В 1936 году на одном из парижских авиашоу был продемонстрирован дизельный двигатель L.Coatalen. Уникальность мотора заключалась в том, что вспрыскивание топливной смеси в цилиндры производилось не гидроспособом, а методом открытия дросселя форсунки с применением гидравлического аккумулятора. Нагнетание горючего в него происходило автономным от системы ТНВД способом. Это и был первообраз Common Rail. Его создатели на несколько десятилетий опередили свое время.
Что такое Common Rail?
Это система подачи топливной смеси, используемая в дизелях. Инжекция горючего происходит под повышенным давлением при помощи мощного насоса. Рабочее давление доходит до 300 МПа. Эта характеристика зависит от режима работы мотора. Впрыск горючего в цилиндры происходит при помощи гидравлических форсунок, которыми управляет электроника. За цикл может произойти вспрыскивание 9 порций горючего. Частота вспрыскиваний зависит от типа силового агрегата и конструкции форсунок.
Отличительная особенность Комон Рэйл – независимость процедуры вспрыскивания топлива от угла прокручивания коленвала и от режима работы силового агрегата. Достигается значительное давление впрыска в частичном режиме. Сейчас это важно ввиду повышенных требований экологического плана.
Как работает система Коммон Рейл
Принцип работы Common Rail такой: электронасос подает топливную смесь к ТНВД. Подача совершается под давлением 2,6-7 бар, и давление продолжает нагнетаться. Оно может достичь и 600 бар, если прокручивать двигатель стартером. А запуск мотора приведет к нагнетанию давления до 1500-2000 бар.
В рейке давление все время поддерживается на нужном уровне. Управляет уровнем специальный датчик. Излишки топливной смеси поступают в магистраль возвратного слива. Регулирующее устройство размещают как в корпусе ТНВД, так и в топливной рейке. В рейке может находиться дроссель быстрого сброса топлива, способный предотвратить образование трещин на стенках при возникновении нештатной ситуации.
На некоторых системах стоят температурные датчики для более точной работы. Иногда встречается отдельная форсунка, которая нужна для увеличения дозировки топливной смеси и прожигания отложений в сажевом фильтре. Есть системы, где прожиг сажевых отложений в фильтре осуществляется путем изменения подаваемой в цилиндры дизеля топливной массы или корректировки момента впрыска при помощи ЭБУ.
Устройство
Система Common Rail состоит из следующих компонентов:
- Насос для подкачивания топливной смеси. Производит подачу топливной смеси в трубопровод.
- Топливный и сетчатый фильтрующие механизмы. В конструкции первого предусмотрен клапан промежуточного нагрева. При пониженной температуре воздуха он препятствует засорению фильтра кристаллизированными частицами. Сетчатый фильтр защищает ТНВД от проникновения инородных частиц.
- Датчики температуры и давления. Первый служит для измерения настоящей температуры топливной смеси, а второй — для измерения давления в магистрали.
- ТНВД. Обеспечивает давление, при котором работает система впрыска.
- Дозировочный топливный и редукционный клапаны. Дозировочный клапан регулирует подачу горючего в топливную рампу, а топливный меняет магистральное давление.
- Регулятор давления горючего и форсунки.
Чем отличается от ТНВД
Основное отличие в том, что подача горючего производится от одной топливной рампы ко всем форсункам сразу. Нужно регулировать цикл подачи в зависимости от пропускной способности отдельной форсунки. Это требует настройки ЭБУ после смены форсунок.
Одно из главных преимуществ Commonrail – возможность поддерживать давление независимо от скорости оборотов коленвала. Давление всегда поддерживается на высоком уровне – это дает важность корректировать сгорание при работе мотора с неполной нагрузкой.
При использовании аккумуляторной системы инжекции горючего начало и окончание процесса полностью контролируются ЭБУ. Можно производить точную дозировку топливной смеси либо во время цикла осуществлять подачу горючего порционно – что важно для его полного выгорания. Механизм очень надёжен — при этом он гораздо проще, чем ТНВД, ремонтировать его легче.
Однако конструкция форсунок здесь более замысловатая, и менять их приходится чаще. Если одна из форсунок выйдет из строя, вся система утратит работоспособность. Поэтому Коммон Рейл важно использовать только с качественным горючим.
