Система comon rail – Топливная система Common Rail: описание и принцип работы

Комплект для ремонта форсунок.

Уже в режиме прокрутки коленвала стартером ТНВД создает пусковое давление 350–400 бар. На минимальных оборотах холостого хода — до 500–600 бар, а при максимальной нагрузке — до 1300–1500 бар. Есть насосы с давлением и до 2000 бар. Его величину задает регулятор, расположенный на корпусе ТНВД либо на рампе и подчиненный электронному блоку управления двигателем. Выдавая команды, ЭБУ опирается на сигналы датчика давления в рампе.

По трубкам высокого давления топливо подается к форсункам, открывающимся под действием электрического сигнала. Есть два варианта конструкции — электромагнитная либо с пьезоэлементом. Первая поначалу не отличалась быстродействием, что и вынудило конструкторов искать альтернативу. В пьезофорсунке напряжение подается на пьезокристалл, который мгновенно расширяется. Золотник сжимает пружину, игла форсунки открывает путь топливу — и оно впрыскивается в камеру сгорания. Впрочем, конструкторы продолжают совершенствовать и электромагнитные устройства, — на современных двигателях успешно работают оба варианта.

Современная форсунка — компактное, но непростое устройство.

Современная форсунка — компактное, но непростое устройство.

О том, с какой тщательностью специалисты доводили рабочий процесс дизеля, говорит его малошумность. Так, предварительный впрыск перед основной дозой ощутимо смягчил воспламенение смеси — одно это сделало дизели CR молчаливее предшественников. Есть в дизелях CR и «послевпрыск». Его роль служебная — очищать сажевый фильтр. Дополнительная порция топлива, не сгорая в цилиндрах, поступает в фильтр и разогревает его до температур, при которых сажа полностью выжигается.

ДИАГНОСТИРУЕМ

Есть минимум оборудования, без которого приступать к работе неразумно. Диагностика электронных систем начинается со считывания кодов неисправностей, проверки датчиков, исполнительных механизмов. Особых дизельных сканеров нет, есть универсальные, то есть для широкого круга автомобилей, либо дилерские — на определенную марку. Для изучения сигнала с проверяемого устройства нужен осциллограф. Но он дорог, выгоднее купить сканер с дополнительной функцией осциллографа.

Давление топлива проверяют манометрами. Низкое — механическим, со шкалой до 10 бар, а высокое — специальным прибором с переходниками и диапазоном не ниже 2000 бар. А для измерения количества топлива, сливаемого из форсунок, нужен свой набор.

Алгоритм поиска неисправности зависит от характера отказа. Если двигатель не заводится (электронные блокировки и забытые секретки не в счет), проверяем целостность привода ГРМ. Если стартер вращает коленвал с усилием, это неплохо для владельца, а если без сопротивления, порадуются ремонтники: работа предстоит дорогостоящая. Ведь дизельные двигатели «втыковые» — при разрушении привода ГРМ поршни гнут клапаны, а дальше как повезет.

Стенд для проверки форсунок и насосов высокого давления.

Стенд для проверки форсунок и насосов высокого давления.

Если привод ГРМ в порядке, переходим к проверке топливоподачи. Электрический подкачивающий насос вступает в работу с поворотом ключа. При износе или повреждении этого насоса меняется потребляемая им мощность, ЭБУ фиксирует это как неисправность и записывает в память системы ее код. Но полностью полагаться на электронику не стоит, поэтому подключаем манометр к магистрали низкого давления. (У механического подкачивающего насоса для удобства контроля есть штуцер.) Если здесь давление в норме, переходим к ТНВД.

Проверим давление топлива в рампе в режиме прокрутки коленвала стартером. Эта часть системы оснащена датчиком давления топлива, — воспользуемся его услугами. Подключаем к диагностическому разъему сканер и находим нужный параметр. Если он ниже нормы, ищем, где скрывается неисправность. Виноваты могут быть форсунки, электромагнитные клапаны (регуляторы) и сам ТНВД.

Схема системы питания дизеля «коммон рейл»:

1 no copyright

www.zr.ru

Система питания Common Rail дизельного двигателя.

Система впрыска Common Rail

Общие сведения о системе питания Common Rail

Система впрыска Common Rail (Common Rail в переводе с английского — «общий путь», «общая рампа») является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Впрочем, аналог такой системы применяется и в бензиновых двигателях с принудительным впрыском топлива, т. е. инжекторных двигателях.
Разработчиками системы Common Rail являются специалисты известной германской фирмы Bosch. На серийных автомобилях с применением электронного управления такие системы появились в 1997 году.
В настоящее время работы по применению систем Common Rail ведутся практически во всех фирмах-производителях ТПА (R.Bosch, Lucas, Siemens, L’Orange).

