The high-pressure fuel pump delivers fuel to the common fuel supply pipe, and the fuel is directly injected into the cylinder by controlling the fuel injector. The high-pressure common rail completely separates the injection process from the generation of oil pressure, ensuring that the fuel supply pressure is not affected by the engine speed.
Avantaje
Presiunea de injecție a combustibilului în sistemul common rail de-înaltă presiune este reglabilă în mod flexibil. Se poate determina presiunea optimă de injecție necesară pentru diferite condiții de lucru, optimizând astfel performanța globală a motorului diesel.
2. Poate controla independent și flexibil sincronizarea injecției de combustibil. Combinat cu o presiune mare de injecție (120MPa până la 200MPa), poate controla simultan NOx și particulele (PM) într-un interval relativ mic pentru a îndeplini cerințele privind emisiile.
3. Controlul flexibil al modificărilor ratei de injecție a combustibilului poate obține un model ideal de injecție a combustibilului, facilitând implementarea pre-injecției și a injecțiilor multiple. Acest lucru nu numai că reduce NOx în motoarele diesel, dar asigură și performanțe excelente de putere și economie.
4. Injecția de combustibil este controlată de o supapă electromagnetică, cu precizie ridicată de control. Nu vor exista bule sau presiune reziduală zero în circuitul de combustibil de înaltă presiune-. Prin urmare, în intervalul de funcționare al motorului diesel, variația volumului de injecție de combustibil circulant este mică, iar alimentarea neuniformă cu combustibil pentru fiecare cilindru poate fi îmbunătățită, reducând astfel vibrația motorului diesel și scăzând emisiile.
Rezumat tehnic
La motoarele diesel, funcționarea cu viteză mare-face ca procesul de injecție diesel să dureze doar câteva miimi de secundă. Experimentele au demonstrat că presiunea în diferite puncte ale țevii de ulei de înaltă presiune- variază în funcție de timp și de poziție în timpul procesului de injecție. Datorită compresibilității motorinei și fluctuațiilor de presiune ale motorinei în conducta de combustibil de înaltă presiune-, starea reală a injecției combustibilului diferă semnificativ de regula de alimentare cu combustibil la piston specificată de pompa de injecție.
Uneori, după injecția principală, fluctuația presiunii din conducta de combustibil va face ca presiunea din conducta de combustibil de înaltă{0}}presiune să crească din nou, atingând presiunea care provoacă deschiderea supapei cu ac a injectorului de combustibil. Acest lucru va redeschide supapa cu ac deja închisă, rezultând un fenomen secundar de injecție de combustibil. Deoarece injecția secundară de combustibil nu poate fi arsă complet, crește emisiile de fum și hidrocarburi (HC), iar consumul de combustibil crește. În plus, presiunea reziduală în conducta de ulei de-înaltă presiune se modifică după fiecare ciclu de injecție, ceea ce provoacă ulterior o injecție instabilă. Acest fenomen este deosebit de probabil să apară în intervalul de viteză joasă-. În cazurile severe, nu numai că injecția de combustibil este neuniformă, dar poate apărea și non--injecție intermitentă. Pentru a rezolva defectul variației presiunii combustibilului la motoarele diesel, motoarele diesel moderne adoptă o tehnologie numită common rail.
Tehnologia common rail de{0}}presiune înaltă se referă la o metodă de alimentare cu combustibil în care generarea presiunii de injecție și procesul de injecție sunt complet separate într-un sistem de-buclă închisă compus dintr-o pompă de combustibil de-înaltă presiune, senzor de presiune și ECU. Pompa de combustibil de-înaltă presiune furnizează combustibil de-înaltă presiune către conducta comună de alimentare cu combustibil, iar presiunea uleiului din conducta comună de alimentare cu combustibil este controlată cu precizie, făcând ca presiunea din conducta de combustibil de-înaltă presiune să fie independentă de turația motorului. Poate reduce semnificativ variația presiunii de alimentare cu combustibil a motorului diesel cu turația motorului, reducând astfel defectele motoarelor diesel tradiționale. ECU controlează volumul de injecție de combustibil al injectorului de combustibil. Mărimea volumului de injecție de combustibil depinde de presiunea șinei de combustibil (conducta comună de alimentare cu combustibil) și de durata deschiderii supapei solenoid.
