Система вприскування common rail

В описі практично будь-якого сучасного автомобіля, оснащеного дизельною силовою установкою, можна побачити інформацію, що в двигуні використовується система вприскування Common Rail. Причому зустрічається вона на будь-якій техніці, що використовує цей вид палива, від легкових автомобілів до кар'єрних і сільськогосподарських машин. Але далеко не всі знають, в чому особливість цієї системи, завдяки чому вона набула такого широкого поширення і які у неї переваги і негативні якості.

Особливість системи, її складові частини

Якщо в цілому подивитися на пристрій Common Rail, то можна виявити дуже сильне схожість з інжекторними бензиновими системами харчування, особливо безпосереднього вприскування. По суті, конструктори просто запозичили всі позитивні якості, якими володіє інжектор, і перенесли їх на дизельну установку, але з урахуванням особливостей роботи цього типу мотора.

Особливість цієї системи, по відношенню до класичної механічної, укладена в попередньому акумулюванні тиску палива перед подачею його в циліндри. Звідси і назва - акумуляторна паливна система.

Як і раніше на дизельних моторах, система харчування ділиться на два контури - низького і високого тиску. Додатково в конструкцію Common Rail додали електронну частину, що здійснює контроль і управління виконавчої частиною.

Контур низького тиску

Ця складова конструктивно практично не змінилася. До його складу входять:

бак,
фільтруючі елементи (грубої і тонкої очистки);
насос підкачки палива;
паливні трубопроводи.

Контур низького тиску

Додатково в цей контур включені ще деякі деталі - охолоджувач і підігрівач палива, а також відсікач. Про ці складові частини - нижче.

Контур високого тиску

А ось цей контур конструктивно значно змінився, оскільки в нього додалися нові складові елементи. Пристрій цієї частини включає в себе:

ТНВД;
магістраль високого тиску;
центральний магістральний трубопровід (рампа);
форсунки;
датчик і клапан регулювання тиску.

Контур високого тиску

Суть цієї конструкції полягає в тому, що насос високого тиску качає паливо не до кожної форсунки окремо, як це було в механічній системі, а закачує його в магістральний трубопровід (рампу). А вже з неї воно подається на форсунки.

Використання в конструкції рампи дозволяє підтримувати тиск дизпалива перед подачею в необхідному значенні, при цьому обороти мотора не надають на нього ніякого впливу. Це свою чергу робить позитивний вплив на процес подачі палива при різних режимах функціонування мотора.

Основними робочими елементами в цьому контурі, як і раніше, є ТНВД і форсунки.

Насос має механічний привід, а кількість плунжерних пар, що створюють тиск, може варіюватися від 1 до 3. Примітно, що в такому насосі, оскільки немає потреби качати для кожної форсунки, на деяких режимах плунжерні пари можуть відключатися.

А ось форсунки конструктивно змінилися. В Common Rail застосовуються електрогідравлічні форсунки, оснащені електромагнітними або п'єзоелектричними клапанами управління. Застосування їх дозволило забезпечити багаторазовий уприскування, що підвищує ефективність роботи силової установки.

Електронна складова

Що стосується електронної частини, то вона практично повністю ідентична використовуваної на інжекторних моторах. Тобто, складається вона з електронного блоку управління і ряду датчиків:

тиску в магістральному трубопроводі;
швидкості обертання коленвала;
положення акселератора (педалі газу);
витрати повітря;
лямбда-зонда;
температури дизпалива і повітря.

На деяких моторах застосовується ще ряд інших датчиків. Призначення електронної частини ідентично бензиновому мотору. Датчики передають інформацію про роботу систем і механізмів силової установки і ряд інших параметрів. Дані, що надходять блок порівнює з табличними, занесеними в пам'ять, і на основі цього подає імпульс на спрацьовування форсунок.

Принцип дії

Тепер про те, як працює Common Rail. Перший контур особливо розглядати нічого. У його завдання входить очищення і подача палива до ПНВТ. Єдине, що можна відзначити, так це те, що топливоподкачивающий насос може бути механічним, інтегрованим в ТНВД, або ж електричним, встановленим окремо в паливну магістраль.

Принцип роботи ТНВД теж залишився колишнім. Наявні в конструкції плунжерні пари при роботі стискають дизпаливо, через це підвищується тиск, і виштовхують його далі. Але якщо раніше, в класичній системі, водій регулював кількість дизпалива, яке буде піддаватися стиску, то в Common Rail такої потреби немає. У ній плунжерні пари працюють зі певними порціями палива, які не змінюються. Єдине, на що створюється насосом тиск може вплинути блок управління, при потребі відключивши плунжерні пару.

З ТНВД дизпаливо, вже стислий, по магістралі подається в рампу. За рахунок встановлених на цій рампі датчика і клапана регулювання здійснюється акумуляція (нарощування) тиску до необхідних значень.

Відбувається це так: насос, незалежно від роботи силової установки постійно качає паливо, за рахунок цього тиск в магістральному трубопроводі постійно зростає. При цьому значення тиску постійно контролюється ЕБУ завдяки датчику. Утримання його в необхідному діапазоні для того чи іншого режиму роботи силової установки здійснюється клапаном регулювання. Якщо тиск зростає вище норми, електронний блок подає сигнал на відкриття цього клапана і частина палива по зливний магістралі скидається в бак, тим самим і проводиться регулювання.

Крім акумуляції тиску, рампа виконує ще одну функцію - згладжує «поштовхи» дизпалива, що закачується насосом і усуває коливання тиску при його падінні при уприскуванні.

Паливо зливається не безпосередньо, а проходить через охолоджувач, оскільки при стисканні воно досить сильно розігрівається. Що стосується підігрівача, то він включений в перший контур і забезпечує нагрів дизпалива для підвищення його плинності при знижених температурах навколишнього середовища. У завдання ж отсекателя входить припинення подачі дизпалива на ТНВД в разі виникнення порушення в системі.

