Топливная система Common Rail описание и принцип работы

Common Rail-что, зачем и почему; АвтоТехДизель

СИСТЕМА ДИЗЕЛЬНОГО ВПРЫСКА COMMON RAIL

Устройство и принцип действия

Система Common Rail – это система впрыска топлива под высоким давлением. Ее называют также аккумуляторной системой впрыска. Понятие «Common Rail» означает дословно «общая рейка» или «общая рампа», под которой подразумевается общий для всех форсунок топливный аккумулятор высокого давления. В этой системе разделены процессы подачи топлива под высоким давлением и процессы впрыска. Необходимая для впрыска подача топлива под высоким давлением производится специальным насосом высокого давления. Топливо накапливается в аккумуляторе высокого давления, из которого оно подводится через короткие трубопроводы к форсункам. К преимуществам системы Common Rail относятся: практически свободный выбор давления впрыскивания для каждого режима работы двигателя, возможность впрыска топлива под высоким давлением при низких частотах вращения вала двигателя и при частичных нагрузках, управляемое начало впрыска с подачей предварительной дозы, отделенной от основной порции топлива.

Устройство

Топливная система состоит из двух контуров: контура низкого давления, включающего электронасос в топливном баке, компенсационный бачок, топливный фильтр и шестеренный насос, и контура высокого давления, включающего насос высокого давления, аккумулятор (Rail), форсунки и предохранительный клапан.

Включенные в контур низкого давления электронасос и шестеренный насос обеспечивают подачу топлива из бака через компенсационный бачок и фильтр к насосу высокого давления. Этот насос подает топливо в аккумулятор (Rail) под высоким давлением, необходимым для впрыска топлива. Из аккумулятора высокого давления топливо поступает к форсункам, через которые оно впрыскивается в камеры сгорания двигателя.

Дизельная форсунка с электронным управлением

Форсунки предназначены для впрыска топлива в камеры сгорания в нужном количестве и в нужный момент. Они управляются блоком управления топливной системой дизеля с непосредственным впрыском. В исходном состоянии форсунка закрыта. Ее электромагнитный клапан при этом обесточен. Якорь электромагнитного клапана прижимается пружиной к его седлу. Игла распылителя форсунки прижимается к ее седлу силой давления топлива, действующего на поршень мультипликатора сверху, и превышающей силу давления, действующую на значительно меньшую площадь иглы снизу.

Впрыск топлива производится по команде блока управления системой впрыска дизеля. При этом на электромагнитный клапан подается напряжение. Как только создаваемое электромагнитом усилие превышает силу затяжки пружины клапана, якорь электромагнита поднимается, открывая выпускной дроссель.

В результате топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель препятствует быстрому уравниванию давлений в топливоподводящем канале и в камере управления. При этом сила давления, действующая на поршень мультипликатора, снижается до уровня, при котором она преодолевается силой давления на иглу распылителя. В результате игла поднимается и начинается впрыск топлива. Впрыск топлива заканчивается, как только блок управления системой впрыска дизеля прекращает подавать напряжение на электромагнитный клапан форсунки. При этом электромагнитный клапан обесточивается. Пружина электромагнитного клапана вновь прижимает его якорь к седлу, перекрывая сливной дроссель. Давление топлива в камере управления повышается до его уровня в аккумуляторе. При этом давление в камере управления равно давлению, действующему на иглу распылителя.

Это означает восстановление равенства давлений топлива в камере управления и в контуре высокого давления. Ввиду большей площади поршня мультипликатора действующая на него сила вызывает посадку иглы распылителя на ее седло. Таким образом процесс впрыска заканчивается, после чего игла распылителя остается неподвижной.

Дизельный топливный насос высокого давления — ТНВД

Дизельный топливный насос высокого давления или сокращённо ТНВД необходим для создания высокого давления дизельного топлива до 1700 бар. На валу насоса высокого давления находится эксцентрик. Вращение эксцентрика преобразуется посредством установленной на нем шайбы в возвратно-поступательное движение плунжеров трех насосных элементов.

При движении плунжера в направлении к валу увеличивается объем надплунжерного пространства и соответственно уменьшается давление в нем. При этом топливо, подаваемое шестеренным насосом под давлением, поступает через впускной клапан в надплунжерное пространство.

