Что такое система коммон рейл и в чем её особенности

Самостоятельная диагностика

При отсутствии дорогостоящей аппаратуры в гаражных условиях можно осуществить некоторые диагностические мероприятия самостоятельно. Если двигатель не заводится или, запустившись, работает крайне нестабильно, то первое, что можно испытать на исправность — калильные свечи.

Если при попытке завести дизельный двигатель не происходит воспламенение рабочей смеси, то следует проверить топливную систему на наличие в ней топлива. Давление, при котором система питания common rail delphi может обеспечить стабильный запуск агрегата, должно быть не менее 150 атмосфер. Проверка топливной системы осуществляется в такой последовательности:

1. Необходимо тщательно осмотреть топливную рейку и все топливные трубки. При выявлении утечки топлива из системы необходимо незамедлительно восстановить герметичность участка топливопровода;
2. Следует отпустить на несколько оборотов штуцер ведущий к одной из форсунок, провернуть двигатель стартером на несколько оборотов и по вытекающему из этого места топливу убедиться в работоспособности насоса высокого давления. Если в системе питания будет отсутствовать топливо, или его давление будет отличаться в меньшую сторону от минимально необходимого, то потребуется проверить ТНВД, а также насос подкачки, который осуществляет перекачку топлива из бака автомобиля.

Проверка насоса низкого давления осуществляется с помощью обратного манометра. Измерительный прибор должен показать не менее минус 1,5 атмосфер. Только в этом случае будет открываться заборный клапан, и в систему начнёт поступать топливо в необходимом объёме. Дизельные топливные насосы высокого давления, лучше проверять демонтировав эту деталь с двигателя. Гаражные мастера занимающиеся самостоятельным ремонтом конструируют самодельные стенды на которых насос надёжно фиксируется и запускается с помощью электрической тяги. К насосу подводится топливный шланг с дизельным топливом, а на выходе устанавливается манометр, который позволит измерить давление в топливной системе. Измерительный прибор должен быть рассчитан на большое давление, иначе правильно диагностировать поломку насоса не получится. Работающий насос может нагнетать топливо до 2000 атмосфер, поэтому следует все соединительные муфты надёжно закрепить, прежде чем включать систему. Такая схема позволит определить исправность насоса высокого давления. Если деталь окажется неисправной, то следует произвести её замену либо отремонтировать насос на станции технического обслуживания.

Не следует опасаться использовать новейшие технологии в повседневной жизни. В ближайшем будущем каждый дизельный двигатель будет оборудован системой Common rail delphi, поэтому приобретая автомобиль с таким видом дизеля можно не опасаться за то, что силовой агрегат быстро устареет, и на него невозможно будет найти оригинальные запчасти. Если постоянно следить за качеством топлива, заливаемого в топливный бак, то количество пройденных километров до первого капитального ремонта двигателя, оснащённого системой Common rail delphi, будет исчисляться сотнями тысяч, при этом каждый пройденный километр позволит сэкономить деньги на приобретении топлива.

История

Топливная система Common Rail на двигателе грузовика Volvo

Викерс первым применил систему впрыска Common Rail в двигателях подводных лодок. Двигатели Vickers с топливной системой Common Rail были впервые применены в 1916 году на подводных лодках G-класса . В нем использовались четыре плунжерных насоса, обеспечивающих давление до 3000 фунтов на квадратный дюйм (210 бар; 21 МПа) каждые 90 ° вращения, чтобы поддерживать давление топлива в рампе на достаточно постоянном уровне. Подачу топлива в отдельные цилиндры можно было перекрыть с помощью клапанов в инжекторных линиях. Doxford Engines использовала систему Common Rail в своих судовых двигателях с оппозитными поршнями с 1921 по 1980 год, где многоцилиндровый поршневой топливный насос создавал давление около 600 бар (60 МПа; 8700 фунтов на квадратный дюйм), а топливо хранилось в баллонах-аккумуляторах. Регулирование давления достигалось регулируемым ходом нагнетания насоса и «переливным клапаном». Механические распределительные клапаны с распределительным валом использовались для питания подпружиненных форсунок Brice / CAV / Lucas, которые впрыскивали через боковую часть цилиндра в камеру, образованную между поршнями. Ранние двигатели имели пару кулачков газораспределительного механизма, один для движения вперед, а другой для заднего. Более поздние двигатели имели по два инжектора на цилиндр, а последняя серия двигателей с турбонаддувом постоянного давления оснащалась четырьмя инжекторами на цилиндр. Эта система использовалась для впрыска как дизельного топлива, так и мазута (600 сСт, нагретого до температуры около 130 ° C).

