Ступень низкого давления (рис. 8) обеспечивает топливом ступень высокого давления.
Наиболее важными компонентами ступени низкого давления являются:
- топливный бак (1);
- топливоподкачивающий насос (3) с фильт- ром-топливоприемником (2);
- трубопроводы линии низкого давления и линии возврата топлива (5,7);
- фильтр тонкой очистки топлива (4);
- секция низкого давления в ТНВД (6).
Топливоподкачивающий насос
Топливоподкачивающий насос в ступени низкого давления топлива служит для обеспечения требуемой подачи топлива к элементам ступени высокого давления. В работе топливоподкачивающ его насоса предусматривается:
- независимость от режима работы двигателя;
- минимальный шум;
- обеспечение необходимого давления;
- ресурс работы, соответствующий полному сроку службы автомобиля.
В настоящее время существуют два варианта топливоподкачивающих насосов: стан дартный вариант - электрический роторный (роликовый) насос, и альтернативный - шестеренчатый насос с механическим приводом.
Электрический топливоподкачиваюший насос Топливоподкачивающий насос с автономным электрическим приводом (рис. 9 и 10) используется только в двигателях легковых и легких коммерческих автомобилей. Этот насос служит не только для подачи топлива в ТНВД, но и в составе системы текущего контроля прекращает подачу топлива в случае аварии.
Начиная с прокручивания двигателя стартером, электрический топливоподкачивающий насос работает с постоянной частотой вращения, независимо от частоты вращения двигателя. Это означает, что насос постоянно подает топливо из топливного бака в ТНВД через фильтр тонкой очистки топлива.
Излишнее топливо направляется обратно в бак через перепускной клапан.
Контур безопасности служит для прекращения подачи топлива в случае, когда зажигание включено при неработающем двигателе.
Существуют два варианта установки топливоподкачивающих насосов с электрическим приводом - в линию низкого давления между топливным баком и фильтром тонкой очистки топлива, и внутри топливного бака. Первые крепятся к кузову автомобиля, а вторые устанавливаются на специальных опорах внутри топливного бака. Кроме наружных электрических и гидравлических соединений, на этих опорах также крепится фильтр-топливоприем- ник, индикатор уровня топлива и тангенциальная полость, служащая как резервуар топлива.
Электрический топливоподкачивающий насос включает в себя три функциональных элемента (рис. 9):
- насосную секцию (А);
- электромотор (В);
- крышку (С).
Имеется множество различных вариантов насосных элементов, применяемых в зависимости от конкретной области применения насоса. В топливной системе CR используется роторный топливоподкачивающ ий насос роликового типа (насос прямого вытеснения). Такой тип насоса включает в себя эксцентрично расположенную камеру с установленным в ней ротором и роликами, которые могут перемещаться в прорезях ротора. Вращение ротора вместе с создаваемым давлением топлива заставляют ролики перемещаться на периферию прорези, прижимаясь к рабочим поверхностям. В результате ролики действуют как вращающиеся уплотнители, посредством чего между роликами соседних прорезей и внутренней, рабочей поверхностью корпуса насоса, образуется камера.
Создание давления определяется тем, что при закрытии входной серпообразной полости объем камеры постоянно уменьшается, и когда выходное отверстие открывается, топливо течет через электромотор и выходит из штуцера в крышке на нагнетательной стороне насоса.
Электромотор включает в себя постоянный магнит и якорь, конструкция которого определяется требуемой величиной подачи при данном давлении в линии низкого давления. Электромотор и насосный элемент расположены в общем корпусе. При работающем насосе они постоянно омываются топливом, так что постоянно охлаждаются.
Такая конструкция позволяет получить хорошую характеристику электромотора без необходимости создания сложных уплотнительных элементов между насосной секцией и электромотором.
Крышка на нагнетательной стороне имеет электрические выводы и штуцер для гидравлического соединения. В ней также могут быть установлены помехоподавляю щ ие элементы.
