CТОА "АВТОМАСТЕР"

 Ремонт иномарок, ДВС, КПП, ходовой и электрооборудования автомобилей.

Время работы: Понедельник-Суббота с 8:00 до 17:00; Воскресенье - выходной.

Новочебоксарск,
ул. Силикатная 17, 
8-903-357-80-02 (приём заказов),
(8352) 73-35-49 (автозапчасти)

Система "Common Rail"

Система "Common Rail" Выполняем все работы по диагностике систем Common Rail

Общая информация
Система управления двигателя с топливной системой Common Rail определяет состояние двигателя (частоту вращения, положение дроссельной заслонки (педали акселератора), температуру охлаждающей жидкости и т.д.) по сигналам датчиков и вычисляет количество цикловой подачи, угол опережения впрыска, давление топлива посредством микрокомпьютера системы управления.
Контролер также имеет диагностическую и аварийную функции, которые осуществляют самодиагностику основных элементов и в случае необходимости предупреждают водителя о неисправности или работе в аварийном режиме, которые останавливают двигатель, в зависимости от места расположения неисправности, и переключает систему управления в аварийный режим работы, дающий возможность дальнейшей работы двигателя.

Элементы системы "Common Rail"

При рассмотрении система может быть разделена на топливную систему и систему управления.
Схема топливной системы показана на рисунке №1. Высокое давление от топливного насоса поступает в топливный коллектор и затем распределяется в цилиндры двигателя. Начало впрыска и его окончание управляется открытием и закрытием электромагнитного клапана форсунки.

Элементы системы "Common Rail"

рис.1

Система управления может быть разделена на три условные части: датчики, электронный блок управления (компьютер) и исполнительные механизмы.
Электронный блок управления использует сигналы от датчиков, установленных на двигателе и в трансмиссии, для вычисления времени (момента) подачи питания и продолжительности подачи питания на электромагнитный клапан форсунки.

 Система управления может быть разделена на три условные части

 

Описание работы системы "Common Rail"

Система Common Rail состоит из топливного насоса, топливного коллектора, форсунок, электронного блока управления, управляющего всеми этими частями и различными датчиками.
Топливный насос подает топливо под высоким давлением в топливный коллектор. Давление топлива регулируется изменением производительности насоса. Величина подачи управляется включением-отключением перепускного клапана, управляемым по сигналам от электронного блока.
Топливный коллектор получает топливо под давлением, вырабатываемым топливным насосом, и распределяет его по цилиндрам двигателя. Давление топлива контролируется датчиком давления, установленным в топливном коллекторе. Обратная связь организована так, что действительное давление согласуется с расчетным значением в соответствии с частотой вращения коленчатого вала и нагрузкой двигателя.
Топливо под давлением из топливного коллектора через топливные трубки поступает в форсунки.

Форсунки управляют величиной цикловой подачи и углом опережения впрыска посредством включения-выключения управляющего клапана. При подаче напряжения на обмотку клапана топливо вытекает из управляющей камеры через жиклер, игла распылителя поднимается, и начинается впрыск. При прекращении подачи напряжения на обмотку клапана давление топлива в управляющей камере повышается, игла движется вниз, и впрыск заканчивается.
Угол опережения впрыска определяется моментом (временем) подачи напряжения на обмотку управляющего клапана, а величина цикловой подачи управляется продолжительностью подачи напряжения на обмотку клапана.

Описание работы системы "Common Rail"

Схема аккумуляторной топливной системы

Работа системы "Common Rail" с насосом плунжерного типа и типа Bosch

Линия низкого давления

Подача топлива к насосу высокого давления ТНВД осуществляется топливоподкачивающим насосом, которые бывают двух типов. 1 электрический ТПН. 2 Шестеренчатый насос который приводится во вращение от вала ТНВД

Линия низкого давленияСхем топливоподкачивающего насоса

 

На линии низкого давления обязательно имеется фильтр тонкой очистки топлива с влагоотделителем. Соответственно если в системе используется ТПН электрического типа то между ТНВД и баком будет поддерживаться низкое давление, а если применяется шестеренчатый ТПН то в этой магистрали будет разряжение.

 

Описание работы топливного насоса рядного типа


Топливный насос вырабатывает высокое давление, аналогично обычным рядным топливным насосам, и снабжен перепускным клапаном, управляющим величиной подачи топлива каждой секцией.
Величина подачи в топливный коллектор определяется только давлением в коллекторе, т.е. контролер с помощью изменения производительности насоса стремится приблизить давление к расчетной величине.