С началом движения плунжера от эксцентрикового вала происходит повышение давления топлива в надплунжерном пространстве. В результате тарелка впускного клапана прижимается к его седлу, перекрывая выход топлива из надплунжерного пространства. Дальнейшее перемещение плунжера сопровождается нарастанием давления топлива. При повышении давления в надплунжерном пространстве до его величины в аккумуляторе открывается выпускной клапан, через который топливо поступает в контур высокого давления.

Причины неисправности форсунок Common Rail

Форсунки системы Common Rail относят к наиболее продвинутой системе подачи топлива для дизельных двигателей. Но периодически и им необходимо проводить плановый ремонт. Сбой в работе форсунок может произойти по следующим причинам:

  1. Износ детали. Срок работы форсунки Common Rail примерно 150 000-200 000 км.
  2. Качество топлива. Наличие в нём воды, присадок, а порой и бензина.
  3. Неправильная эксплуатация, замена и ремонт форсунок.

Наиболее часто у форсунок из строя выходят — клапан-мультипликатор и распылитель. Точную причину сбоя в работе форсунки помогут определить только в сервисном центре. Самостоятельно показания к ремонту можно понять по следующим факторам:

  • Двигатель долго заводится, особенно в прогретом состояние;
  • «Троит» двигатель;
  • Повышенная дымность выхлопа;
  • Повышенный расход топлива.
  • Уменьшение тяги дизельного двигателя.

Оборудование необходимое для проведения ремонтных работ

Далеко не последнюю роль на обеспечение качества проводимого ремонта оказывают инструменты, применяемые при ремонте форсунок систем Common Rail, а так же специальные стенды для проведения диагностики форсунок Common Rail на основании тест-плана завода изготовителя. Для этих задач мы предлагаем безмензурочный стенд CR305, который позволяет произвести диагностику по всем возможным режимам работы форсунки на основании тест-плана завода изготовителя. Режимы: leak test — проверка герметичности форсунок, VL test — проверка открытия давления и объема топлива , LL test — проверка максимального давления и объема топлива, VE test — проверка давления и объема топлива по параметрам. Стенд CR 305, укомплектован всем необходимы для работы с любым типом форсунок Bosch, Delphi, Siemens, Denso с верхним и боковым подводом топлива. Так же для проведения предварительной (первичной) диагностики форсунок существуют комплекты CRtest, которые позволяют определить состояние форсунки и возможность ее последующей диагностики на безмензурочном стенде и ее ремонтопригодности. Если у Вас есть стенд для ТНВД, можно приобрести специальную оснастку для систем Common Rail и проводит диагностику непосредственно на стенде для ТНВД. После определения неисправности форсунок производится ремонт. На этапе ремонта понадобится специальные наборы инструментов для разборки/сборки форсунок, специальные индикаторные головки для измерения хода анкера. Стапель для удобства работы с форсункой. Все это оборудование представлено в разделе «Инструмент для Common Rail». Так же Вы можете увидеть варианты диагностики и способы применение оборудования в разделе «Видео».

Читайте также:  Какой предохранитель отвечает за топливный насос автомобиля

Что такое система Common Rail

Система Комон Рейл вызывает у многих автолюбителей необоснованное недоверие и опасение. Ее считают очень сложной и неремонтопригодной. Однако она давно используется мировыми автопроизводителями, и зарекомендовала себя с наилучшей стороны, просто называется в каждом автомобиле она по-разному. Для Фольксвагена это будет TD I, для моторов марки Форд TDCi, в Хундаи и Киа используется обозначение Common Rail Direct Injection (CRDI).

Определения системы Коммон Рейл

Для того, чтобы понять, что такое Комон Рейл, можно просто перевести с английского это сочетание слов – общая магистраль. По этой магистрали осуществляется подача топливной смеси к форсункам двигателя от общего аккумулятора высокого давления. Величина давления, независимо от скорости вращения коленвала, остается постоянной. В этом заключается главное отличие от обычных дизельных моторов.

