Принцип работы аккумуляторной топливной системы коммон рейл

Multi Diesel

Устройство пьезоэлектрической форсунки

В основе устройства форсунки этого типа лежит принцип обратного пьезоэффекта. Суть его заключается в том, что под действием поступающего напряжения происходит изменение геометрических параметров, в частности длины, кристалла, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. На этом же принципе, кстати, основаны проверка, диагностика и ремонт пьезофорсунок.

Основными узлами пьезофорсунки являются:

1. пьезоэлемент, соединенный с поршнем-толкателем;

2. толкатель;

3. переключающий клапан;

4. игла впрыска.

Принцип действия

Работа пьезофорсунки основана на принципе гидравлического сопротивления. В исходом состоянии игла устройства плотно посажена в седло. Этому способствует высокое давление над верхней ее частью, создаваемое топливным насосом. При поступлении сигнала из ЭБУ пьезоэлемент увеличивается в длине, что передает усилие на поршень толкателя. Последний открывает переключающий клапан. Благодаря этому топливо, находящееся над иглой, поступает в сливную магистраль за счет высокого давления. В результате этого давление топлива над иглой становится меньше, чем в нижней ее части. По закону гидравлики игла приподнимается и осуществляется впрыск топлива.

Достоинства пьезофорсунок

1. Максимальное быстродействие и совершенное управление фазами впрыска. По сравнению с электромагнитным клапаном пьезоэлектрический срабатывает в 4 раза быстрее. Это способствует меньшему времени отклика и лучшему и более точному разделению фаз впрыска.

2. Переменное значение давления впрыска. Пьезофорсунки лучше отвечают требованиям необходимости применения разного давления впрыска при различных фазах работы двигателя (запальной, рабочей).

3. Минимальный уровень шума при работе двигателя, что обусловлено быстродействием пьезоклапана и минимальным диаметром плунжера форсунки.

4. Высокий КПД форсунки благодаря тому, что для функционирования клапана требуется подавать электрический сигнал минимальной мощности. Уменьшение объема топлива поспособствовало сужению диаметра плунжера пьезофорсунки.

Особенности применения, диагностика и ремонт пьезофорсунок

Пьезоэлектрические форсунки существенно улучшают качество работы двигателя, уменьшают расход топлива и практически сводят к нулю вредные выбросы из-за неполного сжигания топливной смеси. Однако такая совершенная система впрыска требует и максимально качественно топлива. Малейшие загрязнения быстро выведут ее из строя и приведут к поломке. Только последующая проверка пьезофорсунок на стенде компании-производителя может дать точное определение истинной причины их поломок. В любом случае ремонт пьезофорсунок почти вдвое выгоднее покупки и установки новых.

Чем отличается инжекторный двигатель от карбюраторного

Инжектор представляет собой принципиально другой способ подачи топлива в камеру сгорания по сравнению с карбюратором. Другими словами, в инжекторном моторе наибольшие конструктивные изменения коснулись системы питания и топливоподачи. В карбюраторном двигателе бензин смешивается с определенной частью воздуха во внешнем устройстве (карбюраторе).

После образовавшаяся топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндры двигателя. Инжекторный двигатель имеет специальные инжекторные форсунки, которые дозировано впрыскивают горючее под давлением, после чего происходит смешение порции топлива с воздухом. Если сравнивать эффективность подачи горючего инжектором и карбюратором, мотор с инжектором оказывается до 15%!мощнее. Также отмечается существенная экономия топлива на разных режимах работы двигателя.

Очистка форсунки в домашних условиях

Для исключения проблем в функционировании форсунок стоит периодически промывать их. Это делается стандартным путем, со специальным средством либо посредством ультразвука и проч., без снятия механизма с мотора.

Стандартный способ

Самый примитивный и легкий метод чистки топливных форсунок подразумевает заливку особого состава в бензобак. Методика используется владельцами новых транспортных средств либо машин с пробегом в несколько тысяч км. Она подразумевает добавление состава вместе с горючим в бак для поддерживания двигателя и сопутствующих систем в чистоте.

Стандартный способ  подразумевает заливку особого состава в бензобак.

