Принцип работы Common Rail особенности и преимущества

Common Rail

Поскольку проблемы экологии становятся все более актуальными, число тех, кто задумывается над изобретением способов их решения, увеличилось. Профессионалами активно разрабатываются технологии, которые снижают вредные выбросы в окружающую среду. Уникальную систему подачи топлива, которая является безопасной для внешней среды, разработали представители фирмы BOSCH, инновация получила название Common rail.

Разработчики Common rail использовали инновационной разработки, которые на 15% уменьшили расход топлива, увеличили мощность рабочего мотора до 40%.

Топливо через специальный контур попадает в цилиндры напрямую, а давление при этом является большим. Новая технология включает:

  • плунжерный насос особый;
  • регулятор давления;
  • клапан;
  • форсунки;
  • топливная рампа;
  • топливопроводы.

Каждый компонент отвечает за определенные функции, что в сумме дает слаженную работу. К примеру, плунжерный насос создает давление для подачи горючего, клапан дозирует, подавая его к мотору в необходимом количестве.

Уровень давления активно контролируется регулятором, а топливная рампа удерживает горючее, перед впрыскиванием, регулирует уровень давления, а также передает по заданной программе форсунками топливо. Форсунки отвечают непосредственно за впрыскивание в цилиндры топлива, а топливопроводы отыгрывают соединительную роль, между авто и системой подачи.

Как работает система Common rail

Поскольку технология работает с электронным блоком управления, имеет фильтрационный компонент, два вида форсунок, функциональные особенности каждого из указанных компонентов стоит рассмотреть отдельно.

Электронный блок управления

Электронный блок управления является «мозгоми» Common rail. Этот компонент является автоматизированным. Принимает, обрабатывает данные от множества датчиков, которые распределены по всем узлам. Когда от датчиков поступают сигналы к электронному блоку, он воспринимает их, как рабочие команды, начиная выполнять конкретные функции. Выход из строя этого элемента грозит не только проблемами с подачей топлива, но и неисправностями самого мотора.

Работа системы фильтрации

Чтобы система Common rail работала без сбоев, качество топлива должно быть высоким, чистота безупречной. Именно поэтому, из бака горючее всасывает специальный насос, после чего оно проходит очистку и фильтрацию. Именно после выполнения процесса фильтрации, система отсылает топливо к плунжерному насосу.

Функциональные особенности форсунок двух видов

Форсунки электрогидравлические

Основные характеристики электрогидравлических форсунок:

  • исполнительным элементом выступает клапан электромагнитный;
  • сломанный элемент необходимо менять полностью, поскольку ремонту он не поддается;

Пьезоэлектрические форсунки

Форсунки пьезоэлектрические имеют такой рабочий элемент, как пьезокристалл. Имеет высокий показатель надежности, а также быстродействия. Если элемент ломается, то его нужно заменять полностью.

Немецкая система работает слаженно, прогрессивно, надежно, является простой в плане использования, но требует бережного и внимательного обращения.

Форсунки Common Rail. Виды, устройство, принцип действия

Форсунка или инжектор является частью системы впрыска и предназначена для дозированной подачи топлива и образования топливно-воздушной смеси путем распыления в камере сгорания или впускном коллекторе.

На современных двигателях, как бензиновых, так и дизельных устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыска.

По способу осуществления впрыска форсунки делятся на:

  • электромагнитная;
  • электрогидравлическая;
  • пьезоэлектрическая.

Электромагнитная форсунка

Электромагнитная форсунка устанавливается, как правило, на бензиновых двигателях, в том числе и с системой непосредственного впрыска.

Устройство электромагнитной форсунки

Электромагнитная форсунка работает следующим образом. Электронный блок управления подает напряжение на обмотку возбуждения клапана. Под воздействием электромагнитного поля якорь на пружине и игла втягиваются внутрь, освобождая сопло. При этом происходит впрыск топлива. После прекращения подачи напряжения игла под воздействием пружины возвращается в исходное положение и закрывает сопло.

Электрогидравлическая форсунка

Электрогидравлическая форсунка используется на дизельных двигателях, в том числе оборудованных системой впрыска Common Rail.

Принцип действия электрогидравлической форсунки

Принцип работы электрогидравлической форсунки основан на изменении давления топлива во время впрыска, а также при его прекращении. Благодаря давлению топлива в камере управления на поршень игла прижата к седлу, что исключает впрыск. Из-за малой площади иглы давление на нее меньше, чем на поршень. После срабатывания электромагнитного клапана открывается сливной дроссель. Топливо вытекает в сливную магистраль, снижая при этом давление на поршень. Игла поднимается и происходит впрыск топлива.

