se systémem Common Rail Palivová soustava vznětového motoru EDC se systémem Common Rail Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Radek Hladný Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz; ISSN 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozuje národní ústav pro vzdělávání, školské poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV) .

Charakteristika a použití palivové soustavy se systémem EDC - CR Vysokého tlaku, který je potřeba k jemnému rozptýlení paliva, se dosahuje pomocí vysokotlakého pístového čerpadla s radiálními písty, které dodává palivo o vysokém tlaku do zásobníku (railu). Tento tlak je regulován dle provozních podmínek motoru. Ze zásobníku vede vysokotlaké potrubí k jednotlivým vstřikovačům, jejichž činnost řídí elektromagnetický ventil nebo piezoovladač. Běžně je palivo vstřikováno minimálně ve dvou dávkách - pilotní vstřik (předvstřik) a hlavní vstřik. Při použití filtru pevných částic nebo k ochlazení spalin pro menší tvorbu oxidů dusíku je pak využíván i tzv. dostřik. Tento systém uvedla do sériové výroby firma Bosch v roce 1997 pro motory s přímým vstřikem a to jak pro automobily a traktory, tak také pro lodě a lokomotivy. Maximální vstřikovací tlaky dosahovaly u 1.generace 135 MPa a v současnosti mohou být až přes 200 MPa. Konstrukční úpravou ve vstřikovači lze dosáhnout dokonce až 250 MPa.

Přehled částí palivové soustavy Nízkotlaká část : Nádrž, elektrické nebo mechanické podávací čerpadlo, jemný čistič se zpětným ventilem, nízkotlaké potrubí a hadice, vratné potrubí. Vysokotlaká část : Vysokotlaké pístové čerpadlo, potrubí, zásobník (Rail), pojistný ventil, omezovače průtoku (u větších motorů), potrubí ke vstřikovačům, vstřikovače.

Přehled částí palivové soustavy - nízkotlaká větev Nízkotlaké palivové vedení – některá vozidla mohou mít ve zpětném vedení chladič paliva Palivový filtr – Ve spodní části se nachází sběrná nádobka na vodu , přičemž automatický hlásič vody může prostřednictvím varovné kontrolky upozornit na nutnost vypuštění kondenzátu. Podávací čerpadlo - úkolem podávacího čerpadla je zásobovat vysokotlaké čerpadlo dostatkem paliva. U osobních a lehkých užitkových vozidel se zpravidla používá elektrické válečkové čerpadlo stejně jako u benzínových systémů, které také může být umístěno v nádrži nebo v potrubí. Bezpečnostní obvod zajistí odstavení čerpadla při stojícím motoru a zapnutém zapalování. Zubové palivové čerpadlo s mechanickým pohonem se používá u osobních, ale především užitkových a zemědělských vozidel. Může být integrováno do vysokotlakého čerpadla nebo je přímo na motoru. Konstrukčně se jedná o čerpadlo se dvěma koly s vnějším čelním ozubením. Regulace dopravního množství se provádí škrcením na sací straně nebo obtokovým ventilem na výtlačné straně.

Umístění některých částí systému v motorovém prostoru (Peugeot) vstřikovače vstřikovače ─► ─► ─► ─► Snímač teploty paliva Přetlakový ventil(za ním) Rail ─► Vysokotlaké čerpadlo ─► Palivový filtr

Přehled částí palivové soustavy - vysokotlaká větev Elektromagnetický odpojovací ventil 1 elementu Vysokotlaké čerpadlo Vytváří trvale dostatečnou zásobu paliva o systémovém tlaku pro vysokotlaký zásobník– Rail. Čerpadlo je poháněno od motoru a je mazáno palivem. Používá se pístové čerpadlo a to většinou se třemi radiálními písty přesazenými o 120˚. Protože je čerpadlo dimenzováno pro vysoké dopravované množství, zůstává při volnoběhu nebo částečné zátěži přebytek paliva, který by se vracel do nádrže. To se eliminuje odpojením jednoho elementu čerpadla z činnosti. K tomu dojde pomocí elektromagnetického ventilu, jehož kotva přes připojený čep trvale otevře sací ventil příslušného elementu. ─►

