Качество распыливания дизельного топлива во многом предопределяет процесс его горения, а значит и образования токсичных компонентов в отработавших газах. Более качественного распыливания можно достигнуть при высоком давлении порядка 160…280 МПа (1600…2800 кгс/см2). Однако стандартные системы топливоподачи не могут обеспечить подачу топлива к форсункам под таким давлением, поэтому в настоящее время более широкое распространение имеют топливные системы с электронным управлением – «CommonRail» (общий путь, т.е. общая для форсунок магистраль, аккумулятор), насос-форсунки и системы насос-форсунка-трубопровод.
Первым промышленным образцом аккумуляторной топливной системы с электронным управлением без мультипликаторов давления, названный Common Rail явилась совместная разработка фирм Robert Bosch GmbH, Fiat, Elasis. В настоящее время работы по применению систем «Common Rail» ведутся практически во всех фирмах-производителях ТПА (R.Bosch, Lucas, Siemens). На серийных автомобилях с применением электронного управления они появились в 1997 году. По сравнению с обычным дизелем система «CommonRail» позволяет снизить расход топлива до 40% при уменьшении токсичности отработавших газов и снижении шумности при работе на 10 %.
Учитывая требования экологических стандартов ЕВРО-6практически все европейские, производители переходит на систему «Common Rail», которая является единственной из всех известных систем, способной удовлетворить требования названных стандартов.
Общее расположение компонентов системы питания «Common Rail» двигателя ЯМЗ 536 (Россия), показано на рис. 7.153
На рис. 7.154 показано расположение элементов системы питания «Common Rail» с датчиками и исполнительными механизмами на дизельном двигателе грузового автомобиля.
Принцип работы системы заключается в следующем. С помощью топливоподкачивающего насоса топливо прокачивается через фильтр 6 с влагоотделителем и подается в топливоподкачивающий насос, устанавливаемый совместно с ТНВД 5 или отдельно. От ТНВД топливо под большим давлением поступает в топливный аккумулятор высокого давления (гидравлический аккумулятор) 8, откуда под высоким давлением поступает на форсунки 22. Излишки топлива от форсунок и ТНВД сливаются в топливный бак 23 через топливопроводы слива. Блок управления 1, получая информацию по входным параметрам (с датчиков), задает значения выходных параметров используя заложенную программу (воздействует на исполнительные механизмы), что в целом необходимо для получения требуемых характеристик двигателя.
Количество топлива подаваемого в цилиндры двигателя через форсунки зависит от сигнала электронного блока управления, в зависимости от режима работы двигателя. В блок управления поступает информация от различных датчиков: температуры двигателя, температуры поступающего воздуха, датчика частоты вращения и положения коленчатого вала двигателя, датчика положения педали акселератора, датчика температуры масла, датчика давления воздуха и др.
Давление в системе регулируется по сигналу блока управления с помощью предохранительного клапана 7, установленного на аккумуляторе высокого давления. На холостом ходу оно минимальное, что снижает шум работы форсунок и ТНВД, а при разгоне максимальное для обеспечения лучшей приемистости.
На входе топлива в форсунку установлен аварийный ограничитель расхода (предохранительный клапан). Он предотвращает опорожнение аккумулятора через форсунку с зависшей иглой или клапаном управления, а также повреждение соответствующего цилиндра дизеля. На входе топлива в форсунку установлен аварийный ограничитель подачи топлива (предохранительный клапан). Он предотвращает опорожнение аккумулятора через форсунку с зависшей иглой или клапаном управления, а также повреждение соответствующего цилиндра дизеля. В нем используется принцип возникновения разницы давлений по обе стороны от клапана 1 (рис. 7.155) при прохождении топлива через его жиклеры 2. Сечение жиклеров, затяжка пружины 3 и диаметр клапана подобраны по максимальной продолжительности и расходу, т.е. подаче топлива.