Пьезоэлектрическая форсунка

Пьезофорсунка или пьезоэлектрическая форсунка на сегодняшний день является самым совершенным устройством впрыска топлива и устанавливается на дизельные двигатели с системой Common rail. Она срабатывает в четыре раза быстрее электромагнитного клапана, что дает возможность произвести многократный впрыск в течение одного цикла и позволяет точно дозировать топливо. Это ее основные преимущества.

Читайте также:  Штрафы за движение задним ходом 2020

Такого удалось достигнуть благодаря комбинации пьезоэффекта и гидравлического принципа в управлении форсункой. Суть пьезоэффекта заключается в изменении длины пьезокристалла под действием напряжения.

Принцип действия пьезоэлектрической форсунки

Повторимся, что в работе пьезофорсунки, также как и электрогидравлической форсунки, используется гидравлический принцип. В обесточенном состоянии игла форсунки посажена на седло за счет высокого давления топлива на поршень. При подаче напряжения на пьезоэлемент, увеличивается его длина, которая передает усилие на поршень толкателя. Открывается переключающий клапан, топливо начинает поступать в сливную магистраль. Давление выше иглы начинает уменьшаться. Игла за счет давления в нижней части поднимается и производится впрыск топлива. Количество впрыскиваемого топлива определяется длительностью воздействия на пьезоэлемент, а так же давлением топлива в топливной рампе.

Система впрыска Common Rail

В описании практически любого современного автомобиля, оснащенного дизельной силовой установкой, можно увидеть информацию, что в двигателе используется система впрыска Common Rail. Причем встречается она на любой технике, использующей этот вид топлива, от легковых автомобилей до карьерных и сельскохозяйственных машин. Но далеко не все знают, в чем особенность этой системы, благодаря чему она получила такое широкое распространение и какие у нее достоинства и отрицательные качества.

Система впрыска Common Rail сейчас считается самой передовой технологией обеспечения подачи дизтоплива в дизельных силовых установках. Появилась она сравнительно недавно, первый автомобиль, оснащенный этой системой, выпустили в 1997 году. Но при этом Common Rail стремительно набрал популярность и практически все дизельные установки им сейчас оснащаются. Помимо указанного названия, имеется еще одно – аккумуляторная топливная система.

Особенность системы, ее составные части

Если в целом посмотреть на устройство Common Rail, то можно обнаружить очень сильное сходство с инжекторными бензиновыми системами питания, особенно непосредственного впрыска. По сути, конструкторы просто позаимствовали все положительные качества, которыми обладает инжектор, и перенесли их на дизельную установку, но с учетом особенностей работы этого типа мотора.

Особенность этой системы, по отношению к классической механической, заключена в предварительном аккумулировании давления топлива перед подачей его в цилиндры. Отсюда и название – аккумуляторная топливная система.

Как и ранее на дизельных моторах, система питания делится на два контура – низкого и высокого давления. Дополнительно в конструкцию Common Rail добавили электронную часть, осуществляющей контроль и управление исполнительной частью.

Контур низкого давления

Эта составляющая конструктивно практически не изменилась. В его состав входят:

  • бак,
  • фильтрующие элементы (грубой и тонкой очистки);
  • насос подкачки топлива;
  • топливные трубопроводы.

Контур низкого давления

Дополнительно в этот контур включены еще некоторые детали – охладитель и подогреватель топлива, а также отсекатель. Об этих составных частях – ниже.

Контур высокого давления

А вот этот контур конструктивно значительно изменился, поскольку в него добавились новые составные элементы. Устройство этой части включает в себя:

  • ТНВД;
  • магистраль высокого давления;
  • центральный магистральный трубопровод (рампа);
  • форсунки;
  • датчик и клапан регулировки давления.

Контур высокого давления

Суть этой конструкции заключена в том, что насос высокого давления качает топливо не к каждой форсунке по отдельности, как это было в механической системе, а закачивает его в магистральный трубопровод (рампу). А уже из нее оно подается на форсунки.

Использование в конструкции рампы позволяет поддерживать давление дизтоплива перед подачей в требуемом значении, при этом обороты мотора не оказывают на него никакого влияния. Это свою очередь оказывает положительное влияние на процесс подачи топлива при разных режимах функционирования мотора.

Основными рабочими элементами в этом контуре, как и раннее, являются ТНВД и форсунки.