Přehled částí palivové soustavy - vysokotlaká větev Vysokotlaké čerpadlo - činnost Hnací hřídel s excentrem pohybuje přes kroužek třemi písty čerpadla dle excentru nahoru a dolů. Každé ze tří pístových čerpadel má svůj sací a výtlačný ventil. Tak dochází střídavě k nasátí paliva a jeho vytlačení do zásobníku. ▲ Čerpadlové elementy (uvnitř) Čerpadlový element Valivý kroužek ► ─► ─► ─► ─► Excentr ► ► hřídel

Přehled částí palivové soustavy - vysokotlaká větev Regulační ventil tlaku Jeho úkolem je nastavovat a udržovat tlak v zásobníku (Railu) v závislosti na zatížení motoru. Může být umístěn na vysokotlakém čerpadle nebo na zásobníku. Kotva elektromagnetického ventilu tlačí kuličku proti sedlu, čímž utěsňuje vysokotlakou stranu proti nízkotlaké. Přitom je kotva tlačena silou pružiny a silou elektromagnetu a proti nim působí tlak paliva. Není-li regulační ventil aktivován, působí vysoký tlak paliva na regulační ventil tlaku. Jakmile překoná sílu pružiny, zůstává pootevřen v závislosti na dodaném množství paliva. Má-li být tlak ve vysokotlakém okruhu zvýšen, je aktivován elektromagnet ventilu. Společné působení síly pružiny a elektromagnetu tak uzavře kuličkový ventil, dokud nenastane znovu rovnováha sil. ─►

Přehled částí palivové soustavy - vysokotlaká větev Vysokotlaký zásobník (Rail) Jeho úkolem je akumulovat palivo pod vysokým tlakem a svým objemem tlumit tlakové kmitání vznikající dopravou paliva a jeho vstřikováním. Je to kovová trubice která může mít tvar přizpůsobený konkrétnímu motoru, např. do kruhu. Na zásobníku se nachází snímač tlaku paliva, pojistný ventil, popřípadě omezovače průtoku (u větších motorů) a regulační ventil tlaku, pokud není umístěn na vysokotlakém čerpadle.

Přehled částí palivové soustavy - vysokotlaká větev Tlakový pojistný ventil Jedná se vlastně o přetlakový ventil, který omezuje tlak v Railu. Ventil je tvořen pouzdrem, ve kterém se nachází píst s kuželovým koncem, kterým je přitlačován silou pružiny do těsnícího sedla. Ventil se otevírá a přepouští palivo zpět do nádrže, jestliže tlak v Railu překročí určitou hodnotu (u 1.generace to bylo 1350 barů). ─► Snímač teploty paliva ─► Pojistný ventil (vzadu)

Přehled částí palivové soustavy - vysokotlaká větev Omezovač průtoku Jeho úkolem je zamezit nepravděpodobnému případu trvalého vstřikování jednoho vstřikovače. To realizuje uzavřením průtoku při překročení maximálního odběrového množství z Railu k poškozenému vstřikovači. Uvnitř omezovače se nachází píst tlačený pružinou k zásobníku a utěsněný v pouzdru. V pístu je podélný vývrt s tryskou, který spojuje vstup od Railu s výstupem k vstřikovači. Při otevření vstřikovače mírně klesá tlak na jeho straně, protože se nestačí palivo tak rychle přes trysku doplnit, píst omezovače se tak pohybuje k vývodu ke vstřikovači , ale nedosáhne těsnícího sedla a po ukončení vstřikování se silou pružiny vrátí a tlak paliva se přes trysku vyrovná. Dochází-li k úniku paliva přes potrubí nebo vstřikovač, vytlačí se píst omezovače postupně (malý únik) nebo náhle (velký únik) až do těsnícího sedla a trvale tak uzavře průchod paliva ke vstřikovači. Omezovače průtoku se nemontují běžně, ale spíše u motorů s větší spotřebou paliva.

