Что такое система common rail

Что такое топливная система Common Rail

Дословно термин Common Rail переводится на русский как общая магистраль. Главной конструктивной особенностью этой системы является наличие топливной рампы, в которой происходит аккумуляция топлива до его дальнейшей подачи в . В силу этой особенности подобные системы также называют аккумуляторными. Впервые она была представлена компанией Bosch в 1996 году.

Устройство топливной системы Common Rail

Конструктивно система Коммон Рейл делится на контуры низкого и высокого давления и состоит из следующих элементов:

• Подкачивающий топливный насос. Он подает дизельное топливо из бака в напорную магистраль.
• Топливный фильтр, оснащенный клапаном для предварительного прогрева при низких температурах.
• Вспомогательный топливный насос. Выполняет перекачку топлива от нагнетательной магистрали.
• Сетчатый фильтр.
• Температурный датчик. Фиксирует уровень прогрева топлива в системе.
• ТНВД () – чаще всего применяется насос распределительного типа.
• Дозирующий клапан. Он регулирует количество топлива, попадающего в рампу.
• Регулятор давления дизтоплива. Необходим для поддержания заданных показателей давления топлива в магистрали высокого давления.
• Топливная рампа или аккумулятор. Фактически представляет собой трубку, по длине которой расположены штуцеры крепления форсунок.
• Датчик давления. Расположен в магистрали высокого давления. Он фиксирует и передает соответствующие данные ЭБУ (электронный блок управления) двигателя.
• Редукционный, или перепускной клапан. Позволяет поддерживать показатель давления в обратной магистрали на уровне 1 МПа, что обеспечивает правильную работу форсунок.
• Топливные форсунки. Бывают двух типов: электрогидравлические или пьезоэлектрические. Первые управляются электромагнитным клапаном, а вторые оснащены пьезокристаллами, что позволяет существенно повысить скорость их работы.

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.

Как функционирует вся схема

Теперь рассмотрим принцип работы коммон рейл на практике. Блок управления двигателем получает сигналы, поступающие от датчиков и на основании этой информации определяет требуемый объем горючего, которое подается через дозирующий клапан. Включается насос и начинает подавать солярку в топливную рампу. Регулятор обеспечивает поддержание в ней необходимого давления.

Потом наступает момент работы форсунок. Тот же блок управления дает сигнал об их открытии на определенный период времени. Происходит впрыск необходимого количества горючего, который и обеспечивает движение транспортного средства. Чтобы сделать работу силового агрегата более эффективной, в ходе одного и того же цикла работы может происходить многократное повторение таких впрысков, которые могут быть предварительными, основными и дополнительными.

Предварительный нам необходим для того, чтобы поднять температуру внутри камер сгорания. Это приводит к более полному сгоранию основного объема топлива, снижает токсичность отработанных газов и шумность работы. Основной впрыск является главным при работе мотора, и в это время подается максимальный объем дизельного топлива. Чтобы улучшить прогорание частиц, попадающих в сажевый фильтр и поднять температуру выхлопных газов, предусмотрен этап дополнительной подачи. Основным предназначением коммон рэйл является обеспечение высокого давления. Насколько выше оно будет, настолько больше горючего можно впрыснуть в форсунки за один и тот же отрезок времени и увеличить мощностные характеристики.

Вот так приблизительно работает этот интересный механизм. Все рабочие критерии могут корректироваться в зависимости от режима функционирования двигателя. Ремонт таких агрегатов несколько сложнее обычных дизельных движков, поскольку здесь больше количество сложных деталей и узлов. Впереди нас ожидает немало интересных с технической точки зрения материалов, а пока узнайте не убьет ли моторное масло предназначенное для дизеля бензиновый двигатель. Не забывайте регулярно посещать блог, друзья! На этом пока!

Просмотры:2976

0Нравится

Примечания

1. Л. В. Грехов, Н. А. Иващенко, В. А. Марков. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: Учебник для вузов. — М.: Легион-Автодата, 2004. — 344 с. — 2500 экз. — ISBN 588850187-5.
2. Large Engine Injection Systems for Future. Christoph Kendlbacher, Peter Mueller, Martin Bernhaupt, Gerhard Rehbichler. Bergen : CIMAC, 2010. Full paper #50.
3. Т. М. Мелькумов. Авиационные дизели. — М.: Воениздат, 1940. — С. 198—205. — 252 с.
4.  (англ.). Peter & Rita Forbes’ Engine Webpages. Дата обращения: 12 декабря 2019.
5. А. Д. Блинов, П. А. Голубев, Ю. Е. Драган и др. Современные подходы к созданию дизелей для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков / под ред. В. С. Папанова И А. М. Минеева. — М.: Инженер, 2000. — С. 124. — 332 с. — ISBN 5-8208-0027-3.
6. Ф. И. Пинский, Р. И. Давтян, Б. Я. Черняк. Микропроцессорные системы управления автомобильными двигателями внутреннего сгорания. — учебное пособие. — М.: Легион-Автодата, 2002. — 136 с. — ISBN 5-88850-129-8. — ISBN 978-5888501290.