Для автомобилей со сложными загрязнениями метод не подходит, потому что усугубляет проблему. В таком случае нужно разобрать мотор на подготовленном стенде, демонтировать распылители и провести их поочередную очистку.

Чистка без демонтажа двигателя

Чтобы промыть ТФ без демонтажа силового агрегата, необходимо подключить промывочную станцию сразу к мотору. Это позволит удалить накопившуюся грязь на поверхностях и топливной рампе. Достаточно включить мотор на 30 минут, используя нейтральную передачу, и постепенно подавать рабочую смесь под давлением.

Common Rail. Диагностика и ремонт форсунок.

Преимущества и недостатки форсунок систем Common Rail

Система функционирует за счет общего аккумулятора, иначе называемого топливной рампой, передающего горючее форсункам. В переводе с английского «Common Rail» означает «общая рампа». Разработкой всех элементов системы впрыска занимались специалисты концерна Bosch, снискавшие доверие благодаря дотошному подходу к своим разработкам.

Благодаря системе Common Rail:

• минимизируется расход топлива;
• снижается уровень шума работающего двигателя;
• сокращается токсичность выхлопов.

Система Common Rail обладает неоспоримым преимуществом – широким диапазоном регулировки топливного давления и момента начала впрыска. Подобные характеристики были достигнуты за счет того, что процессы нагнетания давления в топливной системе и впрыск были разделены.

Что касается конструктивных особенностей, система представлена следующими элементами:

• комплексом датчиков;
• электронным блоком управления;
• электронасосом;
• ТНВД;
• фильтрующим элементом;
• форсунками;
• топливной рампой, являющейся основой всей системы.

Разница с традиционными системами подачи топлива в цилиндры двигателя заключается в использовании топливного насоса высокого давления, имеющего всего один канал. Благодаря бесперебойной подаче дизельного топлива двигатель работает более эффективно.

Система Common Rail обладает следующими преимуществами:

• поддержанием стабильно высокого давления, независящего от скорости вращения коленвала – это обеспечивает стабильность работы двигателя как на холостом ходу, так и при высоких оборотах;
• максимально точным дозированием объемов топлива, поступающих в двигатель, что достигается за счет электронного блока управления – благодаря такому принципу работы каждая порция горючего сгорает полностью;
• простотой конструкции и легкостью ремонта, поскольку проблем с приобретением необходимых запчастей для системы Common Rail не возникает.

Впрочем, система обладает и определенными недостатками:

• необходимостью использования сложных по конструкции форсунок, а также их достаточно частой заменой;
• при разгерметизации даже одного элемента топливной системы происходит полное прекращение подачи топлива в ГБЦ;
• необходимостью использования только качественного дизельного топлива, в противном случае система в скором времени выйдет из строя.

Устройство форсунки дизельного двигателя

Наверняка, вы уже знаете, что инжекторные системы в мире бензиновых моторов пришли на смену карбюраторам в конце 80-х годов прошлого века, и на сегодняшний день полностью вытеснили последних с арены автопрома.

О преимуществах впрыска можно говорить долго – это и экономия, и высокие мощностные характеристики, и экологичность.

В мире дизельных агрегатов впрыск топлива использовался практически с зарождения более-менее серьёзных серийных двигателей и активно эксплуатируется и ныне.

Благодаря чрезвычайно бурному развитию электроники за последние 20-30 лет, инженеры смогли наглядно показать все достоинства инжекции топлива, и с каждым годом продолжают удивлять новыми достижениями. О современных решениях, касающихся форсунок, мы сегодня и поговорим.

Итак, форсунки, используемые авто производителями в нынешнее время, бывают следующих типов:

• электромагнитные;
• электрогидравлические;
• пьезоэлектрические.

Электромагнитная форсунка

Этот тип инжекторов можно встретить под капотами автомобилей с бензиновыми двигателями. Их принцип действия довольно прост. Основу конструкции составляют электромагнитный клапан и сопло, внутри которого находится подвижная игла.

