Топливные системы «Коммон Рейл» с электронным управлением

Качество распыливания дизельного топлива во многом предопределяет процесс его горения, а значит и образования токсичных компонентов в отработавших газах. Более качественного распыливания можно достигнуть при высоком давлении порядка 1600…2500 кгс/см2. Однако стандартные системы топливоподачи не могут обеспечить подачу топлива к форсункам под таким давлением, поэтому в настоящее время более широкое распространение имеют топливные системы с электронным управлением – «Коммон Рейл»,  насос-форсунки и системы насос-форсунка-трубопровод.

Главной отличительной особенностью аккумуляторных топливных систем с электронным управлением «Коммон Рейл» является разделение узла создающего давление (ТНВД – аккумулятор) и узла впрыска (форсунки). Аккумуляторные топливные системы применялись еще в 50-е годы на двигателях морских судов. Первым промышленным образцом аккумуляторной топливной системы с электронным управлением без мультипликаторов давления, названный коммон рейл (Common Rail) (общий путь, т.е. общая для форсунок магистраль, аккумулятор , явилась совместная разработка фирм Robert Bosch GmbH, Fiat, Elasis. В настоящее время работы по применению систем «коммон рейл»  ведутся  практически во всех фирмах-производителях ТПА (R.Bosch, Lucas, Siemens, L’Orange). На серийных автомобилях с применением электронного управления они появились  в 1997 году. По сравнению с обычным дизелем система «коммон рейл» позволяет снизить расход топлива до 40% при уменьшении токсичности отработавших газов и снижении шумности при работе на 10 %.

На рисунке  показана схема системы «коммон рейл»:

Рис. Схема системы питания дизельных двигателей «коммон рейл»:
1 – топливный бак; 2 – топливопроводы слива; 3 – ТНВД; 4 – регулятор давления; 5 – топливопровод высокого давления; 6 – топливоподкачивающий насос; 7 – фильтр; 8 – гидроаккумулятор; 9 – датчик давления; 10 – предохранительный клапан; 11 – электрогидравлическая форсунка; 12 – датчик педали акселератора; 13 – датчик частоты вращения и положения коленчатого вала; 14 – температурный датчик; 15 – блок управления

На рисунке показано расположение элементов системы питания «коммон рейл» на двигателе в развернутом виде.

Рис. Развернутая схема системы питания дизельного двигателя «коммон рейл»:
1 ­– ТНВД; 2 – впускной электрический клапан; 3 – электрический клапан перепуска топлива на слив; 4 – гидроаккумулятор; 5 – датчик давления; 6 – реле свечи накаливания; 7 – электронный блок управления; 8 – датчик температуры топлива; 9 – аварийный ограничитель подачи топлива; 10 – предохранительный клапан; 11 – форсунка впрыска; 12 – свеча накаливания; 13 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 14 – датчик частоты вращения и положения коленчатого вала; 15 – датчик температуры воздуха; 16 – датчик давления воздуха; 17 – расходомер воздуха; 18 – турбокомпрессор; 19 – электромеханический преобразователь регулятора рециркуляции отработавших газов;  20 – электромеханический преобразователь регулятора наддува; 21 – компрессор: 22 – разъем для электронного тестера; 23 – сигнализатор самодиагностики; 24 – датчик кондиционера; 25 – компрессор кондиционера; 26 – датчик скорости; 27 – датчик и указатель скорости; 28 – датчики трансмиссии и др.; 29 – датчик педали акселератора; 30 – панель приборов; 31 – АКБ; 32 –  топливный бак с электрическим топливоподкачивающим насосом; 33 – фильтр тонкой очистки.

Принцип работы «Коммон Рейл»

Принцип работы системы заключается в следующем. С помощью топливоподкачивающего насоса 6  топливо прокачивается через фильтр 7 с влагоотделителем и подается в радиально-плунжерный насос высокого давления 3, который с помощью эксцентрикового вала приводит в движение три плунжера. Этот насос  напрямую связан с распределительным валом и срабатывает при каждом обороте, а не так как в обычном двигателе один раз за два оборота. В нем размещают также регулятор производительности и подкачивающий насос. От ТНВД топливо под большим давлением  поступает в гидроаккумулятор 8, откуда под высоким давлением поступает на электро или пьезогидравлические форсунки 11. Излишки топлива от форсунок и ТНВД сливаются в топливный бак 1 через топливопроводы слива 2. Блок управления 15, получая информацию по входным параметрам (с датчиков), задает значения выходных параметров используя заложенную программу (воздействует на исполнительные механизмы), что в целом необходимо для получения требуемых характеристик двигателя.

Количество топлива подаваемого в цилиндры двигателя через форсунки зависит от сигнала электронного блока управления 15, в зависимости от режима работы двигателя. В блок управления поступает информация от различных датчиков: температуры двигателя, температуры поступающего воздуха, датчика частоты вращения и положения коленчатого вала двигателя, датчика положения педали акселератора, датчика расходомера воздуха, датчика давления воздуха и др.

Давление в системе регулируется по сигналу блока управления с помощью регулятора 4. На холостом ходу оно минимальное, что снижает шум работы форсунок и ТНВД, а при разгоне максимальное для обеспечения лучшей приемистости.

Система «коммон рейл»  подвергает моторное масло большим нагрузкам. Из-за более интенсивного горения верхняя часть поршней нагревается гораздо сильнее, чем у традиционного дизельного двигателя. Верхняя часть поршня у традиционного двигателя непосредственного впрыска нагревается до 320-350°C, при системе «коммон рейл» свыше 400°С, то есть моторное масло выгорает значительно быстрее. В результате в таких двигателях возникает потребность в синтетических маслах, или, по крайней мере, в полусинтетических материалах.