Принцип работы common rail: особенности и преимущества

В описании практически любого современного автомобиля, оснащенного дизельной силовой установкой, можно увидеть информацию, что в двигателе используется система впрыска Common Rail.

Причем встречается она на любой технике, использующей этот вид топлива, от легковых автомобилей до карьерных и сельскохозяйственных машин.

Но далеко не все знают, в чем особенность этой системы, благодаря чему она получила такое широкое распространение и какие у нее достоинства и отрицательные качества.

Система впрыска Common Rail сейчас считается самой передовой технологией обеспечения подачи дизтоплива в дизельных силовых установках.

Появилась она сравнительно недавно, первый автомобиль, оснащенный этой системой, выпустили в 1997 году. Но при этом Common Rail стремительно набрал популярность и практически все дизельные установки им сейчас оснащаются.

Помимо указанного названия, имеется еще одно – аккумуляторная топливная система.

Особенность системы, ее составные части

Если в целом посмотреть на устройство Common Rail, то можно обнаружить очень сильное сходство с инжекторными бензиновыми системами питания, особенно непосредственного впрыска. По сути, конструкторы просто позаимствовали все положительные качества, которыми обладает инжектор, и перенесли их на дизельную установку, но с учетом особенностей работы этого типа мотора.

Отличие дизельного двигателя от бензинового

Особенность этой системы, по отношению к классической механической, заключена в предварительном аккумулировании давления топлива перед подачей его в цилиндры. Отсюда и название – аккумуляторная топливная система.

Как и ранее на дизельных моторах, система питания делится на два контура – низкого и высокого давления. Дополнительно в конструкцию Common Rail добавили электронную часть, осуществляющей контроль и управление исполнительной частью.

Контур низкого давления

Эта составляющая конструктивно практически не изменилась. В его состав входят:

  • бак,
  • фильтрующие элементы (грубой и тонкой очистки);
  • насос подкачки топлива;
  • топливные трубопроводы.

Принцип работы common rail: особенности и преимущества

Контур низкого давления

Дополнительно в этот контур включены еще некоторые детали – охладитель и подогреватель топлива, а также отсекатель. Об этих составных частях – ниже.

Контур высокого давления

А вот этот контур конструктивно значительно изменился, поскольку в него добавились новые составные элементы. Устройство этой части включает в себя:

  • ТНВД;
  • магистраль высокого давления;
  • центральный магистральный трубопровод (рампа);
  • форсунки;
  • датчик и клапан регулировки давления.

Принцип работы common rail: особенности и преимущества

Контур высокого давления

Суть этой конструкции заключена в том, что насос высокого давления качает топливо не к каждой форсунке по отдельности, как это было в механической системе, а закачивает его в магистральный трубопровод (рампу). А уже из нее оно подается на форсунки.

Использование в конструкции рампы позволяет поддерживать давление дизтоплива перед подачей в требуемом значении, при этом обороты мотора не оказывают на него никакого влияния. Это свою очередь оказывает положительное влияние на процесс подачи топлива при разных режимах функционирования мотора.

Основными рабочими элементами в этом контуре, как и раннее, являются ТНВД и форсунки.

Насос имеет механический привод, а количество плунжерных пар, создающих давление, может варьироваться от 1 до 3. Примечательно, что в таком насосе, поскольку нет надобности качать для каждой форсунки, на некоторых режимах плунжерные пары могут отключаться.

А вот форсунки конструктивно изменились. В Common Rail применяются электрогидравлические форсунки, оснащенные электромагнитными или пьезоэлектрическими клапанами управления. Применение их позволило обеспечить многократный впрыск, повышающий эффективность работы силовой установки.

Электронная составляющая

Что касается электронной части, то она практически полностью идентична используемой на инжекторных моторах. То есть, состоит она из электронного блока управления и ряда датчиков:

  • давления в магистральном трубопроводе;
  • скорости вращения коленвала;
  • положения акселератора (педали газа);
  • расхода воздуха;
  • лямбда-зонда;
  • температуры дизтоплива и воздуха.

На некоторых моторах применяется еще ряд других датчиков. Назначение электронной части идентично бензиновому мотору. Датчики передают информацию о работе систем и механизмов силовой установки и ряд других параметров. Поступающие данные блок сравнивает с табличными, занесенными в память, и на основе этого подает импульс на срабатывание форсунок.

Принцип действия

Теперь о том, как работает Common Rail. Первый контур особо рассматривать нечего. В его задачу входит очистка и подача топлива к ТНВД. Единственное, что можно отметить, так это то, что топливоподкачивающий насос может быть механическим, интегрированным в ТНВД, или же электрическим, установленным отдельно в топливную магистраль.

Принцип работы ТНВД тоже остался прежним. Имеющиеся в конструкции плунжерные пары при работе сжимают дизтопливо, из-за этого повышается давление, и выталкивают его дальше.

Но если раннее, в классической системе, водитель регулировал количество дизтоплива, которое будет подвергаться сжатию, то в Common Rail такой надобности нет. В ней плунжерные пары работают со определенными порциями топлива, которые не изменяются.