Типы впрыска
Всего есть 3 типа впрыска:
- Предварительный. Производится перед главным для повышения температурного режима в камере сгорания. Позволяет снизить шум при работе силового агрегата. Частота предварительного впрыска зависит от режима работы мотора. Например, на холостых оборотах он осуществляется 2 раза, на повышенных — 1 раз, а при полноценной нагрузке не производится вообще.
- Основной. Обеспечивает работу силового агрегата.
- Добавочный. Необходим для понижения токсичности выхлопа. Электронной системе приходит сигнал с датчика подачи кислорода, далее производится впрыск еще одной дозы горючего. Дожиг оставшихся вредных веществ происходит в сажевом фильтре.
Поколения Common Rail
Первое поколение увидело свет в 1999 году. Агрегаты выдавали давление 145 МПа. Через пару лет появилось еще одно поколение с давлением в 160 МПа. В 2005 году вышла третья серия устройств подачи топливной смеси. А сегодня есть уже и четвертое поколение с форсунками, работающими под давлением 220 МПа.
Заключение
У Common Rail очень большой потенциал. Горючее становится всё дороже, и экономичность двигателя выходит на первый план. Не так давно компания Bosch выпустила стомиллионный силовой агрегат со впрыском Commonrail для дизелей и легковых машин. Компания планирует дальше модернизировать систему и выпускать новые ее версии, которые будут отвечать возрастающим требованиям автолюбителей.
Что это такое?
Если открыть автомобильный англо-русский словарь, то термин «коммон рейл» можно перевести как «общая магистраль». Она характеризуется впрыском топлива в цилиндр под высоким атмосферным давлением, благодаря чему снижается расход топлива на 15 процентов, а мощность двигателя вырастает на 40 процентов.
Это не все достоинства. Отмечается уменьшение шума при работе двигателя, притом, что крутящий момент дизеля увеличен. Благодаря своему преимуществу, система впрыска Common Rail приобрела широкую популярность, и каждый второй современный автомобиль с дизельным двигателем оснащен этой системой.
Принцип работы
Принцип работы основан на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы. Давление в топливной системе создается и поддерживается независимо ни от частоты вращения коленвала двигателя, ни от количества впрыскиваемого топлива. Сами форсунки впрыскивают топливо по команде контроллера блока EDC, посредством встроенных в них магнитных соленоидов, активация которых, происходит с блока управления.
Устройство. Из чего состоит?
Контур высокого давления состоит из насоса (заменяющего традиционный ТНВД) с контрольным клапаном, аккумуляторного узла (рампы) с датчиком, контролирующим в ней давление, форсунок и соединительных трубопроводов. Рампа представляет собой длинную трубу с поперечно расположенными штуцерами для подсоединения форсунок и выполнен двухслойным.
Электронный блок управления получает электрические сигналы от следующих датчиков: положения коленвала, положения распредвала, перемещения педали «газа», давления наддува, температуры воздуха, температуры охлаждающей жидкости, массового расхода воздуха и давления топлива. ЭБУ на основе полученных сигналов вычисляет необходимое количество подаваемого топлива, дает команду на начало впрыска, определяет продолжительность открытия форсунки, корректирует параметры впрыска и управляет работой всей системы.
В контуре высокого давления насос подает топливо в аккумуляторный узел, где оно находится при максимальном давлении 135 Мпа с помощью контрольного клапана. Если контрольный клапан насоса высокого давления открывается по команде ЭБУ, топливо от насоса по сливному трубопроводу поступает в топливный бак. Каждая форсунка соединяется с рампой отдельным трубопроводом, а внутри форсунки имеется управляющий соленоид (электромагнитный клапан).
При получении электрического сигнала от ЭБУ, форсунка начинает впрыскивать топливо в соответствующий цилиндр. Впрыск топлива продолжается, пока электромагнитный клапан форсунки не отключится по команде блока управления, который определяет момент начала впрыска и количество топлива, получая данные от датчиков и анализируя полученные значения по специальной программе, заложенной в памяти компьютера.
Кроме того, блок производит постоянный контроль работоспособности системы. Поскольку в рампе топливо находится при постоянном и высоком давлении, это дает возможность впрыска небольших и точно отмеренных порций топлива. Появилась возможность впрыска предварительной порции топлива перед основной, что дает возможность значительно улучшить процесс сгорания.
Из-за жёстких экологических требований в Европе в первую очередь страдают автомобилисты, которые ездят на машинах с дизельным движком. Чтобы снизить расход топлива и, соответственно, уменьшить выброс отработанных газов в атмосферу, автоконцерны начали устанавливать системы Common Rail на свои авто. В результате удалось добиться соответствия экологическому стандарту Евро-4, увеличить мощность двигателя и снизить расход топлива.
