1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ И ЭЛЕКТРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ.

1.1.Общие требования к современным топливным системам.

Система топливного впрыскивания играет важную роль в процессе сгорания, и, при правильно сформированном процессе впрыска, можно добиться значительного сокращения выбросов NOx и частиц. В развитии топливных систем отмечаются тенденции к увеличению давления впрыскивания наряду с устранением зависимости давления впрыскивания от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

1.1.1. Давление впрыскивания.

Современные топливные системы с кулачковым приводом способны развивать давления впрыскивания до 2000 бар и более, а системы с гидроприводом в настоящее время работают с максимальным давлением 1800 бар. Основная движущая сила такого повышения давления впрыскивания это устойчиво снижающийся предел по выбросу твёрдых частиц в последние годы, повышение давления впрыскивания шло этапами с предписываемым снижением выбросов твёрдых частиц (рис.1.1).

Рис. 1.1. Давление впрыскивания и нормы выбросов частиц.

1.1.2. Интенсивность впрыскивания.

Уже многие годы AVL работает над определением подходящей интенсивности впрыскивания для дизельных двигателей. В результате была установлена «идеальная интенсивность впрыскивания» для расчётных условий (рис.1.2). Здесь впрыскивание рассматривается как процесс непрерывный (т.е. без перерывов и разделений), и модель интенсивности впрыскивания строят модулируя давление. Поначалу впрыскивается небольшое количество топлива, чтобы начать сгорание, затем происходит умеренное усиление интенсивности до самого максимума. Максимальное давление должно поддерживаться до окончания впрыскивания, которое должно производиться быстро, избегая впрыскивания при сниженном давлении в уже сгоревшую смесь.

Рис. 1.2. Идеальная интенсивность впрыскивания

1.1.3. Многократное впрыскивание.

Многократное впрыскивание всё шире используется для снижения уровней шума и изменения природы шума при сгорании, а также для уменьшения общих уровней выбросов в двигателе.

Многократное впрыскивание можно разделить на предварительное, основное и последующие (рис.1.3).

Предварительное впрыскивание преимущественно производится для снижения шума сгорания и расхода топлива, а также для уменьшения выбросов NO_x и CH.

Последующее впрыскивание при высоком давлении сразу после основного впрыска, позволяет снизить выброс сажи.

Последующее позднее впрыскивание под низким давлением необходимо для получения углеводорода, необходимого для нейтрализации ОГ.

Рис. 1.3. Многократное впрыскивание.

Поэтапное законодательное ужесточение Правилами ЕЭК ООН требований к выбросам вредных веществ с отработавшими газами транспортных дизелей, возрастающие требования потребителя к топливной экономичности грузовых автомобилей с дизелями не обеспечиваются на современном этапе при применении традиционных систем топливоподачи. Характерно, что современные требования к выбросам вредных веществ с отработавшими газами дизелей наиболее жёстко нормируют выбросы частиц (РТ) и оксидов азота (NO_x). Представляя противоречивую задачу, они не достигаются изменением регулировок традиционной системы топливоподачи и изменением конструкции двигателя. Например, при уменьшении угла опережения впрыскивания топлива достигается снижение NO_x (также жёсткости сгорания, шумности), но неизбежно растёт выброс частиц (ухудшается расход топлива).

В зависимости от режима работы двигателя и его состояния система должна впрыскивать топливо в камеру сгорания дизеля под давлением от 400 до 1800 бар и при этом дозировать количество впрыскиваемого топлива с максимально возможной точностью. Только электронная система управления двигателем (ЭСУД) позволяет решить задачу обеспечения правильного дозирования топлива и дает возможность создавать дополнительные функции для транспортного средства, например: активное гашение толчков на всех режимах работы двигателя, регулирование плавности хода, регулирование и поддержание скорости движения и т.д.

В 2003 году ОАО «КАМАЗ» совместно с ОАО «ЯЗДА» начал работы по созданию двигателей с электронным управлением уровня Евро-3 моделей 740.60-360, 740.61-320, 740.62-280. Тогда же начались работы с фирмой «Bosch»  по разработке двигателя с топливной системой UPS. В 2004 году были сертифицированы электронно-управляемые  двигатели 740.60-360, 740.61-320 и 740.62-280 с топливной аппаратурой ОАО «ЯЗДА», начаты работы по разработке двигателей КАМАЗ с ТНВД типа P7100 фирмы «Bosch» электронным регулятором RE-30 и электронным блоком управления (ЭБУ) MS6.1, которые были сертифицированы в 2005 году на соответствие уровней Евро-2 и 3. К 2006 году ОАО «КАМАЗ-Дизель» освоил серийный выпуск этих дизелей.