Единственное, на создаваемое насосом давление может повлиять блок управления, при надобности отключив плунжерную пару.

Из ТНВД дизтопливо, уже сжатое, по магистрали подается в рампу. За счет установленных на этой рампе датчика и клапана регулировки осуществляется аккумуляция (наращивание) давления до требуемых значений.

Происходит это так: насос, независимо от работы силовой установки постоянно качает топливо, за счет этого давление в магистральном трубопроводе постоянно возрастает. При этом значение давления постоянно контролируется ЭБУ благодаря датчику.

Подержание его в требуемом диапазоне для того или иного режима работы силовой установки осуществляется клапаном регулировки.

Если давление возрастает выше нормы, электронный блок подает сигнал на открытие этого клапана и часть топлива по сливной магистрали сбрасывается в бак, тем самым и производится регулировка.

Помимо аккумуляции давления, рампа выполняет еще одну функцию – сглаживает «толчки» дизтоплива, закачиваемого насосом и устраняет колебания давления при его падении при впрыске.

Топливо сливается не напрямую, а проходит через охладитель, поскольку при сжатии оно достаточно сильно разогревается. Что касается подогревателя, то он включен в первый контур и обеспечивает нагрев дизтоплива для повышения его текучести при сниженных температурах окружающей среды. В задачу же отсекателя входит прекращение подачи дизтоплива на ТНВД в случае возникновения нарушения в системе.

Топливная рампа посредством магистралей соединена с всеми форсунками. А далее уже при надобности происходит открытие той или иной форсунки для впрыскивания порции дизтоплива в камеру сгорания.

Особенности работы форсунок

Но форсунки в системе впрыска Common Rail функционируют не так, как на механической схеме. Если раннее их открытие осуществлялось за счет превышения определенного значения давления, то здесь этим процессом полностью управляет ЭБУ.

Принцип работы common rail: особенности и преимущества

Электрогидравлическая форсунка

Принцип работы электрогидравлических форсунок следует рассмотреть несколько подробнее. Открытие для подачи топлива осуществляется все так же – за счет давления, но сам принцип работы несколько иной.

Суть такова: на запорной игле распылителя сделан ободок, который играет роль поршня. Топливо под давлением подается и под этот поршень, и над ним. За счет равности давления и усилия пружины игла прижата к седлу и распылитель закрыт.

Пространство над иглой объединено каналом с магистралью слива. Но в этом канале размещается электромагнитный или пьезоэлектрический клапан, который перекрывает его.

Срабатывание форсунки делается за счет подаваемого электрического сигнала с блока. Он, поступая на клапан, приводит к его открытию, при этом канал отпирается и топливо из пространства над иглой уходит в сливную магистраль.

В результате появляется разница давления и дизтопливо, находящееся под иглой, преодолевая усилие пружинки, приподнимает ее, открывая отверстия распылителя – происходит впрыск.

Как только сигнал с ЭБУ пропадет, давление сразу же выровняется, и форсунка закрывается.

Подача топлива

Уже упоминалось, что система впрыска Common Rail использует многократную подачу дизтоплива в цилиндр за один рабочий цикл мотора. Всего применяется три вида впрыска – предварительный, основной и дополнительный.

Предварительный впрыск «подготавливает» среду. Небольшое количество топлива, впрыснутое чуть раньше, приводит к возрастанию давления и температуры в камере сгорания. В дальнейшем это обеспечивает легкое и плавное воспламенение основной части горючей смеси. Благодаря этому впрыску шумность работы дизельной силовой установки снижается.

При основном впрыске в камеру сгорания подается рабочая порция дизтоплива, которая и обеспечивает работу силовой установки.

Дополнительный впрыск происходит уже на цикле рабочего хода, после того, как смесь сгорела. В задачу этого впрыска входит увеличение температуры отработанных газов, обеспечивая сгорание частиц сажи в сажевом фильтре. Тем самым повышается экологичность выхлопа.

Принцип работы common rail: особенности и преимущества

График впрыска топлива

Интересно, что ЭБУ может регулировать многократный впрыск, подстраивая подачу под определенные условия работы силовой установки.

К примеру, на холостом ходу предварительных впрысков топлива может быть два, чтобы обеспечить более лучшие условия для сгорания основной порции дизтоплива.

При средней же нагрузке предварительно топливо подается только раз, а при максимальной подготовка уже не требуется.

Как видно, водитель на процесс работы системы Common Rail практически не влияет. Даже нажимая на педаль акселератора, он просто подает сигнал на ЭБУ, который затем обработается и учтется при формировании импульса на открытие форсунок. Вся работа системы питания полностью контролируется и регулируется электронной частью.

Достоинства и недостатки

Несмотря на то, что эта система питания дизеля, сравнительно «молодая», но уже существует несколько ее поколений. Причем разница между ними сводится лишь к давлению впрыска.