Топливоподкачиваюший насос шестеренчатого типа На легковых, коммерческих и вседорож- ных автомобилях с топливной системой Common Rail используются топливоподкачивающие насосы ш естеренчатого типа.
Они могут быть интегрированы в корпус ТНВД и, следовательно, иметь общий с ним привод или непосредственно устанавливаться на двигатель и иметь свой привод.
Обычно применяются шестеренчатый привод или зубчатый ремень.
Основными элементами шестеренчатого насоса являются два шестеренчатых колеса (рис. 11), которые находятся в зацеплении между собой, посредством чего топливо “захватывается” в камеру, образующуюся между зубьями шестерен и стенкой корпуса насоса, и направляется к выходу на стороне нагнетания. Контактные поверхности между зубьями вращающихся шестерен обеспечивают уплотнение между сторонами всасывания и нагнетания и, таким образом, предотвращают перетекание топлива снова на всасывание.
Величина подачи шестеренчатым насосом практически пропорциональна частоте вращения коленчатого вала двигателя, поэтому величина подачи уменьшается дросселем на всасывающей стороне или ограничивается перепускным клапаном на стороне нагнетания.
Шестеренчатые насосы не требуют технического обслуживания. Для удаления воздуха из топливной системы перед пуском или в случае, когда топливный бак оказывается пустым, непосредственно на топливоподкачивающем насосе или в линии низкого давления может быть установлен насос ручной подкачки топлива.
Фильтр тонкой очистки топлива
Загрязняющие примеси в топливе могут привести к повреждению элементов ТНВД, нагнетательных клапанов и форсунок. Это требует установки топливного фильтра, который должен удовлетворять требованиям конкретной топливной системы дизеля, ибо в противном случае безошибочная работа и длительный срок службы компонентов системы не могут быть гарантированы. Дизельное топливо может также содержать воду или в виде эмульсии, или в свободном виде (конденсат из-за температурных перепадов) и, если вода присутствует в компонентах топливной системы, то это приводит к их повреждению в результате коррозии.
Подобно топливным системам других типов, система Common Rail также требует установки фильтра тонкой очистки топлива с сепаратором воды (рис. 12), откуда вода может удаляться через определенные интервалы времени. Все увеличивающееся число дизелей, устанавливаемых на легковые автомобили, привело к появлению автоматического индикатора наличия воды в виде контрольной лампы, которая сигнализирует о необходимости слива воды из камеры фильтра (это обязательно для стран, использующих дизельное топливо с большим содержанием воды).
Ступень высокого давления
Кроме создания высокого давления в ступени высокого давления предусматривается распределение топлива по цилиндрам и дозирование топлива. Наиболее важными компонентами ступени высокого давления являются (рис. 13):
- ТНВД (1) с клапаном прекращения подачи (2) и регулятором давления (3);
Назначение ТНВД (рис. 14 и 15), установленный между линией низкого давления и ступенью высокого давления, служит для создания необходим ого вы сокого давления в течение всего срока службы автомобиля.
Он также включает в себя устройство для обеспечения пусковой подачи и для быстрого повышения давления в аккумуляторе.
ТНВД постоянно создает высокое давление в топливной системе, как это требуется аккумулятором топлива. Это, следовательно, означает, что в отличие от обычных топливных систем дизелей, давление топлива не должно специально повышаться для совершения каждого рабочего цикла.
У с т р о й с т в о и к о н с т р у к ц и я
Установка ТНВД на двигатель должна быть предпочтительно на том же месте, что и для обычного ТНВД распределительного типа.
Привод ТНВД осуществляется от коленчатого вала двигателя (половина частоты вращения вала двигателя, но не более 3000 мин 1) через муфту, шестеренчатую передачу, цепь или зубчатый ремень. Смазка осуществляется подаваемым ТНВД дизельным топливом.
В зависимости от располагаемого пространства, редукционный клапан устанавливается непосредственно на ТНВД или отдельно.