В чётко просчитанное время мозг мотора, электронный блок управления подаёт сигнал на обмотку клапана, что создаёт магнитное поле. Оно, в свою очередь, притягивает к себе специальный якорь, механически связанный с иглой, в результате чего сопло открывается, и бензин под давлением впрыскивается во впускной коллектор или сразу в цилиндр. Когда управляющий сигнал пропадает, все элементы под действием пружины возвращаются в исходное положение.

Электрогидравлическая форсунка

Данная разновидность форсунок используется, главным образом, в дизельных силовых агрегатах, кстати, и в популярной нынче системе Common Rail они также находят применение. Конструкция их немного более сложная, чем у электромагнитных инжекторов. Ключевыми элементами электрогидравлической форсунки являются электромагнитный клапан, камера управления, а также впускной и сливной дроссели.

Отличительная особенность этого устройства состоит в том, что дизтопливо в нём находится под давлением и при впрыске, и в закрытом состоянии. Этот нюанс и лежит в основе их принципа действия.

Когда впрыск не планируется, игла плотно прижата к соплу напором горючего в камере управления.

В момент инжекции, на электромагнитный клапан поступает сигнал, в результате чего открывается сливной дроссель. Давление в камере управления начинает снижаться, в то же время давление топлива, действующее на иглу в направлении открытия, остаётся прежним, благодаря чему она приподнимается и впрыскивает необходимую порцию солярки.

Пьезоэлектрическая форсунка

Для начала нужно сказать, что пьезоэлектрические форсунки являются самыми высокоскоростными и наиболее совершенными среди своих собратьев.

Так, к примеру, по сравнению с электромагнитным инжектором пьезоэлектрический срабатывает в четыре раза быстрее, а это даёт возможность эффективнее работать с подачей топлива, что сулит улучшением характеристик мотора.

Устанавливают их, как правило, на дизельных двигателях с системой Common Rail. Главной деталью таких форсунок является пьезоэлемент, который под действием приложенного к нему электрического напряжения может мгновенно увеличиваться в размерах, воздействуя в качестве толкателя на другие детали инжектора.

Благодаря данному эффекту (пьезоэффекту) удалось создать конструкцию форсунки с уникальным быстродействием. Кстати, пьезоэлементы в настоящее время активно используются как управляющие элементы в насос-форсунках.

Я уже посвящал им отдельную статью, поэтому сейчас лишь напоминаю, что это устройства, конструктивно объединяющие в себе плунжерный насос высокого давления и инжектор. Встречается этот гибрид исключительно у дизельных моторов.

Ну что ж, уважаемые читатели, как вы уже поняли устройство форсунки дизельного двигателя не такое простое изобретение, как могло показаться на первый взгляд.

Если Вам хочется ещё больше узнать о строении автомобилей – подписывайтесь на блог, новые и интересные статьи я публикую регулярно.

До встречи!

Диагностика топливной форсунки

Специфика диагностики форсунки определяется типом детали. При этом диагностику можно выполнить как в сервисе, так и в гараже.

Проверка питания

Для оценки электроснабжения потребуется сделать следующее:

1. Снять разъем питания форсунки первого цилиндра.
2. Подсоединить мультиметр с настройками оценки постоянного напряжения в пределах 0-20 В.
3. Завести автомобиль и проанализировать результаты измерений. В исправном состоянии форсунка дает короткие импульсы.
4. В случае если на фишку питания не приходит напряжение, заглушить авто и выполнить проверку проводки либо найти дефект во время визуального осмотра.
5. Подключить форсунку первого цилиндра и повторить проверку процедуру с 2-4-ыми элементами.

Для оценки электроснабжения потребуется снять разъем питания форсунки.

Изменение сопротивления

Сначала нужно уточнить модель форсунки, которая используется на вашем транспортном средстве. Дальше следует определить сопротивление катушек внутри детали.

Заглушив двигатель, необходимо снять разъемы питания, подключить мультиметр и запустить его в режиме измерения 0-200 Ом

Важно проанализировать сопротивление каждой детали. Оно должно соответствовать заявленным в технических характеристиках параметрам

Дианостика на рампе

Для диагностики нужно снять топливную рейку с зафиксированными инжекторами. Дальше следует подключить контакты к рампе и форсункам (если они отключались). Рампа размещают под капотом таким путем, чтобы удалось установить под каждой деталью емкость со шкалой.

