Система впрыска Common Rail появилась благодаря ужесточению экологических норм по выбросу вредных веществ, которые предъявлялись к дизельным двигателям.
В данной статье узнаем, что такое топливная система впрыска Common Rail, устройство и принцип работы.
Что такое Common Rail?
Если открыть автомобильный англо-русский словарь, то термин Common Rail можно перевести как ‘общая магистраль’. Она характеризуется впрыском топлива в цилиндр под высоким атмосферным давлением, благодаря чему снижается расход топлива на 15 процентов, а мощность двигателя вырастает почти на 40 процентов.
Это не все достоинства. Было отмечено уменьшения шума при работе двигателя, притом, что крутящий момент дизеля был увеличен. Благодаря своему преимуществу, система впрыска Common Rail приобрела широкую популярность, и на данное время, каждый второй автомобиль с дизельным двигателем оснащен этой системой впрыска.
К недостаткам комон рейл относят более высокие требования к качеству дизельного топлива. При попадании мелких посторонних частиц в топливную систему, которая выполнена с большой точностью, управляемые электроникой форсунки могут выйти из строя. Поэтому в дизелях Common Rail использование качественного топлива является обязательным условием.
Принцип работы Common Rail
Устройство системы Common Rail
Common Rail состоит из трех основных частей: контура низкого давления, контура высокого давления и системы датчиков. В контур низкого давления входят: топливный бак, подкачивающий насос, топливный фильтр и соединительные трубопроводы.
Контур высокого давления состоит из насоса высокого давления (заменяющего традиционный ТНВД) с контрольным клапаном, аккумуляторного узла высокого давления (рампы) с датчиком, контролирующим в ней давление, форсунок и соединительных трубопроводов высокого давления. Аккумуляторный узел представляет собой длинную трубу с поперечно расположенными штуцерами для подсоединения форсунок и выполнен двухслойным.
Электронный блок управления Common Rail получает электрические сигналы от следующих датчиков: положения коленвала, положения распредвала, перемещения педали «газа», давления наддува, температуры воздуха, температуры охлаждающей жидкости, массового расхода воздуха и давления топлива. ЭБУ на основе полученных сигналов вычисляет необходимое количество подаваемого топлива, дает команду на начало впрыска, определяет продолжительность открытия форсунки, корректирует параметры впрыска и управляет работой всей системы.
В контуре низкого давления подкачивающий насос засасывает топливо из бака, пропускает его через фильтр, в котором задерживаются загрязнения, и доставляет его к контуру высокого давления.
В контуре высокого давления насос высокого давления подает топливо в аккумуляторный узел, где оно находится при максимальном давлении 135 Мпа с помощью контрольного клапана. Если контрольный клапан насоса высокого давления открывается по команде ЭБУ, топливо от насоса по сливному трубопроводу поступает в топливный бак. Каждая форсунка соединяется с аккумуляторным узлом отдельным трубопроводом высокого давления, а внутри форсунки имеется управляющий соленоид (электромагнитный клапан).
При получении электрического сигнала от ЭБУ, форсунка начинает впрыскивать топливо в соответствующий цилиндр. Впрыск топлива продолжается, пока электромагнитный клапан форсунки не отключится по команде блока управления, который определяет момент начала впрыска и количество топлива, получая данные от датчиков и анализируя полученные значения по специальной программе, заложенной в памяти компьютера.
Кроме того, блок производит постоянный контроль работоспособности системы. Поскольку в аккумуляторном узле топливо находится при постоянном и высоком давлении, это дает возможность впрыска небольших и точно отмеренных порций топлива. Появилась возможность впрыска предварительной порции топлива перед основной, что дает возможность значительно улучшить процесс сгорания.
Будущее системы Common Rail
Благодаря высокой точности электронного управления и высокому давлению впрыска, сгорание топлива в двигателе происходит с максимальной отдачей, что соответствует оптимальной работе двигателя. На каждом из режимов работы двигателя достигается оптимальные результаты. Из-за этого, уменьшается расход топлива и уровень токсичности выхлопных газов.
