Система Common Rail

Common Rail є сучасною системою впорскування палива дизельних двигунів. Відмінність його від традиційних дизелів з низьким тиском подачі палива, в наявності рампи, куди під великим тиском (понад 1000 бар) подається дизельне паливо, яке далі розподіляється між електричними форсунками з соленоїдними клапанами. Третє покоління систем Common Rail відрізняється застосуванням п'єзоелектричних інжекторів для збільшення точності впорскування, кількісне збільшення фаз впорскування, а також підвищення тиску подачі палива в рампу (до 1800 бар).

Із початком застосування системи Common Rail дизельний двигун суттєво покращив свої характеристики — зменшилися витрата палива, рівень шуму двигуна і токсичність відпрацьованих газів. Головною перевагою даної системи є широкий діапазон регулювання тиску палива і моменту початку впорскування, які досягаються завдяки розділенню процесів створення тиску і впорскування.

Історія

Прототип системи Common Rail був розроблений в кінці 60-х років Робертом Хубером в Швейцарії. Далі його технологія була розвинена Марко Гансер зі Швейцарського Федерального Інституту Технології в Цюріху. В середині 90-х років Доктор Шохей Іто і Масахіко Мияки з Корпорації DENSO, Японія, розробили систему Common Rail для комерційного транспорту і втілили її в системі ECD-U2, яка стала використовуватися на вантажівках HINO Rising Ranger, а потім в 1995 році продали технологію іншим виробникам. Тому DENSO вважає себе піонером в адаптації системи Common Rail до потреб автомобілебудування. Першість заперечує італійський концерн FIAT, який декларує створення першого в світі автомобіля з прототипом дизельного двигуна з прямим впорскуванням в 1987 році (CHROMA TDid). В цей же час італійці починають працювати над повністю електронним дизелем з принципом COMMON RAIL. Концепція отримала назву UNIJET 1900сс.

Сучасні системи Common Rail працюють за тим же принципом. Вони управляються Блоком Електронного Управління, який відкриває кожен інжектор електронно, а не механічно. Ця технологія була детально розроблена спільними зусиллями компаній Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat і Elasis. Після того, як FIAT розробив концепцію і принципову конструкцію системи на початку 90-х років (назва проекту UNIJET), патент на неї в 1993 році був проданий німецькій компанії Robert Bosch GmbH для подальшого завершення розробки масового продукту. В цілому, це стало великим прорахунком компанії FIAT, оскільки нова технологія стала дуже вигідна. Але італійський концерн був в той час в гнітючому фінансовому стані і не мав ресурсів для завершення виконаних робіт. Проте італійці перші застосували систему Common Rail в 1997 на Alfa Romeo 156 1.9 JTD (друге покоління системи COMMON RAIL з багатоточковим уприскуванням MULTIJET) і тільки потім вона з'явилася на Mercedes-Benz C 220 CDI. У 2003 FIAT застосував принцип MULTIJET на найменшому на той час чотирьох-циліндровому дизельному двигуні з об'ємом 1300сс.

Схема Common-Rail

1. Паливний бак;

2. Паливний фільтр;

3. ПНВТ;

4. Датчик тиску палива;

5. Паливна рампа;

6. Регулятор тиску;

7. Форсунки;

8. Електронний блок керування;

9. Підсилювальний блок.

10. Сигнали від датчиків;

При розробці даної системи було взято за основу систему, із безпосереднім впорскуванням палива у циліндри двигуна. Одним з основних елементів системи є магістральній паливний насос високого тиску котрий нагнітає паливо в паливний акумулятор. ПНВТ сучасних двигунів з системою Common Rail створюють тиск в рампі понад 180-200 МПа(1800-2000 бар). Тиск в рампі утримується сталим за домопогою регулюючого клапана, який скидає надлишок в зворотну магістраль, назад до паливного баку. Кількість палива, що потрапляє до ПНВТ, регулюється за допомогою клапана дозування палива, який розташований на самому ПНВТ. Електронний блок керування, спираючись на показники датчиків, розраховує момент початку впорскування, а також його тривалість, і подає електричний імпульс на форсунки. Застосування форсунок з електричним керуванням (соленоїдні чи п'єзоелектричні) дозволяє більш точно керувати кількістю впорскуваного палива, а збільшення тиску впорскування покращує перемішування палива з повітрям у камері згоряння. За для зниження вибрацій та шуму, а також покращення характеристик двигуна в різних режимах роботи (холодний запуск, різке прискорення, тощо) електронний блок керування може виконувати одну чи кілька незначних ін'єкцій палива беспосередньо перед основним циклом впорскування. Такі ін'єкціі підвищують швідкість займання основної порцій палива, знижують токсичніть викидів, а також підвищують температуру відпрацьованих газів, що необхідно для вигоряння сажі в сажовому фільтрі.