Основное принципиальное отличие системы Common Rail от рассмотренной в предыдущей статье классической системы питания заключается в том, что топливо к форсункам подается не непосредственно от ТНВД, а от общего накопителя – топливной рампы. Топливная рампа (аккумулятор топлива) представляет собой толстостенный цилиндрический сосуд, способный выдерживать высокое давление, развиваемое ТНВД. В рампе поддерживается постоянное давление топлива с помощью ТНВД и регулятора давления, и каждая форсунка соединена топливопроводом с рампой.
В нужный момент блок управления формирует управляющий сигнал на электромагнитный (или пьезоэлектрический) клапан форсунки, форсунка открывается и топливо впрыскивается в цилиндр.
Таким образом, главной отличительной особенностью системы Common Rail является разделение процессов создания давления и впрыска топлива, что позволяет получить ряд преимуществ в работе.

Применение данной системы позволяет снизить расход топлива, токсичность отработавших газов, уровень шума дизеля, а также значительно улучшить его динамические характеристики. По сравнению с обычным дизелем система Common Rail позволяет снизить расход топлива до 40% при уменьшении токсичности отработавших газов и снижении шумности при работе на 10 %.
Главным преимуществом системы Common Rail является возможность управления подачей топлива посредством компьютера (электронного блока управления), что позволяет осуществлять широкий диапазон регулирования давления, количества и момента начала впрыска топлива.

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы классического 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. На современных дизелях, оборудованных системой питания Common Rail применяют топливные насосы высокого давления радиально-плунжерного или плунжерного типа.
Более подробно о ТНВД радиально-плунжерного типа здесь.

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 системы 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

Принцип работы системы питания Common Rail достаточно прост, и попытки ее применения известны достаточно давно – более полувека назад. Тем не менее, максимального эффекта от использования такой системы питания удается получить лишь с помощью компьютерного управления работой двигателя, поэтому широкое распространение подобные системы получили лишь недавно.
Рассмотрим подробнее работу Common Rail на приведенной ниже схеме (рис. 2).

С помощью топливоподкачивающего насоса (ТПН) топливо закачивается из топливного бака и через фильтр с влагоотделителем подается в радиально-плунжерный насос высокого давления (ТНВД) , который с помощью эксцентрикового вала приводит в движение три плунжера.
Топливный насос высокого давления напрямую связан с распределительным валом и подает порцию топлива в рампу при каждом обороте, а не так как в обычном двигателе один раз за два оборота.
От ТНВД топливо под большим давлением поступает в гидроаккумулятор (топливную рампу), откуда поступает на электро- или пьезогидравлические форсунки, управляемые компьютером.
Излишки топлива от форсунок и ТНВД сливаются в топливный бак через топливопроводы слива (магистраль обратного слива).

Схему можно увеличить в отдельном окне браузера, щелкнув по ней мышкой.

В нужный момент блок управления (ЭБУ) 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.

Начало впрыска и количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя через форсунки, зависит от начала и продолжительности сигнала электронного блока управления, формируемого на основании информации от датчиков. Этот сигнал зависит от нескольких параметров, в первую очередь — от режима работы двигателя.
Система управления дизелем включает датчики оборотов двигателя, положения коленчатого вала (датчик Холла), положения педали акселератора, расходомер воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления воздуха, температуры воздуха, давления топлива, кислородный датчик (лямбда-зонд) и некоторые другие.

Давление в системе регулируется по сигналу блока управления с помощью регулятора. На холостом ходу оно минимальное, что снижает шум работы форсунок и ТНВД, а при разгоне максимальное для обеспечения лучшей приемистости.

Многократный впрыск в системе Common Rail

Поскольку давление впрыска не зависит от оборотов двигателя и нагрузки, фактическое начало, давление и продолжительность впрыска могут быть свободно выбраны в широком диапазоне значений.
Кроме того, появляется возможность применения предварительного впрыска (или даже нескольких впрысков), регулируемого в зависимости от потребностей двигателя, что приводит к существенному сокращению шума двигателя наряду с улучшением процесса сгорания и сокращением выброса вредных веществ с отработавшими газами.

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 в режиме частичных и номинальных нагрузок.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).

***

Достоинства и недостатки системы Common Rail

Как уже отмечалось выше, использование в дизелях системы питания Common Rail вместо классической системы питания дает ощутимый прирост мощности, экологичности и экономичности двигателю. Уменьшение расхода топлива, выброса вредных веществ, шума, наряду с повышением динамических показателей достигается возможностью компьютерного управления всеми процессами впрыска, что невозможно осуществить в традиционных системах питания, даже самых сложных и совершенных.

К существенным недостаткам системы Common Rail следует отнести сложность обслуживания, требующего от технического персонала высокой квалификации и необходимость применения специального оборудования для тестирования работы системы. Поэтому, если автомобиль эксплуатируется в условиях ограниченного технического сервиса невысокого уровня, надежнее использовать классическую систему питания.

