Система питания дизельного двигателя common rail: Система питания Common Rail дизельного двигателя.

Содержание

Система питания Common Rail дизельного двигателя.

Система впрыска Common Rail

Общие сведения о системе питания Common Rail

Система впрыска Common Rail (Common Rail в переводе с английского — «общий путь», «общая рампа») является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Впрочем, аналог такой системы применяется и в бензиновых двигателях с принудительным впрыском топлива, т. е. инжекторных двигателях.
Разработчиками системы Common Rail являются специалисты известной германской фирмы Bosch. На серийных автомобилях с применением электронного управления такие системы появились в 1997 году.
В настоящее время работы по применению систем Common Rail ведутся практически во всех фирмах-производителях ТПА (R.Bosch, Lucas, Siemens, L’Orange).

Основное принципиальное отличие системы Common Rail от рассмотренной в предыдущей статье классической системы питания заключается в том, что топливо к форсункам подается не непосредственно от ТНВД, а от общего накопителя – топливной рампы. Топливная рампа (аккумулятор топлива) представляет собой толстостенный цилиндрический сосуд, способный выдерживать высокое давление, развиваемое ТНВД. В рампе поддерживается постоянное давление топлива с помощью ТНВД и регулятора давления, и каждая форсунка соединена топливопроводом с рампой.

В нужный момент блок управления формирует управляющий сигнал на электромагнитный (или пьезоэлектрический) клапан форсунки, форсунка открывается и топливо впрыскивается в цилиндр.
Таким образом, главной отличительной особенностью системы Common Rail является разделение процессов создания давления и впрыска топлива, что позволяет получить ряд преимуществ в работе.

Применение данной системы позволяет снизить расход топлива, токсичность отработавших газов, уровень шума дизеля, а также значительно улучшить его динамические характеристики. По сравнению с обычным дизелем система Common Rail позволяет снизить расход топлива до

40% при уменьшении токсичности отработавших газов и снижении шумности при работе на 10 %.
Главным преимуществом системы Common Rail является возможность управления подачей топлива посредством компьютера (электронного блока управления), что позволяет осуществлять широкий диапазон регулирования давления, количества и момента начала впрыска топлива.

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы классического дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания.
Система Common Rail включает топливный насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регулятор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу и форсунки. Все элементы объединяют топливопроводы.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. На современных дизелях, оборудованных системой питания

Common Rail применяют топливные насосы высокого давления радиально-плунжерного или плунжерного типа.
Более подробно о ТНВД радиально-плунжерного типа здесь.

Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно объединен с ТНВД.

Регулятор давления топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций: накопления топлива и содержание его под высоким давлением, смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД, распределения топлива по форсункам.

Форсунка — важнейший элемент системы, непосредственно осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе используются электрогидравлические форсунки или пьезофорсунки.

Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы форсунки.

Управление работой системы впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая объединяет датчики, блок управления двигателем и исполнительные механизмы систем двигателя. Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются форсунки, клапан дозирования топлива, а также регулятор давления топлива.

***

Принцип действия системы впрыска Common Rail

Принцип работы системы питания Common Rail достаточно прост, и попытки ее применения известны достаточно давно – более полувека назад. Тем не менее, максимального эффекта от использования такой системы питания удается получить лишь с помощью компьютерного управления работой двигателя, поэтому широкое распространение подобные системы получили лишь недавно.

Рассмотрим подробнее работу Common Rail на приведенной ниже схеме (рис. 2).

С помощью топливоподкачивающего насоса (ТПН) топливо закачивается из топливного бака и через фильтр с влагоотделителем подается в радиально-плунжерный насос высокого давления (ТНВД) , который с помощью эксцентрикового вала приводит в движение три плунжера.
Топливный насос высокого давления напрямую связан с распределительным валом и подает порцию топлива в рампу при каждом обороте, а не так как в обычном двигателе один раз за два оборота.
От ТНВД топливо под большим давлением поступает в гидроаккумулятор (топливную рампу), откуда поступает на электро- или пьезогидравлические форсунки, управляемые компьютером.
Излишки топлива от форсунок и ТНВД сливаются в топливный бак через топливопроводы слива (магистраль обратного слива).

Схему можно увеличить в отдельном окне браузера, щелкнув по ней мышкой.

В нужный момент блок управления (ЭБУ) дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска.

Начало впрыска и количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя через форсунки, зависит от начала и продолжительности сигнала электронного блока управления, формируемого на основании информации от датчиков. Этот сигнал зависит от нескольких параметров, в первую очередь — от режима работы двигателя.
Система управления дизелем включает датчики оборотов двигателя, положения коленчатого вала (датчик Холла), положения педали акселератора, расходомер воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления воздуха, температуры воздуха, давления топлива, кислородный датчик (лямбда-зонд) и некоторые другие.

Давление в системе регулируется по сигналу блока управления с помощью регулятора. На холостом ходу оно минимальное, что снижает шум работы форсунок и ТНВД, а при разгоне максимальное для обеспечения лучшей приемистости.

Многократный впрыск в системе Common Rail

Поскольку давление впрыска не зависит от оборотов двигателя и нагрузки, фактическое начало, давление и продолжительность впрыска могут быть свободно выбраны в широком диапазоне значений.
Кроме того, появляется возможность применения предварительного впрыска (или даже нескольких впрысков), регулируемого в зависимости от потребностей двигателя, что приводит к существенному сокращению шума двигателя наряду с улучшением процесса сгорания и сокращением выброса вредных веществ с отработавшими газами.

С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов. В зависимости от режима работы двигателя производится:

два предварительных впрыска — на холостом ходу;
один предварительный впрыск — при повышении нагрузки;
предварительный впрыск не производится — при полной нагрузке;
основной впрыск обеспечивает работу двигателя в режиме частичных и номинальных нагрузок.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).

***

Достоинства и недостатки системы Common Rail

Как уже отмечалось выше, использование в дизелях системы питания Common Rail вместо классической системы питания дает ощутимый прирост мощности, экологичности и экономичности двигателю. Уменьшение расхода топлива, выброса вредных веществ, шума, наряду с повышением динамических показателей достигается возможностью компьютерного управления всеми процессами впрыска, что невозможно осуществить в традиционных системах питания, даже самых сложных и совершенных.

К существенным недостаткам системы Common Rail следует отнести сложность обслуживания, требующего от технического персонала высокой квалификации и необходимость применения специального оборудования для тестирования работы системы. Поэтому, если автомобиль эксплуатируется в условиях ограниченного технического сервиса невысокого уровня, надежнее использовать классическую систему питания.

Следует отметить, что система питания Common Rail подвергает моторное масло значительным тепловым нагрузкам. Из-за более интенсивного горения верхняя часть (головка) поршней нагревается гораздо сильнее, чем у классического дизельного двигателя. Если головка поршня у классического дизеля непосредственного впрыска нагревается до

320-350 °C, при работе с системой питания Common Rail — свыше 400 °С.
В результате моторное масло выгорает и окисляется значительно интенсивнее. По этой причине в смазочной системе дизелей с впрыском типа Common Rail необходимо использовать синтетические или полусинтетические моторные масла.

***

Перспективы развития системы питания Common Rail

Совершенствование системы питания Common Rail осуществляется по пути увеличения давления впрыска. Очевидно, что чем выше давление в системе в момент впрыска, тем больше топлива успевает попасть в цилиндр за равный промежуток времени и, соответственно, реализовать большую мощность двигателя. Кроме того, впрыск под большим давлением обеспечивает высокое качество распыливания топлива форсункой, что благотворно сказывается на процессах смесеобразования и горения.
В современных двигателях повышение давления впрыска ограничивается прочностью аккумулятора топлива (рампы) и топливопроводов высокого давления, которые подвержены пульсирующим и вибрационным нагрузкам при работе двигателя и способны разрушиться.

Тем не менее, за полтора десятка лет инженерными решениями удалось увеличить давление на впрыске более, чем в полтора раза – у современных дизелей с системой питания Common Rail оно достигает 220 МПа и даже более.

Высокое давление впрыска надежнее обеспечить, используя систему питания типа насос-форсунка, о которой пойдет рассказ в следующей статье.

***

Устройство и принцип работы ТНВД системы Common Rail

Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Система впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail – это современная система впрыска дизельных двигателей. Работа системы Common Rail заключается в подаче топлива к форсункам от топливной рампы. Система впрыска была разработана специалистами фирмы Bosch.

Система Common Rail обеспечивает снижение расхода топлива, уменьшает шум работы дизельного двигателя и снижает выброс отработавших газов в атмосферу. Основное преимущество системы Common Rail — широкий диапазон регулирования давления топлива и момента начала впрыска, чего удалось достичь благодаря разделению процессов создания давления и впрыска.

Устройство системы впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail представляет собой контур высокого давления системы питания дизельного двигателя. Дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail состоит из: топливного насоса высокого давления (ТНВД), дозирующего клапана, регулятора давления топлива, топливной рампы и форсунок. Все элементы объединены топливопроводами.

1 — топливный бак; 2 — топливный фильтр; 3 – топливный насос высокого давления; 4 – топливопроводы; 5 — датчик давления топлива; 6 — топливная рампа; 7 — регулятор давления топлива; 8 – форсунки; 9 — электронный блок управления; 10 — сигналы от датчиков; 11 — усилительный блок.

ТНВД предназначен для образования высокого давления топлива в топливной рампе. На современных автомобиля применяют ТНВД плунжерного типа. Регулятор давления изменяет подачу топлива к ТНВД в зависимости от режима работы двигателя.

Дозирующий клапан топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа служит для накопления и поддержания высокого давления топлива, балансировки колебаний давления, распределения топлива по форсункам.

Форсунка — элемент системы впрыска, который отвечает за впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки соединены с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе Common Rail применяются пьезофорсунки и электрогидравлические форсунки.

Управление системой впрыска Common Rail осуществляет электронная система управления в дизеле, которая состоит из датчиков электронного управления.

Основные исполнительные механизмы системы впрыска Common Rail: форсунки, дозирующий клапан и регулятор давления топлива.

Как работает система впрыска Common Rail

На блок управления двигателя подается сигнал от датчиков, благодаря которым регулируется необходимое количество топлива, которое подается топливным насосом высокого давления через клапан дозирования топлива. ТНВД накачивает топливо в топливную рампу.

В определенный момент блок управления двигателем подает команду открытия клапана форсунки. Таким образом, блок управления управляет системой впрыска в зависимости от режимов работы двигателя.

Чтобы добиться высокой эффективности работы двигателя в системе Common Rail применяют многократный впрыск топлива на протяжении одного цикла работы двигателя. Виды впрысков: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

два предварительных впрыска — на холостом ходу;
один предварительный впрыск — при повышении нагрузки;
предварительный впрыск не производится — при полной нагрузке.

Основной впрыск реализует работу двигателя.

Дополнительный впрыск производится для регенирации сажевого фильтра за счет повышения температуры отработавших газов.

Система следует следующему принципу, чем выше давление, тем больше топлива можно впрыснуть в цилиндр за один и тот же промежуток времени, что приведет к увеличению мощности.

Что такое топливная система авто Common Rail

Система впрыска Common Rail появилась благодаря ужесточению экологических норм по выбросу вредных веществ. Расскажем что такое «коммон рейл», её устройство и принцип работы.

