снижаются как давление в камере управляющего клапана, так и гидравлическая сила, действующая на поршень управляющего клапана. Под действием давления топлива на конус 6 игла распылителя отходит от седла, так что топливо через отверстия 7 распылителя попадает в камеру сгорания цилиндра. Такое непрямое управление иглой применяют по той причине, что непосредственного усилия электромагнитного клапана недостаточно для быстрого подъема иглы распылителя. Управляющая подача – это дополнительное количество топлива, предназначенного для подъема иглы, которое после использования отводится в магистраль обратного слива топлива.

Кроме управляющей подачи существуют утечки топлива через иглу распылителя и направляющую поршня управляющего клапана. Все это топливо отводится в магистраль обратного слива, к кото­рой присоединены все прочие агрегаты системы впрыска, и возвращается в топ­ливный бак.

Цикл работы форсунки можно разделить на четыре рабочих такта:

- форсунка закрыта (с подачей высокого давления);

- форсунка открывается (начало впрыскивания);

- форсунка полностью открыта;

- форсунка закрывается (конец впрыскивания).

Эти рабочие состояния определяются распределением сил в конструктивных элементах форсунки. При неработающем двигателе и отсутствии давления в аккумуляторе пружина прижимает иглу распылителя к седлу, закрывая форсунку.

Форсунка закрыта (состояние покоя). В состоянии покоя напряжение на электромагнитный клапан не подается (рисунок 1.4.6-6 а).

Когда шарик 4 клапана прижимается пружиной к седлу (рисунок 1.4.6-6 а), дроссельное отверстие 8 закрыто. В камере управляющего клапана создается высокое давле­ние. То же давление создается в камере распылителя. Сила давления на торцевую поверхность поршня управляющего клапана и сила пружины распылителя держат иглу распылителя в закрытом состоянии, сопротивляясь усилию, которое развивает топливо» давящее на конус 6 иглы распылителя.

Форсунка открывается (начало впрыскивания). Форсунка находится в состоянии покоя. В момент подачи на катушку электромагнита так называемого тока страгивания электромагнитный клапан быстро срабатывает (рисунок 1.4.6-6 b). Малое время открывания форсун­ки может достигаться изменением соответствующих параметров в блоке управления форсунками. Усилие электромагнита преодолевает силу пружины, якорь сдвигается, и шарик клапана открывает дроссельное отверстие. Затем величина тока страгивания снижается до величины тока удержания, которая гораздо меньше. Через дроссельное отверстие топливо из камеры управляющего клапана перетекает в магистраль обратного слива.