Датчик и регулятор давления топлива в системе Common Rail

Топливная система дизельных двигателей во многом отличается от бензиновой. Основное – это разница в поджигании топлива, компрессия в цилиндрах и давление в топливной системе. Точное дозирование топлива в дизеле во всех режимах и его качественное распыление имеют первостепенное значение. Физические и химические свойства продукта, часто просто называемого соляркой, тому мало способствуют. Приходится применять весьма сложный и дорогостоящий набор оборудования.

Датчик давления и регулятор давления топлива

Самое современное техническое решение, обеспечивающие строгие экологические нормы, качественное и многократное распыление за один цикл работы поршня, получило название Common Rail (CR). За обеспечением необходимого давления топлива, в этой системе, следят датчик и регулятор. В зависимости от конструктивных особенностей они могут отличаться по месту расположения, по устройству и некоторым другим особенностям.

Суть системы и её работа

Принцип действия Common Rail заключается в полном электронном управлении почти всеми функциями и режимами. Топливный насос высокого давления (ТНВД) работает на общую для всех форсунок (инжекторов) рампу, а каждая из них открывается и закрывается в точно рассчитанные моменты времени по командам электронного блока управления (ЭБУ). Рампа (rail), также называемая рейкой, находится под стабилизированным давлением, величина которого может регулироваться тем же ЭБУ. Для этого в ней устанавливаются необходимые каждой системе с обратной связью датчик параметра, в данном случае давления топлива (ДД), и исполнительный механизм – регулятор давления (РДТ). Дополнительное дозирование производится в ТНВД отсечным клапаном, не позволяющим работать с ненужными максимальными расходами всему контуру регулирования магистрального давления. Им также управляет общая программа ЭБУ.

Система контроля за давлением на форсуночной рейке представлена парой из датчика и регулятора давления, исправность которых контролируется электроникой по косвенным параметрам. Важно изначально обеспечить их надёжность, способность долгое время сохранять метрологические характеристики, а при необходимости иметь методики инструментальной проверки портативным оборудованием или на стационарных стендах. Сложная взаимосвязь всех элементов топливной аппаратуры требует при диагностике твёрдых знаний устройства данных узлов. Иначе будет трудно локализовать неисправность лишь по признакам или по данным диагностического сканера.

Схема дизельной топливной системы Common Rail

Схема дизельной топливной системы Common Rail

Пояснения к схеме:

  1. топливный бак,
  2. подкачивающий электронный насос,
  3. топливный фильтр,
  4. ручной подкачивающий насос,
  5. (ТНВД) топливный насос высокого давления,
  6. датчик давления топлива,
  7. топливная рампа (рейка),
  8. регулятор давления топлива,
  9. клапан обратки,
  10. топливные форсунки.

ЭБУ — электронный блок управления двигателем.

Принцип действия датчика давления

Устройство использует традиционный подход по применённым физическим основам. Чаще всего это пьезокристалл, отделённый от внутреннего пространства топливной рейки прочной, но гибкой мембраной. Прочность здесь необходима из-за высоких значений рабочего давления, которые сейчас в системах Common Rail доходят до 2000 атмосфер и выше. Датчик преобразует силу, с которой на кристалл давит мембрана известной площади, в электрическое напряжение на выходе. Таким образом, его сигнал примерно пропорционален давлению в рейке.

Системы могут быть разными, в частности они разрабатывались компаниями Bosch, Denso, Siemens и Delphi для различных автопроизводителей, но в большинстве ДД применён диапазон измеряемой величины от 50 до 2000 бар, что соответствует выходному сигналу от нуля до 5 Вольт. Порогами выхода сигнала за штатный диапазон, считаются 0,5 В снизу и 4,9 В сверху. Выход за эти уровни может быть зафиксирован самодиагностикой как ошибка или неисправность.

Расположение датчика давления на топливной рейке

Сигнал датчика через имеющийся на нём электрический разъём и проводку поступает на ЭБУ, где оцифровывается и используется управляющей программой. Сам ДД имеет резьбовое крепление к рейке. В некоторых моделях имеется дублирующий канал, что обеспечивает повышенную надёжность.

Характеристика датчика  не всегда стабильна, но это не имеет принципиального значения, поскольку его калибровочные данные известны ЭБУ, и давление будет рассчитано вполне однозначно с гарантированной погрешностью. А некоторые отклонения от идеала будут откорректированы.

