A rendszer fő funkciói a dízel üzemanyag befecskendezési folyamatának megfelelő időben és mennyiségben történő optimális és helyes vezérlése, valamint a szükséges befecskendezési nyomás mellett, amit elektronikus vezérlőrendszer alkalmazásával biztosítanak. A befecskendezési folyamat szabályozásának ez a megszervezése biztosítja a dízelmotor zökkenőmentes és gazdaságos működését.
Ebben a Common Rail akkumulátoros üzemanyagrendszerben az üzemanyagnyomás elérheti a 160 MPa-t.
Ez a rendszer lehetővé teszi a részecskék koromrészecskék tartalmának csökkentését a kipufogógázokban és a nitrogén-oxidokban NOx.
A közös nyomócsöves üzemanyagrendszer a következőket tartalmazza: egy alacsony nyomású fokozat, egy nagynyomású fokozat és egy elektronikus motorvezérlő rendszer.
A rendszer fő elemei az elektrohidraulikus befecskendezők, a Bosch (SRZ) befecskendező szivattyú (üzemanyag hőmérséklet-érzékelővel és üzemanyagnyomás-szabályozó szeleppel), üzemanyag-akkumulátor (üzemanyag nyomás érzékelővel és nyomáscsökkentő szeleppel), a motorvezérlő rendszer és az elektronikus motorvezérlő egység érzékelői és szelepei.
Az alacsony nyomású fokozat egy üzemanyagtartályból, egy üzemanyagszűrőből és egy alacsony nyomású vezetékből áll.
A közös nyomócsöves üzemanyagrendszer nagynyomású fokozata magában foglalja a befecskendező szivattyút, az üzemanyag-akkumulátort, a befecskendezőket, a nagynyomású vezetékeket és az üzemanyag-visszavezető vezetékeket.
A Common Rail akkumulátor üzemanyagrendszerének diagramja.
1 - üzemanyagtartály,
2 - befecskendező szivattyú,
3 - üzemanyagszűrő,
4 - nyomáscsökkentő szelep,
5 - vezérlő (visszacsapó) szelep,
6 - üzemanyag-akkumulátor,
7 - üzemanyagnyomás-érzékelő az akkumulátorban,
8 - fúvóka,
9 - motorvezérlő egység.
Az üzemanyag áramlása a befecskendező szivattyúba.
1 - üzemanyagtartály,
2 - üzemanyagszűrő,
3 - befecskendező szivattyú,
4 - vezérlőszelep,
5 - üzemanyag-feltöltő szivattyú,
6 - üzemanyagnyomás-szabályozó szelep,
7 - nagynyomású kamra,
8 - üzemanyag-akkumulátor,
9 - az injektorokhoz.
A befecskendező szivattyú szerelvényébe (2) egy kiegészítő tüzelőanyag-szűrő van beépítve, amely az üzemanyag-ellátó tömlőt az üzemanyagtartályból csatlakoztatja az üzemanyag jobb szűrésére, mielőtt a nagynyomású vezetékbe kerül.
1 - üzemanyag-visszavezető szerelvény,
2 - üzemanyag-ellátó csatlakozó az üzemanyagszűrőből,
3 - befecskendező szivattyú,
4 - üzemanyagnyomás-szabályozó szelep,
5 - üzemanyag-feltöltő szivattyú,
6 - üzemanyag hőmérséklet-érzékelő.
A nagynyomású üzemanyag-szivattyú egy hajtóműrendszeren keresztül működik a főtengelyről, és a szükséges nyomáson szállítja az üzemanyagot az üzemanyag-akkumulátorba. A befecskendező szivattyú tartalmaz egy üzemanyag-feltöltő szivattyút (üzemanyag szivattyúzása az üzemanyagtartályból a dugattyúkamrába), üzemanyag-hőmérséklet-érzékelő, üzemanyagnyomás-szabályozó szelep, bütykös tengely és három dugattyú (egymással 120°-os szögben elhelyezve), amelyek nagy nyomáson pumpálják az üzemanyagot az üzemanyag-akkumulátorba.