Система топливоподачи с ТНВД типа Р7100, электронным регулятором RE-30 и ЭБУ MS6.1.

ТНВД с электронным регулированием подачи топлива (рис.1.4) аналогичны насосам с механическим регулированием подачи топлива по конструкции и присоединительным размерам. Основное отличие состоит в том, что роль регулятора частоты вращения и корректора подачи топлива по давлению надувочного воздуха выполняет электромагнитный исполнительный механизм, управляемый электронным блоком управления. Также ТНВД отличается точностью и быстродействием системы регулирования подачи топлива, дополнительной коррекцией по температуре топлива и тепловому состоянию двигателя. Плунжерные пары имеют управляющие и отсечные кромки. При помощи управляющей кромки изменяют начало подачи топлива, а при помощи отсечных кромок – момент отсечки. При этом меняются не только углы начала и конца подачи, но и количество впрыскиваемого топлива.

К основным недостаткам топливоподающих систем традиционного типа (с механическим регулированием подачи топлива) можно отнести следующие:

- большое количество деталей регулирующего механизма, ограниченное число параметров регулирования из-за сложности конструкции регулятора;

- нестабильность характеристик от времени и температур (меняется жёсткость пружин, вязкость масла и топлива, износ деталей регулятора и т.д.), что вызывает необходимость периодического контроля и регулировок ТА;

- невысокое быстродействие регулятора, инерционность исполнительного механизма;

- ограниченные возможности регулирования угла опережения впрыскивания топлива;

- для остановки двигателя необходима система останова.

Ужесточение экологических требований к двигателям внутреннего сгорания повышает требования и к топливоподающим системам. Для обеспечения экологических требований уровня Евро-3 на двигателях КАМАЗ устанавливаются ТНВД с электронным регулированием подачи топлива производства фирмы «Bosch».

Электронное управление в сравнении механическим регулированием имеет большее число параметров регулирования, имеет более высокое быстродействие, стабильные характеристики и широкие возможности регулирования подачи топлива, что позволяет улучшить экономические и экологические показатели двигателя на переходных и рабочих режимах. К особенностям и преимуществам ТПА с электронным управлением в сравнении с ТПА традиционного типа можно отнести выполнение следующих функций двигателя:

- формирование любой внешней скоростной характеристики двигателя;

- обеспечение минимально необходимой пусковой подачи топлива;

- коррекция цикловой подачи в зависимости от давления и температуры наддувочного воздуха, температуры топлива, температуры охлаждающей жидкости (ОЖ);

- обеспечение защиты двигателя при определении аварийных режимов работы;

- обеспечение аварийного останова двигателя;

- управление реле блокировки стартера.

Также система позволяет реализовать автомобильные функции такие как:

- отключение подачи топлива в режиме «горный тормоз»;

- функция «круиз-контроль»;

- ограничение максимальной скорости автомобиля;

- функции диагностики и передача диагностической информации через диагностический разъем по линиям K-line и CAN;

- индикация о неисправности ЭСУД контрольной лампой «Check Engine»;

- обеспечение взаимодействия с другими системами управления автомобиля;

- обеспечение аварийно-предупредительной сигнализации и защиты и др.

Рис.1.4. ТНВД Р7100 с электронным регулятором RE-30 ф. «Bosch».

В системе используются следующие элементы:

Датчики частоты вращения коленчатого вала (основной и вспомогательный) 0 281 002 898 ф. «Bosch» (рис.1.5).

Рис.1.5. Датчик частоты вращения 0 281 002 898 ф.«Bosch».

Датчики частоты вращения индукционные. Используются для измерения частоты вращения коленчатого и распределительного валов двигателя. Датчик измерения частоты вращения коленчатого вала устанавливается в отверстие, выполненное в передней крышке. Для формирования сигналов датчика в качестве индуктора применяется специальный передний противовес коленчатого вала с восемью пазами показанный на рис.1.6.

Рис.1.6. Передний противовес коленчатого вала с восемью пазами.

Датчик частоты вращения распределительного вала устанавливается в специальное отверстие, выполненное в картере маховика. Для формирования сигналов датчика в качестве индуктора применяется специальное колесо датчика оборотов с шестнадцатью пазами, представленное на рис.1.7.

Рис.1.7. Колесо датчика оборотов с шестнадцатью пазами.

