Устройство Common rail принцип работы

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.

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.

Особенности устройства и преимущества топливной системы Common Rail

Топливная система Common Rail применяется исключительно в дизельных двигателях и считается наиболее прогрессивной на текущий момент. В сравнении с другими схемами она обеспечивает более экономичный расход топлива, повышает экологическую безопасность автомобиля, отличается низким уровнем шума, но главное — создает более высокое давление подачи в камеру сгорания. О том, как устроена система впрыска Common Rail (Коммон Рейл) и каковы принципы ее работы, пойдет речь далее.

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 форсунки дизельного двигателя. 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 (топливный насос высокого давления) — 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.

Более 70% всех производимых сегодня дизельных двигателей оснащается топливными системами Common Rail.

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.

В современных дизельных двигателях может выполняться от 7 до 9 фаз впрыска.

Достоинства и недостатки системы Common rail

Изначально уровень давления, создаваемый на топливной рампе, составлял 140 МПа. Начиная с четвертого поколения, система позволила достигать показателей до 220 МПа. Такой прогресс позволил добиться увеличения объема топлива, впрыскиваемого в цилиндры мотора за один цикл, а следовательно, повысить мощность дизельных автомобилей.

Аккумуляторные топливные системы используют целый комплекс датчиков, позволяющих учитывать:

• давление в магистральном трубопроводе;
• скорость вращения коленчатого вала;
• расход воздуха, положение педали газа;
• температуру топлива и воздуха;
• данные лямбда-зонда.

Сигналы, поступающие от этих датчиков, дают возможность ЭБУ максимально оптимизировать работу дизельного двигателя. В сравнении с системами ТНВД с насос-форсунками, ремонтопригодность Common Rail выше в силу более простого устройства.

Среди недостатков системы Коммон Рейл — необходимость использования топлива более высокого качества. Поскольку в таких двигателях используются конструктивно сложные форсунки, их ресурс ниже. Также очень важно обеспечение полной герметичности. Так, например, при поломке форсунки, ее клапан будет постоянно находиться в открытом положении, и топливная система перестанет работать.

Появление топливной системы Common Rail стало настоящим прорывом в производстве дизельных двигателей. Она обеспечила возможность применения для дизелей всех классов высоких экологических стандартов, активно внедряемых в развитых странах.

Система впрыска Common Rail

В описании практически любого современного автомобиля, оснащенного дизельной силовой установкой, можно увидеть информацию, что в двигателе используется система впрыска Common Rail. Причем встречается она на любой технике, использующей этот вид топлива, от легковых автомобилей до карьерных и сельскохозяйственных машин. Но далеко не все знают, в чем особенность этой системы, благодаря чему она получила такое широкое распространение и какие у нее достоинства и отрицательные качества.

Система впрыска Common Rail сейчас считается самой передовой технологией обеспечения подачи дизтоплива в дизельных силовых установках. Появилась она сравнительно недавно, первый автомобиль, оснащенный этой системой, выпустили в 1997 году. Но при этом Common Rail стремительно набрал популярность и практически все дизельные установки им сейчас оснащаются. Помимо указанного названия, имеется еще одно – аккумуляторная топливная система.

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.

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.

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.

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.

Подача топлива

Уже упоминалось, что система впрыска Common Rail использует многократную подачу дизтоплива в цилиндр за один рабочий цикл мотора. Всего применяется три вида впрыска – предварительный, основной и дополнительный.

Предварительный впрыск «подготавливает» среду. Небольшое количество топлива, впрыснутое чуть раньше, приводит к возрастанию давления и температуры в камере сгорания. В дальнейшем это обеспечивает легкое и плавное воспламенение основной части горючей смеси. Благодаря этому впрыску шумность работы дизельной силовой установки снижается.

При основном впрыске в камеру сгорания подается рабочая порция дизтоплива, которая и обеспечивает работу силовой установки.

Дополнительный впрыск происходит уже на цикле рабочего хода, после того, как смесь сгорела. В задачу этого впрыска входит увеличение температуры отработанных газов, обеспечивая сгорание частиц сажи в сажевом фильтре. Тем самым повышается экологичность выхлопа.

