Заняття 10 Особливості будови паливної системи Common-rail

1. Особливості будови та роботи паливної системи Common-rail.

2. Робота паливного насоса Common-rail

1. Common-Rail»

Система вприскування Common Rail є сучасною системою впорскування палива дизельних двигунів. Робота системи Common Rail заснована на подачі палива до форсунок від загального акумулятора високого тиску - паливної рампи (Common Rail в перекладі загальна рампа). Система вприскування розроблена фахівцями фірми Bosch.

Застосування даної системи дозволяє досягти зниження витрати палива, токсичності відпрацьованих газів, рівня шуму дизеля. Головною перевагою системи Common Rail є широкий діапазон регулювання тиску палива й моменту початку впорскування, які досягнуті за рахунок поділу процесів створення тиску і впорскування.

Конструктивно система впорскування Common Rail становить контур високого тиску паливної системи дизельного двигуна. У системі використовується безпосереднє впорскування палива, тобто дизельне паливо впорскується безпосередньо в камеру згоряння. Система Common Rail має наступну будову:

- паливний насос високого тиску;

- клапан дозування палива;

- регулятор тиску палива (контрольний клапан);

- паливна рампа;

- форсунки;

- паливопроводи.

Рис. 1. Схема паливної системи Common Rail

1. паливний бак

2. паливний фільтр

3. паливний насос високого дваленія

4. паливопроводи

5. датчик тиску палива

6. паливна рампа

7. регулятор тиску палива

8. форсунки

9. електронний блок управління

10. сигнали від датчиків

11. підсилювальний блок (на деяких моделях автомобілів)

Паливний насос високого тиску (ПНВТ) служить для створення високого тиску палива і його накопичення в паливній рампі. Сучасні паливні насоси високого тиску плунжерного типу.

Клапан дозування палива регулює кількість палива, що подається до паливного насоса високого тиску в залежності від потреби двигуна. Клапан конструктивно об'єднаний з ПНВТ.

Регулятор тиску палива призначений для управління тиском палива в системі, в залежності від навантаження на двигун. Він встановлюється в паливній рампі.

Паливна рампа призначена для виконання декількох функцій:

- накопичення палива і утримання його під високим тиском;

- пом'якшення коливань тиску, що виникають унаслідок пульсації подачі від ТНВД;

- розподілу палива по форсунках.

Форсунка найважливіший елемент системи, безпосередньо здійснює впорскування палива в камеру згоряння двигуна. Форсунки пов'язані з паливною рампою паливопроводів високого тиску. У системі використовуються такі конструкції форсунок:

- електрогідравлічна форсунка;

- пьезофорсунками.

Впорскування палива електрогідравлічної форсункою здійснюється за рахунок управління електромагнітним клапаном. Активним елементом пьезофорсунками є пьезокрісталли, значно підвищують швидкість роботи форсунки.

Управління роботою системою впорскування Common Rail забезпечує система управління дизелем, яка включає:

- датчики;

- блок керування двигуном;

- виконавчі механізми систем двигуна.

- Система управління дизелем включає наступні датчики:

- датчик обертів двигуна;

- датчик холу;

- датчик положення педалі газу;

- витратомір повітря;

- датчик температури охолоджуючої рідини;

- датчик тиску повітря;

- датчик температури повітря;

- датчик тиску палива;

- кисневий датчик (лямбда-зонд);

- та ін

Основними виконавчими механізмами системи вприскування Common Rail є:

- форсунки;

- клапан дозування палива;

- регулятор тиску палива.

На підставі сигналів, що надходять від датчиків, блок керування двигуном визначає необхідну кількість палива, яке паливний насос високого тиску подає через клапан дозування палива. Насос накачує паливо в паливну рампу. Там воно перебуває під певним тиском, забезпечуваним регулятором тиску палива.

У потрібний момент блок керування двигуном дає команду відповідним форсунок на початок впорскування й забезпечує певну тривалість відкриття клапана форсунки. В залежності від режимів роботи двигуна блок керування двигуном коригує параметри роботи системи впорскування.

З метою підвищення ефективної роботи двигуна в системі Common Rail реалізується багаторазовий впорскування палива протягом одного циклу роботи двигуна. При цьому розрізняють:

- попередній вприск;

- основний вприск;

- додатковий впорскування.

Попередній вприск невеликої кількості палива виробляється перед основним впорскуванням для підвищення температури і тиску в камері згоряння, чим досягається прискорення самозаймання основного заряду, зниження шуму і токсичності відпрацьованих газів. В залежності від режиму роботи двигуна виробляється:

- два попередніх впорскування - на холостому ходу;

- один попередньо впорскування - при підвищенні навантаження;

- попередній вприск не виробляється - при повному навантаженні.

Основний впорскування забезпечує роботу двигуна.

Додатковий вприск проводиться для підвищення температури відпрацьованих газів і згоряння частинок сажі в фільтр сажі (регенерація фільтру сажі).

Розвиток системи впорсккування Common Rail здійснюється по шляху збільшення тиску впорскування:

- перше покоління - 140 МПа, з 1999 року;

- друге покоління - 160 МПа, з 2001 року;

- третє покоління - 180 МПа, з 2005 року;

- четверте покоління - 220 МПа, з 2009 року.

Чим вище тиск в системі впорскування, тим більше палива можна впорснути в циліндр за рівний проміжок часу і, відповідно, реалізувати велику потужність.

