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 схемами 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 она была представлена компанией Bosch в 1996 году.
Конструктивно система Коммон Рейл делится на контуры низкого и высокого давления и состоит из следующих элементов:
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.
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.
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:
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:
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.
Common Rail – что это?
Популярность дизельных двигателей объясняется сочетанием экономичности и высокого КПД. Одной из причин впечатляющих эксплуатационных характеристик стала разработка системы впрыска Common Rail, которая совершенно заслуженно входит в число наиболее прогрессивных и передовых технологий подачи топлива в силовую установку. Сегодня ею оборудованы практически все дизельные ДВС, которые используются на транспортных средствах различного вида, начиная с автомобилей и заканчивая мощными сельскохозяйственными или дорожно-строительными машинами.
Определение
Common Rail представляет собой систему впрыска топлива для дизельного двигателя. Главной отличительной особенностью выступает общая магистраль или рампа, расположенная между ТНВД и форсунками. Именно она и дала название устройству, так как common rail переводится в английского как «общий путь» или «общая магистраль». Такая конструкция позволяет подавать дизтопливо под давлением, увеличивая общую эффективность работы двигателя.
Датой появления системы считается 1996 год, когда разработка компании Bosch была впервые установлена на серийный автомобиль. Популярность двигателей, оснащенных Common Rail, объясняется способностью достигать требуемой мощности при низком потреблении дизельного топлива. По стандартным оценкам использование системы уменьшает расход солярки на 15% при одновременном увеличении мощности двигателя на 40%.
Дополнительным и в современных условиях весьма важным достоинством рассматриваемой конструкции подачи топлива выступает соответствие современных экологическим стандартам. Заметное уменьшение токсичности выхлопных газов и низкий уровень издаваемое в процессе эксплуатации шума – вот еще две не менее серьезные причины востребованности и широкого распространения дизельных двигателей с использованием Common Rail.
Конструктивные особенности
Устройство Common Rail в значительной степени напоминает систему подачи топлива в инжекторных бензиновых двигателях. Перед впрыском дизельного топлива в цилиндры происходит аккумулирование давления, в результате чего такую конструкцию нередко называют аккумуляторной топливной системой.
Конструкция Common Rail предусматривает три основных элемента: стандартные для любого дизельного двигателя контуры высокого и низкого давления, а также дополняющий их электронный блок контроля и управления. Контур низкого давления практически не отличается от обычных системы и состоит из стандартного набора частей, включающего:
Основные отличия Common Rail от обычного дизельного двигателя заключаются в устройстве контура высокого давления, состоящего из таких элементов:
Важное значение для эффективной эксплуатации рассматриваемой системы имеет работа электронного блока управления или ЭБУ. Он включает в себя несколько датчиков, в автоматическом режиме передающих сигналы о следующих параметрах и характеристиках двигателя:
Анализ полученных данных производится ЭБУ также в автоматическом режиме, результатом чего становятся определение требуемого количества топлива, времени открытия форсунки и других рабочих параметров системы. После этого подается команда на начало впрыска и цикл повторяется по новой.
Принцип действия Коммон Рейл
Описанное выше устройство Common Rail обеспечивает простую и при этом эффективную работу двигателя. Сначала подкачивающий насос, входящий в контур низкого давления, засасывает дизельное топливо из бака. Далее оно очищается, проходя через фильтр, и поступает в контур высокого давления.
Затем горючее перемещается в аккумуляторный узел, где его давление повышается. Максимальное значение этого показателя составляет 135 МПа и контролируется автоматикой. После поступления команды от ЭБУ на впрыск контролирующий клапан открывается и топливо поступает бак через трубопроводы, соединенные с форсунками на рампе. На каждой форсунке устанавливается отдельный электромагнитный клапан или соленоид, управляющий ее работой, что является еще одной важной отличительной особенностью системы.
Наличие в системе ЭБУ позволяет с высоким уровнем точности управлять как параметрами давления топлива, так и количеством сжигаемого горючего. Следствием этого выступает максимальная отдача при сгорании топлива, которая сопровождается уменьшением его расхода при одновременном увеличении КПД дизельного двигателя. В качестве приятного и полезного бонуса происходит сокращение токсичности выхлопа.
Вывод
Популярность и широкое распространение Common Rail объясняется очевидными преимуществами системы перед любыми альтернативными вариантами. Большая часть достоинств уже была озвучена выше, однако, для большей наглядности целесообразно еще раз обратить на них внимание. Итак, наиболее важными плюсами рассматриваемой системы выступают:
Сочетание настолько впечатляющих характеристик выступает лучшим и весьма наглядным объяснением того, что практически все дизельные двигатели оснащаются сегодня Common Rail. Более того, возможности технологии далеко не исчерпаны, что позволяет надеяться на дальнейшее совершенствование системы.
Что надо знать о дизелях Common Rail и когда их нужно бояться? Рассказывает специалист
Давно минули времена, когда некоторые белорусские дилеры опасались продавать на нашем рынке автомобили, оснащенные дизелями Common Rail, а для покупателя известие, что новая или подержанная машина, которую он собрался приобрести, оборудована таким дизелем, не предвещало ничего хорошего. Моторы Common Rail и впрямь перевернули с ног на голову представление о надежности и неприхотливости дизельной техники, готовой, как казалось до этого многим, безотказно ездить на всем, что горит.