Система «Common Rail» подвергает моторное масло большим нагрузкам. Из-за более интенсивного горения верхняя часть поршней нагревается гораздо сильнее, чем у традиционного дизельного двигателя. Верхняя часть поршня у традиционного двигателя непосредственного впрыска нагревается до 320…350°C, при системе «Common Rail» свыше 400°С, то есть моторное масло выгорает значительно быстрее. В результате в таких двигателях возникает потребность в синтетических маслах, или, по крайней мере, в полусинтетических.
Для систем Common Rail существуют определенные требования по количеству топлива оставшегося в топливном баке, потому что полное расходование топлива может привести к выходу системы. Если в количество топлива незначительно система управления двигателем предупреждает об этом водителя, после чего работа двигателя становится неустойчивой и затем работа двигателя может прекратиться.
Топливный бак дизельного автомобиля показан на рис. 7.156. Его конструкция аналогична описанной выше конструкции топливного бака автомобилей с бензиновыми двигателями.
Топливный аккумулятор высокого давления. Назначение аккумулятора – накапливать необходимое количество топлива для обеспечения его потребления форсунками на всех режимах работы двигателя. Чтобы нагнетательные топливопроводы идущие к форсункам не были длинными, аккумулятор закрепляют на голове блока. Аккумулятор изготавливается в виде толстостенного трубопровода
Топливный насос высокого давления. Наибольшее распространение в топливных системах Common Rail нашли применение плунжерные ТНВД (рис. 7.157).
Насос имеет компоновку в виде звездообразной схемы (радиально-плунжерный) и состоит из эксцентрикового приводного вала 1, трех плунжеров 3, расположенных под углом 120°, впускного трубопровода с предохранительным клапаном 14, впускного клапана 5 с электромагнитом, выпускного шарикового клапана 7 и регулятора давления с клапаном 10. Применение насоса с тремя плунжерами, позволяет произвести три рабочих хода за один оборот при небольших затратах мощности на привод и обеспечивает равномерную подачу топлива.
При вращении вала 1, эксцентрик вала, набегая или сбегая, передвигает толкатель вместе с плунжером 3. При движении плунжера вниз в надплунжерном пространстве создается разрежение и топливо через впускной топливопровод и открытый при этом впускной клапан 5 поступает в надплунжерноепространство. При движении плунжера вверх над ним создается высокое давление за счет относительно короткого хода плунжера и подбора его диаметра, впускной клапан при этом закрывается, а шариковый выпускной клапан 7 открывается и топливо поступает в гидроаккумулятор. Давление, производимое насосом, не зависит от количества топлива подаваемого в цилиндры. Смазка внутренних движущихся деталей насоса производится от поступающего топлива.
При превышении давлении в системе в электромагнит регулятора давления поступает соответствующий сигнал от блока управления и якорь электромагнита в зависимости от величины сигнала перемещается на определенную величину передвигает клапан регулирования давления 10, открывая необходимое сечение канала слива топлива. В некоторых конструкциях Common Rail этот клапан может устанавливаться в гидроаккумуляторе. Изменением продолжительности периодического обесточивания клапана регулируется средний по времени расход топлива на слив и, следовательно, давление в аккумуляторе.
Для обеспечения необходимой производительности насоса на различных режимах работы двигателя одна из секций насоса может выключаться с помощью электромагнитного клапана 6. Шток клапана по сигналу блока управления выдвигается и блокирует впускной клапан 5, поэтому при движении плунжера вверх давление над плунжером не возрастает и топливо в гидроаккумулятор не подается. Электромагнитный клапан может также дросселировать (изменять проходное сечение) прохождение топлива на входе. Дросселирование и выключение секций насоса необходимо для снижения затрат мощности, так как применение стравливания топлива с использованием регулятора давления приводит к непроизводительным потерям мощности. Фирма «Siemens» использует аналогичные насосы, но в них используются электромагнитный клапан, позволяющий дросселировать прохождение топлива на входе в каждую секцию.
Кроме трехплунжерных насосов высокого давления в системе Common Rail может применяться и одноплунжерный насос (рис. 7.158)
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.