График впрыска топлива

Интересно, что ЭБУ может регулировать многократный впрыск, подстраивая подачу под определенные условия работы силовой установки. К примеру, на холостом ходу предварительных впрысков топлива может быть два, чтобы обеспечить более лучшие условия для сгорания основной порции дизтоплива. При средней же нагрузке предварительно топливо подается только раз, а при максимальной подготовка уже не требуется.

Как видно, водитель на процесс работы системы Common Rail практически не влияет. Даже нажимая на педаль акселератора, он просто подает сигнал на ЭБУ, который затем обработается и учтется при формировании импульса на открытие форсунок. Вся работа системы питания полностью контролируется и регулируется электронной частью.

Достоинства и недостатки

Несмотря на то, что эта система питания дизеля, сравнительно «молодая», но уже существует несколько ее поколений. Причем разница между ними сводится лишь к давлению впрыска. Ведь чем оно выше, тем лучше наполняемость цилиндра за единицу времени (форсунка сможет больше впрыснуть), а это в свою очередь – больший выход мощности. Так, у первого поколения Common Rail рабочее давление составляло 1350 Бар, а у четвертого – уже 2200 Бар.

Система впрыска Audi 3-го поколения

Широкое распространение эта система питания получила благодаря ряду преимуществ перед классической:

1. Высокая точность дозировки топлива. Электронный блок полностью контролирует параметры работы силовой установки и мгновенно реагирует на изменение режима работы, подстраивая под него подачу топлива. Тем самым достигается еще большая экономичность двигателя при лучшем выходе мощности.
2. Давление в системе поддерживается в строго заданных параметрах, что обеспечивает нормальное наполнение цилиндров независимо от скорости вращения коленчатого вала и режима работы (особенно это важно на холостом ходу, и при малых оборотах).
3. В этой системе не требуется подстраивать работу ТНВД под рабочие циклы, его задача – лишь нагнетать в рампу топливо, а за всем остальным следит ЭБУ. К тому же ТНВД конструктивно проще, поэтому легче поддается ремонту.
4. Возможность использования многократного впрыска. Многоразовая подача топлива за один рабочий цикл обеспечивает оптимизацию процессов сгорания в камере сгорания, что снижает шумность работы мотора и повышает его экологичность.

Благодаря таким преимуществам эта система питания и стала столь востребованной, тем более, что она полностью вписывается в нормы экологичности Евро-4.

Но и без недостатков не обошлось. Они у этой системы такие:

• Более сложная конструкция форсунок сказывается на ресурсе их работы;
• Система в случае разгерметизации контура высокого давления полностью перестает функционировать. Если раннее зависание одной из форсунок в открытом положении становилось причиной перебоев, но сам двигатель продолжал работать, то в Common Rail при заклинивании клапана управления сработает отсекатель и мотор прекратит работать;
• Система питания Common Rail более требовательна к чистоте топлива.

Пока система Common Rail считается самой лучшей для использования на дизельных двигателях, и альтернатива ей вряд ли скоро появиться.

Изучаем Common Rail: всё путем

На смену старым системам питания дизелей с рядным топливным насосом высокого давления пришла более совершенная конструкция — «коммон рейл» (Common Rail, CR), что в переводе означает «общий путь».

Первые серийные автомобили с этой системой, разработанной компанией «Бош», появились в 1996 году. Названием она обязана единой рампе, откуда горючее поступает к форсункам. Главное преимущество системы — достаточно высокое давление топлива во всех режимах работы двигателя, что способствует лучшему смесеобразованию в зоне горения и полному сгоранию. Сохранив умеренный аппетит предшественников, дизель CR лучше отвечает экологическим нормам, причем такой автомобиль зачастую динамичнее бензинового и почти так же малошумен.

Сердце системы — топливный насос высокого давления, компактное устройство с одним, двумя или тремя плунжерами и механическим приводом. Корпус ТНВД — из алюминиевого сплава, гильзы плунжеров стальные. Чтобы на холостом ходу и при малых нагрузках насос не гонял топливо зря, на некоторых трех-плунжерных автоматически отключается одна секция, а двухплунжерные регулируются дозирующими устройствами. К самому же ТНВД топливо подается из бака под давлением 6–7 бар подкачивающим насосом. Он либо шестерен

чатый и встроен в корпус ТНВД, либо электрический — в модуле топливозаборника или в магистрали.

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.

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.

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

1 — топливоподкачивающий насос;

2 — топливный фильтр; 3 — ТНВД;

4 — клапан дозировки; 5 — датчик

давления топлива; 6 — топливная

рампа; 7 — регулятор давления

топлива; 8 — форсунки.