Особенности и принцип работы

Принцип работы топливной системы этого типа основан на разделении процессов создания высокого давления и непосредственно впрыска дизеля. Из топливного бака горючее закачивается в систему насосом низкого давления. При этом оно проходит через фильтры, где очищается от примесей и различных загрязнений. По контуру низкого давления дизтопливо поступает в ТНВД, который имеет механический привод. Он, в свою очередь, выполняет закачку топлива в рампу, где оно аккумулируется до момента впрыска. Это позволяет постоянно поддерживать нужный уровень давления, независимо от текущего режима работы двигателя.

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:

• Предварительный – необходим для повышения температуры и сжатия в камере сгорания, что позволяет ускорить процесс самовоспламенения. На холостом ходу может выполняться два предварительных впрыска, при увеличении оборотов – один, а на полной мощности предварительного впрыска нет.
• Основной – непосредственно обеспечивающий работу мотора.
• Дополнительный – необходим для увеличения температуры нагрева отработавших газов, что обеспечивает сгорание сажи и уменьшение объема вредных выбросов в атмосферу.

Носители системы

На данный момент[когда?] до 70 % всех выпускаемых дизельных двигателей оснащается системами common rail, и эта доля растёт. По прогнозам компании Robert Bosch GmbH доля системы CR на рынке к 2016 году достигнет 83 %, а в 2008 году их число составляло лишь 24 %. Таким образом, сегодня практически каждый производитель двигателей всех классов: от малых легковых и до крупных судовых, освоил применение аккумуляторных систем.

Среди производителей топливоподающей аппаратуры и систем common rail в частности, лидерами являются следующие компании: R. Bosch, Denso, Siemens VDO, Delphi, L’Orange, Scania.

Основные неисправности форсунок

Практически все неисправности, возникающие как в дизельных, так и в бензиновых форсунках, связаны с их засорением. И вопрос сводится лишь к тому, как именно в распылителе возник засор.

Стук

Так называемый стук — неисправность, возникающая вследствие закоксовывания отверстий распылителя. Дело в том, что эта деталь регулярно подвергается воздействию высоких температур. Если водитель постоянно использует некачественное топливо, на распылителях скапливаются смолистые отложения.

Распылитель форсунки Common Rail вышел из строя из-за некачественного топлива

Постепенно поверхность этих отложений покрывается твёрдым нагаром, а в подаче топлива начинаются перебои. Именно в этот момент механизм начинает «стучать». Вот признаки его стука:

• мощность двигателя существенно снижается;
• увеличение оборотов двигателя приводит к рывкам и провалам;
• на низких оборотах мотор работает нестабильно и часто глохнет;
• токсичность выхлопных газов увеличивается в два, а иногда и в три раза.

Для устранения устройство необходимо промыть. Вот основные способы промывки:

• промывка с помощью особых топливных присадок;
• промывка на стенде (для этого детали придётся снимать).

Течь

Течь форсунки обычно возникает из-за разрушения уплотнительного кольца, находящегося под ней. Любая, даже самая незначительная трещина в этой детали ведёт к утечке, так как давление в топливопроводе очень высокое. Кроме того, из-за разрушившегося кольца топливная система утрачивает герметичность и начинается и начинается подсос воздуха в камеру сгорания двигателя.

Из-за разрушения уплотнительного кольца форсунка Common Rail может потечь

Вот признаки того, что форсунка потекла:

• при осмотре двигателя вокруг детали видны характерные маслянистые потёки;
• двигатель очень трудно завести;
• запущенный двигатель работает с перебоями и характерными хлопками.

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.

Отличие дизельного двигателя от бензинового

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.

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.

Чем отличается от ТНВД

Основное отличие в том, что подача горючего производится от одной топливной рампы ко всем форсункам сразу. Нужно регулировать цикл подачи в зависимости от пропускной способности отдельной форсунки. Это требует настройки ЭБУ после смены форсунок.