Впуск топлива. При движении плунжера вниз, объём камеры сжатия увеличивается. По этой причине давление в камере сжатия падает по сравнению с давлением топлива в корпусе насоса. Под действием этого перепада давления впускной клапан открывается, и топливо поступает в камеру сжатия.
Рабочий ход. После начала движения плунжера в вверх, давление в камере сжатия возрастает, и впускной клапан закрывается. Как только давление в камере сжатия превысит давление в рампе, открывается выпускной (обратный) клапан, и топливо начинает поступать в рампу.
Клапан дозирования топлива. Клапан дозирования топлива встроен в насос высокого давления. Он управляет подачей топлива в контур высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, которое нужно подать для создания скачка высокого давления. Преимущество такой конструкции состоит в том, что ТНВД должен формировать импульсы давления только тогда, когда это необходимо для работы двигателя. Это позволяет снизить мощность, потребляемую насосом высокого давления, и исключить ненужный нагрев топлива. В обесточенном состоянии клапан дозирования открыт. Для ограничения количества топлива, поступающего в камеру сжатия, управление клапаном дозирования топлива осуществляется от блока управления двигателя сигналом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). По сигналу ШИМ клапан дозирования топлива периодически закрывается. В зависимости от коэффициента заполнения сигнала ШИМ изменяется положение золотника, и, тем самым, регулируется количество топлива в камере сжатия ТНВД.
Перепускной клапан. Давление топлива в области низкого давления ТНВД регулируется с помощью перепускного клапана. Топливоподкачивающий насос подаёт топливо из топливного бака к ТНВД под давлением около 0,5 МПа. Перепускной клапан удерживает давление топлива на входе в ТНВД на уровне примерно 0,43 МПа. Топливо, подаваемое дополнительным насосом, давит на плунжер перепускного клапана, удерживаемого пружиной. Когда давление превышает 0,43 МПа, перепускной клапан открывается, и топливо начинает поступать в обратный топливопровод. Избыток топлива, таким образом, стекает обратно в топливный бак.
Топливоподкачивающие насосы. В качестве топливоподкачивающих насосов в системах «Common Rail» и насос-форсунках применяются шестеренчатые с механическим приводом (внешнего зацепления), роторные (роликовые) насосы с автономным электроприводом и лопастного типа с отдельно расположенными лопатками. Топливоподкачивающие насосы могут быть объединены с ТНВД или устанавливаться отдельно, в том числе погруженных в топливный бак. Давление топлива, подаваемого топливоподкачивающими насосами составляет 0.05…0,8 МПа (0,5…8 кгс/см2). Конструкции и принцип действия топливоподкачивающих насосов рассмотрены выше в соответствующих разделах.
Может также применяться насос, приведенный на рис. 7.159.
В подкачивающем топливном насосе используется бесколлекторный (бесщёточный) электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов и электронной коммутацией. Благодаря бесколлекторной конструкции (отсутствие щёток) и особому принципу действия, в таком электродвигателе нет подверженных износу частей (за исключением подшипников). В крышке топливного насоса имеются электрический разъём для соединения с блоком управления топливного насоса и штуцер для напорной топливной магистрали.
Электродвигатель топливного насоса состоит из ротора с двумя парами постоянных магнитов и статора с шестью электромагнитными обмотками. Рабочая камера насоса связана с валом ротора. Для приведения ротора во вращательное движение блок управления топливного насоса изменяет направление тока в обмотках статора с определённым сдвигом по фазе. Переключение направления тока называется «коммутацией». При этом соответствующим образом изменяется магнитное поле каждой из обмоток статора. Изменение тока в отдельных обмотках синхронизировано по времени таким образом, что в результате сложения полей каждой из обмоток возникает вращающееся магнитное поле. Магнитные пары ротора (постоянные магниты) каждый раз стремятся принять положение вдоль линий результирующего магнитного поля. В результате ротор приходит во вращательное движение. Блок управления топливного насоса распознаёт положение ротора по обратному сигналу противоположному электродвижущей силы возникающему в той паре обмоток, на которую в данный момент не подаётся ток.