Vysokotlaká část - vstřikovač s elektromagnetem (zjednodušené schéma) Vstřikovač je upevněn pomocí upínacích příložek v hlavě válců a tvoří jej otvorová tryska a pouzdro vstřikovače s elektromagnetickým ventilem a hydraulickým servosystémem. Palivo je vedeno ve vstřikovači k trysce a současně přes škrtící trysku do prostoru ovládacího ventilu. Tento prostor je také propojen přes odtokovou škrtící trysku a elektromagn. ventil se zpětným vedením paliva (přepadem). Ovládání vstřikovače je řízeno otvíráním a zavíráním elektromagnetického ventilu

Vysokotlaká část - vstřikovač s elektromagnetem (zjednodušené schéma) Vstřikovač je uzavřen Elektromagnetický ventil není aktivován a tím je uzavřen odtokový kanál. Vstřikovací tryska je uzavřena, protože tlak paliva na řídící píst a jehlu shora je stejný jako tlak paliva přivedený pod kuželovou část jehly trysky. Tím, že zespodu působí tlak na menší plochu jehly je síla na jehlu menší a nemůže ji nadzvednout. ─► ─►

Vysokotlaká část - vstřikovač s elektromagnetem (zjednodušené schéma) Vstřikovač je otevřen Rychlým otevřením elektromagnetického ventilu otevře jeho kotva odtokový škrtící otvor. Uvolněným průřezem odtéká palivo z prostoru ovládacího ventilu k nádrži a vlivem poklesu jeho tlaku se tlakem paliva na kuželovou část jehly trysky otevře vstřikovací tryska. Síla na píst a jehlu shora je totiž menší než síla zdola. Palivo je tak vstřikováno přibližně stejným tlakem jako v Railu. ─► ─►

Snímání provozních údajů Snímač otáček motoru Jedná se o indukční snímač, který je umístěn u setrvačníku na přírubě bloku motoru se skříni převodovky a reaguje zuby kotouče na konci klikové hřídele, jejichž pozici vůči horní úvrati 1. válce ŘJ zná. Signál se využívá k určení okamžiku vstřiku, k regulaci předstihu zážehu ale také regulaci volnoběhu či omezení maximálních otáček. V případě výpadku signálu pracuje řídící jednotka motoru s náhradním signálem ze snímače úhlu otočení v řídící jednotce. ◄─Snímač otáček motoru

Snímání provozních údajů Snímač otáček vačkové hřídele Jedná se o Hallův snímač, který je umístěn na konci vačkové hřídele na přírubě hlavy válců a reaguje na zuby kotouče vačkové hřídele, jejichž pozice pro jednotlivé válce ŘJ zná. Signál se využívá k určení pozice horní úvrati kompresního zdvihu 1. válce, což je třeba k určení správného okamžiku vstřiku pro jednotlivé válce. V případě výpadku signálu za chodu pracuje řídící jednotka motoru v nouzovém režimu. Motor již nelze znovu nastartovat.

Snímání provozních údajů Snímač tlaku paliva v Railu Jeho úkolem je měřit aktuální tlak v zásobníku (Railu). Pracuje na piezorezistivním principu. Tlak paliva působí na membránu snímače, na které se nachází snímací člen, jehož elektrický odpor se mění vlivem deformace membrány a tím i snímacího prvku. To vyvolá přes můstkové zapojení změnu napětí, které je zesíleno vyhodnocovacím obvodem, takže dosahuje hodnot 0,5 – 4,5 V. Změřený tlak porovnává řídící jednotka s vypočteným a dle potřeby provádí jeho korekci pomocí elektromagnetického regulačního ventilu. V případě výpadku signálu řídí jednotka tlak dle pevně daných hodnot. ─►

Snímání provozních údajů Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu Tento snímač (měřič) je umístěn za vzduchovým filtrem a vyhodnocuje hmotnost nasávaného vzduchu a převádí je na napěťový signál. Používá se snímač hmotnosti nasávaného vzduchu s vyhřívaným filmem (HFM). Protože vyhřívané prvky jsou ochlazovány proudícím vzduchem, musí být měněn vyhřívací proud, aby teplota byla pořád stejná. Výsledný signál může zohledňovat i teplotu nasávaného vzduchu. Snímač kompenzuje i vliv zpětného proudění vzduchu. Při poruše snímače je aktivován nouzový program s náhradní hodnotou a dojde ke snížení plnícího tlaku.

