Common rail принцип работы

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. Современные топливные насосы высокого давления плунжерного типа.

Система впрыска Common Rail является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Работа системы Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы (Common Rail в переводе общая рампа). Система впрыска разработана специалистами фирмы Bosch.

Применение данной системы позволяет достигнуть снижения расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума дизеля. Главным преимуществом системы Common Rail является широкий диапазон регулирования давления топлива и момента начала впрыска, которые достигнуты за счет разделения процессов создания давления и впрыска.

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail включает топливный насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регулятор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу и форсунки. Все элементы объединяют топливопроводы.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. Современные топливные насосы высокого давления плунжерного типа.

Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно объединен с ТНВД.

Регулятор давления топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций: накопления топлива и содержание его под высоким давлением, смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД, распределения топлива по форсункам.

Форсунка важнейший элемент системы, непосредственно осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе используются электрогидравлические форсунки или пьезофорсунки.

Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы форсунки.

Управление работой системой впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая объединяет датчики, блок управления двигателем и исполнительные механизмы систем двигателя.

Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются форсунки, клапан дозирования топлива, а также регулятор давления топлива.

Принцип действия системы впрыска Common Rail

На основании сигналов, поступающих от датчиков, блок управления двигателем определяет необходимое количество топлива, которое топливный насос высокого давления подает через клапан дозирования топлива. Насос накачивает топливо в топливную рампу. Там оно находится под определенным давлением, обеспечиваемым регулятором давления топлива.

В нужный момент блок управления двигателем дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска.

С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов. В зависимости от режима работы двигателя производится:

• два предварительных впрыска — на холостом ходу;
• один предварительный впрыск — при повышении нагрузки;
• предварительный впрыск не производится — при полной нагрузке.

Основной впрыск обеспечивает работу двигателя.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).

Развитие системы впрыска Common Rail осуществляется по пути увеличения давления впрыска:

• первое поколение – 140 МПа, с 1999 года;
• второе поколение – 160 МПа, с 2001 года;
• третье поколение – 180 МПа, с 2005 года;
• четвертое поколение – 220 МПа, с 2009 года.

Чем выше давление в системе впрыска, тем больше топлива можно впрыснуть в цилиндр за равный промежуток времени и, соответственно, реализовать большую мощность.

Электронный блок управления авто 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.

Принцип работы

Принцип работы основан на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы. Давление в топливной системе создается и поддерживается независимо ни от частоты вращения коленвала двигателя, ни от количества впрыскиваемого топлива. Сами форсунки впрыскивают топливо по команде контроллера блока EDC, посредством встроенных в них магнитных соленоидов, активация которых, происходит с блока управления.

В современных дизельных двигателях может выполняться от 7 до 9 фаз впрыска.

Особенности и принцип работы

Получая данные от датчиков системы, ЭБУ двигателя определяет, какое количество топлива необходимо подать ТНВД на топливную рампу. После этого открывается клапан дозирования горючего, которое поступает в аккумулятор. Топливо при этом находится под заданным уровнем давления, поддерживаемым регулятором.

Схема форсунки системы коммон рейл в разрезе

Как только необходимый объем дизеля закачивается в рампу, ЭБУ посылает команду на открытие форсунок, соответствующих циклу работы двигателя. В течение одного цикла работы такой системы осуществляется многократный впрыск, состоящий из трех этапов:

В современных дизельных двигателях может выполняться от 7 до 9 фаз впрыска.

• высокий КПД двигателя, который достигается за счет более эффективного сжигания топлива;
• существенное (до 15%) сокращение расхода горючего;
• еще более серьезное (до 40%) увеличение мощности двигателя;
• снижение показателей токсичности выхлопных газов, что позволяет двигателю полностью соответствовать современным экологическим стандартам.

Вывод

Популярность и широкое распространение Common Rail объясняется очевидными преимуществами системы перед любыми альтернативными вариантами. Большая часть достоинств уже была озвучена выше, однако, для большей наглядности целесообразно еще раз обратить на них внимание. Итак, наиболее важными плюсами рассматриваемой системы выступают:

• высокий КПД двигателя, который достигается за счет более эффективного сжигания топлива;
• существенное (до 15%) сокращение расхода горючего;
• еще более серьезное (до 40%) увеличение мощности двигателя;
• снижение показателей токсичности выхлопных газов, что позволяет двигателю полностью соответствовать современным экологическим стандартам.