Форсунки. Общий вид форсунки системы «Common Rail» фирмы «Bosch» показан на рис. 7.160. Она состоит из электромагнита 11 и его якоря 10, маленького шарикового управляющего клапана 8, запорной иглы 2, распылителя 3, поршня управляющего клапана 5, подпружиненного штока 9. Шарик клапана прижимается к седлу с усилием пружины и электромагнита. Сила пружины рассчитана на давление до 100 кг/см2, что значительно ниже давления в линии высокого давления 250…2800 кг/см2, поэтому только при приложении усилия электромагнита шариковый клапан не отойдет от седла, отделяя аккумулятор от линии слива. Игла распылителя форсунки в нерабочем состоянии прижимается к седлу пружиной распылителя – это предотвращает попадание воздуха в форсунку при пуске двигателя.
В отличие от бензиновых электромеханических форсунок, в форсунках «Common Rail» электромагнит при давлении 160…280 МПа (1600 … 2800 кгс/см2) не в состоянии поднять запорную иглу, поэтому используется принцип гидроусиления (рис. 7.161). Позиции на рис. 1.161 соответствуют позициям разреза форсунки на рис. 7.160.
При создании давления в аккумуляторе, оно действует как на конусную поверхность иглы, так и на поршень управляющего клапана 5 (рис.9.107, а). Поскольку площадь рабочей поверхности поршня на 50% больше площади конусной поверхности иглы, игла распылителя продолжает прижиматься к седлу.
При подаче напряжения от блока управления на электромагнит 11, шток 9 якоря штока поднимается и открывается шариковый управляющий клапан 8 (рис. 9.107, б). Давление в камере управления 7 падает в результате открытия дроссельного отверстия и топливо пропускается из зоны над поршнем управляющего клапана в зону слива. Давление на поршень управляющего клапана падает, так как подводящее дроссельное отверстие управляющего клапана имеет меньшее сечение чем отводящее. Запорная игла 2 при этом под действием высокого давления в кармане распылителя 3 открывается. Количество подаваемого топлива зависит от времени подачи напряжения в электромагнит 11, а значит от времени открытия шарикового управляющего клапана 8. При прекращении подачи напряжения на электромагнит 11, якорь под действием пружины опускается вниз, при этом шариковый управляющий клапан закрывается, давление в камере управления восстанавливается через специальный жиклер. Под действием давления топлива на поршень управляющего клапана 5, имеющего диаметр больше диаметра иглы, последняя закрыватся.
Вместо шарикового клапана в электрогидравлических форсунках может применяться клапан с неподвижным пальцем якоря (рис. 7.162)
Принцип работы форсунки такого типа заключается в следующем. При отсутствии подачи тока на обмотку электромагнитной катушки 5, якорь 4 электромагнитного клапана прижимается пружиной клапана к седлу 7 и перекрывает канал между регулирующей полостью клапана и обратной магистралью (рис., 7.162, а). Давление в регулирующей полости 1 клапана равно давлению в рампе (в контуре высокого давления). Поскольку площадь сечения нажимного стержня меньше площади сечения иглы форсунки, игла вдавливается в седло форсунки, форсунка закрыта.
Для впрыска блок управления двигателя подаёт напряжение на обмотку электромагнитной катушки. Как только создаваемое электромагнитом усилие превысит запирающее усилие пружины, якорь электромагнитного клапана смещается вверх и открывает сливной дроссель (рис. 7.162, б). Топливо из полости регулирования клапана через открывшийся сливной дроссель вытекает в обратную топливную магистраль. Давление топлива в полости регулирования клапана снижается. Дроссель 2 сливного канала предотвращает быстрое выравнивание давления между контуром высокого давления двигателя и регулирующей полостью клапана. Игла распылителя под действием высокого давления топлива приподнимается и начинается впрыск.
