Системы питания дизельного двигателя с аккумулятором давления Common Rail. Особенности ТНВД, электромагнитной форсунки CR-системы.

 

В отличие от традиционных дизельных двигателей, которые управляются блоком управления, common rail подает топливо на форсунки через накопительную рампу, поэтому они похожи на бензиновые двигатели. Поскольку разделены функция образования высокого давления и функция впрыска, системы common rail могут подавать топливо в широком диапазоне угла зажигания и уровня давления. Механический насос(1) создает давление, которое подает топливо в рампу(3). Клапан контроля потока топлива(4) поддерживает давление на уровне, которое задано блоком управления(8). Рампа подает топливо на инжектора(5). Датчики информируют ЭБУ о достигнутом давлении(2), скорости двигателя(9), положении распредвала(10), уходе педали акселератора(11), давлении надува(12), температуре впускного воздуха(13), температуре охлаждающей жидкости(14). Позиции 6 и 7 — топливный фильтр и топливный бак. Более сложные системы используют дополнительные датчики: cкорости, внешней температуры, широкополосный кислородный датчик, датчик разницы давления (определяет засорение катализатора или фильтра частичек в выхлопе). На диаграмме не указаны свечи накаливания. Они используются, только если внешняя температура падает ниже 0 градусов. Блок управления может контролировать давления турбины, рециркуляцию выхлопного газа и заслонки впускного коллектора.

Высокое давление до 2000 бар создается насосом ТНВД. Насос приводится в движение коленвалом обычно представляет собой радиально расположенные цилиндры как показано на рисунке. Насос смазывается топливом и потребляет 3,8Ватт мощности. Поэтому поток топлива может различаться в зависимости от нагрузки на двигатель, а каждый поршень насоса может выключаться. Это возможно с помощью соленоида, который держит клапан поршня в открытом состоянии. Однако, когда один из поршней выключается, подача топлива становится более неустойчива, чем когда работают все три цилиндра.

Внешне форсунки похожи на стандартные инжектора от бензинового двигателя, но они сильно отличаются внутри. На рисунке изображена такая форсунка. Для работы форсунок используется гидравлическая система, поскольку они работают под большим давлением. Обмотка соленоида контролирует не иглу открытия, а движение небольшого шарика, который регулирует поток топлива от контрольной камеры внутри всего корпуса форсунки. Продолжительность жизни форсунки в системах common rail это очень важный фактор. Bosch определяет ее как 1 млн. открытий и закрытий.

 

 

Системы выпуска и нейтрализации отработавших газов ДВС. Устройство каталитического нейтрализатора, датчика кислорода. Особенности систем выпуска и нейтрализации отработавших газов дизельных двигателей.

Система выпуска отработавших газов представляет собой совокупность элементов глушителя соединенных с выпускным коллектором. В разрыв приемной трубы и резонатора возможна установка катализатора отработавших газов. Система предназначена для удаления, очистки выбросов и уменьшения шумов выхлопных газов. Устройство выхлопной системы Выхлопная система автомобиля связана с работой газораспределительного механизма, а именно с выпускными клапанами и выпускным коллектором

В состав системы входят:

-приемная труба (в народе именуемая «штаны»);

- катализатор (на двигателях стандарта от евро-2);

- резонатор;

-глушитель;

-датчики (лямбда-зонд).

Также в выхлопную систему может входить сажевый фильтр.

Система ней­трализации, способны в несколько раз снизить токсичность выхлопных газов.
Существует несколько способов нейтрализации отработавших газов в выпускной системе автомобиля:

1.Окисление отработавших газов путем подачи к ним дополнитель­ного воздуха в термических реакторах.

2.Поглощение токсичных компонентов жидкостью в жидкостных ней­трализаторах. Этот способ не получил широкого распространения из-за малой эффективности и необходимости частой замены жидкости.

3.Применение каталитических нейтрализаторов и сажевых фильтров (на автомобилях с дизельными двигателями) – в настоящее время наи­более актуальный.

Каталитический нейтрализатор (обиходное название – катализатор) предназначен для снижения выброса вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами.

Каталитический нейтрализатор применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Нейтрализатор обычно устанавливается непосредственно за выпускным коллектором или перед глушителем.

Каталитический нейтрализатор имеет следующее устройство:

· блок-носитель;

· теплоизоляция;

· корпус.Основным элементом каталитического нейтрализатора является блок-носитель, который служит основанием для катализаторов. Блок-носитель изготавливается из специальной огнеупорной керамики. Конструктивно блок-носитель состоит из множества продольных сот-ячеек, которые значительно увеличивают площадь соприкосновения с отработавшими газами.На поверхность сот-ячеек тонким слоем наносятся вещества- катализаторы. В качестве таких веществ используются платина, палладий и родий. Катализаторы ускоряют протекание химических реакций в нейтрализаторе.Платина и палладий относятся к окислительным катализаторам. Они способствуют окислению несгоревших углеводородов (СН) в водяной пар, оксида углерода (угарный газ, СО) в углекислый газ.Родий является восстановительным катализатором. Он восстанавливает оксиды азота (NOx) в безвредный азот.

· Кислородный датчик (другое наименование лямбда-зонд, датчик концентрации кислорода) служит для определения количества кислорода в отработавших газах.

