Определение мощностных показателей двигателей

При диагностировании четырехцилиндровых двигателей отключают три цилиндра, используя в качестве нагрузки возникающие механические потери. При диагностировании по этому методу (методу Н.С.Ждановского) шести- и более цилиндровых двигателей наряду с отключением цилиндров применяют догрузочные устройства. Это позволяет бесступенчато регулировать нагрузки, устанавливая необходимый режим диагностирования при максимальной подаче топлива. В качестве дополнительной нагрузки используют противодавление на выпуске и давление в гидравлической системе, получаемые дросселированием газов и жидкостей.

Для определения мощности двигателя бестормозным методом необходимы данные по номинальной мощности двигателя, частоте вращения коленчатого вала при работе на одном цилиндре и коэффициенту пропорциональности А. Все эти данные, получаемые для каждой модели двигателя экспериментальным путем, используют при расчете мощности:

При диагностировании данным методом используют тахометр и выключатели подачи топлива. Выключатели устанавливают между секциями топливного насоса и топливопроводами высокого давления. Диагностирование производят на прогретом двигателе, при этом температура масла в картере должна быть не ниже 75° С.

Иногда для уточнения результатов диагноза одновременно измеряют расход топлива и полученные данные сравнивают с типовой экспериментальной кривой зависимости расхода топлива от частоты вращения двигателя при работе на одном цилиндре. Дополнительную загрузку методом дросселирования применяют в основном при диагностировании шестицилиндровых двигателей. При этом необходимо на выпуске создать противодавление 0,06-0,07 МПа при работе на двух цилиндрах. В этом случае эффективную мощность определяют по формуле

Падение частоты

Падение частоты вращения коленчатого вала двигателя в результате отключения свечей позволяет судить об эффективности работы выключенного цилиндра. Чем больше падение частоты вращения, тем большей эффективной мощностью обладает выключенный цилиндр. Этот метод проверки двигателя проводится при холостом режиме и позволяет сделать только сравнительную оценку работоспособности отдельных цилиндров.

Выбывает несомненный интерес предложенный (Сибирский механизации и электрификации сельского хозяйства) бестормозной метод диагностирования двигателей при неустановившемся режиме. Метод основан па фиксации параметров разгона двигателя на холостом ходу с малой частоты вращения до максимальной при полной цикловой подаче топлива. Энергия затрачивается на преодоление механических потерь и инерционных сопротивлений. Основным параметром является угловое ускорение, по изменению которого определяется эффективная мощность двигателя. Проведенные Н. С. Ждановским исследования двигателей бестормозным методом выявили большую погрешность при определении мощности и топливной экономичности при неустановившемся режиме по сравнению с диагностированием двигателя тормозным методом. Наиболее близкое совпадение результатов зафиксировано при разгоне двигателя на наименьшем числе работающих цилиндров. Этот метод обладает высокой оперативностью и малой трудоемкостью.

Сибимэ разработал электронный прибор ИМД-2М, основанный на определении мощности двигателя по изменению углового ускорения. Мощность определяется из соотношения:

Диагностирование двигателя

Прибор ИМД-2М кроме мощности позволяет измерять и частоту вращения коленчатого вала. В блок-схему прибора входят следующие основные элементы: индуктивный датчик, формирующее устройство, генератор временных импульсов, блок вычисления и управления, аналоговый преобразователь, стрелочные указатели мощности и частоты вращения коленчатого вала, блок питания. Все элементы, кроме датчика, скомпонованы в общем корпусе. На передней панели прибора размещены два стрелочных указателя и все органы управления прибором. Индукционный датчик прибора при диагностировании устанавливают в отверстие кожуха маховика. Торцовая поверхность датчика при правильной установке должна находиться в 2...4 мм от зубчатого венца маховика. Это расстояние должно строго выдерживаться, так как при его нарушении резко изменяется характер сигнала, поступающего с датчика в схему прибора. Датчик позволяет фиксировать прохождение каждого зуба венца маховика.