В данной конструкции электрогидравлической форсунки, в отличие от форсунки с шариковым клапаном, якорь с неподвижным пальцем, закрываясь, не должен преодолевать силу высокого давления, в результате для герметизации канала высокого давления ему требуется меньшее усилие. Меньшее усилие закрывания клапана с неподвижным пальцем якоря делает возможным реализовать в три раза большее сечение открытия клапана, чем шариковый клапан. Таким образом, клапану с неподвижным пальцем для обеспечения вытекания такого же количества топлива из полости управления клапана требуется меньший рабочий ход. Малый рабочий ход позволяет реализовать очень малое время переключения клапана и, тем самым, несколько циклов впрыска за один рабочий такт двигателя, что по времени быстродействия приближает такую форсунку к пьезоэлектрической, более дорогой.
При холодном двигателе и в режиме, приближенном к холостому ходу, происходит два предварительных впрыска. При увеличении нагрузки предварительные впрыски один за одним прекращаются, пока при полной нагрузке двигатель не перейдет в режим основного впрыска. Оба дополнительных впрыска необходимы для регенерации сажевого фильтра.
Более совершенной является такая схема сгорания, когда во время одного рабочего такта горючая смесь будет разделена на возможно большее количество частей. До сих пор добиться этого было невозможно по причине инерционности традиционных форсунок с электромагнитным управлением.
Одним из путей совершенствования системы «Common Rail» является увеличение быстродействия открытия форсунки. Минимальное время открытия форсунки для электромагнита с подвижным сердечником составляет 0,5 мс, что не позволяет оперативно изменять подачу топлива. Для более быстрого срабатывания форсунки в настоящее время применяется пьезокерамическая форсунка, которая работает вчетверо быстрее.
Принцип действия пьезопривода (рис. 7.164) основан на обратном пьезоэлектрическом эффекте. Этот эффект заключается в увеличении размеров пьезоэлемента на несколько микрон при приложении к нему напряжения.
Приращение длины пьезоэлемента прямо пропорционально прилагаемому напряжению. Таким образом можно управлять приращением длины пьезоэлемента, изменяя напряжение на его обкладках.
Пьезоэлемент, являющийся исполнительным элементом форсунки, (рис. 7.165) представляет собой параллелепипед длиной 30…40 мм, состоящий из спеченных между собой 300 керамических пластинок (кристаллов), расширяющийся на 80 мкм всего за 0,1 м/с, чего достаточно, чтобы воздействовать на иглу форсунки с усилием 6300 Н. При этом для управления пьезоэлементом используют напряжение бортовой сети автомобиля.
Для усиления пьезоэффекта в керамику добавляют палладиум и цирконий. Пьезоэлемент потребляет энергию только при подаче напряжения и регенерирует ее при выключении напряжения, таким образом, являясь регенератором энергии.
Использование пьезоэлемента, кроме быстроты срабатывания, обеспечивает большую силу открытия клапана сброса давления над иглой форсунки и высокую точность хода для быстрого сброса давления подачи топлива.
Электрогидравлическая форсунка с пьезоэлементом применяется только в легковых автомобилях и показана на рис. 7.166. Через магистраль высокого давления топливо попадает в управляющую камеру и камеру высокого давления форсунки. Сила (F1), действующая на золотник, за счет пружины больше силы (F2), действующей на иглу форсунки (рис. 7.166, б). Форсунка закрыта. Подпружиненный золотник закрывает обратную магистраль, чтобы исключить слив топлива при неработающем двигателе.
В случае подачи управляющего сигнала (напряжения) на пьезоэлемент последний расширяется (рис. 7.166, в). Золотник смещается, сжимая пружину, и открывает канал, соединяющий управляющую камеру со сливной магистралью. Вследствие этого давление в управляющей камере падает. Теперь давление жидкости (сила F2) превышает силу (F1), действующую на золотник. Игла форсунки смещается вверх, топливо впрыскивается в камеру сгорания
Благодаря тому, что пьезофорсунки имеют намного меньшее время срабатывания, чем традиционные электромагнитные, стало возможным разделение впрыскивания на несколько отдельных микродоз: после многократных предварительных впрыскиваний очень небольших количеств топлива следуют либо основное впрыскивание, либо при необходимости многие так называемые «послевпрыскивания»
Другой вариант электрогидравлической форсунки показан на рис. 7.167. Основными составляющими форсунки являются модуль исполнительного элемента, состоящего из пьезоэлектрического элемента и его составляющих, модуль плунжера, состоящего из поршней, амортизатора давления и пружины, клапан переключения, игла. Для окончательной очистки топлива применяется специальный стержневой фильтр.