Топливо внутри ТНВД сжимается тремя радиально расположенными плунжерами под углом 120° друг к другу. Поскольку имеют место три рабочих хода подачи на каждый оборот вала, то развивается только небольшой момент, и напряжения на привод насоса оказываются равномерными. Момент с о противления привода ТНВД равен 16 Н м, что составляет 1 /9 часть от момента сопротив- ления привода сопоставим ого ТНВД распределительного типа. Таким образом, в аккумуляторной топливной системе нагрузка на привод меньше, чем в дизелях с обычными топливными системами. Мощность, затрачиваемая на привод ТНВД, увеличивается пропорционально давлению, создаваемому в аккумуляторе, и частоте вращения вала ТНВД. Например, в двигателе с рабочим объемом 2,0 литра при номинальной частоте вращения и давлении в аккумуляторе 1350 бар на привод ТНВД требуется 3,8 кВт с учетом механического КПД порядка 90%. Более высокая потребная мощность (больше теоретически необходимой) может быть результатом возврата топлива из форсунок и через регулятор давления.
Работа ТНВД
Топливо из топливного бака подается на вход ТНВД (рис. 14 позиция 13) топливоподкачивающим насосом через фильтр тонкой очистки топлива с сепаратором воды.
Далее топливо проходит через противодре- нажный клапан (14) с дросселем в контур смазки и охлаждения ТНВД. Вал привода (1) с кулачком (2) приводит в поступательновозвратное движение три плунжера (3) в соответствии с формой выступов кулачка.
Поскольку давление подкачки больше давления открытия противодренажного клапана (14) (0,5 - 1,5 бар), топливоподкачивающий насос может подавать топливо через впускной клапан в камеру (4), расположенную над плунжером (рис. 14) насосного элемента, который в данный момент движется “ вниз” , то есть осуществляет ход всасывания топлива. Впускной клапан закрывается, когда плунжер проходит НМТ и, поскольку топливо не может выходить из надплунжерной камеры, оно теперь может быть сжато до давления подачи в аккумулятор.
При достижении этого давления открывается выпускной клапан (7), и сжатое топливо поступает в линию высокого давления и аккумулятор.
Плунжер ТНВД продолжает подавать топливо до тех пор, пока не достигнет ВМТ (ход нагнетания), после чего давление падает, и выпускной клапан закрывается. Давление топлива в надплунжерной камере также падает, и плунжер снова движется в сторону НМТ.
Как только давление в камере насосного элемента упадет ниже давления подкачки, впускной клапан открывается, и процесс создания высокого давления начинается снова.
Величина подачи топлива
Поскольку ТНВД проектируется для обеспечения большой подачи топлива, то на режимах холостого хода и частичных нагрузок подача топлива под высоким давлением будет избыточной. В этих случаях избыточное топливо возвращается в топливный бак через редукционный клапан. Давление топлива в баке падает, и энергия, затраченная на сжатие топлива, таким образом частично теряется. Общий КПД процесса также уменьшается вследствие необязательного подогрева топлива.
Выключение насосного элемента:
Когда один из насосных элементов (3 на рис. 14) отключается, то количество топлива, подаваемого в аккумулятор, уменьшается.
Отключение насосного элемента заставляет впускной клапан (5 на рис. 14) оставаться постоянно открытым. При получении электромагнитным клапаном пускового сигнала, шток, связанный с якорем электромагнитного клапана, удерживает впускной клапан постоянно открытым. В результате топливо, подаваемое в надплунжерную камеру, не может быть сжато во время хода нагнетания, и давление топлива в камере не повышается, поскольку топливо течет обратно в канал низкого давления. При одном выключенном насосном элементе, когда требуется небольшая мощность двигателя, ТНВД тем не менее продолжает постоянно подавать топливо, но только с короткими интервалами прекращения подачи.
Передаточное отношение привода:
Величина подачи ТНВД пропорциональна частоте вращения его вала, что, в свою очередь, есть функция частоты вращения коленчатого вала двигателя. В ходе инженерной проработки топливной системы двигателя передаточное отношение привода ТНВД определяется так, чтобы, с одной стороны, количество избыточного топлива не было слишком большим, а с другой стороны, подача топлива должна соответствовать работе на режиме максимальной мощности двигателя. Передаточное отношение по отношению к коленчатому валу двигателя обычно равно 1:2 или 2:3.