Что это такое

Если открыть автомобильный англо-русский словарь, то термин «коммон рейл» можно перевести как «общая магистраль». Она характеризуется впрыском топлива в цилиндр под высоким атмосферным давлением, благодаря чему снижается расход топлива на 15 процентов, а мощность двигателя вырастает на 40 процентов. Это не все достоинства. Отмечается уменьшение шума при работе двигателя, притом, что крутящий момент дизеля увеличен. Благодаря своему преимуществу, система впрыска Common Rail приобрела широкую популярность, и каждый второй современный автомобиль с дизельным двигателем оснащен этой системой.

К недостаткам относят более высокие требования к качеству дизельного топлива. При попадании мелких посторонних частиц в топливную систему авто, которая выполнена с большой точностью, управляемые форсунки могут выйти из строя. Поэтому в дизелях «коммон рейл» использование качественного топлива является обязательным условием.

Принцип работы

Принцип работы основан на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы. Давление в топливной системе создается и поддерживается независимо ни от частоты вращения коленвала двигателя, ни от количества впрыскиваемого топлива. Сами форсунки впрыскивают топливо по команде контроллера блока EDC, посредством встроенных в них магнитных соленоидов, активация которых, происходит с блока управления. Особенность «коммон рейл» — использование аккумуляторного узла, который содержит распределительный трубопровод, линии подачи топлива и форсунки. ЭБУ по заданной программе передает управляющий сигнал к соленоиду форсунки, которая подает топливо в камеру сгорания двигателя. Использование принципа разделения узла, создающего давление, и узла впрыскивания обеспечивает повышение точности управления процессом сгорания, а также увеличение давления впрыскивания.

Устройство. Из чего состоит

Common Rail состоит из трех основных частей: контура низкого и высокого давления и системы датчиков. В контур низкого давления входят: топливный бак, подкачивающий насос, топливный фильтр и соединительные трубопроводы.

Контур высокого давления состоит из насоса (заменяющего традиционный ТНВД) с контрольным клапаном, аккумуляторного узла (рампы) с датчиком, контролирующим в ней давление, форсунок и соединительных трубопроводов. Рампа представляет собой длинную трубу с поперечно расположенными штуцерами для подсоединения форсунок и выполнен двухслойным. Электронный блок управления авто получает электрические сигналы от следующих датчиков: положения коленвала, положения распредвала, перемещения педали «газа», давления наддува, температуры воздуха, температуры охлаждающей жидкости, массового расхода воздуха и давления топлива. ЭБУ на основе полученных сигналов вычисляет необходимое количество подаваемого топлива, дает команду на начало впрыска, определяет продолжительность открытия форсунки, корректирует параметры впрыска и управляет работой всей системы.

В контуре низкого давления подкачивающий насос засасывает топливо из бака, пропускает его через фильтр, в котором задерживаются загрязнения, и доставляет его к контуру высокого давления.

В контуре высокого давления насос подает топливо в аккумуляторный узел, где оно находится при максимальном давлении 135 Мпа с помощью контрольного клапана. Если контрольный клапан насоса высокого давления открывается по команде ЭБУ, топливо от насоса по сливному трубопроводу поступает в топливный бак. Каждая форсунка соединяется с рампой отдельным трубопроводом, а внутри форсунки имеется управляющий соленоид (электромагнитный клапан).

При получении электрического сигнала от ЭБУ, форсунка начинает впрыскивать топливо в соответствующий цилиндр. Впрыск топлива продолжается, пока электромагнитный клапан форсунки не отключится по команде блока управления, который определяет момент начала впрыска и количество топлива, получая данные от датчиков и анализируя полученные значения по специальной программе, заложенной в памяти компьютера.

Кроме того, блок производит постоянный контроль работоспособности системы. Поскольку в рампе топливо находится при постоянном и высоком давлении, это дает возможность впрыска небольших и точно отмеренных порций топлива. Появилась возможность впрыска предварительной порции топлива перед основной, что дает возможность значительно улучшить процесс сгорания.

Благодаря высокой точности электронного управления и повышенному давлению впрыска, сгорание топлива в моторе происходит с максимальной отдачей. Из-за этого, уменьшается расход топлива и уровень токсичности выхлопа. Common Rail повлёк развитие дизелей, т.к. экологические нормы по токсичности повышаются и это способствуют дальнейшему развитию топливной системы.

Система питания дизеля COMMON RAIL

1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЯ COMMON RAIL

2. Какие основные конструктивные решение в изменении сложившейся системы привели к конструкции Common Rail

3. Особенностью Common Rail стало использование аккумуляторного узла (резервуара), который содержит распределительный трубопровод

(общая рампа), линии подачи топлива,
форсунки и ЭБУ .

4. В чем отличие Common Rail от других систем питания дизелей?

5. В отличие от других систем питания дизелей, управляющих работой кулачковых механизмов, система Common Rail является

аккумуляторной системой, в которой
топливо находится под высоким давлением в аккумуляторном узле (Rail).

6. Система Common Rail состоит из трех основных частей: контура низкого давления, контура высокого давления и системы датчиков.

7. Что входит в контур низкого давления системы питания дизельного двигателя Common Rail ?

8. В контур низкого давления входят: топливный бак, подкачивающий насос, топливный фильтр и соединительные трубопроводы.

9. Что входит в контур высокого давления системы питания дизельного двигателя Common Rail ?

10. Контур высокого давления состоит из насоса высокого давления (заменяющего традиционный ТНВД) с контрольным клапаном,

аккумуляторного узла высокого
давления (рампы) с датчиком, контролирующим в ней давление, форсунок и
соединительных трубопроводов высокого давления.

11. Назначение, устройство топливной рампы – аккумуляторного узла?

12. Аккумуляторный узел представляет собой длинную трубу с поперечно расположенными штуцерами для подсоединения форсунок и выполнен

двухслойным (внутренний слой изготовлен из химически инертного материала).

13. Назначение ЭБУ?

14. Электронный блок управления системы Common Rail получает электрические сигналы от следующих датчиков: положения коленчатого

вала, положения
распределительного вала, перемещения педали «газа», давления наддува,
температуры воздуха, температуры охлаждающей жидкости, массового расхода
воздуха и давления топлива в аккумуляторном узле.

15. Назначение датчиков Common Rail ?

16. Датчики определяют значения соответствующих физических величин, а ЭБУ на основе полученных сигналов вычисляет необходимое

количество подаваемого топлива, дает
команду на начало впрыска, определяет продолжительность открытия форсунки,
корректирует параметры впрыска и управляет работой всей системы.

17. Принцип работы контура низкого давления?

18. В контуре низкого давления подкачивающий насос засасывает топливо из бака, пропускает его через фильтр, в котором задерживаются

загрязнения, и доставляет его к контуру высокого
давления.

19. При каком давлении топливо подается ТНВД в контур высокого давления?

20. В контуре высокого давления насос высокого давления подает топливо в аккумуляторный узел, где оно находится при максимальном

давлении 135 МПа с помощью контрольного
клапана.

21. Расположение датчиков и принцип работы Common Rail ?

22. Если контрольный клапан насоса высокого давления открывается по команде ЭБУ, топливо от насоса по сливному трубопроводу

поступает в топливный бак.

23. Каждая форсунка соединяется с аккумуляторным узлом отдельным трубопроводом высокого давления, а внутри форсунки имеется

управляющий
соленоид (электромагнитный клапан). При получении командного электрического
сигнала от ЭБУ форсунка начинает впрыскивать топливо
в соответствующий цилиндр.

24. Впрыск топлива продолжается до тех пор, пока электромагнитный клапан форсунки не отключится по команде блока управления,

который
определяет момент начала впрыска и количество топлива, получая данные от
датчиков и сравнивая полученные значения со специальной программой,
заложенной в памяти компьютера

25. В качестве подкачивающего насоса используются электрические насосы, которые могут устанавливаться как внутри бака, так и в

трубопроводе между баком и фильтром.
Конструкция таких насосов сходна с электрическими бензонасосами, которые применяют в
системах впрыска.

26. Топливоподкачивающий насос объединяет в себе электродвигатель и роликовый насос. Топливо протекает через электродвигатель и

охлаждает его.
Насосы, расположенные внутри бака, лучше охлаждаются и, как правило,
имеют меньшие размеры. На выходе из насоса имеется обратный клапан,
необходимый для обеспечения стекания топлива из трубопровода обратно в
бак.

27. Где располагается ТНВД?

28. Насос высокого давления этой системы располагается в подкапотном пространстве автомобиля, обычно в том же месте, где и ТНВД.

Насос создает
высокое давление, необходимое для впрыска топлива на всех режимах работы
дизеля.

29. Насос высокого давления приводится в действие от коленчатого вала двигателя посредством зубчатой, цепной или ременной передачи.

Насос смазывается и охлаждается
самим топливом. На входе в насос установлен предохранительный клапан, не
допускающий падения давления в системе.

30. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТНВД?

31. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТНВД?

Схема устройства ТНВД: а — продольный разрез:
1 — вал привода;
2 — эксцентриковый
кулачок;
3 — плунжер со втулкой;
4 — камера над плунжером;
5 — впускной клапан;
6 — электромагнитный клапан отключения плунжерной
секции;
7 — выпускной клапан;
8 — уплотнение;
9 — штуцер магистрали, ведущей к аккумулятору
высокого давления;
10 — клапан
регулирования давления;
11 — шариковый клапан;
12 — магистраль обратного слива
топлива;
13 — магистраль подачи топлива к ТНВД;
14 — защитный клапан с дроссельным отверстием;
15 — перепускной канал низкого давления;

32. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТНВД?

б — поперечный разрез:
1 — вал привода;
2 — эксцентриковый
кулачок;
3 — плунжер с втулкой;
4 — впускной клапан;
5 — выпускной
клапан;
6 — подача топлива

33. ЗАДАНИЕ ! Дома в тетради : 1) опишите устройство, 2) принцип работы роторного ТНВД

34. Плунжера приводятся в действие эксцентриком, установленным на вале насоса. При движении плунжера вниз под действием пружины

открывается клапан и топливо заполняет
пространство над плунжером. При ходе плунжера вверх клапан закрывается и топливо сжимается
плунжером

35. Как работает аккумуляторный узел – топливная рампа и из чего состоит?

36. Аккумуляторный узел – топливная рампа состоит из…. и устроена… ?

Аккумуляторный узел является общим
для всех цилиндров двигателя.
Применение
аккумуляторного узла
соответствующего объема снижает
пульсации давления топлива.
Для того чтобы максимально снизить
пульсации давления, объем рампы
должен быть как можно большим,
хотя, с другой стороны, это может
привести к задержке при заполнении
этого узла топливом, а
следовательно, к задержке пуска
двигателя. В связи с этим
конструкторам приходится идти на
определенный компромисс.
Изготавливается узел из
высокопрочной стали.

37. Контрольный клапан давления в топливной рампе, управляется компьютером, входящим в блок управления, и поддерживает постоянное

давление в
аккумуляторном узле. Применяются два варианта установки клапана: на насосе
высокого давления или непосредственно на аккумуляторном узле.

38. На основе сигнала от датчика давления ЭБУ определяет давление в аккумуляторном узле

39. Устройство и принцип работы форсунок в системе Common Rail ?

