|
|
Топливная система COMMON RAIL. Дизельные системы COMMON RAIL типа BOSCH. Дизельные системы common rail типа bosch
Дизельные системы COMMON RAIL типа BOSCH
После получения технологии прямого впрыска дизельного двигателя с системой COMMON RAIL компании ROBERT BOSCH Gmbh удалось с успехом разработать эффективную схему контроля впрыска, которая получила наибольшее распространение и в мире, благодаря своей простоте и надежности. Системы COMMON RAIL от BOSCH классифицируются по типам насоса высокого давления и могут иметь несколько разновидностей в зависимости от задач двигателя. Системы управления топливоподачей BOSCH могут быть трех типов: с регулированием давления в рампе на стороне высокого давления, регулирование потока топлива на стороне высокого давления при выходе топлива из ТНВД и так называемый "двойной контроль", когда регулировка происходит с помощью датчика контроля потока в ТНВД и посредством регулятора давления на топливной рампе с помощью дозирующего клапана на линии низкого давления на входе в ТНВД.
|
Система Bosch CP1
|
Н асосы Bosch первого поколения типа CP1 приводятся в работу с помощью вала, соединенного с распредвалом двигателя. Они могут иметь модификации CP1K - компактный дизайн и CP1S - стандартный дизайн, но с регулятором давления на корпусе насоса. Система характеризуется наличием погружного электрического топливного насоса, который подает топливо к ТНВД под давлением 2,6 бар и с производительностью 160 л/час (может меняться в зависимости от модели автомобиля). Электрический топливный насос постоянно активирован при работающем двигателе. Лишнее топливо отводится через предохранительный клапан на блоке топливного фильтра в топливный бак. Блок топливного насоса и указателя уровня топлива оснащен еще одним предохранительным клапаном. При заблокированном топливопроводе предохранительный клапан открывается и подаваемое топливо снова возвращается напрямую в топливный бак. Это позволяет избежать повреждений топливной системы.
ТНВД системы СР1 имеет три плунжера, расположенных радиально к друг другу под углом в 120 градусов. В центре корпуса топливного насоса установлен приводной вал. Привод плунжерных пар осуществляется посредством эксцентрикового кулачка напрямую от выпускного распределительного вала через соединительный элемент. Передаточное число привода топливного насоса соответствует передаточному числу коленчатого вала относительно распределительного вала 2 : 1. ТНВД СР1 не имеет клапана дозирования топлива. Давление в топливной рампе регулируется исключительно посредством регулятора давления топлива (DRV). ТНВД должен создавать минимальное давление в рампе на уровне 170-200 бар на холостом ходе и 1350 бар на максимальных оборотах. После входного штуцера на линии низкого давления в ТНВД имеется специальный клапан, который переводит часть топлива для смазки внутренних поверхностей насоса. Пружина клапана настроена так, что если давление в магистрали ниже 0,8 бар, то топливо направляется на смазку и охлаждение насоса и затем сливается в линию обратки. Если давление выше 0,8 бар, то пружина сжимается и большая часть топлива подаётся к плунжерам для сжатия. По мере вращения приводного вала, эксцентрик нажимает на трехгранную втулку, а она надавливает на поршень плунжера. Когда эксцентрик не давит на поршень плунжера, поршень под действием возвратной пружины двигается к центру насоса, создавая разряжение в камере, которое открывает впускной клапан и топливо попадает в камеру. После нажима эксцентрика на поршень, тот двигается вверх, сжимая топливо и высокое давление в камере перекрывает впускной клапан (как только давление станет около 1 бара), одновременно выдвигая шарик контрольного клапан на впуске и выпуская топливо из камеры уже под высоким давлением. После этого движение поршня вниз снова создает разряжение и шарик перекрывает выпускное отверстие и впускной клапан открывается снова. Такт повторяется. Некоторые варианты насоса могут иметь клапан деактивации одного из плунжеров. Причина его использования - снижение нагрузки на ТНВД на малых оборотах, а также быстрое понижение давления в системе при переходе блока управления в аварийный режим. Клапан деактивации состоит из электромагнита и штока, который перекрывает подачу топлива для сжатия. После подачи сигнала с ЭБУ на клапан, соленоид прижимает шток с золотником клапана к впускному отверстию.
Р егулятор давления топлива является частью топливной рампы или расположен на корпусе ТНВД. Клапан на насосе располагается после выпускного штуцера подачи топлива в рампу и отводит часть топлива в линию обратки. Клапан состоит из соленоида и подпружиненного штока, который упирается в шарик для перекрытия сливного канала. Открытие форсунок и работа плунжеров приводят к сильным гидравлическим колебаниям топлива. Шарик в клапане призван гасить эти колебания. Если давление в клапане больше 100 бар, то пружина сжимается и топливо утекает в магистраль обратки. Под управлением сигнала частоты с ЭБУ соленоид двигает шток вперед и он перекрывает слив в обратку, повышая давление в линии. Если ЭБУ не управляет клапаном, то давление находится на уровне 100 бар. Если клапан на рампе, то он находится на линии слива топлива в магистраль обратки и регулирует топливо по сигналу частотной модуляции с блока управления двигателем.