Принцип работы пьезофорсунки поясняет рис. 7.168.
Примечание: позиции рисунка сохранены согласно рис. 7.167.
В состоянии покоя игла 13 форсунки (рис. 7.168, а) закрыта, а пьезопривод выключен. В пространстве управления 15 выше иглы распылителя и к клапану переключения 9 подается высокое давление топлива. Клапан переключения 9 прижат в своем гнезде за счет высокого давления топлива и усилия пружины 14 клапана переключения. В этот момент сверху на клапан переключения не воздействует поршень клапана 7. За счет этого высокое давление топлива отделено от обратной топливной магистрали 4. Игла форсунки 13 закрывается усилием пружины и высоким давлением топлива в пространстве управления выше распылителя. В обратной топливной магистрали давление топлива составляет приблизительно на уровне 10 кгс/см2, которое поддерживается клапаном постоянного давления в обратной магистрали форсунки.
Начало впрыска определяет проводит блок управления дизельной системы впрыска. При этом он посылает управляющие сигналы с напряжением 110…148 В на пьезопривод 5. Пьезопривод расширяется и передает усилие на сопряженный поршень 6, который сдвигает вниз клапан переключения 9 (рис. 7.168, б). Давление над иглой форсунки падает, так как пространство управления соединяется с обратной магистралью 4, игла форсунки 13 при этом открывается, и происходит впрыск топлива. При прекращении подачи напряжения на пьзоэлемент игла форсунки закрывается.
Благодаря тому, что пьезофорсунки имеют намного меньшее время срабатывания, чем традиционные электромагнитные, стало возможным разделение горючей смеси на несколько отдельных микродоз: после многократных предварительных впрыскиваний очень небольших количеств горючей смеси следуют либо основное впрыскивание, либо при необходимости многие так называемые «послевпрыскивания» (рис. 7.169).
Время между предварительным впрыскиванием и основным впрыскиванием составляет 100 мс. Объем топлива, попадающего в цилиндр в момент каждого предварительного впрыскивания, составляет 1,5 мм3. Это делается для равномерного распределения давления в камере сгорания и, соответственно, уменьшения шума, создаваемого в процессе сгорания. Послевпрыскивания, в свою очередь, служат для снижения токсичности отработавших газов. Если в конце цикла сгорания произвести еще одно впрыскивание в цилиндр, то оставшиеся частицы сгорают лучше. Кроме того, в случае, когда во впускной системе установлен фильтр для улавливания несгоревших частиц, такая технология за счет высокой температуры способствует его очистке. Это особенно актуально для двигателей с большим рабочим объемом.
Более того, сейчас стало возможным использовать до семи тактов впрыска вместо трёх за один рабочий процесс. Благодаря этому появляются новые возможности для увеличения номинальной мощности двигателя и еще более точного контроля за составом отработавших газов.
Новое поколение форсунок позволяет регулировать не только количество впрыска по времени и его фазы, но и управлять подъемом иглы, что позволяет более четко управлять процессом впрыска.
В настоящее время производители дизельной топливной аппаратуры, например, фирма Бош, разработала системы Common Rail с давлением впрыска до 2600 кгс/см2. В этих системах форсунка отличается от традиционной тем, что максимальное давление создается не гидроаккумуляторе, а в самой форсунке. Она снабжена миниатюрным гидроусилителем давления и двумя электромагнитными клапанами, позволяющими варьировать момент впрыска и количество топлива в пределах одного рабочего цикла. Таким образом, здесь совмещены принципы работы Common Rail и форсунки. Форсунки с повышенным давлением впрыска соответствуют нормам Евро-6.