Особенности системы
Принцип работы системы Common Rail логичнее всего будет сравнивать с системой распределительного типа, которая использовалась на старых машинах. При распределительном типе форсунки открываются только при достижении определённого давления и единоразово подают точно отмеренную топливным насосом порцию топлива. Что касается «Коммон Рэйл», то в этом случае дизель на все форсунки подаётся от общего аккумулятора.
Задача ТНВД (топливный насос высокого давления) — нагнетать горючее под высоким (до 300 МПа) давлением на топливную раму, в то время как ЭБУ (электронный блок управления) мотора контролирует впрыск. Объём поданного горючего, время впрыска, количество впрысков за цикл — всё это регулируется временем и моментом открытия форсунок.
Преимущества и недостатки
Стоит отметить, что в 2008 году такая система устанавливалась только на 24% автомобилей, а к 2016 году их количество возросло до 83%. Такая большая популярность объясняется положительными характеристиками системы:
- Расход горючего снижается на 15%, при этом мощность силового агрегата увеличивается на 40%.
- Снижение уровня шума и вибраций несмотря на то, что крутящий момент увеличился.
- Значительное снижение выхлопа, соответствие экологическому стандарту Евро-4.
- Давление для подачи горючего не зависит от скорости вращения коленвала. Благодаря этому удалось добиться стабилизации горения на холостом ходу и малых оборотах.
- Топливо подаётся несколькими порциями за цикл, что обеспечивает его полное сгорание.
- По сравнению с классической системой, конструкция «коммон рэйл» проще, а её ремонтопригодность — выше.
Однако существуют и недостатки:
- Если сравнивать с классическим агрегатом подачи горючего, форсунки имеют более сложную конструкцию и требуют более частой замены.
- Высокое требование к качеству топлива, что особенно актуально в российских реалиях.
- Если нарушена герметизация хотя бы одного элемента, вся система перестаёт работать.
Принцип действия Common Rail
Конструкция включает в себя следующие компоненты:
- ТНВД;
- топливный фильтр;
- топливоподкачивающий насос;
- клапан дозировки;
- регулятор давления (контрольный клапан);
- датчик давлений топлива в рампе;
- аккумулятор высокого давления (топливная рейка);
- инжекторы.
Принцип действия агрегата в следующем. Насос низкого давления подаёт горючие под невысоким давлением (2,6-7 бар) к насосу высокого давления (ТНВД), где осуществляется нагнетание давления — при прокрутке мотора оно достигает 500-600 бар. После того, как запущен силовой агрегат, давление увеличивается до 1300-2000 бар.
Датчик давления поддерживает оптимальные значения для впрыска, а регулятор возвращает излишки дизеля в магистраль обратного слива. Сам регулятор находится или в корпусе ТНВД, или в топливной рейке. Также в рейке может быть установлен клапан экстренного сброса горючего — он защитит агрегат от разрыва при возникновении ЧП. Датчик температуры, который имеется на многих топливных рамах, позволяет более точно контролировать работу устройства.
Существует вариант системы с отдельной форсункой — она применяется для повышения дозировки горючего и прожига сажевого фильтра. В других системах работа мотора в режиме прожига контролируется изменением ЭБУ количества нагнетаемого дизеля и изменением момента впрыска.
Типы форсунок
Принцип топливной системы common rail подразумевает использование одного из двух видов форсунок.
Электрогидравлические. Электромагнитные форсунки классического типа. После того, как напряжение пошло на электромагнитный клапан, происходит поднятие иглы распылителя и подача горючего. Главные плюсы конструкции — высокая степень надёжности и ремонтопригодности.
Пьезоэлектрические. Когда напряжение подаётся на пьезокристалл, он моментально расширяется. По сравнению с предыдущим вариантом, игла поднимается в три-четыре раза быстрее. Увеличение быстродействия форсунки даёт большее количество впрысков за цикл, а также позволяет точнее определить объём подаваемого горючего. К минусам относят сложность конструкции, из-за чего такая форсунка имеет меньший срок службы и её сложно отремонтировать.
Основная доля рынка по производству топливных насосов высокого давления принадлежит компании Bosch, которая и является основным разработчиком системы Common Rail. Существует пять генераций ТНВД Bosch, которые применяют систему «Коммон Рэйл».