Двигатели с системой Common Rail уже некоторое время используются в судостроении и локомотивах . Купер-Бессемер GN-8 ( около 1942) представляет собой пример с гидравлическим управлением Common Rail дизельного двигателя, известный также как модифицированная общей топливная магистраль.

Прототип системы Common Rail для автомобильных двигателей был разработан в конце 1960-х годов Робертом Хубером из Швейцарии, а дальнейшее развитие технологии получил доктор Марко Гансер из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, позже компания Ganser-Hydromag AG (эст. 1995) в Оберэгери.

Первое успешное использование в серийных автомобилях началось в Японии к середине 1990-х годов. Доктор Шохей Ито и Масахико Мияки из Denso Corporation , японского производителя автомобильных запчастей, разработали топливную систему Common Rail для большегрузных автомобилей и применили ее на практике в своей системе Common Rail ECD-U2, установленной на грузовике и продана для общего пользования в 1995 году. Denso заявляет о первой коммерческой системе Common Rail высокого давления в 1995 году.

Современные системы Common Rail, хотя и работают по тому же принципу, управляются блоком управления двигателем , который открывает каждую форсунку электрически, а не механически. Он был широко проработан в 1990-х годах в сотрудничестве между Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat и Elasis. После исследований и разработок, проведенных группой Fiat , конструкция была приобретена немецкой компанией Robert Bosch GmbH для завершения разработки и доработки для массового производства. Оглядываясь назад, можно сказать, что продажа Fiat показалась стратегической ошибкой, поскольку новая технология оказалась очень прибыльной. У компании не было иного выбора, кроме как продать Bosch лицензию, так как в то время у нее было плохое финансовое положение и не хватало ресурсов для завершения разработки самостоятельно. В 1997 году они распространили его на легковые автомобили. Первым легковым автомобилем, использующим систему Common Rail, была модель 1997 года Alfa Romeo 156 с 2,4- литровым двигателем JTD , а позже в том же году Mercedes-Benz представила ее в своей модели W202 .

Роль насоса, форсунок и их устройство

Именно последние вместе с насосом ТНВД являются одними из основных отличительных особенностей системы. Форсунки применяются пьезоэлектрического принципа действия. Такой механизм переключается намного быстрее, чем у форсунок, оборудованных электромагнитным клапаном. У пьезоэлектрической форсунки игла весит на ¾ меньше, чем у ее электромагнитного аналога. Благодаря этому достигаются следующие преимущества:

• быстрота переключения;
• совершение нескольких впрысков на протяжении одного и того же такта;
• точная дозировка.

С высокой скоростью переключения становится возможным точнее корректировать фазы впрыска и дозировать подачу горючего. Именно поэтому впрыск идеально подстраивается под потребности дизель-мотора в том или ином режиме его работы.

Еще одна интересная деталь — ТНВД. Это устройство одноплунжерного типа. Его привод связан  зубчатым ремнем с коленвала, а частота подстроена под частоту оборотов мотора. Он создает высокое давление в агрегате, которое может достигать 1800 бар — именно такое необходимо для эффективного впрыска. Пара кулачков, которые развернуты на 180 градусов способствует созданию скачка давления вместе с впрыском в течение рабочего такта отдельно взятого цилиндра. Благодаря этому формируется равномерная нагрузка привода насоса, а также снижаются колебания давления.

