Основні функції системи полягають в оптимальному і правильному управлінні процесом упорскування дизельного палива в потрібний момент і в необхідній кількості, а також при необхідному тиску впорскування, що забезпечується застосуванням електронної системи управління. Така організація управління процесом упорскування забезпечує плавну та економічну роботу дизеля.
У даній акумуляторній системі Common Rail тиск палива може досягати 160 МПа.
Дана система дозволяє досягти зниження вмісту твердих частинок сажі у відпрацьованих газах та оксидів азоту NO x.
Акумуляторна паливна система Common Rail включає: ступінь низького тиску, ступінь високого тиску і електронну систему управління двигуном.
Основними елементами даної системи є електрогідравлічні форсунки, ТНВД фірми Bosch (СРЗ) (з датчиком температури палива та клапаном регулювання тиску палива), акумулятор палива (з датчиком тиску палива та редукційним клапаном), датчики та клапана системи керування двигуном та електронний блок керування двигуном.
Ступінь низького тиску складається з паливного бака, паливного фільтра та трубопроводів лінії низького тиску.
Ступінь високого тиску в акумуляторній паливній системі Common Rail включає ТНВД, акумулятор палива, форсунки, лінії високого тиску і лінії повернення палива.
Схема акумуляторної паливної системи Common Rail.
1 - паливний бак,
2 - ТНВД,
3 - паливний фільтр,
4 - редукційний клапан,
5 - контрольний (зворотний) клапан,
6 - акумулятор палива,
7 - датчик тиску палива в акумуляторі,
8 - форсунка,
9 - блок керування двигуном.
Потік палива у ТНВД.
1 - паливний бак,
2 - паливний фільтр,
3 - ТНВД,
4 - регулюючий клапан,
5 - паливопідкачуючий насос,
6 - клапан регулювання тиску палива,
7 - камера високого тиску,
8 - акумулятор палива,
9 – до форсунок.
У штуцер (2) ТНВД для приєднання шлангу подачі палива з паливного бака, встановлений додатковий паливний фільтр для кращої фільтрації палива, перед його подачею в лінію високого тиску.
1 - штуцер повернення палива,
2 - штуцер подачі палива від паливного фільтра,
3 - ТНВД,
4 - клапан регулювання тиску палива,
5 - паливопідкачуючий насос,
6 – датчик температури палива.
Паливний насос високого тиску наводиться через систему шестерень від колінчастого валу та подає паливо під необхідним тиском в акумулятор палива. ТНВД включає паливопідкачуючий насос (що накачує паливо з паливного бака в плунжерну камеру), датчик температури палива, клапан регулювання тиску палива, кулачковий вал та три плунжери (розташовані під кутом 120°відносно один одного), що накачують паливо під високим тиском акумулятора палива.
У плунжерні камери високого тиску, необхідна кількість палива накачується з паливного бака за допомогою шестерного паливопідкачувального насоса. Паливопідкачуючий насос складається з двох шестерень із зовнішнім зачепленням, що обертаються в різних напрямках. У насосі паливо з лінії подачі потрапляє в зазор між зубцями шестерень та корпусом і подається до камери високого тиску ТНВД. Повернення палива до лінії подачі виключається за рахунок щільного контакту зубців шестерень. Так як швидкість обертання паливопідкачувального насоса залежить від частоти обертання колінчастого валу, то виникає необхідність регулювання кількості палива, що накачується в плунжерні камери.
Кількість палива, що подається в плунжерну камеру високого тиску, регулюється регулюючим клапаном паливопідкачувального насоса. Через цей клапан на підвищеній частоті обертання колінчастого валу частина палива повертається до лінії подачі палива. Клапан регулювання тиску палива регулює кількість палива, що подається до акумулятора, тим самим підтримуючи постійний тиск в акумуляторі палива. Клапан управляється блоком керування двигуном, за сигналом якого клапан відкривається і зайве паливо подається до лінії повернення.
