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:

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

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.

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.

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