Т акже на рампе устанавливается датчик измерения давления. Он с высокой точностью и за соответственно короткое время измеряет мгновенное давление топлива в рампе и передает в ЭБУ сигнал напряжения, соответствующий имеющемуся давлению. Датчик функционирует вместе с регулятором давления топлива в замкнутом контуре регулирования. Также в рампе может располагаться датчик температуры топлива. Его сопротивление при температуре 25 градусов - 2400 Ом, при температуре 80 градусов - 270 Ом.
О бычно в двигателях с системой Bosch СР1 используются форсунки электромагнитного типа CRI 1 и CRI 2. Принцип работы в следующем:
Топливо из рампы под высоким давлением через трубку направляется к форсунке и далее по топливной галерее в форкамеру распылителя, а также через впускной дроссель в управляющую камеру клапана. Управляющая камера клапана соединена с линией возврата топлива в бак через выпускной дроссель, который может открываться электромагнитным клапаном. В закрытом состоянии (электромагнитный клапан обесточен) выпускной дроссель закрыт шариком клапана, поэтому топливо не может выйти из управляющей камеры клапана. В этом положении в форкамере распылителя и в управляющей камере клапана устанавливается одинаковое давление (баланс давления). На иглу распылителя действует дополнительно усилие собственной пружины, поэтому игла распылителя остается закрытой (гидравлическое давление и усилие пружины иглы распылителя). Топливо не попадает в камеру сгорания. При активации электромагнитного клапана открывается выпускной дроссель. За счет этого возрастает давление в управляющей камере клапана, а также гидравлическое усилие, действующее на управляющий золотник клапана. Как только гидравлическая сила в управляющей камере клапана станет меньше гидравлической силы в форкамере распылителя и пружины иглы распылителя, игла распылителя открывается. Топливо через отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания. Спустя заданное программой время подача электропитания к электромагнитному клапану прерывается. После этого выпускной дроссель снова закрывается. С закрытием выпускного дросселя в управляющей камере клапана через впускной дроссель восстанавливается давление из топливной рампы. Это повышенное давление с большим усилием воздействует на управляющий золотник клапана. Эта сила и сила упругости пружины иглы распылителя теперь превосходят силу в форкамере распылителя и игла распылителя закрывается. Скорость закрывания иглы распылителя определяется расходом впускного дросселя. Впрыск прекращается, как только игла распылителя достигает своего нижнего упора. Косвенное приведение в действие иглы распылителя посредством системы гидравлического сервопривода применяется, когда усилие, необходимое для быстрого открывания иглы распылителя с помощью электромагнитного клапана, не может быть создано напрямую. Для этого дополнительно к объему впрыскиваемого топлива в возврат топлива через дроссели управляющей камеры подается требуемый "управляющий объем". Дополнительное к управляющему объему имеются объемы утечек на перемещение иглы распылителя и управляющего золотника клапана. Электромагнитные форсунки калибруются во время производства и имеют несколько вариантов кодировки. Ранние версии разделены на классы (например, Х, Y, Z у Hyundai) и в случае замены классы форсунок необходимо комбинировать по определенному принципу. В более поздних системах используется код : 8-значный (ЕВРО IV) или 9-значный (ЕВРО V), который представляет собой поправочный коэффициент для коррекции топлива и выгравирован на поверхности головки топливной форсунки. В случае замены форсунок в память ЭБУ необходимо вводить новый код. Также необходимо вводить коды форсунок при замене ЭБУ на новый в память нового блока.
|
Система Bosch CP1Н
|
С истема Bosch CP1H относится к второму поколению и стала применяться с 2001 года. В отличие от насосов CP1 в СР1Н на стороне подачи топлива в рампу расположен соленоидный клапан контроля количества топлива, подаваемого из насоса в рампу. Эта конструкция впервые была применена на типе СР3, но добавлена к СР1 для увеличения производительности насоса. Это позволяет увеличить эффективность насоса, понизив температуру топлива, нагрузку и повысив создаваемое давление. Привод топливного насоса осуществляется напрямую от выпускного распределительного вала через соединительный элемент. Передаточное число привода соответствует передаточному числу коленчатого вала относительно распределительного вала 2 : 1. Топливный насос может вырабатывать максимальное давление топлива от 1600 до 1800 бар. Еще одна особенность системы СР1Н - использование деактиватора одного из плунжеров в случае, если нет необходимости развивать максимальное давление в рампе.
