В системе впрыска Common Rail процессы впрыска топлива и создания высокого давления разделены. Топливо хранится в специальной емкости под высоким давлением (давлением впрыска) и подается в емкость с помощью насоса высокого давления, установленного между рядами цилиндров. Топливные форсунки, соединенные с топливным баком стальными трубками (каждая одинаковой длины), имеют электромагнитные регулирующие клапаны. Время впрыска и его доза индивидуально для каждой форсунки определяются контроллером двигателя. Топливораспределитель с контуром регулирования высокого давления точно и равномерно распределяет топливо по двум бакам.
Рисунок 1. Пространственное расположение компонентов системы впрыска Common Rail двигателя Audi V8 3.3 TDI.
Давление впрыска в системе Common Rail создается независимо от частоты вращения двигателя, что позволяет поддерживать его на высоком значении даже при частичных нагрузках приводного агрегата. По сравнению с другими обычными системами впрыска с кулачковым приводом, система Common Rail позволяет свободно регулировать давление впрыска в зависимости от изменяющихся условий работы двигателя и разделять его на фазы: предварительный впрыск, основной впрыск и последующий впрыск.Конструкция системы Common Rail в двигателе 3.3 TDI V8
Система впрыска Common Rail состоит из контура высокого и низкого давления.
Рисунок 2. Схема системы впрыска Common Rail двигателя Audi V8 3.3 TDI. Контур низкого давления отмечен светло-коричневым цветом, контур высокого давления — темно-коричневым.
В контур высокого давления входят:- насос высокого давления,
- топливный бак первого и второго ряда цилиндров,
- восемь форсунок с электромагнитными регулирующими клапанами,
- распределитель топлива с контуром регулирования высокого давления,
- Клапан дозирования топлива N290,
- клапан регулировки давления топлива N276,
- G247 датчик давления топлива,
- секции стальных труб высокого давления.
В контур низкого давления входят:
- топливный бак, в котором находится первичный топливный насос G6 и резервуар насоса,
- электрический топливный насос G23,
- топливный фильтр,
- два охладителя топлива: воздушно-жидкостный радиатор, установленный в нижней части автомобиля, и жидкостно-жидкостный радиатор, являющийся составной частью низкотемпературной системы охлаждения двигателя,
- шестеренный питательный насос,
- механический предохранительный клапан,
- перепускной клапан топливного насоса N312,
- биметаллический клапан нагрева паров топлива,
- Топливопроводы низкого давления.
Отдельные элементы контура высокого давления
Насос высокого давления создает высокое давление топлива с помощью трех поршней, расположенных симметрично под углом 120° и перемещаемых вращающимся эксцентриковым кулачком. Эти поршни сжимают топливо в течение трех циклов выпуска за один оборот вала, приводящего в движение эксцентриковый кулачок. Такая рабочая характеристика насоса высокого давления обеспечивает низкое энергопотребление и сбалансированную нагрузку на систему привода насоса.
Рисунок 3. Насос высокого давления – поперечный разрез.
При максимальном крутящем моменте, необходимом для его привода (17 Нм), насос создает давление топлива 1300 бар, что составляет примерно 1/9 крутящего момента, необходимого для привода аналогичного ТНВД-распределителя. Насос высокого давления установлен в передней части двигателя, между рядами цилиндров, и приводится в движение зубчатым ремнем с передаточным числом I = 2/3 по отношению к коленчатому валу двигателя (частота вращения насоса 75-3000 об/мин). об/мин). Максимальное давление, достигаемое насосом высокого давления, составляет 1350 бар, КПД находится в пределах 0,6-0,7 см 3 /оборот приводного вала насоса. Топливо, перекачиваемое шестеренчатым подкачивающим насосом, направляется в дроссель клапана дозирования топлива Н290 и в систему охлаждения и смазки насоса высокого давления.Клапан дозирования топлива N290 регулирует дозу топлива, которая возвращается большими или меньшими порциями на сторону всасывания шестеренчатого насоса (иллюстрация). Ограничение производительности насоса высокого давления позволяет снизить температуру топлива и снизить нагрузку на двигатель, приводящий насос.
Когда клапан N290 срабатывает (подается питание), он остается закрытым. Управляющее давление увеличивается, в результате чего регулирующий поршень перемещается вправо и площадь поперечного сечения канала, питающего насос высокого давления, постепенно увеличивается. Когда клапан N290 не приводится в действие (питание не подается), он все время остается открытым. Сечение питающего канала минимально, поскольку пружина переместит регулировочный поршень в крайнее левое положение. Степень закрытия клапана дозирования топлива N290 регулируется контроллером двигателя J494 и зависит от нагрузки и частоты вращения приводного агрегата. Повреждение или нарушение сигнала клапана N290 может привести к снижению мощности двигателя или отключению регулирования давления наддува, а также отключению функции рециркуляции отработавших газов. Когда контроллер двигателя обнаруживает серьезную неисправность, двигатель отключается с помощью набора двойных дроссельных клапанов.
Датчик давления топлива G247 преобразует значение давления топлива в распределителе в сигнал напряжения. Контроллер двигателя подает напряжение 5 В на измерительный элемент датчика G247, где увеличение давления топлива вызывает уменьшение сопротивления и увеличивает напряжение сигнала датчика. Повреждение датчика G247 проявляется переходом двигателя в аварийное состояние и срабатыванием клапана регулирования давления топлива N276 сигналом постоянного значения.
Топливораспределитель с контуром регулирования высокого давления включает в себя датчик давления топлива G247 и клапан регулирования давления топлива N276. Распределитель обеспечивает равномерное распределение топлива между баками первого и второго ряда цилиндров.
Клапан регулирования давления топлива N276 представляет собой электромагнитный элемент, регулирующий давление топлива в системе высокого давления. При неработающем двигателе (клапан не запитан) игла прижимается к седлу клапана пружиной, позволяя поддерживать давление топлива в баке на постоянном уровне примерно 100 бар. При работе двигателя катушка электромагнита притягивается, поддерживая усилие пружины, что вызывает дополнительное давление иглы на давление топлива в баке. Регулирование давления предполагает изменение сечения игольчатого клапана, что дополнительно гасит пульсации давления топлива. Излишки топлива из клапана N276 направляются в топливный бак.
Рисунок 4. Клапан дозирования топлива N290.
Топливо хранится под высоким давлением в топливном баке, причем объем бака должен гарантировать гашение вибраций столба давления, создаваемых работой насоса и форсунок. Чтобы обеспечить равномерное давление впрыска для каждой из четырех форсунок, подключенных к резервуару, важно поддерживать постоянное давление в резервуаре.Топливопроводы контура высокого давления выполнены из стальных трубок диаметром около 6 мм, что обеспечивает высокую прочность и устойчивость к пульсациям давления. Длина каждого кабеля между баком и форсункой должна быть одинаковой, поэтому разницу расстояний выравнивают за счет профилирования кабелей.