A nagynyomású dugattyús kamrákban a szükséges mennyiségű üzemanyagot egy fogaskerék üzemanyag-feltöltő szivattyú segítségével szivattyúzzák az üzemanyagtartályból. Az üzemanyag-feltöltő szivattyú két külső hajtóműves fogaskerékből áll, amelyek különböző irányban forognak. A szivattyúban az üzemanyag a tápvezetékből belép a fogaskerék fogai és a ház közötti résbe, és a befecskendező szivattyú nagynyomású kamrájába kerül. A hajtómű fogainak szoros érintkezése miatt az üzemanyag visszajuttatása a tápvezetékbe megszűnik. Mivel az üzemanyag-szivattyú forgási sebessége a főtengely fordulatszámától függ, szükségessé válik a dugattyúkamrákba pumpált üzemanyag mennyiségének szabályozása.
A nagynyomású dugattyúkamrába szállított üzemanyag mennyiségét az üzemanyag-feltöltő szivattyú vezérlőszelepe szabályozza. Ezen a szelepen keresztül megnövelt főtengely-fordulatszám mellett az üzemanyag egy része visszakerül az üzemanyag-ellátó vezetékbe. Az üzemanyagnyomás-szabályozó szelep szabályozza az akkumulátorba szállított üzemanyag mennyiségét, ezáltal állandó nyomást tart fenn az üzemanyag-akkumulátorban. A szelepet a motorvezérlő egység vezérli, egy jelre, amelyről a szelep kinyílik, és a felesleges üzemanyagot a visszatérő vezetékbe vezetik.
Az üzemanyag-feltöltő szivattyúból betáplált tüzelőanyag a szivattyú belsejében lévő bemeneti csatornába kerül. A bemeneti nyílás mögött egy biztonsági szelep található. Ha az üzemanyag-feltöltő szivattyú által létrehozott nyomás meghaladja a biztonsági szelep nyitási nyomását, akkor az üzemanyag a szelepfojtószelepen keresztül a befecskendező szivattyú kenő- és hűtőkörébe jut. Az excenter hajtótengely az excenter emelésének megfelelően mozgatja a dugattyút. Az üzemanyag áthalad az üzemanyag-befecskendező szivattyú bemeneti szelepén (1). a szivattyúelem nagynyomású kamrája (5), és amikor a dugattyú (8) lefelé mozog, megvalósítja a szívólöketet. A befecskendező szivattyú házában lévő tengely (6) a központi csapágyba van beépítve. A befecskendező szivattyú tengelyén található excenter (7) biztosítja a dugattyúk oda-vissza mozgását. A dugattyú alsó holtpontjának elérése után a bemeneti szelep bezárul, és az üzemanyag már nem tud kilépni a szivattyúelem (dugattyú) felső kamrájából. Ezután, ahogy a dugattyú felfelé mozog, az üzemanyag összenyomódik, a nyomás és a kimenet megnő (nyomószelep) (2) kinyílik, amint a nyomás meghaladja a tüzelőanyag-akkumulátorban lévő szintet. A sűrített üzemanyag ezután belép a nagynyomású körbe.
A befecskendező szivattyú dugattyúja tovább táplálja az üzemanyagot, amíg el nem éri a TDC pozíciót (kisülési stroke). Ezt követően a nyomás csökken, a kimeneti szelep bezárul, és a dugattyú lefelé mozog. Amikor a szivattyúelem kamrájában a nyomás meghaladja a szivattyúzási nyomást, a bemeneti szelep ismét kinyílik, és a folyamat megismétlődik.
Az üzemanyag-hőmérséklet-érzékelő mérőellenállást tartalmaz, és 5 V-os feszültség táplálja. Az ellenállás ellenállása az üzemanyag hőmérsékletétől függően változik, ami viszont befolyásolja az érzékelő által a vezérlőegységhez küldött kimeneti feszültséget (jelet). A vezérlőegység jelet kap az érzékelőtől, és a memóriájában tárolt algoritmus szerint meghatározza az üzemanyag hőmérsékletét. Az üzemanyag-hőmérséklet-érzékelőtől kapott adatok a ciklikus tüzelőanyag-ellátás kiszámítására szolgálnak.