Principiul tehnic
Sistemul common rail de{0}}înaltă presiune constă în principal dintr-o unitate de control electronică, o pompă de ulei de-înaltă presiune, un acumulator (conductă common rail), injectoare de combustibil cu control electronic și diverși senzori etc. Pompa de combustibil de joasă-presiune alimentează combustibilul în pompa de combustibil de-înaltă presiune. Pompa de combustibil de-înaltă presiune presurizează combustibilul și îl trimite în conducta de combustibil de-înaltă presiune (acumulator). Presiunea din conducta de combustibil de înaltă-presiune este reglată de unitatea de control electronică pe baza presiunii din conducta de combustibil măsurată de senzorul de presiune al conductei de combustibil și după cum este necesar. Combustibilul din conducta de combustibil de-înaltă presiune trece prin conducta de ulei de-înaltă presiune. În funcție de starea de funcționare a mașinii, momentul și durata corespunzătoare a injecției de combustibil sunt determinate de unitatea de control electronică. Combustibilul este injectat în cilindru de către injectorul electronic de combustibil controlat electro-hidraulic.
1. Pompă de ulei de-înaltă presiune
Criteriul de proiectare pentru volumul de alimentare cu combustibil al unei pompe de combustibil de-înaltă presiune este să se asigure că suma volumului de injecție de combustibil și volumul controlat de combustibil al motorului diesel în orice circumstanțe, precum și cererea de modificări ale volumului de combustibil în timpul pornirii și accelerării, sunt îndeplinite. Deoarece generarea presiunii de injecție a combustibilului în sistemul common rail este independentă de procesul de injecție a combustibilului și sincronizarea injecției combustibilului nu este garantată de CAM a pompei de combustibil de-înaltă presiune, CAM de presiune a pompei de combustibil de-înaltă presiune poate fi proiectată în conformitate cu principiile de proiectare ale celui mai mic cuplu de vârf, cea mai mică rezistență la uzură și cea mai mare rezistență la uzură.
Majoritatea companiilor folosesc pompe cu pistoane radiale cu trei-cilindri acţionate de motoare diesel pentru a genera presiuni de până la 135 MPa. Această pompă de ulei de-înaltă presiune adoptă mai multe came de presiune a uleiului în fiecare unitate de presiune a uleiului, reducându-și cuplul maxim la 1/9 din cel al pompelor de ulei de-înaltă presiune tradiționale. Sarcina este, de asemenea, relativ uniformă, iar zgomotul de funcționare este redus. Controlul presiunii în cavitatea common rail de-presiune înaltă a acestui sistem se realizează prin descărcarea combustibilului în cavitatea common rail. Pentru a reduce pierderea de putere, atunci când volumul de injecție de combustibil este mic, una dintre unitățile de presiune a combustibilului din pompa cu piston radial cu trei-cilindri va fi oprită pentru a reduce alimentarea cu combustibil.
2. Sină de ulei de-înaltă presiune (conductă comună)
Conducta common rail distribuie combustibilul de înaltă{0}}presiune furnizat de pompa de alimentare cu combustibil către fiecare injector, funcționând ca un acumulator. Volumul acestuia ar trebui să reducă fluctuațiile presiunii de alimentare cu combustibil ale pompei de combustibil de-înaltă presiune și oscilațiile de presiune cauzate de procesul de injectare a combustibilului în fiecare injector, menținând fluctuațiile de presiune în conducta de combustibil de-înaltă presiune sub 5MPa. Cu toate acestea, volumul său nu poate fi prea mare pentru a se asigura că rampa comună are o viteză suficientă de răspuns la presiune pentru a urmări rapid schimbările în condițiile de funcționare a motorului diesel.