РЕМОНТИРУЕМ

Восстановление работоспособности насоса по силам лишь специализированной мастерской — с квалифицированным персоналом и диагностическим оборудованием. Стоимость ремонта — от 7 тыс. руб., дальше зависит от сложности. При некоторых повреждениях разумнее купить новый ТНВД. Обычная цена, около 30 тыс. руб., шокирует прижимистого дизелиста, оттого в ходу отремонтированные или восстановленные изделия.

Дизель CR с большим пробегом часто невозможно пустить из-за неисправности хотя бы одной из форсунок. Утечка топлива через ее клапан не позволяет давлению в рампе подняться до пусковых значений. Для проверки давления при пуске есть специальный диагностический набор. В него входят контрольный манометр, датчик давления, трубки для подключения, заглушки вместо исполнительных механизмов и мерные емкости обратного слива.

ТНВД с клапаном отключения плунжерной секции в разрезе.

Изношенные форсунки разумно менять комплектом. Разброс цен очень велик: в зависимости от модели и фирмы-производителя, стоят они от 8 тыс. до 25 тыс. руб. за штуку. Характеристики каждой новой форсунки необходимо записать в память блока управления двигателем, ибо нет двух форсунок с одинаковой производительностью. Разная же не только плохо отражается на равномерности работы двигателя и его динамических нагрузках, но и ухудшает характеристики автомобиля. Хотя в каждом ЭБУ присутствует динамическая адаптация (постоянная корректировка цикловой подачи топлива для равномерной работы мотора), нужно помнить, что она не может подменить кодировку, если последнюю, например, забыли записать.

Проблема затрудненного пуска дизеля — одна из распространенных. А владелец порой недоволен, например, сниженной мощностью двигателя или дымностью выхлопа. Эти проблемы наиболее сложны, ибо требуют оценки точности измерения расхода воздуха или работы наддува, эффективности работы рециркуляции, системы выпуска отработавших газов, включая сажевый фильтр (DPF) и нейтрализатор. Впрочем, ныне эти технологии отлично освоены мастерами диагностики.

ОБЩАЯ ПЕРЕКЛАДИНА, ИЛИ НЕМНОГО ПРАВДЫ О COMMON RAIL.

Появление на дорогах нашей страны дизельных автомобилей, оснащенных системой впрыска топлива Common Rail (в первую очередь Mercedes, Alfa Romeo и Fiat, а теперь уже и относительно доступных по цене Peugeot, Citroen и Ford), породило и целый ряд насущных вопросов. А именно: надежность, особенности эксплуатации, обслуживания и ремонта этой мудреной системы впрыска. Да и вообще, покупать или не покупать? Но самостоятельно разобраться в ходящих среди автолюбителей мифах и “страшилках”, правде и домыслах о “великом и ужасном” Common Rail бывает ой как непросто. Что ж, попробуем рассказать об устройстве, особенностях эксплуатации и возможных проблемах системы Common Rail вместе со специалистами СТО “Common Rail Service” ООО “Белтехнодизель”.

Немного истории
– Первый прототип системы Common Rail (CR) был разработан в конце 60-х годов прошлого века швейцарским инженером Робертом Хубером. Однако, как и многим изобретениям, опередившим свое время, будущей системе впрыска предстояло “пролежать на полке” долгие 30 лет. Лишь только в середине 90-х годов доктора Шохей Ито и Масахико Мияки, работавшие в японской корпорации DENSO, смогли разработать CR для дизелей коммерческого автотранспорта. Работоспособная версия системы получила обозначение ECD-U2 и была использована на двигателях грузовиков HINO Rising Ranger. В 1995 году технология была продана другим производителям. Однако именно DENSO вошла в историю как пионер адаптации Common Rail к нуждам автомобилестроения. Примерно в то же время работы по разработке новой системы впрыска для дизелей легковых автомобилей велись общими усилиями компаний Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat и Elasis. После того как инженеры концерна Fiat разработали дизайн и общую концепцию системы, новая разработка была продана немецкой компании Robert Bosch GmbH для дальнейшей доводки и запуска в массовое производство. Как показало время, этот шаг стал стратегической ошибкой концерна Fiat, поскольку новая технология впрыска дизельного топлива доказала не только свою жизнеспособность, но и преимущество над другими системами (лучшие экологические данные по выхлопу, меньший шум), вследствие чего получила широкое распространение на современных дизельных моторах. Однако флагман итальянского автомобилестроения в то время находился в весьма удручающем финансовом положении и не имел собственных ресурсов для самостоятельного завершения разработок и последующего создания массового продукта. Тем не менее впервые в легковом автомобилестроении система Common Rail была применена в 1997 году на дизеле 1.9 JTD итальянского Alfa Romeo 156 (а затем и на 2.4 JTD) и лишь в апреле 1998-го появилась на Mercedes-Benz C 200 CDI.