A nagynyomású befecskendező szivattyúból származó üzemanyag az üzemanyag-akkumulátorba kerül, ahonnan az injektorokhoz kerül. Az üzemanyag-akkumulátor optimális nyomást tart fenn (25-160 MPa).
Az üzemanyag-befecskendező szivattyú keresztmetszete.
1 - bemeneti szelep,
2 - kipufogószelep,
3 - rugó,
4 - toló,
5 - nagynyomású kamra,
6 - hajtótengely,
7 - excentrikus,
8 - dugattyú.
A fúvóka működése.
1 - tű,
2 - dugattyú,
3 - hidraulikus kamra,
4 - golyóscsap,
5 - mágnesszelep armatúra,
6 - mágnesszelep tekercselés,
7 - visszatérő nyílás,
8 - adagolónyílás.
Ha a nyomás meghaladja a 195 MPa-t, az üzemanyag egy része a nyomáscsökkentő szelepen keresztül leürül (üzemanyag-akkumulátorra szerelve) az üzemanyag visszatérő vezetékhez. Nyomásérzékelő van felszerelve az üzemanyag-akkumulátorra.
1 - nyomáscsökkentő szelep,
2 - nyílások a nagynyomású üzemanyag-ellátó csövek csatlakoztatásához a befecskendezőkhöz,
3 - nyomásérzékelő az üzemanyag-akkumulátorban,
4 - nyílás a nagynyomású üzemanyagcső csatlakoztatásához a befecskendező szivattyúból,
5 - üzemanyag-akkumulátor.
A rendszer elektromágneses vezérlőszeleppel ellátott injektorokkal van felszerelve. Az injektorokat a motorvezérlő egység vezérli. Mindegyik fúvóka egy rugós dugattyúból (2), egy tűből (1), egy elektromágneses szelepből (6) és egy hidraulikus kamrából (3) áll (lásd a "Fúvóka működése" ábrát). Az üzemanyag-akkumulátorból az üzemanyag az injektorba kerül, amely a hidraulikus kamrába áramlik a lyukon (8) és az injektortűn keresztül. A hidraulikus kamrában az üzemanyag nyomása megegyezik az üzemanyag-akkumulátor nyomásával. Amikor a befecskendező szelep zárva van, az üzemanyag nekinyomódik a rugós dugattyúnak, amely viszont nekinyomódik az injektor tűjének, megakadályozva annak kinyílását. Amikor az ECU indításvezérlő jelet ad a megfelelő befecskendező szelep mágnesszelepéhez, az armatúra (5) a golyósszeleppel (4) felemelkedik. A golyóscsap kinyit egy csatornát (7), amely összeköti a hidraulikus kamrát a tüzelőanyag-visszatérő vezetékkel, aminek következtében az üzemanyag egy része kiürül, és gyengül a nyomás az injektor hidraulikus kamrájában. Ezzel egyidejűleg az injektortűhöz juttatott üzemanyag nyomása felülmúlja a dugattyúrugó erejét, és a tű kinyílik, aminek eredményeként a befecskendező szelep befecskendezi az üzemanyagot a hengerbe.
A visszacsapó szelep be van szerelve az üzemanyag-visszatérő vezetékbe az injektorokból. Ez a szelep megakadályozza, hogy a befecskendező szelep visszatérő vezetékéből elvezetett üzemanyag visszafolyjon az injektorokhoz.
A motorvezérlő egység szabályozza a befecskendezett üzemanyag mennyiségét és a befecskendezési időzítést. Ez az üzemanyagrendszer akár három egymást követő befecskendezést is képes biztosítani (többlépcsős injekció). Mindegyik befecskendező szelep egy üzemanyag visszatérő vezetékhez van csatlakoztatva.
Az üzemanyag-befecskendezések számának szabályozása.
1 - főtengely helyzetérzékelő jel,
2 - három injekció,
3 - két injekció,
4 - egy injekció,
5 - előbefecskendezés,
6 - fő injekció.