Описание работы топливного насоса рядного типа

Топливный насос

А. Во время движения плунжера вниз перепускной клапан открывается, и топливо под низким давлением нагнетается в надплунжерную полость через перепускной клапан.
В. Даже когда плунжер идет вверх, топливо возвращается через перепускной клапан без увеличения давления, пока клапан открыт (без подачи напряжения на обмотку клапана).
С. При подаче напряжения на обмотку клапана, клапан закрывается на соответствующее время для необходимой величины подачи, и в надплунжерной камере давление топлива увеличивается. Таким образом, топливо поступает через нагнетательный клапан (обратный клапан) в топливный коллектор. Другими словами, ход плунжера после закрытия перепускного клапана определяет величину подачи и, изменяя продолжительность закрытия перепускного клапана (предварительный ход), величина подачи может быть изменена и давление в топливном коллекторе может регулироваться.
А' Когда плунжер достигает максимального подъема, он начинает движение вниз и давление в надплунжерной полости начинает падать. В это время нагнетательный клапан закрывается, и подача топлива прекращается. Как только подача напряжения на обмотку перепускного клапана прекращается, клапан открывается, и топливо под низким давлением поступает в надплунжерную камеру.

Схема работы топливного насоса

Схема работы топливного насоса

Перепускной клапан

Перепускной клапан

Перепускной клапан регулирует величину подачи топлива топливным насосом в соответствии с давлением в топливном коллекторе. Величина подачи от топливного насоса к топливному коллектору определяется продолжительностью подачи напряжения на электромагнитный клапан.


Топливный коллектор, ограничитель давления, демпферы


Топливный коллектор служит для распределения высокого давления к форсункам каждого цилиндра. В топливный коллектор установлены датчик давления, ограничитель давления и демпфер.
Ограничитель давления открывается при повышенном давлении и позволяет сбросить его до установленной величины. Когда давление в топливном коллекторе превышает 171 МПа, клапан ограничителя открывается, и давление сбрасывается на 35 МПа, затем клапан ограничителя закрывается, и давление поддерживается на этом уровне.


Топливный коллектор, ограничитель давления, демпферы

Схема работы демпфера

Демпферы установлены на входе в трубки высокого давления, соединяющие топливный коллектор и форсунку. Демпферы служат для уменьшения пульсации давления топлива в топливной трубке и подаче топлива под постоянным давлением к форсунке. Также обеспечивают отсечку топлива (топливного канала) в случае чрезмерного давления для предотвращения ненормального тока топлива.
Демпфер работает следующим образом: например, в случае высокого давления поршень демпфера движется вправо и достигает седла, таким образом, закрывая топливную магистраль к форсунке.

 

ТНВД типа Bosch

Принцип работы аналогичен предыдущему, т.е. имеются три секции высокого давления, производительность которых регулируется электрически управляемыми впускными клапанами.

Регулятор давления здесь установлен непосредственно на ТНВД и выполняет две функции: 1 долговременная – точная регулировка давления в соответствии с заданием от контролера, 2 – высокого быстродействия для гашения высокочастотных колебаний давления в рампе. Управление клапаном осуществляется сигналами ШИМ. Если управляющий электромагнит обесточен то клапан удерживается в закрытом положении до давления 100 бар только за счет пружины. Если на электромагнит подается сигнал ШИМ то к усилию пружины добавляется усилие от электромагнита, таким образом давление топлива пропорционально скважности сигнала на управляющий электромагнит.

ТНВД типа BoschПоперечный разрез ТНВД

 

Форсунка

Функция форсунки - впрыскивать топливо, находящееся под высоким давлением в топливном коллекторе, в соответствии с сигналом электронного блока управления, соответствующим углу опережения впрыска, величине цикловой подачи, скорости впрыска. Схема форсунки приведена на рисунке:

Форсунка

Схема форсунки. 1 - ЭБУ, 2 - датчик давления топлива, 3 - управляющий клапан, 4 - слив, 5 - топливный коллектор, 6 - "питающий" жиклер, 7 - жиклер управляющей камеры, 8 - управляющая камера, 9 - плунжер, 10 - распылитель, 11 - игла, 12 - камера распылителя, 13 - топливный насос, 14 - перепускной клапан.

Работа форсунки

Форсунка закрыта
При закрытой форсунке питание на электромагнитный клапан не подается. Игла клапана прижимается под действием пружины и гидравлического давления, и седло клапана закрыто. Пока топливо из топливного коллектора поступает в управляющую камеру, форсунка закрыта и впрыска нет.


