Паливна система common rail: як вона влаштована, її плюси та мінуси (+історія)

Спочатку дизельні двигуни призначалися для вантажівок, але пізніше набули активного поширення і на легкових автомобілях. Цьому сприяв розвиток технологій, які зробили дизель компактнішим, потужнішим, надійнішим та екологічнішим. Одним із таких проривів стала паливна система common rail (коммон рейл). Розповідаємо, як працює двигун p коммон рейл, як влаштований паливний насос виского тиску common rail та які нюанси експлуатації та обслуговування є у цієї системи.

 

 

Як з'явилася common rail

 

На початку свого існування дизельні двигуни були досить складними та примхливими в експлуатації. Насамперед через якість пального та недосконалість технології їх виготовлення. Особливо важко інженерам і автомайстрам було змусити працювати як слід паливний насос високого тиску (ПНВТ), який одночасно подавав дизпаливо в циліндри, дозував його кількість і регулював момент упорскування.

 

Все це вимагало високої точності виготовлення деталей ПНВТ і дуже тонкого його налаштування. У підсумку насос був найскладнішим і найдорожчим вузлом у дизельному двигуні тих років.

 

Спростити цей агрегат допоміг розвиток конструкції паливних форсунок. Спочатку з'явилися так звані «насос-форсунки», що наводяться спеціальним валом. Фактично це були міні-ПНВТ — індивідуальні для кожного циліндра форсунки, які подавали пальне просто в камери згоряння. Така схема теж була не позбавлена недоліків, але вже не настільки примхлива.

 

Наступним кроком на шляху прогресу стали дизельні форсунки з електронним керуванням, подібні до тих, що використовувалися на бензинових моторах. Вони дозволили реалізувати систему упорскування з паливним акумулятором.

 

В акумуляторній паливній системі насос та форсунки працюють незалежно один від одного. Насос нагнітає дизель в загальну для всіх форсунок паливну магістраль великого об'єму, підтримує в ній потрібну кількість пального під тиском, а вже з цього паливного акумулятора пальне подається через форсунки в циліндри.

 

Common rail стала піком еволюції акумуляторної паливної системи та фактично «золотим стандартом» для сучасних дизельних двигунів.

 

Масове поширення система common rail набула в середині 1990-х років, коли німецька компанія Bosch налагодила виробництво оптимальних за співвідношенням характеристик та вартості електронних форсунок та інших компонентів для дизельних двигунів. Німці не були першими, хто розпочав роботу з common rail. Займалися цим і японці з Denso, і італійці з Magnetti Marelli. Які надали свої напрацювання Bosch, а ті вже взялися за популяризацію технології. На сьогодні світові лідери виробництва паливних систем коммон рейл — це німецькі Bosch та Continental / Siemens, японська Denso та американська Delphi, кожна з яких випускає свої оригінальні варіанти. Але принцип роботи у всіх брендів єдиний.

 

 

На легковиках Mercedes-Benz перші дизелі common rail з'явилися в 1997 році. Фото: Mercedes-Benz

 

Як влаштована паливна система common rail

 

Паливну систему common rail можна умовно поділити на три частини – контур низького тиску, контур високого тиску та електронну систему керування. Магістраль низького тиску включає паливний насос, фільтри грубого і тонкого очищення, а магістраль високого тиску представлена ПНВТ, паливним акумулятором і форсунками. Завідує роботою обох магістралей керуюча електроніка, до складу якої входять численні датчики, виконавчі елементи та електронний блок керування.

 

 

ПНВТ common rail нагнітає дизельне пальне в паливну рампу або паливний акумулятор (той самий rail), який є загальним (common) для всіх паливних форсунок циліндрів двигуна. Паливний акумулятор забезпечує необхідний запас дизеля під оптимальним тиском, готового вступити у форсунку, а заразом позбавляє систему коливань тиску, властивих раннім конструкціям – за рахунок відсутності пульсації пального при його великій витраті.

