La pompe à carburant haute-pression alimente le tuyau d'alimentation en carburant commun, et le carburant est directement injecté dans le cylindre en contrôlant l'injecteur de carburant. La rampe commune haute-pression sépare complètement le processus d'injection de la génération de pression d'huile, garantissant que la pression d'alimentation en carburant n'est pas affectée par le régime moteur.
Avantages
La pression d'injection de carburant dans le système à rampe commune haute-pression est réglable de manière flexible. La pression d'injection optimale requise pour différentes conditions de travail peut être déterminée, optimisant ainsi les performances globales du moteur diesel.
2. Il peut contrôler indépendamment et de manière flexible le calage de l'injection de carburant. Combiné à une pression d'injection élevée (120 MPa à 200 MPa), il peut contrôler simultanément les NOx et les particules (PM) dans une plage relativement petite pour répondre aux exigences en matière d'émissions.
3. Un contrôle flexible des changements de taux d'injection de carburant peut obtenir un modèle d'injection de carburant idéal, ce qui facilite la mise en œuvre de la pré-injection et des injections multiples. Cela réduit non seulement les NOx dans les moteurs diesel, mais garantit également d’excellentes performances énergétiques et économiques.
4. L'injection de carburant est contrôlée par une vanne électromagnétique, offrant une grande précision de contrôle. Il n'y aura pas de bulles ni de pression résiduelle nulle dans le circuit de carburant haute-pression. Par conséquent, dans la plage de fonctionnement du moteur diesel, la variation du volume d'injection de carburant en circulation est faible, et l'alimentation inégale en carburant de chaque cylindre peut être améliorée, ce qui permet de réduire les vibrations du moteur diesel et d'abaisser les émissions.
Résumé technique
Dans les moteurs diesel, le fonctionnement à grande vitesse-fait que le processus d'injection diesel ne prend que quelques millièmes de seconde. Des expériences ont prouvé que la pression en différents points du tuyau d'huile à haute pression-varie avec le temps et la position au cours du processus d'injection. En raison de la compressibilité du diesel et des fluctuations de pression du diesel dans le tuyau de carburant haute -pression, l'état réel de l'injection de carburant diffère considérablement de la règle d'alimentation en carburant du piston spécifiée par la pompe d'injection de carburant.
Parfois, après l'injection principale, la fluctuation de pression dans le tuyau de carburant fera augmenter à nouveau la pression dans le tuyau de carburant haute-, atteignant la pression qui provoque l'ouverture du pointeau de l'injecteur de carburant. Cela rouvrira le pointeau déjà fermé, entraînant un phénomène d'injection de carburant secondaire. Étant donné que l'injection de carburant secondaire ne peut pas être complètement brûlée, elle augmente les émissions de fumée et d'hydrocarbures (HC), ainsi que la consommation de carburant. De plus, la pression résiduelle dans le tuyau d'huile haute-pression change après chaque cycle d'injection, ce qui provoque par la suite une injection instable. Ce phénomène est particulièrement susceptible de se produire dans la plage de vitesse faible-. Dans les cas graves, non seulement l'injection de carburant est inégale, mais une non-injection intermittente - peut également se produire. Pour remédier au défaut de variation de la pression du carburant dans les moteurs diesel, les moteurs diesel modernes adoptent une technologie appelée rampe commune.
La technologie à rampe commune haute-pression fait référence à une méthode d'alimentation en carburant dans laquelle la génération de pression d'injection et le processus d'injection sont complètement séparés dans un système-en boucle fermée composé d'une pompe à carburant haute-pression, d'un capteur de pression et d'un calculateur. La pompe à carburant haute-pression fournit du carburant haute-pression au tuyau d'alimentation en carburant commun, et la pression d'huile dans le tuyau d'alimentation en carburant commun est contrôlée avec précision, ce qui rend la pression dans le tuyau de carburant haute-pression indépendante du régime du moteur. Il peut réduire considérablement la variation de la pression d'alimentation en carburant du moteur diesel en fonction du régime moteur, réduisant ainsi les défauts des moteurs diesel traditionnels. L'ECU contrôle le volume d'injection de carburant de l'injecteur de carburant. La taille du volume d'injection de carburant dépend de la pression de la rampe d'injection (tuyau d'alimentation en carburant commun) et de la durée d'ouverture de l'électrovanne.
