Топливная система Common Rail - что это такое?

Современное экологическое положение создаёт ужесточённые правила для владельцев автотранспорта. Большое количество выхлопных газов пагубно влияет на нашу атмосферу, поэтому всё чаще в машинах используется система Common Rail, принцип работы, достоинства и недостатки будут рассмотрены в этой статье.

Общие сведения о системе Common Rail

Система впрыска Common Rail (Common Rail в переводе с английского- «общий путь», «общая рампа») является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Впрочем, аналог такой системы применяется и в бензиновых двигателях с принудительным впрыском топлива, т. е. инжекторных двигателях. Разработчиками системы Common Rail являются специалисты известной немецкой фирмы Bosch. На серийных автомобилях с применением электронного управления такие системы появились в 1997 году. В настоящее время работы по применению систем Common Rail ведутся практически во всех фирмах-производителях топливной аппаратуры (Bosch, Lucas, Siemens, L’Orange) [2].

Основное принципиальное отличие системы Common Rail от классической системы питания заключается в том, что топливо к форсункам подается не непосредственно от ТНВД, а от общего накопителя – топливной рампы. Топливная рампа (аккумулятор топлива) представляет собой толстостенный цилиндрический сосуд, способный выдерживать высокое давление, развиваемое ТНВД. В рампе поддерживается постоянное давление топлива с помощью ТНВД и регулятора давления, и каждая форсунка соединена топливопроводом с рампой. В нужный момент блок управления формирует управляющий сигнал на электромагнитный (или пьезоэлектрический) клапан форсунки, форсунка открывается и топливо впрыскивается в цилиндр. Таким образом, главной отличительной особенностью системы Common Rail является разделение процессов создания давления и впрыска топлива, что позволяет получить ряд преимуществ в работе[1].

Применение данной системы позволяет снизить расход топлива, токсичность отработавших газов, уровень шума дизеля, а также значительно улучшить его динамические характеристики. По сравнению с обычным дизелем система Common Rail позволяет снизить расход топлива до 40% при уменьшении токсичности отработавших газов и снижении шумности при работе на 10 %. Главным преимуществом системы Common Rail является возможность управления подачей топлива посредством компьютера (электронного блока управления), что позволяет осуществлять широкий диапазон регулирования давления, количества и момента начала впрыска топлива [5].

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы классического дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail включает топливный насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регулятор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу и форсунки. Все элементы объединяют топливопроводы.

Управление работой системы впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая объединяет датчики, блок управления двигателем и исполнительные механизмы систем двигателя [7]. Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются форсунки, клапан дозирования топлива, а также регулятор давления топлива [2].

Принцип действия системы впрыска Common Rail

Принцип работы системы питания Common Rail достаточно прост, и попытки ее применения известны достаточно давно – более полувека назад. Тем не менее, максимального эффекта от использования такой системы питания удается получить лишь с помощью компьютерного управления работой двигателя, поэтому широкое распространение подобные системы получили лишь недавно [1].

Рассмотрим подробнее работу системы Common Rail (рис. 1).

Рисунок 1 – Принципиальная схема системы втрыска Common Rail 1-топливный бак; 2-топливоподкачивающий насос; 3-фильтр с влагоотделителем; 4-топливный насос высокого давления (ТНВД); 5-гидроаккумулятор (рампа); 6-форсунки; 7- топливопроводы слива (обратный слив); 8-электронный блок управления (ЭБУ).

Из бака 1 с помощью топливоподкачивающего насоса 2 топливо прокачивается через фильтр с влагоотделителем 3 и подается в радиально-плунжерный насос высокого давления 4, который с помощью эксцентрикового вала приводит в движение три плунжера. Топливный насос высокого давления напрямую связан с распределительным валом и подает порцию топлива в рампу 5 при каждом обороте, а не так как в обычном двигателе один раз за два оборота. От ТНВД топливо под большим давлением (135 Мпа) поступает в гидроаккумулятор (рампу) 5, откуда под высоким давлением поступает на электро- или пьезогидравлические форсунки 6, управляемые компьютером 8. Излишки топлива от форсунок и ТНВД сливаются в топливный бак через топливопроводы слива (обратный слив) 7 [1].

В нужный момент блок управления дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска [3]. Начало впрыска и количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя через форсунки, зависит от начала и продолжительности сигнала электронного блока управления , формируемого на основании информации от датчиков. Этот сигнал зависит от нескольких параметров, в первую очередь - от режима работы двигателя. Система управления дизелем включает датчики оборотов двигателя, положения коленчатого вала (датчик Холла), положения педали акселератора, расходомер воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления воздуха, температуры воздуха, давления топлива, кислородный датчик (лямбда-зонд) и некоторые другие. Давление в системе регулируется по сигналу блока управления с помощью регулятора. На холостом ходу оно минимальное, что снижает шум работы форсунок и ТНВД, а при разгоне максимальное для обеспечения лучшей приемистости [7].

Достоинства и недостатки системы Common Rail

Как уже отмечалось выше, использование в дизелях системы питания Common Rail вместо классической системы питания дает ощутимый прирост мощности, экологичности и экономичности двигателю. Уменьшение расхода топлива, выброса вредных веществ, шума, наряду с повышением динамических показателей достигается возможностью компьютерного управления всеми процессами впрыска, что невозможно осуществить в традиционных системах питания, даже самых сложных и совершенных [4].

К существенным недостаткам системы Common Rail следует отнести сложность обслуживания, требующего от технического персонала высокой квалификации и необходимость применения специального оборудования для тестирования работы системы, повышенные требования к чистоте и качеству дизельного топлива, использование в системе большого числа разного рода датчиков, активаторов и иных элементов управления, относительно высокая стоимость деталей и запасных частей системы [6].

Следует отметить, что система питания Common Rail подвергает моторное масло значительным тепловым нагрузкам. Из-за более интенсивного горения верхняя часть (головка) поршней нагревается гораздо сильнее, чем у классического дизельного двигателя. Если головка поршня у классического дизеля непосредственного впрыска нагревается до 320-350 °C, при работе с системой питания Common Rail - свыше 400 °С. В результате моторное масло выгорает и окисляется значительно интенсивнее. По этой причине в смазочной системе дизелей с впрыском типа Common Rail необходимо использовать синтетические или полусинтетические моторные масла [5].

Выводы

Система подачи дизельного топлива Common Rail на сегодняшний день считается одной из наиболее надежных, применяемых в силовых агрегатах современных автомобилей и тракторов. Однако ее долговечность и качество эксплуатационных параметров зависит от соблюдения правил эксплуатации и своевременного выполнения регламента технического обслуживания.