Прибор работает или от источника постоянного тока напряжением 12 В, или от сети переменного тока напряжением 220 В. Потребляемая мощность прибора не более 25 Вт, масса 12 кг. Диапазон измерения мощности 0...220 кВт, частота вращения коленчатого вала до 2000 мин^-1. Погрешность измерения не превышает ±3%.

Подобную схему имеет и прибор «Импульс-12», но в него дополнительно входят еще измеритель угла впрыска топлива ИУ-1 с датчиком и топливный расходомер.

Диагностирование двигателя производят на прогретом двигателе. Прибор ИМД-2М подключают к электрической сети, включают и прогревают в течение 2...3 мин. Стрелки указателей, если необходимо, возвращают в нулевое положение. Рукоятку прибора устанавливают в положение, соответствующее проверяемому двигателю, датчик ввинчивают в отверстие маховика, контролируя его положение относительно зубчатого венца по вспышке сигнальной лампочки. После установки датчика прибор калибруют, устанавливая стрелки индикаторов в положение, соответствующее частоте вращения проверяемого двигателя и его мощности.

Уравнение эффективной мощности

Сначала проверяют максимальные обороты холостого хода двигателя при полной подаче топлива, а затем переводят двигатель на минимальные обороты холостого хода и резко переводят рычаг управления двигателя в положение максимальной подачи и определяют эффективную мощность двигателя. Мощность рекомендуется измерять трехкратно и определять среднее значение. Отключая поочередно цилиндры, определяют по разности мощностей, измеренных при работе всех цилиндров и части цилиндров, мощность отключенных цилиндров.

Взамен прибора ИМД-2М разработан прибор ИМД-Ц на интегральных микросхемах, что позволило в 4 раза уменьшить массу и в 3 раза габариты прибора. В приборе вместо двух стрелочных измерителей установлено одно цифровое табло, введены клавишные переключатели работы. Диагностирование прибором ИМД-Ц производят в той же последовательности, что и прибором ИМД-2М. При проверке двигателей допускается падение мощности на 5% и превышение мощности сверх номинального значения на 7%.

Так как для проверки мощности двигателя тормозным методом применяют мощные электрические установки, то чаще используют парциальный и дифференциальный методы, позволяющие при диагностировании использовать стенды малой мощности.

При парциальном методе применяют одновременно нагружение тормозным стендом и отключение части цилиндров, при этом осуществляется полная цикловая подача топлива в работающие цилиндры.

Уравнение эффективной мощности при парциальном методе проверки при половине работающих цилиндров имеет вид.

Мощность механических потерь прямо пропорциональна частоте вращения коленчатого вала и определяется в основном прокручиванием двигателя.

Дифференциальный метод

Дифференциальный метод основан на нагружении каждого проверяемого цилиндра (а в 12-цилиндровых двигателях - минимальной группы) за счет отключения цилиндров. Для выведения двигателя в соответствующий режим используют мощности электродвигателя специального стенда. При применении дифференциального метода требуется дополнительная мощность, не превышающая 25% мощности двигателя.

Для проверки двигателя тормозным, парциальным или дифференциальным методами можно использовать установки КИ-4935. Эти установки предназначены для комплексного диагностирования двигателя и трансмиссии сельскохозяйственных тракторов, включая прокручивание двигателя и передач, и обладают номинальной мощностью 55 кВт. Эта установка может быть применена при диагностировании двигателей строительных машин большой мощности в основном парциальным и дифференциальным методами.

В состав установки КИ-4935 входят балансирная асинхронная электромашина, жидкостный регулировочный реостат, двухступенчатый редуктор и пульт управления стендом.

Тормозную установку для диагностирования двигателя и трансмиссии подсоединяют карданным валом к валу отбора мощности проверяемой машины. Подключают расходомер топлива и устанавливают выключатели подачи топлива. На прогретом двигателе при отключении группы цилиндров устанавливают частоту вращения вала, соответствующую 100% мощности двигателя, и фиксируют мощность. Поочередно определяют мощность группы цилиндров.