Датчик температуры охлаждающей жидкости 0 281 002 209 ф. «Bosch» (рис.1.8) используется для определения температурного состояния двигателя. Устанавливается в отверстие коробки термостатов системы охлаждения двигателя. Сигнал датчика используется в функции ограничения цикловой подачи при превышении допустимой температуры двигателя с выдачей предупреждения на диагностическую лампу и корректировку стартовой подачи топлива в зависимости от температурного состояния двигателя.

Рис.1.8. Датчик температуры 0 281 002 209 ф.«Bosch».

Датчик температуры топлива 0 281 002 209 ф.«Bosch» (рис.1.8) используется для определения температуры топлива, монтируется в специальный корпус клапана, установленный на входе в ТНВД. В зависимости от его сигнала корректируется объём цикловой подачи топлива.

Датчик давления и температуры наддувочного воздуха 0 281 002 576 ф.«Bosch» (рис.1.9), устанавливаемый в соединительном патрубке, определяет температуру и давление воздуха во впускных коллекторах двигателя. Значения температуры и давления воздуха необходимы для определения массового расхода воздуха и корректировки цикловой подачи топлива с целью ограничения дымности двигателя.

Рис.1.9. Датчик давления и температуры наддувочного воздуха 0 281 002 576 ф.«Bosch».

Электронный блок управления (ЭБУ) MS6.1 ф.«Bosch» (рис.1.10) обеспечивает прием и обработку сигналов датчиков, переключателей, передаваемой информации по шине CAN. ЭБУ анализирует всю поступающую информацию о режимных параметрах, о состоянии двигателя и автомобиля, обрабатывает ее в соответствии с заданными алгоритмами и управляет рейкой ТНВД, обеспечивая при этом впрыскивание строго дозированных порций топлива. Через шину CAN возможен обмен сигналами с другими системами автомобиля, через К-line осуществляется диагностика системы.

Рис.1.10. Электронный блок управления MS6.1 ф.«Bosch».

Электронный блок управления  устанавливается в кабине автомобиля.

Исполнительными механизмами системы являются электромагнит перемещения рейки ТНВД и втягивающий электромагнит на 24В клапана аварийной отсечки топлива.

Электромагнит рейки ТНВД с датчиком положения встроены в ТНВД, служат для установки рейки насоса в положение, соответствующее заданному режиму работы двигателя. Конструкция и характеристики электромагнита обеспечивают высокую точность и быстродействие, обеспечивая регулирование двигателя в зависимости от условий работы.

Втягивающий электромагнит клапана аварийной отсечки топлива 24В (рис.1.11) ф.«Bosch» служит для прекращения подачи топлива в ТНВД при возникновении аварийных ситуаций (например, заклинивание рейки ТНВД, чрезмерное превышение частоты вращения коленчатого вала и т.д.). Устанавливается в специальный корпус клапана вместе с датчиком температуры топлива.

Рис.1.11. Втягивающий электромагнит 24В клапана аварийной отсечки топлива ф. «Bosch».

Жгут системы управления двигателем ф. «Bosch», г. Саратов (рис.1.12) служит для связи контроллера с датчиками и задающими устройствами, электронным регулятором ТНВД, аккумуляторными батареями и средствами диагностики двигателя.

Рис.1.12. Жгут системы управления двигателем ф. «Bosch», г. Саратов.

Педаль подачи топлива ф. «TeleflexMorse» устанавливается в кабине изделия и служит для  выбора требуемого режима работы двигателя водителем. Сигнал выходного напряжения передается в электронный блок управления, где он преобразуется в значение цикловой подачи топлива.

Контрольная лампа диагностики двигателя (лампа «Check Engine»), установленная на щитке приборов в кабине автомобиля, служит для контроля работы двигателя и выдачи кодов неисправности – блинк - кода.

После включения зажигания тестируется лампа диагностики двигателя, в ходе которого она загорается на три секунды. Если лампа диагностики продолжает гореть, либо она загорается при работе двигателя, это означает, что в ЭСУД произошла неисправность и для ее устранения необходимо обратиться в сервисный центр. Информация о неисправностях хранится в ЭБУ и может быть прочитана либо при помощи диагностического прибора, либо при помощи лампы диагностики. После устранения неисправности лампа диагностики гаснет.

Размещение элементов системы и прокладка моторного жгута проводов представлены на рис.1.13, 1.14.

Рис.1.13. Размещение элементов системы и прокладка моторного жгута проводов.