Snímání provozních údajů Snímač plnícího tlaku Snímač se nachází na sacím potrubí za chladičem stlačeného vzduchu. Snímač tlaku může být integrován i v ŘJ. Pracuje na piezorezistivním principu a měří absolutní tlak vzduchu. Při jeho výpadku se sníží maximální dávka paliva.

Snímání provozních údajů Snímač atmosférického tlaku vzduchu Snímač bývá umístěn přímo v řídící jednotce motoru. Pracuje jako snímač plnícího tlaku na piezorezistivním principu a měří absolutní atmosférický tlak vzduchu. Z rozdílu plnícího a atmosférického tlaku určí ŘJ relativní plnící tlak. Při jeho výpadku si ŘJ dosadí náhradní hodnotu. Snímač se bohužel nedá vyměnit samostatně a musí se vyměnit celá řídící jednotka motoru.

Snímání provozních údajů Snímač teploty motoru Je to polovodičový odporový snímač s NTC charakteristikou umístěný v pouzdře, přičemž změna odporu je převáděna na změnu napětí. Snímač je umístěn u hlavy válců motoru a snímá teplotu chladící kapaliny. Údaj o teplotě využívá řídící jednotka k určení obohacení při studených startech a zahřívání, při regulaci počátku vstřiku a doby žhavení. Při výpadku použije ŘJ náhradní hodnoty a doba předžhavení bude maximální.

Snímání provozních údajů Snímač teploty paliva Je to polovodičový odporový snímač s NTC charakteristikou.Snímač je umístěn ve zpětném palivovém vedení a měří tak teplotu nafty vracející se do nádrže. Údaj o teplotě využívá řídící jednotka k určení hustoty paliva a tím k přesnému určení hmotnosti vstřikované dávky. Při výpadku použije ŘJ náhradní hodnotu. Snímač teploty nasávaného vzduchu Snímač se nachází na sacím potrubí za chladičem stlačeného vzduchu. Je to NTC odpor a slouží pro korekci skutečné hmotnosti nasávaného vzduchu. Snímač teploty oleje Je to polovodičový odporový snímač s NTC charakteristikou.. Snímač je umístěn v klikové skříni a měří teplotu oleje v olejové vaně. Údaj o teplotě využívá řídící jednotka k přepočítávání intervalu výměny oleje v režimu proměnných servisních intervalů.

Snímání provozních údajů Snímač polohy akceleračního pedálu Jedná se o potenciometr, který je spojen s pedálem krátkým lankem nebo je přímo umístěn na pedálu. Snímač má také integrován kontakt volnoběhu a u vozů s automatickou převodovkou i Kick-down. Snímač předává řídící jednotce napěťový signál o požadavku řidiče na výkon motoru. Při výpadku signálu poběží systém dál v nouzovém režimu se zvýšenými volnoběžnými otáčkami (asi 1400 min-1).

Snímání provozních údajů Spínač spojkového pedálu Nachází se u spojkového pedálu a slouží k rozpoznání polohy sešlápnutí spojkového pedálu. V klidovém stavu je spínač sepnut. Signál slouží k vypnutí funkce tempomatu, řídící jednotka při jeho aktivaci snižuje množství paliva a při volnoběhu vypíná regulaci rovnoměrného chodu. Při jeho nefunkčnosti se omezuje maximální dávka paliva.

Snímání provozních údajů Spínač brzdových světel a spínač brzdového pedálu Jedná se o dva snímače v jednom celku. Jsou umístěny u brzdového pedálu a slouží k rozpoznání sešlápnutí brzdového pedálu. Spínač světel je v klidu otevřen a slouží k aktivaci brzdových světel a přídavně pro ŘJ motoru. Spínač pedálu je v klidu sepnut a řídící jednotka motoru využívá jeho signálu k vypínání tempomatu a ke snižování dávky paliva.Signály se také využívají ke kontrole hodnověrnosti signálu ze snímače akceleračního pedálu.