Получив информацию от ДД, ЭБУ может учитывать её при расчёте времени открытия форсунок, чтобы выдать ровно столько топлива, сколько требуется для цикловой подачи на текущем режиме. Производительность форсунок является константой, точность этого параметра обеспечивается их индивидуальной пропиской в системе по имеющемуся на каждом инжекторе коэффициенту. Его также можно измерить на стенде при ремонтном вмешательстве.

Данные ДД являются входным параметром в контуре поддержания давления в рейке. Исполнительным механизмом здесь работает клапан РДТ.

 Устройство и принцип работы регулятора давления

РДТ в большинстве случаев закреплён на рампе и представляет собой подпружиненный клапан, с одной стороны входящий в магистраль высокого давления, а с другой подсоединённый к топливопроводу обратного слива (обратке). Клапан дополнительно снабжён электромагнитом, сердечник которого связан с его штоком. Такой регулятор называют электромагнитным клапаном. Также существуют механические регуляторы.

Регулятор давления топлива на Фриландер 2 Ленд ровер

При низком давлении, примерно от нуля до 30-50 бар, электромагнит не вмешивается в работу клапана, поэтому превышение данного порога приведёт к открытию шарикового клапана, прижатого лишь калиброванной пружиной, и сливом топлива со сбросом давления.

Если подать на электрический разъём обмотки электромагнита напряжение, то к клапану будет приложено дополнительное усилие, препятствующее его открытию на минимальном пороге давления. Данное усилие складывается с воздействием пружины, а регулируя величину подаваемого в обмотку тока можно в широких пределах изменять порог срабатывания. Таким образом регулируется текущее давление в рейке.

Для питания обмотки в ЭБУ реализован принцип широтно-импульсной модуляции, когда ток определяется скважностью импульсов при постоянной частоте. Сделано так для минимизации потерь на нагрев в регулирующем драйвере. Максимальное заполнение равносильно подаче постоянного напряжения бортовой сети и полному закрытию клапана. Давление будет определяться выходом ТНВД.

Пример совместной работы ДД и РДТ при пуске двигателя

Если снять осциллограмму с датчика давления при запуске, то на ней можно выделить несколько характерных участков:

  • после поворота ключа напряжение ДД выйдет на нижний допустимый порог около 0,6 В, что свидетельствует об отсутствии давления в рампе, поскольку ТНВД ещё не работает;
  • начало работы стартёра вызовет прокрутку ТНВД, его плунжеры заполнены топливом от насоса подкачки, давление начнёт расти до пускового, у разных моторов это от 300 до 1000 бар, ДД это зафиксирует, его напряжение возрастёт до примерно 1,5 В;
  • двигатель запустится, обороты резко возрастут, на осциллограмме это выразится в виде пика напряжения до 4 В, после чего сработает клапан РДТ, дизель выйдет на холостые обороты, сигнал ДД упадёт до 1,5 В, что на данном режиме достаточно;
  • под нагрузкой с увеличением оборотов петля регулирования обеспечит подъём и снижение давления, это можно наблюдать, например, с диагностического сканера.

Имеются существенные задержки в реакции РДТ на изменение сигнала ДД. Разработчики стремятся улучшить быстродействие, в частности, используя описанный выше дозирующий клапан в ТНВД.

Признаки неисправности системы регулирования давления и основы диагностики

Практически все неисправности топливной аппаратуры дизелей сводятся к типовым проявлениям:

  • плохой пуск мотора, для диагноста особенно важно, происходит это всегда, на холодном двигателе, или в прогретом состоянии;
  • жёсткая работа с характерным «дизельным» стуком, это нельзя путать с механическими неисправностям, например, при изношенной поршневой группе;
  • белое или чёрное дымление из выхлопной трубы;
  • неустойчивая работа ДВС;
  • потеря двигателем мощности и снижение крутящего момента, заметное ухудшение динамических характеристик автомобиля.
  • при слишком низком давлении в топливной системе двигатель не запускается.

Всё то же будет проявляться и при неисправностях в системе поддержания высокого давления Common Rail. Снижение параметра ухудшит пусковые свойства, скорее всего двигатель вообще не удастся завести, а избыток топлива вызовет жёсткую работу, дизельный стук и повышенную выхлопную задымленность. И традиционно любые проблемы вызовут дефицит тяги при увеличенном расходе топлива и полному провалу по вредным выбросам.

Проверить работу ДД и РДТ можно подключением в систему контрольного манометра. А также сканером, при считывание ошибок. Еще варианты проверки датчика и регулятора – это на стационарных стендах или способом замены на заведомо исправные детали.