Для обеспечения эффективной (экономичной и экологичной) работы двигателя внутреннего сгорания соотношение воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси должно быть постоянным на всех режимах работы. Это достигается использованием кислородного датчика в выпускной системе. Сам процесс управления содержанием кислорода в выхлопных газах называется лямбда-регулирование.

Так, при недостатке воздуха в топливно-воздушной смеси, углеводороды и угарный газ полностью не окисляются. С другой стороны, при избытке воздуха оксиды азота полностью не разлагаются на азот и кислород.

Лямбда-зонд устанавливается в выпускной системе. На отдельных моделях автомобилей применяется два кислородных датчика: один устанавливается до каталитического нейтрализатора, другой – после. Применение двух кислородных датчиков усиливает контроль за составом отработавших газов и обеспечивает эффективную работу нейтрализатора.

В зависимости от конструкции различают два вида кислородных датчиков:

· двухточечный датчик;

· широкополосный датчик.

· Двухточечный датчик устанавливается как перед нейтрализатором, так и за ним. Датчик фиксирует коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси (λ) по величине концентрации кислорода в отработавших газах.

Двухточечный датчик представляет собой керамический элемент, имеющий двухстороннее покрытие из диоксида циркония. Измерение осуществляется электрохимическим способом. Электрод одной стороной контактирует с выхлопными газами, другого - с атмосферой.

Принцип действия двухточечного кислородного датчика основан на измерении содержания кислорода в отработавших газах и атмосфере. При разной концентрации кислорода в отработавших газах и атмосфере на концах электрода создается напряжение. Чем выше содержание кислорода (обедненная топливно-воздушная смесь), тем ниже напряжение, чем ниже содержание кислорода (обогащенная топливно-воздушная смесь), тем выше напряжение.

Электрический сигнал от кислородного датчика поступает в электронный блок управления системы управления двигателем. В зависимости от величины сигнала блок управления воздействуют на исполнительные органы подконтрольных ему систем автомобиля.

Широкополосный датчик представляет собой современную конструкцию лямбда-зонда. Он применяется в качестве входного датчика каталитического нейтрализатора. В широкополосном датчике значение "лямбда" определяется с использованием силы тока закачивания.

В отличие от двухточечного датчика широкополосный датчик состоит из двух керамических элементов - двухточечного и закачивающего. Под закачиванием понимается физический процесс, при котором кислород из отработавших газов проходит через закачивающий элемент под воздействием определенной силы тока.

Принцип работы широкополосного датчика основан на поддержании постоянного напряжения (450 мВ) между электродами двухточечного элемента за счет изменения силы тока закачивания.

Снижение концентрации кислорода в отработавших газах (обогащенная топливно-воздушная смесь) сопровождается ростом напряжения между электродами двухточечного керамического элемента. Сигнал от элемента подается в электронный блок управления, на основании которого создается ток, определенной силы, на закачивающем элементе.

Ток, в свою очередь, обеспечивает закачку в измерительный зазор и напряжение достигает нормативного значения. Величина силы тока при этом является мерой концентрации кислорода в отработавших газах. Она анализируется электронным блоком управления и преобразуется в управляющие воздействия на исполнительные устройства системы впрыска.

При обеднении топливно-воздушной смеси работа широкополосного датчика осуществляется аналогичным образом. Отличие состоит в том, что под действием тока происходит выкачивание кислорода из измерительного зазора наружу.

Эффективная работа кислородного датчика осуществляется при температуре 300°С. Для скорейшего достижения рабочей температуры лямбда-зонд оборудуется нагревателем.

Особенности дизеля:

Система рециркуляции отработавших газов (EGR – Exhaust Gas Recirculation) предназначена для снижения в отработавших газах оксидов азота за счет возврата части газов во впускной коллектор.

Оксиды азота образуются в двигателе под действием высокой температуры. Чем выше температура в камерах сгорания, тем больше образуется оксидов азота. Возврат части отработавших газов во впускной коллектор позволяет снизить температуру сгорания топливно-воздушной смеси, и, тем самым, уменьшить образование оксидов азота. При этом соотношение компонентов в топливно-воздушной смеси остается неизменным, а мощностные характеристики двигателя изменяются незначительно.

Система рециркуляции отработавших газов применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. На бензиновых двигателях внутреннего сгорания, оборудованных турбонаддувом, система рециркуляции отработавших газов не применяется.

На разных конструкциях двигателей система рециркуляции отработавших газов имеет различное устройство. Вместе с тем, можно выделить общие конструктивные элементы данной системы:

· клапан рециркуляции;

· управляющий клапан;

· воздушные патрубки.

Схема системы рециркуляции отработавших газов

Клапан рециркуляции непосредственно осуществляет перепускание отработавших газов из выпускной системы во впускной коллектор. Работа клапана основана на разряжении, возникающем во впускном коллекторе. За счет разряжения вакуумный преобразователь перемещает вал клапана. Величина открытия клапана определяет объем отработавших газов, поданных к впускному коллектору.

Управляющий клапан (другое наименование – активатор) регулирует величину разряжения, подающегося на клапан рециркуляции. Управляющий клапан представляет собой электромагнитный клапан. Работа клапана осуществляется по команде электронного блока управления в зависимости от режимов работы двигателя.