В случае, если в системе не используется погружной электрический насос, ТНВД может быть оборудован подкачивающим насосом шестеренного типа. Основные конструктивные детали – две находящихся в зацеплении шестерни, вращающиеся друг навстречу другу и подающие топливо, защемленное во впадинах между зубьями, из полости всасывания в полость нагнетания. Контактная линия шестерен между полостью всасывания и полостью нагнетания уплотнена, что исключает возможность обратного перетекания топлива. Подача насоса примерно пропорциональна частоте вращения двигателя. В этой связи требуется регулирование подачи / переходного давления. Величина переходного давления, нагнетаемого зубчатыми колесами, зависит от дросселирующих отверстий и их проходного сечения в перепускном дроссельном клапане. Перепускной дроссельный клапан интегрирован в контур низкого давления топливного насоса. Создание высокого давления (до 1800 бар) вызывает высокую температурную нагрузку на отдельные детали топливного насоса. Поэтому для обеспечения выносливости механические детали топливного насоса должны обильно смазываться. Перепускной дроссельный клапан спроектирован так, чтобы при любом режиме эксплуатации обеспечить оптимальное смазывание и, соответственно, охлаждение. При низкой частоте вращения топливного насоса (низкое давление подкачивающего насоса) управляющий золотник лишь немного смещается со своего седла. Потребность в смазке/охлаждении, соответственно, мала. Открывается малая подача топлива через дроссель на конце управляющего золотника для смазки/охлаждения насоса. Некоторые ТНВД могут быть снабжены автоматической вентиляцией (Форд). Через дроссель отводится воздух, который может находиться в топливном насосе. С ростом частоты вращения топливного насоса (ростом давления подкачивающего насоса) управляющий золотник сильнее поджимает нажимную пружину. При растущей частоте вращения топливного насоса требуется усиленное охлаждение топливного насоса. При заданном давлении открывается байпасное охлаждение топливного насоса и расход топливного насоса увеличивается. При высокой частоте вращения топливного насоса (высоком давлении подкачивающего насоса) управляющий золотник сильнее поджимает нажимную пружину. Теперь байпасное охлаждение топливного насоса полностью открыто (максимальное охлаждение). Избыток топлива через байпас обратного потока возвращается в полость всасывания подкачивающего насоса. Таким образом внутреннее давление топливного насоса СР1Н (как и СР1) ограничивается значением 6 бар.
Привод топливного насоса осуществляется от приводного вала, а конструкция, в целом, аналогична CP1. На приводном валу жестко смонтирован эксцентрик, который перемещает три плунжера насоса возвратно-поступательно в соответствии с профилем кулачка эксцентрика. На впускной клапан подается давление топлива от подкачивающего насоса. Если переходное давление превышает внутреннее давление камеры высокого давления (плунжер превышает положение TDC (верхняя мертвая точка)), то впускной клапан открывается. Заполнение камеры высокого давления функционирует комбинировано: С одной стороны, топливо под воздействием переходного давления нагнетается в камеру высокого давления. Давление при этом зависит от проходного сечения клапана дозирования топлива. С другой стороны, топливо при движении плунжера вниз засасывается в камеру высокого давления. Если пройдена BDC (нижняя мертвая точка) плунжера, то впускной клапан закрывается вследствие возросшего давления в камере высокого давления. Топливо больше не может проходить в камеру высокого давления. Как только давление в камере высокого давления превысит давление в топливной рампе, открывается выпускной клапан, и топливо через подсоединение высокого давления нагнетается в топливную рампу (ход подачи). Плунжер насоса подает топливо до тех пор, пока не будет достигнута TDC. Затем давление падает, и выпускной клапан закрывается. Оставшееся топливо более не находится под давлением; плунжер насоса движется вниз. Если давление в камере высокого давления ниже переходного давления, впускной клапан снова открывается, и процесс начинается сначала.
Линия подачи топлива под высоким давлением в рампу имеет ответвление, которое проходит через Клапан регулировки давления для слива лишнего топлива в бак. Клапан установлен или сбоку или позади ТНВД в зависимости от конструкции.