Snímání provozních údajů Snímač rychlosti vozidla ─► Jedná se o mechanický nebo Hallův snímač, umístěný na skříni převodovky, resp. rozvodovky. Snímač slouží řídící jednotce při aktivním tlumení cukání a při vybavení tempomatem k regulaci nastavené rychlosti. Spínač tempomatu Je umístěn na páčce pod volantem a pomocí něj se zapíná či trvale vypíná funkce tempomatu. Spínač klimatizace Je umístěn na ovládacím panelu klimatizace. Je-li klimatizace zapnuta a řidič prudce akceleruje, dojde krátkodobě k vypnutí kompresoru klimatizace. ─► Spínač předžhavení Spínač bývá integrován ve dveřích řidiče A po jejich otevření aktivuje žhavení motoru, aby řidič mohl dříve startovat.

Akční členy Regulační ventil tlaku Jedná se o elektromagnetický ventil řízený taktovacími impulsy s konstantní frekvencí ( s proměnnou střídou ), který zajišťuje změnu tlaku v Railu. Vstřikovací tlak je dán tlakem v Railu. Tento tlak je sice během jednoho vstřiku konstantní, ale jeho hodnota je regulována dle provozních podmínek motoru. Řídící jednotka má uloženy v paměti předepsané hodnoty tlaku v závislosti na otáčkách motoru a poloze akceleračního pedálu. ◄─

Akční členy ─► Vstřikovač Zajišťuje předvstřik (pilotní vstřik), vstříknutí hlavní dávky popř. i dostřik paliva ve správném množství a ve správnou dobu. Jeho činnost byla popsána dříve. Nejdříve firma Bosch používala k ovládání vstřikovačů elektromagneticky ovládaný ventil. Tyto ventily však nejsou dostatečně rychlé, jestliže chceme rozdělit vstřikovanou dávku do více fází. Proto se začalo používat vstřikovačů ovládaných piezoelektricky. Protože deformace piezokrystalů při přivedení napětí 150 V je velmi malá, je řídící systém doplněn o mechanický či hydraulický převod, který umožní zdvih řídícího ventilu asi 0,04 mm. Piezoelektricky řízené vstřikovače jsou až 4 krát rychlejší než s elektromagnetem a umožňují tak rozdělit vstřikovanou dávku až do 7 dávek. ─►

Akční členy Elektromagnetický ventil zpětného vedení výfukových plynů = elektropneumatický převodník recirkulace výfukových plynů Tento převodník je aktivován pravoúhlým napěťovým signálem s proměnnou délkou impulsu z řídící jednotky a tím se mění poloha membránového ventilu v měniči, čímž se vytváří určitý podtlak, kterým se ovládá membránový podtlakový ventil recirkulace spalin .

Akční členy Elektromagnetický ventil omezení plnícího tlaku Ventil je také řízen pravoúhlým napěťovým signálem s proměnnou délkou impulsu z řídící jednotky, čímž vytváří modulovanou hodnotu přetlaku pro řízení obtokového ventilu nebo ventil nastavování rozváděcích lopatek turbodmychadla.

Regulační funkce řídící jednotky Regulace množství vstřikovaného paliva Přání řidiče je hlášeno přes signál snímače polohy pedálu akcelerátoru a na základě toho řídící jednotka motoru dle uložených datových polí s ohledem na provozní stav motoru vypočítá množství paliva a řídí elektromagnetický ventily nebo piezoovladače vstřikovačů. Zároveň řídící jednotka motoru na základě signálů o počtu otáček a hmotnosti nasátého paliva určí z naprogramovaného pole kouřivosti maximální dodávku paliva, samozřejmě s ohledem na teplotu motoru, paliva apod. a porovná toto množství s požadavkem řidiče. Je-li požadavek na množství paliva větší než připouští pole kouřivosti (prakticky při nedostatku vzduchu např. při zrychlení nebo velkém zatížení), umožní maximální dávku dle tohoto pole, jinak je plněn požadavek řidiče. Regulace je tedy schopna upravovat dávku paliva v jakémkoliv provozním režimu : - startu - regulace volnoběhu, popř. regulace klidného chodu - aktivní tlumení škubání motoru (při rychlé změně polohy akceleračního pedálu) - regulace rychlosti - regulace přeběhových otáček - přerušení dodávky paliva při brzdění motorem