Форсунка открывается
При подаче напряжения на обмотку управляющего клапана игла клапана поднимется вверх, и седло клапана открывается. В результате топливо вытекает из управляющей камеры через жиклер и давление в камере уменьшается, так что игла форсунки поднимается, и начинается впрыск. Расход топлива через жиклер влияет на скорость впрыска, понемногу увеличивая ее. При длительной подаче напряжения на обмотку клапана может быть достигнута максимальная скорость впрыска.

Форсунка закрывается (конец впрыска)
При прекращении подачи напряжения на обмотку клапана игла клапана под действием пружины и гидравлического давления закрывает седло клапана. В этот момент топливо из топливного коллектора поступает в управляющую камеру, игла форсунки мгновенно опускается, и впрыск прекращается.
Работа форсунки

 

Схема работы форсунки.

1 - пружина клапана, 2 - ЭБУ, 3 - управляющий клапан, 4 - игла клапана, 5 - седло кла-пана, 6 - жиклер управляющей камеры, 7- управляющая камера, 8 - плунжер, 9 - топливный коллектор, 10 - "питающий" жиклер.

Преимущества системы CommonRail

1 Данная система позволяет осуществлять впрыск не одной непрерывной дозой, а по частям, т.е. впрыскивается сначала небольшая порция для образования очага горения, а потом основная доза. Такой подход существенно смягчает работу дизеля и приближает такой двигатель по уровню вибрации и шуму к бензиновому.

2 Так как система CR является полностью электронно управляемой это позволяет существенно снизить токсичность выхлопных газов и оптимизировать управление крутящим моментом. Это возможно за счет управления параметрами впрыска (угол впрыска и форма характеристики давления впрыска) и управлением рециркуляцией.

3 CR имеет развитую систему самодиагностики что существенно облегчает поиск неисправностей.

4  Мощность затрачиваемая на привод ТНВД составляет 16Н/м что примерно в 10раз меньше чем потребляет насос обычного дизеля.

 

 

Диагностика дизелей с системой CommonRail

Для того чтобы точно определить в чем именно заключается неисправность надо принимать во внимание и оценивать состояние трех взаимосвязанных частей:

1 Состояние механических узлов двигателя (турбина,цилиндропоршневая часть дизеля, правильность установки фаз ГРМ).

2 Электронная система управления двинателем (исправность датчиков, проводки)

3 Гидравлическая часть (система топливоподачи, ТНВД, форсунки)

 

Если проверять подряд все названные компоненты это займет очень много времени. Чтобы ускорить поиск возможных отклонений блок управления снабжен функцией мониторинга исправности датчиков и исполнительных механизмов. При обнаружении блоком отклонений в показании, каких либо датчиков в оперативной памяти прописывается ошибка (каким образом блок выявляет отклонения в показаниях от правдоподобных мы описывали в другой статье). В зависимости от значимости ошибки впрыскивание топлива продолжается или двигатель останавливается. С помощью сканера в меню параметры можно посмотреть реальные показания и реакцию датчиков на различные возмущения. Важной особенностью CR является то что каждая форсунка управляется индивидуально т.е. на каждой форсунке прописываются свои коэффициенты топливо-коррекции по которым можно судить об состоянии каждого цилиндра и соответствующей форсунки.

В качестве примера приведем данные сканирования некоторых параметров в системе CR на холостом ходе.

Частота вращения коленвала

750об/мин

Температура охлаждающей жидкости

88гр.С

Положение педали подачи топлива

0%

Предписанное давление в аккумуляторе высокого давления

261 бар

Реальное давление

264 бар

Цикловая подача одной форсунки

13.8МЕ

Скважность управляющего сигнала электромагнитного клапана рег.давления

16%

Коррекция равномерности работы двигателя

 

Для цилиндра 1

-3.35

Для цилиндра 3

0.00

Для цилиндра 4

2.58

Для цилиндра 2

0.65

Коррекция предназначена для компенсации отклонений по цилиндрам в механике двигателя и гидравлике системы впрыска топлива, возникающих при серийном производстве. Неравномерность определяется с помощью датчика оборотов. Если какой-то цилиндр отличается более чем на 30% от заданного значения, это считается не нормальным и блок управление пытается выправить положение изменением топливоподачи. Если мы обнаружили значительную топливо-коррекцию в каком то цилиндре, это может быть связано или с низкой компрессией в цилиндре (прогар клапана например)или неисправностью форсунки.

При неисправностях, которые не выводят систему из строя, блок управления ограничивает топливоподачу. К таким дефектам относятся неисправности датчиков температуры, слишком низкое давление наддува, неполадки с замером расхода воздуха, или выход из строя датчика положения педали газа.