После этого требуется подсоединить трубки подачи топлива и убедиться в надежности их фиксации.

Забитые форсунки

На следующем этапе необходимо включить зажигание и провернуть мотор стартером. Такие действия лучше проводить вместе с коллегой.

Пока второй человек вращает мотор, важно проследить за исправностью всех инжекторов. Впрыск горючего должен оставаться идентичным на всех элементах

Финишный этап сводится к отключению зажигания и оценке объема топлива в емкостях.

Проверка на стенде

В автомастерских установлены стенды для диагностики и восстановления форсунок. Методика проверки на такой поверхности предусматривает разборку рампы и инжекторов ТС. Стенд позволяет реализовать комплексную диагностику, проверить эффективность впрыска горючего и определить электрическое сопротивление. Отдельные мастера сооружают стенды в домашних условиях.

Принцип работы форсунки

Устройство электрической форсунки может быть разным(примеры конструкций приведены на рисунке), но принцип работы одинаков для всех типов форсунок.

Форсунка представляет собой определённой формы ёмкость с топливом. С одной стороны топливо под давлением поступает из топливной магистрали через фильтровочную сетку, а с другой стороны в распылённом состоянии попадает в рабочую область ДВИГАТЕЛЯ, если подано напряжения на солсноццальный клапан форсунки.

• MOНO впрыск — форсунка одна (обычно рядный двигатель до 4-х цилиндров)
• ДУБЛЬ MOНO впрыск — две форсунки, работающие на две половины, обычно 6-ти цилиндрового, V-образного двигателя
• РАСПРЕДЕЛЁННЫЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена во впускном коллекторе
• ПРЯМОЙ впрыск — по одной форсунке на цилиндр, рабочая часть расположена внутри цилиндра
• ПУСКОВАЯ — одна на двигатель, рабочая часть расположена во впускном коллекторе

Форсунки бывают НИЗКООМНЫЕ (от 1 до 7 Ом) и ВЫСОКООМНЫЕ (от 14 до 17 Ом). Низкоомные форсунки управляются пониженным напряжением или в цепях управления имеются добавочные сопротивления (5-8 Ом). Фрагмент схемы с добавочными сопротивлениями (152) приведен на рисунке.

Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке, с системой впрыска от порта (PFI) и системы последовательного впрыска (SFI), которые используют привод выключаемого транзистора насыщения, изображена рядом и отмечена буквой А. Соленоиды форсунок включаются блоком управления двигателем. Напряжение резко падает, когда клапан открыт, а затем, при выключении напряжения, резко возрастает (из-за индуктивности соленоида). Ширина импульса изменяется в зависимости от нагрузки двигателя.

Осциллограмма, отображающая форму импульса на форсунке системы моновпрыска (TBI). Такие системы для включения и выключения форсунок используют формирователи пиковых токов и токов синхронизации. Клапаны соленоидов форсунок включаются при наличии высокого тока питания, подаваемого от блока управления двигателем.

После срабатывания, ток уменьшается и поддерживает клапан в открытом состоянии. Наблюдается резкое падение напряжения при первом открытии клапана, а затем резкое увеличение напряжения, когда формирователь тока создаст меньший ток синхронизации, чем высокий ток включения. Когда соленоид отключается(после периода синхронизации) создаётся амплитуда напряжения, обусловлештя индуктивностью катушки соленоида (схема В).

Некоторые формирователи пиковых токов и токов синхронизации производят быстрые переключения напряжения во время периода синхронизации из-за низкого сопротивления обмотки соленоида форсунки (схема С).

Примером может служить осциллограмма форсунки автомобиля ФОРД «Сиерра» 1,6i, EEC 4 приведённая ниже.

Ниже приведены схемы подключения форсунок при одновременном, групповом и фазированном впрыске топлива.

При одновременном и групповом методе все форсунки, соединённые параллельно впрыскивают топливо одновременно, причём за один оборот коленвала впрыскивается половина полной порции топлива.