Ведь чем оно выше, тем лучше наполняемость цилиндра за единицу времени (форсунка сможет больше впрыснуть), а это в свою очередь – больший выход мощности.

Так, у первого поколения Common Rail рабочее давление составляло 1350 Бар, а у четвертого – уже 2200 Бар.

Принцип работы common rail: особенности и преимущества

Система впрыска Audi 3-го поколения

Широкое распространение эта система питания получила благодаря ряду преимуществ перед классической:

  1. Высокая точность дозировки топлива. Электронный блок полностью контролирует параметры работы силовой установки и мгновенно реагирует на изменение режима работы, подстраивая под него подачу топлива. Тем самым достигается еще большая экономичность двигателя при лучшем выходе мощности.
  2. Давление в системе поддерживается в строго заданных параметрах, что обеспечивает нормальное наполнение цилиндров независимо от скорости вращения коленчатого вала и режима работы (особенно это важно на холостом ходу, и при малых оборотах).
  3. В этой системе не требуется подстраивать работу ТНВД под рабочие циклы, его задача – лишь нагнетать в рампу топливо, а за всем остальным следит ЭБУ. К тому же ТНВД конструктивно проще, поэтому легче поддается ремонту.
  4. Возможность использования многократного впрыска. Многоразовая подача топлива за один рабочий цикл обеспечивает оптимизацию процессов сгорания в камере сгорания, что снижает шумность работы мотора и повышает его экологичность.

Благодаря таким преимуществам эта система питания и стала столь востребованной, тем более, что она полностью вписывается в нормы экологичности Евро-4.

Но и без недостатков не обошлось. Они у этой системы такие:

  • Более сложная конструкция форсунок сказывается на ресурсе их работы;
  • Система в случае разгерметизации контура высокого давления полностью перестает функционировать. Если раннее зависание одной из форсунок в открытом положении становилось причиной перебоев, но сам двигатель продолжал работать, то в Common Rail при заклинивании клапана управления сработает отсекатель и мотор прекратит работать;
  • Система питания Common Rail более требовательна к чистоте топлива.
Читайте также:  Рено сандеро в новом кузове - бюджетный городской автомобиль

Пока система Common Rail считается самой лучшей для использования на дизельных двигателях, и альтернатива ей вряд ли скоро появиться.

Источник: http://autoleek.ru/sistemy-dvigatelja/sistema-vpryska/sistema-vpryska-common-rail.html

Топливная система Common Rail: устройство и принцип работы

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.

Принцип работы common rail: особенности и преимущества

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:

  1. Расход горючего снижается на 15%, при этом мощность силового агрегата увеличивается на 40%.
  2. Снижение уровня шума и вибраций несмотря на то, что крутящий момент увеличился.
  3. Значительное снижение выхлопа, соответствие экологическому стандарту Евро-4.
  4. Давление для подачи горючего не зависит от скорости вращения коленвала. Благодаря этому удалось добиться стабилизации горения на холостом ходу и малых оборотах.
  5. Топливо подаётся несколькими порциями за цикл, что обеспечивает его полное сгорание.
  6. По сравнению с классической системой, конструкция «коммон рэйл» проще, а её ремонтопригодность — выше.

Однако существуют и недостатки:

  1. Если сравнивать с классическим агрегатом подачи горючего, форсунки имеют более сложную конструкцию и требуют более частой замены.
  2. Высокое требование к качеству топлива, что особенно актуально в российских реалиях.
  3. Если нарушена герметизация хотя бы одного элемента, вся система перестаёт работать.

Принцип действия Common Rail

Принцип работы common rail: особенности и преимущества

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.

Принцип работы common rail: особенности и преимущества

ТНВД

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:

  1. Разделение цикловой подачи на такты.
  2. 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.

Принцип работы common rail: особенности и преимущества

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

Источник: https://dizelmaster.ru/stati/ustrojstvo-i-princip-raboty-toplivnoj-sistemy-common-rail

Особенности устройства и преимущества топливной системы Common Rail

Топливная система Common Rail применяется исключительно в дизельных двигателях и считается наиболее прогрессивной на текущий момент.

В сравнении с другими системами она обеспечивает более экономичный расход топлива, повышает экологическую безопасность автомобиля, отличается низким уровнем шума, но главное — создает более высокое давление подачи в камеру сгорания.

О том, как устроена система впрыска Common Rail (Коммон Рейл) и каковы принципы ее работы, пойдет речь далее.

Что такое топливная система Common Rail

Дословно термин Common Rail переводится на русский как общая магистраль.

Главной конструктивной особенностью этой системы является наличие топливной рампы, в которой происходит аккумуляция топлива до его дальнейшей подачи в форсунки дизельного двигателя.

В силу этой особенности подобные системы также называют аккумуляторными. Впервые система была представлена компанией Bosch в 1996 году.