|
Система Bosch CP3
|
С истема BOSCH CP3 появилась в 2003 году и стала третьим поколением систем BOSCH для прямого впрыска дизельного топлива. Принцип дизайна насоса CP3 идентичен СР1 и СР1Н (технология СР3 использована для насосов СР1Н). Но в этом типе применена новая технология управления давлением: управление осуществляется не в линии высокого давления, а на стороне подачи топлива в ТНВД. Для этого применен новый элемент - клапан контроля количества подаваемого в насос топлива (IMV). Корпус имеет новую форму моноблока со сниженным уровнем трения. Другая отличительная особенность - не прямое воздействие эксцентрика на плунжер, а передача усилия через толкатель, что позволяет увеличить нагрузку и добиться максимального давления в 1800 бар. Причина использования моноблочной систему корпуса в том, что такое исполнение уменьшает число мест в контуре высокого давления, где возможны утечки, и допускает более высокую производительность. Также в насосах типа СР3 применены толкатели со специальной опорой. Поперечные силы, возникающие в результате действия поперечного момента эксцентрика привода, воспринимаются не плунжерами, а специальной опорной втулкой на стенке корпуса насоса. ТНВД этого типа отличается большей стабильностью работы под нагрузкой и способностью противостоять более высокому давлению.
Еще одна из отличительных особенностей системы СР3 - использование механического передающего насоса, расположенного в задней части ТНВД на линии низкого давления. Насос шестеренчатого типа, как у CP1H, но может применяться электрический роторный насос роликового типа, который находится на линии низкого давления. Такой тип насоса включает в себя камеру с внутренним эксцентриком и с установленным в ней ротором и роликами, которые могут перемещаться в прорезях ротора. Вращение ротора вместе с создаваемым давлением топлива заставляют ролики перемещаться на периферию прорези, прижимаясь к рабочим поверхностям. В результате ролики действуют как вращающиеся уплотнители, посредством чего между роликами соседних прорезей и внутренней, рабочей поверхностью корпуса насоса, образуется камера. Создание давления определяется тем, что при закрытии входной серпообразной полости объем камеры постоянно уменьшается, и когда выходное отверстие открывается, топливо течет через электромотор и выходит из штуцера в крышке на нагнетательной стороне насоса.
Шестеренчатый насос является исключительно механическим топливоподкачивающим насосом. Он увеличивает нагнетаемое одним или двумя электрическими топливными насосами в топливном баке давление топлива. Этим гарантируется обеспечение топливом насоса высокого давления во всех режимах работы. В корпусе насоса, который крепится на задней части ТНВД находятся две встречно движущихся шестерни, при чем одна шестерня приводится в действие сквозным приводным валом. Шестерни вращаются, топливо в пространство между зубьями шестерен и подается по топливным магистралям в полость давления. Оттуда оно поступает корпус насоса высокого давления. Зацепление зубьев обоих шестерен исключает обратный отток топлива. Предохранительный клапан открывается при повышении давления топлива в полости давления шестеренчатого насоса свыше 5,5 бар. Топливо откачивается тогда в полость всасывания шестренчатого насоса.
К лапан дозировки топлива встроен в насос высокого давления. Он обеспечивает необходимое регулирование давления топлива в области высокого давления. Клапан дозировки топлива регулирует количество топлива, которое поступает в насос высокого давления. Преимущество системы состоит в том, что насос высокого давления должен создавать только то давление, которое необходимо для рабочей ситуации на данное время. Таким образом, сокращается потребляемая мощность насоса высокого давления и предотвращается ненужный разогрев топлива. В обесточенном состоянии клапан дозировки открыт. Дозирующий плунжер усилием пружины сдвинут в сторону и предоставляет минимальное поперечное сечение к насосу высокого давления. Через него только небольшое количество топлива проходит в камеру сжатия насоса высокого давления. Для увеличения количества подаваемого топлива к насосу высокого давления, клапан дозировки топлива управляется импульсным сигналом (PWM) блока управления дизельной системы впрыска. PWM-сигналом клапан дозировки топлива синхронно закрывается. Благодаря этому за клапаном создается давление, которое воздействует на регулирующий плунжер. Вариацией сигналов изменяется давление и вместе с этим положение плунжера. Давление падает и регулирующий плунжер сдвигается вправо. Это увеличивает подачу топлива к насосу высокого давления. В случае отказа клапана двигатель переходит в аварийный режим и мощность его резко падает.
Принцип создания высокого давления в целом идентичен типу СР1Н. Также на рампе находится датчик измерения давления. В нем находится чувствительный элемент, который состоит из стальной мембраны и тензодатчика. Давление топлива воздействует на чувствительный элемент. При изменении давления изменяется прогиб стальной мембраны и также вместе с этим меняет сопротивление и тензодатчик. Электронный блок обработки данных вычисляет по сопротивлению сигнал напряжения и передает его на блок управления дизельной системы впрыска. C помощью запрограммированных в памяти блока управления характеристик подсчитывается текущее давление топлива. При отказе в работе датчика давления топлива блок управления дизельной системы впрыска подсчитывает значение давления по умолчанию. Мощность падает.