Регулятор давления
Назначение Регулятор давления поддерживает рабочее давление в аккумуляторе в зависимости от нагрузки двигателя:
- при избыточном давлении в аккумуляторе клапан регулятора открывается, и часть топлива возвращается из аккумулятора в топливный бак по линии возврата топлива.
- еслй Кцавление в аккумуляторе слишком низкое, то клапан регулятора закрывается и перекрывает ступень высокого давления от линии низкого давления.
У с т р о й с т в о и к о н с т р у к ц и я Регулятор давления (рис. 16) имеет монтажный фланец для крепления к ТНВД или к аккумулятору давления.
Для герметичного разделения ступеней высокого и низкого давления имеется шариковый клапан, установленный на якоре электромагнита. Имеются две силы, действующие на якорь. Посадка шарика на седло осуществляется под действием пружины, а подъем клапана - при включении электромагнита.
Для охлаждения и смазки электромагнит в сборе постоянно омывается топливом.
Работа регулятора давления Регулятор давления включен в два управляющих контура:
- управляющий контур низкого быстродействия для установки переменного среднего давления в аккумуляторе;
- механический управляющий контур высокого быстродействия для компенсации высокочастотных колебаний давления.
Если питание на электромагнит не подается:
В этом случае высокое давление в аккумуляторе или на выходе ТНВД приложено к клапану-регулятору давления через входной штуцер высокого давления. Поскольку в этом случае электромагнитные силы не действуют, силы давления преодолевают сопротивление пружины, в результате чего управляющий клапан открывается и остается открытым в зависимости от величины подачи.
Пружина спроектирована таким образом, что максимальное давление открытия клапана достигает 100 бар.
Если питание на электромагнит подается:
Если высокое давление должно быть увеличено, то к усилию пружины добавляется электромагнитная сила. При подаче питания на электромагнит шариковый клапан закрывается и остается закрытым до тех пор, пока не нарушится равновесие между силой высокого давления с одной стороны и комбинированными силами пружины и электромагнита с другой. Затем клапан открывается, и в результате давление топлива поддерживается постоянным. Изменение величины подачи ТНВД или слив топлива из ступени высокого давления компенсируется изменением положения клапана. Электромагнитные силы пропорциональны току питания, который изменяется под действием широтно-импульсной модуляции. Частота пульсирующих колебаний 1 кГц вполне достаточна для предотвращения нежелательного перемещения якоря электромагнита и/или колебаний давления в аккумуляторе.
Аккумулятор высокого давления
Назначение Аккумулятор (рис. 17) служит для хранения топлива под высоким давлением и одновременно обеспечивает демпфирование колебаний давления, 1^8нерируемых при подаче ТНВД.
Высокое давление в аккумуляторе является общим для всех цилиндров, откуда и следует название топливной системы “Common Rail” (“Общий путь” ). Даже при больших подачах в аккумуляторе поддерживается практически постоянное высокое давление, что обеспечивает постоянство давления во время впрыска топлива.
У с т р о й с т в о и к о н с т р у к ц и я Для обеспечения условий установки на множество различных двигателей система CR должна выполняться в различных модификациях по расположению и конструкции датчиков высокого давления, предохранительных клапанов и клапанов-ограничителей давления.
Работа аккумулятора
Внутренняя полость аккумулятора постоянно заполняется сжатым топливом. Эффект работы аккумулятора достигается в результате сжимаемости топлива, достигаемой при высоком давлении, которое во время впрыска остается в аккумуляторе практически постоянным. В аккумуляторе компенсируются также колебания давления топлива, являющиеся следствием работы ТНВД.
Датчик давления топлива в аккумуляторе Назначение
Для того чтобы выходной сигнал напряжения, посылаемый ЭБУ, соответствовал приложенному давлению, датчик давления топлива в аккумуляторе должен измерять мгновенное значение давления с адекватными точностью и быстродействием.