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.

Электрогидравлическая форсунка

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.

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.

Используемые сокращения и брендинг

Инжектор дизельного топлива Common Rail Bosch от двигателя грузовика Volvo

Производители автомобилей называют свои двигатели с системой Common Rail под собственными торговыми марками:

• Ашок Лейланд : CRS (используется в U Truck и E4 Bus)
• Audi : TDI , BiTDi Буква «Bi» означает BiTurbo.
• BMW Group ( BMW и Mini ): d (также используется в Land Rover Freelander как TD4 и в Rover 75 и MG ZT как CDT и CDTi), D и SD
• Chevrolet (принадлежит GM ): VCDi (по лицензии VM Motori ) и Duramax Diesel
• Chrysler CRD
• Citroën : HDi , e-HDi и BlueHDi
• Cummins и Scania : XPI (разработано в рамках совместного предприятия)
• Cummins : CCR ( насос Cummins с форсунками Bosch )
• Daimler : CDI
• Fiat Group ( Fiat , Alfa Romeo и Lancia ): JTD (также маркируется как MultiJet , JTDm , а поставленные производители — как TDi , CDTi , TCDi , TiD , TTiD , DDiS и QuadraJet )
• Ford Motor Company : TDCi ( Duratorq и Powerstroke ) и EcoBlue Diesel
• Honda : i-CTDI и i-DTEC
• Hyundai , Kia и Genesis : CRDi
• IKCO : EFD
• Isuzu : iTEQ и Ddi
• Ягуар : d
• Джип : CRD и EcoDiesel
• Komatsu : Tier3 , 4 класса , 4D95 и выше HPCR -ряды
• Land Rover : TD4 , ED4, SD4, TD6, TDV6, SDV6, TDV8, SDV8
• Lexus : d (например, 450d и 220d)
• Mahindra : CRDe , m2DiCR , mEagle , mHawk , mFalcon и mPower (грузовые автомобили)
• Maserati : Дизель
• Mazda : MZR-CD и Skyactiv-D (производятся совместным предприятием Ford и PSA Peugeot Citroen ) и более ранние версии DiTD
• Mercedes-Benz : CDI и d
• Mitsubishi : Di-D (в основном на недавно разработанном семействе двигателей 4N1 )
• Nissan : DDTi
• Opel / Vauxhall : CDTI , BiTurbo CDTI , CRI , Turbo D и BiTurbo D
• Porsche : Дизель
• Протон : SCDi
• Groupe PSA (Peugeot, Citroën и DS) : HDi , e-HDi или BlueHDi (разработано совместным предприятием с Ford ) — см. Двигатель PSA HDi
• Renault , Dacia и Nissan : dCi (Infiniti использует некоторые двигатели dCi в рамках альянса Renault-Nissan, бренд d )
• Saab : TiD (турбодизельный двигатель 2.2 также назывался «TiD», но у него не было Common Rail) и TTiD . Двойная буква «T» означает Twin-Turbo.
  
• SsangYong : XDi , eXDI, XVT или D
• Subaru : TD или D (по состоянию на январь 2008 г.)
• Сузуки : DDiS
• Tata : 2.2 VTT DiCOR (используется в большом классе SUV, таком как Safari ), VARICOR (используется в большом классе SUV, таком как Safari Storme , Aria и Hexa ), 1.05 Revotorq CR4 (используется в Tiago и Tigor ) и 1.5 Revotorq CR05 ( используется в Nexon и Altroz )
• Revotorq CR4 (используется в Tiago , Tigor ) и Revotorq CR05 (используется в Nexon , Altroz )
• Toyota : D-4D и D-CAT
• Volkswagen Group ( Volkswagen , Audi , SEAT и Škoda ): TDI (в более поздних моделях используется система Common Rail, в отличие от более ранних двигателей с насос-форсунками ). Bentley называют свой дизель Bentayga просто дизелем
• Volvo : двигатели D , D2 , D3 , D4 и D5 (некоторые из них производятся Ford и PSA Peugeot Citroen ), двигатели Volvo Penta серии D.