Регулировочный клапан давления топлива находится на топливной рампе. Регулировочным клапаном устанавливается давление топлива в области высокого давления. При этом им управляет блок управления дизельной системы впрыска. В зависимости от режима работы двигателя давление составляет от 230 до 1800 бар. При слишком высоком давлении топлива регулировочный клапан открывается и часть топлива из топливной рампы через обратную магистраль попадает в топливный бак. При слишком низком давлении регулировочный клапан закрывает и герметизирует область высокого давления от обратной магистрали. Если регулировочный клапан не управляется, то игла клапана под действием клапанной пружины придавлена в свое гнездо. Этим область высокого давления отделена от обратной магистрали. Клапанная пружина сконструирована так, что в топливной рампе создается давление топлива приблизительно 80 бар. Если давление топлива в топливной рампе больше усилия клапанной пружины, то регулировочный клапан открывается и топливо течет по обратной магистрали в топливный бак. Для создания рабочего давления от 230 до 1800 бар в топливной рампе, регулировочным клапаном управляет пусковой сигнал (PWM) блока управления дизельной системы впрыска. За счет этого в магнитной катушке возникает магнитное поле. Якорь клапана притягивается и придавливает иглу клапана в ее гнездо. Силе давления топлива в топливной рампе и дополнительно усилию пружины клапана противостоит магнитная сила. В зависимости от нажимного отношения управления, изменяется проходное сечение к магистрали обратного течения и вместе с этим количество возвращающегося топлива. Кроме того, за счет этого выравниваются перепады давления в топливной рампе. При отказе регулировочного клапана давления топлива двигатель не будет работать, поскольку не будет создаваться необходимое для впрыска высокое давление топлива.
На некоторых модификациях системы в цепи низкого давления может находится температурный датчик топлива. По сигналу датчика температуры топлива блок управления дизельной системы подсчитывает плотность топлива. Она является величиной коррекции для подсчета необходимого для впрыска количества топлива, регулировки давления топлива в топливной рампе и для регулировки количества топлива, которое поступает в насос высокого давления. При отказе датчика температуры топлива блок управления дизельной системы подсчитывает постоянное значение по умолчанию. При слишком высокой температуре в подающей магистрали, для защиты насоса высокого давления мощность двигателя ограничивается. Этим также косвенно уменьшается количество сжатого в насосе высокого давления топлива и таким образом температура топлива падает.
Некоторые типы систем имеют клапан постоянного давления. Клапан постоянного давления является абсолютно механическим клапаном. Он находится между обратными магистралями от клапанов впрыска и обратной магистралью топливной системы. Клапан постоянного давления в обратной топливной магистрали со стороны клапанов впрыска поддерживает давление топлива приблизительно на уровне 10 бар. Это давление топлива необходимо для работы клапанов впрыска. При работе двигателя топливо поступает от клапанов впрыска через обратные магистрали к клапану постоянного давления. При давлении топлива свыше 10 бар шарик под усилием пружины поднимается из своего гнезда. Топливо протекает через открывшийся клапан в обратную топливную магистраль к топливному баку.
Е ще одна важная отличительная особенность системы CP3 - это применение пьезофорсунок, которые относятся к поколению CRI 3. Скорость включения пьезофорсунок этого типа в 4 раза быстрее, чем у предыдущего поколения элекстромагнитных форсунок CRI 2. Кроме того, технология применения пьезофорсунок по сравнению с электромагнитными клапанами впрыска имеет приблизительно на 75% меньше подвижной массы на игле распылителя. Из этого складываются преимущества очень короткого времени включения, возможности большого количества циклов впрыска в течение рабочего такта и точно дозируемое количество топлива. За счет очень короткого времени включения пьезофорсунок можно гибко и точно управлять фазами и циклами впрыска. Благодаря этому процесс впрыска можно приспособить к соответствующим требованиям условий работы двигателя. В течение каждого процесса впрыска может производиться до пяти частичных циклов впрысков. Перед основным впрыском в камеру сгорания впрыскивается небольшое количество топлива. Это способствует повышению температуры и давления в камере сгорания. За счет этого сокращается задержка самовоспламенения основного впрыска и вместе с этим снижается быстрое возрастание давления и его пик. Следствием этого являются незначительные шумы сгорания топлива и низкий уровень токсичности выхлопных газов. Число, время и количество впрыскиваемого топлива для предварительного впрыска зависят от режима работы двигателя. В холодном двигателе и при низком числе оборотов по шумовым причинам происходят два предварительных впрыска. При более высокой нагрузке и высоком числе оборотов проходит только один предварительный впрыск для уменьшения уровня токсичности выхлопных газов. При полной нагрузке и высоком числе оборотов не происходит предварительного впрыска, поскольку для высокого коэффициента полезного действия должно впрыскиваться большое количество топлива. После предварительного впрыска и короткой паузы в камеру сгорания впрыскивается основное количество топлива. Уровень давления впрыска всего процесса остается примерно равным. Для регенерации сажевого фильтра происходят два пост впрыска. За счет их повышается температура выхлопных газов, которая необходима для сгорания частиц сажи в сажевом фильтре.