Система Common Rail повлекла развитие дизельных двигателей, т.к. обладает значительным потенциалом. Ведь мы знаем, что экологические нормы по токсичности повышаются постоянно и это способствуют дальнейшему развитию топливной системы.
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
Дизель с Common Rail? А нужно ли?
Я и сам не долюбливаю дизеля, но после прошлых морозов когда люди во дворе пытались запустить свои авто с дизельным агрегатом, а потом все кидали и ехали матерясь на работу на метро, я призадумался и решил почитать более подробно что такое этот Коммон Раил на дизеле, у которых сомнительные плюсы и много минусов.
Может и вам будет интересно.
===============================================
COMMON RAIL — это, если переводить с английского дословно, «Общая рейка» (Общая магистраль).
Принцип работы этой системы основан на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы («Общей рейки»). Давление в топливной системе создается и поддерживается независимо ни от частоты вращения коленчатого вала двигателя, ни от количества впрыскиваемого топлива.
Это первое главное отличие от традиционных дизелей с ТНВД с кулачковым приводом и
низким давлением подачи топлива.
Сами форсунки впрыскивают топливо по команде контроллера блока EDC, посредством
встроенных в них магнитных соленоидов, активация которых, происходит с блока управления.
Упрощённо общая схема выглядит так:
Топливо, готовое для впрыска, постоянно находится под высоким давлением в рампе, куда оно нагнетается специальным насосом сразу же, как только двигатель начинает совершать первые обороты. Далее по топливопроводам топливо под общим давлением постоянно поступает к форсунками.
схема Common Rail (CRDi)
Это второе главное отличие системы Common Rail (CRDi) от двигателей с обычным ТНВД кулачкового типа — подъём иглы форсунки осуществляется посредством соленоида, а не просто давлением топлива. Сама же цикловая подача топлива (количество) определяется действиями водителя, а угол опережения и давление впрыска — программой, заложенной в блок управления (ЭБУ). Создание давления и непосредственный процесс впрыска в аккумуляторной топливной системе CR полностью разделены. В этом случае главное преимущество — возможность формировать процесс двухфазного и многофазного впрыска, а так же в соответствии давления впрыска скоростному и нагрузочному режимам двигателя. Кроме того, это позволяет применять несколько фаз впрыска за один рабочий такт. В ранних системах применялся двойной впрыск — пилотный и основной для предотвращения детонации. В более современных системах используется до 9 (девяти) фаз впрыска.
В чём же преимущество Common Rail перед прежними системами «обычных» дизелей? Почему автопроизводители все новые модели автомобилей применяют её?
Преимущество и выбор обусловлены сразу несколькими факторами. Основные из них:
Во-первых, жёсткие требования к двигателям по экономичности и экологичности, которые повышаются с каждым годом. Дизельные двигатели со старой системой питания принципиально неспособны укладываться в рамки предъявляемых требований по защите окружающей среды от вредных выбросов.
Во-вторых, Система Common Rail обеспечивает экономию топлива за счет повышенного
давления топлива и, значит, более тончайшего распыла топлива в камере сгорания. Чем под более высоким давлением можно подать топливо в камеру сгорания, тем более тонкого его распыла можно добиться. Это, в свою очередь, ведёт к более полному и эффективному сгоранию смеси с наименьшим выбросом вредных веществ и возрастанию мощности при меньших расходе топлива уровне шума. В тоже время, на протяжении всей длительности впрыска (т. е. времени, когда форсунка открыта) постоянное высокое давление в магистрали позволяет получить точное дозирование топлива. Создать «повышенное» давление в системе с «обычном» ТНВД принципиально невозможно. При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают «волны» давления, «пульсирующие» по топливопроводу. Такое возникающее «волновое гидравлическое давление» неизбежно приведёт к разрушению топливопроводов. В силу этого ограничения ТНВД, развивающих давление на форсунки более 300 бар ( это чуть более 300 кг\см2 ) не существует. Система
же CRDi развивает давление в несколько раз больше (до 2000 бар), а вся работа происходит внутри форсунки и без значительных разрушительных колебаний давления.