Принцип работы common rail: особенности и преимуществаУстройство топливной системы Common Rail

Конструктивно система Коммон Рейл делится на контуры низкого и высокого давления и состоит из следующих элементов:

  • Подкачивающий топливный насос. Он подает дизельное топливо из бака в напорную магистраль.
  • Топливный фильтр, оснащенный клапаном для предварительного прогрева при низких температурах.
  • Вспомогательный топливный насос. Выполняет перекачку топлива от нагнетательной магистрали.
  • Сетчатый фильтр.
  • Температурный датчик. Фиксирует уровень прогрева топлива в системе.
  • ТНВД (топливный насос высокого давления) — чаще всего применяется насос распределительного типа.
  • Дозирующий клапан. Он регулирует количество топлива, попадающего в рампу.
  • Регулятор давления дизтоплива. Необходим для поддержания заданных показателей давления топлива в магистрали высокого давления.
  • Топливная рампа или аккумулятор. Фактически представляет собой трубку, по длине которой расположены штуцеры крепления форсунок.
  • Датчик давления. Расположен в магистрали высокого давления. Он фиксирует и передает соответствующие данные ЭБУ (электронный блок управления) двигателя.
  • Редукционный, или перепускной клапан. Позволяет поддерживать показатель давления в обратной магистрали на уровне 1 МПа, что обеспечивает правильную работу форсунок.
  • Топливные форсунки. Бывают двух типов: электрогидравлические или пьезоэлектрические. Первые управляются электромагнитным клапаном, а вторые оснащены пьезокристаллами, что позволяет существенно повысить скорость их работы.
Читайте также:  Принцип работы вариаторной коробки передач

Более 70% всех производимых сегодня дизельных двигателей оснащается топливными системами Common Rail.

Особенности и принцип работы

Принцип работы топливной системы этого типа основан на разделении процессов создания высокого давления и непосредственно впрыска дизеля. Из топливного бака горючее закачивается в систему насосом низкого давления.

При этом оно проходит через фильтры, где очищается от примесей и различных загрязнений. По контуру низкого давления дизтопливо поступает в ТНВД, который имеет механический привод. Он, в свою очередь, выполняет закачку топлива в рампу, где оно аккумулируется до момента впрыска.

Это позволяет постоянно поддерживать нужный уровень давления, независимо от текущего режима работы двигателя.

  Виды, устройство и принцип работы топливных форсунок

Получая данные от датчиков системы, ЭБУ двигателя определяет, какое количество топлива необходимо подать ТНВД на топливную рампу. После этого открывается клапан дозирования горючего, которое поступает в аккумулятор. Топливо при этом находится под заданным уровнем давления, поддерживаемым регулятором.

Принцип работы common rail: особенности и преимуществаСхема форсунки системы коммон рейл в разрезе

Как только необходимый объем дизеля закачивается в рампу, ЭБУ посылает команду на открытие форсунок, соответствующих циклу работы двигателя. В течение одного цикла работы такой системы осуществляется многократный впрыск, состоящий из трех этапов:

  • Предварительный — необходим для повышения температуры и сжатия в камере сгорания, что позволяет ускорить процесс самовоспламенения. На холостом ходу может выполняться два предварительных впрыска, при увеличении оборотов — один, а на полной мощности предварительного впрыска нет.
  • Основной — непосредственно обеспечивающий работу мотора.
  • Дополнительный — необходим для увеличения температуры нагрева отработавших газов, что обеспечивает сгорание сажи и уменьшение объема вредных выбросов в атмосферу.

В современных дизельных двигателях может выполняться от 7 до 9 фаз впрыска.

Достоинства и недостатки системы Common rail

Изначально уровень давления, создаваемый на топливной рампе, составлял 140 МПа. Начиная с четвертого поколения, система позволила достигать показателей до 220 МПа. Такой прогресс позволил добиться увеличения объема топлива, впрыскиваемого в цилиндры мотора за один цикл, а следовательно, повысить мощность дизельных автомобилей.

Аккумуляторные топливные системы используют целый комплекс датчиков, позволяющих учитывать:

  • давление в магистральном трубопроводе;
  • скорость вращения коленчатого вала;
  • расход воздуха, положение педали газа;
  • температуру топлива и воздуха;
  • данные лямбда-зонда.

Сигналы, поступающие от этих датчиков, дают возможность ЭБУ максимально оптимизировать работу дизельного двигателя. В сравнении с системами ТНВД с насос-форсунками, ремонтопригодность Common Rail выше в силу более простого устройства.

Среди недостатков системы Коммон Рейл — необходимость использования топлива более высокого качества. Поскольку в таких двигателях используются конструктивно сложные форсунки, их ресурс ниже. Также очень важно обеспечение полной герметичности. Так, например, при поломке форсунки, ее клапан будет постоянно находиться в открытом положении, и топливная система перестанет работать.

Появление топливной системы Common Rail стало настоящим прорывом в производстве дизельных двигателей. Она обеспечила возможность применения для дизелей всех классов высоких экологических стандартов, активно внедряемых в развитых странах.

(2

Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/toplivnaya-sistema/common-rail.html

Система впрыска Common Rail: устройство, особенности, принцип работы

Система впрыска Common Rail является прогрессивной системой впрыска, которая применяется в большинстве современных дизельных двигателей. Данная система предусматривает разделение всех процессов при подаче и впрыске топлива. Система данного типа была разработана ведущими специалистами компании Bosch.