СР1. Трехплунжерный насос с подкачивающей секцией, которая находится на баке. Отсутствует клапан дозировки горючего, эту роль выполняет регулятор давления (установлен на рейке). В большинстве случаев используются электромагнитные форсунки.
СР1Н. Модернизированный вариант СР1. Подкачивающий насос заменён механической подкачивающей секцией, которая установлена в корпусе насоса. Отличительная черта — в наличии клапана регулятора объёма горючего, которое нагнетается в рейку. СР1Н способен нагнетать давление до 1600-1800 бар. Также эффективность увеличивается за счёт принудительного отключения одного из плунжеров в случае, когда не требуется большой объём топлива.
СР2. Устанавливается только на тяжёлый коммерческий автотранспорт.
СР3. Отличительная характеристика в том, что объём подаваемого горючего регулируется не в контуре ВД, а на подходе к плунжерам. Используется механическая подкачивающая секция. Электронасосы хоть и применяются, но крайне редко. Устанавливаются только пьезоэлектрические форсунки CRI 3.
СР4. Существует две модификации такого ТНВД. 4.1 с одним плунжером (давление 1800 бар) и 4.2 с двумя плунжерами (давление 2000 бар). Оба варианта оснащаются регуляторами давления и механическим отсеком низкого давления на пять бар. В основном используются пьезофорсунки, хотя есть модели с электрогидравликой.
Управление
Используя информацию от датчика положения педали газа, электронный блок управления настраивает уровень крутящего момента. Также принимаются во внимание все остальные датчики, включая датчики температуры топлива в рампе и наддува. Вся эта информация помогает ЭБУ рассчитать фактическую нагрузку на двигатель и определить, когда именно нужно дать сигнал форсунке, а также какой объём топлива за цикл должно быть подано в цилиндры.
Секрет эффективности Common Rail
Существует два главных фактора, которые обеспечивают высокую эффективность системы, это:
- Разделение цикловой подачи на такты.
- Впрыск горючего под высоким давлением.
В классических системах топливо подавалось большими порциями при низком давлении, которое редко превышало 700-800 бар. В результате дизель полностью не сгорал, что снижало эффективность двигателя. При использовании циклов, удалось поделить горючее на мелкодисперсные частицы — они активнее обогащаются кислородом и лучше сгорают. Благодаря такому принципу работы дизельного двигателя удалось повысить мощность силового агрегата без вмешательства в его конструкцию.
Цикловая подача горючего означает, что оно подаётся не одной большой порцией, а несколькими маленькими (от двух до семи). Можно выделить:
- предварительный впрыск — увеличивает температуру камеры сгорания и подготавливает её для основной подачи горючего;
- основной впрыск;
- дополнительный впрыск — применяется для прожига сажевого фильтра.
Помимо экономии топлива получилось добиться уменьшения шума работы движка и снижения вибраций.
Причины и признаки поломки Common Rail
Стоит знать основные симптомы, которые говорят о неисправности системы:
- после долгой стоянки заметно ухудшение пуска мотора;
- мощность силового агрегата упала, что особенно заметно при большой нагрузке или попытке достичь максимальной скорости;
- увеличился шум работы двигателя;
- нехарактерные вибрации движка;
- нехарактерный цвет выхлопа (черный или белый).
Основная причина неисправностей — низкое качество топлива. Обычно выходят из строя форсунки, ТНВД или насосы топливной подкачки.
- неисправность форсунок — мотор глохнет даже при наборе скорости;
- выход из строя датчиков или инжекторов ТНВД;
- загрязнение насоса высокого давления;
- подъём форсунки;
- разгерметизация насоса или его поломка.
Недостаточно знать, как работает данная топливная система — для определения неисправности потребуется провести тщательную диагностику. Исследуется не только механическая часть устройства, но и электронная. Не рекомендуется самостоятельно пытаться отремонтировать «Коммон Рэйл» — без должных навыков и диагностического оборудования можно только навредить, после чего потребуется уже не косметический ремонт, а полная замена.
Оптимальным решением будет обратиться в специализированную автомастерскую «Дизель-Мастер» в Санкт-Петербурге. В нашем распоряжении есть всё необходимое для качественного ремонта Common Rail — штат опытных мастеров, современное оборудование и запас оригинальных запчастей. Обращайтесь! Предложим оптимальное и недорогое решение вашей проблемы. 8 (800) 350-34-48 (бесплатно по России), 8 (921) 932-25-54