Другим направлением форсунок фирмы Bosch является устройство в форсунках небольшого напорного резервуара, сокращающего обратный ход к циклу низкого давления. Это позволяет увеличить давление впрыска и КПД системы.
Форсунки Common Rail современных двигателей не вворачиваются в цилиндр, а крепятся на головке блока цилиндров с помощью прижимных пластин (рис. 170). Такое крепление значительно облегчает демонтаж форсунок.
Гидроаккумулятор. Назначение аккумулятора – накапливать необходимое количество топлива для обеспечения его потребления форсунками на всех режимах работы двигателя. Чтобы нагнетательные топливопроводы идущие к форсункам не были длинными, аккумулятор закрепляют на голове блока. Аккумулятор изготавливается в виде толстостенного трубопровода с внутренним диаметром 10 мм, наружным 18 мм, длиной 280… 600 мм, объемом 22…47 мл.
На аккумуляторе высокого давления (рис. 7.171) расположены штуцер подвода топлива от насоса высокого давления, штуцеры отвода топлива к форсункам, штуцер слива топлива в бак, предохранительный клапан, а также датчик давления топлива.
Клапана и датчики. Предохранительный (редукционный) клапан 10 (рис. 7.172) предназначен для стравливания топлива из аккумулятора при превышении давления выше допустимого. Он срабатывает при неисправном регуляторе давления. При превышении давления в аккумуляторе свыше допустимого игла 2 клапана (рис. 7.172), преодолевая усилие пружины 3 открываете сливную магистраль и давление в аккумуляторе уменьшается. Давление срабатывания клапана регулируется поворотом винта 4.
В отдельных системах может применяться регулятор давления топлива (рис. 7.173), который устанавливается на топливной рампе. Он регулирует давление в аккумуляторе высокого давления. Управление регулятором давления осуществляется от блока управления двигателя. В состоянии «Двигатель ВЫКЛ.» шарик клапана прижимается к седлу клапана только усилием пружины. Благодаря этому поддерживается небольшое давление. Если давление топлива в рампе превышает усилие пружины, клапан открывается и топливо сливается через обратную магистраль в топливный бак.
Для обеспечения рабочего давления в аккумуляторе высокого давления блок управления двигателя подаёт сигнал на катушку электромагнита. Сердечник втягивается в катушку, прижимая иглу клапана к седлу. В зависимости от скважности управляющего сигнала изменяется количество сливаемого в топливный бак топлива.
Датчик давления топлива 5 в гидроаккумуляторе (рис. 7.174) служит для передачи сигнала давления топлива в блок управления. Он состоит из мембраны 2 (рис. 6.7) и электронной платы 1.
Мембрана 2 приварена к корпусу и снабжена полупроводниковым первичным преобразователем. Она может прогибаться до 1 мм при давлении 1500 кгс/см2. Перемещение мембраны, зависящее от давления топлива, вызывает изменение сигнала напряжения, регистрируемого в электронной плате и передаваемого в блок управления. Сигнал напряжения используется в блоке управления системой впрыска дизеля в качестве одной из величин, влияющих на регулирование давления топлива в контуре высокого давления.
Датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя. По сигналам датчика определяется частота вращения коленчатого вала и его точное положение. Эта информация используется в блоке управления системой впрыска дизеля для определения угла опережения впрыска и цикловой подачи топлива.
Для определения положения распределительного вала применяется датчик Холла. Метка начала отсчета определяется по положению выступа на распределительном вале относительно датчика. Сигнал этого датчика используется для определения фазы впрыска топлива в первом цилиндре двигателя при пуске.
