Топливная система дизельного двигателя (система впрыска)

Технические характеристики основных деталей и узлов системы подачи и впрыска топлива.

Система подачи топлива (BOSCH CRS2.0)

Основным предназначением системы подачи топлива является впрыск дизельного топлива в камеры сгорания в назначенное время, в заданном количестве и под заданным давлением, в зависимости от потребностей текущего режима работы дизельного двигателя. Этим обеспечиваются оптимальные условия для эффективного сжигания дизельного топлива в камере сгорания.

Основными элементами системы подачи топлива дизельного двигателя с топливной шиной являются набор датчиков, электронный блок управления, набор исполнительных устройств, а также кабельная шина, связывающая все эти устройства. Комплект датчиков системы включает: датчик температуры жидкости в системе охлаждения, датчик частоты вращения двигателя, датчик положения вала эксцентрика, датчик положения педали, датчик расхода воздуха, датчик давления в аккумуляторе высокого давления. Исполнительные устройства включают: топливную магистраль низкого давления, топливную магистраль высокого давления. Топливная магистраль низкого давления состоит из топливного бака, топливных трубок и шлангов, топливного фильтра, насоса подачи топлива, зоны низкого давления насоса высокого давления. Топливная магистраль высокого давления состоит из зоны высокого давления насоса высокого давления, топливной шины, топливных трубок высокого давления, форсунок.

Схема устройства системы впрыска топлива CRDI: 1 - Топливный бак; 2 - Фильтр очистки дизельного топлива; 3 - Возвратный топливный клапан; 4 -Возвратный топливный тройник; 5 - Пропорциональный клапан регулировки расхода топлива; 6 - Топливный насос высокого давления; 7 - Питающий топливный насос; 8 - Датчик давления.в аккумуляторе подачи топлива; 9 - Аккумулятор высокого давления; 10 - Топливные форсунки; 11 - Электронный блок управления; 12 - Фильтр грубой очистки топлива.

Блок электронного управления модели EDC16C

1. В данном месте наклеивается ярлык с номером двигателя.

Блок электронного управления комплектуется в паре с конкретным двигателем.

Управление подачей топлива для дизельного двигателя GW 2.8 ТС осуществляется электронным блоком управления посредством электромагнитных клапанов по углу опережения впрыска, расходу впрыска и порядку впрыска в зависимости от текущего режима работы двигателя. Давление впрыска топлива контролируется электронным блоком управления в зависимости от текущего режима работы двигателя соответственно сигналам, передаваемым от датчика положения педали, датчика расхода воздуха (на впуске), датчика положения вала эксцентрика, датчика частоты вращения двигателя. Исполнительным механизмом управления является электромагнитный клапан, расположенный на насосе высокого давления. Поэтому насос высокого давления является независимым источником давления подачи топлива. Давление, вырабатываемое топливным насосом высокого давления, под контролем электронного блока управления подается в аккумулятор высокого давления. Через аккумулятор высокого давления топливо под заданным давлением подается непосредственно на топливные форсунки.

Топливная магистраль низкого давления

Топливная магистраль низкого давления предназначена для подачи достаточного количества топлива в топливную магистраль высокого давления. Основными элементами конструкции топливной магистрали низкого давления являются: топливный бак, впускные и выпускные топливные трубки низкого давления, топливный фильтр, насос подачи топлива, зона низкого давления насоса высокого давления.

Насос подачи топлива

Насос подачи топлива предназначен для подачи достаточного количества топлива к насосу высокого давления. Насос подачи топлива выполняет указанную функцию в течение всего эксплуатационного ресурса в различных режимах работы двигателя под различным давлением.

В настоящее время используется два основных типа таких насосов. Наиболее распространенным типом является электронный роликовый насос подачи топлива. Другим типом является насос подачи топлива с механическим шестеренным приводом. В дизельном двигателе GW 2.8 ТС применен насос подачи топлива с механическим шестеренным приводом, объединенный в один блок с топливным насосом высокого давления.

Насос подачи топлива с механическим шестеренным приводом

Насос подачи топлива с механическим шестеренным приводом предназначен для подачи достаточного количества топлива к насосу высокого давления. Основными элементами конструкции насоса являются две вращающиеся в противоположные стороны шестерни, которые во время работы двигателя входят в зацепление друг с другом.

1. Сторона впуска топлива. 2. Приводные шестерни. 3. Сторона подачи топлива под давлением.