Устройство и КОНСТРУКЦИЯ
Датчик давления топлива в аккумуляторе (рис. 19) включает в себя следующие элементы:
- встроенный чувствительный элемент, приваренный к корпусу датчика;
- печатная плата с электронной схемой обработки сигнала.
- корпус датчика с электрическими выводами.
Топливо попадает в датчик через отверстие в аккумуляторе и канал в корпусе датчика, закрытый на конце диафрагмой, то есть топливо под давлением воздействует на диафрагму.
Чувствительный элемент датчика (полупроводник), смонтированный на диафрагме, преобразует давление в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается в обрабатывающем контуре и посылается в ЭБУ.
Работа датчика
Датчик давления топлива в аккумуляторе работает следующим образом:
При изменении формы диафрагмы электрическое сопротивление слоев, прикрепленных к диафрагме, также изменяется. Изменение формы, то есть прогиб диафрагмы приблизительно на 1 мм при давлении 1500 бар, изменяет электрическое сопротивление и вызывает изменение напряжения в измерительном мосту, на который подается питание 5 В.
Первичный сигнал изменяется в диапазоне 0 -7 0 мВ, в зависимости от прилагаемого давления, и затем усиливается в контуре обработки сигнала до 0 ,5-4,5 В.
Точное изм ерение давления топлива в аккумуляторе является определяющим (главным) фактором правильного функционирования топливной системы. Это одна из причин установки очень жестких допусков для датчика при измерении давления. Точность измерения давления датчиком в главном рабочем диапазоне составляет ±2% от полной шкалы. В случае неисправности датчика давления клапан-регулятор давления оказывается “слепым” , и система начинает работать в аварийном режиме (“ limphome” режим) при фиксированных значениях давления.
Клапан-регулятор давления Назначение Клапан-регулятор давления служит как предохранительный клапан. В случае сильного превышения расчетного давления клапан ограничивает давление в аккумуляторе путем открытия сливного канала. М аксимальное давление; кратковременно допускаемое клапаном, равно 1500 бар (150 МПа).
У с т р о й с т в о и к о н с т р у к ц и я Клапан-регулятор давления (рис.20) есть механическое устройство, включающее в себя следующие элементы:
- корпус с наружной резьбой для завинчивания в аккумулятор;
- внутренняя резьба для соединения с линией возврата топлива;
- плунжер;
- пружина.
На стороне подсоединения к аккумулятору в корпусе клапана имеется канал, закрываемый конической частью плунжера, который садится на седло внутри корпуса. При нормальных рабочих давлениях (до 1350 бар) пружина прижимает конус плунжера к седлу, и слив топлива из аккумулятора в линию низкого давления не осуществляется. Как только давление в системе становится больше максимального, плунжер под действием силы давления “ поднимается”, преодолевая сопротивление пружины клапана, и топливо под высоким давлением вытекает из аккумулятора и через канал попадает во внутреннюю полость плунжера и далее в коллектор для возврата топлива в бак. В результате давление в аккумуляторе уменьшается.
Ограничитель подачи топлива Назначение О граничитель подачи предотвращ ает выход топлива из аккумулятора через форсунку с зависшей иглой (постоянно открытой).
Для обеспечения этой функции в случаях, когда количество топлива, выходящего из аккумулятора, превысит расчетное значение, ограничитель закрывает линию высокого давления неисправной форсунки.
У с т р о й с т в о и к о н с т р у к ц и я Ограничитель подачи (рис. 21) состоит из металлического корпуса с наружной резьбой для завинчивания в аккумулятор (сторона высокого давления) и с наружной резьбой для соединения с линией высокого давления форсунки. Канал внутри корпуса обеспечивает гидравлическое соединение аккумулятора с трубопроводом линии высокого давления.