Senzorii de presiune, tampoanele de curgere a lichidului (limitatoare de curent) și limitatoarele de presiune sunt, de asemenea, instalate pe conductele de înaltă presiune cu rampă comună de-. Senzorul de presiune furnizează semnalul de presiune al șinei de ulei de înaltă presiune-la ECU. Tamponul de curgere a fluidului (limitatorul de debit) wechat Jiachatong Interconnection Shenzhen asigură că alimentarea cu combustibil la injectorul de combustibil este întreruptă atunci când apare o defecțiune de scurgere a combustibilului la injectorul de combustibil și poate reduce, de asemenea, fluctuația presiunii în conductele comune de combustibil și-de înaltă presiune. Limitatorul de presiune asigură că atunci când apare o presiune anormală în șina de ulei de-înaltă presiune, presiunea din șina de ulei de-înaltă presiune este eliberată rapid.
3. Injector de combustibil controlat electronic
Injectorul de combustibil controlat electronic este cea mai importantă și complexă componentă a sistemului de combustibil Common Rail. Funcția sa este de a controla, pe baza semnalelor de control trimise de ECU, deschiderea și închiderea electrovalvei pentru a injecta combustibilul din conducta de combustibil de înaltă presiune-în camera de ardere a motorului diesel la momentul optim de injecție, volumul de injecție și rata de injecție.
Pentru a obține forma predeterminată a injecției de combustibil, este necesar un design rezonabil și optimizat al injectorului de combustibil. Volumul camerei de control determină sensibilitatea supapei cu ac atunci când se deschide. Dacă volumul camerei de control este prea mare, supapa cu ac nu poate întrerupe rapid alimentarea cu combustibil la sfârșitul injecției de combustibil, rezultând o atomizare slabă a combustibilului în etapa ulterioară. Volumul camerei de control este prea mic pentru a asigura o cursă eficientă suficientă pentru supapa cu ac, crescând rezistența la curgere în timpul procesului de injecție. Prin urmare, volumul camerei de control ar trebui, de asemenea, selectat în mod rezonabil pe baza volumului maxim de injecție de combustibil al modelului.
În plus, presiunea minimă de injecție de combustibil a injectorului de combustibil depinde de debitul orificiului pentru volumul de combustibil de retur și de orificiul pentru volumul de combustibil de admisie, precum și de zona frontală a pistonului de comandă. După determinarea dimensiunilor structurale ale orificiului de admisie a combustibilului, orificiului de returnare a combustibilului și a camerei de control, se determină procesul de injecție de combustibil stabil și cel mai scurt pentru ca supapa cu ac al injectorului de combustibil să fie complet deschisă și, în același timp, se determină volumul minim stabil de injecție de combustibil al injectorului de combustibil. Reducerea volumului camerei de control poate face ca viteza de răspuns a supapei cu ac să fie mai rapidă și să minimizeze impactul temperaturii combustibilului asupra volumului de injecție de combustibil al duzei.
Cu toate acestea, volumul camerei de control nu poate fi redus fără limită. Ar trebui să poată asigura ridicarea supapei cu ac al injectorului de combustibil pentru a deschide complet supapa cu ac. Cele două orificii de control determină presiunea dinamică în camera de control, care, la rândul său, determină legea de mișcare a supapei cu ac. Reglând cu atenție coeficienții de curgere ai acestor două găuri, se poate produce o lege ideală a injecției de combustibil.
Datorită presiunii de injecție extrem de ridicate a sistemului de injecție cu rampă comună de înaltă-presiune, aria de-secțiune transversală a orificiilor duzei injectoarelor sale de combustibil este foarte mică. De exemplu, diametrul orificiului duzei injectoarelor de combustibil ale companiei BOSCH este de 0,169 mm × 6. Sub un diametru atât de mic al orificiului duzei și o presiune de injecție atât de mare, debitul de combustibil este într-o stare extrem de instabilă, unghiul conului de pulverizare al fasciculului de combustibil devine mai mare, iar atomizarea combustibilului este mai bună. Cu toate acestea, distanța de penetrare a scăzut. Prin urmare, intensitatea vortexului aerului de admisie al motorului diesel original și forma structurii camerei de ardere ar trebui modificate pentru a asigura cel mai bun proces de ardere.
Pentru supapa solenoidală a injectorului de combustibil, deoarece sistemul common rail necesită ca acesta să aibă o viteză de deschidere suficientă și având în vedere că pre-injecția este o metodă de injecție importantă pentru îmbunătățirea performanței motoarelor diesel, timpul de răspuns al electrovalvei de control ar trebui scurtat și mai mult.