Принципы

Схема системы Common Rail

Электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны обеспечивают точный электронный контроль времени и количества впрыска топлива, а более высокое давление, создаваемое технологией Common Rail, обеспечивает лучшее распыление топлива . Чтобы снизить уровень шума двигателя, электронный блок управления двигателем может впрыснуть небольшое количество дизельного топлива непосредственно перед основным впрыском («пилотный» впрыск), таким образом уменьшая его взрывоопасность и вибрацию, а также оптимизируя время впрыска и количество для различий в качестве топлива. , холодный запуск и т. д. Некоторые передовые топливные системы Common Rail выполняют до пяти впрысков за такт.

Двигатели с общей топливной магистралью требуют очень короткого времени для прогрева или его отсутствия в зависимости от температуры окружающей среды и производят меньше шума и выбросов, чем старые системы.

В дизельных двигателях исторически использовались различные формы впрыска топлива. Два общих типа включают систему с единичным впрыском и системы распределителя / линейного насоса . Хотя эти старые системы обеспечивают точное управление количеством топлива и временем впрыска, они ограничены несколькими факторами:

• Они приводятся в действие кулачком, а давление впрыска пропорционально оборотам двигателя. Обычно это означает, что наивысшее давление впрыска может быть достигнуто только при самых высоких оборотах двигателя, а максимально достижимое давление впрыска уменьшается по мере уменьшения частоты вращения двигателя. Это соотношение верно для всех насосов, даже тех, которые используются в системах Common Rail. В блочных или распределительных системах давление нагнетания привязано к мгновенному давлению единичного события нагнетания без аккумулятора, поэтому взаимосвязь более заметна и проблематична.
• Они ограничены по количеству и времени событий впрыска, которыми можно управлять во время одного события сгорания. Хотя в этих старых системах возможны множественные инъекции, это намного сложнее и дороже.
• Для типичной распределительной / линейной системы начало впрыска происходит при заданном давлении (часто называемом давлением выталкивания) и заканчивается при заданном давлении. Эта характеристика возникает из-за «тупых» форсунок в головке блока цилиндров, которые открываются и закрываются при давлениях, определяемых предварительной нагрузкой пружины, приложенной к плунжеру в форсунке. Когда давление в инжекторе достигает заданного уровня, поршень поднимается и начинается впрыск.

В системах Common Rail насос высокого давления хранит в резервуаре топливо под высоким давлением — до и выше 2000 бар (200 МПа; 29000 фунтов на кв. Дюйм). Термин «общий распределитель» относится к тому факту, что все топливные форсунки питаются от общей топливной рампы , которая является не чем иным, как аккумулятором давления, в котором топливо хранится под высоким давлением. Этот аккумулятор подает топливо под высоким давлением в несколько топливных форсунок. Это упрощает назначение насоса высокого давления, поскольку ему необходимо только поддерживать заданное давление (с механическим или электронным управлением). Топливные форсунки обычно управляются ЭБУ. Когда топливные форсунки активируются электрически, гидравлический клапан (состоящий из сопла и плунжера) открывается механически или гидравлически, и топливо распыляется в цилиндры под желаемым давлением. Поскольку энергия давления топлива сохраняется удаленно, а форсунки приводятся в действие электрически, давление впрыска в начале и в конце впрыска очень близко к давлению в гидроаккумуляторе (распределителе), что обеспечивает квадратную скорость впрыска. Если гидроаккумулятор, насос и трубопровод имеют надлежащие размеры, давление и скорость нагнетания будут одинаковыми для каждого из нескольких событий нагнетания.

Дизели Common Rail третьего поколения теперь оснащены пьезоэлектрическими форсунками для повышения точности с давлением топлива до 2500 бар (250 МПа; 36000 фунтов на кв. Дюйм).

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.

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.

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