Хотя с традиционным рядным ТНВД могут быть соблюдены нормы ВВВ с ОГ Евро-3 и в мировой практике есть примеры двигателей с традиционной топливной аппаратурой с применением электронного и даже механического регулятора (фирмы «MAN», «RABA», «TATRA» и др.), однако в этом случае приходится сталкиваться  с проблемой повышенного расхода топлива, имеющей важное значение для грузового транспорта. Причины этого явления – низкое давление впрыскивания, наличие только одного впрыскивания (основного), ограниченный угол опережения впрыскивания. Кроме того, при холодном старте возникает проблема белого дыма из-за неполного сгорания. Механическая настройка угла опережения впрыскивания недостаточно гибкая, поэтому при холодном пуске невозможно организовать более ранний впрыск для обеспечения более высоких температур сгорания и, соответственно, более полного сгорания топлива. На двигателях КАМАЗ уровня Евро-3 с традиционной ТА наличие электронного регулятора было необходимо, главным образом, для прохождения цикла ELR – европейской нагрузочной характеристики. Решающим фактором для выполнения нормативов Евро-3, помимо примененной топливной аппаратуры с более высоким давлением впрыскивания, было наличие алюминиевых головок цилиндров, высокоэффективных турбокомпрессоров и охладителя наддувочного воздуха. Однако это предел, для дальнейших работ необходимо повышение давления впрыскивания до уровня 2000 бар  и применение многократного впрыскивания.

1.3. Система топливоподачи UPS c индивидуальными топливными

насосами UP20 и ЭБУ EDC7.

Преимуществами данной системы являются:

- точное дозирование топлива с возможностью индивидуальной регулировки момента начала и величины подачи по цилиндрам;

- возможность от отключения отдельных ТНВД при частичных нагрузках на двигатель.

Модульная конструкция индивидуального ТНВД с установкой в отдельном корпусе представлена на рис. 1.15.

Рис.1.15. Расположение корпуса с насосными секциями в развале двигателя  КАМАЗ: 1 – насосная секция UP-20 (столбик); 2 – корпус насосов UP-20; 3 – блок цилиндров.

Данная конструкция позволяет иметь дополнительные преимущества:

- не требуется изменения конструкции головки блока цилиндров;

- непосредственный привод от кулачкового вала, поскольку коромысла отсутствуют;

- облегченный доступ при обслуживании, поскольку ТНВД легко демонтируются.

К недостаткам системы можно отнести:

- трудности при осуществлении многократного впрыскивания;

- зависимость протекания процесса впрыскивания от формы кулачка (рис.1.16.);

- высокая стоимость корпуса насосов, как следствие большого количества резиновых уплотнений (полости «топливо-масло») с высокими требованиями к качеству обработки поверхностей;

- повышение удельно-массовых показателей двигателя (суммарная масса деталей системы UPS  выше в 3...4 раза массы деталей системы CRS).

Рис.1.16. Индивидуальный топливный насос UP20 с форсункой.

ЭСУД предназначена для управления началом и продолжительностью основного, предварительных и последующих впрыскиваний топлива в зависимости от режимов работы двигателя, его температурного состояния, регулировочных характеристик и параметров окружающей среды. Система обеспечивает выполнение следующих функций двигателя:

- управление пусковой подачей топлива;

- коррекция цикловой подачи в зависимости от расхода воздуха;

- управление началом и продолжительностью основного, предварительных и последующих впрыскиваний топлива;

- снижение неравномерности работы цилиндров;

- управление вентилятором охлаждения двигателя;

- аварийный останов двигателя;

- взаимодействие с системой обработки отработавших газов DENOX и др.

Также система позволяет реализовать автомобильные функции, такие как:

- активное гашение толчков скорости транспортного средства;

- управление реле блокировки стартера;

- отключение подачи топлива в режиме «горный тормоз»;

- функция «круиз-контроль»;

- ограничение максимальной скорости автомобиля;

- взаимодействие с другими системами автомобиля через шину CAN;

- осуществление диагностических функций и передача диагностической информации через диагностический разъем по линии K-line и CAN;

- индикация о неисправности ЭСУД контрольной лампой «Check Engine»;

- обеспечение взаимодействия с другими системами управления автомобиля;

- обеспечение аварийно-предупредительной сигнализации и защиты и др.

В системе используются следующие элементы:

Датчики частоты вращения и положения коленчатого и кулачкового валов 0 281 002 898 ф.«Bosch» (рис.1.5). 