Плунжер плотно установлен в расточке корпуса и отжимается пружиной к стороне аккумулятора, продольный канал в плунжере служит для гидравлического соединения входа и выхода топлива. В конце плунжера продольный канал сужается, а в самом плунжере выполнено дроссельное отверстие.
Работа Работа в обычном режиме (рис. 22).
Плунжер ограничителя подачи в нормальном положении отжат пружиной от седла, другими словами, находится на упоре на стороне соединения с аккумулятором После впрыска топлива давление в форсунке падает и заставляет плунжер перемещаться в сторону соединения с форсункой. Ограничитель подачи компенсирует объем топлива, взятый из аккумулятора форсункой, посредством располагаемого топлива в объеме плунжера. В конце процесса впрыска плунжер отходит от седла и под действием пружины занимает промежуточное положение, и топливо может теперь проходить через дроссельное отверстие.
Усилие пружины и диаметр дроссельного отверстия рассчитываются таким образом, чтобы даже при максимальной величине впрыскиваемого топлива (плюс резерв безопасности) плунжер мог перемещаться назад, на упор (на стороне аккумулятора) и оставаться там до начала следующего впрыска.
Нарушение нормальной работы при больших утечках:
При большом количестве выходящего из аккумулятора топлива плунжер ограничителя подачи сразу отходит от упора, садится на седло и закрывает проход топлива к форсунке.
Нарушение нормальной работы при небольших утечках (рис. 22):
При небольших утечках топлива плунжер не может оставаться в положении на упоре на стороне аккумулятора, и после нескольких впрысков садится на седло на стороне форсунки.
Плунжер остается в этом положении до тех пор, пока двигатель не будет остановлен.
Форсунки Назначение
Угол опережения впрыска (начало впрыска топлива) и количество впрыскиваемого топлива (величина подачи) регулируются электрическим пусковым сигналом на форсунки.
Такие форсунки вытесняют форсунки обычного типа с отдельным распылителем в корпусе.
Подобно уже сущ ествующ им устройствам для дизелей с непосредственным впрыском топлива (DI), для установки форсунок в головке цилиндров преимущественно используются прижимы. Это означает, что форсунки системы Common Rail могут устанавливаться на существующие дизели с непосредственным впрыском топлива без особых изменений конструкции головки блока цилиндров.
Устройство И КОНСТРУКЦИЯ
Устройство форсунки (рис. 23) может быть подразделено на несколько блоков:
- распылитель с сопловыми отверстиями;
- гидравлическая сервосистема;
- электромагнитный клапан.
Топливо в форсунку подается через входной штуцер высокого давления (4) и далее в канал (10) и камеру гидроуправления (8) через жиклер (7). Камера гидроуправления соединяется с линией возврата топлива (1) через жиклер камеры гидроуправления (6), который открывается электромагнитным клапаном.
При закрытом жиклере (6) силы гидравлического давления, приложенные к управляющему плунжеру (9), превосходят силы давления, приложенные к заплечику иглы (11) форсунки. В результате игла садится на седло и закрывает проход топлива под высоким давлением в камеру сгорания.
При подаче пускового сигнала на электромагнитный клапан жиклер (6) открывается, давление в камере гидроуправления падает, и в результате сила гидравлического давления на управляющий плунжер также уменьшается.
Поскольку сила гидравлического давления на управляющий плунжер оказывается меньше силы, действующей на зап- лечик иглы форсунки, последняя открывается, и топливо через сопловые отверстия впрыскивается в камеру сгорания. Такое косвенное управление иглой ф орсунки, использующее систему мультипликатора, позволяет обеспечить очень быстрый подъем иглы, что невозможно сделать путем прямого воздействия электромагнитного клапана.
Так называемая “управляющая доза” топлива, необходимая для подъема иглы форсунки, является дополнительной по отношению к действительному количеству впрыскиваемого топлива, поэтому это топливо направляется обратно, в линию возврата топлива через жиклер камеры гидроуправления.
Кроме “управляющей дозы” в линию возврата топлива и далее в топливный бак также выходят утечки через направляющие иглы форсунки. К коллектору линии возврата топлива также подсоединяются предохранительный клапан (ограничитель давления) аккумулятора и редукционный клапан ТНВД.