Такой метод соединения форсунок использовался на а\м выпуска 80 х — начала 90 х годов.

Современные системы управления двигателями используют последовательный или фазированный впрыск топлива. Такой метод управления позволяет увязывать момент впрыска с моментом открытия впускного клапана в конкретном цилиндре, изменять количество подаваемого топлива в цилиндр.

На схемах использованы следующие обозначения: 1,2,3,4 — форсунки, 5 — ЭБУ двигателем.

Форсунки систем прямого впрыска топлива отличаются от форсунок, применяемых на системах впрыска топлива во впускной коллектор. Распылитель форсунки расположен непосредственно в камере сгорания и испытывает большие температурные нагрузки и нагрузки высокого давления. Форсунка прямого впрыска длиннее, т.к. необходимо пройти толщину головки блока. Давление топлива значительно выше, чем в обычных системах впрыска и факел распыла имеет свои особенности для каждого двигателя. Эти особенности систем прямого впрыска можно отнести к бензиновым и дизельным двигателям. На рисунке показана форсунка и её осциллограмма двигателя HDI СИТРОЕН. Сопротивление обмотки соленоида форсунки 0,3 — 1 Ом.

Принцип действия пьезоэлектрической форсунки

Действие управляющего клапана форсунки основано на широко известном пьезоэлектрическом эффекте, который применяется, к примеру, в конструкции газовых зажигалок. Кнопка, на которую человек с усилием нажимает пальцем, деформирует рабочий элемент из специального материала — диэлектрика. Деформация способствует возникновению заряда, который используется для воспламенения газа.

Помимо топливных форсунок пьезоэффект применяется в конструкции датчика детонации и датчика абсолютного давления во впуске (MAP)

В пьезоэлектрических форсунках используется так называемый обратный пьезоэлектрический эффект. На диэлектрик подается напряжение, что способствует деформации материала. С диэлектриком сопряжен шток клапана, который поднимается, когда на форсунку подается ток.

Что такое форсунка

Это устройство, которое предназначено для точной дозировки и распыления под давлением жидкостей, реже порошков и газов. Наибольшее применение они получили в современных двигателях внутреннего сгорания, где для выполнения экологических норм требуется строго дозированная подача распыленного горючего. Мелкодисперсные капли бензина, солярки, сжиженного газа или мазута лучше перемешиваются с воздухом, чем струя, что приводит к более полному сгоранию топливно-воздушной смеси. Увеличивается мощность, улучшается экономичность двигателя внутреннего сгорания. Существенно уменьшаются выбросы токсичных отработанных газов.

История изобретения и совершенствования

Первую в мире форсунку предложил русский изобретатель Александр Иванович Шпаковский. Случилось это в 1864 году. Изделие было создано для распыления порошка, но из-за несовершенства конструкции распространения не получило. Более удачным оказался опыт российского и советского инженера Владимира Григорьевича Шухова, в 1880 году предложившего устройство, работающее с жидким топливом.

Его прибор, который использовался для распыления мазута, благодаря простой конструкции и технологичности, получил широкое применение. В некоторых отраслях техники форсунки Шухова применялись до середины XX века. Все современные конструкции основаны на принципах, заложенных этим конструктором.

Толчок к массовому применению инжекторов дало изобретение Рудольфом Дизелем двигателя с воспламенением от сжатия, названного в его честь дизелем. В первом двигателе сжатый воздух перемешался с угольной пылью, выступавший в качестве горючего материала.

Дизель столкнулся с трудностями в точной дозировке смеси. Решить их удалось, заменив угольную пыль керосином и применив форсунки. С этого момента началось усиленное совершенствование систем впрыска топлива. Первым на этом пути оказался Роберт Бош, который предложил несколько типов впрыскивающих устройств, а главное, сумел соединить форсунки с насосом высокого давления. Этот принцип и лежит в основе современных систем впрыска топлива, когда распыленное горючее впрыскивается в двигатель необходимыми порциями при давлении, превышающим атмосферное.

В дальнейшем инжекторы полностью вытеснили карбюраторы на бензиновых моторах. Дизели получили высокоточные приборы, распыляющие топливо под давлением несколько сотен, а то и тысяч атмосфер. Такие форсунки выдерживают до миллиарда циклов впрыска, изготавливаются с микронными допусками, высокое быстродействие обеспечивает длительность импульса до десятитысячной доли секунды.

Гидравлический цилиндр и переключающий клапан (мультипликатор)

Корпус гидравлического цилиндра находится внутри амортизирующей пружины. В корпусе цилиндра расположены два сопряженных (зависимых друг от друга) поршня. Пространство между ними заполнено топливом, которое благодаря клапану в сливной магистрали, находится под давлением до 10 bar. Топливо здесь выполняет функцию амортизатора давления. Гидравлический цилиндр является посредником между пьезоэлементом и переключающим клапаном.

Переключающий клапан (мультипликатор) – это клапан, который является переключателем между областями низкого давления (в полости форсунки вокруг гидравлического цилиндра) и высокого давления, которая находится над дроссельной пластиной и связана с надигольной камерой.

Напряжение на форсунках

Остановимся подробнее на вопросе, какое напряжение подается на форсунки двигателя. В первую очередь необходимо понимать, что они управляются с помощью электрических импульсов. Причем “+” от аккумулятора подается сразу на форсунку через предохранитель, а вот “-” контролирует ЭБУ. То есть, в разный момент времени напряжение на форсунке постоянно. Однако если произвести замер с помощью осциллографа (мультиметр в данном случае может ничего не показать, поскольку импульсы очень кратковременны), то этот прибор покажет усредненное значение. Оно будет зависеть от того, с какой частотой поступают импульсы на форсунку.

Приведенные на рисунке графики помогут нам ответить на вопрос — какое напряжение подается на форсунку. Чем длительнее импульсы напряжения, подаваемого на форсунку, тем усредненное рабочее напряжение будет выше (длительность импульсов у большинства машин находится в пределах 1…15 мс). А длительные импульсы подаются на высоких рабочих оборотах двигателя. Соответственно, чем выше эти самые обороты — тем выше будет усредненное рабочее напряжение на форсунках. То есть, на форсунки подаются рабочие 12 В (на самом деле немного меньше из-за незначительного падения напряжения на управляющем транзисторе), однако в импульсе.

Некоторые автовладельцы пытаются открыть форсунку простой подачей тока от АКБ с целью почистить ее. Необходимо понимать, что напряжение напрямую от аккумулятора подавать на форсунку нельзя, поскольку существует риск того, что она выйдет из строя (сгорит ее обмотка). Импульс на устройство подается через транзисторный ключ. Действует он кратковременно, так как обмотка в форсунке быстро нагревается и может попросту сгореть. В процессе работы двигателя время открытия контролирует ЭБУ, а ее естественное охлаждение, пусть и незначительное, осуществляет поступающее топливо.

Как указывалось выше, автопроизводители используют форсунки с разным рабочим напряжением. Поэтому идеальным решением будет посмотреть эту информацию в мануале автомобиля или на сайте изготовителя

Если же вы не можете найти эти сведения, то к подбору напряжения для открытия форсунки нужно подойти осторожно

На практике чтобы открыть форсунку, опытные автомобилисты советуют использовать специальный стенд. Однако можно обойтись и более простыми приспособлениями. Например, купить китайский блок питания с выходным напряжением, регулируемым в пределах 3…12 В (обычно с шагом в 1,5 В). Схема подключения обязательно должна иметь кнопку без устойчивого положения (например, от квартирного звонка). Для открытия форсунки стоит подавать сначала самое маленькое напряжение, увеличивая его в случае, если форсунка не открылась.

Если у вас низкоомные форсунки, то открывать их можно буквально на долю секунды. Форсунки с большим сопротивлением можно держать открытыми подольше — 2…3 секунды.

Также можно воспользоваться аккумуляторной батареей от шуруповерта. Разобрав ее, вы увидите так называемые “банки” — маленькие аккумуляторы. Каждая из них выдает напряжение 1,2 В. Соединяя их последовательно, можно добиться нужного напряжения для открытия форсунки.