По средствам команды блока управления осуществляется подача горючего форсунками с помощью соленоидов, снабженных магнитами. Топливная смесь перед впрыском нагнетается насосом высокого давления до определенный величины сразу же после запуска двигателя. После этого топливо поступает на форсунки по топливопроводу.
Другим отличием системы Коммон Рейл от обычных дизелей является наличие соленоида, который осуществляет подъем форсуночной иглы. Количество поступающего топлива зависит от положения педали газа, а давление, создаваемое насосом, задается программой из блока управления. Давление топливной смеси и сам процесс впрыска полностью разделены, что позволяет осуществить многофазные варианты впрыска. Старые двигатели с системой Common Rail снабжались двухфазным впрыском, современные же модели оснащаются фазами в количестве до 9 штук.

Преимущества системы Common Rail

Что это за система Common Rail, мы выяснили, теперь осталось разобраться, почему же она все чаще используется на современных автомобилях вместо старых атмосферных двигателей. Основные преимущества представлены ниже:
1) Понижение содержания вредных веществ в выхлопных газах
2) Большая экономия топлива
3) Увеличение мощности двигателя
4) Снижение характерного для дизельных моторов шума
Требования к экологичности автомобилей с каждым годом повышаются, поэтому старые дизеля уже не могут проходить технические осмотры. Это связано с большим содержанием вредных веществ в выхлопных газах. Экономия же топлива происходит за счет одновременного распыления дизеля по цилиндру. Топливо сгорает в большем количестве и поэтому производится меньше отходов, выходящих через выхлопную трубу. Эта система позволяет наиболее точным образом дозировать смесь, что также приводит к снижению потребляемого топлива.

Недостатки

К числу недостатков можно отнести следующие характеристики двигателя с системой Коммон Рейл:
1) Необходимость заправляться только качественным топливом. Связано это с тем, что система выполнена с максимальной точностью и притиркой всех элементов, и в случае попадания в нее загрязнений может выйти из строя или же существенно понизить срок эксплуатации. Эта проблема особо актуальна в условиях низкого качества солярки на отечественных заправках
2) Наличие большого числа датчиков и управляющих элементов, что увеличивает вероятность выхода из строя одного из них и системы в целом. При этом ремонт этих комплектующих достаточно дорог, если сравнивать с автомобилями с обычным мотором
3) Цена на запчасти достаточно высокая, т.к. все элементы выполнены из высокопрочного металла, обработанного с большой точностью
4) Ремонт осуществляется только профессионалами с использованием специального оборудования
Дизель Common Rail и что это такое наглядно продемонстрировано в следующем видеоролике:

Здесь представлена информация по двигателю от Хундай, это видео будет полезно не только опытным мастерам, но и любителям, которые не знают даже основные принципы работы моторов. Также тут можно почерпнуть информацию о возможных причинах поломок и способы их ремонта.
Определенно, что будущие дизельных двигателей за системой Коммон Рейл, т.к. обычные моторы уже не отвечают современным потребностям автовладельцев. Да и экология выдвигает жесткие требования, следование которым невозможно без использования новых технологичных решений. Малый расход топлива также имеет огромное значение – с каждым днем цены на нефтепродукты неизменно растут, что приводит к росту стоимости солярки.

Common Rail. Дизельная сказка

Техническое решение, известное более полувека, за последние полтора десятка лет перевернуло представление об автомобильном дизеле

Техническое решение, известное более полувека, за последние полтора десятка лет перевернуло представление об автомобильном дизеле

Германия не имеет собственной нефти. Неудивительно, что немецкий инженер Рудольф Дизель пытался найти альтернативный вид топлива. Изначально предполагалось, что таковым может послужить горючая (и даже взрывоопасная) угольная пыль. Но процесс подготовки рабочей смеси с воздухом получился слишком сложным, мотор на угольной пыли работать категорически не хотел. Зато на тяжелых фракциях нефти он, по тогдашним меркам, работал вполне прилично. 1895 год официально считается годом изобретения дизельного двигателя. Примечательно, что первые серийные моторы были турбодизелями: рабочий процесс требовал подачи сжатого воздуха. Конструкция получалась громоздкой и массивной. Тем не менее новый силовой агрегат тут же нашел применение на водном транспорте, в нарождающейся электроэнергетике и, несколько ограниченно, в грузовом автомобилестроении. Для легковых машин он был слишком тяжел.