Использование подобной системы позволяет в значительной степени снизить расход дизтоплива, уменьшить токсичность и шумность дизелей. Именно поэтому к существенным преимуществам системы Common Rail можно отнести широкий диапазон утанавливаемого давления при подаче топлива на различных рабочих режимах двигателя, а также контроль над моментом впрыска.

Устройство системы Common Rail

Система впрыска данного типа является двухконтурной, в состав которой входят:

  • контур ВД (высокого давления), оснащенный топливным насосом высокого давления (ТНВД); форсунки, дозирующий клапан, контрольный клапан (регулятор давления), рампа и аккумулятор;
  • контур НД (низкого давления) с топливным электронасосом; компенсационный бачок, фильтр, насос шестеренного типа

Из топливного бака с помощью насоса низкого давления топливная смесь проходит через фильтр и компенсационный бачок и попадает в ТНВД. Далее топливный насос перекачивает дизтопливо в аккумулятор под высоким давлением. Из аккумулятора топливо поступает в форсунки, а в дальнейшем распрыскивается в камеру сгорания.

Топливный насос

ТНВД используется для подачи топлива в топливную рампу под высоким давлением до 1600 бар.

Форсунки

Основным назначением форсунок является подача ТС в камеру сгорания через впускные клапаны. Форсунки соединяются с рампой при помощи топливных подводов. В подобной системе используется два вида форсунок – пьезофорсунки и электрогидравлические форсунки.

Дозирующий клапан

Клапан данного типа предназначен для замера нужного объема дизтоплива, поступающего в топливный насос.

Контрольный клапан

Такой клапан используется для контроля над давлением топлива, которое создается в топливной системе при различных рабочих режимах двигателя. Клапан располагается на рампе.

Рампа

Рампа выполняет несколько функций – накапливает дизтопливо под высоким давлением, а также выравнивает любые скачки давления, которые появляются во время распределения топлива по форсункам.

Блок управления

Все рабочие процессы, которые происходят в топливной системе дизельных двигателей,  контролируются блоком управления. Сама же система управления состоит из блока управления, датчиков и механизмов исполнения.

В системе Common Rail, впрочем, как и в любой другой топливной системе предусмотрены стандартные входные датчики для определения количества оборотов двигателя, температурного режима поступающего воздуха, давления топливной смеси, уровня кислорода, температуры жидкости-хладагента, положения педали акселератора и др.

К механизмам исполнения можно отнести форсунки, клапан дозирования ТС и контрольный клапан.

Принцип работы системы Common Rail

В данной системе впрыска предусмотрена многократная подача топлива на протяжении одного рабочего цикла ДВС. Итак, подача топлива в Common Rail включает в себя три этапа впрыска – предварительный, основной и дополнительный.

На этапе предварительного впрыска топливо подается в небольшом количестве с целью повышения температуры и давления внутри камеры. Это позволяет ускорить воспламенение топливной смеси, снизить уровень шума и токсичности двигателя.

Количество предварительных впрысков зависит от рабочих режимов двигателя:

  • для работы двигателя вхолостую допускается два предварительных впрыска;
  • для работы двигателя на высоких оборотах допускается только один предварительный впрыск;
  • для работы двигателя на полной мощности предварительный впрыск исключен.
  • Основная подача топлива обеспечивает прохождение всех основных рабочих циклов двигателя.
  • Дополнительный впрыск необходим только для увеличения температуры выхлопных газов и удаления микрочастиц сажи в предназначенном для этого фильтре.
  • Система постоянно совершенствуется, и основным параметром, который успешно удалось изменить, является уровень рабочего давления подачи топлива.

Если еще в 1999 году максимальное давление для подачи топлива составляло 140 МПа, то в 2009 году оно достигло уровня в 220 МПа. Здесь все просто, чем выше уровень давления, тем больше объем топлива подается в систему, а, значит, выше мощность ДВС.

Рис.: Audi.com

Источник: https://autodromo.ru/articles/sistema-vpryska-common-rail-ustroystvo-osobennosti-princip-raboty

Правда о COMMON RAIL: устройство, принцип работы, эксплуатация, достоинства и недостатки, ремонт и обслуживание

Появление на дорогах нашей страны дизельных автомобилей, оснащенных системой впрыска топлива Common Rail (в первую очередь Mercedes, Alfa Romeo и Fiat, а теперь уже и относительно доступных по цене Peugeot, Citroen и Ford), породило и целый ряд насущных вопросов. А именно: надежность, особенности эксплуатации, обслуживания и ремонта этой мудреной системы впрыска. Да и вообще, покупать или не покупать? Но самостоятельно разобраться в ходящих среди автолюбителей мифах и «страшилках», правде и домыслах о «великом и ужасном» Common Rail бывает ой как непросто… Что ж, попробуем рассказать об устройстве, особенностях эксплуатации и возможных проблемах системы Common Rail вместе со специалистами СТО «Common Rail Service» ООО «Белтехнодизель».