Паливна рампа за допомогою магістралей з'єднана з усіма форсунками. А далі вже при потребі відбувається відкриття тієї чи іншої форсунки для впорскування порції дизпалива в камеру згоряння.

Особливості роботи форсунок

Але форсунки в системі уприскування Common Rail функціонують не так, як на механічної схемою. Якщо раннє їх відкриття здійснювалося за рахунок перевищення певного значення тиску, то тут цим процесом повністю управляє ЕБУ.

Принцип роботи електрогідравлічних форсунок слід розглянути трохи докладніше. Відкриття для подачі палива здійснюється все так же - за рахунок тиску, але сам принцип роботи дещо інший.

Суть така: на запірної голці розпилювача зроблений ободок, який грає роль поршня. Паливо під тиском подається і під цей поршень, і над ним. За рахунок рівності тиску і зусилля пружини голка притиснута до сідла і розпилювач закритий.

Простір над голкою об'єднано каналом з магістраллю зливу. Але в цьому каналі розміщується електромагнітний або п'єзоелектричний клапан, який перекриває його.

Спрацьовування форсунки робиться за рахунок подається електричного сигналу з блоку. Він, вступаючи на клапан, призводить до його відкриття, при цьому канал відмикається і паливо з простору над голкою йде в зливну магістраль. В результаті з'являється різниця тиску і дизпаливо, яке перебуває під голкою, долаючи зусилля пружинки, піднімає її, відкриваючи отвори розпилювача - відбувається вприскування. Як тільки сигнал з ЕБУ пропаде, тиск відразу ж вирівняється, і форсунка закривається.

подача палива

Уже згадувалося, що система уприскування Common Rail використовує багаторазову подачу дизпалива в циліндр за один робочий цикл двигуна. Всього застосовується три види уприскування - попередній, основний і додатковий.

Попередній уприскування «готує» середу. Невелика кількість палива, впорснути трохи раніше, призводить до зростання тиску і температури в камері згоряння. Надалі це забезпечує легке і плавне запалення основної частини горючої суміші. Завдяки цьому упорскуванню гучність роботи дизельної силової установки знижується.

При основному уприскуванні в камеру згоряння подається робоча порція дизпалива, яка і забезпечує роботу силової установки.

Додатковий уприскування відбувається вже на циклі робочого ходу, після того, як суміш згоріла. У завдання цього уприскування входить збільшення температури відпрацьованих газів, забезпечуючи згоряння частинок сажі в фільтр сажі. Тим самим підвищується екологічність вихлопу.

Графік уприскування палива

Цікаво, що ЕБУ може регулювати багаторазовий уприскування, підлаштовуючи подачу під певні умови роботи силової установки. Наприклад, на холостому ходу попередніх вприськов палива може бути два, щоб забезпечити більш кращі умови для згоряння основної порції дизпалива. При середній же навантаженні попередньо паливо подається тільки раз, а при максимальній підготовка вже не потрібно.

Як видно, водій на процес роботи системи Common Rail практично не впливає. Навіть натискаючи на педаль акселератора, він просто подає сигнал на ЕБУ, який потім буде опрацьовано і врахує при формуванні імпульсу на відкриття форсунок. Вся робота системи живлення повністю контролюється і регулюється електронною частиною.

Гідності й недоліки

Незважаючи на те, що ця система харчування дизеля, порівняно «молода», але вже існує кілька її поколінь. Причому різниця між ними зводиться лише до тиску уприскування. Адже чим воно вище, тим краще наповнюваність циліндра за одиницю часу (форсунка зможе більше впорснути), а це в свою чергу - більший вихід потужності. Так, у першого покоління Common Rail робочий тиск становило 1 350 Бар, а у четвертого - вже 2200 Бар.

Система вприскування Audi 3-го покоління

Широке поширення ця система харчування отримала завдяки ряду переваг перед класичної:

Висока точність дозування палива. Електронний блок повністю контролює параметри роботи силової установки і миттєво реагує на зміну режиму роботи, підлаштовуючи під нього подачу палива. Тим самим досягається ще більша економічність двигуна при кращому виході потужності.
Тиск в системі підтримується в строго заданих параметрах, що забезпечує нормальне наповнення циліндрів незалежно від швидкості обертання колінчастого вала і режиму роботи (особливо це важливо на холостому ходу, і при малих обертах).
У цій системі не потрібно підлаштовувати роботу ТНВД під робочі цикли, його завдання - лише нагнітати в рампу паливо, а за всіма іншими стежить ЕБУ. До того ж ТНВД конструктивно простіше, тому легше піддається ремонту.
Можливість використання багаторазового впорскування. Багаторазова подача палива за один робочий цикл забезпечує оптимізацію процесів згоряння в камері згоряння, що знижує рівень шуму роботи двигуна і підвищує його екологічність.

Завдяки таким перевагам ця система харчування і стала настільки популярною, тим більше, що вона повністю вписується в норми екологічності Євро-4.

Але і без недоліків не обійшлося. Вони у цій системи такі:

Більш складна конструкція форсунок позначається на ресурсі їх роботи;
Система в разі розгерметизації контуру високого тиску повністю перестає функціонувати. Якщо раннє зависання однієї з форсунок у відкритому положенні ставало причиною перебоїв, але сам двигун продовжував працювати, то в Common Rail при заклинювання клапана управління спрацює відсікач і мотор припинить працювати;
Система харчування Common Rail більш вимоглива до чистоти палива.

Поки система Common Rail вважається найкращою для використання на дизельних двигунах, і альтернатива їй навряд чи скоро з'явитися.