40. В форсунках двигателя имеются электромагниты, которые управляют работой этих форсунок, получая электрические сигналы от ЭБУ

41. Распылитель форсунки закрыт иглой, которая прижимается к седлу распылителя за счет совместного действия усилия сжатия пружины и

силы давления топлива.
Электромагнитный клапан служит только для управления давлением топлива, и при подаче
электрического тока на его обмотку уменьшает силу давления, препятствующую поднятию
иглы форсунки и началу процесса впрыска.

42. При отключении электромагнита форсунка закрывается и впрыск топлива прекращается. Топливо, просачивающееся из форсунки,

попадает в сливную магистраль.

43. Опишите из чего состоит и как работает форсунка?

44. Опишите устройство и принцип работы системы питания дизельного двигателя — Common Rail

45. За что отвечает датчик – «Положения коленвала и где он установлен»?

46. Зачем нужен и где находится датчик положения коленвала системы питания дизельного двигателя — Common Rail?

47. Дает сигнал ЭБУ где находятся поршни, служит для пуска ДВС

48. Зачем нужен и где находится датчик распредвала системы питания дизельного двигателя — Common Rail ?

49. Дает сигнал ЭБУ где находятся клапан, служит для впрыска топлива

50. Зачем нужен и где находится датчик педали «газа» системы питания дизельного двигателя — Common Rail ?

51. Дает сигнал ЭБУ где сколько топлива нужно подать в цилиндр, служит для впрыска топлива

52. Зачем нужен и где находится датчик «дроссельной заслонки» системы питания дизельного двигателя — Common Rail ?

53. Дает сигнал ЭБУ где сколько топлива нужно подать в цилиндр, служит для впрыска топлива

54. Зачем нужен и где находится датчик «массового расхода воздуха» системы питания дизельного двигателя — Common Rail ?

Зачем нужен и где находится датчик «массового расхода
воздуха» системы питания дизельного двигателя Common Rail ?

55. Дает сигнал ЭБУ где сколько воздуха поступило в цилиндр, служит для впрыска топлива

56. Зачем нужен и где находится датчик «детонации» системы питания дизельного двигателя — Common Rail ?

57. Дает сигнал ЭБУ начала детонации в цилиндре, служит для избежания «разноса» ДВС

58. Зачем нужен и где находится датчик «температуры двигателя» системы питания дизельного двигателя — Common Rail ?

59. Дает сигнал ЭБУ начала детонации в цилиндре, служит для избежания «заклинивания» ДВС

60. Зачем нужен и где находится датчик «кислорода» системы питания дизельного двигателя — Common Rail ?

61. Дает сигнал ЭБУ сигнал «пропуска зажигания», служит для сокращения вредных выбросов и расхода топлива ДВС

63. ЭБУ по заданной программе передает управляющий сигнал к соленоиду форсунки, которая подает топливо в камеру сгорания двигателя

64. На основании сигналов каких датчиков ЭБУ определяет количество топливо которое необходимо впрыснуть в цилиндр?

65. Какая из приведенных топливных систем является

66. ЗАДАНИЕ ! Запомните и напишите в тетради схему устройства и принципа работы системы Common Rail на всех режимах работы

двигателя

67. Опишите устройство и принцип работы системы питания дизельного двигателя — Common Rail

68. Какая это система питания дизельного двигателя и почему?

69. Какая это система питания дизельного двигателя, почему и чего в ней нет?

70. Какая это система питания дизельного двигателя и почему?

72. В последнее время все большее применение на грузовых автомобилях и автобусах находит система подачи топлива HEUT (Hydraulically

Actuated Unit Ignition)
— электронная гидравлическая система впрыска.

73. Что является основным узлом HEUT (Hydraulically Actuated Unit Ignition) — электронная гидравлическая система впрыска.

74. Основным узлом системы HEUT является насос-форсунка; кулачковый вал привода исполнительных механизмов насос-форсунок здесь

Основным узлом системы HEUT является насос-форсунка;
кулачковый вал привода исполнительных механизмов насосфорсунок здесь заменен гидроприводом.
Масло подается в насосфорсунку по специальной
магистрали из системы
смазки двигателя под
давлением около 25 МПа.
Попадая в насос-форсунку,
масло воздействует на
соответствующий масляный
плунжер, перемещающий
топливный плунжер. Этот
плунжер из-за своего
меньшего диаметра создает
высокое давление впрыска
(свыше 160 МПа), что дает
возможность добиться
лучшего распыления
топлива и оптимизации его
смешивания с воздухом.

75. Какие + у системы HEUT?

76. В отличие от других систем давление в системе HEUT абсолютно не зависит от частоты вращения двигателя и обеспечивает подачу

топлива в
камеру сгорания в нужный момент времени и в оптимальном количестве.

77. THE END

Common Rail – что это? Особенности, принцип работы и преимущества

Популярность дизельных двигателей объясняется сочетанием экономичности и высокого КПД. Одной из причин впечатляющих эксплуатационных характеристик стала разработка системы впрыска Common Rail, которая совершенно заслуженно входит в число наиболее прогрессивных и передовых технологий подачи топлива в силовую установку. Сегодня ею оборудованы практически все дизельные ДВС, которые используются на транспортных средствах различного вида, начиная с автомобилей и заканчивая мощными сельскохозяйственными или дорожно-строительными машинами.

Определение

Common Rail представляет собой систему впрыска топлива для дизельного двигателя. Главной отличительной особенностью выступает общая магистраль или рампа, расположенная между ТНВД и форсунками. Именно она и дала название устройству, так как common rail переводится в английского как «общий путь» или «общая магистраль». Такая конструкция позволяет подавать дизтопливо под давлением, увеличивая общую эффективность работы двигателя.

Датой появления системы считается 1996 год, когда разработка компании Bosch была впервые установлена на серийный автомобиль. Популярность двигателей, оснащенных Common Rail, объясняется способностью достигать требуемой мощности при низком потреблении дизельного топлива. По стандартным оценкам использование системы уменьшает расход солярки на 15% при одновременном увеличении мощности двигателя на 40%.

Дополнительным и в современных условиях весьма важным достоинством рассматриваемой конструкции подачи топлива выступает соответствие современных экологическим стандартам. Заметное уменьшение токсичности выхлопных газов и низкий уровень издаваемое в процессе эксплуатации шума – вот еще две не менее серьезные причины востребованности и широкого распространения дизельных двигателей с использованием Common Rail.

Конструктивные особенности

Устройство Common Rail в значительной степени напоминает систему подачи топлива в инжекторных бензиновых двигателях. Перед впрыском дизельного топлива в цилиндры происходит аккумулирование давления, в результате чего такую конструкцию нередко называют аккумуляторной топливной системой.

Конструкция Common Rail предусматривает три основных элемента: стандартные для любого дизельного двигателя контуры высокого и низкого давления, а также дополняющий их электронный блок контроля и управления. Контур низкого давления практически не отличается от обычных системы и состоит из стандартного набора частей, включающего:

топливный бак;
топливный фильтр;
подкачивающий насос;
комплект соединительных трубопроводов.

Основные отличия Common Rail от обычного дизельного двигателя заключаются в устройстве контура высокого давления, состоящего из таких элементов:

насос, который заменяет стандартный ТНВД и оснащается контрольным клапаном;
аккумуляторный узел или рампа, также оборудованная датчиком для контроля давления. Она изготавливается в виде достаточно длинной двухслойной трубы, на которой размещаются штуцеры, предназначенные для фиксации форсунок;
форсунки;
комплект соединительных трубопроводов.

Важное значение для эффективной эксплуатации рассматриваемой системы имеет работа электронного блока управления или ЭБУ. Он включает в себя несколько датчиков, в автоматическом режиме передающих сигналы о следующих параметрах и характеристиках двигателя:

положения распределительного и коленчатого вала;
положение педали «газа»;
уровень давления наддува;
температура воздуха и охлаждающей жидкости;
уровень давления топлива;
массовый расход воздуха.

Анализ полученных данных производится ЭБУ также в автоматическом режиме, результатом чего становятся определение требуемого количества топлива, времени открытия форсунки и других рабочих параметров системы. После этого подается команда на начало впрыска и цикл повторяется по новой.

Принцип действия Коммон Рейл

Описанное выше устройство Common Rail обеспечивает простую и при этом эффективную работу двигателя. Сначала подкачивающий насос, входящий в контур низкого давления, засасывает дизельное топливо из бака. Далее оно очищается, проходя через фильтр, и поступает в контур высокого давления.

Затем горючее перемещается в аккумуляторный узел, где его давление повышается. Максимальное значение этого показателя составляет 135 МПа и контролируется автоматикой. После поступления команды от ЭБУ на впрыск контролирующий клапан открывается и топливо поступает бак через трубопроводы, соединенные с форсунками на рампе. На каждой форсунке устанавливается отдельный электромагнитный клапан или соленоид, управляющий ее работой, что является еще одной важной отличительной особенностью системы.

Наличие в системе ЭБУ позволяет с высоким уровнем точности управлять как параметрами давления топлива, так и количеством сжигаемого горючего. Следствием этого выступает максимальная отдача при сгорании топлива, которая сопровождается уменьшением его расхода при одновременном увеличении КПД дизельного двигателя. В качестве приятного и полезного бонуса происходит сокращение токсичности выхлопа.

Вывод

Популярность и широкое распространение Common Rail объясняется очевидными преимуществами системы перед любыми альтернативными вариантами. Большая часть достоинств уже была озвучена выше, однако, для большей наглядности целесообразно еще раз обратить на них внимание. Итак, наиболее важными плюсами рассматриваемой системы выступают:

высокий КПД двигателя, который достигается за счет более эффективного сжигания топлива;
существенное (до 15%) сокращение расхода горючего;
еще более серьезное (до 40%) увеличение мощности двигателя;
снижение показателей токсичности выхлопных газов, что позволяет двигателю полностью соответствовать современным экологическим стандартам.

Сочетание настолько впечатляющих характеристик выступает лучшим и весьма наглядным объяснением того, что практически все дизельные двигатели оснащаются сегодня Common Rail. Более того, возможности технологии далеко не исчерпаны, что позволяет надеяться на дальнейшее совершенствование системы.

Устройство и принцип работы системы Common Rail

Схема и детали системы

Высокое давление 230-1800 бар.

Давление в обратной магистрали форсунок, 10 bar.

Давление в напорной магистрали, Давление в обратной магистрали.

1. Подкачивающий топливный насос.
Осуществляет постоянную подкачку топлива в напорную магистраль.

2. Топливный фильтр с клапаном предварительного подогрева.
Клапан предварительного подогрева препятствует при низких температурах окружающей среды засорению фильтра кристаллизующимися парафинами.

3. Дополнительный топливный насос.
Подаёт топливо из напорной магистрали к топливному насосу.

4. Сетчатый фильтр.
Предохраняет насос высокого давления от попадания инородных частиц.

5. Датчик температуры топлива.
Измеряет текущую температуру топлива.

6. Насос высокого давления (ТНВД).
Создаёт давление, необходимое для работы системы впрыска.

7. Клапан дозирования топлива.
Регулирует количество топлива, которое необходимо подать в аккумулятор высокого давления.

8. Регулятор давления топлива.
Регулирует давление топлива в магистрали высокого давления.

9. Аккумулятор давления (топливная рампа).
Накапливает под высоким давлением топливо,необходимое для впрыска во все цилиндры.