Модель и обозначение датчиков аналогичны указанным для системы с ЭБУ MS6.1. Датчик положения коленчатого вала устанавливается в отверстие, выполненное в передней крышке. Для формирования сигналов датчика и определения положения коленчатого вала применяется специальный передний противовес коленчатого вала с количеством зубьев 60-2 показанный на рис.1.17.

Рис.1.17. Передний противовес коленчатого вала с количеством зубьев 60-2.

Датчик положения кулачкового вала предназначен для измерения частоты вращения кулачкового вала привода индивидуальных топливных насосов и определения его положения. Датчик устанавливается в специальное гнездо, выполненное в картере маховика, для формирования сигналов датчика применяется специальное колесо индуктивного датчика с количеством зубьев 8+1 (рис.1.18), установленное на кулачковом вале привода индивидуальных насосных секций.

Рис.1.18. Колесо датчика с количеством зубьев 8+1

Датчик температуры охлаждающей жидкости 0 281 002 209 ф. «Bosch» (рис.1.8) используется для определения температурного состояния двигателя. Устанавливается в отверстие коробки термостатов системы охлаждения двигателя. Сигнал датчика используется в функции ограничения цикловой подачи при превышении допустимой температуры двигателя с выдачей предупреждения на диагностическую лампу, корректировку стартовой подачи и начала впрыскивания топлива в зависимости от температурного состояния двигателя.

Датчик давления и температуры наддувочного воздуха 0 281 002 576    ф. «Bosch» (рис.1.9), устанавливаемый в соединительном патрубке, определяет температуру и давление воздуха во впускных коллекторах двигателя. Значения температуры и давления воздуха необходимы для определения массового расхода воздуха и корректировки цикловой подачи топлива с целью ограничения дымности двигателя.

Датчик температуры топлива 0 281 002 209 ф. «Bosch» (рис.1.8) используется для определения температуры топлива, устанавливается в канал низкого давления корпуса индивидуальных топливных насосов. Функции датчика температуры топлива – корректировка количества впрыскиваемого топлива при изменении температуры топлива и достижение параметров двигателя.

Электромагнитные клапаны индивидуальных топливных насосов UP20.

Электромагнитные клапаны индивидуальных топливных насосов UP20, установленные в корпус насоса служат для впрыскивания дозированных порций топлива в определенный момент времени. Конструкция и характеристики электромагнитного клапана обеспечивают высокую точность и быстродействие, обеспечивая регулирование дизельного двигателя в зависимости от условий работы и выполнение эффективных параметров двигателя. Сигналы на электромагнитные клапаны поступают с выходных каскадов ЭБУ.

Электронный блок управления EDC7 ф. «Bosch» (рис.1.19) обеспечивает прием и обработку сигналов датчиков, переключателей, передаваемой информации по шине CAN. В ЭБУ анализируется вся поступающая информация о режимных параметрах, о состоянии двигателя и автомобиля, обрабатывается в соответствии с заданными алгоритмами и далее выдаются управляющие сигналы на электромагнитные клапаны индивидуальных топливных насосов, обеспечивая необходимую защиту двигателя от перегрузок и строгое соответствие требуемого режима работы двигателя. Через шину CAN возможен обмен сигналами с другими системами автомобиля, через К-line осуществляется диагностика системы.

Рис.1.19. Электронный блок управления EDC7 фирмы «Bosch».

Установка жгута проводов представлена на рис.1.20

В системах с индивидуальными насосными секциями (UPS) и насос-форсунках (UIS), приводимых в действие кулачковым приводом возникает неоптимальное сочетание давления и начала впрыскивания, то есть существует достаточно небольшой момент времени, достаточный лишь для основного впрыскивания, обеспечение же дополнительных впрыскиваний проблематично. Система типа «Common Rail» преподносит максимум гибкости: давление впрыскивания и момент впрыскивания разделены, в результате чего могут быть применены многочисленные предварительные и последующие впрыскивания. Кроме того, более простая интеграция системы в двигатель, меньший уровень шума от привода и большая перспектива на будущее – все это свидетельствует в пользу системы CR.

Таким образом, стремление создать двигатель следующего поколения, соответствующий требованиям Евро-4, имеющий лучшую топливную экономичность и меньшую шумность, привело к необходимости повышения давления впрыскивания топлива до 1600…1800 бар и в зависимости от режимов двигателя:

- регулировки угла опережения впрыскивания (УОВ);

- применения предварительного и последующего впрыскивания;

- управления системами обработки ОГ и т.д.