Насос имеет механический привод, а количество плунжерных пар, создающих давление, может варьироваться от 1 до 3. Примечательно, что в таком насосе, поскольку нет надобности качать для каждой форсунки, на некоторых режимах плунжерные пары могут отключаться.

Читайте также:  Почему не закрывается капот на ваз 2114 причины

А вот форсунки конструктивно изменились. В Common Rail применяются электрогидравлические форсунки, оснащенные электромагнитными или пьезоэлектрическими клапанами управления. Применение их позволило обеспечить многократный впрыск, повышающий эффективность работы силовой установки.

Электронная составляющая

Что касается электронной части, то она практически полностью идентична используемой на инжекторных моторах. То есть, состоит она из электронного блока управления и ряда датчиков:

  • давления в магистральном трубопроводе;
  • скорости вращения коленвала;
  • положения акселератора (педали газа);
  • расхода воздуха;
  • лямбда-зонда;
  • температуры дизтоплива и воздуха.

На некоторых моторах применяется еще ряд других датчиков. Назначение электронной части идентично бензиновому мотору. Датчики передают информацию о работе систем и механизмов силовой установки и ряд других параметров. Поступающие данные блок сравнивает с табличными, занесенными в память, и на основе этого подает импульс на срабатывание форсунок.

Принцип действия

Теперь о том, как работает Common Rail. Первый контур особо рассматривать нечего. В его задачу входит очистка и подача топлива к ТНВД. Единственное, что можно отметить, так это то, что топливоподкачивающий насос может быть механическим, интегрированным в ТНВД, или же электрическим, установленным отдельно в топливную магистраль.

Принцип работы ТНВД тоже остался прежним. Имеющиеся в конструкции плунжерные пары при работе сжимают дизтопливо, из-за этого повышается давление, и выталкивают его дальше. Но если раннее, в классической системе, водитель регулировал количество дизтоплива, которое будет подвергаться сжатию, то в Common Rail такой надобности нет. В ней плунжерные пары работают со определенными порциями топлива, которые не изменяются. Единственное, на создаваемое насосом давление может повлиять блок управления, при надобности отключив плунжерную пару.

Из ТНВД дизтопливо, уже сжатое, по магистрали подается в рампу. За счет установленных на этой рампе датчика и клапана регулировки осуществляется аккумуляция (наращивание) давления до требуемых значений.

Происходит это так: насос, независимо от работы силовой установки постоянно качает топливо, за счет этого давление в магистральном трубопроводе постоянно возрастает. При этом значение давления постоянно контролируется ЭБУ благодаря датчику. Подержание его в требуемом диапазоне для того или иного режима работы силовой установки осуществляется клапаном регулировки. Если давление возрастает выше нормы, электронный блок подает сигнал на открытие этого клапана и часть топлива по сливной магистрали сбрасывается в бак, тем самым и производится регулировка.

Помимо аккумуляции давления, рампа выполняет еще одну функцию – сглаживает «толчки» дизтоплива, закачиваемого насосом и устраняет колебания давления при его падении при впрыске.

Топливо сливается не напрямую, а проходит через охладитель, поскольку при сжатии оно достаточно сильно разогревается. Что касается подогревателя, то он включен в первый контур и обеспечивает нагрев дизтоплива для повышения его текучести при сниженных температурах окружающей среды. В задачу же отсекателя входит прекращение подачи дизтоплива на ТНВД в случае возникновения нарушения в системе.

Топливная рампа посредством магистралей соединена с всеми форсунками. А далее уже при надобности происходит открытие той или иной форсунки для впрыскивания порции дизтоплива в камеру сгорания.

Особенности работы форсунок

Но форсунки в системе впрыска Common Rail функционируют не так, как на механической схеме. Если раннее их открытие осуществлялось за счет превышения определенного значения давления, то здесь этим процессом полностью управляет ЭБУ.

Принцип работы электрогидравлических форсунок следует рассмотреть несколько подробнее. Открытие для подачи топлива осуществляется все так же – за счет давления, но сам принцип работы несколько иной.

Суть такова: на запорной игле распылителя сделан ободок, который играет роль поршня. Топливо под давлением подается и под этот поршень, и над ним. За счет равности давления и усилия пружины игла прижата к седлу и распылитель закрыт.

Пространство над иглой объединено каналом с магистралью слива. Но в этом канале размещается электромагнитный или пьезоэлектрический клапан, который перекрывает его.