10. Датчик давления топлива.
Измеряет текущее давление топлива в магистрали высокого давления.

11. Редукционный клапан.
Поддерживает давление в обратной магистрали форсунок системы впрыска на уровне 10 бар. Такое давление необходимо для работы форсунок.

12. Форсунки.

Система впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail представляет систему впрыска топлива для дизельных двигателей с аккумулятором высокого давления. Термин «Common Rail» означает «общая балка или рампа» и служит для обозначения общей топливной рампы
(аккумулятора давления) для всех форсунок ряда цилиндров.

В данной системе процесс впрыска отделён от процесса создания высокого давления. Необходимое для системы впрыска высокое давление создаётся с помощью отдельного топливного насоса высокого давления (ТНВД).
Топливо, находящееся под высоким давлением, накапливается в аккумуляторе давления (топливной рампе)
и через короткие топливопроводы высокого давления подаётся к форсункам.
Управление системой впрыска Common Rail осуществляется системой управления двигателя Bosch EDC.

Система впрыска Common Rail располагает большими возможностями для регулирования давления и параметров впрыска в соответствии с режимом работы двигателя. Это создает хорошие предпосылки для удовлетворения постоянно растущих требований к системе впрыска в плане улучшения экономичности, снижения токсичности ОГ и шумности двигателя.

Форсунки

В данной системе впрыска Common Rail используются пьезоэлектрические форсунки.

Управление форсунками осуществляется исполнительным механизмом, основанном на использовании пьезоэлемента. Скорость переключения такого механизма во много раз выше, чем у форсунки с электромагнитным клапаном.

Кроме того, масса подвижной иглы у распылителя пьезоэлектрической форсунки примерно на 75 % меньше, чем у форсунки с электромагнитным приводом.

Это обеспечивает пьезоэлектрическим форсункам следующие преимущества:

* короткое время переключения
* возможность произвести несколько впрысков в течение рабочего такта
* точность дозировки впрыска

Работа пьезофорсунки Common Rail

И для интереса. Как изготавливается форсунка Common Rail Piezo на заводе.

Процесс впрыска

Высокая скорость переключения пьезоэлектрической форсунки позволяет гибко и с высокой точностью управлять фазами впрыска и дозировать подачу топлива. Благодаря этому управление процессом впрыска топлива может осуществляется в точном соответствии с потребностью двигателя в определённый момент времени. За время такта может быть произведено до пяти отдельных впрысков.

ТНВД

Насос высокого давления представляет собой одноплунжерный насос. Привод насоса осуществляется через зубчатый ремень коленвала с частотой, равной частоте оборотов двигателя. ТНВД предназначен для создания в топливной магистрали давления до 1800 бар, необходимого для работы системы впрыска. С помощью двух кулачков, развёрнутых на приводном вале на 180°, скачок давления формируется синхронно с впрыском во время рабочего такта конкретного цилиндра. Это обеспечивает равномерную нагрузку привода насоса и снижает колебания давления в области высокого давления.
Для снижения трения при передаче усилия от приводных кулачков к плунжеру насоса между ними установлен ролик.

Устройство насоса высокого давления

Схематическое представление насоса высокого давления.

Вернутся к началу страницы

Common rail

Дизельный двигатель, как силовая установка, давно занял лидирующие позиции в сфере коммерческого транспорта. И не мудрено, что такие качества как мощность, экономичность и надежность дизельного двигателя стали востребованы и в легковом транспорте. Современные технологии и конструктивные решения позволили расширить модельный ряд легковых автомобилей, оснащённых дизельными двигателями. Одной из самых распространённых систем является common rail.

Применение технологии common rail позволяет обеспечить низкий расход топлива, снизить шум работы двигателя и повысить экологичность.

COMMON RAIL — что это

Топливная система common rail (дословно – «общая магистраль»). Конструктивно система common rail состоит из трех основных звеньев, каждая из которых включает в себя определенный набор компонентов.

Первое звено — система подачи топлива по магистрали низкого давления. Основными ее элементами являются топливный насос низкого давления и фильтры грубой и тонкой очистки.

Второе звено — линия высокого давления. Включает в себя: топливный насос высокого давления, аккумулятор топлива и форсунки.

Третье звено — электронная система управления, состоит из датчиков, электронного блока управления и исполнительных устройств.

Как работает система common rail

В традиционных системах впрыска давление топлива создается отдельно для каждого цикла впрыска. В системе Common Rail процессы создания давления топлива и собственно впрыска разделены, так что топливо всегда готово к подаче в цилиндр. Давление топлива создается топливным насосом высокого давления. Насос создает давление топлива и подает его по трубопроводу высокого давления к входу в рампу, которая выступает в роли общего резервуара для всех форсунок. Так и появилось название «общая топливная рампа» – Common Rail. Отсюда топливо подается к отдельным форсункам, которые впрыскивают его в камеры сгорания цилиндров.

Разновидности систем common rail.

Система common rail имеет различные модификации.

Общепринятая спецификация различает несколько конфигураций системы common rail. Выбор установленной на автомобиле конфигурации зависит, прежде всего, от транспортного средства (для легковых автомобилей либо грузовых автомобилей). Принципиальная схема работы остается неизменной

Различия касаются, в основном, системы предварительной подачи топлива в контуре низкого давления и организации архитектуры системы.

Кроме того системы common rail могут отличатся схемой реализации используемого типа форсунок.

Тип 1. С электромагнитным клапаном

Тип 2. С пьезоэлектрическим приводом

Оба типа могут устанавливаться на дизельные двигатели как легкового, так и грузового транспорта.

Проблемы, возникающие при эксплуатации двигателей с системой common rail

Высокая технологичность данной системы позволяет значительно повысить мощность двигателя, гибкость его работы и надежность. Однако применение такой системы накладывает определенные требования к качеству топлива и качеству обслуживания. Дело в том, что выход из строя какого-либо компонента системы, является причиной полной остановки работы двигателя. Особо следует следить за форсунками и их чистотой, так как выход форсунок из строя грозит серьезными тратами.

Профилактика работы системы common rail

Существенно увеличить надежность и ресурс системы common rail позволяет правильное и своевременное техническое обслуживание и соответствующая профилактика.

Прежде всего, необходимо позаботиться о качестве топлива. К сожалению, не всегда есть возможность убедиться в качественных характеристиках топлива. Избежать проблем в таком случае позволяют топливные присадки. На рынке предлагается огромное количество присадок различных производителей. Мы рекомендуем использовать топливные известных производителей, использующих высококачественное сырье и современные технологии. Присадки таких производителей отличаются высокой эффективностью и безопасностью применения.

Система common rail, в силу своих конструктивных особенностей особенно трепетно относиться к чистоте всей системы и форсунок. К сожалению, качество дизельного топлива во многих регионах приводит к повышенному износу системы.

Поэтому, уход за топливной системой common rail следует разделить на два этапа:

Этап 1. Очистка форсунок от нагара и загрязнений. Крайне важный этап, позволяющий избавиться от повышенного нагара на форсунках. Очистку форсунок следует проводить не реже 1 раза в сервисный интервал! Оптимальная частота очистки форсунок – каждые 3-5 тыс км. пробега. К счастью, сейчас для очистки форсунок и топливной системы не нужно ее разбирать. Команда технологов немецкой компании Liqui Moly создала специальный препарат для очистки форсунок от нагара и загрязнений — Промывка дизельных систем Diesel Spulung. Регулярное применение промывки позволяет содержать форсунки в чистоте, тем самым, значительно увеличивая их ресурс.

Этап 2. Использование защитной (комплексной) топливной присадки. Также необходимый этап при эксплуатации систем с common rail, так как топливная аппаратура значительно страдает от коррозии. Задача данного типа присадок, в первую очередь, защита от коррозии. Мы рекомендуем использовать присадку Liqui Moly Diesel Systempflege. Она прекрасно защищает топливную аппаратуру от коррозии, а за счет специальных компонентов нивелирует низкие смазывающие свойства низкосернистого топлива (Euro стандарта).

Защита топливного фильтра дизельных автомобилей

Топливный фильтр присутствует на любом дизельном автомобиле. Крайне важным является его правильная замена. Подробнее можно прочитать в этой статье.

Особенности эксплуатации системы common rail в зимний период

Не секрет, что самым тяжелым испытанием для топливной аппаратуры дизельного двигателя является его эксплуатация в зимний период.

Морозы и холодный пуск не прибавляют здоровья топливной аппаратуре. Дизельное топливо зимой должно обладать такими же характеристиками, как и в летний период. Для улучшения низкотемпературных свойств топлива и бесперебойной работы системы common rail рекомендуется использовать только качественные антигели! Дизельный антигель Diesel Fliess-Fit является победителем многих тестов как многих температурных тестов, так и обладает великолепными смазывающими свойствами, чего нет у дешевых аналогов.

Он предназначен для поддержания топлива в жидком состоянии при низких температурах до -31 °C. Используется для самых современных дизельных систем — присадка разработана по высочайшим стандартам в отношении безопасности для систем автомобиля.

Итог

Современные дизельные топливные системы common rail позволяют качественно улучшить характеристики дизельного двигателя, но также и предъявляют более жесткие требования к обслуживанию. Надежность и большой ресурс системы common rail обеспечивается правильным уходом и применением правильных и высокачественных топливных присадок.

Система впрыска топлива Common Rail

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : В системе Common Rail топливо распределяется по форсункам от аккумулятора высокого давления, называемого рампой. Рельс питается от топливного насоса высокого давления.Давление в рампе, а также начало и конец сигнала, активирующего форсунку для каждого цилиндра, контролируются электроникой. Преимущества системы Common Rail включают гибкость в управлении как моментом впрыска, так и скоростью впрыска.

Введение

Достоинства архитектуры системы впрыска Common Rail были признаны с момента разработки дизельного двигателя. Ранние исследователи, в том числе Рудольф Дизель, работали с топливными системами, которые содержали некоторые важные особенности современных систем впрыска дизельного топлива с общей топливной магистралью.Например, в 1913 году патент на систему впрыска Common Rail с механически управляемыми форсунками был выдан компании Vickers Ltd. из Великобритании [2092] . Примерно в то же время в Соединенных Штатах был выдан еще один патент Томасу Гаффу на топливную систему для двигателя с искровым зажиганием с прямым впрыском в цилиндр, использующего электромагнитные клапаны с электрическим приводом. Дозирование топлива производилось путем контроля времени, в течение которого клапаны были открыты [2085] . Идея использования клапана впрыска с электрическим приводом на дизельном двигателе с топливной системой Common Rail была разработана Бруксом Уокером и Гарри Кеннеди в конце 1920-х годов и применена к дизельному двигателю Atlas-Imperial Diesel Engine Company в Калифорнии в начале 1930-х годов. [2184] [2183] [2178] [2182] .

Работа над современными системами впрыска топлива Common Rail была начата в 1960-х годах компанией Societe des Procedes Modernes D’Injection (SOPROMI) [2086] . Однако пройдет еще 2–3 десятилетия, прежде чем регулирующее давление подстегнет дальнейшее развитие и технология станет коммерчески жизнеспособной. Технология SOPROMI была оценена компанией CAV Ltd. в начале 1970-х годов, и было обнаружено, что она дает мало преимуществ по сравнению с существующими системами P-L-N, которые использовались в то время. По-прежнему требовалась значительная работа для повышения точности и производительности соленоидных приводов.