 

Завдяки паливному акумулятору форсунки, до яких безперебійно надходить пальне під потрібним тиском, можуть за один цикл роботи дизеля common rail кілька разів подавати пальне в циліндр. Це дозволяє реалізувати попереднє упорскування – воно збільшує температуру і тиск у камері згоряння, щоб прискорити займання основної порції пального. За ним слідує основне упорскування, яке забезпечує безпосередньо роботу двигуна. А завершує цей процес за необхідності додаткове упорскування, завдяки якому зростає температура вихлопних газів, що запускає процес згоряння частинок у сажовому фільтрі. Водночас багаторазове упорскування робить роботу дизеля «м'якшою» – мотор менше шумить і вібрує.

 

Форсунка common rail

 

У процесі розвитку дизельних двигунів постійно збільшується тиск упорскування. У сучасних common rail тиск становить до 300 МПа. Чим він вищий, тим більше за той самий проміжок часу можна подати в циліндр пального, а отже, – точніше налаштувати оптимальний момент упорскування, підняти оберти і віддачу дизеля. Загалом використання common rail дозволяє досягти двох начебто непоєднуваних якостей – знизити витрату пального за рахунок оптимізації його подачі і одночасно збільшити потужність двигуна через повніше згоряння пального в оптимальних режимах. А все це призводить і до підвищення плавності роботи двигуна, і до зниження шкідливих викидів.

 

Плюси та мінуси технології common rail

 

Принцип роботи коммон рейл зумовлює як переваги, так і недоліки. Проте приблизно 75% усіх сучасних дизельних автомобілів, незалежно від марки та класу, оснащені двигунами з common rail. А це означає, що плюси вагоміші, ніж потенційні негативні моменти технології.

 

Ось очевидні переваги дизельних двигунів із системою common rail:

 

• Висока ефективність пального. Можливість гнучкого регулювання подачі дизелю знижує його витрати та оптимізує характеристики двигуна залежно від режиму експлуатації.
• Зниження шкідливих викидів та шуму. Оптимізація упорскування пального сприяє зменшенню токсичності вихлопних газів, до того ж скорочуються шум та вібрація в процесі роботи двигуна.
• Конструктивно система упорскування з акумулятором простіше, ніж традиційна з паливним насосом високого тиску, зав'язаним на окремі форсунки.

На жаль, є і мінуси, яких паливна система коммон рейл навіть у найсучаснішому варіанті не позбавлена:

 

• Система common rail дуже вимоглива до якості пального. Поганий дизель, який можуть переварити менш технологічні двигуни, дуже шкодить форсункам і насосу коммон рейл.
• Будь-яка несправність в контурі високого тиску призводить до виходу з експлуатації всієї паливної системи.
• Паливні форсунки системи common rail дорожчі та складніші в ремонті та обслуговуванні, ніж форсунки традиційної паливної системи.
• Двигуни із системою common rail вимогливі до обладнання для обслуговування / ремонту та кваліфікації спеціалістів сервісу.

Ці недоліки можна нівелювати за рахунок використання якісного дизельного пального з перевірених АЗС, регулярного обслуговування у хороших майстрів у спеціалізованих сервісах. З урахуванням екологічних вимог, які постійно посилюються, коммон рейл-дизелі практично не мають альтернативи. Тому не варто боятись таких систем — головне, не порушувати правила експлуатації.

 

Технологія common rail відкрила дизелю шлях у автоспорт. На фото – компоненти гоночного двигуна Audi V12 TDI. Фото: Audi

 

Отже, якщо коротко:

 

• Система common rail використовується у двигунах більшості сучасних дизельних автомобілів.
• У common rail принцип роботи базується на подачі пального під високим тиском у паливний акумулятор, загальний для всіх форсунок.
• Common rail дозволяє знизити витрату пального при одночасному покращенні його потужних характеристик.
• Будь-яка несправність в контурі високого тиску системи common rail призводить до виходу з експлуатації всієї паливної системи.
• Двигуни з системою common rail вимогливі до дизельного палива та якості обслуговування.