Паливо, що подається від паливопідкачувального насоса, проходить у впускний канал усередині насоса. За впускним каналом розташований запобіжний клапан. Якщо тиск, створюваний паливопідкачуючим насосом, перевищує тиск відкриття запобіжного клапана, то паливо проходить через дросель клапана в контур мастила та охолодження ТНВД. Вал приводу з ексцентриком переміщає плунжер відповідно до підйому ексцентрика. Паливо проходить через впускний клапан (1) ТНВД ст. камеру високого тиску (5) насосного елемента та, при русі плунжера (8) вниз реалізує хід впуску. Вал (6) у корпусі ТНВД встановлений у центральному підшипнику. Ексцентрик (7) на валу ТНВД забезпечує зворотно-поступальний рух плунжерів. Після досягнення нижньої мертвої точки НМТ плунжера впускний клапан закривається і паливо вже не може вийти з верхньої камери насосного елемента (плунжера). Потім під час руху плунжера вгору паливо стискається, тиск підвищується і випускний (нагнітальний клапан) (2) відкривається, як тільки тиск перевищить його рівень акумулятора палива. Стисне паливо надходить потім у контур високого тиску.
Плунжер ТНВД продовжує подавати паливо доти, доки не досягне положення ВМТ (хід нагнітання). Після цього тиск падає, випускний клапан закривається та плунжер переміщається вниз. Коли тиск у камері насосного елемента перевищує тиск підкачування, клапан впуску знову відкривається і процес повторюється.
Датчик температури палива включає вимірювальний резистор і живиться напругою 5 В. Опір резистора змінюється в залежності від температури палива, що в свою чергу впливає на вихідну напругу (сигнал) посилається датчиком на блок керування. Блок управління отримує сигнал від датчика та визначає температуру палива за закладеним у його пам'яті алгоритмом. Дані, отримані від датчика температури палива, використовуються для розрахунку циклової подачі палива.
Паливо від ТНВД під високим тиском надходить до акумулятора палива, звідки воно подається до форсунок. В акумуляторі палива підтримується оптимальний тиск (25 – 160 МПа).
Поперечний розріз ТНВД.
1 - впускний клапан,
2 - випускний клапан
3 - пружина,
4 - штовхач,
5 - камера високого тиску,
6 - вал приводу,
7 - ексцентрик,
8 – плунжер.
Робота форсунки.
1 - голка,
2 - поршень,
3 - гідрокамера,
4 - кульковий клапан,
5 - якір електромагнітного клапана,
6 - обмотка електромагнітного клапана
7 - отвір повернення,
8 – отвір подачі.
При перевищенні тиску 195 МПа частина палива зливається через редукційний клапан (встановлений на акумуляторі палива) у лінію повернення палива. На акумуляторі палива встановлено датчик тиску.
1 - редукційний клапан,
2 - порти для приєднання паливних трубок високого тиску подачі палива до форсунок,
3 - датчик тиску в акумуляторі палива,
4 - порт для приєднання паливної трубки високого тиску подачі палива від ТНВД,
5 – акумулятор палива.
У систему встановлені форсунки з електромагнітним клапаном, що управляє. Управління форсунками здійснюється блоком керування двигуном. Кожна форсунка складається з пружного поршня (2), голки (1), електромагнітного клапана (6) та гідрокамери (3) (див. малюнок "Робота форсунки"). Від акумулятора палива до форсунки подається паливо, що надходить до гідрокамери, через отвір (8) та до голки форсунки. У гідрокамері паливо знаходиться під тиском, що дорівнює тиску в акумуляторі палива. Коли форсунку закрито, паливо тисне на пружний поршень, який, у свою чергу, впливає на голку форсунки, не даючи їй відкритися. Коли електронний блок керування двигуном видає керуючий пусковий сигнал на відповідний електромагнітний клапан форсунки, піднімається якір (5) з кульковим клапаном (4). Кульковий клапан відкриває канал (7), що з'єднує гідрокамеру з лінією повернення палива, в результаті чого частина палива зливається і тиск у гідрокамері форсунки слабшає. У той же час тиск палива, що подається до голки форсунки, долає зусилля пружини поршня та голка відкривається, внаслідок чого здійснюється упорскування форсункою палива в циліндр.