Условные минусы и недостатки Система Common Rail (CRDi):
1. Повышенная требовательность к чистоте и качеству дизельного топлива. Элементы
топливной системы выполненные с прецизионной точностью при попадании даже мелких
посторонних частиц под действием высокого давления повреждаются и выходят из строя. В первую очередь это касается управляемых электроникой форсунок с электромагнитными или пьезоэлектрическими клапанами. Попытки использовать низкокачественное топливо или неподходящие топливные фильтры могут привести к преждевременному дорогому ремонту или даже к замене системы.
2. Использование в системе большого числа разного рода датчиков, активаторов и иных
элементов управления: датчик давления в рампе, датчик потока воздуха, датчики положений распредвала и коленвала, температурные датчики двигателя и входящего воздуха, датчик положения педали акселератора, датчик системы подогрева, соленоиды, клапан регулятор давления в рампе, клапан турбонадува и клапана рециркуляции выхлопных газов.
3. Относительно высокая стоимость деталей и запасных частей системы.
4. Затруднение или невозможность произвести ремонт или настройку системы собственными силами, т.к. требуется специальный стенд и инструменты.
5. Всё ещё недостаточный уровень квалификации персонала для диагностики, ремонта и
настройки систем Common Rail во многих специализированных сервисах.
Common Rail: как перестать бояться и начать экономить
Разбираемся, зачем производители индустриальной техники переходят на систему электронного впрыска и что с этим делать
Common Rail по умолчанию установлена на всех машинах восьмого поколения Komatsu и на части моделей 7-го поколения (например, на PC400-7). Эта техническая новинка в индустриальной технике последнего десятилетия вызвала неоднозначную реакцию пользователей. Некоторые считают ее чуть ли не признаком победы пластмассового smart-мира над предсказуемой консервативной надежностью техники старого доброго прошлого с его механическими ТНВД. И часть производителей пытаются подыграть этим настроениям: то устанавливают на всех машинах похожие системы впрыска, то внезапно полностью отказываются от них, возвращаясь к механике.
Посмотрим, как устроена система Common Rail, чем она полезна владельцам техники и насколько обоснованы опасения — или же они сродни мифам о вреде микроволновок.
Как устроена система Common Rail
Common Rail — аккумуляторная система с общей рампой. Вот главные особенности электронной системы управления подачей топлива:
«Умный» впрыск
Высокое давление топлива
Главное преимущество системы в том, что Common Rail создает достаточно высокое давление топлива во всех режимах работы двигателя, что способствует лучшему смесеобразованию и наиболее полному сгоранию. Это позволяет реализовать многоступенчатый впрыск, что способствует снижению шума и вибрации, повышает экологичность дизеля и снижает расход топлива. Частица распыла получается меньшего исходного объема и с большей эффективностью: она лучше смешивается с кислородом и более эффективно горит. На старых дизелях, когда меняется нагрузка, мы видим черный дым несгоревшего топлива. Это из-за низкого давления капельки распыла получаются большего размера и смесеобразование хуже — они не успевают смешиваться с кислородом.
Что дают владельцу техники эти особенности работы Common Rail
Это дает сразу три последовательных преимущества: больший КПД, меньший удельный расход топлива и меньший вред экологии.
Проще или сложнее эксплуатировать технику с Common Rail?
Этот как раз один из ключевых моментов, который вызывает негативную реакцию на Common Rail. Но почему именно он?
Все просто: это инерция пользователей (механиков) и порой владельцев, обычная реакция на что-либо новое. Потому что для тех, кто знаком с CR, изучил, как она работает, как ее обслуживать, как контролировать состояние топливной системы, с ней работать просто. У тех же, кто с ней не знаком, она, как все неизвестное, вызывает опасения. Система недешевая, и механики предприятий уже опасаются, не разобравшись, вслепую ее ремонтировать и настраивать.