Как это работает
Основным отличием системы CR от других систем впрыска является то, что процессы создания высокого давления топлива и его впрыска в цилиндр разделены. Это позволяет более гибко регулировать давление, количество и момент впрыска. Также преимуществом данной системы является быстродействие и точность подачи топлива. Само же английское словосочетание Common Rail обозначает единую трубку-аккумулятор (топливную рампу или, как говорят, рейку), откуда топливо с одинаковым высоким давлением распределяется по всем цилиндрам. Подобная топливная рейка имеется и на давно привычных нам бензиновых инжекторных двигателях с электронным управлением распределенным впрыском. Однако обо всем по порядку.
Топливо из бака подается погружным электрическим топливоподкачивающим насосом (на системах СP1) или вакуумным механическим топливоподкачивающим насосом (приводимым непосредственно самим двигателем) через фильтр к ТНВД, задачей которого (совместно с регуляторами давления топлива) является только создание и поддержание необходимого давления топлива. От ТНВД топливо под высоким давлением подается в вышеупомянутый аккумулятор-рампу (Rail), из которого по коротким топливопроводам равной длины поступает к форсункам (инжекторам). Форсунки имеют электромагнитный или пьезоэлектрический (на системах CP4) управляющий клапан. Момент и продолжительность открытия клапана определяют параметры впрыска. Давление в топливной системе (200-2000 бар) регулируется регулятором давления топлива. Топливо, не использованное системой и ею же нагретое, в зависимости от своей температуры или отправляется обратно в бак через охладитель, или подается на вход топливного фильтра (если есть топливный термостат).

Правильно питаться – это важно
По аналогии с тем, что “театр начинается с вешалки”, разговор на такую сложную тему, как особенности эксплуатации системы впрыска Common Rail, нужно начинать с обсуждения простого на первый взгляд, но весьма важного вопроса – топливо и системы его очистки. Несмотря на то что данная тема не раз обсуждалась на страницах специализированных автомобильных изданий, все равно находится огромное число любителей сэкономить на стоимости топливного фильтра и сроках его замены!
Сразу оговоримся, что в наших условиях эксплуатации рекомендованный интервал замены топливного фильтра – 8 тысяч километров пробега, превышать его не стоит. Не нужно также заниматься самоуспокоением и думать, что фильтр хорошего качества спасет от всех бед. Увы, дешевую солярку “из-под трактора” он не остановит, ведь его функция – очищать, а не модифицировать топливо! Сэкономленные на качестве топливного фильтра 10$ не стоят форсунок, отказавших из-за “смерти” прецизионных деталей, а также регулятора давления в топливной рейке и ТНВД!
Если говорить о конкретных фирмах-производителях, то, судя по опыту нашей СТО “Common Rail Service”, лучше всего за время длительной эксплуатации зарекомендовали себя фильтры марок Bosch и Delphi, неплохим качеством обладает и продукция Knecht/Mahle Group. И если комплектующие Delphi относительно редко встречаются в продаже и несколько дороже аналогов других фирм, то фильтрующие элементы производства компании Robert Bosch GmbH весьма широко представлены на рынке автозапчастей РБ и достаточно доступны по цене. Так, их стоимость находится в диапазоне 38-68 тысяч рублей в зависимости от конкретной модели автомобиля. Выделяется из этого ряда только топливный фильтр для автомобилей Renault, оснащенных двигателями 1.9 dCi с системой впрыска Common Rail первого поколения (СР1), – в данном случае его стоимость достигает 120 тысяч рублей. Объясняется это тем, что если на большинстве машин топливный фильтр представляет собой бумажную вставку-картридж, то у данного мотора это достаточно замысловатое устройство, имеющее собственный корпус и пять патрубков, подключение к которым топливопроводов требует определенных знаний и навыков. Как ни странно это звучит, иногда банальная замена фильтра-вставки требует некоторого умения. Например, на ставшем “народным” Citroen Xantia (впрочем, как и на многих дизельных машинах концерна PSA с HDI Bosch) картридж фильтра топлива направленный, то есть вставлять его необходимо точно в паз, протерев и продув при замене корпус самого фильтра. Вследствие неквалифицированной замены фильтрующего элемента неочищенное топливо в обход его попадает внутрь системы питания дизеля HDI, тем самым вызывая загрязнение прецизионной “сетки” регулятора давления топлива (РВД). Симптом болезни – при выключении зажигания двигатель еще несколько секунд работает. Чтобы справиться с этой проблемой, “народные умельцы” “скусывают” сетку-микрофильтр на конце регулятора высокого давления, что приводит к его ускоренному выходу из строя (уже после 5-15 тысяч км пробега). Или же, не устранив первопричину, регулятор меняют, но все повторяется! Известны случаи, когда по совету “мастеров на все руки” владелец трижды менял РВД и только потом, отчаявшись, обращался на специализированную СТО! А между тем стоимость РВД в интернет-магазине нашей СТО – 370 тысяч рублей.
Весьма внимательно к замене топливного фильтра нужно относиться и владельцам таких престижных автомобилей, как Audi A8 3.3 TDI, Mercedes-Benz S-klasse 4.0 CDI, BMW 740 D. Если хозяину такого авто “повезло” и он выездил бак насухо или получил “завоздушивание” ТНВД в результате неквалифицированной замены топливного фильтра, то далеко не каждая сервисная станция поможет в решении данной проблемы.