Читайте также:  Система смазки двигателя д-245 схема

Первая «дизельная революция» свершилась в 20-е годы ХХ века. Другой немецкий инженер, Роберт Бош, в 1923 году разработал несколько конструкций форсунок для впрыска тяжелого нефтяного топлива, а в 1927 г. — и собственный двигатель с воспламенением от сжатия, т. е. дизель по-нашему. Применение миниатюрного топливного насоса высокого давления позволило отказаться от здоровенных воздушных компрессоров.

Топливный фильтр Delpfi

Создаваемое инженерами давление в 1,5—2,5 атм сегодня сложно назвать высоким, тем не менее его хватало, чтобы подавать к механическим форсункам топливо без воздушных пузырей.

В те годы, вероятно, и сложилось представление о дизельной топливной аппаратуре, как о чем-то высокоточном и очень капризном. В силу особенностей применявшихся тогда конструкций перед запуском требовался предварительный прогрев двигателя горячим воздухом, для синхронизации зажигания все трубки, идущие от ТНВД к форсункам, должны были иметь одинаковую длину и нормированные радиусы загиба. До пусковых свечей накаливания тогда еще не додумались. От моторов тех времен, как пример технологической сложности, нам остались только высокие требования к точности изготовления плунжерных пар насосов. Остальные диковинки ушли в прошлое, правда, уступив место некоторым новым, о которых разговор позже.

С появлением насосов высокого давления системы впрыска дизеля разделились на два типа. На долгие годы главенствующей в автомобильной промышленности стала насосная система. Каждая секция плунжерного насоса связана со своей форсункой, управляемой механически, гидравлически или гидромеханически. В последние десятилетия появились форсунки с электромагнитным и электрогидравлическим приводом клапана, позволяющие применять электронное управление двигателем.

Топливный насос высокого давления

Второй тип — аккумуляторная система, в которой работа насоса и форсунок не синхронизируется. Насос (или насосы) даже может иметь отдельный, независимый от двигателя привод. Насос подает топливо в аккумулятор, в котором поддерживается постоянное высокое давление. Из аккумулятора топливо под давлением подается в форсунки той или иной конструкции. Очевидно, такая система была сложнее, а ее неоспоримые достоинства остались невостребованными на протяжении десятилетий. Отметим, что с довоенных времен ничего принципиально нового в рабочий процесс дизеля внесено не было.

Тем не менее очередная революция имела место. Имя ей — Common Rail, т. е. «общая магистраль». Суть событий свелась к использованию хорошо известной аккумуляторной системы, но на более высоком технологическом уровне.

Бытует мнение, что Common Rail — изобретение Robert Bosch AG. На деле все значительно сложнее. Первый прототип системы был создан еще в 60-е годы в Швейцарии, но дальше дело не пошло из-за отсутствия электроники управления соответствующего уровня.

Затем, уже в начале девяностых об аккумуляторной системе вспомнили инженеры японской корпорации Denso. Созданная ими система ECD-U2 устанавливалась на грузовики Hino Rising Ranger. Правда, японцы недооценили перспективы своего детища и в 1995 продали технологию другим автопроизводителям. Тем не менее лавры первооткрывателя Common Rail для автомобиле­строения принадлежат им по праву.

Наибольший вклад в развитие системы внесли инженеры из Magnetti Marelli, Elasis и исследовательского центра Fiat. В 1997 году Common Rail появляется сначала на Alfa Romeo 156 1.9 JTD и лишь затем на Mercedes-Benz C 220 CDI. Можно сказать, что именно Fiat выдал Common Rail путевку в жизнь, но итальянский концерн переживал в тот период серьезные трудности, и практически готовая технология была продана компании Robert Bosch.

Система Common Rail

Особо горевать итальянцы не стали и, по мере улучшения финансового положения, продолжили разработку дизельной темы. В первом десятилетии XXI века их дизели признаются лучшими, а отдельные технические решения находят применение за пределами системы питания дизеля. Так, например, система регулирования фаз газораспределения MultiAir базируется на дизельных форсунках и соответствующей управляющей электронике.