Общую мощность двигателя определяют по формулам парциального метода, но при этом учитывается КПД передачи. При испытании на стенде определяют массовый расход топлива и рассчитывают удельный расход.

Одновременно с определением мощности измеряют расход топлива, используя расходомер КИ-8910А. Удельный расход топлива определяют по формуле.

Часовой расход топлива

Часовой расход топлива не должен отличаться от номинального более чем на 8...10%, а удельный расход топлива не должен превышать номинального значения на 8%. Расход топлива при работе одним цилиндром должен находиться в пределах 90... 107% номинального.

При отклонении значений расхода топлива или мощности двигателя за пределы допусков проводят углубленное диагностирование, позволяющее выявить причины нарушения рабочего процесса двигателя. Учитывая, что наибольшее влияние на показатели мощности и расхода топлива оказывает работоспособность системы топливоподачи двигателя, в первую очередь производят диагностирование и регулировку сборочных единиц топливной системы.

Важным показателем общей оценки работы двигателя как дизельного, так и карбюраторного являются результаты анализа отработавших газов. В случае неисправности двигателя, в первую очередь системы питания, в отработавших газах увеличивается количество продуктов неполного сгорания топлива. Количественный состав отработавших газов различен у карбюраторных и дизельных двигателей, что объясняется как различием топлива, так и процесса горения. У карбюраторных двигателей основными продуктами неполного сгорания являются окись углерода и водород, у дизельных - свободный углерод в виде сажи. Количественный состав отработавших газов приведен (по данным Н. Я. Говорущенко).

В настоящее время большое внимание уделяется снижению токсичности отработавших газов, поэтому большинство газов проверяется на концентрацию токсичных элементов, в первую очередь СО, СН, N0.

Для дизельных двигателей в качестве диагностического параметра принята оптическая плотность отработавших газов, характеризующаяся количеством света, поглощенного частицами сажи и другими элементами отработавших газов.

Некоторые дымомеры

Все дымомеры основаны на принципе регистрации светового потока, проходящего через камеру, заполненную отработавшими газами. Конструкция чехословацкого дымомера РЭМ-4 состоит из измерительной трубки, источника света, фотоэлемента, измерительной системы, вентиляционной системы, системы питания и зонда- с трубопроводами. Зонд служит для забора отработавших газов непосредственно из выхлопной трубы диагностируемой машины. В состав измерительной системы входят фотоэлемент, настроечные резисторы и миллиамперметр. Вентиляционная система, предназначенная для продувки измерительной трубы и нагнетания чистого воздуха для настройки нуля прибора, состоит из вентилятора с электродвигателем, воздушных каналов и вентиляционного кожуха, внутри которого находится измерительная трубка. Питание прибора может осуществляться либо от аккумулятора 12 В, либо от сети переменного тока напряжением 220 В. Масса прибора 12 кг.

Для работы прибора сначала настраивают миллиамперметр на нулевое деление при заполнении измерительной трубки чистым воздухом, а затем заполняют трубку отработавшим газом. Свет, проходящий через трубку, поглощается составляющими элементами газа и на фотоэлемент попадает значительно меньший световой поток, который и возбуждает соответствующий электрический сигнал. Миллиамперметр проградуирован в % задымленное.

Некоторые дымомеры имеют два световых канала: один проходит через трубку с эталонным воздухом, другой через трубку с отработавшими газами. Имеются конструкции, в которых источник света и фотоэлемент жестко соединены между собой, а эталонная и измерительная трубки поочередно устанавливаются в световой поток (прибор К-4

 

 

44. Характеристика ТНВД по подаче и ее анализ. Конструкции ТНВД.

Топливный насос высокого давления (сокращенное наименование – ТНВД) является одним из основных конструктивных элементов системы впрыска дизельного двигателя. Насос, выполняет, как правило, две основные функции: нагнетание под давлением определенного количества топлива; регулирование необходимого момента начала впрыскивания. С появлением аккумуляторных систем впрыска функция регулирования момента впрыска возложена на управляемые электроникой форсунки.

