Технология COMMON RAIL DENSO
Дизельные системы COMMON RAIL типа DENSOЯпонский концерн NIPPON DENSO стал пионером в технологии прямого впрыска дизельного топлива и создал довольно надежную систему, которая прошла несколько поколений. Системы не отличаются высокой экономичностью и выдающимися технологическими показателями, но довольно надежны и получили наибольшее распространение на автомобилях японских производителей, хотя и европейские автоконцерны также охотно применяют эту систему в связи с ее довольно низкой себестоимостью, надежностью и отсутствием больших проблем в обслуживании. В настоящее время компания занимается доработкой и внедрением систем пятого поколения типа I-ART с возможностью создания давления до 2500 бар, 9 открытиями форсунки в пределах одного цикла впрыска и добавлением специфических датчиков с обратным сигналом внутрь форсунки в целях поддержки протоколов Евро 6 и Евро 7. |
| Тип HP0 |
 Первая в мире коммерчески применимая дизельная система с COMMON RAIL была предcтавлена DENSO в 1995 году. Эта система получила обозначение DENSO HP0. Она применялась до 2001 года на больших и средних коммерческих автомобилях. Конфигурация системы COMMON RAIL у DENSO состоит из следующих элементов:— Блок Управления Двигателя (ECU); — Блок Управления Дизельным впрыском (EDU), может не применяться; — Датчики, которые определяют состояние работы двигателя (например, температуры, датчик педали газа, датчик скорости, расходомер и др.) — Активаторы, которыми управляется работа двигателя (например, клапан потока, форсунка) Конструкция насоса для системы HP0 унаследована от предыдущих поколений рядных насосов для атмосферных дизелей типа ECD с электронным впрыском. Насос имеет два плунжера расположенных в ряд в верхней части корпуса. Клапан контроля количества топлива (PCV-Pump Control Valve) регулирует уровень давления в рампе вместе с датчиком цилиндра (TDC (G) датчик). На задней части корпуса ТНВД расположен механический подкачивающий насос, который подает топливо из бака. ТНВД этого типа имеет отношение к скорости вращения двигателя как 1 к 2, и может быть адаптирован как на 4 цилиндровые двигатели, так и на 6, и на 8 цилиндровые в зависимости от количества эксцентриков на валу насоса. Например, для 4-х цилиндрового двигателя насос имеет два эксцентрика и за один такт двигателя (2 оборота) плунжеры сжимают топливо 4 раза. Для 6-ти цилиндрового двигателя в ТНВД используется три эксцентрика, а для 8-ми цилиндрового — четыре. Этим была достигнута сравнительная компактность конструкции насоса, а также плавная подача топлива и стабильное давление в рампе.  ТНВД системы НР0 состоит из подающего насоса, расположенного на стороне низкого давления, аварийного клапана на случай слишком высокого давления подачи, Клапана контроля насоса PCV, регулирующего количество подаваемого топлива, механизма плунжера, который сжимает топливо для подачи в рампу, подающего клапана в рампу, который предотвращает обратную утечку топлива в насос и датчика определения цилиндра.Подающий насос системы НР0 расположен на задней части ТНВД и может быть двух типов : роторного и крыльчатого. Роторный тип состоит из внешнего звездообразного кольца внутри которого вращается звездообразный ротор. Оба элемента имеют одинаковую геометрию, но ротор имеет люфт и за счет этого зачерпывает своими лопастями топлива из подающей трубки, перенося его к области создания высокого давления. Второй тип Подающего насоса состоит из внешнего эксцентрического кольца и ротора с четырьмя лопастями, которые передают топливо от входного порта магистрали низкого давления в область сжатия. PCV клапан находится сверху плунжера. Его задача — следить за количеством подаваемого в область сжатия топлива в соответствии с запросом на мощность двигателя. Клапан регулируется сигналом скважности с блока управления двигателя, который пропорционален уровню нужного давления в рампе. Клапан активируется через реле с включением ключа зажигания в положение ON. На такте впуска клапан