4. Conducta de ulei de înaltă presiune-
Conducta de combustibil de înaltă presiune-este canalul care conectează conducta common rail și injectorul de combustibil controlat electronic. Ar trebui să aibă un debit suficient de combustibil pentru a reduce căderea de presiune în timpul fluxului de combustibil și pentru a minimiza fluctuația presiunii în sistemul de conducte de-înaltă presiune. Ar trebui să poată rezista la impactul combustibilului de înaltă-presiune, iar presiunea din rampa comună ar trebui să fie stabilită rapid în timpul pornirii. Lungimile conductelor de combustibil de înaltă presiune-din fiecare cilindru ar trebui să fie cât mai egale posibil pentru a se asigura că fiecare injector al motorului diesel are aceeași presiune de injecție a combustibilului, reducând astfel abaterea volumului de injecție de combustibil între cilindrii motorului. În Shenzhen, conductele de ulei de înaltă presiune-ar trebui să fie cât mai scurte posibil pentru a minimiza pierderea de presiune de la rampa comună la injectorul de combustibil. Diametrul exterior al conductei de ulei de înaltă presiune a companiei BOSCH este de 6 mm, iar diametrul interior este de 2,4 mm. Diametrul exterior al conductei de ulei de înaltă presiune-a Companiei Denso din Japonia este de 8 mm, iar diametrul interior este de 3 mm.
Presiunea ridicată din cavitatea common rail este utilizată direct pentru injecție, eliminând necesitatea unui mecanism de amplificare în injectorul de combustibil. Mai mult, cavitatea common rail se află sub presiune înaltă continuă, iar cuplul de antrenare cerut de pompa de ulei de înaltă-presiune este mult mai mic decât cel al pompei de ulei tradiționale.
Prin supapa solenoidală de reglare a presiunii de pe pompa de ulei de-înaltă presiune, presiunea uleiului din cavitatea common rail poate fi reglată în mod flexibil în funcție de starea de sarcină a motorului, precum și de cerințele de economie și de emisii, în special optimizând performanța motorului la turația redusă-.
Timpul injecției, volumul injecției de combustibil și rata de injecție sunt controlate de supapa solenoidală de pe injectorul de combustibil. Volumul de injecție de combustibil de pre-injecție și post-injecție în diferite condiții de lucru și intervalul cu injecția principală pot fi, de asemenea, ajustate în mod flexibil.
Sistemul common rail de înaltă presiune-constă din cinci părți, și anume pompa de ulei de înaltă presiune-, cavitatea common rail și conducta de ulei de înaltă presiune-, injectorul de combustibil, unitatea electrică de control, diverși senzori și dispozitive de acţionare. Pompa de alimentare cu combustibil pompează combustibilul din rezervorul de combustibil în orificiul de admisie al pompei de combustibil de-înaltă presiune. Pompa de combustibil de înaltă presiune-acţionată de motor presurizează combustibilul şi îl trimite în cavitatea common rail. Apoi, supapa solenoidală controlează injectoarele de combustibil ale fiecărui cilindru pentru a pulveriza combustibil la momentul corespunzător.
Pre-injecția se referă la procesul de injectare a unei cantități mici de combustibil în cilindru înainte de injecția principală, unde are loc pre-amestecarea sau arderea parțială în interiorul cilindrului, scurtând astfel perioada de întârziere la aprindere a injecției principale. În acest fel, atât rata de creștere a presiunii în cilindru, cât și presiunea de vârf vor scădea, făcând funcționarea motorului mai moderată. În același timp, scăderea temperaturii cilindrului duce la o scădere a emisiilor de NOx. Pre-injecția poate reduce, de asemenea, posibilitatea de aprindere greșită și poate îmbunătăți performanța pornirii la rece a sistemelor common rail de-înaltă presiune.
Reducerea vitezei de injecție în etapa inițială a injecției principale poate, de asemenea, scădea cantitatea de ulei injectată în cilindru în timpul perioadei de întârziere la aprindere. Creșterea vitezei de injecție în etapa de mijloc a injecției principale poate scurta timpul de injecție, reducând astfel perioada de ardere lentă-, permițând finalizarea arderii în intervalul mai eficient de unghi al arborelui cotit al motorului, sporind puterea de ieșire, reducând consumul de combustibil și scăzând emisiile de funingine. Oprirea rapidă a combustibilului-la sfârșitul injecției principale poate reduce arderea incompletă a combustibilului, reducerea emisiilor de fum și hidrocarburi.
