Электронные системы управления топливоподачей common rail

Прототип системы Common Rail был разработан в конце 60-х годов Робертом Хубером в Швейцарии. Далее его технология была развита Марко Гансером из Швейцарского Федерального Института Технологии в Цюрихе. В середине 90-х годов Доктор Шохей Ито и Масахико Мияки из Корпорации DENSO, Япония, разработали систему Common Rail для коммерческого транспорта и воплотили ее в системе ECD-U2, которая стала использоваться на грузовиках HINO Rising Ranger, а потом в 1995году продали технологию другим производителям. Поэтому DENSO считается пионером в адаптации системы Common Rail к нуждам автомобилестроения. Современные системы Common Rail на судовых дизелях и работают по тому же принципу.

 

Система подачи топлива Common Rail обладает некоторыми принципиальными отличиями в своей конструкции. Прежде всего, топливный насос высокого давления лишился функции распределения топлива по форсункам, как в обычных дизелях. Эту задачу отныне решают электромагнитные клапаны форсунок, сигналы которым подает блок электронного контроля двигателя. Насос, варьируя количество подаваемого в общий (Common) для всех форсунок аккумулятор (резервуар, рампу – по-английски Rail) топлива обеспечивает давление согласно заданному блоком электронного контроля значению. Каждая форсунка связана с рампой отдельным топливопроводом. Изменение продолжительности управляющего сигнала идущего от блока электронного контроля обеспечивает подачу нужного количества топлива в камеру сгорания. Реализация указанной схемы позволила подавать топливо при давлении и положении коленчатого вала, не зависящих от положения кулачкового вала топливного насоса высокого давления, что значительно расширило возможности организации надлежащего рабочего процесса в камере сгорания для снижения шумности работы, токсичности отработавших газов при приемлемом уровне расхода топлива.

Система имеет следующие функции и преимущества перед механическим управлением.

1. Возможность изменять угол опережения подачи топлива во время работы двигателя в любой момент времени в зависимости от условий работы

2. Возможность электронного управления количеством подачи топлива, что обеспечивает точную и равномерную цикловую подачу топлива,обеспечивая равномерную нагрузку по цилиндрам.

3. Исключается необходимость регулятора числа оборотов.

4. Мониторинг всех параметров двигателя во время работы

5. Осуществляет аварийно-предупредительную сигнализацию

 

Достоинства системы

1. Снижается расход топлива примерно 20%
2. Уменьшается шумностьдвигателя.
3. Снижается токсичность выпускных газов
4. Увеличивается моторесурс двигателя.

 

 

 

МИКРОПРЦЕССОР (основной) МИКРОПРОЦЕССОР (резервный)

К ним подключены следующие датчики:

1. положения топливной рукоятки.

2. давления масла

3. давления топлива.

4. давления наддува.

5. давления атмосферного давления.

6. температуры надувочного воздуха

7. температуры атмосферного воздуха.

8. температуры топлива.

9. положения коленвала

10. в состав также входят форсунки с электронным управлением..

На мощных двигателях общая магистраль может быть для 2-3 цилиндров и иметь соответственное количество топливных насосов, задача которых только поддерживать давление в общей магистрали.

 

Форсунки COMMON RAIL

В системах впрыска Common Rail применяются форсунки управляемые не давлением топлива, а электрическим импульсом с напряжением 80 В. Высокое напряжение позволяет увеличить скорость срабатывания электромагнитного клапана (время открытия около 0,3 миллисекунды), что повышает точность параметров впрыска. Конструкция форсунки Common Rail показана на рисунке. Электрический сигнал непосредственно не поднимает иглу, а открывает шариковый клапан, что вызывает изменение давлений внутри форсунки - тогда сила действующая на управляющий поршень форсунки меньше чем давление топлива в камере давлений распылителя, действующего на пружину распылителя, что вызывает открытие распылителя и впрыск топлива.

Форсунки отличаются наличием электромагнитного (или пъезоэлектрического) клапана управления впрыском топлива.

Принцип работы

(a) форсунка в закрытом состоянии - давление топлива в управляющей камере над управляющим поршнем выше чем давление в камере распылителя: 1 - катушка электромагнита, 2 - сердечник электромагнита, 3 - шариковый клапан, 4 - управляющая камера, 5 - игла распылителя, 6 - распыляющие отверстия;

(B) форсунка в открытом состоянии - открывание управляющего клапана после срабатывания электромагнита приводит к тому, что давление топлива в камере давления распылителя превышает давление в управляющей камере;

(С) фаза закрывания форсунки - прерывание электрического сигнала приводит к тому, что возрастает давление в упраляющей камере над управляющим поршнем.

Форсунка Common Rail второго поколения с пьезоэлектрическим элементом: 1 - отвод перелива топлива; 2 - подвод топлива под высоким давлением; 3 - пьезоэлектрический элемент; 4 - управляющий поршень; 5 - управляющий клапан; 6 - гайка распылителя

 

Новое поколение форсунок Common Rail отличается применением миниатюрных электромагнитных клапанов, расположенных в непосредственной близости от иглы распылителя, уменьшая тем самым инерционость подвижных частей форсунки и её габариты. Для разделения процесса впрыска на несколько фаз, что при применении электромагнитного клапана затруднено, учитывая его инерционность, вместо электроклапана в форсунке Common Rail используется пьезоэлектрический элемент. Пьезоэлектрический эффект основывается на очень быстром, длящемся доли миллисекунд, изменении размеров кристалла кварца под действием приложенного электрического заряда. Разряд электростатического напряжения возвращает кристалл к исходным размерам. В пьезоэлектрических форсунках Common Rail пьезоэлемент состоит из более чем ста слоев кристаллов и удлиняется на 0,04 мм, что достаточно для реализации многофазного (ступенчатого) впрыска топлива: начальной, предварительной дозы, и главной. Чтобы разброс дозы был небольшим (ок. 0,5 мм3/впрыск) для начальной дозы 1,5 мм3/впрыск, и чтобы вытекание топлива из всех распыляющих отверстий было одинаковым, игла распылителя выполняется с дополнительной направляющей - ниже камеры давлений.