открывается и топливо подается к плунжерам высокого давления. Когда плунжер находится в максимально вертикальном положении клапан PCV остаётся открытым и не активируется. В этот момент топливо может вернуться в обратку без сжатия (претактовое состояние). В определенный синхронизированный момент, на клапан подаётся напряжение и он закрывается, закрывая возвратный канал, а плунжер сжимает топливо в сторону подающего клапана. По времени закрытия клапана ЭБУ рассчитывает количество подаваемого к плунжеру топлива для поддержки давления. Когда кулачок вала ТНВД находится в максимально верхнем положении плунжер достигает своей верхней точки, давление в цилиндре насоса падает, закрывается выпускной клапан и сжатие прекращается. PCV клапан открывается и затем ток на клапан с блока понижается. Топливо из магистрали низкого давления снова подается в цилиндр для сжатия. Цикл повторяется. ТНВД системы НР0 приводится в работу с помощью распредвала двигателя. Вал с эксцентриками нажимает на кулачок, который далее передаёт давление на плунжер и тот сжимает полученное от Подающего насоса топливо. Топливо сжимается в цилиндре, в области близко к Подающему Клапану, который направляет топливо далее в рампу под высоким давлением. Датчик цилиндра (TDC/G Датчик) передаёт сигнал напряжения на ЭБУ, который создаётся по электромагнитному принципу, схожему с сигналом датчика скорости автомобиля, который расположен в двигателе. В центре вала находится втулка с вырезами под углом в 120 градусов (например, для 6 цилиндрового двигателя). За два оборота двигателя втулка дает на датчик 7 импульсов. Система считает импульсы с датчика скорости двигателя и импульсы верхней мертвой точки, принимая следующий импульс после вреза, как импульс первого цилиндра. Таким образом, если верхняя мертвая точка находится на 75 градусах, то датчик в ТНВД определяет ее на 105 градусах. |
| Тип HP2 |
 Новое поколение системы COMMON RAIL DENSO HP2 появилось в конце 1998 года. Конструкция насоса отличается от предыдущего поколения и состоит из двух качающих механизмов (вала с кулачками, роликами и двумя плунжерами), двух клапанов SCV (Suction Control Valve) для контроля за давлением, температурного датчика и подкачивающего насоса. Механизм, который сжимает топливо, состоит из внутреннего распределительного вала, который сделан в едином корпусе с приводным валом насоса. Два плунжера расположены парами внутри распределительного вала под прямым углом к друг другу крест на крест. Радиус вращения плунжеров разный. Такая конструкция позволяет сделать насос компактным и сократить всплески давления. Клапан SCV контролирует подачу топлива в ТНВД, который перенаправляет часть топлива в контур обратки, чтобы стабилизировать количество подаваемого топлива и контролировать его температуру. Ролик вращается по внутренней стороне распределительного вала, который имеет эксцентрик. ОН нажимает на ролик, а ролик на плунжер и происходит сжатие топлива. Подающий насос качает топливо из бака в область высокого давления и находится в передней части насоса. Он имеет четыре лопасти, которые вращаясь внутри эксцентрического кольца создают разряжение и черпают подаваемое топливо в область сжатия к SCV клапану. В отличие от предыдущей модели лопасти насоса имеют пружинку, которая прижимает лопасть к внешнему кольцу, сокращая возможность утечки топлива через насос.Регулирующий клапан необходим для управления подаваемого к клапанам SCV топлива. При увеличении оборотов насоса его производительность увеличивается, давление повышается и механический регулирующий клапан открывается, сливая излишек топлива обратно на вход насоса низкого давления.