Что такое Common Rail?
Ужесточение законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Речь пойдёт о системе, появившейся на свет в Европе в 1997 году.
На тяжелой технике дизели обосновались давно и прочно. Но в области более легких машин – легковых автомобилей, пикапов, легких фургонов и даже автопогрузчиков с грузоподъемностью до 3 тонн – им пришлось вытеснять моторы, потребляющие более легкое топливо – бензин. В конце XX века конкуренция между бензиновыми и дизельными двигателями заметно обострилась. Создатели бензиновых моторов добились отличных результатов, выпустив на рынок новейшее поколение двигателей с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания. Их экономичность почти достигла «дизельных» величин... но не тут- то было.
Почти все европейские и японские разработчики дизелей, работая в тесном контакте с фирмой Bosch – мировым лидером в производстве топливной аппаратуры, подготовили рыночную «бомбу»: принципиально новую схему подачи топлива, дающую дизелю буквально «второе дыхание». Речь идет о системе Common Rail (в переводе с английского – общая магистраль).
Использование системы впрыска топлива Common Rail – популярный метод снижения токсичности ОГ двигателей в соответствии с новейшими нормами Tier и Stage. Что же это за система?
Дизель Peugeot DW10ATED c непосредственным впры-ском топлива
Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Обычно система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (или трубопровода, иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с общим трубопроводом высокого давления. Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который также рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, обеспечивающие наивысшие эффективные показатели двигателя на всех режимах работы при любой частоте вращения, вплоть до холостого хода, последовательность работы форсунок, включая длительность периодов перед основным впрыском топлива и после него. Такое управление процессом впрыска при помощи электронного оборудования можно использовать для уменьшения токсичности ОГ (особенно NОx) и шума двигателя. При давлении топлива до 1,350 бар новые ТНВД и более совершенные блоки контроля позволяют производить более чистые и мощные двигатели, чем когда либо ранее.
|
|
Почему необходимо применять электронику? Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима. Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности ОГ. Элементы системы Common Rail двигателя Peugeot DW10ATED |
|
Дизель Peugeot DW10ATED c непосредственным впры-ском топлива
|
В обычных системах питания для впрыска каждой порции топлива ТНВД должен повышать давление в соответствующем топливопроводе и форсунке. Поскольку производительность насоса зависит от числа оборотов кулачкового или, что то же самое, коленчатого вала, результат в каждом конкретном случае получается далеко не оптимальным. Отметим, что так же далека от идеальной и работа форсунки. Ее запорная игла открывается под действием ударной волны в топливной магистрали, а закрывается под действием пружины. В новой системе все иначе. |
|
Топливо постоянно находится под высоким давлением в общей для всех форсунок топливной маги-страли (отсюда и название принципа работы – Common Rail). В ней блок управления дизелем поддерживает, меняя производительность насоса, давление на уровне 1350 бар (около 1350 кгс/см2, приведены данные для дизелей Peugeot, для двигателей других фирм давление может несколько отличаться, но оно всегда превышает 1000 кгс/см2) при различных режимах работы двигателя, то есть независимо от его оборотов и нагрузки при любой последовательности впрыска по цилиндрам.
Форсунки также претерпели существенные изменения. Они оснащены специальными электромагнитными (у Mercedes-Benz – пьезоэлектрическими) клапанами и управляются по гибкому алгоритму в соответствии с конкретными условиями работы дизеля. Высокое давление, под которым топливо впрыскивается в цилиндр, создается уже при самом малом числе оборотов коленвала. Благодаря ему, а также электронному управлению процессом впрыска достигается значительно лучшая подготовка смеси в цилиндрах, что приводит к уменьшению расхода топлива и снижению токсичности выхлопных газов. В системе Common Rail электроника регулирует момент впрыска, количество впрыскиваемого топлива и сам закон его подачи. Именно этим и достигается оптимальный на каждом конкретном режиме работы дизеля результат. Общая магистраль оборудована датчиком давления и обратным клапаном, перепускающим топливо обратно в бак. |
|
Замеры показали, что переход на систему Common Rail позволил уменьшить его на 10%. Кстати, концерны PSA и Daimler Benz на своих дизелях, оборудованных новой системой топливоподачи, пошли в отношении снижения шума еще дальше. Их предложение – переход на так называемый пилотный впрыск.
Он происходит за доли секунды перед впрыском основной порции топлива и нужен для предвари-тельного разогрева камеры сгорания. В этом случае топливо быстрее воспламеняется, а давление и температура возрастают не так быстро, что снижает «жесткость» работы двигателя и его шум.
Концерны Daimler Benz, FIAT, PSA, Toyota, General Motors (Opel) и ряд других или уже начали выпуск дизелей с топливной системой Common Rail, или близки к началу их выпуска. Достигнуты отличные вы-ходные показатели дизелей нового поколения: расход топлива улучшен на 10–15%, мощность возросла на 40% и это при существенном снижении выбросов вредных веществ в атмосферу.
Несомненно, новые показатели этих дизелей делают их более конкурентоспособными.
|
|
|
|
Взаимное располо-жение поршня (в разрезе), клапанов, форсунки и свечи накаливания
|
Взаимное расположение форсунки с пятью отвер-стиями и камеры сгорания (Peugeot DW10ATED)
|
Принципиальная схема системы питания дизеля Common Rail:
a – электронный коммутатор; b – датчики: температуры масла, температуры охлаждающей жидкости, температуры засасываемого в цилиндры воздуха, давления воздуха после турбокомпрес-сора; c – датчик положения кулачков распредвала; d – форсунки (каждая с пятью отверстиями); e – общая топливная магистраль; f – электронасос для подачи топлива; g – фильтр первичной очи-стки топлива; h – топливный бак; i – датчик частоты вращения коленвала; j – датчик положения педали акселератора или нагрузки на двигатель; k – топливный фильтр; l – топливный насос высо-кого давления (1350 бар при 3200 об/мин); m – подогреватель топлива; 1 – топливная магистраль низкого давления; 2 – топливная магистраль высокого давления; 3 – магистраль возврата топлива; 4 – электропровода