Сегодня 90% систем Common Rail выпускают четыре крупнейших производителя автомобильных комплектующих — Bosch, Delphi, Denso и Siemens.

Внедрение системы наряду с турбонаддувом — краеугольный камень популярной сегодня идеологии даунсайзинга, т. е. замены мотора большого литража на меньший по размерам и весу, но равный или превосходящий по мощности и крутящему моменту. Большая заслуга системы и в небывалом росте спроса на дизельные автомобили. Даже традиционно бензиновая Америка, похоже, не устоит. В ее жесткие экологические нормативы новые «чистые» дизели укладываются с легкостью.

Volkswagen, долгие годы пестовавший другое дизельное направление — насос-форсунки PD Diesel, полностью от них отказался и ставит Common Rail и на Audi Q7, и на VW Polo. Кстати, во многом благодаря системе этот автомобиль с литровым мотором часто именуют трехлитровым: в ходе рекордного заезда он израсходовал меньше 3 л на 100 км.

Система Common Rail

Японцы грозятся начать производство турбодизельного мотоцикла.

Читайте также:  Электромобили (все марки и модели) цены и характеристики, фотографии и отзывы

Что же изменилось в старой доброй аккумуляторной системе впрыска? Чем объясняется резкий рост ее популярности?

Последней революцией было введение электронного управления моментом и продолжительностью (объемом) впрыска. Дальше пошла «эволюция», сводящаяся к совершенствованию отдельных компонентов и программного обеспечения и росту давления в аккумуляторе, доходящего до 2000 бар. Ставшее действительно высоким давление потребовало поиска новых материалов и конструкций, но принципиальных изменений в последние годы не было. Нет их и сейчас. Похоже, что не будет и в ближайшем будущем.

Дизель экономичнее бензинового двигателя, дешевле и дизельное топливо. Он имеет более высокий крутящий момент, притом в широком диапазоне скоростей вращения коленвала. Турбонаддув и аккумуляторный впрыск победили «вялость» и шумность атмосферного дизеля. Технические ухищрения вроде впрыска мочевины (AdBlue) и сажевого фильтра позволили снизить экологическую нагрузку. Уменьшивший расход топлива даунсайзинг помогает решить и проблему парниковых выбросов СО2. Дизельный двигатель выгоден всем: и конечному потребителю, и обществу, и автопроизводителю.
Не любят его только на автосервисе. На первый взгляд это кажется странным. Для выявления абсолютного большинства неисправностей достаточно иметь электронный сканер и механический диагностический набор. Купить их может любой успешный автослесарь. Срок окупаемости — месяцы. Более дорогое современное оборудование обещает и больший доход.

Аккумуляторная топливная система

Разруха, увы, в головах. Сервисмены со стажем о дизельных двигателях для легковых автомобилей слыхом не слыхивали. Постсоветский развал системы профессионального образования, проходивший на фоне безудержного роста автомобильного парка, специалистов стране не добавил. В условиях дефицита услуг автосервис может выбирать из них самые для себя выгодные и нехлопотные.

Хотя ремонт топливной аппаратуры сводится к примитивному алгоритму «снять-поставить», требования к состоянию самого помещения и порядка в нем чрезвычайно высоки. При обращении с некоторыми новыми деталями «испачкать» означает «уничтожить». Зачем людям лишние хлопоты, если можно хорошо жить и без них.

Есть и надежда, что по мере дизелизации отечественного парка механиков-дизелистов станет больше: катастрофический дефицит сулит хорошую прибыль. Но объективных предпосылок для этого пока не видно.

Made in Japan

«Вновь изобретенная» в 1995 году в Японии система пользуется наибольшей популярностью в Западной Европе. Но вклад крупнейшего в мире поставщика комплектующих для автопрома, коим сегодня является Denso, этим нововведением не ограничился.

В 2002 году инженеры компании представили систему Common Rail с рекордным в то время рабочим давлением 180 МРа (1800 бар) при пятикратном многоточечном впрыске за такт. В 2008 году давление довели до 200 МРа (2000 бар). Система впрыска производится на заводах Denso в Венгрии, Таиланде и Японии.