Самодиагностика ЭБУ при возникновении ошибок выдаёт соответствующие коды неисправностей, которые можно считать и расшифровать сканером:

  • P0087 – низкое давление в рейке, датчик не реагирует на изменение оборотов двигателя повышением показаний, ЭБУ выходит на аварийный режим, неисправность может быть не связана с ДД;
  • P0088 – высокое давление в рейке, аналогично предыдущему, но давление индицируется как максимальное;
  • P0190 – неисправность датчика или проводки, напряжение постоянно ниже минимального уровня или выше максимального;
  • P0191 – то же, но уточняется, что напряжение выше максимального порога;
  • P0192 – низкий сигнал ДД;
  • P0193 – высокий сигнал ДД;
  • P0194 – обрыв цепи датчика.

Нелогичность формирования некоторых кодов ошибок связана с разными взглядами разработчиков ЭБУ на сервисные функции самодиагностики. В любом случае, при высвечивании одного из кодов необходимо проверить проводку от ДД к разъёму ЭБУ на отсутствие обрывов и замыканий. Сигнальный провод не может при проверке омметром показывать менее 1Ома на питающий и массовый контакт. А обрыв минусового провода питания может дать непредсказуемый набор ошибок.

Точно так же нельзя считать, что коды однозначно укажут на виновность ТНВД или датчика. Каждый узел нуждается в индивидуальной проверке.

С регулятором давления связаны коды:

  • P0089 – пониженная производительность;
  • P0090 – обрыв цепи;
  • P0091 – замыкание, высокий уровень;
  • P0092 – замыкание, низкий уровень.

Проверка производится омметром, диагностируется исправность катушки электромагнита и подводящих проводов. Но полностью оценить состояние системы поддержания давления можно только комплексной диагностикой с использованием дополнительного оборудования.

 Порядок проверки системы

Для диагностики потребуются мультиметр, сканер, цифровой осциллограф в составе сканера или приставки к планшету или ноутбуку, а также имитаторы сигнала и отключаемых приборов.

Управление давлением в рампе лучше всего проводить специальным генератором импульсов регулируемой вручную скважности, подключённым к обмотке клапана РДТ. Одновременно осциллографом или вольтметром, желательно проградуированным в единицах давления, контролируется выходное напряжение ДД.

Чтобы ЭБУ не отреагировал на изменения в схеме подключения датчика и регулятора, к их отсоединённым разъёмам подключаются имитаторы. Таким образом, программа ЭБУ не будет уходить в аварийный режим.

Предварительно следует омметром в составе мультиметра проверить отсутствие обрывов или замыканий в проводке от ДД и РДТ к ЭБУ, а также измерить сопротивление обмотки электромагнита регулятора. Оно должно составить порядка 8 Ом. Точное значение зависит от конкретного прибора и его производителя.

После подключения имитаторов и измерительных приборов необходимо отсоединить форсунки и заглушить их штуцеры в рампе. Иначе расход через них исказит картину измерений. Отсоединяется обратка РДТ, чтобы наблюдать слив топлива.

При включении зажигания и прокрутке стартёром в положении максимального тока тестового генератора импульсов клапан РДТ должен быть полностью закрыт, что определяется по отсутствию даже капель топлива из его обратки. Утечка недопустима, при её появлении клапан нуждается в ремонте или замене.

Регулируя подачу тока на клапан РДТ во время прокрутки стартёром можно наблюдать за изменением показаний ДД. Они должны быть не менее 250-300 бар, иначе двигатель не запустится. Если форсунки находятся на своём месте, то работающий на холостых оборотах дизель будет менять качество своей работы в зависимости от положения ручки тестового генератора. Сканер покажет изменение давления в рампе. Чем оно больше, тем жёстче работа двигателя, а при уменьшении будут падать обороты пока дизель не заглохнет. Всё это свидетельствует о нормальной работе регулятора и датчика.

Показания осциллографа лучше записать для последующего анализа зависимости давления и оборотов. Это поможет отметить возможные проявления нелинейности в работе РДТ, который в неисправном состоянии способен сбрасывать или добавлять давление скачками. Причин тому несколько:

  • коррозия и износ клапана;
  • неправильная регулировка после кустарного ремонта;
  • засорение клапана и сетчатого фильтра;
  • «мерцающие» повреждения или замыкания в обмотке.

Полная проверка приборов регулирования с выдачей протоколов возможна лишь на стационарном стенде для топливной аппаратуры Common Rail. Но существуют неисправности, проявляющиеся только при работе в составе автомобиля, поэтому оба вида тестирования приходится проводить в комплексе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*