Дальнейшая разработка дизельных систем Common Rail началась в 1980-х годах. К 1985 году Industrieverband Fahrzeugbau (IFA) из бывшей Восточной Германии разработал систему впрыска Common Rail для своего грузовика W50, но прототип так и не поступил в серийное производство, и через пару лет проект был прекращен. [2096] . Примерно в то же время General Motors также разрабатывала систему Common Rail для применения в своих легких двигателях IDI [2174] .Однако с отменой их программы по производству легких дизельных двигателей в середине 1980-х годов дальнейшее развитие было остановлено.

Спустя несколько лет, в конце 1980-х — начале 1990-х, производители двигателей начали ряд проектов по развитию, которые позже были приняты производителями оборудования для впрыска топлива:

Компания Nippondenso доработала систему Common Rail для грузовых автомобилей [2093] [2094] , которую они приобрели у Renault и которая была запущена в производство в 1995 году на грузовиках Hino Rising Ranger.
В 1993 году Bosch — возможно, из-за некоторого давления со стороны Daimler-Benz — приобрел технологию UNIJET, первоначально разработанную усилиями Fiat и Elasis (дочерняя компания Fiat), для дальнейшей разработки и производства [2099] . Система Common Rail для легковых автомобилей Bosch была введена в производство в 1997 году для автомобилей Alfa Romeo 156 [194] 1998 модельного года и Mercedes-Benz C-класса.
Вскоре после этого Лукас объявил о контрактах на Common Rail с Ford, Renault и Kia, производство которых начнется в 2000 году.
В 2003 году Fiat представил систему Common Rail нового поколения, способную производить 3-5 впрысков / цикл двигателя для двигателя Multijet Euro 4.

Дополнительную информацию об истории систем Common Rail можно найти в литературе [2178] [2940] .

Целью этих программ развития, начатых в конце 1980-х — начале 1990-х годов, была разработка топливной системы для будущего легкового автомобиля с дизельным двигателем. В начале этих усилий было очевидно, что в будущих дизельных автомобилях будет использоваться система сгорания с прямым впрыском из-за явного преимущества в экономии топлива и удельной мощности по сравнению с преобладающей в то время системой сгорания с непрямым впрыском.Цели разработок включали комфорт вождения, сравнимый с бензиновыми автомобилями, соответствие будущим ограничениям выбросов и улучшенную экономию топлива. Рассматривались три группы архитектур топливной системы: (1) распределительный насос с электронным управлением, (2) насос-форсунка с электронным управлением (EUI или насос-форсунка) и (3) система впрыска Common Rail (CR). Хотя усилия по каждому из этих подходов привели к созданию коммерческих топливных систем для серийных автомобилей, система Common Rail обеспечила ряд преимуществ и в конечном итоге станет доминирующей в качестве основной топливной системы, используемой в легковых автомобилях.Эти преимущества включали:

Давление топлива не зависит от оборотов двигателя и условий нагрузки. Это обеспечивает гибкость в управлении как количеством впрыска топлива, так и моментом впрыска, а также обеспечивает лучшее проникновение и смешивание даже при низких оборотах двигателя и нагрузках. Эта особенность отличает систему Common Rail от других систем впрыска, в которых давление впрыска увеличивается с увеличением числа оборотов двигателя, как показано на Рисунке 1 [289] . Эта характеристика также позволяет двигателям создавать более высокий крутящий момент на низких оборотах, особенно если используется турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT).Следует отметить, что, хотя системы Common Rail могут работать с максимальным давлением в рампе, поддерживаемым постоянным в широком диапазоне оборотов двигателя и нагрузок, это делается редко. Как обсуждается в другом месте, давление топлива в системах Common Rail можно регулировать в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя, чтобы оптимизировать выбросы и производительность, обеспечивая при этом долговечность двигателя. Рисунок 1 . Взаимосвязь между давлением впрыска и частотой вращения двигателя в различных системах впрыска
Понижены требования к пиковому крутящему моменту топливного насоса. По мере развития двигателей с высокоскоростным прямым впрыском (HSDI) большая часть энергии для смешивания воздуха с топливом поступала от импульса распыления топлива, в отличие от вихревых механизмов, используемых в более старых системах сгорания IDI. Только системы впрыска топлива под высоким давлением могли обеспечить энергию смешивания и хорошую подготовку к распылению, необходимую для низких выбросов ТЧ и УВ. Для выработки энергии, необходимой для впрыска топлива примерно за 1 миллисекунду, обычный распределительный насос должен обеспечивать почти 1 кВт гидравлической мощности за четыре (в 4-цилиндровом двигателе) 1 мс скачков за один оборот насоса, что создает значительную нагрузку на приводной вал [922] .Одна из причин тенденции к использованию систем Common Rail заключалась в том, чтобы минимизировать требования к максимальному крутящему моменту насоса. В то время как требования к мощности и среднему крутящему моменту и для насоса Common Rail были схожими, подача топлива под высоким давлением осуществляется в аккумулятор, и, таким образом, пиковый расход (и пиковый крутящий момент, необходимый для привода насоса) не обязательно должен совпадать с событие впрыска, как в случае с распределительным насосом. Поток нагнетания насоса можно распределить на более длительную часть цикла двигателя, чтобы поддерживать более равномерный крутящий момент насоса.
Улучшено качество шума. Двигатели DI характеризуются более высоким пиковым давлением сгорания и, следовательно, более высоким уровнем шума, чем двигатели IDI. Было обнаружено, что улучшенный шум и низкие выбросы NOx лучше всего достигаются путем введения пилотного (-ых) впрыска (ов). Это было проще всего реализовать в системе Common Rail, которая была способна обеспечивать стабильную подачу небольшого количества пилотного топлива во всем диапазоне нагрузки / скорости двигателя.

###

Системы Common Rail
| Cummins Inc.
Cummins увеличивает время безотказной работы вашего автопарка при низких затратах на техническое обслуживание. Как единственная организация топливных систем, основанная на опыте глобального поставщика двигателей, Cummins предлагает ряд различных систем, соответствующих потребностям вашего автомобиля или автопарка.
Топливная система XPI среднего класса
Этот пакет топливной системы, воплощающий технологию сверхмощной топливной системы в двигателях среднего класса, гарантирует, что насос и форсунки работают идеально согласованно. Предлагаемая как с масляной, так и с топливной смазкой, система обеспечивает лучшее в отрасли давление впрыска и, как специализированная система, обеспечивает оптимальные характеристики двигателя и улучшенную экономию топлива для двигателей среднего класса.
Системы могут быть полезны благодаря одноцилиндровому насосу высокой производительности, способному удовлетворить потребности в лошадиных силах, минимизируя при этом занимаемое пространство и общую стоимость владения. Кроме того, модуль управления Cummins контролирует и регулирует параметры топливной форсунки и насоса, чтобы обеспечить стабильную производительность впрыска топлива в течение всего срока службы двигателя. Лучшая в отрасли конструкция форсунок обеспечивает общее повышение топливной экономичности двигателя автомобиля.
Технология смазывания маслом
Модульная конструкция с масляной смазкой доступна для двигателей 5–12 литров, обеспечивая максимальную устойчивость к топливу.
Оптимальная конструкция обеспечивает низкую передачу масла в топливо, максимизируя срок службы сажевого фильтра для повышения долговечности за счет уменьшения повреждения форсунок из-за высокого давления и утечки горячего топлива.
Технология смазки топливом
Модульная конструкция с топливной смазкой для двигателей 5–12 литров позволяет создать компактный насос с высокой топливной экономичностью, который можно адаптировать к широкому спектру двигателей, обеспечивая при этом самые высокие в мире стандарты выбросов топлива.
Помимо уменьшения занимаемой площади, что обеспечивает большую гибкость, есть также минимальная утечка и отсутствие давления передачи масла в топливо, что снижает повреждение форсунок из-за высокого давления и утечки горячего топлива.
Топливная система XPI для тяжелых условий эксплуатации
Cummins HD XPI System — это система Common Rail, которая обеспечивает самое высокое давление впрыска по сравнению с любой другой системой Common Rail. Система XPI, в первую очередь предназначенная для средних и тяжелых условий эксплуатации, является результатом передовой технологии Cummins на рынке. XPI обеспечивает лучшее в отрасли давление впрыска и, как специализированную систему, обеспечивает оптимальную производительность двигателя и улучшенную экономию топлива для приложений среднего класса.
Common Rail Преимущества:
Лучшее в отрасли давление впрыска с большим объемом топлива под давлением в форсунке для улучшения возможности многократного впрыска, оптимального сгорания и экономии топлива
Конструкция инжектора и насоса с малой утечкой для минимизации обратного потока нагретого топлива — для повышения экономии топлива и максимальной долговечности топливной системы
Конструкция топливного насоса с масляной смазкой и привода форсунок с повышенным давлением для дополнительной устойчивости к повреждениям от мусора и повышенной устойчивости к свойствам топлива
Насос доступен в двух- и трехцилиндровых моделях с множеством конфигураций, обеспечивающих гибкость применения и установки
Максимальное давление 2600 бар
Форсунки Common Rail
Cummins предлагает топливные форсунки мощностью от 1600 до 2600 бар.
Преимущества:
Конструкция, работающая под давлением, более устойчива к повреждениям от мусора, переносимого топливом, чем система со сбалансированным давлением. Чтобы избежать обратного потока нагретого топлива и необходимости в системе охлаждения топлива, топливные форсунки Cummins имеют полости под пружины под давлением, которые обеспечивают минимальную утечку или ее отсутствие, устраняют необходимость в дополнительном охлаждении и улучшают общую экономию топлива.
Cummins предлагает систему, укомплектованную герметичными форсунками, что делает продукт надежным и долговечным.
Форсунки
адаптированы к рабочим циклам и обеспечивают лучшую в отрасли экономию топлива, обеспечивая повышение эффективности до 5% по сравнению с нашими конкурентами.
Форсунки без утечек способствуют снижению паразитного энергопотребления топливной системы более чем на 25% по сравнению с типичными форсунками среднего диапазона для общего повышения экономии топлива двигателем.
CRFI 5 CRFI 5
CRFI 4 CRFI 4

Форсунки Common Rail (CRFI)
Название платформы CRFI 2 CRFI 3 CRFI 4 CRFI 5 CRFI 8V
Максимальное рабочее давление (бар) 1600 1800 2200 2600 2200
Максимальное количество импульсов впрыска 6 6 6 5 5
Совместимость с адаптивными характеристиками форсунок (AIC) Есть Есть Есть Есть Есть
Топливные насосы Common Rail
Название платформы ФЛП 1 OLP 1 OLP 2 OLP 3
Количество цилиндров 2 1 2 2
Рабочий объем (куб.см / об) 1.2 1,8 3,6 2,4
Макс.давление в рампе (бар) 2000 1800 2200 2600
Макс.скорость (об / мин) 4500 1500 1500 2100
Смазка Топливо Масло Масло Масло
Тип подшипника Обычная Ролик Ролик Обычная
Тип подачи топлива Механическая передача Механическая передача Механическая передача Механическая передача
Применения двигателя MD / HD MD / HD MD / HD MD / HD
Как работает система впрыска Common Rail?
Индивидуальные решения для гибкого использования топлива