Лить или не лить?
Пожалуй, самый больной и актуальный вопрос для наших “дизелистов” – качество и тип применяемого дизельного топлива. Поэтому сразу оговоримся, что подходящим для дизелей с системой впрыска Common Rail является топливо, удовлетворяющее стандарту EN 590. Применение биодизельного топлива без комментариев – уж сколько копий было сломано в жарких спорах по этому вопросу на разных интернет-форумах. Лить или не лить – каждый решает сам. Но надо помнить, что биодизельное топливо очень гигроскопично. А увеличившаяся влажность топлива приводит к повышенному износу компонентов системы впрыска.
В качестве пищи для размышления хотелось бы привести содержание официальных телеграмм Robert Bosch GmbH, получаемых нами вместе с обновлениями Bosch Diagnostics Software.

Использование биодизеля
“С точки зрения химии биодизель представляет собой сложный метиловый эфир кислоты жирного ряда (FAME).
Ответственность за применение биодизеля несет исключительно производитель автомобиля.
Компания Robert Bosch GmbH не дает разрешения на использование чистого биодизеля.
Компания Robert Bosch GmbH допускает добавление максимум 5% биодизеля согласно стандарту EN 14214 по дизельному топливу согласно стандарту EN 590. Смесь также должна соответствовать стандарту EN 590. Используемое в Европе биодизельное топливо должно соответствовать стандарту EN 14214.
Вследствие сниженной устойчивости биодизеля к старению (в сравнении с традиционным дизельным топливом ископаемого происхождения) длительные простои автомобиля критичны. Особенно при неблагоприятных условиях эксплуатации и неблагоприятных внешних воздействиях биодизельное топливо в автомобиле подвержено быстрому старению. При использовании биодизеля недостаточной устойчивости к старению эффективная защита компонентов системы впрыска топлива невозможна.

Возможные последствия при использовании биодизеля с недостаточной устойчивостью к старению:
– засорение топливного фильтра;
– скопления и осмоления в компонентах системы впрыска дизельного топлива;
– коррозия.
Вследствие осадков ход компонента ТНВД “исполнительный механизм количества” затрудняется, что приводит к неконтролируемым процессам регулирования, проявляющимся в эксцентричном ходе двигателя и сбоях в режимах работы”.
Не менее серьезные требования предъявляются и к воздушному фильтру. Следует помнить, что это не только первичная преграда пыли и грязи для впускного тракта двигателя, но и защитник расходомера (датчика массового расхода воздуха). А если проворонить сроки замены воздушного фильтра или “попить” воды на автомобилях с низким расположением воздухозаборника при быстром проезде через лужи (фильтр размокает, рвется и начинает пропускать пыль), то “расплачиваться” придется уже расходомером воздуха (100-200$ в зависимости от модели) и, возможно, самим ДВС..