На впускном трубопроводе установлен измеритель массового расхода воздуха, учитывающий обратные потоки. Обратные потоки возникают в результате колебаний массы воздуха во впускном трубопроводе, возбуждаемых открытиями и закрытиями клапанов. Пленочный термоэлектрический датчик распознает обратное течение воздуха и вырабатывает сигнал расхода с учетом направления его движения. Этот сигнал передается далее на блок управления системой впрыска дизеля. Сигнал измерителя используется в блоке управления системой впрыска дизеля при расчете дозы впрыскиваемого топлива.
Датчик температуры охлаждающей жидкости. Температура охлаждающей жидкости учитывается в блоке управления системой впрыска дизеля в качестве корректирующей величины при расчете дозы впрыскиваемого топлива. Соответствующий текущей температуре охлаждающей жидкости сигнал передается на вход блока управления системой впрыска дизеля. Температура охлаждающей жидкости учитывается в блоке управления системой впрыска дизеля в качестве корректирующей величины при расчете дозы впрыскиваемого топлива.
Выключатель сигнала торможения и контактный датчик на педали тормоза расположены в одном общем держателе на педальном механизме. Они подают на блок управления системой впрыска дизеля сигналы о начале перемещении педали тормоза. С выключателя и датчика на педали тормоза блок управления системой впрыска дизеля получает сигнал «Тормоз действует». При неисправности датчика положения педали акселератора воздействие на педаль тормоза вызывает по соображениям безопасности снижение частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Датчик педали сцепления установлен на педальном узле и приводится от педали сцепления. По его сигналу определяется начало перемещения педали сцепления. По сигналам этого датчика блок управления системой впрыска дизеля определяет, включено или выключено сцепление. При воздействии на педаль сцепления подача топлива в цилиндры двигателя кратковременно снижается. Благодаря этому предотвращается дерганье двигателя в процессе переключения передач.
Датчик положения педали акселератора предназначен для передачи сигнала о положении акселератора в блок управления. В корпусе датчика положения педали акселератора размещен также датчик перехода на холостой ход. Положение педали акселератора является важнейшей из величин, используемых при расчете подачи топлива. Датчик перехода на холостой ход подает сигнал на блок управления системой впрыска дизеля о начале перемещения педали акселератора.
Датчик давления во впускном трубопроводе измеряет текущее давление воздуха во впускном трубопроводе. Сигнал этого датчика используется в блоке управления системой впрыска дизеля для регулирования давления наддува.
Датчик температуры воздуха измеряет текущую температуру поступающего в двигатель воздуха. Сигнал этого датчика используется в блоке управления двигателем в качестве величины, по которой корректируется давление наддува. При этом учитывается влияние температуры на плотность наддувочного воздуха.
Дополнительные входные сигналы. Сигнал скорости автомобиля блок управления системой впрыска дизеля получает от датчика скорости автомобиля.
От величины этого сигнала зависит выполнение следующих функций:
– ограничение максимальной скорости автомобиля;
– сглаживание толчков при переключении передач;
– контроль работы системы регулирования скорости автомобиля.
Сигнал включения компрессора кондиционера поступает с выключателя кондиционера и используется для повышения частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу, чтобы исключить ее резкое снижение в начальной фазе работы компрессора.
Сигнал включения коробки отбора мощности получаемый с выключателя коробки отбора мощности, в соответствии с которым производится соответствующее повышение частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Сигнал с кондиционера используется для отключения компрессора кондиционера, чтобы снизить нагрузку на двигатель при определенных режимах его работы.
Дроссели в трубопроводах высокого давления. Окончание впрыска в топливных дизельных системах «Common Rail» сопровождается образованием волны давления в форсунке, которая распространяется до аккумулятора и отражается от него. Возвращающая к форсунке волна пониженного давления вызывает резкую посадку иглы форсунки на седло. Чтобы подавить волны давления, применяют дроссель, устанавливаемый в штуцере трубопровода, по которому топливо подается из аккумулятора к форсунке. Для устранения этого явления, в штуцеры аккумулятора системы впрыска запрессовываются дроссели (рис. 7.175), которые гасит волны давления, предотвращая резкую посадку иглы форсунки на ее седло и разрушение последнего.