Работа Форсунки
Работа форсунки может быть разделена на четыре рабочих стадии при работающем двигателе и создании высокого давления ТНВД:
- форсунка закрыта с приложенным высоким давлением;
- форсунка открывается (начало впрыска);
- форсунка полностью открыта;
- форсунка закрывается (конец впрыска).
Эти рабочие стадии являются результатом действия сил, приложенных к деталям форсунки. При остановленном двигателе и отсутствии давления в аккумуляторе форсунка закрыта под действием пружины.
Форсунка закрыта:
При закрытой форсунке питание на электромагнитный клапан не подается (рис. 23, а) При закрытом жиклере камеры гидроуправления пружина якоря прижимает шарик к седлу, высокое давление, подаваемое в камеру и к распылителю форсунки из аккумулятора, увеличивается. Таким образом, высокое давление, действующее на торец управляющего плунжера, вместе с усилием пружины держат форсунку закрытой, преодолевая силы давления в камере распылителя.
Форсунка открывается:
Перед началом процесса впрыска, еще при закрытой форсунке, на электромагнитный клапан подается большой ток, что обеспечивает быстрый подъем шарикового клапана (рис. 23,
Ь). Шариковый клапан открывает жиклер камеры гидроуправления и, поскольку теперь электромагнитная сила превосходит силу пружины якоря, клапан остается открытым, и практически одновременно сила тока, подаваемого на обмотку электромагнитного клапана, уменьшается до тока, требуемого для удерживания якоря. Это возможно потому, что воздушный зазор для электромагнитного потока теперь уменьшается. При открытом жиклере топливо может вытекать из камеры гидроуправления в верхнюю полость и далее по линии возврата топлива в бак. Давление в камере гидроуправления уменьшается, нарушается баланс давлений, и давление в камере распылителя, равное давлению в аккумуляторе, оказывается выше давления в камере гидроуправления.
В результате сила давления, действующая на торец управляющего плунжера, уменьшается, игла форсунки поднимается, и начинается процесс впрыска топлива.
Скорость подъема иглы форсунки определяется разностью расходов через жиклер и сопловые отверстия. Управляющий плунжер достигает верхнего упора, где остается, поддерживаемый “буферным” слоем топлива, образующимся в результате указанной выше разницы расходов через жиклер и сопловые отверстия. Игла форсунки теперь полностью открыта, и топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением, практически равным давлению в аккумуляторе. Распределение сил в форсунке подобно распределению в фазе открытия.
Форсунка закрывается (конец впрыска):
Как только прекращается подача питания на электромагнитный клапан, пружина якоря перемещает его вниз, и шариковый клапан закрывается. Якорь состоит из двух частей, поэтому, хотя тарелка якоря перемещается вниз заплечиком, она может оказывать противодействие возвратной пружиной, что уменьшает напряжение на якорь и шарик.
Закрытие жиклера приводит к повышению давления в камере гидроуправления при поступлении в нее топлива через “ питающий” жиклер (7) (рис. 23). Это давление, равное давлению в аккумуляторе, действует на торец управляющего плунжера, и сила давления вместе с силой пружины преодолевают силу давления, действующую на зап- лечик иглы форсунки, которая закрывается.
Скорость посадки иглы форсунки на седло, то есть скорость закрытия форсунки, определяется расходом через “ питающий” ж иклер.
Впрыск топлива прекращается, как только игла форсунки садится на седло.
Сопловые распылители форсунок Назначение Распылители, установленные в корпусах форсунок топливной системы Common Rail, должны быть тщательно подобраны к данному двигателю по условиям его работы. Конструкция распылителя определяет следующие важные показатели топливной системы:
- дозирование топлива - период впрыска и количество впрыскиваемого топлива по углу поворота коленчатого вала (в градусах п.к.в.);
- управление подачей топлива (число сопловых отверстий, форма факела струи и тонкость распыливания топлива), распределение топлива по объему камеры сгорания;
- уплотнение в камере сгорания.