Следует отметить, что система питания Common Rail подвергает моторное масло значительным тепловым нагрузкам. Из-за более интенсивного горения верхняя часть (головка) поршней нагревается гораздо сильнее, чем у классического дизельного двигателя. Если головка поршня у классического дизеля непосредственного впрыска нагревается до 320-350 °C, при работе с системой питания Common Rail — свыше 400 °С.
В результате моторное масло выгорает и окисляется значительно интенсивнее. По этой причине в смазочной системе дизелей с впрыском типа Common Rail необходимо использовать синтетические или полусинтетические моторные масла.

***

Перспективы развития системы питания Common Rail

Совершенствование системы питания Common Rail осуществляется по пути увеличения давления впрыска. Очевидно, что чем выше давление в системе в момент впрыска, тем больше топлива успевает попасть в цилиндр за равный промежуток времени и, соответственно, реализовать большую мощность двигателя. Кроме того, впрыск под большим давлением обеспечивает высокое качество распыливания топлива форсункой, что благотворно сказывается на процессах смесеобразования и горения.
В современных двигателях повышение давления впрыска ограничивается прочностью аккумулятора топлива (рампы) и топливопроводов высокого давления, которые подвержены пульсирующим и вибрационным нагрузкам при работе двигателя и способны разрушиться.
Тем не менее, за полтора десятка лет инженерными решениями удалось увеличить давление на впрыске более, чем в полтора раза – у современных дизелей с системой питания Common Rail оно достигает 220 МПа и даже более.

Высокое давление впрыска надежнее обеспечить, используя систему питания типа насос-форсунка, о которой пойдет рассказ в следующей статье.

***

Устройство и принцип работы ТНВД системы Common Rail

k-a-t.ru

Устройство и принцип работы системы Common Rail

                                                       Схема и детали системы

  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.

2. Топливный фильтр с клапаном предварительного подогрева.
Клапан предварительного подогрева препятствует при низких температурах окружающей среды засорению фильтра кристаллизующимися парафинами.

3. Дополнительный топливный насос.
Подаёт топливо из напорной магистрали к топливному насосу.

4. Сетчатый фильтр.
Предохраняет насос высокого давления от попадания инородных частиц.

5. Датчик температуры топлива.
Измеряет текущую температуру топлива.

6. Насос высокого давления (ТНВД).
Создаёт давление, необходимое для работы системы впрыска.

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

8. Регулятор давления топлива.
Регулирует давление топлива в магистрали высокого давления.

9. Аккумулятор давления (топливная рампа). 
Накапливает под высоким давлением топливо,необходимое для впрыска во все цилиндры.

10. Датчик давления топлива.
Измеряет текущее давление топлива в магистрали высокого давления.

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

12. Форсунки.

                                       Система впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail представляет систему впрыска топлива для дизельных двигателей с аккумулятором высокого давления. Термин «Common Rail» означает «общая балка или рампа» и служит для обозначения общей топливной рампы
(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.

Система впрыска Common Rail располагает большими возможностями для регулирования давления и параметров впрыска в соответствии с режимом работы двигателя. Это создает хорошие предпосылки для удовлетворения постоянно растущих требований к системе впрыска в плане улучшения экономичности, снижения токсичности ОГ и шумности двигателя.

Форсунки

В данной системе впрыска Common Rail используются пьезоэлектрические форсунки.

Управление форсунками осуществляется исполнительным механизмом, основанном на использовании пьезоэлемента. Скорость переключения такого механизма во много раз выше, чем у форсунки с электромагнитным клапаном.

Кроме того, масса подвижной иглы у распылителя пьезоэлектрической форсунки примерно на 75 % меньше, чем у форсунки с электромагнитным приводом.

Это обеспечивает пьезоэлектрическим форсункам следующие преимущества:

* короткое время переключения
* возможность произвести несколько впрысков в течение рабочего такта
* точность дозировки впрыска

                                  Работа пьезофорсунки Common Rail

 И для интереса. Как изготавливается форсунка Common Rail Piezo на заводе.

                                                  Процесс впрыска

Высокая скорость переключения пьезоэлектрической форсунки позволяет гибко и с высокой точностью управлять фазами впрыска и дозировать подачу топлива. Благодаря этому управление процессом впрыска топлива может осуществляется в точном соответствии с потребностью двигателя в определённый момент времени. За время такта может быть произведено до пяти отдельных впрысков.