Клапан SCV соленоидного типа. ЭБУ контролирует силой тока работу клапана и тем самым регулирует уровень давления в рампе. Контроль объема передаваемого топлива для сжатия позволяет также регулировать нагрузку на ТНВД, улучшая экономичность двигателя. При подачи сигнала тока на катушку, игольчатый клапан поднимается вверх и топливо подаётся для сжатия к плунжерам. При отключении сигнала тока, игла закрывается и подача топлива останавливается. Распределительный вал насоса интегрирован в приводной вал и их обороты пропорциональны. Внутри кольца распредвала вращаются ролики, которые нажимают на плунжеры, расположенные в тандеме. Плунжер 1 расположен горизонтально, а плунжер 2 вертикально. Их впускные и выпускные каналы находятся в противоположных сторонах. Во время одного оборота распределительного вала плунжер срабатывает два раза. Поэтому при одном обороте топливо подается в рампу четырьмя последовательными сжатиями. На пути из насоса в рампу находится выпускной клапан, который имеет два шарика. Они закрывают два канала с плунжеров и последовательно открывают путь топливу в обратку, когда давление в плунжерах становится больше, чем в топливной рампе. Датчик температуры топлива находится на стороне подачи топлива в ТНВД и представляет собой обычный термистор, сопротивление которого меняется с изменением температуры топлива. Между клапаном SCV и механизмом плунжера находится еще один Контрольный Клапан, который предотвращает слив топлива обратно в клапан SCV. Он открывается после открытия клапана SCV и пропускает топливо к плунжерам. После того, как клапан SCV закрывается, сила давления закрывает Контрольный клапан, предотвращая слив топлива обратно. В системе НР2 используется пара Контрольных клапанов для каждого плунжера. |
| Тип HP3 |
 Система DENSO HP3 стала еще одной вехой в развитии системы COMMON RAIL. Она была представлена в 2001 году. ТНВД этой системы имеет новую конструкцию, которая состоит из приводного вала с эксцентриком, плавающей втулки и двух плунжеров, SCV клапана, датчика температуры топлива и Подающего насоса с отношением вращения к двигателю как 1/1 или 1/2. Два компактных плунжера находятся симметрично сверху и снизу пружинной втулки. Количество сжимаемого топлива контролируется клапаном SCV таким же образом, как и в системе НР2. Клапан SCV может быть двух типов: открывающего (в закрытом состоянии топливо сливается в обратку) и закрывающего типов, когда слив в обратку невозможен при отсутствии электрической нагрузки на клапан SCV. Система DPNR (Diesel Particulate NPx Reduction) имеет специальный демпфер, который перекрывает автоматически поток топлива при возникновении утечки топлива через насос. Система и принцип работы Подающего насоса идентичны системе НР0 с роторным типом, который состоит из двух зубчатых шестерней со смещенным центром для закачки топлива из бака. Регулирующий клапан предотвращает повышение давления механического насоса выше определенного уровня и сливает часть топлива на вход насоса низкого давления с помощью пружины. В отличие от систем НР2, в НР3 применяется новая конструкция клапана SCV линейного соленоидного типа. Он управляется сигналом скважности. Катушка соленоида двигает иглу клапана, контролируя поток топлива относительно того состояния, когда проход клапана будет полностью заполнен топливом для достижения оптимального давления в рампе. Это позволило снять лишнюю нагрузку с клапана. Два вида клапана работают в реверсном режиме по отношению к друг другу. Клапаны SCV также могут быть Стандартного типа и Компактного типа. Они отличаются по размерам и внутренней конструкции. В клапане Открытого типа в отключенном состоянии пружина полностью открывает иглу клапана и топливо свободно поступает к плунжерам. При активации соленоида игла перекрывает клапан, который сжимает пружину и закрывает клапан. В соленоиде компактного типа пружина находится не впереди, а в задней части клапана. Она притягивает иглу, которая закрывает клапан. В клапане SCV Закрытого типа при активации соленоида игла двигается корпусом соленоида, полностью открывая проход для топлива. После прекращения подачи сигнала на клапан возвратная пружина ставит иглу клапана обратно в исходное положение, закрывая проход. Уровень открытия клапана регулируется с помощью сигнала скважности. Эти клапана также могут быть Стандартного и Компактного типов.