Для управления клапаном впрыска применяется пьезопривод. Он находится в корпусе клапана и управляется электрическим соединением блока управления системы впрыска. Пьезопривод имеет высокую скорость включения, он включается за менее чем, десятитысячную долю секунды. Для управления пьезоприводом используется обратный пьезоэлектрический эффект. Пьэзопривод состоит из множества пьезоэлементов, для достижения достаточно большого хода контактов управления клапанами впрыска. При подаче напряжения пьезопривод расширяется до 0,03 мм. (Для сравнения: человеческий волос имеет диаметр приблизительно 0,06 мм). К пьезоприводам подается напряжение от 110 до 148 В. Модуль сопряжения состоит из соединительной и клапанной колбы. Модуль связи действует как гидравлический цилиндр. Он очень быстро гидравлически преобразовывает линейное расширение пьезопривода и приводит в действие клапан переключения. Гидравлической передачей клапан переключения мягко открывается и за счет этого происходит точное управление впрыском. Преимущества гидравлической передачи: незначительная сила трения, амортизация подвижных конструктивных элементов, компенсация изменения длины конструктивных элементов за счет теплового расширения и отсутствие механического воздействия на иглу распылителя. Модуль сопряжения является гидравлической системой, в которой силы соотносятся друг к другу как площади колб. В модуле сопряжения площадь соединительной колбы больше площади клапанной колбы. Клапанная колба приводится, таким образом, в действие силой соединительной колбы. Отношение площади соединительной колбы к площади клапана переключения во много раз больше. За счет этого клапан переключения приводится в действие против давления топливной рампы от модуля сопряжения. Давление топлива в модуле сопряжения поддерживается клапаном постоянного давления в обратной магистрали приблизительно на уровне 10 бар. Это давление топлива служит в качестве воздушной подушки для гидравлической передачи между колбой соединения и клапанной колбой. В состоянии покоя клапан впрыска закрыт. Пьезопривод выключен. В пространстве управления выше иглы распылителя и к клапану переключения подается высокое давление топлива. Клапан переключения за счет высокого давления топлива и усилия пружины клапана переключения прижат в своем гнезде. За счет этого высокое давление топлива отделено от обратной топливной магистрали. Игла распылителя закрывается усилием пружины и высоким давлением топлива в пространстве управления выше распылителя. В обратной топливной магистрали давление топлива составляет приблизительно на уровне 10 бар, которое поддерживается клапаном постоянного давления в обратной магистрали клапанов впрыска. Начало впрыска проводит ЭБУ. При этом он посылает управляющие сигналы на пьезопривод. Пьезопривод расширяется и передает усилие на соединительную колбу. Движением соединительной колбы назад, в модуле сопряжения создается гидравлическое давление, которое через клапанную колбу воздействует на клапан переключения. Клапан переключения открывается гидравлическим усилием модуля сопряжения и освобождает путь высокому давлению топлива в обратную магистраль. Топливо в области управления через сливной дроссель попадает в обратную магистраль. При этом резко падает давление топлива выше иглы распылителя. Игла распылителя поднимается и начинается впрыск. Завершение впрыска происходит, когда блок ЭБУ больше не подает управляющие сигналы на пьезопривод. Пьезопривод возвращается в свое исходное положение. Обе колбы модуля сопряжения двигаются вверх, а клапан переключения прижимается в своем гнезде. За счет этого перекрывается путь высокому давлению топлива к обратной магистрали. Через дроссель подачи топливо поступает в область управления выше иглы распылителя. Давление топлива в области управления снова растет до уровня топливной рампы и закрывает иглу распылителя. Процесс впрыска завершен и клапан впрыска находиться снова в состоянии покоя. Количество впрыскиваемого топлива определяется длительностью нахождения под управлением пьезопривода и давлением топливной рампы. Благодаря быстрым промежуткам включения пьезопривода можно совершить большее число циклов впрыска за рабочий такт и точно определить количество впрыскиваемого топлива.