Этим требованиям соответствует аккумуляторная система впрыскивания топлива типа «Common Rail» (CRS) с электронной системой управления. В настоящее время в мире имеется много производителей таких систем, которые в основном используются в малоразмерных дизелях, однако для восьми цилиндровых двигателей большой мощности производителей CRS мало. Фирма «Bosch» выпускает такую систему с ЭБУ EDC7.

На рис.1.21 представлен прогноз фирмы «Bosch» развития рынка систем впрыскивания. Анализ этого графика однозначно показывает приоритет системы CR.

Рис.1.21. Развитие рынка систем впрыскивания.

1.4. Система топливоподачи CRS c блоком управления EDC7UC31.

Аккумуляторная система топливоподачи типа Common Rail (CR) используется на дизелях легковых и грузовых автомобилей с непосредственным впрыском топлива.

Эта система позволяет обеспечить более широкие, в отличие от вариантов с механическим приводом ТНВД, требования по впрыску топлива, а именно:

- расширенные границы применяемости;

- повышенное давление впрыскивания (существующие системы – 1600 бар, перспективные до 2500 бар);

- изменяемый момент начала впрыскивания;

- обеспечение предварительного и последующего впрыскивания (даже очень позднего);

- регулирование давления впрыскивания (230-1600 бар) в зависимости от условий эксплуатации двигателя и автомобиля.

Система Common  Rail включает в себя (рис. 1.32.):

- контур низкого давления, а также агрегаты подачи топлива;

- контур высокого давления, включая ТНВД, топливный аккумулятор высокого давления, форсунки и магистрали высокого давления;

- система электронного регулирования работы дизеля, датчики управления и исполнительные механизмы;

Важнейшим элементом аккумуляторной системы впрыскивания является инжектор с быстродействующим электромагнитным клапаном, который открывает и закрывает распылитель, регулируя процесс впрыскивания топлива в каждом цилиндре.

Все форсунки подсоединены к топливному аккумулятору высокого давления, отсюда и название системы. Ее модульное исполнение облегчает адаптацию к конкретному двигателю.

ЭСУД предназначена для управления началом и продолжительностью основного, предварительных и последующих впрыскиваний топлива в зависимости от режимов работы двигателя, его температурного состояния, регулировочных характеристик и параметров окружающей среды. Система обеспечивает выполнение следующих функций двигателя:

- управление пусковой подачей топлива;

- коррекция цикловой подачи в зависимости от расхода воздуха;

- управление началом и продолжительностью основного, предварительных и последующих впрыскиваний топлива;

- регулирование давления впрыскивания топлива;

- снижение неравномерности работы цилиндров;

- управление вентилятором охлаждения двигателя;

- аварийный останов двигателя;

- взаимодействие с системой обработки отработавших газов DENOX и др.

Также система позволяет выполнение автомобильных функций, таких как:

- активное гашение толчков скорости транспортного средства;

- управление реле блокировки стартера;

- отключение подачи топлива в режиме «горный тормоз»;

- функция «круиз-контроль»;

- ограничение максимальной скорости автомобиля;

- взаимодействие с другими системами автомобиля через шину CAN;

- осуществление диагностических функций и передача диагностической информации через диагностический разъем по линии K-line и CAN;

- индикация о неисправности ЭСУД контрольной лампой «Check Engine»;

- обеспечение взаимодействия с другими системами управления автомобиля;

- обеспечение аварийно-предупредительной сигнализации и защиты и др.

В системе используются следующие элементы:

Датчики частоты вращения и положения коленчатого и кулачкового валов 0 281 002 898 ф. «Bosch» (рис.1.5). 

Модель и обозначение датчиков аналогичны указанным для системы с ЭБУ MS6.1. Датчик положения коленчатого вала устанавливается в отверстие, выполненное в передней крышке. Для формирования сигналов датчика и определения положения коленчатого вала применяется специальный передний противовес коленчатого вала с количеством зубьев 60-2 (рис.1.17), применяемый на двигателе с системой UPS рассмотренной выше.

Датчик положения кулачкового вала устанавливается в специальное отверстие, выполненное в корпусе редуктора привода топливного насоса высокого давления. Для формирования сигналов датчика применяется специальное колесо, которое для 8-ми цилиндрового двигателя имеет 8 зубьев и один дополнительный зуб синхронизации (всего 9), представленное на рис.1.22, а для 6-ти  цилиндрового двигателя 6 зубьев с один дополнительным зубом синхронизации (всего 7), приведенное на рис.1.23.

Рис.1.22. Установка колеса датчика в корпусе редуктора ТНВД.