С повышением технических характеристик систем впрыска возрастают и требования к чистоте и качеству топлива.Таким образом, топливо должно соответствовать заранее определенным значениям вязкости и смазывающей способности, поскольку компоненты насосов и форсунок высокого давления
смазываются топливом. Он также не должен иметь каких-либо загрязнений, которые могли бы привести к абразивному повреждению при применяемом высоком давлении. Поэтому для обеспечения правильной работы двигателя можно использовать только дизельное топливо, которое одобрено для рассматриваемого применения и соответствует применимым стандартам. По запросу клиента mtu проводит анализ для получения одобрения других видов топлива в зависимости от конкретного применения в тесном сотрудничестве с компанией Rolls-Royce Power Systems, брендом L’Orange или альтернативными поставщиками.В некоторых случаях, например, отсутствие смазывающих свойств
у топлива может быть компенсировано специальными покрытиями на системе впрыска. Кроме того, mtu помогает клиентам при проектировании бака и топливной системы на объекте. Это представляет большой интерес, например, для горнодобывающих машин, которые подвергаются высокому уровню запыленности.
Резюме

MTU постоянно совершенствует свои двигатели, чтобы гарантировать, что они будут соответствовать жестким будущим стандартам выбросов, при этом потребляя при этом как можно меньше топлива.С этой целью mtu оптимизирует сгорание топлива в цилиндре с помощью своей системы впрыска Common Rail с электронным управлением в сочетании с другими технологиями, такими как рециркуляция выхлопных газов. За счет достижения чистого и эффективного сгорания расходы на системы нейтрализации выхлопных газов могут быть минимизированы, а в некоторых случаях полностью устранены. Компания mtu успешно использовала системы Common Rail еще в 1996 году и постоянно совершенствовала эту технологию в сотрудничестве с брендом L’Orange компании Rolls-Royce Power Systems и другими поставщиками.Благодаря своему обширному опыту в области систем впрыска Common Rail, mtu может оптимально использовать потенциал технологии, чтобы сделать двигатели чрезвычайно экономичными и чистыми.
Чувствительность дизельных двигателей Системы впрыска Common Rail под высоким давлением
Двигатели, оснащенные HPCR, обеспечивают более чистый выхлоп, имеют большую мощность и более эффективны, чем предыдущие модели
Кейт Крамлих, национальный менеджер по продуктам и обучению, Takeuchi
Топливные системы Common Rail под высоким давлением (HPCR) сегодня входят в стандартную комплектацию почти всех дизельных двигателей, от тяжелого оборудования до грузовых автомобилей повышенной проходимости, легких грузовиков, больших генераторов и т. Д.Топливные системы HPCR имеют много преимуществ, но они также вызывают недоумение среди операторов. Операторы слишком часто заправляют свои машины загрязненным топливом, которое может разрушить топливную систему.
Чтобы двигатель продолжал гудеть в течение нескольких часов, важно понимать сами топливные системы, их преимущества и недостатки, их чувствительность, степень воздействия загрязненного топлива и предупреждающие знаки, на которые следует обращать внимание.
Преимущества и недостатки
Система HPCR состоит из топливной рампы высокого давления, общей для всех форсунок.Подача топлива в топливную рампу высокого давления осуществляется подающим насосом высокого давления. В зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя давление в рампе может превышать 30 000–40 000 фунтов на квадратный дюйм. Форсунки управляются электроникой, и каждая имеет свой пусковой механизм или соленоид.
Takeuchi оснащает свои машины одним или двумя топливными фильтрами и водоотделителем для удаления загрязнений и воды, которые могут повредить чувствительные системы HPCR. Благодаря своей конструкции системы HPCR также обеспечивают лучшее распыление топлива при впрыске, обеспечивая более чистое и чистое топливо. более мощное и более полное сгорание.Двигатели, оснащенные HPCR, обеспечивают более чистый выхлоп, обеспечивают большую мощность и топливную экономичность на рабочий объем по сравнению с предыдущими моделями.
Кто-то может сказать, что основным недостатком систем HPCR является сложность электрических компонентов. Есть множество датчиков, жгутов проводов и электрических компонентов, которые необходимо добавить, чтобы двигатель работал должным образом. Еще один воспринимаемый недостаток — насколько эти системы могут быть чувствительны к загрязненному топливу.
До требований Tier 4 по выбросам в дизельных двигателях внедорожной техники использовалась система механического впрыска.Эти системы не были столь чувствительны к загрязнению. Из-за этого многие операторы ошибочно полагают, что топливные системы HPCR также не слишком чувствительны. На самом деле, это далеко от истины. Грязное или неподходящее топливо, вода в топливе и воздух в системе могут вызвать повреждение новых дизельных двигателей.
Системы очень подвержены повреждению при несоблюдении надлежащего ухода. Это связано с тем, что чем выше давление впрыска, тем более жесткие допуски должны быть между сопрягаемыми деталями в компонентах, работающих с топливом, таких как насосы, клапаны и форсунки.Более жесткие допуски делают эти прецизионные поверхности чрезвычайно уязвимыми для повреждения почти всем, кроме топлива. Таким образом, хотя определенное количество загрязнений или воды не причинит вреда механическим форсункам старой конструкции, то же самое топливо нанесет ущерб топливной системе Common Rail.
Загрязнение водой наносит ущерб дизельным топливным системам
Воздействие загрязненного топлива
Наиболее частой причиной повреждения является вода в топливе, которая часто возникает из-за неправильно обслуживаемых перегрузочных баков.У этих резервуаров есть несколько проблем:
В некоторых случаях они редко опорожняются.
В баке скапливается вода из-за конденсации.
Благодаря расположению цистерн и окружающей среде грузовиков, они могут собирать тяжелый мусор. Поэтому перед заполнением перекачивающего бака важно очистить крышку топливного бака и прилегающую зону.
Если бак не обслуживается, содержание воды будет продолжать увеличиваться, что может привести к появлению ржавчины внутри бака и трубопроводов.
Чтобы решить эту проблему, производители оборудования включают в свои машины водоотделитель. Однако само по себе это не полное решение. Его нужно проверять и сливать ежедневно. Если это не так, и уровень воды достигает верхней части сепаратора, вода будет продавливаться через сепаратор и обратно в топливную систему, достигая жизненно важных компонентов.
Вода в топливе может влиять на несколько различных аспектов машины:
Чаще всего она снижает смазывающую способность топлива.Это приводит к повреждению игольчатого клапана внутри форсунки, который становится липким, что приводит к большому обратному потоку или большой подаче топлива.
Игольчатый клапан также может быть поврежден до такой степени, что он больше не закрывается должным образом, что приведет к утечке наконечника инжектора.
Металл из-за повреждения игольчатого клапана или из-за повреждения других компонентов может засорить форсунки, что приведет к искажению формы распыления. Это приведет к разбрызгиванию топлива непосредственно на поверхность поршня или стенку цилиндра.
Топливо, впрыскиваемое непосредственно в стенку цилиндра, вызывает промывку цилиндра, когда топливо вымывает смазочное масло. В результате возникает плохая смазка между поршнем и стенкой цилиндра, что приводит к износу. Это неизбежно приводит к низкой компрессии, разбавлению масла и отказу двигателя.
В некоторых случаях в инжектор может попасть свободная вода. Избыточное нагревание инжектора приведет к тому, что эта вода превратится в пар и расширится, что приведет к поломке наконечника инжектора.
Избыточный нагрев форсунки приведет к тому, что вода превратится в пар и расширится, что приведет к поломке наконечника форсунки.
Повреждение игольчатого клапана может помешать правильному закрытию клапана в закрытом состоянии. Это позволяет нераспыленному топливу вытекать на поверхность поршня, что приводит к расплавлению поршня.
Другие загрязнения, такие как частицы пыли и некачественное дизельное топливо с низкими смазывающими свойствами, также могут повредить топливную систему.
Обеспечение использования чистого топлива — самый простой и самый важный шаг в обслуживании HPCR.Это включает использование надежного источника, который обеспечивает чистое и отфильтрованное топливо.
По всем этим причинам очень важно поддерживать чистоту топливной системы и часто менять топливные фильтры. В случае Takeuchi каждая машина имеет от одного до двух топливных фильтров и водоотделитель. Но хотя топливные фильтры очень эффективны при удалении вредных загрязнений и воды, они не могут работать эффективно, если их не обслуживать регулярно.
Обеспечение использования чистого топлива — самый простой и самый важный шаг.Это включает использование надежного источника с чистым и фильтрованным топливом. Во время наполнения также необходимо установить сетку наливной горловины, чтобы предотвратить попадание крупного мусора в резервуар. Крупный мусор может ограничить поток топлива из бака или, в зависимости от материала, может сломаться и стать достаточно маленьким, чтобы вызвать проблемы с топливной системой.
Дизельное топливо Уборка сокращает простои строительного оборудования
Предупреждающие знаки
Чаще всего первым признаком отказа двигателя из-за загрязнения топлива является несколько неисправных форсунок.Хотя это одни и те же компоненты, они работают по отдельности и имеют только одно общее: источник топлива.
Если оператор начинает замечать плохую работу двигателя, чрезмерное задымление, ненужные запросы на регенерацию или что-то еще ненормальное, лучше всего остановить двигатель до того, как произойдет катастрофическое повреждение. Владелец или оператор машины меньше всего хочет простоя из-за поломки. Некоторые вещи легко исправить, но двигатель — нет — неисправный двигатель будет стоить намного дороже, чем незначительное прерывание работы.
Использование чистого и отфильтрованного топлива высшего качества имеет первостепенное значение и может сэкономить владельцу тысячи на ремонтных расходах.
Сопутствующие материалы
Советы по приобретению и хранению DEF для сохранения качества
Выбор топливного бака для строительных площадок
Техническое обслуживание дизельной топливной системы Common-Rail
«Common Rail». Это термин, который на данный момент известен во всем дизельном пространстве.Однако для непосвященных или новых энтузиастов этот термин относится к способу заправки дизелей поздних моделей / новых; через систему впрыска, которая основана на насосе высокого давления, который подает топливо на независимые рельсы (одиночный рельс для двигателей I-4 и I-6 или пара для двигателей V-8), которые затем питают каждый инжектор индивидуально.
Вопреки распространенному мнению, хотя этот термин, возможно, стал глобальным дескриптором (вроде того, как мы используем «Kleenex», когда мы говорим о любом бренде ткани), с появлением 5 Cummins с электронным питанием.9L двигатели конца 1980-х годов, «common rail» не являются эксклюзивом для Clessie’s.
Двигатели Ford Power Stroke и GM Duramax работают на аналогичном топливе. Тем не менее, мы признаем, что на популярном сегодня жаргоне обращение к дизельному пикапу просто как «common rail» обычно означает, что это Dodge Ram или Ram с 24-клапанным двигателем Cummins объемом 5,9 или 6,7 л под капотом.
В этом отчете мы сохраняем широкополосную связь и решаем проблемы заправки топливом Common Rail без какого-либо союза с брендами.Мы затронули инжекторные насосы CP3 и CP4 в других редакционных статьях (подчеркивая их роль в улучшении характеристик дизельного двигателя), а также важность защиты этих деталей от повреждений из-за загрязнения, чрезмерного давления и т. Д. Теперь мы рассмотрим, как — когда манипулирование топливом для увеличения мощности — вы можете обеспечить устойчивость топливной системы, следуя этим пяти замечательным советам, предоставленным нашими друзьями из NW Fuel Injection Service в Суррее, Британская Колумбия.
Посмотреть все 2 фотографии
Ограничения обратного трубопровода
Большинство поклонников Cummins (особенно OG) знают, что первые топливные насосы Bosch (VE и P7100) можно обманом заставить увеличить давление впрыска, ограничив возвратный поток топлива к танку.Хотя эти насосы поддерживают этот тип модификации, они не будут работать с системами Common Rail.
Ограничение потока насоса CP3 или CP4 создаст избыточное давление в корпусе; Достаточно, чтобы выдуть из насоса уплотнения приводного вала и контрольные заглушки. ТНВД в значительной степени зависит от возвратной топливной магистрали, которая сбрасывает избыточное давление, которое создается внутри насоса, и отправляет его обратно в бак.
Когда вы проверяете топливную систему грузовика, опять же, не ограничивайте возвратную линию.Кроме того, в некоторых случаях (с модифицированными насосами CP3) вам действительно потребуется увеличить размер обратной линии для поддержки дополнительного потока.
Давление в питающей магистрали
При заправке топливом Common Rail большее давление на входе (питании) не всегда лучше, так как слишком большое давление может создать проблемы того же типа, что и ограничение обратного трубопровода. Имеет место эффект умножения; если топливо поступает в насос под слишком высоким давлением, оно создает огромное давление (до 40 000 фунтов на квадратный дюйм) внутри насоса и приводит к разрыву уплотнений, повреждению насоса изнутри или повреждению форсунок.Для высокопроизводительных приложений NW Fuel Injector Service рекомендует использовать манометр на стороне подачи, чтобы всегда поддерживать правильное давление топлива.
Вот рекомендуемые давления подачи для двигателей, оборудованных CP3 и CP4:
Cummins 2003-2016 (5,9 л и 6,7 л): не менее 8 фунтов на квадратный дюйм / не более 15 фунтов на квадратный дюйм
Duramax 2001 2016 (6,6 л): не менее 8 фунтов на кв. Дюйм / не более 10 фунтов на кв. Дюйм
Power Stroke 2011-2016 (6,7 л): не менее 8 фунтов на квадратный дюйм / не более 10 фунтов на квадратный дюйм
Конденсация и загрязнение воды
Дизельное топливо поглощает воду.И в этом случае неудивительно, что загрязнение воды является причиной номер один для отказов дизельной топливной системы. По этой причине, если дизельный грузовик не будет использоваться более 30 дней, полностью заполните его топливные баки, чтобы обеспечить минимальное количество воздуха, доступного для сбора конденсата. Кроме того, чаще меняйте топливные фильтры, если автомобиль много простаивает.
Вода (конденсат) собирается на стенках топливного бака, образуя маленькие капельки влаги, которые образуются при ежедневном нагревании и охлаждении окружающего воздуха.Чем больше перепад температур, тем быстрее собирается вода. Обычно для образования конденсата внутри топливного бака грузовика, двигатель которого не был запущен, требуется от 28 до 30 дней. Эта влага накапливается в топливе и начинает создавать ржавчину и водоросли внутри бака, что в конечном итоге загрязняет все компоненты топливной системы. При длительном хранении мы рекомендуем использовать присадку к дизельному топливу, которая содержит стабилизирующий компонент и мягкий биоцид, чтобы продлить срок службы хранимого топлива и предотвратить рост водорослей.
Фильтрация
Никакие добавки не могут удалить воду из дизельного топлива (спиртосодержащие или метилгидратные продукты не предназначены для использования в дизельном топливе). В этом случае первая линия защиты масляной горелки — это водоразделительный топливный фильтр. Заменяйте топливные фильтры через каждые 2 (секунды) интервалов замены масла.
Диагностика со стандартной калибровкой ECM