1 - mágnesszelep,
2 - lemez lyukakkal,
3 - golyóscsap,
4 - fúvóka tű,
5 - dugattyú.
Az üzemanyag-befecskendezést a motorvezérlő egység vezérli, a motorvezérlő rendszer számos érzékelőjének jelei alapján, valamint a motor működési módjától függően. A vezérlőegység minden hengerben külön szabályozza a befecskendezett üzemanyag mennyiségét, a befecskendezési időzítést és a löketenkénti befecskendezések számát. A befecskendező szelep által befecskendezett üzemanyag mennyiségét az injektortű nyitási ideje határozza meg, ami viszont attól függ, hogy a motorvezérlő egység mennyi idő alatt küld vezérlőjelet a befecskendező szelepének mágnesszelepéhez. Az injektortű nyitási idejét a motorvezérlő egység szabályozza a gázpedál nyomásától és a főtengely fordulatszámától függően. A befecskendezett üzemanyag számított mennyiségét a beszívott levegő hőmérsékletétől, a légtömegáramtól, a hűtőfolyadék hőmérsékletétől és a légköri nyomástól függően állítják be. A vezérlőegység az egyes befecskendező szelepekhez befecskendezett üzemanyag mennyiségét is beállítja a befecskendező azonosító kódjától függően, amelyet minden egyes befecskendező esetében külön-külön kell beprogramozni a motorvezérlő egység memóriájába. Ez a kód olyan mechanikai jellemzőket kódol, amelyek minden egyes befecskendező esetében egyediek.
A motorvezérlő egység folyamatosan állítja az egyes hengerekbe befecskendezett üzemanyag mennyiségét a főtengely fordulatszámának változásaitól függően (főleg alapjáraton), a sebesség ingadozások csökkentése és a rezgések csökkentése érdekében.
A befecskendezési időzítést a vezérlőegység a különböző érzékelőktől érkező jelek, a motor működési módja, a főtengely fordulatszáma és a befecskendezett üzemanyag mennyisége alapján számítja ki a vezérlőegység memóriájában tárolt algoritmus szerint. A becsült üzemanyag-befecskendezési időzítés a beszívott levegő hőmérsékletétől, a hűtőfolyadék hőmérsékletétől és a légköri nyomástól függően kerül beállításra.
A befecskendezési nyomás közvetlenül függ az üzemanyag-akkumulátorban lévő nyomástól, és a motorvezérlő egység vezérli az üzemanyag-akkumulátorban lévő nyomásérzékelő jele alapján.
Az üzemanyagnyomást a vezérlőegység a főtengely fordulatszámától és a ciklikus üzemanyag-ellátástól függően szabályozza a befecskendező szivattyúba szerelt üzemanyagnyomás-szabályozó szelep segítségével. Az optimális üzemanyag-befecskendezési nyomás létrehozása minden motor üzemmódhoz segít csökkenteni a kipufogógázok toxicitását.
A fúvóka által a hengerbe leadott befecskendezések számát a motorvezérlő egység szabályozza a jármű vezetési körülményeitől függően, és csökkenti a vibrációt és a kipufogógázok toxicitását. Ez az akkumulátor-üzemanyag-rendszer ciklusonként legfeljebb három befecskendezést tesz lehetővé egy hengerbe.
A vezérlőegység memóriájában számos optimális üzemanyag-befecskendezési algoritmus van programozva a különféle körülményekhez. Így alacsony főtengely-fordulatszám és kis terhelés mellett ciklusonként három befecskendezést hajtanak végre, hogy csökkentsék a detonáció valószínűségét. Nagy főtengely-fordulatszámon és nagy terhelésen ciklusonként csak egy befecskendezést hajtanak végre a teljesítmény javítása és az üzemanyag-fogyasztás csökkentése érdekében.
A további vezérlőfunkciók a teljesítmény javítását szolgálják a káros csavargok kibocsátásának és az üzemanyag-fogyasztás csökkentésének érdekében, vagy a biztonság, a kényelem és a könnyű kezelhetőség javítására szolgálnak.