Система впрыска Common Rail – назначение, устройство, принцип действия

1 ≫

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.

Источники: http://systemsauto.ru/feeding/common_rail.html

2 ≫

Разработчики автомобильных двигателей, работающих на углеводородном топливе, прикладывают максимум усилий для улучшения экологичности силовых агрегатов выпускаемых и вновь создаваемых транспортных средств. Особенно большое внимание уделяется дизельным двигателям, выхлопные продукты которых представляют особую опасность для людей, нанося серьезное негативное воздействие на экологию окружающей среды. При этом совершенствуется система впрыска, работа которой во многом определяет полноту сгорания топлива, минимизируя тем самым токсичность продуктов сгорания. Конструкторы немецкого консорциума Robert Bosch GmbH разработали инновационную систему подачи топлива Common Rail, направленную на повышение экологичности дизельных силовых агрегатов.

Применение для впрыска дизельного топлива системы «Коммон Рейл» позволяет снизить расход топлива на 15% при одновременном увеличении мощности двигателя до 40%. Уже сам термин «сommon rail», который переводится, как «общая магистраль», говорит об ее особенностях. Она является составной частью топливного контура дизельного силового агрегата и обеспечивает прямую подачу топливной смеси в цилиндры под избыточно высоким давлением. Основная отличительная особенность Common Rail, обеспечивающая функциональность системы в целом — возможность изменения в широких пределах как топливного давления, так и момента впрыска. Эти функции реализуются путем временного разделения периода формирования давления и момента подачи топливной смеси в камеру сгорания.

Конструктивно дизельная система «Common Rail» включает в себя следующие основные элементы:

насос плунжерного типа, создающий и поддерживающий заданное давление топлива;
клапан дозированной подачи «солярки» к плунжерному насосу;
регулятор давления, обеспечивающий его заданную величину в зависимости от загрузки двигателя;
распределительную топливную рампу, которая служит, для:

накопления и удержания топлива под избыточным давлением до начала его впрыска в камеру сгорания;

амортизации давления топлива (снижения колебаний уровня) при его подаче плунжером насоса;

распределения и подачи топливной смеси к форсункам, обеспечивающим непосредственно впрыск.

форсунки, являющиеся основным, функционально важным элементом системы «Common Rail», которые обеспечивают непосредственную подачу топлива внутрь цилиндров;
топливопроводы, связывающие отдельные элементы «Common Rail» в единое целое.

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.

Как показывает опыт эксплуатации, на качество и долговечность работы (моторесурс) форсунок, во многом определяющих экономичность дизельного движка и токсичность выхлопных газов, оказывает их конструкция и фирма-изготовитель. Поэтому автолюбитель, еще на этапе выбора авто должен знать о преимуществах и недостатках определенных образцов. Например, на некоторые (одни из первых) модели Ford Mondeo III 2.0 TDCi и Jaguar X-Type 2.0 d установлены силовые агрегаты с системой «Коммон Рейл», форсунки которой имели конструктивные недостатки, что сказалось на востребованности этих авто. На Западе автомобилисты, как огня, избегали покупок транспортных средств Mercedes E250 CDI W212, с форсунками Delphi. Автомобилестроители быстро отреагировали на это и пошли двумя путями:

повышением качества и надежности впрыскных устройств;
реализацией возможности установки в топливной системе оборудования от различных производителей.

Турбированный дизель 1.6 HDi/TDCi, при установке на различные модели Citroën, Peugeot и Ford, мог быть укомплектован четырьмя разновидностями форсунок. Победила продукция концерна Robert Bosch GmbH — устройства с электрогидравлическим принципом работы. Однако по мнению многих автовладельцев наиболее долговечными являются японские форсунки от DENSO Corporation. Они устанавливаются на различные типы турбированных дизелей, которые входят в состав силового агрегата различных модификаций Mitsubishi, Mazda и Nissan. В последнее время, налажено поступление на рынок ремкомплектов и многие сервисные службы осуществляют ремонт этих изделий, что обходится значительно дешевле стоимости новой форсунки, которая составляет около 450 североамериканских долларов.

Система подачи дизельного топлива Common Rail на сегодняшний день считается одной из наиболее надежных, применяемых в силовых агрегатах современных легковых авто. Однако ее долговечность и качество эксплуатационных параметров зависит от соблюдения правил эксплуатации и своевременного выполнения регламента технического обслуживания.

Источники: http://365cars.ru/obzor/sistema-common-rail-princip-raboty.html

3 ≫

Высокое давление 230-1800 бар.

Давление в обратной магистрали форсунок, 10 bar.

Давление в напорной магистрали, Давление в обратной магистрали.

1. Подкачивающий топливный насос.

Осуществляет постоянную подкачку топлива в напорную магистраль.

Клапан предварительного подогрева препятствует при низких температурах окружающей среды засорению фильтра кристаллизующимися парафинами.

Подаёт топливо из напорной магистрали к топливному насосу.

Предохраняет насос высокого давления от попадания инородных частиц.

Измеряет текущую температуру топлива.

Создаёт давление, необходимое для работы системы впрыска.

Регулирует количество топлива, которое необходимо подать в аккумулятор высокого давления.

Регулирует давление топлива в магистрали высокого давления.

Накапливает под высоким давлением топливо,необходимое для впрыска во все цилиндры.

Измеряет текущее давление топлива в магистрали высокого давления.

Поддерживает давление в обратной магистрали форсунок системы впрыска на уровне 10 бар. Такое давление необходимо для работы форсунок.

Система впрыска Common Rail

(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.