                                                               ТНВД

Насос высокого давления представляет собой одноплунжерный насос. Привод насоса осуществляется через зубчатый ремень коленвала с частотой, равной частоте оборотов двигателя. ТНВД предназначен для создания в топливной магистрали давления до 1800 бар, необходимого для работы системы впрыска. С помощью двух кулачков, развёрнутых на приводном вале на 180°, скачок давления формируется синхронно с впрыском во время рабочего такта конкретного цилиндра. Это обеспечивает равномерную нагрузку привода насоса и снижает колебания давления в области высокого давления.
Для снижения трения при передаче усилия от приводных кулачков к плунжеру насоса между ними установлен ролик.

                                   Устройство насоса высокого давления

Схематическое представление насоса высокого давления.

 Вернутся к началу страницы

zet-avto.ru

Дизель Common Rail: кормилец — журнал За рулем

Оцениваем самую популярную систему питания современных дизельных двигателей — Common Rail.

Сегодня ей комплектуется около 80% всех сходящих с конвейера коммерческих автомобилей и спецтехники экологических стандартов Euro 4 и выше. А раз так, самое время поговорить об особенностях ее ремонта и эксплуатации с учетом российской специфики и, в частности, качества отечественного дизельного топлива.

Российские перевозчики и мастера СТО накопили значительный опыт по эксплуатации, обслуживанию и ремонту автомобилей с системой Common Rail (СR), что позволяет не только структурировать проблемы, которые возникают с компонентами СR в гарантийный период и после его окончания, но и дать рекомендации, как их избежать.

Особое внимание уделяйте электрическим контактам форсунок

Особое внимание уделяйте электрическим контактам форсунок

То, что основной причиной выхода из строя насосов и инжекторов является некачественное топливо, сегодня ни для кого не секрет. В России на данный момент производится и реализуется на автозаправках два основных вида топлива, соответствующих ГОСТ Р 52368–2005 (ЕН 590:2004) и ГОСТ 305–82. При этом, по своим физическим и химическим характеристикам, в частности, в процентном содержании серы, смазывающих способностях, они существенно разнятся. Так, смазывающая способность топлива по ГОСТ Р 52368–2005 регламентируется как не более 460 микрон, а у выпущенного по ГОСТ 305–82 данный параметр не регламентирован. Какое именно топливо попадает в бак автомобиля, часто не знают даже сотрудники бензоколонки — что бензовоз привез, то и залили в резервуары.

В то же время специалист-топливщик без особого труда определит, чем кормили двигатель. Правда, для этого ему придется провести разборку вышедших из строя узлов и агрегатов топливной системы или, по крайней мере, провести их диагностику на специальных стендах. Сильнее всего по карману перевозчика бьет выход из строя топливного насоса.

Система питания Common Rail управляется электронным контроллером

Система питания Common Rail управляется электронным контроллером

Перспективный дизель ярославского завода ЯМЗ-534 с Common Rail

Перспективный дизель ярославского завода ЯМЗ-534 с Common Rail

Привод насоса Common Rail надежен и долговечен — хлопот не доставляет

Привод насоса Common Rail надежен и долговечен — хлопот не доставляет

Неисправности топливного насоса

Одной из наиболее часто встречающихся неисправностей топливного насоса является течь топлива по стыку уплотнительной манжеты кулачкового вала. Явление чаще всего наблюдается в холодную погоду почти у всех насосов, в которых топливо выполняет функцию смазки. Замечено, что при прогреве двигателя до рабочей температуры течь обычно прекращается. Причиной течи почти всегда является повышенное давление топлива внутри насоса. Максимальное же, измеряемое на сливном трубопроводе не должно превышать 1,2 бара.

Система питания. Схема

Система питания. Схема

Для наглядности приведу типичный случай из опыта эксплуатации. Температура воздуха минус 15 градусов Цельсия. После пуска мотора топливо тут же начинает подкапывать в месте стыка насоса с двигателем. Примерно через две минуты работы течь пропадает. За это время утечка топлива может составить около 100 мл. Однако при проверке насоса на стенде никаких проблем в его работе не наблюдается. Если данный дефект имеет место, не торопитесь разбирать насос. Попробуйте померить давление на сливе — скорее всего задросселирована магистраль слива топлива.

Возможная причина возникновения течи может скрываться и в повышенной вязкости топлива. На трескучем морозе даже качественная зимняя солярка густеет, что уж говорить про летние сорта топлива, которые недобросовестные бизнесмены продают зимой. В системе CR количество топлива, проходящего через слив (обратную топливную магистраль), несоизмеримо больше, чем в классической системе. Так, например, инжектор дает в «обратку» примерно столько же топлива, сколько впрыскивает в цилиндр. Одним словом, подтекание топлива по стыку уплотнительной прокладки не является дефектом или неисправностью.

Несмотря на то, что линия высокого давления является очень высоконагру- женной зоной, первостепенное внимание должно уделяться линии низкого давления, так как именно в этих зонах легко может образовываться повы- шенное давление (на сбросе) и повышенное разряжение (на всасывании)

www.zr.ru