Топливная система Common Rail

Ужесточение законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу.

На тяжелой технике дизели обосновались давно и прочно. Но в области более легких машин — легковых автомобилей, пикапов, легких фургонов и даже автопогрузчиков с грузоподъемностью до 3 тонн —  им пришлось вытеснять моторы, потребляющие более легкое топливо — бензин. В конце XX века конкуренция между бензиновыми и дизельными двигателями заметно обострилась. Создатели бензиновых моторов добились отличных результатов, выпустив на рынок новейшее поколение двигателей с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания. Их экономичность почти достигла «дизельных» величин... но не тут- то было.

Почти все европейские и японские разработчики легких дизелей, работая в тесном контакте с фирмой Bosch — мировым лидером в производстве топливной аппаратуры, подготовили рыночную «бомбу»: принципиально новую схему подачи топлива, дающую дизелю буквально «второе дыхание» и новые силы для борьбы за существование в рыночной нише легких машин. Речь идет о системе Common Rail (в переводе с английского — общая магистраль).

Название Common Rail подчеркивает разницу между способами подачи топлива в старых и новых конструкциях. Во-первых, за основу для внедрения новой системы был взят двигатель с непосредственным впрыском топлива как изначально более экономичный и успешно изживающий «старые болезни» — «жесткость» работы, повышенный уровень вибраций и шумность.

Во-вторых, был создан блок управления, который с помощью своих многочисленных программ позволил качественно улучшить работу всей системы питания. И, наконец, был изменен сам принцип работы всей этой системы.

В обычных системах питания для впрыска каждой порции топлива ТНВД должен повышать давление в соответствующем топливопроводе и форсунке. Поскольку производительность насоса зависит от числа оборотов кулачкового или, что то же самое, коленчатого вала, результат в каждом конкретном случае получается далеко не оптимальным. Отметим, что так же далека от идеальной и работа форсунки. Ее запорная игла открывается под действием ударной волны в топливной магистрали, а закрывается под действием пружины. В новой системе все иначе.

Топливо постоянно находится под высоким давлением в общей для всех форсунок топливной магистрали (отсюда и название принципа работы — Common Rail). В ней блок управления дизелем поддерживает, меняя производительность насоса, давление до уровня 1350 бар (около 1350 кгс/см2,  давление может несколько отличаться, но оно всегда превышает 200 кгс/см2 —  ред.) при различных режимах работы двигателя, то есть независимо от его оборотов и нагрузки при любой последовательности впрыска по цилиндрам.

Форсунки также претерпели существенные изменения. Они оснащены специальными электромагнитными или пьезоэлектрическими клапанами и управляются по гибкому алгоритму в соответствии с конкретными условиями работы дизеля. Высокое давление, под которым топливо впрыскивается в цилиндр, создается уже при самом малом числе оборотов коленвала. Благодаря ему, а также электронному управлению процессом впрыска достигается значительно лучшая подготовка смеси в цилиндрах, что приводит к уменьшению расхода топлива и снижению токсичности выхлопных газов.

В системе Common Rail электроника регулирует момент впрыска, количество впрыскиваемого топлива и сам закон его подачи. Именно этим и достигается оптимальный на каждом конкретном режиме работы дизеля результат. Общая магистраль оборудована датчиком давления и обратным клапаном, перепускающим топливо обратно в бак.

Любопытно, что работа топливного насоса с разной производительностью, малой при низких оборотах и высокой на больших, сказалась на уровне шума, производимого дизелем.

Замеры показали, что переход на систему Common Rail позволил уменьшить его на 10%. Кстати, концерны PSA и Daimler Benz на своих дизелях, оборудованных новой системой топливоподачи, пошли в отношении снижения шума еще дальше. Их предложение — переход на так называемый пилотный впрыск.

Он происходит за доли секунды перед впрыском основной порции топлива и нужен для предварительного разогрева камеры сгорания. В этом случае топливо быстрее воспламеняется, а давление и температура возрастают не так быстро, что снижает «жесткость» работы двигателя и его шум.

Концерны Daimler Benz, FIAT, PSA, Toyota, General Motors (Opel) и ряд других или уже начали выпуск дизелей с топливной системой Common Rail, или близки к началу их выпуска. Достигнуты отличные выходные показатели дизелей нового поколения: расход топлива улучшен на 10-15%, мощность возросла на 40% и это при существенном снижении выбросов вредных веществ в атмосферу.

Несомненно, новые показатели этих дизелей делают их более конкурентоспособными в борьбе с бензиновыми двигателями.

------------------------------------------------------------------------------------------------------

Common Rail (общая дорога (англ.)). Аккумуляторная система впрыска.

На данный момент система является вершиной эволюции ТПА. За счет увеличения давления впрыска (до 2000 бар.) удалось добиться снижения расхода топлива, снижения токсичности выхлопа (за счет выполнения до 9 впрысков за один рабочий такт в цилиндре). Топливные насосы производства BOSCH, DENSO и SIEMENS построены по схожим схемам. DELPHI использует собственную схему, пришедшую от серии DPA/DPC. Впрыск топлива в цилиндры осуществляется через электроуправляемые форсунки SIEMENS и BOSCH используют в своих инжекторах пьезокерамические пакеты, в качестве управляющих элементов. Система применяется практически всеми производителями дизельных моторов, как легковых, так и грузовых автомобилей.

В статье использованы материалы из книги "Системы управления дизельными двигателями" Bosch. Опубликованной издательством "За Рулем", а так же с официальных сайтов.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Топливо подается к форсунке под определенным (зависящим от режима работы двигателя) давлением. Электрические импульсы, поступающие на электромагнит форсунки от блока управления, приводят в действие игольчатый клапан, открывающий и закрывающий канал форсунки. Количество распыляемого топлива пропорционально длительности импульса, задаваемой блоком управления. Форма и направление распыляемого факела играют существенную роль в процессе смесеобразования и определяются количеством и расположением распылительных отверстий.

Старайтесь избегать заправок топливом на сомнительных АЗС. Использование качественного топлива продлит срок службы всей системы, Соблюдайте рекомендуемые сроки замены топливного фильтра. При проведении ремонтных работ не допускайте засорения топливной системы. Нарушение герметичности уплотнительных колец форсунок может привести к завоздушиванию системы. При установке форсунок на двигатель уплотнительные кольца рекомендуется заменять на новые. Для облегчения монтажа кольца смазывают моторным маслом.