Lectură extinsă:
Sistemul diesel common rail a fost dezvoltat de trei generații și are un potențial tehnic puternic. Pompa de înaltă presiune-common rail de prima generație-a fost menținută întotdeauna la cea mai mare presiune, ceea ce a dus la risipă de energie și la o temperatură foarte ridicată a combustibilului. A doua generație poate regla presiunea de ieșire în funcție de cerințele motorului și are atât funcții pre-injecție, cât și post-injecție. Pre-injecția reduce zgomotul motorului: o cantitate mică de combustibil este injectată în cilindru pentru aprinderea prin compresie cu o milioneme de secundă înainte de injecția principală, preîncălzind camera de ardere. Cilindrul preîncălzit facilitează aprinderea prin compresie după injecția principală. Presiunea și temperatura din interiorul cilindrului nu mai cresc brusc, ceea ce contribuie la reducerea zgomotului de ardere. În timpul procesului de expansiune, are loc post{11}}injecția, generând arderea secundară, care crește temperatura din interiorul cilindrului cu 200 până la 250 de grade Celsius și reduce hidrocarburile din evacuare.
Datorită potențialului său tehnic puternic, astăzi producătorii și-au pus ochii pe cea de-a treia generație de sisteme common rail - sistemul piezo common rail. Actuatoarele piezoelectrice au înlocuit supapele solenoide, realizând astfel un control mai precis al injecției. Fără conducta de retur de ulei, structura este mai simplă. Presiunea poate fi reglată flexibil de la 200 la 2000 de bari. Volumul minim de injecție poate fi controlat la 0,5 mm³, reducând emisiile de fum și NOX.
Controlul electronic se referă la sistemul de injecție de combustibil controlat de un computer. ECU (cunoscut în mod obișnuit ca computer) controlează cu precizie volumul de injecție de combustibil și sincronizarea fiecărui injector de combustibil, ceea ce poate realiza cel mai bun echilibru între economia de combustibil și performanța de putere a motorului diesel. În schimb, motoarele diesel tradiționale sunt controlate mecanic, iar precizia controlului nu poate fi garantată. „Presiune înaltă” se referă la presiunea sistemului de injecție a combustibilului fiind de trei ori mai mare decât cea a motoarelor diesel tradiționale, ajungând până la 200MPa (în timp ce presiunea de injecție a combustibilului la motoarele diesel tradiționale este între 60 și 70 MPa). Presiunea ridicată asigură o mai bună atomizare și ardere completă, îmbunătățind astfel performanța energetică și, în cele din urmă, obținând economii de combustibil.
Railul comun furnizează combustibil fiecărui injector simultan printr-o conductă comună de alimentare cu combustibil. Volumul de injecție de combustibil este calculat cu precizie de ECU și aceeași masă și presiune de combustibil sunt furnizate fiecărui injector în același timp, făcând motorul să funcționeze mai bine și optimizând astfel performanța generală a motorului diesel. În schimb, motoarele diesel tradiționale au fiecare cilindru care injectează combustibil în mod independent, cu volum și presiune inconsecventă de injecție de combustibil, rezultând o funcționare neuniformă, ardere instabilă, zgomot ridicat și consum mare de combustibil.
În zilele noastre, motoarele diesel fabricate pe plan intern, care sunt echipate cu tehnologie common rail de înaltă presiune controlată electronic, avansată la nivel internațional, au adoptat cele mai recente tehnologii de bază ale motoarelor diesel din Europa și America și sunt semnificativ superioare motoarelor diesel tradiționale cu turbo. Are o eficiență de combustie cu 8% mai mare, emisii de dioxid de carbon cu 10% mai mici și o reducere cu 15% a zgomotului în comparație cu motoarele diesel tradiționale cu turbo, schimbând complet imaginea motoarelor diesel în mintea oamenilor ca fiind zgomotoase și emitând fum negru.