 

Основу топливного насоса высокого давления составляет плунжерная пара, которая объединяет поршень (он же плунжер) и цилиндр (он же втулка) небольшого размера. Плунжерная пара изготавливается из высококачественной стали с высокой точностью. Между плунжером и втулкой обеспечивается минимальный зазор – прецизионное сопряжение.

 

В зависимости от конструкции различают следующие виды топливных насосов высокого давления: рядный, распределительный и магистральный. В рядном насосе нагнетание топлива в цилиндр производится отдельной плунжерной парой. Распределительный насос имеет один или несколько плунжеров, которые обеспечивают нагнетание и распределение топлива по всем цилиндрам. Магистральные насосы осуществляют только нагнетание топлива в аккумулятор.

 

Топливный насос высокого давления используется также в системе непосредственного впрыска бензинового двигателя, но его рабочее давление на порядок ниже аналогичной характеристики дизельного насоса.

 

Ведущими производителями топливных насосов высокого давления являются, в основном, зарубежные фирмы: Bosch, Lucas, Delphi, Denso, Zexel.

 

Рядный топливный насос высокого давления

 

Рядный топливный насос высокого давления

Рядный ТНВД имеет плунжерные пары по числу цилиндров. Плунжерные пары установлены в корпусе насоса, в котором выполнены каналы для подвода и отвода топлива. Движение плунжера осуществляется от кулачкового вала, который в свою очередь имеет привод от коленчатого вала двигателя. Плунжеры постоянно прижимаются к кулачкам с помощью пружин.

 

При вращении кулачкового вала кулачок набегает на толкатель плунжера. Плунжер двигается вверх по втулке, при этом последовательно закрываются выпускное и впускное отверстие. Создается давление, при котором открывается нагнетательный клапан, и топливо по топливопроводу поступает к соответствующей форсунке.

 

Устройство рядного топливного насоса высокого давления

Регулирование количества подаваемого топлива и момента его подачи может осуществляться механическим путем или с помощью электроники. Механическое регулирование количества подаваемого топлива осуществляется поворотом плунжера во втулке. Для поворота на плунжере выполнена шестерня, которая соединена с зубчатой рейкой. Рейка связана с педалью газа. Верхняя кромка плунжера имеет наклонную поверхность, поэтому при повороте отсечка топлива и соответственно его количество будет изменяться.

 

Изменение момента начала подачи топлива требуется при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Механическое регулирование момента подачи топлива производится с помощью центробежной муфты, расположенной на кулачковом валу. Внутри муфты находятся грузики, которые при увеличении оборотов двигателя расходятся под действием центробежных сил и поворачивают кулачковый вал относительно привода. При увеличении оборотов двигателя обеспечивается ранний впрыск топлива, при уменьшении – поздний.

 

Конструкция рядных ТНВД обеспечивает высокую надежность. Насосы смазываются моторным маслом системы смазки двигателя, поэтому могут работать на топливе низкого качества. Рядные топливные насосы высокого давления применяются на двигателях с раздельными камерами сгорания и непосредственным впрыском средних и тяжелых грузовых автомобилей. На легковых дизелях данный вид насоса применялся до 2000 года.

 

Распределительный топливный насос высокого давления

 

Распределительный топливный насос высокого давления

Распределительные топливные насосы высокого давления, в отличие от рядного ТНВД, имеют один или два плунжера, обслуживающих все цилиндры двигателя. Распределительные насосы обладают меньшей массой и габаритными размерами, а также обеспечивают большую равномерность подачи. С другой стороны их отличает сравнительно низкая долговечность сопряженных деталей. Все это определяет область применения данных насосов, в основном, на двигателях легковых автомобилей.

 

Конструкции распределительных топливных насосов высокого давления могут иметь различный привод плунжера:

 

торцевой кулачковый привод (насосы Bosch VE);

внутренний кулачковый привод (роторные насосы Bosch VR, Lucas DPC, Lucas DPS);

внешний кулачковый привод (отечественные насосы НД-21, НД-22).