Одно из главных преимуществ Commonrail — возможность поддерживать давление независимо от скорости оборотов коленвала

Давление всегда поддерживается на высоком уровне — это дает важность корректировать сгорание при работе мотора с неполной нагрузкой

При использовании аккумуляторной системы инжекции горючего начало и окончание процесса полностью контролируются ЭБУ

Можно производить точную дозировку топливной смеси либо во время цикла осуществлять подачу горючего порционно — что важно для его полного выгорания. Механизм очень надёжен — при этом он гораздо проще, чем ТНВД, ремонтировать его легче

Однако конструкция форсунок здесь более замысловатая, и менять их приходится чаще. Если одна из форсунок выйдет из строя, вся система утратит работоспособность

Поэтому Коммон Рейл важно использовать только с качественным горючим

Как устроена система Common Rail

Common Rail — аккумуляторная система с общей рампой. Вот главные особенности электронной системы управления подачей топлива:

• высокое давление вне зависимости от оборотов;
• равномерность впрыска из-за питания из единой рампы;
• электроуправляемые форсунки;
• многоступенчатый 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.

Ремонт

Дизельные форсунки ремонтируют тогда, когда промывка оказалась безрезультатной. Весь ремонт, в сущности, сводится к замене закоксованного распылителя. Если проблема не исчезла, заменяется и обратный фильтр детали. Для работы нам потребуются следующие инструменты:

• ремкомплект для Common Rail (состоит он из нового распылителя и обратного фильтра);
• набор рожковых ключей;
• спецсъёмник для этих деталей.

Последовательность ремонта

1. Съёмник устанавливается на извлекаемую форсунку.Для извлечения форсунок Common Rail лучше всего пользоваться фирменным съёмником
2. В съёмник вставляется шток, на шток накручивается гайка с левой резьбой (эти штоки и гайки поставляются в комплекте с фирменными съёмниками).На форсунку Common Rail устанавливается шток и гайка с левой резьбой
3. Рожковым ключом на 36 гайка ослабляется. Вместе с ней ослабляется и сам ремонтируемый элемент.
4. Теперь деталь вручную выкручивается из гнезда.Предварительно ослабленная форсунка Common Rail извлекается вручную
5. На неё со стороны фильтра надевается рожковый ключ на 17, на крышку распылителя надевается ключ на 13. После чего ключ на 17 удерживается, а крышка распылителя ослабляется другим ключом.
6. Теперь ослабленная ключами крышка распылителя откручивается вручную.Предварительно ослабленная ключами крышка распылителя форсунки Common Rail откручивается вручную
7. Из крышки аккуратно извлекается старый распылитель и заменяется новым.С форсунки Common Rail снимается старый загрязнившийся распылитель
8. Из второй части извлекается обратный клапан.Обратный клапан форсунки Common Rail можно снять после извлечения распылителя
9. Из обратного клапана извлекается возвратная пружина.Возвратная пружина форсунки Common Rail извлекается из обратного клапана
10. Обратный клапан заменяется новым.Снятый обратный клапан форсунки Common Rail заменяется новым, из ремкомплекта
11. После этого производится обратная сборка.

Диагностика системы

После длительного износа механизм может иметь нарушения в работе или вовсе выйти из строя. Нужно заблаговременно определить неисправности, так как ремонт обходится в большие деньги. В первую очередь нужно протестировать датчики и механизмы, показывают ли они сбои в работе. Поскольку сканеров для дизельных моторов не существует, рекомендуют использовать универсальное оборудование с функцией осциллографа.

Частой проблемой в системах Common Rail является падение давления. Его проверяют с помощью манометра со шкалой 10 бар. Для высокого давления используют специальный прибор с диапазоном до 2000 бар

Также важно проверить дозировку форсунок. Они управляются через специальные электрические импульсы в 80 вольт, что поступают с пульта управления

Вся диагностика зависит от самой поломки. Когда двигатель не запускается, нужно сделать проверку привода ГРМ. Признаком его выхода из строя является малая нагрузка для стартёра. После этого осматривают топливоотдачу. Это делается со специальными датчиками и манометром. При отсутствии поломок исследуют ТНВД — давление топлива измеряется специальными сканерами.

Починить поломку

У многих автомобилистов бывают ситуации, когда форсунки «закипали». В таком случае они требуют срочной замены. Необходимо провести продув посадочных гнёзд и залить их маслом. Если топливная система Common Rail требует ремонта, этим должны заниматься специальные службы сервиса. Минимальная стоимость будет составлять 7000 рублей, а средняя цена на новый насос обходится в 30 тысяч рублей. По этой причине часто встречаются подержанные механизмы.