Така система є простішою, аніж класична система з ПНВТ та форсунками, а також забезпечує майже сталий тиск в рампі навіть на низьких обертах двигуна, але має й свої недоліки - більш вибаглива до якості палива та повністю втрачає працездатність при розгерметизаціі будь-якого з елементів контуру високого тиску. Крім того соленоїдні чи п'єзоелектричні форсунки дорожчі, мають дещо менший ресурс, та потребують калібровки блоку керуванння після заміни.

Електронна система керування складається з таких компонентів:

• Електронний блок керування (ЕБК)
• Паливний насос низького тиску
• Датчик положення (швидкості обертання) колінчастого валу
• Датчик положення розподільного валу
• Датчик положення педалі акселератора
• Датчик масової витрати повітря
• Датчик температури повітря
• Датчик температури палива в рампі
• Датчик температури охолоджуваної рідини
• Датчик тиску наддуву
• Датчик тиску палива
• Паливні форсунки
• Клапан-регулятор тиску палива
• Коло керування свічками розжарення

Принцип дії системи Common Rail

На основі даних, що надходять від датчиків, блок управління двигуном визначає необхідну кількість палива, яке паливний насос високого тиску подає через клапан дозування палива. Насос накачує паливо в паливну рампу. Там воно перебуває під певним тиском, який забезпечує регулятор тиску палива.

В потрібний момент блок управляння двигуном дає команду відповідним форсункам на початок впорскування і забезпечує визначену тривалість відкриття клапанів форсунки. Залежно від режимів роботи двигуна блок управляння двигуном коректує параметри роботи системи впорскування.

Для забезпечення більш ефективної роботи двигуна в системі Common Rail реалізовано багатократне впорскування палива протягом одного циклу роботи двигуна. При цьому розрізняють: попереднє впорскування, основне впорскування і додаткове впорскування.

Попереднє впорскування невеликої кількості палива відбувається перед основним впорскуванням для підвищення температури і тиску в камері згорання, завдяки чому досягається прискорене сомозапалювання основного заряду, зниження шуму і токсичності відпрацьованих газів. Залежно від режиму роботи двигуна робиться:

• два попередніх впорскування — на холостому ходу;
• одне попереднє впорскування — при підвищення навантаження;
• попереднє впорскування не відбувається — при повному навантаженні.

Основне впорскування забезпечує роботу двигуна.

Додаткове впорскування відбувається для підвищення температури відпрацьованих газів і згорання частини сажі в сажному фільтрі.

Розвиток системи Common Rail відбувається шляхом збільшення тиску впорскування:

• перше покоління – 140 МПа, з 1999 року;
• друге покоління – 160 МПа, з 2001 року;
• третє покоління – 180 МПа, з 2005 року;
• четверте покоління – 220 МПа, з 2009 року.

Чим вищий тиск у системі впорскування, тим більше палива можна впорскувати в циліндр за рівний проміжок часу і, відповідно, реалізувати більшу потужність двигуна.

Автовиробник	Позначення системи	Модель авто
BMW	D-серія	BMW 320D
Cummins	XPI та CCR	Моделі КамАЗ
Daimler AG	CDI та CRD	Mercedes-Benz E220 CDI
Fiat	MultiJet, JTDm, Ecotec CDTi, TiD, TTiD, DDiS, Quadra-Jet
Ford Motor	TDCi Duratorq та Powerstroke	Ford Fusion 1.4 TDCi
General Motors	CDTi	Opel Antara 2.0 CDTI
Isuzu	DTi
Honda	i-CTDi	Honda Civic 2.2 i-CTDi
Hyundai	CRDi	Hyundai Accent 1.5 CRDi VGT
Land Rover	TD4	Land Rover Freelander II 2.2 TD4
Mahindra	CRDe
Maruti Suzuki	DDiS (по ліцезії Fiat)	Suzuki Swift 1.3 DDiS
Mazda	CiTD	Mazda 6 2.0 CiTD
Mitsubishi	DI-D	Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D
Nissan	dCi	Nissan Primastar 1.9 dCi
PSA Peugeot Citroën	HDI або HDi	Citroën C8 2.2 HDI
Renault	dCi	Renault Megane 1.5 dCi
SsangYong	XDi	SsangYong Rexton 2.7 Xdi
Subaru	TD	Subaru Impreza 2.0 TD
Tata	DICOR	Tata Xenon Double Cabine 2.2 Dicor