При этом только в технике Komatsu система CR работает уже второй десяток лет, в том числе в самых суровых условиях на Крайнем Севере. А на автомобильном рынке уже больше 80 % дизелей оснащено электронно-управляемым впрыском. То есть система комплексным опытом эксплуатации доказала свою жизнеспособность. Вопрос лишь в том, чтобы научиться с ней работать. И вот что это может дать.
Электронная система = лучше контролируемая система. Ее состояние легче отследить, легче предотвратить поломку, причем можно отследить неполадки до того, как они скажутся на работе машины. Для этого у Komatsu есть система мониторинга KOMTRAX. Раз система впрыска электронная, значит, KOMTRAX может снимать с нее множество показателей в отличие от старого дизеля, способного только показывать общий расход топлива. Владелец техники или его механики получают данные с монитора и видят, есть ли какие-то неравномерности впрыска. Можно принять меры, пока ремонт не встал слишком дорого: своими силами или вовремя обратиться к сервису дистрибьютора техники. Система еще работает, а мы уже сейчас можем предугадать ремонт, заказать распылители, выбрать время для ремонта, чтобы максимально сократить простой техники. Все как на ладони, главное — научиться пользоваться.
А на механике мы видим или белый дым — техника работает, или черный дым — она уже не работает, пора покупать запчасти, а техника и работа стоят.
Чего боится Common Rail (и почему этого не боится CR на Komatsu)
Для тех, кто работал с CR или даже только слышал об этой системе, ответ очевиден: Common Rail чувствительна к некачественной солярке. Вредны посторонние частицы, любая грязь в топливе. И особенно вода: она не только выводит из строя чувствительные форсунки, но и вызывает активную коррозию и ускоренный износ почти всех топливоподающих элементов за счет того, что топливо в системе является еще и смазывающим компонентом. Как и в классической системе с рядным ТНВД. Но есть один нюанс.
Komatsu выпускает технику, которая рассчитана на работу в самых тяжелых условиях, в том числе с плохим топливом. Инженеры компании установили дополнительные топливные фильтры-сепараторы, которые не дают воде попасть в топливную систему и повредить ее. Здесь не нужна даже помощь механиков, достаточно операторам научиться вовремя сливать воду из отстойников и менять фильтр. А если они этого не сделают, срабатывает еще один уровень защиты: с переполненным отстойником двигатель не заведется.
Один час инструктажа — и экономия сотен тысяч рублей на ремонте.
Кроме того, в ближайшие годы ожидается, что в России будет введен новый экостандарт топлива и двигателей, в результате Common Rail станет использоваться повсеместно, а качество топлива улучшится. С последним даже сейчас все меньше проблем: если раньше на Севере было почти невозможно найти качественный дизель, то в последние пару лет отдельные нефтяные компании уже зарекомендовали себя как производители безопасного для форсунок дизтоплива.
Но она дорогая! Форсунки стоят, как самолет!
На каких моделях Komatsu уже стоит Common Rail
CR оснащена вся техника Komatsu 8-го поколения, то есть все новые модели, выходившие после 2010 года. Бульдозеры D65, казавшиеся многим памятником традиционным решениям, начиная с 16-й серии, оснащаются CR, то есть с сентября 2011 года. И даже тяжелые экскаваторы PC400, которые очень многие северные строители ценят за надежность и неприхотливость, комплектуются CR, начиная с 7-го поколения, то есть с 2006 года. В итоге система Common Rail уже 12 лет успешно используется Komatsu в самых суровых условиях.
По прогнозам инженеров «КОМЕК МАШИНЕРИ», уже с 2019 года на электронный впрыск будут переведены тяжелые бульдозеры Komatsu D155. А в ближайшие 3 года все машины Komatsu среднего класса и значительная часть тяжелых будут оснащены CR.