На каждой форсунке нанесен семизначный код для адаптации. Это значение для адаптации может состоять из букв и/или цифр. Значение (IMA код) определяется при изготовлении клапана впрыска на испытательном стенде. Оно представляет разность заданной величины и описывает этим параметры работы клапана впрыска. C помощью значения IMA ЭБУ дизельной системы впрыска может точно рассчитать необходимое время срабатывания для впрыска топлива через каждый отдельный клапан форсунки. За счет регулировки количества топлива для впрыска выравниваются различные параметры работы форсунок, которые возникают на основе производственных допусков. Целями данных коррекций количества впрыскиваемого топлива являются: сокращение расхода топлива, сокращение количества выхлопных газов, тихая работа двигателя. Насосы типа СР3 используются как на легковых, так и на коммерческих автомобилях. Версии СР3.1 СР3.4 отличаются размером и уровнем давления в зависимости от выполняемой автомобилем задачи. Версия СР3.4 используется только на грузовиках и автобусах. В лёгких грузовиках и коммерческих автомобилях других типов (пикапы) могут также использоваться ТНВД, первоначально спроектированные для легковых автомобилей. Особенностью топливных систем тяжёлых грузовиков, а также грузовиков средней грузоподъёмности, является топливный фильтр, расположенный на стороне давления. Он устанавливается между шестерёнчатым топливоподкачивающим насосом и ТНВД и благодаря большей ёмкости для отсеиваемых частиц, допускает длительный интервал замены фильтрующего элемента. В любом случае ТНВД требует внешнего соединения на впуске топлива, даже если шестерёнчатый топливоподкачивающий насос закреплён на фланце ТНВД.
|
Система Bosch CP4
|
У жесточение норм токсичности и стратегия уменьшения физических размеров агрегатов с увеличением их мощности привели к тому, что в 2007 году появляется новое поколение систем от BOSCH CP4. Основные отличительные особенности - уменьшение физического размера и возможность развивать максимальное давление в рампе до 2000 бар. Система имеет две модификации: СР4.1 с одним плунжером и СР4.2 с двумя плунжерами. В ней могут применяться пьезофорсунки, а для недорогих моделей соленоидные форсунки нового типа CRI 2.2-M2 с возможностью работы при давлении 1800, а в модификации CRI 2.6 с компенсирующим эффектом до 2000 бар.
Насос высокого давления CP4.1 представляет собой одноплунжерный насос. Привод насоса осуществляется через зубчатый ремень от 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. Дополнительный топливный насос подаёт насосу высокого давления топливо в количестве, необходимом для каждого режима работы двигателя. Через дозирующий клапан топливо попадаёт в область высокого давления двигателя. Кулачки приводного вала приводят плунжер насоса в возвратно-поступательное движение. При возвратном движении плунжера 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 затекает в камеру сжатия. После начала движения плунжера в прямом направлении 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 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 закачать 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 топлива открыт. Для ограничения дозы топлива, подаваемого в камеру сжатия, управление клапана осуществляется от блока управления двигателя сигналом с широтноимпульсной модуляцией. С помощью импульсного сигнала клапан дозирования периодически закрывается. В зависимости от коэффициента заполнения сигнала изменяется положение золотника, и, тем самым, регулируется количество топлива в камере сжатия ТНВД. В случае отказа клапана, мощность двигателя падает и система управления двигателя работает в аварийном режиме.
Давление топлива в области низкого давления регулируется с помощью перепускного клапана, который расположен на входе в ТНВД. Дополнительный топливный насос подаёт топливо из топливного бака к ТНВД под давлением около 5 бар. Этого достаточно для обеспечения работы ТНВД во всех режимах. Перепускной (редукционный) клапан удерживает давление топлива на входе в ТНВД на уровне 4,3 бар. Топливо, подаваемое дополнительным насосом, давит на плунжер перепускного клапана, удерживаемого пружиной. Когда давление превышает 4,3 бар, перепускной клапан открывается и топливо начинает поступать в обратный топливопровод. Избыток топлива, таким образом, стекает обратно в топливный бак. для регулирования давления в аккумуляторе высокого давления применяется т. н. концепция двойного регулирования. Для этого используются регулятор давления топлива и клапан дозирования топлива, которые управляются блоком управления двигателя с помощью сигнала с широтно импульсной модуляцией. В зависимости от режима работы двигателя регулирование давления осуществляется одним из двух клапанов. Регулирование посредством регулятора давления топлива ведется на холостом ходе при пуске и для прогрева. Для того чтобы быстрее прогреть топливо, насос высокого давления подаёт в камеру сжатия больше топлива, чем требуется для работы двигателя. Избыточное топливо через регулятор давления возвращается в обратный топливопровод. Регулирование посредством клапана дозирования топлива используется при больших цикловых подачах и при необходимости создания очень высокого давления. При этом в топливную рампу подаётся именно столько топлива, сколько необходимо двигателю в текущем режиме работы. Мощность, потребляемая насосом высокого давления, снижается, и ненужный нагрев топлива исключается. В режимах холостого хода, принудительного холостого хода и при малых цикловых подачах давление топлива регулируется с помощью обоих клапанов. При этом достигается высокая точность регулирования, улучшающая как работу в режиме холостого хода, так и переход к принудительному холостому ходу.
