Glavne funkcije sustava su optimalno i pravilno upravljanje procesom ubrizgavanja dizelskog goriva u pravo vrijeme iu potrebnoj količini, te pri potrebnom tlaku ubrizgavanja, što je osigurano korištenjem elektroničkog upravljačkog sustava. Ovakva organizacija kontrole procesa ubrizgavanja osigurava miran i ekonomičan rad dizelskog motora.
U ovom Common Rail sustavu goriva za baterije tlak goriva može doseći 160 MPa.
Ovaj sustav omogućuje postizanje smanjenja sadržaja čestica čađe u ispušnim plinovima i dušikovih oksida NOx.
Common rail sustav goriva uključuje: niskotlačni stupanj, visokotlačni stupanj i elektronički sustav upravljanja motorom.
Glavni elementi ovog sustava su elektrohidrauličke brizgaljke, Bosch pumpa za ubrizgavanje (SRZ) (sa senzorom temperature goriva i regulacijskim ventilom tlaka goriva), akumulator goriva (sa senzorom tlaka goriva i redukcijskim ventilom), senzori i ventili sustava upravljanja motorom i elektroničke upravljačke jedinice motora.
Niskotlačni stupanj sastoji se od spremnika goriva, filtra goriva i cjevovoda niskog tlaka.
Visokotlačni stupanj common rail sustava goriva uključuje pumpu za ubrizgavanje, akumulator goriva, mlaznice, visokotlačne vodove i povratne vodove goriva.
Dijagram sustava goriva Common Rail baterije.
1 - spremnik goriva,
2 - pumpa za ubrizgavanje,
3 - filter goriva,
4 - ventil za smanjenje tlaka,
5 - kontrolni (povratni) ventil,
6 - akumulator goriva,
7 - senzor pritiska goriva u bateriji,
8 - mlaznica,
9 - upravljačka jedinica motora.
Protok goriva u pumpu za ubrizgavanje.
1 - spremnik goriva,
2 - filter goriva,
3 - pumpa za ubrizgavanje,
4 - regulacijski ventil,
5 - pumpa za punjenje goriva,
6 - regulacijski ventil tlaka goriva,
7 - visokotlačna komora,
8 - akumulator goriva,
9 - do injektora.
Dodatni filtar goriva ugrađen je u priključak (2) pumpe za ubrizgavanje za spajanje crijeva za dovod goriva iz spremnika goriva radi bolje filtracije goriva prije nego što se dovede u visokotlačni vod.
1 - priključak za povrat goriva,
2 - priključak za dovod goriva iz filtera goriva,
3 - pumpa za ubrizgavanje,
4 - regulacijski ventil tlaka goriva,
5 - pumpa za punjenje goriva,
6 - senzor temperature goriva.
Visokotlačna pumpa za gorivo pokreće se preko sustava zupčanika s koljenastog vratila i opskrbljuje gorivo pod potrebnim tlakom u akumulator goriva. Pumpa za ubrizgavanje uključuje pumpu za punjenje goriva (pumpanje goriva iz spremnika goriva u klipnu komoru), osjetnik temperature goriva, regulacijski ventil tlaka goriva, bregasto vratilo i tri klipa (smještena pod kutom od 120° jedan prema drugom) koji pumpaju gorivo pod visokim tlakom u akumulator goriva.
U visokotlačnim klipnim komorama potrebna količina goriva pumpa se iz spremnika goriva pomoću zupčaste pumpe za punjenje goriva. Pumpa za punjenje goriva sastoji se od dva vanjska zupčanika koji se okreću u različitim smjerovima. U pumpi, gorivo iz dovodnog voda ulazi u razmak između zuba zupčanika i kućišta i dovodi se u visokotlačnu komoru pumpe za ubrizgavanje. Povratak goriva u dovodni vod eliminiran je zbog čvrstog kontakta zuba zupčanika. Budući da brzina vrtnje pumpe za gorivo ovisi o brzini radilice, postaje potrebno regulirati količinu goriva koja se pumpa u komore klipa.
Količinom goriva koja se dovodi u visokotlačnu komoru klipa upravlja upravljački ventil pumpe za punjenje goriva. Preko ovog ventila, pri povećanom broju okretaja koljenastog vratila, dio goriva se vraća u dovod goriva. Kontrolni ventil tlaka goriva regulira količinu goriva koja se dovodi u akumulator, čime se održava konstantan tlak u akumulatoru goriva. Ventilom upravlja upravljačka jedinica motora, na signal iz kojeg se ventil otvara i višak goriva dovodi u povratni vod.