У лінію повернення палива від форсунок встановлено зворотний клапан. Цей клапан запобігає надходженню палива, яке відводиться в лінію повернення від форсунок, назад до форсунок.
Блок управління двигуном контролює кількість палива, що впорскується, і момент упорскування. Ця паливна система може забезпечити до трьох послідовних упорскування (багатостадійне упорскування). Кожна форсунка приєднана до лінії повернення палива.
Управління кількістю упорскування палива.
1 - сигнал датчика положення колінчастого валу,
2 - три упорскування,
3 - два упорскування,
4 - один упорскування,
5 - пілотне упорскування,
6 - основне упорскування.
1 - електромагнітний клапан
2 - пластина з отворами,
3 - кульковий клапан,
4 - голка форсунки,
5 – поршень.
Управління упорскуванням палива здійснює блок керування двигуном, на підставі сигналів ряду датчиків системи керування двигуном, а також залежно від режиму роботи двигуна. Блок управління управляє кількістю палива, що впорскується, моментом упорскування і кількістю впорскування за один такт в кожному циліндрі окремо. Кількість палива, що впорскується форсункою, визначається часом відкриття голки форсунки, яке в свою чергу залежить від часу, протягом якого блок управління двигуном посилає керуючий сигнал на електромагнітний клапан форсунки. Час відкриття голки форсунки контролюється блоком керування двигуном залежно від натискання педалі акселератора та частоти обертання колінчастого валу. У розрахункову кількість палива, що впорскується, вноситься коригування залежно від температури повітря на впуску, масової витрати повітря, температури охолоджуючої рідини та атмосферного тиску. Також блок управління вносить коригування кількості палива, що впорскується для кожної форсунки в залежності від ідентифікаційного коду форсунки, який слід запрограмувати в пам'ять блоку управління двигуном для кожної форсунки окремо. У цьому коді зашифровані механічні характеристики, індивідуальні кожної окремо взятої форсунки.
Блок управління двигуном постійно коригує кількість впорскуваного в кожен циліндр палива в залежності від зміни частоти обертання колінчастого валу (особливо на неодруженому ходу), для зниження коливань частоти обертання та зниження вібрацій.
Момент упорскування розраховується блоком управління на підставі сигналів різних датчиків, режиму роботи двигуна, частоти обертання колінчастого валу і кількості палива, що впорскується, за алгоритмом, записаним у пам'яті блоку управління. У розрахунковий час упорскування палива вноситься коригування залежно від температури повітря на впуску, температури охолоджуючої рідини та атмосферного тиску.
Тиск упорскування безпосередньо залежить від тиску в акумуляторі палива і контролюється блоком керування двигуном на основі сигналу датчика тиску в акумуляторі палива.
Тиск палива регулюється блоком управління залежно від частоти обертання колінчастого валу та циклової подачі палива за допомогою клапана регулювання тиску палива, встановленого у ТНВД. Створення оптимального тиску впорскування палива для кожного режиму роботи двигуна сприяє зниженню токсичності відпрацьованих газів.
Кількість упорскування, вироблених форсункою в циліндр, контролюється блоком управління двигуном в залежності від умов руху автомобіля і служить для зниження вібрацій і токсичності газів, що відпрацювали. Дана акумуляторна паливна система дозволяє реалізувати до трьох упорскування в один циліндр за цикл.
У пам'яті блоку управління запрограмовано декілька оптимальних алгоритмів упорскування палива при різних станах. Так, при низькій частоті обертання колінчастого валу і низькому навантаженні проводиться три упорскування за цикл, для зниження ймовірності детонації. При високій частоті обертання колінчастого валу і високому навантаженні, для поліпшення потужних показників і зниження витрати палива проводиться тільки один упорскування за цикл.
Додаткові функції управління служать для поліпшення характеристик зниження емісії шкідливих речовин в ОГ і витрати палива або використовуються для підвищення безпеки, комфорту і зручності управління.