Немного истории — Первый прототип системы Common Rail (CR) был разработан в конце 60-х годов прошлого века швейцарским инженером Робертом Хубером. Однако, как и многим изобретениям, опередившим свое время, будущей системе впрыска предстояло «пролежать на полке» долгие 30 лет.

Лишь только в середине 90-х годов доктора Шохей Ито и Масахико Мияки, работавшие в японской корпорации DENSO, смогли разработать CR для дизелей коммерческого автотранспорта. Работоспособная версия системы получила обозначение ECD-U2 и была использована на двигателях грузовиков HINO Rising Ranger. В 1995 году технология была продана другим производителям.

Однако именно DENSO вошла в историю как пионер адаптации Common Rail к нуждам автомобилестроения. Примерно в то же время работы по разработке новой системы впрыска для дизелей легковых автомобилей велись общими усилиями компаний Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat и Elasis.

После того как инженеры концерна Fiat разработали дизайн и общую концепцию системы, новая разработка была продана немецкой компании Robert Bosch GmbH для дальнейшей доводки и запуска в массовое производство.

Как показало время, этот шаг стал стратегической ошибкой концерна Fiat, поскольку новая технология впрыска дизельного топлива доказала не только свою жизнеспособность, но и преимущество над другими системами (лучшие экологические данные по выхлопу, меньший шум), вследствие чего получила широкое распространение на современных дизельных моторах.

Однако флагман итальянского автомобилестроения в то время находился в весьма удручающем финансовом положении и не имел собственных ресурсов для самостоятельного завершения разработок и последующего создания массового продукта. Тем не менее впервые в легковом автомобилестроении система Common Rail была применена в 1997 году на дизеле 1.9 JTD итальянского Alfa Romeo 156 (а затем и на 2.4 JTD) и лишь в апреле 1998-го появилась на Mercedes-Benz C 200 CDI.

Как это работает Основным отличием системы CR от других систем впрыска является то, что процессы создания высокого давления топлива и его впрыска в цилиндр разделены. Это позволяет более гибко регулировать давление, количество и момент впрыска. Также преимуществом данной системы является быстродействие и точность подачи топлива.

Само же английское словосочетание Common Rail обозначает единую трубку-аккумулятор (топливную рампу или, как говорят, рейку), откуда топливо с одинаковым высоким давлением распределяется по всем цилиндрам. Подобная топливная рейка имеется и на давно привычных нам бензиновых инжекторных двигателях с электронным управлением распределенным впрыском.

Однако обо всем по порядку…

Топливо из бака подается погружным электрическим топливоподкачивающим насосом (на системах СP1) или вакуумным механическим топливоподкачивающим насосом (приводимым непосредственно самим двигателем) через фильтр к ТНВД, задачей которого (совместно с регуляторами давления топлива) является только создание и поддержание необходимого давления топлива. От ТНВД топливо под высоким давлением подается в вышеупомянутый аккумулятор-рампу (Rail), из которого по коротким топливопроводам равной длины поступает к форсункам (инжекторам). Форсунки имеют электромагнитный или пьезоэлектрический (на системах CP4) управляющий клапан. Момент и продолжительность открытия клапана определяют параметры впрыска. Давление в топливной системе (200-2000 бар) регулируется регулятором давления топлива. Топливо, не использованное системой и ею же нагретое, в зависимости от своей температуры или отправляется обратно в бак через охладитель, или подается на вход топливного фильтра (если есть топливный термостат).

Читайте также:  Обзор раздаточной коробки хендай терракан

Правильно питаться — это важно По аналогии с тем, что «театр начинается с вешалки», разговор на такую сложную тему, как особенности эксплуатации системы впрыска Common Rail, нужно начинать с обсуждения простого на первый взгляд, но весьма важного вопроса — топливо и системы его очистки.

Несмотря на то что данная тема не раз обсуждалась на страницах специализированных автомобильных изданий, все равно находится огромное число любителей сэкономить на стоимости топливного фильтра и сроках его замены! Сразу оговоримся, что в наших условиях эксплуатации рекомендованный интервал замены топливного фильтра — 8 тысяч километров пробега, превышать его не стоит.

Не нужно также заниматься самоуспокоением и думать, что фильтр хорошего качества спасет от всех бед.