“Экономная” экономика
Система впрыска Common Rail вообще не терпит экономии на расходных материалах, а также пренебрежения регламентными работами. Иллюстрацией этого служит простой пример – установка форсунок впрыска на старые уплотнения (медные шайбы). Причина, как правило, банальная лень или переходящая все границы жадность. Похожая ситуация – использование новых шайб, однако неквалифицированная их установка (на неподготовленную поверхность, а ведь грязь с форсунки сыплется в ее посадочное отверстие, вызывая неплотное прилегание шайбы к форсунке или шайбы к плоскости отверстия). Из-за использования старых шайб также возникает неплотное прилегание. В обоих случаях из отверстия форсунок начинают выходить выхлопные газы и несгоревшие тяжелые углеводороды – клиент приезжает на СТО с жалобой, что у него из-под форсунки “лезет битум”. Скорее всего, это признак уже крепко “укоревшей” в ГБЦ форсунки, так как к этому моменту ее колодец весь будет заполнен битумными массами. Стоимость работ по бережному выкручиванию одной форсунки может легко превысить 50$. В запущенных ситуациях нередки их разламывания при попытке выкручивания. Спасти ГБЦ в этом случае может только высверливание форсунки на координатном станке. А потому не надо ждать, когда запах сгорающих коксовых отложений на форсунках достигнет салона. Надо взять себе за правило и периодически контролировать работу двигателя (слушать на предмет “подсекания” газов) со снятыми защитными кожухами.
Достаточно распространенной проблемой вышеописанная ситуация становится на турбодизелях CDI автомобилей Mercedes. Поэтому, например, скандинавские таксисты – владельцы таких автомобилей взяли за правило с периодичностью раз в 10 тысяч километров пробега снимать форсунки и менять огнеупорные медные шайбы и болты крепления форсунок. Поступать так рекомендуют и многие СТО в нашей стране.
Однако коксование посадочных отверстий форсунок не самое страшное последствие использования старых огнеупорных шайб. Мало кто знает, что они выполняют функцию отвода избытка тепла от распылителя форсунки и, изнашиваясь, теряют свою эффективность. Поэтому если шайба прогорела, то практически со стопроцентной уверенностью можно сказать, что и сам распылитель уже “синий” от перегрева. А его стоимость – 40-80$.
Кстати, “здоровье” распылителей напрямую зависит и от состояния турбоагрегата, а также от качества применяемого моторного масла. При чем тут одно к другому? Дело в том, что все двигатели с CR оборудованы турбинами. А принцип работы подшипников скольжения турбины – жидкостное трение, когда масло под давлением образует слой, по которому скользит вращающийся с огромной скоростью ротор турбоагрегата. Это и обуславливает высокие требования к качеству моторного масла. Поэтому оговоримся, что льем только “синтетику”. Не соответствующее допускам масло не обеспечит должной защиты турбины и приведет к ее преждевременному износу. А когда турбоагрегат пойдет вразнос и двигатель начнет работать на парах моторного масла, то с вероятностью 60 процентов можно предположить, что уже “сгорели” и распылители.
Несколько слов хотелось бы сказать и любителям мыть двигатель до первозданного состояния. Не надо забывать, что современные турбодизели с электронными системами управления впрыском – это не “безмозглые” дизельные агрегаты конца 80-х годов прошлого века и из-за обилия электронных компонентов и электрических разъемов “купаться” вовсе не любят! А посему после мойки двигателя, если к таковой все же пришлось прибегнуть, очень важно тщательно обдуть сжатым воздухом все электрические разъемы, а также места установки форсунок для предотвращения скапливания воды, приводящей к их “укореванию”.

Система впрыска Common Rail: устройство, особенности, принцип работы

Система впрыска Common Rail является прогрессивной системой впрыска, которая применяется в большинстве современных дизельных двигателей. Данная система предусматривает разделение всех процессов при подаче и впрыске топлива. Система данного типа была разработана ведущими специалистами компании Bosch.