Principe technique
Le système à rampe commune haute-se compose principalement d'une unité de commande électronique, d'une pompe à huile haute-pression, d'un accumulateur (tuyau à rampe commune), d'injecteurs de carburant à commande électronique et de divers capteurs, etc. La pompe à carburant basse-pression alimente en carburant la pompe à carburant haute-pression. La pompe à carburant haute-pression met le carburant sous pression et l'envoie dans la rampe d'injection haute-pression (accumulateur). La pression dans la rampe d'injection haute-pression est ajustée par l'unité de commande électronique en fonction de la pression de la rampe d'injection mesurée par le capteur de pression de la rampe d'injection et selon les besoins. Le carburant dans la rampe d'injection haute-pression passe par le tuyau d'huile haute-pression. Selon l'état de fonctionnement de la machine, le moment et la durée appropriés de l'injection de carburant sont déterminés par l'unité de commande électronique. Le carburant est injecté dans le cylindre par l'injecteur de carburant électronique à commande électrohydraulique.
1. Pompe à huile haute-pression
Le critère de conception pour le volume d'alimentation en carburant d'une pompe à carburant haute-pression est de garantir que la somme du volume d'injection de carburant et du volume de carburant contrôlé du moteur diesel en toutes circonstances, ainsi que la demande de changements de volume de carburant pendant le démarrage et l'accélération, sont satisfaites. Étant donné que la génération de pression d'injection de carburant dans le système à rampe commune est indépendante du processus d'injection de carburant et que le calage de l'injection de carburant n'est pas garanti par le CAM de la pompe à carburant haute-pression, le CAM de pression de la pompe à carburant haute-pression peut être conçu conformément aux principes de conception du couple de crête le plus bas, de la plus petite contrainte de contact et de la résistance à l'usure la plus élevée.
La plupart des entreprises utilisent des pompes à pistons radiaux à trois cylindres- entraînées par des moteurs diesel pour générer des pressions allant jusqu'à 135 MPa. Cette pompe à huile haute-pression adopte plusieurs cames de pression d'huile dans chaque unité de pression d'huile, réduisant son couple maximal à 1/9 de celui des pompes à huile haute-pression traditionnelles. La charge est également relativement uniforme et le bruit de fonctionnement est réduit. Le contrôle de la pression dans la cavité à rampe commune haute pression de ce système est obtenu en évacuant le carburant dans la cavité à rampe commune. Pour réduire la perte de puissance, lorsque le volume d'injection de carburant est faible, l'une des unités de pression de carburant de la pompe à piston radial à trois cylindres sera arrêtée pour diminuer l'alimentation en carburant.
2. Rampe d'huile haute-pression (tuyau à rampe commune)
Le tuyau à rampe commune distribue le carburant haute-pression fourni par la pompe d'alimentation en carburant à chaque injecteur, fonctionnant comme un accumulateur. Son volume devrait réduire les fluctuations de pression d'alimentation en carburant de la pompe à carburant haute-pression et les oscillations de pression causées par le processus d'injection de carburant dans chaque injecteur, en maintenant les fluctuations de pression dans la rampe d'alimentation en carburant haute-pression en dessous de 5 MPa. Cependant, son volume ne peut pas être trop important pour garantir que la rampe commune ait une vitesse de réponse à la pression suffisante pour suivre rapidement les changements dans les conditions de fonctionnement du moteur diesel.