Топливо всасывается в полость между корпусом насоса и двумя шестернями, после чего под давлением подается на сторону выпускного отверстия. Зубчатая лента между вращающимися шестернями обеспечивает надежную герметизацию, не допуская утечки топлива.

Количество топлива, подаваемого насосом подачи топлива с механическим шестеренным приводом, прямо пропорционально частоте вращения двигателя. Расход топлива, перекачиваемого насосом подачитоплива с механическим шестеренным приводом, ограничивается расходным клапаном со стороны впускного отверстия или проточным клапаном со стороны выпускного отверстия насоса.

Насос подачи топлива с механическим шестеренным приводом не подлежит разборке и ремонту. Перед первым запуском двигателя или при запуске двигателя после заливки топлива в пустой бак необходимо предварительно полностью стравить воздух из системы топливного бака. Для стравливания воздуха подавать топливо с помощью насоса ручной подкачки топлива до полного удаления воздуха из топливных магистралей. Насос ручной подкачки топлива объединен в один блок с фильтром очистки дизельного топлива.

См. также Топливный фильтр

Участок высокого давления (топливная магистраль)

Участок высокого давления системы аккумулятора высокого давления состоит из генератора высокого давления (топливного насоса высокого давления), аккумулятора высокого давления (топливной шины) и элементов измерения и контроля расхода топлива (электромагнитные клапаны). Основными элементами системы являются: топливный насос высокого давления с электромагнитным клапаном (модель СР1Н), топливная шина, датчик давления в аккумуляторе высокого давления, клапан контроля расхода топлива и топливные форсунки.

Топливная трубка высокого давления на торце топливного насоса

Топливные трубки высокого давления

При замене топливных трубок высокого давления в процессе установки новых трубок необходимо закручивать крепежный элемент соединений строго в соответствии с моментами затяжки, регламентированными спецификацией.

Топливный насос высокого давления СР1

1. Приводной вал с эксцентриком. 2. Многогранное кольцо.3. Цилиндрический поршень топливного насоса.4. Впускной топливный клапан.5. Электромагнитный клапан.6. Выпускной топливный клапан.7. Втулка.8. Соединение высокого давления с магистралью топливной шины.9. Клапан регулировки давления.10. Шаровой клапан/клапан регулировки давления.11. Возвратная топливная магистраль.12. Подача топлива, 250 кПа (2,5 бар).13. Расходный клапан. 14. Канал подачи топлива.

Насос подачи топлива всасывает топливо из топливного бака, затем топливо пропускается через фильтр очистки дизельного топлива с устройством сепарации топлива и воды и поступает во впускное отверстие для топлива насоса высокого давления. Насос подачи топлива пропускает дизельное топливо через расходное отверстие клапана безопасности, откуда топливо поступает в контур смазки и охлаждения насоса высокого давления.

Если давления топлива на подаче превышает давление открывания клапана безопасности (0,5-1,5 бар), цилиндрический поршень насоса высокого давления отводится вниз (такт всасывания топлива), дизельное топливо посредством насоса подачи топлива подается в полость цилиндра поршня насоса высокого давления через впускной топливный клапан. После того, как цилиндрический поршень насоса высокого давления проходит нижнюю мертвую точку, впускной топливный клапан закрывается. Таким образом, топливо внутри полости цилиндра поршня насоса высокого давления оказывается в герметически закрытом пространстве. Оно сжимается до давления, превышающего давление подачи топлива. Как только давление сжатого топлива достигает величины давления внутри топливной шины, открывается выпускной топливный клапан, и сжатое топливо подается в контур цикла высокого давления. Поршень насоса продолжает подачу топлива до достижения верхней мертвой точки (такт подачи топлива). Затем давление уменьшается, в результате чего выпускной топливный клапан закрывается. Давление топлива, оставшегося в полости цилиндра поршня насоса высокого давления продолжает снижаться, поршень начинает опускаться к нижней мертвой точке. Как только давление в полости цилиндра поршня насоса высокого давления опускается до величины ниже давления подачи топлива, открывается впускной топливный клапан, и вновь начинает выполняться такт всасывания топлива.