Использование подобной системы позволяет в значительной степени снизить расход дизтоплива, уменьшить токсичность и шумность дизелей. Именно поэтому к существенным преимуществам системы Common Rail можно отнести широкий диапазон утанавливаемого давления при подаче топлива на различных рабочих режимах двигателя, а также контроль над моментом впрыска.

Устройство системы Common Rail

Система впрыска данного типа является двухконтурной, в состав которой входят:

• контур ВД (высокого давления), оснащенный топливным насосом высокого давления (ТНВД); форсунки, дозирующий клапан, контрольный клапан (регулятор давления), рампа и аккумулятор;
• контур НД (низкого давления) с топливным электронасосом; компенсационный бачок, фильтр, насос шестеренного типа

Из топливного бака с помощью насоса низкого давления топливная смесь проходит через фильтр и компенсационный бачок и попадает в ТНВД. Далее топливный насос перекачивает дизтопливо в аккумулятор под высоким давлением. Из аккумулятора топливо поступает в форсунки, а в дальнейшем распрыскивается в камеру сгорания.

Топливный насос

ТНВД используется для подачи топлива в топливную рампу под высоким давлением до 1600 бар.

Форсунки

Основным назначением форсунок является подача ТС в камеру сгорания через впускные клапаны. Форсунки соединяются с рампой при помощи топливных подводов. В подобной системе используется два вида форсунок – пьезофорсунки и электрогидравлические форсунки.

Дозирующий клапан

Клапан данного типа предназначен для замера нужного объема дизтоплива, поступающего в топливный насос.

Контрольный клапан

Такой клапан используется для контроля над давлением топлива, которое создается в топливной системе при различных рабочих режимах двигателя. Клапан располагается на рампе.

Рампа

Рампа выполняет несколько функций – накапливает дизтопливо под высоким давлением, а также выравнивает любые скачки давления, которые появляются во время распределения топлива по форсункам.

Блок управления

Все рабочие процессы, которые происходят в топливной системе дизельных двигателей, контролируются блоком управления. Сама же система управления состоит из блока управления, датчиков и механизмов исполнения.

В системе Common Rail, впрочем, как и в любой другой топливной системе предусмотрены стандартные входные датчики для определения количества оборотов двигателя, температурного режима поступающего воздуха, давления топливной смеси, уровня кислорода, температуры жидкости-хладагента, положения педали акселератора и др.

К механизмам исполнения можно отнести форсунки, клапан дозирования ТС и контрольный клапан.

Принцип работы системы Common Rail

В данной системе впрыска предусмотрена многократная подача топлива на протяжении одного рабочего цикла ДВС. Итак, подача топлива в Common Rail включает в себя три этапа впрыска – предварительный, основной и дополнительный.

На этапе предварительного впрыска топливо подается в небольшом количестве с целью повышения температуры и давления внутри камеры. Это позволяет ускорить воспламенение топливной смеси, снизить уровень шума и токсичности двигателя.

Количество предварительных впрысков зависит от рабочих режимов двигателя:

• для работы двигателя вхолостую допускается два предварительных впрыска;
• для работы двигателя на высоких оборотах допускается только один предварительный впрыск;
• для работы двигателя на полной мощности предварительный впрыск исключен.

Основная подача топлива обеспечивает прохождение всех основных рабочих циклов двигателя.

Дополнительный впрыск необходим только для увеличения температуры выхлопных газов и удаления микрочастиц сажи в предназначенном для этого фильтре.

Система постоянно совершенствуется, и основным параметром, который успешно удалось изменить, является уровень рабочего давления подачи топлива.

Если еще в 1999 году максимальное давление для подачи топлива составляло 140 МПа, то в 2009 году оно достигло уровня в 220 МПа. Здесь все просто, чем выше уровень давления, тем больше объем топлива подается в систему, а, значит, выше мощность ДВС.

Источники:

http://zet-avto.ru/services/stati-o-dizelnoy-toplivoy-apparature/ustroystvo-i-printsip-raboty-sistemy-common-rail/
http://techautoport.ru/dvigatel/toplivnaya-sistema/common-rail.html
http://autoleek.ru/sistemy-dvigatelja/sistema-vpryska/sistema-vpryska-common-rail.html
http://www.zr.ru/content/articles/537052-izuchajem_common_rail_vso_putem/
http://www.abw.by/novosti/experience/170316
http://autodromo.ru/articles/sistema-vpryska-common-rail-ustroystvo-osobennosti-princip-raboty