Рис.1.23. Колесо датчика с количеством зубьев 6+1.

Датчик температуры охлаждающей жидкости 0 281 002 209 ф. «Bosch» (рис.1.8) используется для определения температурного состояния двигателя. Устанавливается в отверстие коробки термостатов системы охлаждения двигателя. Сигнал датчика используется в функции ограничения цикловой подачи при превышении допустимой температуры двигателя с выдачей предупреждения на диагностическую лампу, корректировку стартовой подачи и начала впрыскивания топлива в зависимости от температурного состояния двигателя.

Датчик давления и температуры наддувочного воздуха 0 281 002 576    ф. «Bosch» (рис.1.9), устанавливаемый в соединительном патрубке, определяет температуру и давление воздуха во впускных коллекторах двигателя. Значения температуры и давления воздуха необходимы для определения массового расхода воздуха и корректировки цикловой подачи топлива с целью ограничения дымности двигателя.

Датчик давления и температуры масла 0 261 230 112 ф. «Bosch» (рис.1.24), устанавливаемый на передней крышке, определяет температуру и давление масла в главной масляной магистрали двигателя. Значения температуры и давления используются для определения состояния двигателя и его защиты  при аварийных ситуациях.

Рис.1.24. Датчик давления и температуры 0 261 230 112 ф. «Bosch».

Датчик давления и температуры топлива 0 261 230 112 ф. «Bosch» (рис.1.24, 1.25), устанавливаемый в специальном корпусе в системе низкого давления топлива после топливоподкачивающего насоса, определяет температуру и давление топлива на входе в насос высокого давления. В зависимости от его сигнала корректируется объём цикловой подачи топлива по температуре, а по давлению осуществляется диагностика системы топливоподачи.

Рис.1.25. Датчик давления и температуры топлива 0 261 230 112 ф. «Bosch», установленный в специальном корпусе.

Инжектор B 445 121 460 ф. «Bosch» (рис.1.26), предназначен для точного дозирования и впрыскивания топлива в цилиндр дизеля.

Количество впрыскиваемого топлива при постоянном давлении в топливном аккумуляторе пропорционально времени включения электромагнитного клапана и не зависит при этом от частоты вращения коленчатого вала двигателя или частоты вращения вала ТНВД (регулирование впрыскивания по времени).

Инжекторы связаны с аккумулятором короткими магистралями высокого давления. Так же, как и форсунки на дизелях с непосредственным впрыскиванием топлива, инжекторы системы «Common Rail» устанавливаются в головке цилиндра с помощью зажимных скоб. Тем самым допускается возможность установки инжекторов системы «Common Rail» на дизели с непосредственным впрыскиванием топлива без кардинальной модернизации головок.

Рис.1.26. Инжектор B 445 121 460 ф. «Bosch».

Топливный насос высокого давления (ТНВД) типа CP3 с регулятором расхода топлива и шестеренчатым топливоподкачивающим насосом (ТПН)  ф. «Bosch» (рис.1.27).

Основной функцией любого ТНВД является обеспечение подачи топлива к форсункам под необходимым давлением, на любых режимах работы двигателя и в течение всего срока эксплуатации транспортного средства. Система Common Rail отличается тем, что в ней ТНВД лишен распределительных функций и необходим лишь для создания резерва топлива и быстрого повышения давления в топливном аккумуляторе.

Согласно оценке фирмы «Bosch» наиболее приемлемой схемой для ТНВД системы топливоподачи типа СR является звездообразная компоновка насоса. Звездообразную компоновку отличают хорошие габаритно-массовые параметры, высокий КПД и долговечность, приемлемые стоимостные критерии.

К ТПН предъявляются требования, аналогичные для традиционной ТПА. Фирма «Bosch» выпускает серийно шестерёнчатые и роторные насосы с механическим или электрическим приводом. Давление подачи, как правило, диктуется обеспечением наполнения и смазки, и имеет порядок 9 бар.

В ТПН встраивается редукционный клапан и клапан на входе, которые предотвращают его опорожнение и обеспечивают быструю подготовку к пуску.

Рис.1.27. ТНВД типа CP3 с регулятором расхода топлива и шестеренчатым ТПН ф. «Bosch»:

1 - ТНВД СР-3, 2 - шестеренчатый ТПН, 3 - регулятор расхода топлива.