Применение В дизелях с непосредственным впрыском топлива (DI) и топливной системой Common Rail применяются сопловые распылители “Тип Р” с диаметром иглы форсунки 4 мм.
Эти распылители бывают двух типов:
- распылители с подигольным объемом;
- распылители с запирающим конусом.
Ус тро й ство и ко н с тр укц и я Сопловые отверстия располагаются на наконечнике распылителя (рис. 24). Количество сопловых отверстий и их диаметр зависят от:
- количества впрыскиваемого топлива;
- формы камеры сгорания;
- закрутки потока в камере сгорания.
Входные кром ки сопловых отверстий в обоих типах распылителей закругляются методом гидроэрозионной обработки (так называемый НЕ-процесс). Указанный процесс скругления кромок имеет целью:
- предотвращение износа кромок абразивными частицами, имеющимися в топливе, и/или - для ужесточения допуска по расходу.
Для снижения эмиссии углеводородов очень важно, чтобы объем, заполняемый топливом (остаточный объем) ниже кромки седла иглы форсунки, был сведен к минимуму.
Это достигается использованием форсунок с запирающим конусом.
Ус тро й ство форсунок Распылители с подигольным объемом:
Сопловые отверсти^распылителей с подигольным объемом (рис. 25) располагаются в этой полости. В случае форсунок с круглым наконечником сопловые отверстия, в зависимости от требуемого факела распыливания топлива, выполняются механическим сверлением или методом электроискровой обработки.
Сопловые отверстия распылителей с подигольным объемом и коническим наконечником иглы всегда выполняются методом электро-эрозионной обработки
Форма подигольной полости этих распылителей может быть цилиндрической или конической с самими объемами различных размеров.
1. Распылитель с цилиндрической полостью подигольного объема и со скругленным наконечником иглы форсунки:
Такой распылитель имеет цилиндрическую и полусферическую части, что позволяет конструкторам иметь большую свободу выбора, касающегося:
- количества сопловых отверстий, - длины сопловых отверстий;
- угла факела распыливания.
Полусферическая форма наконечника иглы вместе с формой подигольного объема обеспечивают одинаковую длину сопловых отверстий.
2. Распылитель с цилиндрической полостью подигольного объема и с коническим наконечником иглы форсунки:
Распылители с такой формой используется исключительно с сопловыми отверстиями длиной 0,6 мм. Коническая форма наконечника иглы форсунки позволяет увеличить толщину стенки между радиусом скругле- ния корпуса распылителя и седлом иглы, что увеличивает прочность распылителя.
3. Распылитель с конической полостью подиго/^ного объема и с коническим наконечником иглы форсунки:
Этот вариант распылителя имеет меньший объем, по сравнению с подигольным объемом цилиндрической формы. Такая конструкция находится как бы между распылителем с запирающим конусом и распылителем с подигольным объемом цилиндрической формы. Для того чтобы обеспечить стенку равной толщины, форма конического наконечника соответствует форме подигольного объема.
Распылители с запирающим конусом:
Для того чтобы максимально уменьшить остаточный объем и, следовательно, снизить эмиссию углеводородов с ОГ, вход соплового отверстия располагается на конической поверхности седла и при закрытой форсунке запирается иглой. Это означает, что нет непосредственного соединения между подигольным объемом и камерой сгорания (рис. 26). Подигольный объем в таких распылителях значительно меньше, чем в рассмотренных выше распылителях с “ подигольным объемом” . По сравнению с ними, распылители с запирающим конусом имеют намного меньший предел нагрузки и, следовательно, изготовляются с размерами по типу “ Р” с длиной сопловых отверстий 1 мм.
Из соображений прочности наконечник корпуса распылителя имеет конусную форму.
Сопловые отверстия в этих распылителях всегда выполняются методом электро-эро- зионной обработки.
Международный центр автодиагностики Украина 2007-2017 Международный центр автодиагностики - Киев