В версии системы CP4.2 используется двухплунжерная конфигурация ТНВД. Причина в сокращении нагрузки на плунжер и тем самым продлении жизни насосу. Максимальное давление впрыска составляет 2000 бар. В расположенных со смещением 90° плунжерных парах поочерёдно (в противофазе) происходят ходы всасывания и подачи топлива. При рабочих ходах топливо попеременно подаётся в левую и правую топливные рампы. Клапан дозирования топлива равномерно распределяет поступающее в ТНВД топливо по впускным каналам обоих плунжерных пар. Клапан дозирования топлива выполнен как часть ТНВД и управляет количеством топлива, подаваемого к плунжерным парам. Преимущество такой схемы заключается в том, что ТНВД подаёт в тракт высокого давления только то количество топлива, которое непосредственно требуется двигателю в данный момент в текущем режиме работы, и не больше. Это снижает потребляемую ТНВД мощность и позволяет избежать ненужного нагрева топлива. Клапан расположен вертикально между двумя плунжерами. По мере вращения приводного вала, эксцентрик нажимает сначала на поршень одного плунжера, потом второго. Принцип сжатия топлива и стратегия впрыска идентичны системе СР4.1.
|
Система Bosch CP2 / СPN2.2
|
Н асосы типа BOSCH CP2 используются только в коммерческих автомобилях. Их отличие - два вертикально расположенных в линию качающих плунжера. В некоторых редких случаях применялись насосы с четырьмя качающими элементами. Причина использования схемы с вертикальными плунжерами в возможности взаимозаменять ТНВД на традиционные плунжерные насосы, где максимальное давление не превышает 400-1150 бар, без необходимости радикального изменения компонентов. Передаточное отношение между валом ТНВД и коленвалом равно 1:2. Еще одна особенность системы СР2 в применении охлаждения насоса маслом, а не дизельным топливом. Поскольку такие системы применяются только на габаритных двигателях крупных коммерческих автомобилей, диаметр отверстий распылителя форсунок достаточно большой, чтобы форсунки не закоксовывались фракциями масла, которое попадает в топливо. Оно подаётся непосредственно через присоединительный фланец или через впускной канал, который находится сбоку в зависимости от конструкции насоса.
Передающий насос интегрирован в ТНВД и находится на конце кулачкового вала. Он имеет стандартную для системы Bosch шестеренчатый принцип и высокое передаточное отношение. Насос выкачивает топливо из бака под отрицательным давлением и передает его к интегрированному фильтру тонкой очистки. После фильтра топливо проходит в клапан дозирования, который находится в верхней части головки ТНВД. Клапан контролирует объём подаваемого в плунжеры топлива в зависимости от сигнала частоты с ЭБУ. В верхней части плунжерной пары расположен комбинированный клапан для впуска и выпуска топлива. Под давлением топлива открывается впускной клапан в плунжере в момент, когда плунжер перемещается вниз, и топливо попадает в камеру для сжатия. Движением вниз плунжер как бы всасывает топливо внутрь. Под действием пружины выпускной клапан перекрывается, когда плунжер находится в мертвой нижней точке. Двигаясь вверх поршень сжимает топливо и как только давление в камере станет равным давлению в рампе, выпускной клапан открывается, а впускной перекрывается. Топливо выходит из насоса в сторону топливной рампы. Пружина плунжера обеспечивает постоянный контакт между плунжером и роликовым толкателем. Посредством кулачков вращательное движение кулачкового вала преобразуется в возвратно-поступательное движение плунжеров. Пружина плунжера обеспечивает его возврат в исходное положение.
|
Сравнительная Таблица Насосов Высокого давления Bosch
Тип ТНВД
|
Максимальное давление в рампе (Бар)
|
Тип смазки
|
CP1
|
1350
|
Диз. Топливо
|
CP1+
|
1350
|
Диз. Топливо
|
CP1H
|
1600 / 1800
|
Диз. Топливо
|
CP1H+OWH
|
1100
|
Диз. Топливо
|
CP3.2
|
1600
|
Диз. Топливо
|
CP3.2+
|
1100
|
Диз. Топливо
|
CP3.3
|
1600
|
Диз. Топливо
|
CP3.4
|
1600 / 1800
|
Масло
|
CP3.4+
|
1600
|
Диз.Топливо
|
CP2
|
1400
|
Масло
|
CP2.2
|
1600
|
Масло
|
CP2.2+
|
1600
|
Масло
|
CP2.4
|
1600
|
Масло
|
CP4.1
|
1800 / 2000
|
Диз. Топливо
|
CP4.2
|
1100 / 2000
|
Д
| |
|
|
Скачать 0.53 Mb.