Топливные аккумуляторы (рейлы) ф. «Bosch» (рис.1.28)

Аккумулятор высокого давления (Rail) содержит топливо под высоким давлением. Одновременно аккумулятор смягчает колебания давления, которые возникают из-за пульсирующей подачи со стороны ТНВД, а также из-за работы форсунок во время впрыскивания. Этим обеспечивается постоянство давления впрыскивания при открытии форсунки. Распределение топлива по форсункам также входит в функции аккумулятора.

Аккумулятор высокого давления в общем виде имеет форму трубки. В зависимости от конструкции двигателя конкретное исполнение аккумулятора может иметь разные формы. На аккумуляторе устанавливаются датчик давления топлива и клапан ограничения давления. В качестве дополнительного оборудования могут устанавливаться ограничители расхода топлива и клапан регулирования давления, если он не расположен на ТНВД.

На двигателе КАМАЗ применены два топливных аккумулятора (рейла), соединенных между собой трубкой высокого давления. На левом рейле установлены датчик давления топлива в рейле (рис.1.28) и клапан ограничения давления (рис.1.28).

Датчик давления топлива в рейле ф. «Bosch» (рис.1.28) служит для определения давления топлива в рейле (топливном аккумуляторе), устанавливается в переднем торце левого рейла.

Клапан ограничения давления (рис.1.28)

Клапан ограничения давления поддерживает определенную величину давления в аккумуляторе, выполняя фактически роль редукционного (предохранительного) клапана.

Рис.1.28. Левый рейл: 1 - датчик давления топлива в рейле, 2 - клапан ограничения давления.

Электронный блок управления EDC7UC31 ф. «Bosch» (рис.1.29) обеспечивает прием и обработку сигналов датчиков, переключателей, передаваемой информации по шине CAN. В ЭБУ анализируется вся поступающая информация о режимных параметрах, о состоянии двигателя и автомобиля, обрабатывается в соответствии с заданными алгоритмами и далее выдаются управляющие сигналы на инжекторы, регулятор расхода топлива, электроуправляемый вентилятор, клапан перепуска ОГ, обеспечивая необходимую защиту двигателя от перегрузок и строгое соответствие требуемого режима работы двигателя. Через шину CAN возможен обмен сигналами с другими системами автомобиля, через К-line осуществляется диагностика системы.

Электронный блок управления устанавливается с помощью специального кронштейна на корпусе водяных каналов в передней части двигателя.

Рис.1.29. Электронный блок управления EDC7UC31 ф. «Bosch».

На рис.1.30 представлен опытный образец двигателя КАМАЗ V6 c аккумуляторной системой топливоподачи типа «Common Rail» ф. «Bosch». На рис.1.31, 1.32 показаны 3D модели установки компонентов ТА и ЭСУД на двигателе КАМАЗ V6 и V8 c аккумуляторной системой топливоподачи типа «Common Rail» ф.«Bosch»

Рис.1.30. Опытный образец двигателя КАМАЗ V6 c аккумуляторной системой топливоподачи типа «Common Rail» ф. «Bosch».

Рис.1.31. 3D модель установки компонентов ЭСУД на двигателе КАМАЗ V6 c аккумуляторной системой топливоподачи типа «Common Rail» ф. «Bosch».

Из представленного выше анализа следует, что для создания двигателя следующего поколения, соответствующего требованиям Евро-4, имеющего лучшую топливную экономичность и меньшую шумность необходимо повысить давление впрыскивания топлива до 1600…1800 бар и в зависимости от режимов двигателя:

- регулировать угол опережения впрыскивания топлива;

- применять предварительное и последующие впрыскивания;

- управлять системами обработки ОГ;

- осуществлять диагностику системы.

Рис.1.32. 3D модель установки компонентов ЭСУД на двигателе КАМАЗ V8 c аккумуляторной системой топливоподачи типа «Common Rail» ф. «Bosch».

С 1990 года ОАО «КАМАЗ» имеет опыт применения топливной аппаратуры и других компонентов фирмы «Bosch», которые используются в серийном производстве двигателей и автомобилей КАМАЗ. К 2006 году в ОАО «КАМАЗ» освоен серийный выпуск дизелей и автомобилей с ЭСУ MS6.1.

В настоящее время только фирма «Bosch» готова поставлять для 8-ми цилиндрового двигателя большой размерности полнокомплектную ЭСУ включающую в себя топливную аппаратуру CRS, системы управления, включая специальное программное обеспечение, компоненты системы обработки ОГ.

Таким образом, учитывая вышеизложенное, было принято конструкторское решение о применении на двигателе КАМАЗ уровня Евро-4 топливной системы CRS с системой электронного управления на базе блока управления EDC7UC31 фирмы «Bosch».