Предпочтительными в плане эксплуатации являются первые два типа привода плунжеров, т.к. в них отсутствуют силовые нагрузки от давления топлива на узлы приводного вала и, соответственно, выше долговечность.

 

Устройство распределительного топливного насоса высокого давления

Основным элементом распределительного ТНВД с торцевым кулачковым приводом плунжера (Bosch VE) является плунжер-распределитель, который совершает возвратно-поступательное и вращательное движение, обеспечивая нагнетание и распределение топлива по цилиндрам.

 

 

Возвратно-поступательное движение плунжера происходит при вращении кулачковой шайбы, которая обегает неподвижное кольцо по роликам. Шайба нажимает на плунжер, за счет чего создается давление топлива. В исходное положение плунжер возвращается с помощью пружины.

 

Вращение плунжера производится от приводного вала. При этом происходит распределение топлива по цилиндрам.

 

Регулирование величины подачи топлива осуществляется автоматически с помощью механического или электронного устройств. Механический регулятор включает центробежную муфту с грузами, которая через систему рычагов воздействует на дозатор, изменяющий величину топливоподачи. Электронный регулятор представляет собой электромагнитный клапан.

 

Регулирование величины опережения впрыска топлива в распределительном насосе производится путем поворота неподвижного кольца на определенный угол.

 

Рабочий процесс распределительного насоса включает впуск топлива в надплунжерное пространство, нагнетание и распределение в соответствующие цилиндры.

 

Устройство распределительного насоса роторного типа

В распределительном насосе роторного типа нагнетание и распределение топлива по цилиндрам осуществляются разными устройствами плунжером и распределительной головкой. Нагнетание топлива производится с помощью двух противолежащих плунжеров, расположенных на распределительном валу. Плунжеры через ролики обегают профиль кулачковой обоймы и совершают возвратно-поступательное движение.

 

При движении плунжеров навстречу друг другу происходит рост давления топлива, после чего топливо по каналам распределительной головки и нагнетательным клапанам доставляется к форсункам соответствующих цилиндров.

 

Топливо к плунжеру (плунжерам) подается под небольшим давлением, которое создает топливоподкачивающий насос. В распределительных насосах топливоподкачивающий насос установлен на приводном валу в корпусе насоса. Конструктивно это может быть роторно-лопастной насос, шестеренный насос с внешним или внутренним зацеплением.

 

Смазка распределительного насоса высокого давления производится дизельным топливом, которое заполняет корпус насоса.

 

Магистральный топливный насос высокого давления

 

Магистральный топливный насос высокого давления

Магистральный топливный насос высокого давления используется в аккумуляторной системе впрыска топлива Common Rail, где он выполняет функцию нагнетания топлива в топливную рампу. Магистральные ТНВД обеспечивают более высокое давление топлива (в современных системах впрыска порядка 180 МПА и более).

 

Конструктивно магистральный насос может иметь один, два или три плунжера. Привод плунжеров осуществляется с помощью кулачкового вала или кулачковой шайбы.

 

Устройство распределительного насоса роторного типа

При вращении кулачкового вала (эксцентрика кулачковой шайбы) под действием возвратной пружины плунжер движется вниз. Увеличивается объем компрессионной камеры и уменьшается давление в ней. Под действием разряжения открывается впускной клапан, и топливо поступает в камеру.

 

Движение плунжера вверх сопровождается ростом давления в камере, впускной клапан закрывается. При определенном давлении открывается выпускной клапан и топливо подается в рампу.

 

Управление подачей топлива производится в зависимости от потребности двигателя с помощью клапана дозирования топлива. В нормальном положении клапан открыт. По сигналу электронного блока управления клапан закрывается на определенную величину, тем самым регулируется количество поступающего в компрессионную камеру топлива.

 

45. Типы форсунок. Особенности конструкции и их регулировки

Типы дизельных форсунок

По мере развития индустрии производства дизельных двигателей совершенствовалась и конструкция форсунок. Сначала это были обычные механические однопружинные форсунки. Это самая простая конструкция, которая состоит из распылителя, одной пружины и самого корпуса. Управление процессом сгорания топлива происходит через влияние на количество каналов распылителя, их геометрию, а также на жесткость пружины.