Перед выполнением диагностики топливной системы Common Rail на грузовике с двигателем, настроенным на заказ, мы предлагаем вернуть калибровку ECM на склад.Почему? Потому что это может повысить точность и скорость анализа. Пользовательские настройки могут замаскировать проблемы и сделать неисправные компоненты менее очевидными, а правильную диагностику проблемы более трудной.
Когда настройки контроллера ЭСУД возвращаются на склад, значения OEM-тестов, а также процедуры и спецификации диагностических проверок будут более точно отражать происходящее, чтобы помочь быстрее выявить источник проблемы.
Источники
Процессы | Бесплатный полнотекстовый | Внедрение системы прямого впрыска Common Rail и оптимизация параметров топливной форсунки в экспериментальном одноцилиндровом дизельном двигателе
Энергия сегодня является неотъемлемой частью нашей жизни.Спрос на энергию во всем мире быстро увеличивался из-за роста населения, развития технологий и индустриализации. По оценкам, население мира достигнет 9,2 миллиарда в 2040 году, а в 2100 году оно увеличится до 11,2 миллиарда [1]. Дополнительное количество людей потребует больше энергии. По оценкам, мировой спрос на энергию вырастет примерно на 25% с 2016 по 2040 год [2]. Рост спроса будет происходить из страны, не входящей в Организацию экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), и во главе с Китаем и Индией, где ожидается, что спрос на энергию вырастет примерно на 40%.Прогнозируется, что в АСЕАН доля ископаемого топлива в общем спросе на энергию увеличится с 643 миллионов тонн нефтяного эквивалента (Мтнэ) в 2016 году до 1133 Мтнэ в 2040 году со среднегодовыми темпами роста 2,1%. С увеличением потребления энергии возрастет использование ископаемого топлива. Спрос на уголь и нефть вырастет на 40%, в то время как спрос на природный газ вырастет на 60% за тот же период [3]. По прогнозам, Индия станет пятым по величине потребителем энергии в мире, поскольку в 2035 году она превысит потребление энергии Японией [4 ].В целом сырая нефть, уголь и природный газ являются основными источниками энергии. Страны АСЕАН сильно зависят от ископаемого топлива. Спрос на энергию по секторам в АСЕАН на 2011 и 2035 годы, транспортный сектор является основным потребителем нефти с ростом спроса на энергию почти вдвое, а промышленный сектор является самым крупным потребителем энергии. По данным МЭА, связанные с энергетикой выбросы CO ₂ в странах АСЕАН увеличатся с 1,2 Гт (Гигатонна) в 2011 году до 2,3 Гт в 2035 году, что эквивалентно 6.1% глобальной эмиссии [5]. Как и в Европе, в последнее время в энергетическом секторе Европейского союза (ЕС) наблюдалось падение спроса и предложения энергии, а также снижение уровней выбросов CO ₂ и загрязнения воздуха на фоне резкого сокращения воздушного и автомобильного транспорта и промышленной деятельности в результате. кризиса здоровья COVID-19 [6]. Исходя из текущих запасов ископаемого топлива, уголь будет исчерпан через 115 лет, нефть и природный газ истощатся примерно через 50 лет [7]. Необходимо принять решения, чтобы предотвратить истощение природных ресурсов.Помимо этой проблемы, загрязнение воздуха вызвано сжиганием ископаемого топлива. CO ₂ является основным источником парниковых газов (ПГ), и его выбросы быстро растут в развивающихся странах и странах с переходной экономикой, особенно в Китае, Индии и АСЕАН. Общий объем выбросов CO ₂ в этих странах составляет более 50% глобальных выбросов [8]. Однако в ЕС наблюдается устойчивое снижение выбросов парниковых газов на 23,45% по сравнению со значениями выбросов парниковых газов до трех десятилетий. Считается, что более высокая энергоэффективность, более широкое использование возобновляемых источников энергии и менее углеродоемкие виды топлива способствовали снижению выбросов [9].Помимо проблемы истощения, сжигание ископаемого топлива вызовет загрязнение воздуха. При сжигании ископаемого топлива образуется диоксид углерода (CO ₂), NO _x, несгоревшие углеводороды и летучие органические соединения (ЛОС), вызывающие загрязнение воздуха. Глобальные выбросы CO ₂ с разбивкой по источникам [10] показали, что выбросы CO ₂ на транспорте, по прогнозам, удвоятся в период с 2010 по 2050 год из-за значительного увеличения спроса на автомобили в развивающихся странах и роста авиатранспорта.Если не учитывать влияние выбросов CO ₂ на глобальное потепление, повышение глобальной температуры на 2 ° C может привести к гибели сотен миллионов жизней [11]. Страны Европейского Союза (ЕС) серьезно относятся к глобальному потеплению и изменению климата. В ответ на воздействие на окружающую среду из-за транспортного участка, ЕС ввел два пути независимо друг от друга. Первый способ — продвигать использование биотоплива и других возобновляемых видов топлива на транспорте с целью сокращения выбросов парниковых газов, а второй — посредством регулирования выбросов транспортных средств с дизельным двигателем [12].Кроме того, современные технологии по быстрому определению качества и стабильности дизельного топлива также могут открыть путь к снижению выбросов при сгорании. Эта технология очень важна, поскольку для дизельного топлива разного качества может потребоваться разная регулировка параметров впрыска топлива. Этот датчик был предложен Borecki et al. [13], который утверждал, что датчик позволяет проводить качественную классификацию различных неизвестных образцов дизельного топлива менее чем за несколько минут с затратами на измерение одного одноразового капиллярного зонда и двух заглушек.Более того, выбросы загрязняющих веществ из дизельного топлива могут быть связаны со стабильностью дизельного топлива и использованием устаревшего дизельного топлива [14]. Дизельный двигатель с прямым впрыском CI является подходящим первичным двигателем из-за его высокого теплового КПД. Превосходный тепловой КПД двигателя CI обусловлен его более высокой степенью сжатия. Благодаря более высокому КПД двигатель может экономить больше топлива. Дизельные двигатели широко используются не только в автомобилях большой грузоподъемности и на морском транспорте, но и в автомобилях малой грузоподъемности, особенно в Европе и Японии.Однако дизельный двигатель CI выделяет высокие выбросы NO _x и отдельных веществ (ТЧ) [15]. Эти выбросы вызывают нежелательные проблемы со здоровьем человека [16] и ухудшение состояния окружающей среды; следовательно, они подчиняются постановлениям федерального правительства. Совершенно очевидно, что мир столкнулся с кризисом, связанным с истощением ископаемого топлива и изменением климата. Дизельный двигатель, оснащенный системой предварительного управления, необходим для повышения эффективности двигателя и соответствия стандартам выбросов.
1.2. Предыдущие исследования
При использовании системы впрыска Common Rail параметрами впрыска, такими как время впрыска, давление впрыска и продолжительность впрыска, можно управлять, чтобы улучшить эффективность и выбросы дизельного двигателя.Различные исследования показали, что замедление времени впрыска снижает выбросы NO _x [18,19,20,21]. Это связано с тем, что замедление времени впрыска снижает максимальную температуру сгорания и давление в цилиндре и, следовательно, уменьшает образование NO _x. С другой стороны, выбросы HC и CO уменьшаются при опережающем впрыске. Исследование, проведенное Agarwal et al. [22] о влиянии времени впрыска топлива на одноцилиндровом дизельном двигателе, использующем дизельное топливо.Результаты показали, что выбросы как HC, так и CO уменьшаются, но выбросы NO _x значительно увеличиваются при увеличении времени впрыска. Park et al. [23] также сообщили, что с улучшением времени впрыска выбросы как HC, так и CO значительно снизились. Еще один важный параметр впрыска — давление впрыска. В целом, увеличение давления впрыска улучшает распыление топлива, приводит к лучшему смешиванию воздуха и топлива, сокращает задержку зажигания и дает более полное сгорание [24,25,26].С увеличением давления впрыска диаметр капли топлива и разброс стали меньше [25]. Это улучшает смешивание топлива с воздухом и быстрое испарение топлива, что приводит к полному сгоранию и снижает выбросы HC, CO и сажи [27,28]. Однако выброс NO _x увеличивается с увеличением давления впрыска [17,29,30]. Это происходит из-за уменьшения задержки зажигания, что приводит к большему выделению тепла в предварительно смешанной фазе и увеличению температуры в цилиндрах [26,31].Было доказано, что стратегии многократного впрыска топлива снижают выбросы от двигателя ХИ [32,33]. По сути, внедрение пилотного впрыска может помочь снизить шум двигателя и выбросы NO _x [34]. Основной впрыск с полностью открытой иглой (прямоугольной формы) или форсированной формы также снизит выбросы NO _x, а дополнительный впрыск снизит выбросы сажи [35,36]. Zhuang et al. [37] изучали влияние стратегии множественного впрыска в четырехцилиндровом дизельном двигателе. Было исследовано влияние времени основного впрыска, количества и времени предварительного впрыска, а также количества и времени дополнительного впрыска.Они сообщили, что ранний пилотный впрыск с замедленным основным впрыском снижает выбросы NO _x и шум сгорания, в то время как замедленный основной впрыск с дополнительным впрыском снижает выбросы NO _x и сажи. Однако качество и время впрыска должны контролироваться точно. Компания Goldwine [38] выполнила преобразование одноцилиндрового дизельного двигателя с воздушным охлаждением и механической системой впрыска в систему впрыска Common Rail, управляемую программой LabVIEW. Основная сделанная модификация заключалась в замене механического впрыска на впрыск Common Rail, но большинство деталей было адаптировано из обычных деталей дизельного двигателя.Преобразованная система была оснащена инжектором пьезоэлектрического типа и реализовала стратегию многократного впрыска. Эргенч и Коджа [39] также модифицировали и переделали одноцилиндровый дизельный двигатель с механическим управлением системой впрыска в систему впрыска Common Rail. Они использовали программируемые логические контроллеры (ПЛК) в качестве ЭБУ для сбора данных с датчиков и генерации сигналов на инжектор. Аналогичное, но более затратное преобразование было выполнено Andrew L. Carpenter et al. [40]. Эта преобразованная система была оборудована серийным модулем управления двигателем (ECM), который был запрограммирован с использованием среды разработки MotoHawk, и автономным блоком драйвера инжектора, произведенным National Instruments.MotoHawk был платформой, которая преобразовывала блок-схему Matlab Simulink в язык кода C, который управлял ECM. Этот модуль замкнутого контура использовался для мониторинга и управления работой двигателя, например, времени впрыска и продолжительности при различных условиях нагрузки. Гораздо более простое и дешевое преобразование Авинаша Кумара Агарвала и др. [41] имеет возможность управлять моментом впрыска при постоянной частоте вращения двигателя 1500 об / мин. Изготовленная на заказ схема или контроллер драйвера была основана на микросхеме таймера 555, которая генерировала сигналы для впрыска топлива.Время впрыска можно изменять от 25–40 ° CA BTDC (угол поворота коленчатого вала перед верхней мертвой точкой) без нагрузки до состояния частичной нагрузки. В литературе отмечается, что переход на систему впрыска Common Rail обычно выполнялся на одноцилиндровом двигателе, чтобы получить возможность управления параметрами впрыска. Система впрыска Common Rail позволяет регулировать параметры впрыска для улучшения эффективность и выбросы дизельных двигателей. Эти параметры впрыска включают время впрыска, давление впрыска и схему раздельного впрыска.Время впрыска — важный параметр, который необходимо настроить. Инъекцию можно проводить раньше или позже, на длительное или непродолжительное время. Разница в КНИ и продолжительности впрыска приведет к разным характеристикам сгорания и производительности. Различные исследования показали, что замедление времени впрыска снижает выбросы NO _x [18,19,20,21]. Это произошло потому, что уменьшение времени впрыска привело к снижению максимальной температуры сгорания и давления в цилиндре и, следовательно, уменьшению образования NO _x.С другой стороны, выброс HC и CO уменьшился при опережающем впрыске. Исследование было проведено Agarwal et al. [22] о влиянии времени впрыска топлива на одноцилиндровом дизельном двигателе, использующем дизельное топливо. Результаты показали, что выбросы как HC, так и CO уменьшились, но выбросы NO _x значительно увеличились при увеличении времени впрыска. Park et al. [23] также сообщили, что с улучшением времени впрыска выбросы углеводородов и CO значительно снизились. Чтобы оптимизировать характеристики впрыска и сгорания двигателя, можно настроить такие параметры, как открытое время, низкое время и рабочий цикл.Оптимизация реализована с использованием методологии поверхности отклика. Традиционно оптимизация осуществляется путем изменения одного фактора и отслеживания его влияния на отклик. Главный недостаток этого метода заключается в том, что не учитываются интерактивные эффекты среди исследуемых переменных. Поэтому предпочтительны методы многомерной статистики. Методология поверхности отклика (RSM) — наиболее актуальный многомерный метод, используемый при оптимизации. Этот метод применяется во многих областях техники, таких как энергетика [42], аналитическая химия [43], пищевая промышленность [44], а также оптимизация процессов и продуктов [45].RSM был разработан Боксом и его коллегами в 1950-х годах [46]. RSM состоит из группы статистических и математических методов, таких как линейные или квадратные полиномиальные функции для моделирования и оптимизации интересующего отклика, который зависит от нескольких важных переменных [47]. RSM был проведен Яшвиром Сингхом и др. в оптимизации рабочих характеристик и параметров выбросов дизельного двигателя с непосредственным впрыском, работающего на метиловых эфирах понгамиа [48]. Тепловой КПД тормозов (BTE), несгоревшие выбросы углеводородов и NO _x были оптимизированы за счет принятия в качестве входных параметров давления в рампе, времени впрыска, процентного содержания биодизельных смесей и нагрузки, которую выдерживает двигатель.Abhishek Sharma et al. [49] применили RSM для оптимизации эффективности дизельного двигателя, который работает с использованием смесей поланга биодизельного топлива. Химаншу Патель и др. [50] оптимизированы BTE, удельный расход топлива при торможении (BSFC), несгоревшие выбросы HC, CO и CO. ₂ дизельный двигатель с переменной степенью сжатия с входными параметрами, такими как степень сжатия, нагрузка двигателя и смеси биодизельного топлива Jatropha curcas. RSM. Golmohammad Khoobbakht et al. [51] максимально увеличили BTE дизельного двигателя на основе этанола и биодизеля и минимизировали BSFC с помощью RSM.Калияперумал Гопал и др. [52] создали модели NO _x, дымовыделения, BTE и BSFC дизельных двигателей, работающих на н-октанольных дизельных смесях, с использованием RSM.
ISUZU: Технология для более чистого дизельного топлива
Одновременное сокращение PM и NOx
Электронная система управления
Когда температура сгорания выше, а топливно-воздушная смесь приближается к полному сгоранию, больше NOx образуется в выбросах. Другими словами, чем эффективнее сжигается топливо для получения более высокой мощности, тем больше образуется NOx.Однако, если температура сгорания понижается, это приводит к снижению мощности и снижению топливной эффективности. Таким образом, чтобы уменьшить образование NOx, двигатель должен управлять взрывным сгоранием и спокойно завершать цикл сгорания. Контролируя количество и время впрыска топлива с помощью электронной системы управления, дизельный двигатель может достичь хорошо сбалансированного сгорания, тем самым производя чистые, низкие выбросы NOx при сохранении рабочих характеристик.