|
| Тип HP4 |
 Система насоса высокого давления типа DENSO HP4 появилась в 2004 году для применения на дизельных двигателях коммерческих автомобилей. Конструкция ТНВД похожа на НР3 и структура насоса одинакова. Основное наличие типа НР4 в использовании трех плунжеров, которые расположены под углом в 120 градусов по отношению у друг другу вокруг плавающей втулки. Мощность насоса увеличена по отношению к НР3 в полтора раза. Принцип работы насоса такой же как и у НР3, но плавающая втулка имеет форму треугольника и ходит не вверх-вниз, а по окружности последовательно нажимая на каждый из трех плунжеров. Роторный насос низкого давления подает топливо через клапан контроля на SCV клапан, который дозирует нужное количество топлива к плунжерам. После сжатия топливо через выпускной клапан направляется в рампу. Клапан SCV также управляется сигналом скважности. |
| Концепция i-ART |
 В настоящий момент DENSO внедряет последнее поколение топливных насосов высокого давления, созданных по концепции I-ART (HP5S). Задача насосов — поддержка более строгих норм Евро 6 и Евро 7 с возможностью создания давления в рампе до 2500-3000 бар. Насос имеет компактный размер с вертикально расположенным плунжером. Приводной вал насоса имеет эксцентрик, который при вращении нажимает на ролик, который в свою очередь надавливает на поршень плунжера для сжатия топлива. Контрольный клапан PCV и механический подкачивающий роторный насос остались без изменения. ТНВД этого типа предназначен для работы совместно с форсунками четвертого поколения. |
| Топливные рампы в системах DENSO |
| В функции топливного аккумулятора-рампы входит распределение топлива к каждой форсунке. Формы и разновидности могут отличаться в зависимости от модели автомобиля. На топливной рампе может быть расположен механический Ограничитель Давления, который открывается в случае, если давления превышает установленный лимит. Как правило лимит установлен в диапазоне 1400-2300 бар в случае максимального открытия и 300-500 бар для состояния максимального закрытия, и может отличаться от модели к модели. Датчик давления передаёт информацию о реальном давлении в рампе. Он сделан по пьезо-электрическому принципу, когда внутреннее сопротивление изменяется в зависимости от степени воздействия давления на силиконовый элемент. В зависимости от этого изменяется выходной сигнал напряжения на ЭБУ. Существуют также датчики давления с двойной системой, которые выдают парный сигнал, и блок управления определяет давление в рампе по разнице сигналов. Демпфер потока снижает степень пульсации топлива в рампе. Если пульсация слишком сильная, то демпфер перекрывает канал и ограничивает поток топлива. Он в основном используется на авто с большими по объёму двигателями. Также этот демпфер играет роль аварийного клапана, в случае, если через форсунку начинается сильная утечка топлива. Некоторые демпферы могут иметь шариковый механизм, а некоторые поршневой. В шариковом клапане в исправной рейке шарик прижимается к рейке пружиной и создается баланс давления до и после шарика. Если давление со стороны рейки становится выше, то шарик закрывает канал к форсунке, предотвращая утечку. У поршневого демпфера принцип работы аналогичный. Клапан контроля давления отвечает за управление давлением в рампе. В основном используется на двигателях для легковых автомобилей. Когда давление в рампе превышает заданный уровень или когда это необходимо ЭБУ, ЭБУ подает сигнал на соленоид клапана, который открывает канал для слива топлива в магистраль обратно в бак, уменьшая давление в рампе. |
| Форсунки системы DENSO |
 В системах DENSO используются форсунки типов X1, X2 и G2. Базовая конструкция их схожа. Они состоят из распылителя топлива с иглой, контрольного сопла, которое контролирует уровень впрыска, управляющего поршня и двух-ходового соленоида (TWV). Соленоид TWV состоит из двух клапанов: внутреннего, который зафиксирован и внешнего, который двигается. Впрыск контролируется посредством изменения давления в контрольной камере. Клапан TWV регулирует утечку из контрольной камеры в форсунке и тем самым регулирует давление внутри камеры. Если клапан не активирован, то он закрывает канал утечки из контрольной камеры и тогда давление в камере и вокруг иглы распылителя становится одинаковым. Поскольку усилие пружины, воздействующей на иглу, сильнее давления поршня, то игла не открывается. На форсунках типа Х1 канал утечки из контрольной камеры закрывается внешним клапаном который перекрыт усилием пружины и давлением вне клапана. На форсунках Х2/G2 канал в контрольную камеру перекрывается напрямую усилием пружины. Во время активации клапан TWV поднимается и открывает канал утечки из контрольной камеры и давление