Увы, дешевую солярку «из-под трактора» он не остановит, ведь его функция — очищать, а не модифицировать топливо! Сэкономленные на качестве топливного фильтра 10$ не стоят форсунок, отказавших из-за «смерти» прецизионных деталей, а также регулятора давления в топливной рейке и ТНВД! Если говорить о конкретных фирмах-производителях, то, судя по опыту нашей СТО «Common Rail Service», лучше всего за время длительной эксплуатации зарекомендовали себя фильтры марок Bosch и Delphi, неплохим качеством обладает и продукция Knecht/Mahle Group. И если комплектующие Delphi относительно редко встречаются в продаже и несколько дороже аналогов других фирм, то фильтрующие элементы производства компании Robert Bosch GmbH весьма широко представлены на рынке автозапчастей РБ и достаточно доступны по цене. Так, их стоимость находится в диапазоне 38-68 тысяч рублей в зависимости от конкретной модели автомобиля. Выделяется из этого ряда только топливный фильтр для автомобилей Renault, оснащенных двигателями 1.9 dCi с системой впрыска Common Rail первого поколения (СР1), — в данном случае его стоимость достигает 120 тысяч рублей. Объясняется это тем, что если на большинстве машин топливный фильтр представляет собой бумажную вставку-картридж, то у данного мотора это достаточно замысловатое устройство, имеющее собственный корпус и пять патрубков, подключение к которым топливопроводов требует определенных знаний и навыков… Как ни странно это звучит, иногда банальная замена фильтра-вставки требует некоторого умения. Например, на ставшем «народным» Citroen Xantia (впрочем, как и на многих дизельных машинах концерна PSA с HDI Bosch) картридж фильтра топлива направленный, то есть вставлять его необходимо точно в паз, протерев и продув при замене корпус самого фильтра. Вследствие неквалифицированной замены фильтрующего элемента неочищенное топливо в обход его попадает внутрь системы питания дизеля HDI, тем самым вызывая загрязнение прецизионной «сетки» регулятора давления топлива (РВД). Симптом болезни — при выключении зажигания двигатель еще несколько секунд работает. Чтобы справиться с этой проблемой, «народные умельцы» «скусывают» сетку-микрофильтр на конце регулятора высокого давления, что приводит к его ускоренному выходу из строя (уже после 5-15 тысяч км пробега). Или же, не устранив первопричину, регулятор меняют, но все повторяется! Известны случаи, когда по совету «мастеров на все руки» владелец трижды менял РВД и только потом, отчаявшись, обращался на специализированную СТО! А между тем стоимость РВД в интернет-магазине нашей СТО — 370 тысяч рублей.

Весьма внимательно к замене топливного фильтра нужно относиться и владельцам таких престижных автомобилей, как Audi A8 3.3 TDI, Mercedes-Benz S-klasse 4.0 CDI, BMW 740 D.

Если хозяину такого авто «повезло» и он выездил бак насухо или получил «завоздушивание» ТНВД в результате неквалифицированной замены топливного фильтра, то далеко не каждая сервисная станция поможет в решении данной проблемы…

Лить или не лить? Пожалуй, самый больной и актуальный вопрос для наших «дизелистов» — качество и тип применяемого дизельного топлива. Поэтому сразу оговоримся, что подходящим для дизелей с системой впрыска Common Rail является топливо, удовлетворяющее стандарту EN 590.

Применение биодизельного топлива без комментариев — уж сколько копий было сломано в жарких спорах по этому вопросу на разных интернет-форумах. Лить или не лить — каждый решает сам. Но надо помнить, что биодизельное топливо очень гигроскопично.

А увеличившаяся влажность топлива приводит к повышенному износу компонентов системы впрыска…

В качестве пищи для размышления хотелось бы привести содержание официальных телеграмм Robert Bosch GmbH, получаемых нами вместе с обновлениями Bosch Diagnostics Software.

Использование биодизеля «С точки зрения химии биодизель представляет собой сложный метиловый эфир кислоты жирного ряда (FAME). Ответственность за применение биодизеля несет исключительно производитель автомобиля. Компания Robert Bosch GmbH не дает разрешения на использование чистого биодизеля.

Компания Robert Bosch GmbH допускает добавление максимум 5% биодизеля согласно стандарту EN 14214 по дизельному топливу согласно стандарту EN 590. Смесь также должна соответствовать стандарту EN 590. Используемое в Европе биодизельное топливо должно соответствовать стандарту EN 14214.

Вследствие сниженной устойчивости биодизеля к старению (в сравнении с традиционным дизельным топливом ископаемого происхождения) длительные простои автомобиля критичны. Особенно при неблагоприятных условиях эксплуатации и неблагоприятных внешних воздействиях биодизельное топливо в автомобиле подвержено быстрому старению.

При использовании биодизеля недостаточной устойчивости к старению эффективная защита компонентов системы впрыска топлива невозможна.

Возможные последствия при использовании биодизеля с недостаточной устойчивостью к старению: — засорение топливного фильтра; — скопления и осмоления в компонентах системы впрыска дизельного топлива; — коррозия.

Вследствие осадков ход компонента ТНВД «исполнительный механизм количества» затрудняется, что приводит к неконтролируемым процессам регулирования, проявляющимся в эксцентричном ходе двигателя и сбоях в режимах работы».

Не менее серьезные требования предъявляются и к воздушному фильтру. Следует помнить, что это не только первичная преграда пыли и грязи для впускного тракта двигателя, но и защитник расходомера (датчика массового расхода воздуха).