Срабатывание форсунки делается за счет подаваемого электрического сигнала с блока. Он, поступая на клапан, приводит к его открытию, при этом канал отпирается и топливо из пространства над иглой уходит в сливную магистраль. В результате появляется разница давления и дизтопливо, находящееся под иглой, преодолевая усилие пружинки, приподнимает ее, открывая отверстия распылителя – происходит впрыск. Как только сигнал с ЭБУ пропадет, давление сразу же выровняется, и форсунка закрывается.

Читайте также:  ДОТ 3 и ДОТ 4 в чем разница ДОТ 4 и ДОТ 4 в чем разница

Подача топлива

Уже упоминалось, что система впрыска Common Rail использует многократную подачу дизтоплива в цилиндр за один рабочий цикл мотора. Всего применяется три вида впрыска – предварительный, основной и дополнительный.

Предварительный впрыск «подготавливает» среду. Небольшое количество топлива, впрыснутое чуть раньше, приводит к возрастанию давления и температуры в камере сгорания. В дальнейшем это обеспечивает легкое и плавное воспламенение основной части горючей смеси. Благодаря этому впрыску шумность работы дизельной силовой установки снижается.

При основном впрыске в камеру сгорания подается рабочая порция дизтоплива, которая и обеспечивает работу силовой установки.

Дополнительный впрыск происходит уже на цикле рабочего хода, после того, как смесь сгорела. В задачу этого впрыска входит увеличение температуры отработанных газов, обеспечивая сгорание частиц сажи в сажевом фильтре. Тем самым повышается экологичность выхлопа.

График впрыска топлива

Интересно, что ЭБУ может регулировать многократный впрыск, подстраивая подачу под определенные условия работы силовой установки. К примеру, на холостом ходу предварительных впрысков топлива может быть два, чтобы обеспечить более лучшие условия для сгорания основной порции дизтоплива. При средней же нагрузке предварительно топливо подается только раз, а при максимальной подготовка уже не требуется.

Как видно, водитель на процесс работы системы Common Rail практически не влияет. Даже нажимая на педаль акселератора, он просто подает сигнал на ЭБУ, который затем обработается и учтется при формировании импульса на открытие форсунок. Вся работа системы питания полностью контролируется и регулируется электронной частью.

Достоинства и недостатки

Несмотря на то, что эта система питания дизеля, сравнительно «молодая», но уже существует несколько ее поколений. Причем разница между ними сводится лишь к давлению впрыска. Ведь чем оно выше, тем лучше наполняемость цилиндра за единицу времени (форсунка сможет больше впрыснуть), а это в свою очередь – больший выход мощности. Так, у первого поколения Common Rail рабочее давление составляло 1350 Бар, а у четвертого – уже 2200 Бар.

Система впрыска Audi 3-го поколения

Широкое распространение эта система питания получила благодаря ряду преимуществ перед классической:

  1. Высокая точность дозировки топлива. Электронный блок полностью контролирует параметры работы силовой установки и мгновенно реагирует на изменение режима работы, подстраивая под него подачу топлива. Тем самым достигается еще большая экономичность двигателя при лучшем выходе мощности.
  2. Давление в системе поддерживается в строго заданных параметрах, что обеспечивает нормальное наполнение цилиндров независимо от скорости вращения коленчатого вала и режима работы (особенно это важно на холостом ходу, и при малых оборотах).
  3. В этой системе не требуется подстраивать работу ТНВД под рабочие циклы, его задача – лишь нагнетать в рампу топливо, а за всем остальным следит ЭБУ. К тому же ТНВД конструктивно проще, поэтому легче поддается ремонту.
  4. Возможность использования многократного впрыска. Многоразовая подача топлива за один рабочий цикл обеспечивает оптимизацию процессов сгорания в камере сгорания, что снижает шумность работы мотора и повышает его экологичность.

Благодаря таким преимуществам эта система питания и стала столь востребованной, тем более, что она полностью вписывается в нормы экологичности Евро-4.

Но и без недостатков не обошлось. Они у этой системы такие:

  • Более сложная конструкция форсунок сказывается на ресурсе их работы;
  • Система в случае разгерметизации контура высокого давления полностью перестает функционировать. Если раннее зависание одной из форсунок в открытом положении становилось причиной перебоев, но сам двигатель продолжал работать, то в Common Rail при заклинивании клапана управления сработает отсекатель и мотор прекратит работать;
  • Система питания Common Rail более требовательна к чистоте топлива.

Пока система Common Rail считается самой лучшей для использования на дизельных двигателях, и альтернатива ей вряд ли скоро появиться.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector