Glavne funkcije sustava su optimalno i ispravno upravljanje procesom ubrizgavanja dizelskog goriva u pravo vrijeme iu potrebnoj količini, također pri potrebnom tlaku ubrizgavanja, što je osigurano korištenjem elektroničkog upravljačkog sustava. Takva organizacija upravljanja procesom ubrizgavanja osigurava miran i ekonomičan rad dizel motora.
U ovom common rail sustavu goriva tlak goriva može doseći 160 MPa.
Ovaj sustav omogućuje postizanje smanjenja sadržaja čestica čađe u ispušnim plinovima i dušikovih oksida NO x.
Common rail common rail sustav goriva uključuje: niskotlačni stupanj, visokotlačni stupanj i elektronički sustav upravljanja motorom.
Glavni elementi ovog sustava su elektrohidrauličke mlaznice, pumpe za ubrizgavanje iz Boscha (SRH) (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 elektronička upravljačka jedinica motora.
Niskotlačni stupanj sastoji se od spremnika goriva, filtra goriva i cjevovoda niskog tlaka.
Visokotlačni stupanj u common rail sustavu goriva uključuje pumpu za ubrizgavanje, akumulator goriva, mlaznice, visokotlačne vodove i povratne vodove goriva.
Shema common rail sustava goriva.
1 - spremnik goriva,
2 - pumpa za ubrizgavanje,
3 - filter goriva,
4 - ventil za smanjenje tlaka,
5 - kontrola (leđa) ventil,
6 - akumulator goriva,
7 - senzor tlaka goriva u akumulatoru,
8 - mlaznica,
9 - upravljačka jedinica motora.
Protok goriva do pumpe 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 mlaznica.
U montaži (2) Pumpa za ubrizgavanje za spajanje crijeva za dovod goriva iz spremnika goriva, ugrađen je dodatni filtar goriva za bolju filtraciju 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 isporučuje gorivo pod potrebnim tlakom u akumulator goriva. Pumpa za ubrizgavanje uključuje pumpu za punjenje goriva (pumpanje goriva iz spremnika goriva u klipnu komoru), senzor temperature goriva, regulacijski ventil tlaka goriva, bregasto vratilo i tri klipa (međusobno postavljeni pod kutom od 120°), pumpanje goriva 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 zupčanika s vanjskim zupčanicima 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 isključen je zbog čvrstog kontakta zuba zupčanika. Budući da brzina vrtnje pumpe za punjenje goriva ovisi o brzini koljenastog vratila, postaje potrebno kontrolirati količinu goriva koja se pumpa u klipne komore.
Količinom goriva koja se dovodi u visokotlačnu komoru klipa upravlja upravljački ventil pumpe za punjenje goriva. Preko ovog ventila, pri povećanom broju okretaja radilice, 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 čiji signal se ventil otvara i višak goriva se dovodi u povratni vod.
Gorivo koje dolazi iz pumpe za punjenje prolazi u ulazni otvor unutar pumpe. Sigurnosni ventil nalazi se iza ulaza. 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 teče kroz usisni ventil (1) pumpa za ubrizgavanje u visokotlačna komora (5) element pumpe i, kada se klip pomiče (8) dolje provodi usisni takt. Vratilo (6) u kućištu pumpe za ubrizgavanje ugrađen je u središnji ležaj. Ekscentričan (7) na osovini pumpe za ubrizgavanje osigurava recipročno kretanje klipova. Nakon što dosegne donju mrtvu točku BDC klipa, ulazni ventil se zatvara i gorivo više ne može izaći iz gornje komore elementa pumpe (klip). Zatim, kada se klip pomakne prema gore, gorivo se komprimira, tlak raste i ispuh (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 ubrizgavanja). Nakon toga tlak pada, ispušni ventil se zatvara i klip se pomiče prema dolje. Kada tlak u komori crpnog elementa premaši tlak prednabijanja, ulazni ventil se ponovno otvara i proces se ponavlja.