Топливный насос высокого давления СР1 разработан применительно к большому расходу подачи топлива. Если двигатель работает в режиме холостого хода или под незначительной нагрузкой, избыточное топливо из магистрали высокого давления через клапан регулировки давления поступает в возвратную магистраль и возвращается в топливный бак. Так как возвращаемое в топливный бак дизельное топливо подвергалось сжатию, то под воздействием энергии сжатия не только происходит ненужный нагрев топлива, но и снижается КПД топливного насоса. Эта проблема компенсируется посредством закрывания одного топливного цилиндра.

При закрывании одного топливного цилиндра происходит уменьшение расхода топлива на подаче в шину. Эта функция реализуется посредством установки впускного топливного клапана в нормально открытое положение. После замыкания электромагнитного клапана один из соединенных с ним шпоночных валов удерживает впускной топливный клапан в открытом положении, и упомянутый топливный цилиндр закрывается. В результате этого топливо внутри указанного цилиндра не может сжиматься в процессе выполнения такта подачи топлива, так как в полости топливного цилиндра не создается необходимое для этого давление. Поэтому топливо из данного цилиндра поступает в возвратную магистраль низкого давления. Если для текущего режима работы двигателя требуется сравнительно незначительная мощность, то один из топливных цилиндров закрывается, и подача топлива в топливную шину из насоса высокого давления происходит не непрерывно, а с интервалами.

Величина расхода топлива на выходе насоса высокого давления прямо пропорциональная частоте вращения насоса, которая, в свою очередь, зависит от частоты вращения двигателя автомобиля. Основным фактором, определяющим расчет передаточного числа привода насоса впрыска топлива, является необходимость обеспечения соответствия расхода топлива на выходе насоса высокого давления с требованиями, обусловленными характеристиками системы подачи топлива данного двигателя. В то же время, необходимо обеспечить, чтобы при полном открывании дроссельной заслонки и нажатии педали газа до пола подавалось такое количество топлива, которое бы полностью обеспечивало текущий режим работы двигателя. Передаточное отношение шкива ременной передачи насоса высокого давления и шкива ременной передачи коленчатого вала составляет 1:2.

Насос высокого давления CR/CP3.2

Что касается насоса высокого давления СРЗ, для него количество топлива, поступающего в топливный насос высокого давления, контролируется пропорциональным клапаном регулировки расхода топлива, что также обеспечивает регулировку расхода топлива на выходе насоса высокого давления для обеспечения соответствия параметрам давления в аккумуляторе высокого давления. Такая конструкция насоса позволяет эффективно избегать ненужного расхода энергии и мощности, одновременно не допуская чрезмерного нагрева топлива.

а. Возвратная топливная магистраль. b. Топливная магистраль низкого давления, с. Магистраль подачи топлива механическим насосом подачи топлива, d. Топливная магистраль высокого давления.

Топливный насос высокого давления СРЗ, устанавливаемый в системе топливной шины, имеет значительные отличия от обычного топливного насоса высокого давления СР1.

Пропорциональный клапан контроля расхода топлива на впуске топливного насоса высокого давления устанавливается на переднем конце впускной топливной трубки и предназначен для регулировки количества топлива, поступающего на вход насоса высокого давления, что позволяет обеспечить подачу топлива из насоса высокого давления на вход впускной трубки топливной шины в точном соответствии с требуемым количеством топлива под высоким давлением. Такая конструкция системы позволила получить высокий эксплуатационный КПД, а также значительно уменьшить ненужный нагрев топлива.

Установленный на корпусе топливного насоса высокого давления шаговый возвратный топливный клапан предназначен для поддержания величина давления топлива 5 бар на впуске пропорционального клапана контроля расхода топлива на входе насоса высокого давления. Его работа не связана с текущими параметрами эффективности топливного фильтра и устройств системы верхнего отверстия.

Конструкция пропорционального впускного клапана регулировки расхода топлива (M-prop/ZME): 1. Гнездо штепсельного разъема. 2. Корпус электромагнитного клапана. 3. Подшипник. 4. Вал с тягой. 5. Обмотка с корпусом обмотки. 6. Внешний корпус. 7. Прокладка с зазором для стравливания остаточного воздуха. 8. Магнитный сердечник. 9. Кольцевое уплотнение. 10. Цилиндрический поршень с контрольным швом. 11. Пружина. 12. Элемент безопасности.

Пропорциональный впускной клапан регулировки расхода топлива предназначен для регулировки расхода и давления топлива на впуске. Регулировочные функции клапана реализуются под контролем электронного блока управления.