На следующем этапе совершенствования форсунок были изобретены двухпружинные конструкции. Процесс управления подачей топлива в них еще более сложен, а следовательно и более точно выверен. При впрыске топлива игла преодолевает сопротивление двух пружин. Соответственно подача топлива происходит двухступенчато. На малом ходу таким образом топливо впрыскивается только на первой ступени, расход его идет малыми дозами. На первой ступени давление – от 130 до 180 килограмм на сантиметр в квадрате у разных типов двигателей. На второй ступени – от 800 до тысячи.

И однопружинные, и двухпружинные форсунки применяются в двигателях с непосредственным впрыском топлива. Как только появились двигатели с системой Commоn Rail, стали использовать электромеханические форсунки. Здесь команда подачи топлива поступает не за счет механического процесса работы двигателя, а при поступлении команды от электронного блока управления. Это позволяет сделать процесс подачи топлива еще более управляемым и точным. Но соответственной точности требует и ремонт дизельных форсунок такого типа. Ведь здесь важно устранить не только механические неполадки, которые проще определить и исправить. Здесь важно разобраться и в системе электронного управления форсункой.

В целом с появлением электромеханических форсунок возможности управления подачей топлива значительно увеличились. Такие форсунки могут работать с режиме многоимпульсной подачи топлива. Таким образом, подачу топлива удалось разбить на большее количество фаз, вплоть до семи. Стало возможным еще больше повысить давление впрыска, доведя его до 1600. При этом увеличилась точность и равномерность впрыска.

Но все это становится возможным только при правильной работе форсунок, при проведении точной регулировки на стенде и своевременного ремонта. Неисправность же электромеханических форсунок приводит к фатальным результатам. Так, например, двигатель с системой Commоn Rail может вообще не завестись, если не обеспечивается должное давление впрыска. При неисправности механических форсунок двигатель просто будет работать в режиме нерационального расхода топлива.

 

 

46 Анализ и конструкции приборов системы впрыска бензинового ДВС

Управление системой подачи топлива[править | править вики-текст]

В настоящее время системами подачи топлива управляют специальные микроконтроллеры, этот вид управления называется электронным. Принцип работы такой системы основан на том, что решение о моменте и длительности открытия форсунок принимает микроконтроллер, основываясь на данных, поступающих от датчиков. На ранних моделях системы подачи топлива, в роли контроллера выступали специальные механические устройства.

 

Принцип работы[править | править вики-текст]

В контроллер при работе системы поступает со специальных датчиков информация о следующих параметрах:

 

положении и частоте вращения коленчатого вала;

массовом расходе воздуха двигателем;

температуре охлаждающей жидкости;

положении дроссельной заслонки;

содержании кислорода в отработавших газах (в системе с обратной связью);

наличии детонации в двигателе;

напряжении в бортовой сети автомобиля;

скорости автомобиля;

положении распределительного вала (в системе с последовательным распределенным впрыском топлива);

запросе на включение кондиционера (если он установлен на автомобиле);

неровной дороге (датчик неровной дороги);

температуре входящего воздуха.

На основе полученной информации контроллер управляет следующими системами и приборами:

 

топливоподачей (форсунками и электробензонасосом),

системой зажигания,

регулятором холостого хода,

адсорбером системы улавливания паров бензина (если эта система есть на автомобиле),

вентилятором системы охлаждения двигателя,

муфтой компрессора кондиционера (если он есть на автомобиле),

системой диагностики.

Изменение параметров электронного впрыска может происходить буквально «на лету», так как управление осуществляется программно, и может учитывать большое число программных функций и данных с датчиков. Также, современные системы электронного впрыска способны адаптировать программу работы под конкретный экземпляр мотора, под стиль вождения и многие другие характеристики и спецификации.

 

Ранее использовалась механическая система управления впрыском.

 

 

47 Общее устройство электронного управления дизельного ДВС с топливной системой Common Rail.