Из соображений безопасности система останавливает двигатель при следующих условиях:

  • Выходит из строя форсунка или сильно падает давление в аккомуляторе
  • Превышение давление топлива в рампе выше МАХ (порядка 1500бар)
  • Выход из строя электромагнитного клапана регулирования давления

Двигатель невозможно завести при неработающих датчиках оборотов и положения распредвала.
сканер

сканер

На основании вышесказанного диагностику желательно начинать с подключения сканера, чтобы определить возможные направления поиска и потому что это наименее трудоемкая операция.

Для проверки гидравлической части методы электронной самодиагностики обычно непригодны.

 

Неисправности, требующие диагностики при помощи гидравлических тестеров:

1 Невозможность запуска двигателя, или двигатель глохнет после запуска

※ рекомендуется провести тест баланса мощности по цилиндрам при помощи сканера (для систем Бош), или провести поочередную проверку инжекторов отключая их по очереди (для системы Делфай)

2 Если имеются неисправности, отличающиеся от описанных выше, например, вибрация двигателя, выброс черного/белого дыма при запуске или на холостом ходу.

Проблема может заключаться в разности количества топлива, проходящего через каждый инжектор.

 

Процедура диагностики в зависимости от симптома

1) Двигатель не заводится

Тест линии низкого давления Тест обратки инжектора (Статический)

Тест линии высокого давления

2) Двигатель не заводится

Тест линии низкого давления Тест обратки инжектора (Динамический)

Тест линии высокого давления

 

Тест линии низкого давления

При тесте линии низкого давления замеряется разряжение на линии всасывания (если топливоподкачивающий насос шестеренчатого типа) или давление (если ТПН электрический). Таким образом можно выявить поломку ТПН, загрязнение фильтров или повреждение топливоподающих трубок.

Тест линии низкого давления

Тест обратки инжектора (статический).

В этом испытании электрические разъемы форсунок разъединяются, разъем клапана регулировки высокого давления тоже разъединяется. К датчику давления топлива на рампе подключается прибор для измерения давления. Таким образом при проворачивании коленвала в рампе создается высокое давление при отключенных (неуправляемых) форсунках. Если при этом обратки форсунок подключить к мерным мензуркам можно выявить неисправность клапанов управления форсунками (при количестве топлива в обратке 0-200мл клапан исправен). При данном тесте оценивается также давление которое создается в рампе (1000-1800бар норма)

Тест обратки инжектора статическийПоказания приборов

Тест обратки инжекторов динамический

При этом тесте на обратки инжекторов также устанавливаются мерные мензурки, как и в предыдущем тесте. После этого двигатель заводится и он работает три минуты на холостом ходе и две минуты на оборотах 2500-3000об/мин. Инжектор у которого показания в три раза отклоняются от нормы подлежит замене.

Тест обратки инжекторов динамический

Тест линии высокого давления

Проводится с целью выяснить, насколько большое давление может создавать насос высокого давления. Для проведения теста инжекторы отключаются от рампы и присоединительные штуцера рампы глушатся заглушками. К регулятору давления топлива подключается прибор который блокирует слив топлива в обратку. Далее двигатель вращается стартером в течении 5-6 сек. И при этом производится замер высокого давления. Нормальное давление для системы Bosch 1000-1500 бар. Если давление ниже нормы то причиной может быть ТНВД, регулятор давления или датчик давления топлива для выяснения кто же конкретно проверяем дальше.Тест линии высокого давления

Тест регулятора давления топлива

Для его проведения повторяем схему предыдущего опыта, только к обратке регулятора соединяем мерную мензурку. Вращаем стартером двигатель в течении 5 сек и замечаем количество топлива вытекающего с обратки, оно не должно превышать 10 сс

Тест регулятора давления топлива

Здесь мы описали процедуру диагностики в той ее части, что отличает дизель CR от других дизелей.

Проверка механической части дизеля является одинаковой, как и у других дизелей. Обычно она заключается в проверке компрессии и пневмоплотности (для оценки состояния ЦПГ), проверке количества и давления картерных газов (что влияет на расход масла у турбированных моторов), проверке состояния турбины (проверяется износ подшипников и работа регулятора давления надувочного воздуха), и фазы установки ГРМ.

Станция Технического Обслуживания Автомобилей "АВТОМАСТЕР". Новочебоксарск, ул. Силикатная 17, 
8-903-357-80-02 (приём заказов), (8352) 73-35-49 (автозапчасти)