По принципу работы Common Rail похож на старые системы питания: подкачивающий насос забирает топливо из бака, подает его к насосу высокого давления (ТНВД), а тот в свою очередь снабжает топливом форсунки, которые в нужные моменты времени распыляют топливо в цилиндры. Что же сделало эту систему гораздо более привередливой к топливу, чем были ее предшественники?
Чтобы выяснить, в чем заключались проблемы дизелей Common Rail и в чем они состоят сегодня, какие неприятные сюрпризы Common Rail преподносил и продолжает преподносить, каковы их причины, что должен знать и делать владелец, чтобы Common Rail прослужил как можно дольше, корреспондент abw.by беседует с Сергеем Поповичем, специалистом по топливным системам дизельного центра ООО «Автотехтрак»:
То же самое происходило и с частными автомобилями. Поясню на примере Ford Mondeo, который сейчас находится у нас в ремонте.
Лет пять, наверное, понадобилось, чтобы люди на своих ошибках поняли, что Common Rail существенно более привередливы к чистоте топлива и не прощают того, что можно было без последствий делать со старыми топливными системами.
Однако если коррозии удастся благополучно избежать, если систему защищает качественный фильтр и он вовремя будет заменен на такой же фильтр, то прослужит Common Rail столько, сколько ему отмерено производителем, и станет неисправным лишь по естественной причине из-за износа при большом пробеге.
Возможны, конечно, случайности. К примеру, мы сталкивались, когда систему выводил из строя кусочек заводского герметика, но это единичный случай.
О массовости можно говорить только в отношении прогорающих уплотнительных шайб под форсунками. Вот это действительно беда. Сажа забивает колодец форсунки, корпус форсунки перегревается, при этом выходит из строя распылитель.
А дальше очень сложное извлечение форсунок, иногда и невозможное. Если владелец услышал свистящий звук, совпадающий с тактами работы двигателя, надо немедленно ехать на сервис, пока дело не зашло далеко.
Но если соблюдать указанные условия и обойдется без случайностей, на легковых автомобилях Common Rail держится без каких-либо проблем 10 лет и даже дольше. А на дизелях для грузовой техники Common Rail рассчитан на еще большие побеги. Видимо, при изготовлении компонентов используются другие материалы. Разница существует даже внутри топливных систем одной и той же марки. Похоже, у производителей есть свои соображения, сколько система питания должна служить на легковых моделях, а сколько на грузовых.
И из особенностей той или иной системы, наличия в ней слабых мест вытекают другие проблемы. Например, если продолжить о системе Delphi на моторе Mondeo, которой мы уже коснулись, то в ней главным пострадавшим от смазки некачественно очищенным топливом является подкачивающий насос. Он находится внутри насоса высокого давления.
Теперь от грязи в топливе страдают уже форсунки. Что стружка, или, вернее, металлическая пудра, в топливе есть, нередко можно увидеть, если заглянуть в бак, куда частички пудры попадают по «обратке».
На дне бака они блестят, как звездочки на ночном небе.
Сами по себе форсунки имеют большой ресурс, но когда в дело вмешивается стружка, которую гонит подкачивающий насос, и частички ржавчины, долго форсунки не выдерживают. От износа нарушается их гидроплотность, а вслед за неисправностью форсунок начинаются проблемы с запуском, неравномерной работой, дымлением.
Наличие в смартфоне или ноутбуке диагностической программы не дает пользователю тех знаний о тонкостях и нюансах, которые свойственны системе в зависимости от ее марки, года выпуска. Диагностика ведь не заключается в считывании ошибок. Коды подразумевают определенную неисправность, но у нее может быть несколько разных источников.
Специалист с помощью диагностического оборудования, которым он располагает помимо компьютера, и собственного опыта найдет конкретную деталь, которая требует замены. И это получится дешевле, чем менять поочередно все подряд.
Когда Bosch эту систему разрабатывал, его инженеры, наверное, даже не предполагали, что через 15 с лишним лет такое с распылителями начнет происходить. И подобную проблему мы теперь наблюдаем на дизелях Mercedes. Было бы полезно, чтобы эта информация дошла до читателей. Им не помешает знать, что покупать не надо, потому что сейчас все чаще к нам приносят с «разборок» такие форсунки для проверки.
Так вот, если правильное обслуживание и эксплуатация системы позволяют избежать преждевременных выходов ее узлов из строя, то диагностика в специализированной мастерской сохранит в кошельке владельца деньги, которые он в противном случае может потратить впустую.
Вердикт ABW.BY
Устройство и принцип работы топливной системы Common Rail
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:
Однако существуют и недостатки:
Принцип действия Common Rail
Конструкция включает в себя следующие компоненты:
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:
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:
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:
Основная причина неисправностей — низкое качество топлива. Обычно выходят из строя форсунки, ТНВД или насосы топливной подкачки.
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