Des capteurs de pression, des tampons de débit de liquide (limiteurs de courant) et des limiteurs de pression sont également installés sur les canalisations à rampe commune haute-pression. Le capteur de pression fournit le signal de pression de la rampe d'huile haute-pression à l'ECU. Le tampon de débit de fluide (limiteur de débit) wechat Jiachatong Interconnection Shenzhen garantit que l'alimentation en carburant de l'injecteur de carburant est coupée en cas de fuite de carburant dans l'injecteur de carburant, et peut également réduire la fluctuation de pression dans la rampe commune et les conduites de carburant à haute pression. Le limiteur de pression garantit que lorsqu'une pression anormale se produit dans la rampe d'huile haute-pression, la pression dans la rampe d'huile haute-pression est rapidement relâchée.
3. Injecteur de carburant à commande électronique
L'injecteur de carburant à commande électronique est le composant le plus crucial et le plus complexe du système de carburant à rampe commune. Sa fonction est, sur la base des signaux de commande envoyés par l'ECU, de contrôler l'ouverture et la fermeture de l'électrovanne pour injecter le carburant dans la rampe d'injection haute -pression dans la chambre de combustion du moteur diesel au moment d'injection, au volume et au taux d'injection optimaux.
Afin d'obtenir la forme d'injection de carburant prédéterminée, une conception raisonnable et optimisée de l'injecteur de carburant est requise. Le volume de la chambre de commande détermine la sensibilité de la vanne à pointeau lors de son ouverture. Si le volume de la chambre de commande est trop grand, le pointeau ne peut pas couper rapidement l'alimentation en carburant à la fin de l'injection de carburant, ce qui entraîne une mauvaise atomisation du carburant à un stade ultérieur. Le volume de la chambre de commande est trop petit pour fournir une course efficace suffisante à la vanne à pointeau, augmentant ainsi la résistance à l'écoulement pendant le processus d'injection. Par conséquent, le volume de la chambre de commande doit également être raisonnablement choisi en fonction du volume maximum d'injection de carburant du modèle.
De plus, la pression minimale d'injection de carburant de l'injecteur de carburant dépend du débit de l'orifice de retour de carburant et de l'orifice de volume de carburant d'admission ainsi que de la surface d'extrémité du piston de commande. Après avoir déterminé les dimensions structurelles du trou d'entrée de carburant, du trou de retour de carburant et de la chambre de commande, le processus d'injection de carburant stable et le plus court pour que la soupape à pointeau de l'injecteur de carburant soit complètement ouverte est déterminé, et en même temps, le volume d'injection de carburant minimum stable de l'injecteur de carburant est déterminé. La réduction du volume de la chambre de commande peut accélérer la vitesse de réponse du pointeau et minimiser l'impact de la température du carburant sur le volume d'injection de carburant de la buse.
Cependant, le volume de la salle de contrôle ne peut être réduit sans limite. Il doit être capable d'assurer la levée du pointeau de l'injecteur de carburant pour ouvrir complètement le pointeau. Les deux trous de commande déterminent la pression dynamique dans la chambre de commande, qui à son tour détermine la loi de mouvement de la vanne à pointeau. En ajustant soigneusement les coefficients de débit de ces deux trous, une loi d'injection de carburant idéale peut être produite.
En raison de la pression d'injection extrêmement élevée du système d'injection à rampe commune haute-pression, la section transversale-des trous de buse de ses injecteurs de carburant est très petite. Par exemple, le diamètre du trou de buse des injecteurs de carburant de la société BOSCH est de 0,169 mm × 6. Avec un si petit diamètre de trou de buse et une pression d'injection aussi élevée, le débit de carburant est dans un état extrêmement instable, l'angle du cône de pulvérisation du faisceau de carburant devient plus grand et l'atomisation du carburant est meilleure. Cependant, la distance de pénétration a diminué. Par conséquent, l'intensité du vortex de l'air d'admission du moteur diesel d'origine et la forme de la structure de la chambre de combustion doivent être modifiées pour garantir le meilleur processus de combustion.
Pour l'électrovanne de l'injecteur de carburant, étant donné que le système à rampe commune exige qu'elle ait une vitesse d'ouverture suffisante, et étant donné que la pré-injection est une méthode d'injection importante pour améliorer les performances des moteurs diesel, le temps de réponse de l'électrovanne de commande doit être encore plus raccourci.