Если в управляющей обмотке пропорционального впускного клапана регулировки расхода топлива отсутствует электрический ток, то клапан работает в режиме пропускания и обеспечивает максимальный расход подачи топлива.

Электронный блок управления системой посредством импульсных сигналов изменяет площадь сечения впускного отверстия для топлива, тем самым увеличивая или уменьшая расход топлива на впуске.

Принцип действия пропорционального впускного клапана регулировки расхода топлива

1. Подача от механического шестеренного насоса. 2. К топливному насосу высокого давления. 3. К топливному насосу высокого давления. 4. Положение нулевого расхода топлива на подаче.

Расходный возвратный клапан

1. Возвратная топливная магистраль. 2. Подача от механического шестеренного насоса. 3. Смазка при инициализации. 4. Охлаждение и смазка.

 

Данный клапан устанавливается на топливной магистрали пропорционального впускного клапана регулировки расхода топлива и объединен с последним в один блок. Он предназначен для обеспечения стабильного давления подачи топлива на входе пропорционального впускного клапана регулировки расхода топлива, что является одной из обязательных предпосылок устойчивой работы системы в целом.

Электронная педаль газа

Датчик давления в аккумуляторе высокого давления

Для передачи на электронный блок управления сигнала с напряжением, соответствующим текущему давлению впрыска топлива, датчик давления 8 аккумуляторе высокого давления должен непрерывно измерять текущее давление. Поэтому конструкция датчика давления должна обеспечивать его высокую точность, чувствительность и скорость реагирования.

Конструкция датчика давления в аккумуляторе высокого давления включает следующие основные элементы:

• блок чувствительных элементов, припаянный с верхней стороны приемника давления;

• печатную электронную плату, установленную на электронном измерительном возвратном контуре;

• корпус датчика, установленный на разъеме электрической шины.

Топливо в датчик давления в аккумуляторе высокого давления поступает через небольшое отверстие в аккумуляторе высокого давления, которое закрыто мембраной датчика. Таким образом, топливо под определенным давлением попадает в глухое отверстие непосредственно на мембрану датчика. Сигнал давления в блоке чувствительных элементов (полупроводниковое устройство), установленном на мембране, преобразуется в электронный сигнал. Преобразованный сигнал поступает на усилитель, после чего передается в измерительный контур электронного блока управления.

Датчик давления в аккумуляторе высокого давления работает следующим образом: при изменении формы мембраны изменяется электрическое сопротивление полупроводникового элемента, соединенного с мембраной. Прогиб мембраны изменяется пропорционально давлениютоплива в системе (величина изменения составляет примерно 1 мм на 1500 бар перепада давления). Изменение величины электрического сопротивления через электрический мост с напряжением 5В преобразуется в изменение напряжения. Диапазон изменений электрического напряжения составляет 0-70 мВ (на основе опорного напряжения). В контуре усилителя этотдиапазон колебаний электрического напряжения преобразуется в 0,5-4,5В. Точность измерения давления топлива является одной из важнейших предпосылок устойчивой и корректной работы системы в целом. Это является одной из причин очень строгих допусков измерений для датчика давления топлива в шине. В нормальном режиме работы допуск точности считывания параметров давления топлива не должен превышать +/-2%. В случае выхода из строя датчика давления в аккумуляторе высокого давления происходит отказ замыкания клапана регулировки топливного давления, и электронный блок управления запускает функцию экстренной аварийной остановки автомобиля.

На аккумуляторе высокого давления установлены датчик давления в аккумуляторе высокого давления, предназначенный для измерения давления топлива на подаче, и ограничитель расхода топлива.

1. Место подсоединения топливной трубки со стороны насоса. 2. Датчик давления внутри аккумулятора высокого давления.

Внимание! Категорически запрещено снимать датчик давления внутри аккумулятора высокого давления.

Аккумулятор высокого давления

В аккумуляторе высокого давления находится топливо под высоким давлением. В то же время в объеме аккумулятора высокого давления происходит сглаживание перепадов высокого давления, возникающих в процессе подачи топлива насосом высокого давления и впрыска топлива в цилиндры. Таким образом обеспечивается поддержание давления впрыска на заданном уровне в процессе открывания топливных форсунок в установленной последовательности. Одновременно аккумулятор высокого давления выполняет роль топливного распределителя.

На аккумуляторе высокого давления установлены датчик давления в топливной шине, предназначенный для измерения давления топлива на подаче, и ограничитель расхода топлива.