А если проворонить сроки замены воздушного фильтра или «попить» воды на автомобилях с низким расположением воздухозаборника при быстром проезде через лужи (фильтр размокает, рвется и начинает пропускать пыль), то «расплачиваться» придется уже расходомером воздуха (100-200$ в зависимости от модели) и, возможно, самим ДВС..

«Экономная» экономика Система впрыска Common Rail вообще не терпит экономии на расходных материалах, а также пренебрежения регламентными работами. Иллюстрацией этого служит простой пример — установка форсунок впрыска на старые уплотнения (медные шайбы). Причина, как правило, банальная лень или переходящая все границы жадность.

Похожая ситуация — использование новых шайб, однако неквалифицированная их установка (на неподготовленную поверхность, а ведь грязь с форсунки сыплется в ее посадочное отверстие, вызывая неплотное прилегание шайбы к форсунке или шайбы к плоскости отверстия). Из-за использования старых шайб также возникает неплотное прилегание.

В обоих случаях из отверстия форсунок начинают выходить выхлопные газы и несгоревшие тяжелые углеводороды — клиент приезжает на СТО с жалобой, что у него из-под форсунки «лезет битум»… Скорее всего, это признак уже крепко «укоревшей» в ГБЦ форсунки, так как к этому моменту ее колодец весь будет заполнен битумными массами.

Стоимость работ по бережному выкручиванию одной форсунки может легко превысить 50$. В запущенных ситуациях нередки их разламывания при попытке выкручивания. Спасти ГБЦ в этом случае может только высверливание форсунки на координатном станке. А потому не надо ждать, когда запах сгорающих коксовых отложений на форсунках достигнет салона.

Надо взять себе за правило и периодически контролировать работу двигателя (слушать на предмет «подсекания» газов) со снятыми защитными кожухами. Достаточно распространенной проблемой вышеописанная ситуация становится на турбодизелях CDI автомобилей Mercedes.

Поэтому, например, скандинавские таксисты — владельцы таких автомобилей взяли за правило с периодичностью раз в 10 тысяч километров пробега снимать форсунки и менять огнеупорные медные шайбы и болты крепления форсунок. Поступать так рекомендуют и многие СТО в нашей стране…

Однако коксование посадочных отверстий форсунок не самое страшное последствие использования старых огнеупорных шайб. Мало кто знает, что они выполняют функцию отвода избытка тепла от распылителя форсунки и, изнашиваясь, теряют свою эффективность. Поэтому если шайба прогорела, то практически со стопроцентной уверенностью можно сказать, что и сам распылитель уже «синий» от перегрева.

А его стоимость — 40-80$. Кстати, «здоровье» распылителей напрямую зависит и от состояния турбоагрегата, а также от качества применяемого моторного масла. При чем тут одно к другому? Дело в том, что все двигатели с CR оборудованы турбинами.

А принцип работы подшипников скольжения турбины — жидкостное трение, когда масло под давлением образует слой, по которому скользит вращающийся с огромной скоростью ротор турбоагрегата. Это и обуславливает высокие требования к качеству моторного масла. Поэтому оговоримся, что льем только «синтетику». Не соответствующее допускам масло не обеспечит должной защиты турбины и приведет к ее преждевременному износу. А когда турбоагрегат пойдет вразнос и двигатель начнет работать на парах моторного масла, то с вероятностью 60 процентов можно предположить, что уже «сгорели» и распылители.

Несколько слов хотелось бы сказать и любителям мыть двигатель до первозданного состояния.

Не надо забывать, что современные турбодизели с электронными системами управления впрыском — это не «безмозглые» дизельные агрегаты конца 80-х годов прошлого века и из-за обилия электронных компонентов и электрических разъемов «купаться» вовсе не любят! А посему после мойки двигателя, если к таковой все же пришлось прибегнуть, очень важно тщательно обдуть сжатым воздухом все электрические разъемы, а также места установки форсунок для предотвращения скапливания воды, приводящей к их «укореванию»…

Автопроизводитель Обозначение дизелей с системой впрыска Common Rail
BMW D-двигатели
Chrysler/Dodge/Jeep CRD
Daimler CDI
Fiat/Alfa Romeo/Lancia JTD
Ford of Europe TDCi
GM: Opel/Vauxhall CDTi (DTi для Isuzu)
GM: Daewoo/Chevrolet VCDi
Honda i-CTDi
Hyundai и KIA CRDi
Mazda MZR-CD
Mitsubishi DI-D
Nissan и Renault dCi
PSA (Peugeot/Citroen) HDI или HDi
SsangYong XDi (двигатели собираются по лицензии Daimler AG)
Suzuki DDiS (совместная разработка Fiat и GM)
Toyota D-4D
Volkswagen/Audi/Skoda/SEAT Традиционное TDI
Volvo D5

Слушал и записывал Егор АЛЕСИН, фото СТО «Common Rail Service».

Возможные проблемы и неисправности систем впрыска Common Rail конкретных автомобилей будут рассмотрены во второй части материала. Продолжение следует…

Источник: https://www.abw.by/novosti/experience/170316

Ссылка на основную публикацию