Если из строя выходят несколько форсунок, то есть смысл заменить весь набор. Это связано с тем, что стоимость отдельных элементов выше, чем всех сразу, и старые форсунки могут сбить ритм подачи топлива. При наблюдении затруднённого спуска или повышенной дымности выхлопной трубы, проверяется наддув воздуха и его расход.

Сегодня дизельная система Common Rail стала главным двигателем в развитии дизельного автомобилестроения. Её современное выполнение позволяет получить отличный прирост к мощности и скорости движения, а затраты топлива сводятся к минимуму. Она щадяще относится к экологии, поэтому набирает большую популярность. Но такой системе требуется своевременная диагностика и грамотный ремонт, так как это сложная технология.

Если вы используете в дизельных двигателях систему Common Rail, тщательно следите за работоспособностью всех механизмов

Очень важно не допустить поломки, потому что ремонт обойдётся очень дорого. Это же касается и топлива, которое всегда должно быть наилучшего качества

Особенности работы системы

Для функционирования всех элементов «Common Rail» в едином комплексе предназначена система автоматики, включающая электронный блок и различные датчики, контролирующие уровень заданных параметров и подающие управляющий сигнал, или в нужный момент времени, или при достижении контролируемых параметров заданного уровня. От его надежности зависит не только уровень расхода топлива и экологичность отработанных газов, но и работоспособность самого дизельного двигателя.

Для обеспечения длительной, бесперебойной работы «Common Rail» топливо должно подвергаться предварительной очистке в контуре низкого давления. В его состав входит насос, подающий соляру из топливного бака, и фильтроэлемент. Только после фильтрации топливо может подаваться к плунжерному насосу, формирующему избыточное давление.

Качество соляры определяет надёжность работы и долговечность эксплуатации форсунок. В современных дизельных системах подачи топлива могут использоваться электрогидравлические или пьезоэлектрические приспособления. Исполнительным органом электрогидравлической форсунки является электромагнитный клапан. Приводным элементом пьезоэлектрической форсунки служит пьезокристалл, срабатывающий при подаче на него напряжения.

К достоинствам первой категории форсунок, которые являются фирменной «фишкой» систем «Common Rail» от «Bosch», следует отнести простоту конструкции и низкую стоимость. При возникновении неисправности, этот элемент обычно не подлежит разборке и ремонту, а просто заменяется на новый. Благодаря этому устройства «Bosch Common Rail», считаются более ремонтопригодными и менее критичными к качеству топлива.

Вторая категория (пьезомеханические форсунки) впрыскных устройств имеет большее быстродействие и повышенную надежность. Однако пьезофорсунки компаний Delphi и Bosch считаются не ремонтируемыми, а в изделиях Siemens Continental применяются наконечники, размер фильеры которых можно восстановить.

Стоимость форсунок также зависит от категории. Например, электрогидравлическая ремонтируемая форсунка от Bosch стоит в пределах 200 —250 долларов США, в то время как пьезоэлектрическое изделие этого же производителя обойдется автовладельцу в сумму эквивалентную 300,0 североамериканским долларов. При этом ресурс обеих категорий примерно равен 200 тыс. км. пробега и зависит от модификации дизельного двигателя.

Зима и ДТ

Почему-то владельцы транспортной техники с дизельными силовыми агрегатами считают, что с наступлением холодной поры года достаточно заправляться зимним топливом с добавлением соответствующих присадок. Но, здесь следует учесть некоторые далеко не положительные моменты. Все дело в том, что разнообразные присадки значительно снижают смазывающие свойства дизельного топлива. Это негативно отражается на работе ТНВД и силового агрегата, ускоряя их износ. Не обязательно быть математиком, чтобы посчитать, сколько будет стоить ремонт. Производители транспортных средств говорят, что для бесперебойной эксплуатации автомобилей в зимний период достаточно заправляться соответствующим, высококачественным топливом и своевременно менять фильтры. Но, реализуемая в нашей стране солярка очень редко соответствует заявленным требованиям.
В независимой лаборатории была установлена предельная температура фильтруемости отечественного дизтоплива, и эта цифра составляет -35 градусов, являясь допустимым пределом. Несмотря на это, многие автовладельцы продолжают «бодяжить» ДТ бензином, керосином и различными присадками, усугубляя работу топливной системы.
Результат этого:

• потеря смазывающих свойств ДТ;
• увеличение температурного режима;
• некорректный процесс сгорания топлива;
• деформация уплотнительных прокладок под форсунками, в результате чего выхлопные газы проникают в подкапотное пространство;
• нарушение работы двигателя.