Сочетание настолько впечатляющих характеристик выступает лучшим и весьма наглядным объяснением того, что практически все дизельные двигатели оснащаются сегодня Common Rail. Более того, возможности технологии далеко не исчерпаны, что позволяет надеяться на дальнейшее совершенствование системы.

Восстановление работоспособности насоса по силам лишь специализированной мастерской — с квалифицированным персоналом и диагностическим оборудованием. Стоимость ремонта — от 7 тыс. руб., дальше зависит от сложности. При некоторых повреждениях разумнее купить новый ТНВД. Обычная цена, около 30 тыс. руб., шокирует прижимистого дизелиста, оттого в ходу отремонтированные или восстановленные изделия.

ТНВД с клапаном отключения плунжерной секции в разрезе.

Проблема затрудненного пуска дизеля — одна из распространенных. А владелец порой недоволен, например, сниженной мощностью двигателя или дымностью выхлопа. Эти проблемы наиболее сложны, ибо требуют оценки точности измерения расхода воздуха или работы наддува, эффективности работы рециркуляции, системы выпуска отработавших газов, включая сажевый фильтр (DPF) и нейтрализатор. Впрочем, ныне эти технологии отлично освоены мастерами диагностики.

Управление форсунками осуществляется исполнительным механизмом, основанном на использовании пьезоэлемента. Скорость переключения такого механизма во много раз выше, чем у форсунки с электромагнитным клапаном.

Система впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail представляет систему впрыска топлива для дизельных двигателей с аккумулятором высокого давления. Термин «Common Rail» означает «общая балка или рампа» и служит для обозначения общей топливной рампы
(аккумулятора давления) для всех форсунок ряда цилиндров.

В данной системе процесс впрыска отделён от процесса создания высокого давления. Необходимое для системы впрыска высокое давление создаётся с помощью отдельного топливного насоса высокого давления (ТНВД).
Топливо, находящееся под высоким давлением, накапливается в аккумуляторе давления (топливной рампе)
и через короткие топливопроводы высокого давления подаётся к форсункам.
Управление системой впрыска Common Rail осуществляется системой управления двигателя Bosch EDC.

Система впрыска Common Rail располагает большими возможностями для регулирования давления и параметров впрыска в соответствии с режимом работы двигателя. Это создает хорошие предпосылки для удовлетворения постоянно растущих требований к системе впрыска в плане улучшения экономичности, снижения токсичности ОГ и шумности двигателя.

Еще одним отличительным элементом системы является система охлаждения топлива, подаваемого в обратку, которая состоит из теплообменника в виде катушки и датчика температуры топлива. Кроме температуры, система помогает рассчитать плотность топлива. Принцип его работы — изменение сопротивления. Чем ниже температура, тем ниже сопротивление датчика. Охладитель топлива расположен под кузовом автомобиля.

Еще одним отличительным элементом системы является система охлаждения топлива, подаваемого в обратку, которая состоит из теплообменника в виде катушки и датчика температуры топлива. Кроме температуры, система помогает рассчитать плотность топлива. Принцип его работы — изменение сопротивления. Чем ниже температура, тем ниже сопротивление датчика. Охладитель топлива расположен под кузовом автомобиля.

Конструкция пьезофорсунок изменена. Для лучшего крепления добавлен фланец посередине корпуса с уплотнительной шайбой. Также иземенена форма датчика контроля давления в рампе. В этой системе форсунки разделены на классы. Каждому классу форсунки соответствует определенные физические свойства пьезоэлемента, которые необходимо для правильной компенсации впрыска. При замене форсунок необходимо подбирать классы, чтобы они не отличались друг от друга.

PCR 2.3 Lynx Система SIEMENS/VDO PCR 2.3 Lynx разработана для двигателей Форд с объёмом 1800сс. Отличительной особенностью этих двигателей является применение сферической рампы с датчиком давления топлива. Такая форма рампы вызвана с одной стороны компактным размещением системы в подкапотном пространстве, а с другой возможностью равномерной подачи топлива к каждой форсунке. ТНВД стандартного типа с встроенным передающим насосом и клапанами VCV и PCV на корпусе.

Топливные рампы высокого давления изготовлены из кованой стали. Также рампы предотвращают скачки давления при работе насоса, выполняя роль гидродемпферов. ТНВД передает топливо в распределительную рейку, где мониторит давление. Далее топливо передаётся в рейки 1 и 2 блока. Трубки высокого давления от рампы к форсункам имеют внутренний диаметр 3,0мм. Все остальные трубки высокого давления – 2,5мм. Суммарный объем составляет 33 см.