Форсунки

Форсунки призначені для розпилювання палива та утворення факела палива, що забезпечує необхідне сумішоутворення в камері згоряння. Розрізняють форсунки відкритого і закритого типів.

Відкриті форсунки являють собою одне чи кілька соплових отворів, розташованих на кінці нагнітального трубопроводу, тобто об`єм порожнини високого тиску завжди має сполучення з простором камери згоряння. Істотним недоліком форсунки є те, що в результаті розширення об`єму палива в нагнітальному трубопроводі після відсічення відбувається витікання палива через сопло при малих тисках розпилювання. Це приводить до погіршення, неповноти згоряння, закоксування форсунок. Відкриті форсунки застосовують для паливних систем з невеликим об`ємом між плунжером і сопловим отвором.

У автотракторних ДВЗ використовують лише закриті форсунки. У них, завдяки запірному органу – голці, нагнітальна порожнина з'єднується з камерою згоряння тільки в процесі впорскування палива.

Паливо розпилюється розпилювачем, що складається з корпуса і голки. Голка притискається до корпуса пружиною. Принцип дії закритої форсунки з гідравлічним керуванням (рис. 3) полягає в тому, що, коли зусилля на конічному пояску голоки, що створюється стисненим паливом, переборює силу пружини, голка розпилювача відходить від сідла, і паливо з великою швидкістю минає через соплові отвори розпилювача. При зниженні тиску в нагнітальному трубопроводі голка розпилювача під дією пружини сідає в сідло і закриває соплові отвори. Розпилювачі (рис. 4) бувають з одним і декількома отворами. Останні мають від 4 до 10 отворів діаметром 0,15÷0,25 мм. До їхніх недоліків відносять засмічування і закоксовування соплових отворів, що приводять до зміни форми і напрямку факелів і повного припинення подачі палива. Розпилювачі з одним отвором звичайно застосовують у двигунах з розділенимиткамерами згоряння і поділяються на штифтові та безштифтові. Штифт сприяє кращому розпилюванню палива і додає необхідну форму факелу при підйомі голки. Застосовуються розпилювачі з конічним і циліндричним штифтами.

Розпилювачі, у яких голка має плоский кінець, називаються безштифтовими. Вони мають той недолік, що при експлуатації у них порушується герметичність сопла, у зв'язку з чим не забезпечується нормальне розпилювання палива. Зі збільшенням частоти обертання вала паливного насоса, а також при переході до двотактного процесу коливання стовпа палива у нагнітальному трубопроводі починають сильно позначатися на процесі впорскування. Коливання спотворюють закон подачі палива, що заданий профілем кулачка, і можуть викликати додаткове впорскування палива (підвпорскування). Для реалізації двостадійного впорскування використовують двопружинні форсунки (рис.5). Попереднє впорскування (при тиску 20÷22 МПа) здійснюється при стискуванні верхньої пружини, доки голка не упреться у опорну втулку. Основне впорскування (при тиску 36÷42 МПа) відбувається при стискуванні нижньої пружини, при цьому голка переміщується разом з опорною втулкою до упирання у проставку.

Конструкція електрогідравлічної форсунки зображена на рис. 6. При відкритті за допомогою електромагніту кульковим клапаном дросельного отвору відведення палива тиск над голкою падає, і голка підіймається. При закритті клапана тиск над голкою перевищує тиск під голкою, і форсунка закривається. Акумуляторні паливні системи

Акумуляторні паливні системи почали використовуватися з 1910 р. до 1950-х рр. на суднових дизелях. Припинення їх використання пов’язано з недоліками системи: складністю, металоємністю, розгалуженістю паливопроводів високого тиску, необхідністю зарядження акумулятора перед пуском. Зростання вимог до оптимізації подачі палива відродили інтерес до акумуляторних паливних систем.

Перша промислова система акумуляторного типу під назвою Common Rail спільної розробки Fiat, Elasis та Bosch з’явилася у 1997 р. Принцип роботи аналогічний системі впорскування бензину – ПНВТ подає паливо у акумулятор (паливну рампу), звідки паливо подається у електрогідравлічні форсунки (рис. 7).

Системи першого покоління мали тиск впорскування 135 МПа, другого – 160 МПа,третього – 180÷200 МПа. ПНВТ на більшості систем – триплунжерний з ексцентриковим кулачком (рис. 8).

Акумуляторний вузол (рис. 9) поєднує паливну рампу (як правило, циліндричний товстостінний трубопровід, рідше – сферична камера (рис. 10), датчик тиску палива, клапан обмеження тиску, обмежник подачі палива.

Клапан обмеження тиску (рис. 11,а) обмежує максимальний тиск у акумуляторі, обмежник подачі палива (рис. 11,а) – для перекривання магістралі до форсунки у випадку зависання голки.

2. Дизельний паливний насос високого тиску - ТНВД

Дизельний паливний насос високого тиску або скорочено ТНВД необхідний для створення високого тиску дизельного палива до 1700 бар. На валу насоса високого тиску знаходиться ексцентрик. Обертання ексцентрика перетвориться за допомогою встановленої на ньому шайби в зворотно-поступальний рух плунжера трьох насосних елементів. З початком руху плунжера від ексцентрикового вала відбувається підвищення тиску палива в надплунжерном просторі. В результаті тарілка впускного клапана притискається до його сідла, перекриваючи вихід палива з надплунжерного простору. Подальше переміщення плунжера супроводжується наростанням тиску палива. При підвищенні тиску в надплунжерном просторі до його величини в акумуляторі відкривається випускний клапан, через який паливо надходить в контур високого тиску.