Regulační funkce řídící jednotky Regulace počátku vstřiku K regulaci počátku vstřiku se využívá signálů ze snímačů otáček motoru a hodnoty vypočítané hmotnosti skutečně vstřikovaného paliva. Na základě těchto hodnot určí řídící jednotka motoru z naprogramovaného pole počátku vstřiku hodnotu, která se zkoriguje dle teploty motoru. Řídící jednotka pak dle toho aktivuje příslušný vstřikovač.

Regulační funkce řídící jednotky Regulace rychlosti ( je-li vozidlo vybaveno tempomatem ) Signál ze snímače rychlosti je porovnán s hodnotou předvolenou řidičem a podle potřeby dá řídící jednotka motoru pokyn řídící jednotce čerpadla pro regulaci vstřikovaného paliva.

Regulační funkce řídící jednotky Regulace recirkulace výfukových plynů Jde o zpětné přisávání části výfukových plynů do sacího traktu, kde se mísí s čerstvým vzduchem. Účelem je snížit špičkovou spalovací teplotu, čímž se sníží množství emisí NOx ve výfukových plynech. Řídící jednotka motoru na základě otáček motoru a vypočítané hmotnosti paliva určí z datového pole teoretické množství nasátého vzduchu ( nejmenší nutné ) a tuto hodnotu porovná se skutečným množstvím nasátého vzduchu (změřeným ), jemuž přísluší určitá dávka recirkulovaných spalin. Na základě rozdílnosti signálu pak doreguluje množství přisávaných spalin prostřednictvím elektropneumatického převodníku. K uvedené recirkulaci dochází jen u zahřátého motoru a to při nižších otáčkách (asi do 3000 1/min) a částečném zatížení.

Regulační funkce řídící jednotky Regulace plnícího tlaku ( u přeplňovaných motorů ) Řídící jednotka motoru vyhodnocuje signály ze snímače otáček motoru a hmotnosti nasávaného vzduchu a dále snímače teploty nasávaného vzduchu a snímače atmosférického tlaku. Z naprogramovaného pole se vypočte teoretická hodnota plnícího tlaku. Ta se porovná se skutečnou ( změřenou ) a v případě potřeby se dá signál elektromagnetickému řídícímu ventilu, který vpuštěním modulovaného přetlaku do obtokového ventilu odpouští část výfukových plynů před turbínou přímo do výfuku nebo dochází přes ventil k přestavení rozváděcích lopatek turbodmychadla. Jestliže není možno při poruše snížit hodnotu plnícího tlaku, sníží se množství vstřikovaného paliva.

Regulační funkce řídící jednotky Systém žhavení motoru ( odlišné podle typu vozidla a verze systému ) Žhavení řídí řídící jednotka motoru přes řídící jednotku žhavení dle teploty motoru (určuje délku žhavení). Žhavení je signalizováno kontrolkou žhavení na přístrojové desce. Pokud zhasne kontrolka a ještě nestartujeme následuje dle teploty motoru další žhavení po dobu (4-20) sekund. U vozidel koncernu VW se například zapíná žhavení již při otevírání dveří. V případě opakovaného žhavení se toto provede pouze třikrát a pak je již třeba je vyvolat klíčkem. Po nastartování motoru pokračuje žhavení při teplotě kapaliny nižší než +20 °C ještě až po 90 sekund (kvůli emisím motoru a hlučnosti ) a toto dodatečné žhavení se u VW ukončí až při dosažení otáček motoru asi 2500 1/min nebo po uplynutí doby určené řídící jednotkou.

Regulační funkce řídící jednotky Další užívané funkce řídící jednotky motoru : Regenerace filtru pevných částic Vypínání některých válců (poloviny) Záznam provozu vozidla (u užitkových vozidel) Přídavný ohřev chladící kapaliny Vypínání sacího kanálu