Система впрыска данного типа является двухконтурной, в состав которой входят:

Устройство системы Common Rail

Система впрыска данного типа является двухконтурной, в состав которой входят:

• контур ВД (высокого давления), оснащенный топливным насосом высокого давления (ТНВД); форсунки, дозирующий клапан, контрольный клапан (регулятор давления), рампа и аккумулятор;
• контур НД (низкого давления) с топливным электронасосом; компенсационный бачок, фильтр, насос шестеренного типа

Из топливного бака с помощью насоса низкого давления топливная смесь проходит через фильтр и компенсационный бачок и попадает в ТНВД. Далее топливный насос перекачивает дизтопливо в аккумулятор под высоким давлением. Из аккумулятора топливо поступает в форсунки, а в дальнейшем распрыскивается в камеру сгорания.

Топливный насос

ТНВД используется для подачи топлива в топливную рампу под высоким давлением до 1600 бар.

Форсунки

Основным назначением форсунок является подача ТС в камеру сгорания через впускные клапаны. Форсунки соединяются с рампой при помощи топливных подводов. В подобной системе используется два вида форсунок – пьезофорсунки и электрогидравлические форсунки.

Дозирующий клапан

Клапан данного типа предназначен для замера нужного объема дизтоплива, поступающего в топливный насос.

Контрольный клапан

Такой клапан используется для контроля над давлением топлива, которое создается в топливной системе при различных рабочих режимах двигателя. Клапан располагается на рампе.

Рампа

Рампа выполняет несколько функций – накапливает дизтопливо под высоким давлением, а также выравнивает любые скачки давления, которые появляются во время распределения топлива по форсункам.

Блок управления

Все рабочие процессы, которые происходят в топливной системе дизельных двигателей, контролируются блоком управления. Сама же система управления состоит из блока управления, датчиков и механизмов исполнения.

В системе Common Rail, впрочем, как и в любой другой топливной системе предусмотрены стандартные входные датчики для определения количества оборотов двигателя, температурного режима поступающего воздуха, давления топливной смеси, уровня кислорода, температуры жидкости-хладагента, положения педали акселератора и др.

К механизмам исполнения можно отнести форсунки, клапан дозирования ТС и контрольный клапан.

К существенным недостаткам системы Common Rail следует отнести сложность обслуживания, требующего от технического персонала высокой квалификации и необходимость применения специального оборудования для тестирования работы системы. Поэтому, если автомобиль эксплуатируется в условиях ограниченного технического сервиса невысокого уровня, надежнее использовать классическую систему питания.

Общие сведения о системе питания Common Rail

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы классического дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания.
Система Common Rail включает топливный насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регулятор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу и форсунки. Все элементы объединяют топливопроводы.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. На современных дизелях, оборудованных системой питания Common Rail применяют топливные насосы высокого давления радиально-плунжерного или плунжерного типа.
Более подробно о ТНВД радиально-плунжерного типа здесь.

Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно объединен с ТНВД.

Регулятор давления топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций: накопления топлива и содержание его под высоким давлением, смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД, распределения топлива по форсункам.

Форсунка — важнейший элемент системы, непосредственно осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе используются электрогидравлические форсунки или пьезофорсунки.
Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы форсунки.

Управление работой системы впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая объединяет датчики, блок управления двигателем и исполнительные механизмы систем двигателя. Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются форсунки, клапан дозирования топлива, а также регулятор давления топлива.

Принцип действия системы впрыска Common Rail

Принцип работы системы питания Common Rail достаточно прост, и попытки ее применения известны достаточно давно – более полувека назад. Тем не менее, максимального эффекта от использования такой системы питания удается получить лишь с помощью компьютерного управления работой двигателя, поэтому широкое распространение подобные системы получили лишь недавно.
Рассмотрим подробнее работу Common Rail на приведенной ниже схеме (рис. 2).

Схему можно увеличить в отдельном окне браузера, щелкнув по ней мышкой.

В нужный момент блок управления (ЭБУ) дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска.

Давление в системе регулируется по сигналу блока управления с помощью регулятора. На холостом ходу оно минимальное, что снижает шум работы форсунок и ТНВД, а при разгоне максимальное для обеспечения лучшей приемистости.

Многократный впрыск в системе Common Rail

Поскольку давление впрыска не зависит от оборотов двигателя и нагрузки, фактическое начало, давление и продолжительность впрыска могут быть свободно выбраны в широком диапазоне значений.
Кроме того, появляется возможность применения предварительного впрыска (или даже нескольких впрысков), регулируемого в зависимости от потребностей двигателя, что приводит к существенному сокращению шума двигателя наряду с улучшением процесса сгорания и сокращением выброса вредных веществ с отработавшими газами.

С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов. В зависимости от режима работы двигателя производится:

• два предварительных впрыска — на холостом ходу;
• один предварительный впрыск — при повышении нагрузки;
• предварительный впрыск не производится — при полной нагрузке;
• основной впрыск обеспечивает работу двигателя в режиме частичных и номинальных нагрузок.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).

Достоинства и недостатки системы Common Rail

Как уже отмечалось выше, использование в дизелях системы питания Common Rail вместо классической системы питания дает ощутимый прирост мощности, экологичности и экономичности двигателю. Уменьшение расхода топлива, выброса вредных веществ, шума, наряду с повышением динамических показателей достигается возможностью компьютерного управления всеми процессами впрыска, что невозможно осуществить в традиционных системах питания, даже самых сложных и совершенных.

К существенным недостаткам системы Common Rail следует отнести сложность обслуживания, требующего от технического персонала высокой квалификации и необходимость применения специального оборудования для тестирования работы системы. Поэтому, если автомобиль эксплуатируется в условиях ограниченного технического сервиса невысокого уровня, надежнее использовать классическую систему питания.

Перспективы развития системы питания Common Rail

Высокое давление впрыска надежнее обеспечить, используя систему питания типа насос-форсунка, о которой пойдет рассказ в следующей статье.

ТНВД предназначен для образования высокого давления топлива в топливной рампе. На современных автомобиля применяют ТНВД плунжерного типа. Регулятор давления изменяет подачу топлива к ТНВД в зависимости от режима работы двигателя.

Устройство системы впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail представляет собой контур высокого давления системы питания дизельного двигателя . Дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail состоит из: топливного насоса высокого давления (ТНВД), дозирующего клапана, регулятора давления топлива, топливной рампы и форсунок. Все элементы объединены топливопроводами.

1 — топливный бак; 2 — топливный фильтр; 3 – топливный насос высокого давления; 4 – топливопроводы; 5 — датчик давления топлива; 6 — топливная рампа; 7 — регулятор давления топлива; 8 – форсунки; 9 — электронный блок управления; 10 — сигналы от датчиков; 11 — усилительный блок.

ТНВД предназначен для образования высокого давления топлива в топливной рампе. На современных автомобиля применяют ТНВД плунжерного типа. Регулятор давления изменяет подачу топлива к ТНВД в зависимости от режима работы двигателя.

Дозирующий клапан топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа служит для накопления и поддержания высокого давления топлива, балансировки колебаний давления, распределения топлива по форсункам.

Форсунка — элемент системы впрыска, который отвечает за впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки соединены с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе Common Rail применяются пьезофорсунки и электрогидравлические форсунки .

Управление системой впрыска Common Rail осуществляет электронная система управления в дизеле, которая состоит из датчиков электронного управления.

Основные исполнительные механизмы системы впрыска Common Rail: форсунки, дозирующий клапан и регулятор давления топлива.

Форсунки. В отличие от бензиновых аналогов, конструкция данного типа распылителей рассчитана на значительно более высокое давление. Помимо этого, форсунки Common Rail управляют объемом топлива, которое поступает непосредственно в цилиндр. В современных двигателях используются два типа распылителей:

Похожие статьи

Дизельный автотранспорт DAF отличается сочетанием мощности и экономичности. Чтобы использовать эти преимущества в полной мере, необходимо строго контролировать состояние двигателя. В частности .

Сертифицированный сервисный центр «Diesel-PRO» оказывает разностороннюю техническую поддержку владельцам автомобилей SsangYong всех моделей, в числе которых Кайрон, Актион, Рекстон и .

SsangYong Rexton — среднеразмерный внедорожник, построенный южнокорейским производителем и оснащённый бензиновыми и дизельными моторами, которые собираются по лицензии от Mercedes-Benz с .

Достаточная мощность двигателя – необходимое условие для нормальной работы автомобиля. Но что делать, когда дизель не тянет, хоть и нет «разноцветных» дымов? Да ничего — скорее заезжайте в наш .