Gorivo koje dolazi iz pumpe za punjenje goriva prolazi kroz ulazni prolaz unutar pumpe. Sigurnosni ventil nalazi se iza ulaznog otvora. Ako tlak koji stvara pumpa za punjenje goriva premašuje tlak otvaranja sigurnosnog ventila, tada gorivo prolazi kroz prigušnicu ventila u krug za podmazivanje i hlađenje pumpe za ubrizgavanje. Pogonsko vratilo ekscentra pomiče klip prema uzgonu ekscentra. Gorivo prolazi kroz ulazni ventil (1) pumpe za ubrizgavanje goriva. visokotlačnu komoru (5) pumpnog elementa i, kada se klip (8) pomiče prema dolje, ostvaruje takt usisa. Osovina (6) u kućištu pumpe za ubrizgavanje ugrađena je u središnji ležaj. Ekscentar (7) na osovini pumpe za ubrizgavanje osigurava klipno kretanje klipova. Nakon što dosegne donju mrtvu točku klipa, ulazni ventil se zatvara i gorivo više ne može izaći iz gornje komore crpnog elementa (klipa). Zatim, kako se klip pomiče prema gore, gorivo se komprimira, tlak se povećava i izlaz (ispusni ventil) (2) otvara se čim tlak prijeđe razinu u spremniku goriva. Komprimirano gorivo zatim ulazi u visokotlačni krug.
Klip pumpe za ubrizgavanje nastavlja opskrbljivati gorivom dok ne dosegne GMT položaj (udar pražnjenja). Nakon toga tlak pada, izlazni ventil se zatvara i klip se pomiče prema dolje. Kada tlak u komori pumpnog elementa premaši tlak pumpanja, ulazni ventil se ponovno otvara i proces se ponavlja.
Senzor temperature goriva uključuje mjerni otpornik i napaja se naponom od 5 V. Otpor otpornika mijenja se ovisno o temperaturi goriva, što zauzvrat utječe na izlazni napon (signal) koji senzor šalje upravljačkoj jedinici. Upravljačka jedinica prima signal od senzora i određuje temperaturu goriva prema algoritmu pohranjenom u svojoj memoriji. Podaci dobiveni od senzora temperature goriva koriste se za izračunavanje cikličke opskrbe gorivom.
Gorivo iz visokotlačne pumpe za ubrizgavanje ulazi u akumulator goriva, odakle se dovodi do mlaznica. Akumulator goriva održava optimalni tlak (25 - 160 MPa).
Presjek pumpe za ubrizgavanje goriva.
1 - ulazni ventil,
2 - ispušni ventil,
3 - opruga,
4 - potiskivač,
5 - visokotlačna komora,
6 - pogonsko vratilo,
7 - ekscentrični,
8 - klip.
Rad mlaznice.
1 - igla,
2 - klip,
3 - hidraulička komora,
4 - kuglasti ventil,
5 - armatura elektromagnetskog ventila,
6 - namot elektromagnetskog ventila,
7 - povratni otvor,
8 - otvor za dovod.
Kada tlak prijeđe 195 MPa, dio goriva se ispušta kroz ventil za smanjenje tlaka (montiran na akumulator goriva) na povratni vod goriva. Senzor tlaka je instaliran na akumulatoru goriva.
1 - ventil za smanjenje tlaka,
2 - otvori za spajanje visokotlačnih cijevi za dovod goriva na mlaznice,
3 - senzor tlaka u akumulatoru goriva,
4 - priključak za spajanje visokotlačne cijevi za gorivo iz pumpe za ubrizgavanje,
5 - akumulator goriva.
Sustav je opremljen mlaznicama s elektromagnetskim regulacijskim ventilom. Mlaznicama upravlja upravljačka jedinica motora. Svaka mlaznica sastoji se od klipa s oprugom (2), igle (1), elektromagnetskog ventila (6) i hidrauličke komore (3) (pogledajte sliku "Rad mlaznice"). Iz akumulatora goriva gorivo se dovodi u mlaznicu, koja teče u hidrauličku komoru, kroz otvor (8) i na iglu mlaznice. U hidrauličkoj komori gorivo je pod tlakom jednakim tlaku u akumulatoru goriva. Kada je mlaznica zatvorena, gorivo pritišće klip s oprugom, koji zauzvrat gura iglu mlaznice, sprječavajući njeno otvaranje. Kada ECU daje upravljački signal pokretanja odgovarajućem elektromagnetskom ventilu mlaznice, armatura (5) s kuglastim ventilom (4) se podiže. Kuglasti ventil otvara kanal (7) koji povezuje hidrauličku komoru s povratnim vodom goriva, zbog čega dolazi do odvodnje dijela goriva i slabljenja tlaka u hidrauličkoj komori mlaznice. Istodobno, tlak goriva koji se dovodi do igle mlaznice nadvladava silu opruge klipa i igla se otvara, što rezultira ubrizgavanjem goriva u cilindar pomoću mlaznice.
Nepovratni ventil ugrađen je u povratni vod goriva iz mlaznica. Ovaj ventil sprječava da gorivo preusmjereno iz povratnog voda mlaznice teče natrag u mlaznice.
Upravljačka jedinica motora kontrolira količinu ubrizganog goriva i vrijeme ubrizgavanja. Ovaj sustav goriva može osigurati do tri uzastopna ubrizgavanja (višestupanjsko ubrizgavanje). Svaka mlaznica je spojena na povratni vod goriva.
Kontrola broja ubrizgavanja goriva.
1 - signal senzora položaja radilice,
2 - tri injekcije,
3 - dvije injekcije,
4 - jedna injekcija,
5 - pilot ubrizgavanje,
6 - glavno ubrizgavanje.
1 - solenoidni ventil,
2 - ploča s rupama,
3 - kuglasti ventil,
4 - igla mlaznice,
5 - klip.
Ubrizgavanjem goriva upravlja upravljačka jedinica motora, na temelju signala niza senzora u sustavu upravljanja motorom, kao i ovisno o načinu rada motora. Upravljačka jedinica kontrolira količinu ubrizganog goriva, vrijeme ubrizgavanja i broj ubrizgavanja po taktu u svakom cilindru zasebno. Količina goriva koju ubrizgava mlaznica određena je vremenom otvaranja igle mlaznice, što pak ovisi o vremenu tijekom kojeg upravljačka jedinica motora šalje upravljački signal elektromagnetskom ventilu mlaznice. Vrijeme otvaranja igle mlaznice kontrolira upravljačka jedinica motora ovisno o pritisku na papučicu gasa i brzini radilice. Izračunata količina ubrizganog goriva prilagođava se ovisno o temperaturi usisanog zraka, masenom protoku zraka, temperaturi rashladnog sredstva i atmosferskom tlaku. Upravljačka jedinica također prilagođava količinu ubrizganog goriva za svaku mlaznicu ovisno o identifikacijskom kodu mlaznice, koji treba programirati u memoriji upravljačke jedinice motora za svaku mlaznicu pojedinačno. Ovaj kod kodira mehaničke karakteristike koje su individualne za svaki pojedinačni injektor.
Upravljačka jedinica motora stalno prilagođava količinu goriva ubrizganog u svaki cilindar ovisno o promjenama brzine radilice (posebno u leru), za smanjenje fluktuacija brzine i vibracija.
Vrijeme ubrizgavanja izračunava upravljačka jedinica na temelju signala različitih senzora, načina rada motora, brzine radilice i količine ubrizganog goriva prema algoritmu pohranjenom u memoriji upravljačke jedinice. Procijenjeno vrijeme ubrizgavanja goriva prilagođava se ovisno o temperaturi usisanog zraka, temperaturi rashladnog sredstva i atmosferskom tlaku.
Tlak ubrizgavanja izravno ovisi o tlaku u spremniku goriva i njime upravlja upravljačka jedinica motora na temelju signala senzora tlaka u akumulatoru goriva.
Tlak goriva regulira upravljačka jedinica ovisno o brzini radilice i cikličkoj opskrbi gorivom pomoću regulacijskog ventila tlaka goriva ugrađenog u pumpu za ubrizgavanje. Stvaranje optimalnog tlaka ubrizgavanja goriva za svaki način rada motora pomaže smanjiti toksičnost ispušnih plinova.
Broj ubrizgavanja koje proizvede mlaznica u cilindar kontrolira upravljačka jedinica motora ovisno o uvjetima vožnje vozila i služi za smanjenje vibracija i toksičnosti ispušnih plinova. Ovaj baterijski sustav goriva omogućuje do tri ubrizgavanja u jedan cilindar po ciklusu.
Nekoliko optimalnih algoritama ubrizgavanja goriva za različite uvjete programirano je u memoriji upravljačke jedinice. Stoga se pri maloj brzini radilice i malom opterećenju izvode tri ubrizgavanja po ciklusu kako bi se smanjila vjerojatnost detonacije. Pri velikim brzinama radilice i velikim opterećenjima izvodi se samo jedno ubrizgavanje po ciklusu kako bi se poboljšala snaga i smanjila potrošnja goriva.
Dodatne upravljačke funkcije služe za poboljšanje performansi u smanjenju emisija štetnih tvari i potrošnje goriva ili se koriste za poboljšanje sigurnosti, udobnosti i jednostavnosti rada.