Топливо под высоким давлением, подаваемое от топливного насоса высокого давления, проходит по топливной трубке высокого давления и поступает на впускное отверстие аккумулятора высокого давления. Через впускное отверстие топливо подается в аккумулятор высокого давления и распределяется по всем топливным форсункам.

Давление топлива измеряется датчиком давления в топливной шине и поддерживается на заданном уровне электронным блоком управления с помощью электромагнитного клапана топливного насоса высокого давления.

Топливо под высоким давлением проходит через ограничитель расхода топлива и подается из аккумулятора высокого давления на топливные форсунки. Это позволяет избежать задержки закрывания клапана топливной форсунки и, как следствие, попадания избыточного количества топлива в камеру сгорания.

Внутренняя полость аккумулятора высокого давления постоянно заполнена топливом, которое находится под высоким давлением. Сжатие топлива под высоким давлением требуется для аккумулирования энергии давления в аккумуляторе высокого давления. Даже если в процессе впрыска после подачи топлива из аккумулятора высокого давления к инжекторам расходуется сравнительно большое количество топлива, в аккумуляторе высокого давления сохраняется практически неизменное заданное значение давления.

Топливная форсунка

Регулировка последовательности и продолжительности впрыска, а также расхода топлива на впрыске осуществляется с помощью электронных контактных топливных форсунок. Топливная форсунка состоит из распылителя, сервосистемы регулировки гидравлического давления и электромагнитного клапана. Топливо подается к топливной форсунке по каналам топливной магистрали высокого давления. Одновременно топливо через расходное отверстие попадает в камеру регулировки. Камера регулировки соединена с возвратной топливной магистралью. Регулировка потока топлива производится с помощью проточного топливного отверстия, открываемого и закрываемого с помощью электромагнитного клапана.

Если проточное топливное отверстие закрыто, это означает, что гидравлическое давление, воздействующее на игольчатый клапан, контролирующий поршень, превысило опорное давление игольчатого клапана топливной форсунки, в результате чего игольчатый клапан вжимается в гнездо клапана, герметически перекрывая канал высокого давления от камеры сгорания.

Во время замыкания электромагнитного клапана топливной форсунки проточное топливное отверстие открывается, давление в регулировочной камере с электромагнитным клапаном снижается, в результате чего соответственно снижается давление на верхнюю поверхность поршня. Как только давление опускается ниже величины опорного давления игольчатого клапана топливной форсунки, игольчатый клапан открывается, и топливо впрыскивается в камеру сгорания через отверстие в форсунке. Таким образом, в устройстве применена система усиления гидравлического давления. Электромагнитный клапан открывает проточное топливное отверстие, что приводит к снижению давления в регулировочной камере с игольчатым клапаном, в результате чего возникает перепад давлений, воздействующий на цилиндрический поршень, и уже в результате этого перепада давлений происходит открывание игольчатого клапана.

1. Возвратная топливная трубка. 2. Возвратная пружина.3. Обмотка.4. Соединение высокого давления.5. Диск поворотного вала.6. Шаровой клапан.7. Проточное топливное отверстие.8. Регулировочная камера с игольчатым клапаном.9. Впускное топливное отверстие.10. Регулировочный поршень.11. Игольчатый клапан топливной форсунки.12. Топливная форсунка. 13. Камера опорного давления игольчатого клапана.

Кроме того, возникает утечка топлива через игольчатый клапан и регулировочный цилиндрический поршень. Это топливо вместе с топливом, поступающим из насоса высокого давления и клапана регулировки давления, через возвратную топливную трубку возвращается в топливный бак.

В процессе работы двигателя и генерирования давления топливным насосом высокого давления рабочий цикл топливной форсунки делится на следующие четыре этапа:

• закрывание топливной форсунки (при высоком давлении);

• открывание топливной форсунки (начало впрыска);

• полное открывание топливной форсунки;

• закрывание топливной форсунки (завершение впрыска).

Эти этапы рабочего цикла управляются различными элементами системы, воздействующими на работу топливной форсуник. После выключения двигателя при отсутствии давления в топливной шине топливный инжектор закрывается под воздействием возвратной пружины форсунки.

Закрытая топливная форсунка (свободное состояние): в свободном состоянии по обмотке электромагнитного клапана не пропускается электрический ток. Проточное топливное отверстие в этом положении закрыто.