4. Conduite d'huile haute-pression
Le tuyau de carburant haute-pression est le canal reliant le tuyau à rampe commune et l'injecteur de carburant à commande électronique. Il doit avoir un débit de carburant suffisant pour réduire la chute de pression pendant l'écoulement du carburant et minimiser les fluctuations de pression dans le système de canalisations à haute pression-. Il doit être capable de résister à l'impact du carburant à haute -pression et la pression dans la rampe commune doit être établie rapidement lors du démarrage. Les longueurs des tuyaux de carburant haute -pression dans chaque cylindre doivent être aussi égales que possible pour garantir que chaque injecteur du moteur diesel a la même pression d'injection de carburant, réduisant ainsi l'écart du volume d'injection de carburant entre les cylindres du moteur. À Shenzhen, les conduites d'huile haute-pression doivent être aussi courtes que possible pour minimiser la perte de pression de la rampe commune vers l'injecteur de carburant. Le diamètre extérieur du tuyau d'huile haute-pression de la société BOSCH est de 6 mm et le diamètre intérieur est de 2,4 mm. Le diamètre extérieur du tuyau d'huile haute-pression de la société Denso du Japon est de 8 mm et le diamètre intérieur est de 3 mm.
La haute pression dans la cavité à rampe commune est directement utilisée pour l'injection, éliminant ainsi le besoin d'un mécanisme de surpression au sein de l'injecteur de carburant. De plus, la cavité à rampe commune est sous haute pression continue et le couple d'entraînement requis par la pompe à huile haute-pression est beaucoup plus faible que celui de la pompe à huile traditionnelle.
Grâce à l'électrovanne de régulation de pression de la pompe à huile haute-pression, la pression d'huile dans la cavité à rampe commune peut être ajustée de manière flexible en fonction des conditions de charge du moteur ainsi que des exigences d'économie et d'émissions, en optimisant notamment les performances à faible-régime du moteur.
Le calage de l'injection, le volume d'injection de carburant et le taux d'injection sont contrôlés par l'électrovanne de l'injecteur de carburant. Le volume d'injection de carburant de la pré-injection et de la post-injection dans différentes conditions de travail ainsi que l'intervalle avec l'injection principale peuvent également être ajustés de manière flexible.
Le système à rampe commune haute-se compose de cinq parties, à savoir la pompe à huile haute-pression, la cavité à rampe commune et le tuyau d'huile haute-pression, l'injecteur de carburant, l'unité de commande électrique, divers capteurs et actionneurs. La pompe d'alimentation en carburant pompe le carburant du réservoir de carburant vers l'entrée de carburant de la pompe à carburant haute -pression. La pompe à carburant haute-pression entraînée par le moteur met le carburant sous pression et l'envoie dans la cavité de la rampe commune. Ensuite, l'électrovanne contrôle les injecteurs de carburant de chaque cylindre pour pulvériser du carburant au moment correspondant.
La pré-injection fait référence au processus d'injection d'une petite quantité de carburant dans le cylindre avant l'injection principale, où un pré-mélange ou une combustion partielle se produit dans le cylindre, raccourcissant ainsi la période de retard d'allumage de l'injection principale. De cette façon, le taux d'augmentation de la pression dans les cylindres et la pression maximale diminueront, ce qui rendra le fonctionnement du moteur plus modéré. Dans le même temps, la réduction de la température des cylindres entraîne une diminution des émissions de NOx. La pré-injection peut également réduire le risque de ratés d'allumage et améliorer les performances de démarrage à froid des systèmes à rampe commune haute-pression.
La réduction du débit d'injection au stade initial de l'injection principale peut également diminuer la quantité d'huile injectée dans le cylindre pendant la période de retard à l'allumage. L'augmentation du taux d'injection au milieu de l'injection principale peut raccourcir le temps d'injection, réduisant ainsi la période de combustion lente-, permettant ainsi à la combustion de s'achever dans la plage d'angle de vilebrequin plus efficace du moteur, améliorant ainsi la puissance de sortie, réduisant la consommation de carburant et réduisant les émissions de suie. Une coupure rapide du carburant-à la fin de l'injection principale peut réduire la combustion incomplète du carburant, réduire les émissions de fumée et d'hydrocarbures.