Система впрыска топлива высокого давления Common Rail
Система впрыска топлива высокого давления Common Rail Isuzu с электронным управлением осуществляет впрыск топлива под более высоким давлением, чем обычная система высокого давления, чтобы уменьшить количество ТЧ, образующихся при сгорании.В то же время система сокращает выбросы NOx за счет использования электронного блока управления (ЭБУ) для точной регулировки давления, времени и периода впрыска топлива.

Конструкция системы
Эта система состоит из подающего насоса, Common Rail, инжектора, блока управления и множества датчиков.
(1) Давление топлива повышается до высокого уровня до 120 МПа подающим насосом, а затем под давлением подается в небольшой резервуар, называемый общей распределительной рампой, который временно удерживает топливо перед подачей его к каждой из форсунок одновременно.
(2) ЭБУ определяет состояние работы двигателя и отправляет сигналы на форсунки, чтобы контролировать количество топлива и время впрыска для оптимизации впрыска.
(3) Форсунка впрыскивает топливо в соответствии с ECU, и всегда поддерживается оптимальный впрыск топлива. В обычном впрыскивающем насосе давление впрыска изменяется в соответствии с частотой вращения двигателя и количеством впрыска.

В обычном топливном насосе высокого давления трудно поднять давление впрыска в диапазоне низких оборотов, поскольку давление впрыска пропорционально оборотам двигателя. По этой причине в обычных ТНВД используются форсунки для впрыска топлива с выходными отверстиями малого диаметра. Система Common Rail может гибко контролировать давление впрыска независимо от оборотов двигателя и обеспечивает чистый выхлоп независимо от условий работы.
.

Форсунки Common Rail (CRFI)
Название платформы	CRFI 2	CRFI 3	CRFI 4	CRFI 5	CRFI 8V
Максимальное рабочее давление (бар)	1600	1800	2200	2600	2200
Максимальное количество импульсов впрыска	6	6	6	5	5
Совместимость с адаптивными характеристиками форсунок (AIC)	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть

Топливные насосы Common Rail
Название платформы	ФЛП 1	OLP 1	OLP 2	OLP 3
Количество цилиндров	2	1	2	2
Рабочий объем (куб.см / об)	1.2	1,8	3,6	2,4
Макс.давление в рампе (бар)	2000	1800	2200	2600
Макс.скорость (об / мин)	4500	1500	1500	2100
Смазка	Топливо	Масло	Масло	Масло
Тип подшипника	Обычная	Ролик	Ролик	Обычная
Тип подачи топлива	Механическая передача	Механическая передача	Механическая передача	Механическая передача
Применения двигателя	MD / HD	MD / HD	MD / HD	MD / HD

(1)	Давление топлива повышается до высокого уровня до 120 МПа подающим насосом, а затем под давлением подается в небольшой резервуар, называемый общей распределительной рампой, который временно удерживает топливо перед подачей его к каждой из форсунок одновременно.
(2)	ЭБУ определяет состояние работы двигателя и отправляет сигналы на форсунки, чтобы контролировать количество топлива и время впрыска для оптимизации впрыска.
(3)	Форсунка впрыскивает топливо в соответствии с ECU, и всегда поддерживается оптимальный впрыск топлива. В обычном впрыскивающем насосе давление впрыска изменяется в соответствии с частотой вращения двигателя и количеством впрыска.