С 2003 года компания производит сажевые фильтры из кордиерита (cordierite). В отличие от других конструкций такие фильтры имеют меньший вес и создают меньшее сопротивление потоку выхлопных газов, обеспечивая улучшение эксплуатационных характеристик двигателя и снижение содержания сажевых частиц в выхлопе.

Такие фильтры, помогающие уложиться в нормы Euro 5, с 2007 года производятся на СП Denso и Bosch в польском Вроцлаве.

Обсуждение Отменить

2 комментария

Западногерманские коллеги всегда поражаются противоречию между продуктами обратной серии, такими как Trabi & Co, с одной стороны, и инновационными прототипами, с другой, в индустрии ГДР. Вот два примера из истории IFA: 16 мая 1985 года был особенным днем ​​для автомобильной техники ГДР. Первый в мире автомобиль с дизельным двигателем с общей топливной рампой начал свой первый рейс в Карл-Маркс-Штадт. Это был дизельный двигатель MN 106 из Нордхаузена, оснащенный этой системой CR в грузовике W50, первым в мире двигателем, который вышел на дорогу. Любой, кто владеет дизельным автомобилем с более новой датой производства, знает, что «Common Rail» обозначает самую современную дизельную технологию, которая была внедрена на рынке только за последние 10 лет. (Фото 36)

Именно благодаря дальновидности Гюнтера Каспари, главного конструктора на моторном заводе IFA и главного инженера Зигфрида Грюнерта из WTZ Karl-Marx-Stadt, в WTZ было заказано исследование по разработке системы электронного впрыска для двигателя Nordhausen MN 106. Д — р Инженер Клаус Маттис в качестве предметного менеджера был настоящим удачей. Согласно исследованию, первые испытания начались с 1-цилиндрового испытательного двигателя, а затем были перенесены системы CR на 6-цилиндровый двигатель MN 106. Слово «common rail» было в то время в значительной степени неизвестным, и англицизмы в ГДР все равно были нежелательны. Поэтому они сначала договорились о названии EDES(Электронная система впрыска дизеля). Наконец, в 1985 году, при участии третьего партнера, автомобильного завода IFA в Людвигсфельде, был сделан главный вывод: дорожные испытания MN 106 CR протяженностью 17 000 км с лучшими результатами, среди прочего, с точки зрения расхода топлива и выбросов выхлопных газов.

Дизельный двигатель Common Rail (Фото: Музей IFA)

Рисунок 36: MN 106 CR дизельный двигатель Common Rail

Клаус Маттис и его коллеги зарегистрировали 24 патента для системы IFA Common Rail. К сожалению, это успешное развитие пришлось остановить в 1986 году. Еще раз было сказано: валюты для необходимого производственного оборудования отсутствуют. К счастью, Клаус Маттис спас мотор Нордхаузен MN106 CR от сдачи на слом после поворота. Этот драгоценный экспонат был наилучшим образом отреставрирован музеем Цвиккау Хорк и экспонировался в Промышленном музее в Хемнице до марта 2014 года. Мы являемся коллегами из Музея Августа Хорьха и, в частности, доктора Мэттис благодарен, что теперь мы можем представить это свидетельство об изобретательской работе IFA в музее Nordhausen IFA.

Ссылка на основную публикацию
Топ-14 лучших самарских фотографов доцифровой эпохи на вкус ДГ «Другой город» самарский интернет-жу
Олег Давыдов; Во мне нет бычьей упёртости; «Другой город» самарский интернет-журнал Олег Давыдов: «Во мне нет бычьей упёртости» 29 ноября...
ТОП 7 Лучших Детских Швейных Машинок – Рейтинг 2020 года
Детская швейная машинка Я купила себе швейную машинку. И моя дочь сразу проявила повышенный интерес к такому увлекательному предмету. Надо...
ТОП лучших антирадаров для Андроид Стрелка, GPS, Mapcam и др
Рейтинг радар детекторов 2020 года, лучшие модели по отзывам и характеристикам Хороший радар-детектор вовремя распознает все возможные полицейские видеофиксаторы скорости...
Топ-15 лучших зимних шин – Рейтинг 2019 года
Зимние шины для кроссовера 21565 R16 в 2018-2019 году Шины в размере 215/65 R16 тестировали следующие автомобильные издания и экспертные...
Adblock detector