падает. Появляется разница давления, которое больше внизу у иглы и эта сила поднимает ее и происходит впрыск. Количество утекающего топлива из контрольной камеры регулируется диаметром канала, поэтому игла поднимается постепенно с увеличением количества впрыскиваемого топлива. Максимальная высота иглы означает максимальную подачу топлива в двигатель. Избыточное топливо подается в контур обратного слива в топливный бак. После того, как соленоид деактивируется, клапан опускается и перекрывает слив из контрольной камеры. Давление в ней возвращается к давлению в рампе и игла моментально закрывает распылитель. Для активации форсунки и лучшего управления TWV клапаном блок EDU подаёт сигнал напряжения на форсунку в 110 Вольт. Отличие типа Х2 от Х1 в более компактных размерах, лучшей энергоэффективности с более точным контролем впрыска. В этой форсунке клапан TWV напрямую открывает и закрывает выходной канал к топливу под высоким давлением. Каждая форсунка DENSO имеет винт с демпфером, который помогает контролировать количество впрыскиваемого топлива путем снижения пульсации слива в обратку. Он также помогает снизить зависимость впрыска от количества сливаемого топлива. Специальный резистор внутри коннектора форсунки минимизирует разницу количества подаваемого топлива по форсункам.Для лучшего контроля впрыска каждой форсунке присваивается индивидуальный код (QR-Quick Response). В коде содержится информация о физических свойствах форсунки для корректировки впрыска с ЭБУ двигателя. Калибровка производится на заводе-изготовителе форсунок. После замены форсунки на новую необходимо прописать ID код с новой форсунки в память блока управления с помощью сканера. При замене ЭБУ необходимо прописать ID коды форсунок в память нового блока. Форсунка типа G2 разработана в 2005 году для работы с максимальными давлениями топлива до 1800 бар с адаптацией давления до 2000 бар к 2008 году. Она более прочная и износостойкая с возможностью проводить до пяти открытий иглы в рамках одного цикла впрыска. Версия с соленоидным клапаном получила наименование G2S, а версия с пьезоэлементом G2P. В отличие от соленоидной форсунки, пьезофорсунка имеет более короткий интервал открытия до 0,1 мс (0,4 мс у соленоидной). После подачи напряжения на пьезоэлемент, который находится внутри форсунки вместо соленоида, он увеличивается в своих физических размерах и нажимает на большой и малый поршень вниз. В свою очередь малый поршень нажимает на трех-ходовой клапан, открывая канал в верхней части и закрывая в нижней. Таким образом давление в контрольной камере падает, а в нижней части иглы, куда подходит топливная галерея создаётся большее давление, которое выталкивает иглу вверх для открытия распылителей. После выключения подачи напряжения на пьезоэлемент, большой и малый поршень идут вверх под действием гидравлического давления снизу. Трех-ходовой клапан открывает нижний канал и в контрольной камере устанавливается давление как в рампе. Оно давит на верхнюю часть иглы и она закрывает распылитель. В 2009 году появилось новая форсунка G3 — третье поколение форсунок DENSO. Это G3S с соленоидным клапаном и G3P с пьезоэлементом. Основное отличие форсунки от второго поколения в геометрии распылителя, изменении формы прокладок для поддержания большего давления. Форсунки четвертого поколения от DENSO предназначены для работы под давлением до 2500 бар и адаптацией к системе нового поколения ТНВД типа i-ART. Одна из особенностей форсунок — наличие датчика давления и микрочипа внутри форсунки для передачи информации на ЭБУ, а также способность совершать до 9 открытий в рамках одного цикла впрыска. Список автомобилей, на которых используется система COMMON RAIL типа DENSO:FIAT : DUCATO 2,2l |
Принцип создания высокого давления в этом типе ТНВД следующий: эксцентрик на приводном валу вращается и двигает плавающую втулку квадратной формы вверх и вниз. Втулка двигает два закрепленных на ней под углом в 180 градусов плунжера вверх и вниз. Плунжер двигается вниз вместе с плавающей втулкой и тем самым засасывает топливо в цилиндр от клапана SCV, который строго регулирует количество подаваемого топлива то к верхнему, то к нижнему плунжеру. Плунжеры двигаясь сжимают топливо, которое под действием давления направляется к Подающему клапану, а шарики закрывают обратный канал с плунжеров на клапан SCV в момент, когда топливо выталкивается на рампу через Подающий клапан. В системе НР3 этот клапан является интегрированным в насос элементом и состоит из контрольного шарика, пружины и корпуса. Когда давление топлива с плунжеров превышает давление в рампе, клапан открывается и выпускает топливо. Датчик температуры находится на стороне подачи топлива и имеет конструкцию термистера.