Lecture approfondie :
Le système diesel à rampe commune est développé depuis trois générations et présente un fort potentiel technique. La pompe haute pression à rampe commune-de première génération-était toujours maintenue à la pression la plus élevée, ce qui entraînait un gaspillage d'énergie et une température de carburant très élevée. La deuxième génération peut ajuster la pression de sortie en fonction des exigences du moteur et dispose à la fois de fonctions de pré-injection et de post-injection. La pré-injection réduit le bruit du moteur : une petite quantité de carburant est injectée dans le cylindre pour un allumage par compression dans un délai d'un millionième de seconde avant l'injection principale, préchauffant ainsi la chambre de combustion. Le cylindre préchauffé facilite l'allumage par compression après l'injection principale. La pression et la température à l’intérieur du cylindre n’augmentent plus brusquement, ce qui favorise la réduction du bruit de combustion. Pendant le processus d'expansion, une post-injection se produit, générant une combustion secondaire, qui augmente la température à l'intérieur du cylindre de 200 à 250 degrés Celsius et réduit les hydrocarbures présents dans les gaz d'échappement.
En raison de son fort potentiel technique, les constructeurs se tournent aujourd'hui vers la troisième génération de systèmes à rampe commune - le système à rampe commune piézo-électrique. Les actionneurs piézoélectriques ont remplacé les électrovannes, permettant ainsi un contrôle d'injection plus précis. Sans le tuyau de retour d'huile, la structure est plus simple. La pression peut être réglée de manière flexible de 200 à 2000 bars. Le volume minimum d'injection peut être contrôlé à 0,5 mm³, réduisant ainsi les émissions de fumée et de NOX.
Le contrôle électronique fait référence au système d’injection de carburant contrôlé par un ordinateur. L'ECU (communément appelé ordinateur) contrôle avec précision le volume d'injection de carburant et le timing de chaque injecteur de carburant, ce qui permet d'obtenir le meilleur équilibre entre l'économie de carburant et les performances de puissance du moteur diesel. En revanche, les moteurs diesel traditionnels sont contrôlés mécaniquement et la précision du contrôle ne peut être garantie. « Haute pression » fait référence à la pression du système d'injection de carburant qui est trois fois supérieure à celle des moteurs diesel traditionnels, atteignant jusqu'à 200 MPa (alors que la pression d'injection de carburant des moteurs diesel traditionnels est comprise entre 60 et 70 MPa). La haute pression assure une meilleure atomisation et une combustion complète, améliorant ainsi les performances de puissance et réalisant finalement des économies de carburant.
La rampe commune fournit du carburant à chaque injecteur simultanément via un tuyau d'alimentation en carburant commun. Le volume d'injection de carburant est calculé avec précision par l'ECU, et la même masse et la même pression de carburant sont fournies à chaque injecteur en même temps, ce qui rend le moteur plus fluide et optimise ainsi les performances globales du moteur diesel. En revanche, dans les moteurs diesel traditionnels, chaque cylindre injecte du carburant indépendamment, avec un volume et une pression d'injection de carburant incohérents, ce qui entraîne un fonctionnement irrégulier, une combustion instable, un bruit élevé et une consommation de carburant élevée.
De nos jours, les moteurs diesel fabriqués dans le pays, qui sont équipés d'une technologie à rampe commune haute pression-à commande électronique de pointe à l'échelle internationale, ont adopté les dernières technologies de base des moteurs diesel d'Europe et d'Amérique et sont nettement supérieurs aux moteurs diesel turbocompressés traditionnels. Il a un rendement de combustion 8 % plus élevé, des émissions de dioxyde de carbone 10 % inférieures et une réduction du bruit de 15 % par rapport aux moteurs diesel turbocompressés traditionnels, changeant complètement l'image des moteurs diesel dans l'esprit des gens comme étant bruyants et émettant de la fumée noire.