 

Системы впрыска дизельного топлива Common Rail

Требования, предъявляемые к системам впрыска дизельного топлива, непрерывно возрастают. Возросшие давления, малое время переключения и адаптация количества подаваемого топлива к условиям работы двигателя сделали дизельный двигатель экономичным, чистым и мощным.

Одна из самых перспективных и гибких, на сегодняшний день, систем дизельного впрыска, аккумуляторная система с общей топливной рампой (Common Rail). Эта система способна в широком диапазоне изменять давление впрыска топлива, момент впрыска и его продолжительность. Это достигается за счет разделения систем создания давления (насос высокого давления) и впрыска топлива (форсунки). В качестве аккумулятора давления здесь используется топливная рампа.

Система Common Rail является чрезвычайно гибкой топливной системой, позволяющей адаптировать процесс впрыска топлива к двигателю. Это достигается за счет:

- адаптации давления впрыска к условиям работы двигателя (изменение давления от 200 до 2200 бар);

- точное регулирование момента начала подачи топлива;

- возможность использования многоступенчатого (многократного) впрыска топлива (в том числе поствпрыска топлива со значительным опозданием);

Таким образом система Common Rail позволяет повысить эффективную мощность двигателя, снизить уровень шума и содержание вредных веществ в отработавших газах.

Конструкция

 

Система Common Rail состоит из следующих функциональных групп: системы (контура) низкого давления, включающей компоненты подачи топлива; системы (контура) высокого давления, включающей насос высокого давления (ТНВД), топливную рампу (Rail), форсунки, топливопроводы высокого давления и электронную систему управления двигателем (EDC).

Основными компонентами системы Common Rail являются форсунки, соединенные с топливной рампой. Каждая форсунка снабжена быстродействующим клапаном (электромагнитным, или клапаном с пьезоэлектрическим приводом), который открывает, или закрывает распылитель форсунки. Это позволяет управлять процессом подачи топлива в каждый цилиндр.

 

Ниже приведена примерная гидравлическая схема системы Common Rail автомобиля MAN.

 

Система низкого давления

В системах низкого давления для легковых и лёгких коммерческих автомобилей, для подачи топлива к насосу высокого давления (ТНВД) используются электрические, или шестеренчатые топливоподкачивающие насосы. На тяжелых коммерческих автомобилях используются исключительно шестеренчатые топливоподкачивающие насосы.

Системы с электрическим топливоподкачивающим насосом.

Электрический топливный насос устанавливается в топливном баке, или встраивается в линию подачи топлива к ТНВД. На линии всасывания насоса, обычно, устанавливается фильтр грубой очистки топлива. Для обеспечения быстрого пуска двигателя, насос включается, как только водитель включил зажигание.

Системы с шестеренчатым топливоподкачивающим насосом.

Шестеренчатый топливоподкачивающий насос крепится фланцем к топливному насосу высокого давления и приводится в действие от его выходного вала. Шестеренчатый топливоподкачивающий насос начинает действовать только после прокрутки коленчатого вала двигателя стартером.

Комбинированные системы.

Существуют, также, системы с насосами обоих типов. Электрический топливоподкачивающий насос улучшает условия пуска двигателя, особенно прогретого, так как горячее топливо имеет меньшую вязкость, снижающую производительность шестеренчатого топливоподкачивающего насоса. Кроме того, шестеренчатый топливоподкачивающий насос имеет низкую производительность при малых скоростях вращения.

Фильтрация топлива.

В отличии от легковых автомобилей, на коммерческих автомобилях топливный фильтр тонкой очистки топлива устанавливается на стороне нагнетания топливоподкачивающего насоса.