Senzor temperature goriva uključuje mjerni otpornik i napaja se s 5 V. Otpor otpornika mijenja se ovisno o temperaturi goriva, što zauzvrat utječe na izlazni napon (signal) šalje senzor u upravljačku jedinicu. 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.
Visokotlačno gorivo iz pumpe za ubrizgavanje ulazi u akumulator goriva, odakle se dovodi do mlaznica. U akumulatoru goriva održava se optimalni tlak (25 - 160 MPa).
Presjek pumpe za ubrizgavanje.
1 - usisni 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 - sidro 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 gorivo na mlaznice,
3 - senzor tlaka u akumulatoru goriva,
4 - priključak za spajanje visokotlačne cijevi za gorivo za dovod goriva iz visokotlačne pumpe za gorivo,
5 - akumulator goriva.
U sustav su ugrađene brizgaljke s elektromagnetskim regulacijskim ventilom. Mlaznicama upravlja upravljačka jedinica motora. Svaka mlaznica sastoji se od klipa s oprugom (2), igle (1), solenoidni ventil (6) i hidrokomore (3) (vidi sliku "Rad mlaznice"). Iz akumulatora goriva gorivo se dovodi do mlaznice koja ulazi 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 djeluje na iglu mlaznice, sprječavajući njeno otvaranje. Kada ECM pošalje upravljački signal za pokretanje odgovarajućem elektromagnetskom ventilu mlaznice, armatura se podiže (5) s kuglastim ventilom (4). Kuglasti ventil otvara kanal (7), povezujući hidrauličku komoru s povratnim vodom goriva, zbog čega se dio goriva ispušta i tlak u hidrauličkoj komori mlaznice je oslabljen. Istodobno, tlak goriva koji se dovodi do igle mlaznice nadvladava silu opruge klipa i igla se otvara, zbog čega mlaznica ubrizgava gorivo u cilindar.
Nepovratni ventil ugrađen je u povratni vod goriva iz mlaznica. Ovaj ventil sprječava protok goriva povratnog voda iz mlaznica 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 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.
Ubrizgavanje goriva kontrolira upravljačka jedinica motora, na temelju signala niza senzora sustava 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 korigirana je na temelju temperature usisanog zraka, masenog protoka zraka, temperature rashladnog sredstva i atmosferskog tlaka. Također, upravljačka jedinica vrši prilagodbe količine ubrizganog goriva za svaku mlaznicu, ovisno o identifikacijskom kodu mlaznice, koji treba programirati u memoriju upravljačke jedinice motora za svaku mlaznicu posebno. Ovaj kod kodira mehaničke karakteristike koje su individualne za svaku pojedinačnu mlaznicu.
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 korigira se na temelju temperature usisanog zraka, temperature rashladnog sredstva i atmosferskog tlaka.
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 koja proizvodi injektor u cilindar kontrolira upravljačka jedinica motora ovisno o uvjetima vožnje vozila i služi za smanjenje vibracija i toksičnosti ispušnih plinova. Ovaj common rail sustav omogućuje do tri ubrizgavanja po cilindru po ciklusu.
Nekoliko optimalnih algoritama ubrizgavanja goriva programirano je u memoriji upravljačke jedinice pod različitim uvjetima. Dakle, pri maloj brzini radilice i malom opterećenju, rade se tri ubrizgavanja po ciklusu kako bi se smanjila vjerojatnost detonacije. Pri visokoj brzini motora i velikom opterećenju, izvodi se samo jedno ubrizgavanje po ciklusu kako bi se poboljšala snaga i smanjila potrošnja goriva.
Dodatne kontrolne funkcije služe za poboljšanje performansi u smanjenju emisija štetnih tvari u ispušnim plinovima i potrošnji goriva ili se koriste za povećanje sigurnosti, udobnosti i jednostavnosti rada.