Система Common Rail применяется исключительно на дизельных моторах, хотя по структуре она очень похожа на её аналог у бензиновых двигателей с непосредственным впрыском типа GDI. Такое сближение говорит о правильности подхода, если два таких разных направления сходятся практически в одной точке. Координаты которой лежат в области минимальной токсичности выхлопа, высокой экономичности и снижения акустического загрязнения.
Что представляет собой самая современная топливная система для дизелей
Есть несколько терминов для выделения главной особенности данной системы. Понятными они становятся, если знать историю перехода к Common Rail от более традиционных способов доставки дизтоплива в камеры сгорания двигателей с воспламенением от сжатия. Ранее создание давления и дозирование осуществлялось топливным насосом высокого давления (ТНВД), соединяемого трубопроводами с механическими форсунками, или более простой системой из насос-форсунок. Но с введением электронного управления впрыском структуру изменили.
Новая система состоит из следующих устройств:
- подкачивающего насоса низкого давления, доставляющего топливо из бака;
- подсистемы фильтрации;
- ТНВД с электрическим регулятором давления;
- магистрали высокого давления и аккумулирующей топливной рейки;
- датчика высокого давления;
- электроуправляемых форсунок с трубопроводами подачи топлива и обратного слива;
- блока управления с набором датчиков и интерфейсов;
- регулятора давления в обратной магистрали.
Устройство получилось понятным и логичным по структуре, но очень непростым в исполнении, внедрение потребовало разработки новых технологий производства отдельных узлов и уточнения алгоритмов работы.
Принцип действия Common Rail
Дизтопливо забирается из бака, проходя через насос низкого давления и систему фильтрации. Требования очистки вообще очень важны для дизельной аппаратуры, а у такой технически совершенной со сверхвысоким давлением в особенности. Не допускается наличие воды, серы и малейших твёрдых частиц или смолистых включений.
ТНВД с механическим приводом обеспечивает создание штатного давления в топливной рейке во всём диапазоне расходов. Для этого он снабжён приводом от механики двигателя, одним или несколькими плунжерами и регулятором давления, петля обратной связи которого замкнута через датчик давления на рампе и компьютер электронного блока управления. Программа отслеживает изменения параметра и корректирует подачу управляемого ТНВД.
Тот же компьютер выполняет роль предварительного дозирования расхода, на основании сигналов своих датчиков оценивая требуемое количество топлива и соответствующим образом регулируя производительность ТНВД. Это важно для стабильности давления в системе и сглаживания пульсаций. Принцип аккумулирования подразумевает постоянство как на длительных, так и на коротких временных отрезках.
Форсунки выполнены по электрогидравлической схеме, где электромагнитный или пьезокристаллический клапан выполняет релейные функции, а силовая коммутация поршня основного клапана осуществляется мощным давлением в рейке. Моменты открытия и закрытия определяются блоком управления индивидуально для каждой форсунки.
За счёт достижения значительного быстродействия инжекторов каждый клапан может открываться и закрываться несколько раз за цикл. Этим достигается оптимизация процессов горения и мягкая работа дизеля. Так например, на холостом ходу и малых нагрузках впрыскивается одна или две пилотные порции топлива, горение которых поднимает температуру в цилиндре, подготавливая условия для эффективного срабатывания основного впрыска. А затем, при необходимости, можно добавить ещё одну порцию, которая потребуется для мощностного режима. Система хорошо адаптируется к любому нагрузочному режиму.
Общее количество фаз впрыска может увеличиваться, если того требует усовершенствованный мотор. Быстродействие инжекторов вполне такое позволяет, сейчас число фаз в некоторых режимах доходит до десятка.
Показателем совершенства поколений системы Common Rail может быть также достигаемая величина давления. Она превысила 2000 атмосфер и продолжает расти.
Преимущества и недостатки магистрального впрыска
Достоинства системы понятны из причин её появления. Обеспечивать чистоту выхлопа дизельных двигателей вообще очень трудно, а не имея в своём распоряжении хорошо управляемой топливной аппаратуры принципиально невозможно. Тем более, что эти процессы происходят на фоне постоянного роста литровой мощности турбодизелей с одновременным снижением расхода. Приходится устанавливать сложные многокомпонентные системы очистки, которые нуждаются в обслуживании со стороны топливной аппаратуры. В частности, это поддержание оптимальной температуры каталитических нейтрализаторов, дожигателей и сажевых фильтров. При том, что никто не станет для этого изменять режим работы мотора, он всегда должен выдавать ровно то, что желает водитель и требует дорожная обстановка.
Система магистрального впрыска со всем этим справляется именно благодаря двум её основным положительным качествам – давлению и быстродействию. Но они же стали причиной проявления недостатков. В первую очередь это высокая цена оборудования. С такими давлениями и механическими нагрузками мало каким механизмам приходится иметь дело. И тут проявляется второй минус системы – она очень требовательна к качеству дизтоплива. При заправке дешёвой соляркой весь и без того не очень большой ресурс быстро испарится. Выйдет из строя высокотехнологичный ТНВД и не менее сложные форсунки.
Тем не менее, выхода нет, экологические нормы никто отменять не собирается. Остаётся совершенствовать аппаратуру, повышая её стойкость и запас по характеристикам. Изготовители успешно с этим справляются, судя по быстрому захвату рынка грузовых и пассажирских перевозок дизельными автомобилями с системой Common Rail.