Создание давления впрыска

В аккумуляторных системах впрыска топлива функции создания давления и впрыска топлива разделены. Давление впрыска создаётся независимо от частоты вращения коленчатого вала и количества впрыскиваемого топлива. Управление всеми компонентами осуществляет электронная система управления дизельным двигателем (EDC). Функции создания давления и впрыска топлива разделяются аккумуляторным объемом топливной рампы. Топливо под давлением, готовое к впрыску, находится в аккумуляторной топливной рампе. Требуемое давление впрыска создаётся непрерывно работающим, от привода двигателя, насосом высокого давления. Давление в топливной рампе поддерживается независимо от частоты вращения коленчатого вала. Насос высокого давления (ТНВД) представляет собой радиально-плунжерный насос. На некоторых коммерческих автомобилях иногда устанавливается и рядный насос высокого давления.

Регулирование давления.

Регулирование давления впрыска может осуществляться различными способами.

Регулирование в контуре высокого давления.

Требуемое давление в топливной рампе регулируется при помощи клапана регулирования давления. Через клапан регулирования давления топливо, которое не требуется для подачи в цилиндры, возвращается в контур низкого давления. Такая система регулирования обеспечивает быструю реакцию на изменения условий работы двигателя (изменения нагрузки).

Регулирование давления путём изменения подачи на стороне всасывания ТНВД.

Другим способом регулирования давления в топливной рампе является регулирование подачи топлива на стороне всасывания ТНВД. Дозирующий клапан, установленный в линии всасывания насоса высокого давления обеспечивает подачу топлива в топливную рампу в строгом соответствии с требуемым давлением впрыска. В случае неисправности дозирующего клапана, срабатывает аварийный клапан сброса давления, предотвращая, таким образом, создание давления выше максимально допустимого. Регулирование на стороне всасывания позволяет уменьшить количество топлива, находящегося под давлением и уменьшить, соответственно, требуемую мощность насоса высокого давления. Это положительно влияет и на расход топлива. Кроме того, температура топлива, возвращаемого в бак, ниже, по сравнению с регулированием в контуре высокого давления.

 

Комбинированная система регулирования давления.

Комбинированная система регулирования давления сочетает регулирование на стороне всасывания при помощи дозирующего клапана с регулированием в контуре высокого давления при помощи клапана-регулятора высокого давления, что позволяет использовать преимущества каждого из этих способов. Ещё одним преимуществом комбинированной системы регулирования является то, что на холодном двигателе насос высокого давления подаёт больше топлива, чем требуется для впрыска и давление регулируется клапаном регулирования давления. В результате сжатия топливо нагревается, что исключает необходимость в дополнительном подогревателе топлива.

Впрыск топлива.

Форсунки подают топливо непосредственно в камеры сгорания двигателя. Топливо подаётся к форсункам по коротким трубопроводам высокого давления, присоединённым к топливной рампе. На линии высокого давления, между форсунками и рампой, устанавливаются ограничители подачи топлива, которые предотвращают неконтролируемый выход топлива в случае зависания, в открытом состоянии, иглы распылителя, или разрыве трубопровода высокого давления.

 

fuellimiter

Управление открытием и закрытием распылителей форсунок осуществляется блоком управления двигателя. Количество впрыскиваемого топлива определяется давлением топлива в системе и длительностью открытия распылителя форсунки. При постоянном давлении количество подаваемого топлива пропорционально продолжительности включения электромагнитного клапана форсунки. В этом случае количество подаваемого топлива не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя и скорости вращения насоса высокого давления (впрыск топлива по времени).

Перспективы системы.

Разделение функций создания давления и впрыска топлива открывает дополнительные возможности оптимизации процессов сгорания топлива по сравнению с обычными системами дизельного впрыска топлива. Давление впрыска топлива может, относительно свободно, выбираться в пределах таблицы калибровочных значений.

Применение системы Common Rail позволяет ещё более снизить содержание вредных веществ в отработавших газах за счет многократного впрыска топлива и значительно уменьшить уровень шума, генерируемого в процессе сгорания топлива. Многократный впрыск (до восьми циклов впрыска в течение рабочего такта) можно осуществить посредством многократного включения быстродействующего электромагнитного клапана форсунки. Для ускорения закрытия клапана и быстрого прекращения цикла впрыска может использоваться гидравлическое давление.

Системы управления и регулирования

Принцип действия: