Состав аккумуляторной топливной системы
За основу для рассмотрения аккумуляторной топливной системы с электронным управлением типа CR взята поставленная на серийное производство ТПА фирмы Robert Bosch GmbH для легкового автомобиля с дизелем 2...2,5 л, фирмы Elasis для дизелей фирмы Fiat, ТПА фирмы Siemens, фирмы L'Orange GmbH для дизелей фирмы MTU.
Рис. 23. Гидравлическая схема топливной системы CR
дизеля ЗМЗ-514 с ТНВД Siemens
| 1 - Бак топливный
2 - Фильтр грубой очистки
3 - Насос подкачивающий
4 - Фильтр тонкой очистки
5 - Насос высокого давления
6 - Датчик давления
7 - Исполнительный механизм регулятора давления
8 - Аккумулятор топливный
9 - Аварийный ограничитель подачи
10-Предохранительный клапан
11 - Дизель
12 – Нагнетательный трубопровод
13- Электрогидравлическая форсунка
|
На Рис. 23 представлена возможная компоновка ТПА типа CR на современном российском дизеле с открытой КС - ЗМЗ-514 (44118,7/9,4). На Рис. 24 и Рис. 25 представлены подробная и сокращенная схемы топливной системы CR. фирмы Bosch для дизеля легкового автомобиля. Конструкция и взаимодействие отдельных элементов топливной системы рассматривается ниже.
 Рис. 24. Система CR в составе быстроходного автомобильного дизеля:1-ТНВД
2- впускной электроклапан
3- электроклапан перепуска на слив
4- фильтр тонкой очистки
5- бак, фильтр, электрический ТПН
6- блок управления
7- реле свечи
8- электроаккумулятор
9- гидроаккумулятор CR
10-датчик давления
11-аварийный ограничитель подачи
12-предохранительный клапан
13-датчик температуры топлива
14-электрогидравлическая форсунка
15-свеча накаливания
16-датчик температуры жидкости
| 17-датчик частоты и положения к.в.
18-датчик такта дизеля
19-датчик температуры воздуха
20-датчик давления воздуха
21 -расходомер воздуха
22-турбокомпрессор
23-электромеханический преобразователь регулятора рециркуляции отработавших газов
24-электромеханический преобразователь регулятора наддува
25-компрессор
26-панель приборов
27-педаль акселератора
28-датчики трансмиссии...
29-...агрегатов, тормозной системы
30-датчик и указатель скорости 31 -задатчик скорости
32-компрессор кондиционера
33-задатчик работы кондиционера
34-лампа самодиагностики и разъем для электронного мотор-тестера
|
Рис. 25. Схема системы CR автомобильного дизеля (позицииРис. 24)
Топливоподкачивлющий насос и фильтры
Рис. 26. Роторный и шестеренчатый ТПН фирмы R.Bosch
| К ТПН предъявляются требования, аналогичные для традиционной ТПА. Фирма R.Bosch предлагает использование шестеренчатых и роторных (роликовых) насосов (Рис. 26) с автономным электроприводом, в том числе погруженных в топливный бак. Также возможно использование традиционной для дизелей поршневых ТПН. ТС Siemens отличается расположением фильтра тонкой очистки перед ТПН. Давление подачи диктуется наполнением плунжерного пространства, обеспечением смазки и должно иметь порядок 0,5…0,8 МПа.
На Рис. 26 редукционный клапан встроен в ТПН. Другой клапан, устанавливаемый на выходе или входе из ТПН предотвращает его опорожнение и быструю подготовку к пуску. Шестеренчатый ТПН с внешним зацеплением фирма предлагает приводить в действие механически.
Традиционный ТПН может удовлетворить требованиям CR Расчет необходимой производительности удобно вести с учетом максимального расходования топлива ТНВД. Обычно принимают не менее 2-х кратный запас их производительности от максимального через ТНВД.
Фильтры грубой и тонкой очистки имеют показатели тонкости и полноты отделения воды и механических примесей, типичные для дизельной ТПА.
|
ТНВД для аккумуляторной топливной системы
ТНВД системы CR фирмы Robert Bosh Gmbh для легкового автомобиля с дизелем 2...2,5 л представлен Рис. 27.
Насос скомпонован по звездообразной схеме (в гидравлике такие насосы называются радиально-плунжерными). Обоснование компоновки фирма иллюстрирует оценкой свойств конструктивных схем, данных применительно к ТПА для непосредственного впрыска бензина (Табл. 3). Для нее еще остается возможной схема аксиального насоса.
Табл. 3. Оценка конструктивных схем ТНВД по оценке фирмы
Bosch **
|
|
Аксиальная |
Звездообразная |
Рядная |
|
Критерии оценки |
|
|
|
|
Габариты |
Средняя |
Хорошая |
Плохая |
|
Стоимость |
Хорошая |
Хорошая |
Средняя |
|
кпд |
Средняя |
Хорошая |
Средняя |
|
Долговечность |
Средняя |
Хорошая |
Средняя |
**Можно не соглашаться с оценками в Табл. 3. Так рядный ТНВД
со специальным кулачком может обеспечить большую долговечность, чем
звездообразный, а аксиальный имеет меньшую. Можно считать этот анализ
ориентировочным. Трудно возражать против таких достоинств звездообразного ТНВД,
как уменьшенные габариты и стоимость. Из звезд с 1...5 лучами по комплексу
функциональных и стоимостных показателей фирма считает оптимальным 3-х или 4-х
лучевую звезду. Рис. 27. Радиально-плунжерный ТНВД Common Rail фирмы R.Bosch:
| 1 - эксцентриковый вал;
2 - прецессирующая втулка;
3 - плунжер;
4 - впускной клапан;
5 - электромагнит впускного клапана;
6 - выпускной клапан;
7 - электромагнит регулятора давления;
8 - седло клапана регулятора;
9 - противодренажный клапан.
|
Звездообразный (радиально-плунжерный) ТНВД обеспечивает равномерность загрузки приводного вала. Так, для дизеля 2…2,5 л неравномерность крутящего момента в 9 раз ниже чем у распределительного ТНВД типа VE. Таким образом, требования к приводу ТНВД снижаются до уровня требований к приводам прочих вспомогательных агрегатов ДВС, что весьма важно при давлениях впрыска 120... 180 МПа. Например, в новом дизеле Mercedes-Benz OM611 ТНВД наряду с вакуум-насосом и ТПН приводится промежуточным зубчатым колесом от двухрядной цепи привода выпускного распределительного вала.
Частота вращения вала ТНВД п=3000 мин-1. Каждая плунжерная пара имеет впускной и выпускной клапаны. Кроме того, имеется общий клапан давления с ДР<лкр=0,05...0,15 МПа на входе в ТНВД со стороны подкачки. Он предотвращает опорожнение полостей ТНВД и задержку пуска дизеля. В бензиновом ТНВД впускной клапан для уменьшения мертвого надплунжерного объема размещают в теле плунжера. Смазка и охлаждение ТНВД осуществляется топливом, для чего предусматривается его циркуляция по линии низкого давления.
Регулирование ТНВД с учетом его механического привода осуществляется в ограниченном объеме. Даже в системах впрыска бензина во впускной трубопровод (Р>0,2 МПа) для снижения затрат мощности ныне отказываются от стравливания топлива для обеспечения заданного давления в аккумуляторе. В данной системе производительность ТНВД обеспечивается подбором передаточного отношения в приводе, числом насосных секций (3 или 4), а при работе ДВС, регулируется выключением одной секции с помощью электромагнитного привода, блокирующего впускной клапан, а также старым неэкономичным способом - стравливающим электромагнитным клапаном.
По данным фирмы, при Рт =135 МПа при п^ЗОСЮ мин"1 КПД ТНВД 90%, мощность на привод 3,8 кВт. Для сравнения те же параметры подачи обеспечиваются распределительным ТНВД ВозсЬ типа УЕ при мощности 2,5 кВт. Очевидно, противоречие между высоким КПД и затратами мощности объясняется большими потерями топлива на управление в форсунках. Электрогидравлические форсунки Common Rail,  
Рис. 28. Электрогидравлическая форсунка и схема топливной системы: 1-управляющий шариковый клапан; 2-якорь, 3-проставка, 4-пружина; 5-ее регулировка, 6-элекгромагнит, 7- дроссель
| Под электрогидравлической форсункой для СК будем понимать нормальную закрытую форсунку с быстродействующим клапаном, управляющим давлением в надыгольной полости (или камере управления) и постоянно сообщенную подыгольной полостью с аккумулятором (рис 75-81). Клапан малогабаритный, а значит быстродействующий, т.к. через него уже может не проходить основной поток впрыскиваемого топлива С другой стороны, движение иглы обеспечивается гидроусилением воздействия от клапана Это на два порядка снижает необходимую для управления электроклапаном мощность. Клапан располагается в полости слива, это облегчает его компоновку, сохраняет возможность охлаждения, снижает требования к его гидроплотности, позволяет его унифицировать для различных дизелей Рис. 28. Именно такие конструкции с 1967 г. разрабатывались в Коломенском филиале ВЗПИ (КФ ВЗПИ) и были реализованы в 1996-1998 г в серийной продукции немецких фирм.
|
| 
| Форсунка фирмы R.Bosch. Торцевой электромагнит 11 (Рис. 29,а) с дисковым якорем 10, преодолевая пружину 12, открывает шариковый клапан 8 Давление сверху от мультипликатора 5 падает и игла 2 открывает проход к сопловым отверстиям После обесточивания электромагнита и посадки клапана давление справа от мультипликатора восстанавливается через жиклер 7.
К особенностям выполнения форсунки можно отнести следующие. Пружина 4 иглы для функционирования форсунки не является обязательной и установлена лишь для предотвращения заброса газа при отсутствии давления в аккумуляторе. Имеется вариант с пружиной вокруг штока 9 для предотвращения повторного открытия клапана от волн давления при его посадке. Мультипликатор запирания 5 увеличивает запирающее усилие, действующее на иглу. В отличие от запирания с использованием давления, приложенного к полной площади иглы, эта конструкция позволяет обеспечивать больший диапазон запирающей силы при том же изменении давления. Как показывает расчетный анализ процесса подачи, его инерционность незначительно ухудшает быстродействие системы. Однако, он образует с корпусом прецизионную пару и увеличивает габариты. Главное же его значение заключается в том, что увеличение отношения диаметра мультипликатора к диаметру иглы делает процесс более управляемым, четким (точным), сокращает его продолжительность. При отношении -1,0 подача нестабильна от цикла к циклу При отношении менее 1,0 система практически неработоспособна. Для быстроходного дизеля лучшее отношение - 1,25 ..1,5 (так, в CR Bosch диаметр иглы 4 мм, мультипликатора запирания - 6 мм) Для более тихоходных дизелей можно обойтись и без мультипликатора запирания.
При впрыске мультипликатор 5 (Рис. 29) своим верхним горцем стремится закрыть осевое отверстие, ведущее к шариковому клапану 7. Полностью это сделать не удается, т.к. при этом через жиклер 12 восстанавливается высокое давление и мультипликатор отжимается от отверстия. Однако, от такого процесса установления устойчивого равновесия имеется реальная польза, ограничивается расход топлива на управление (из аккумулятора через жиклер 12, клапан 7 на слив).
Форсунки устанавливаются в современных автомобильных быстроходных дизелях вертикально, точно в центре камеры сгорания В дизеле Mercedes ОМ611 распылитель имеет сопла 6 х 0,169 мм. Сопла просверлены на запорный конус для исключения подтекания и снижения выбросов СН. Конус для повышения герметичности и стабилизации параметров срабатывания иглы выполнен с канавкой, схожей с конструкцией ЯЗДА (Рис. 29,в). Несоосностъ конусов при посадке приводит к увеличению и нестабильности запальных подач, к неравномерности подачи по соплам при малых подъемах иглы. Крестообразная направляющая 1 улучшает центровку иглы, а для снижения трения, уменьшения износа и биения иглы направляющие иглы 13 покрыты аморфным углеродом.
| Рис. 29. Электрогидравлическая форсунка R.Bosch.
(а), ее распылитель (б) и запорный конус (в): 1-крестообразная направляющая; 2-игла; 3-распылитель; 4-пружина запирания иглы; 5-мультипликатор запирания; 6-втулка мультипликатора; 7-жиклер камеры гидрозапирания; 8-шариковый управляющий клапан; 9-шток; 10-якорь; 11-кашушка электромагнита; 12-пружина клапана; 13-углеродное покрытие
|
| Ранее была
построена форсунка КФ ВЗПИ (Рис. 30). Она отличается наличием жиклера 5
в канале питания кармана Он снижает давление впрыска, но ускоряет
закрытие иглы в конце подачи, обеспечивая снижение давления под иглой и
увеличивая его над ней. Кроме того, форсунка КФ ВЗГПИ отличается
гидравлически разгруженным золотниковым клапаном 3. |
| В форсунку CR фирмы L'Orange для дизеля MTU (рис 78)] заложены
технические решения, аналогичные форсунке Bosch. Наряду с
электромагнитным приводом 1 пилотного клапана 2 и мультипликатора
запирания 5, она содержит еще дополнительный управляющий золотник 3 с
промежуточным клапаном 4, уменьшающими расход на управление и
увеличивающими быстродействие иглы. | 
| 
|
| 
| 
| Рис. 30.
Электрогидравлическая форсунка КФ В311И (а) и ее схема (б) 1-неподвижная направляющая клапана; 2-окна золотникового механизма; 3-управляющий клапан-золотник; 4-электромагнит; 5-допорлнительный дроссель подыгольной полости; 6-подыгольная полость; 7-игла; 8-дроссель управления надыгольной полости (на рис.39,а не показан); 9-надыгольная полость (камера гидроуправления)
| |
| Рис. 31. Электрогидравлическая форсунка фирмы L'Orange для дизелей фирмы MTU | Рис. 32. Электрогидравлическая форсунка Societe BUDI (Франция)
|
| В форсунке, разработанной Societe BUDI (Франция) -Рис. 32 - применен гидравлически разгруженный двухзатворный клапан Электромагнит 1 поднимает якорь 2 с клапаном 4. При этом надыгольная полость 8 ра зобщается с каналами нагнетания 1 ] по сечению 6 между клапаном и неподвижной направляющей 5 и сообщается через сечение 7 с каналом слива 3. Тогда игла 10 преодолевает усилие от штанги 9 и начинается впрыск Форсунка не имеет расхода топлива на управление, но се нельзя применить для быстроходного дизеля, сложно сопряжение по двум прецизионным поверхностям клапана
На Рис. 33 представлена форсунка фирмы Siemens. Она отличается исполнительным пьезоприводом клапана Для увеличения хода клапана применен механический рычажной мультипликатор перемещения В начале своего хода через него передается максимальное усилие, противодействующее высокому давлению, снижения усилия (увеличения перемещения) почти нет: a/b~1 (позиция I на рис 80). В конце хода усилие уменьшается, а ход увеличивается в a/b>1 раз (позиция II на рис.80).
|  | Рис. 33. Электрогидравлическая форсунка фирмы Siemens:
1-пьезопривод; 2-рычажной мультипликатор перемещения; 3-шток; 4-клапан
управления; 5-жиклер камеры управления, 6-мультипликатор
гидрозапирания; I-рычажной мультипликатор перемещения в исходном положении; II- то же во время впрыска |
|
