Что представляет собой эта технология?

Common Rail — это специальная технология впрыскивания горючего, используя высокое давление. Она использует аккумуляцию топлива и применяется в двигателях дизельного типа. Со временем использования для «дизелей» непосредственного впрыска многие детали технологии перешли к таким моторам (ТНВД). Основным элементом Common Rail считается топливный аккумулятор, работающий под воздействием высокого давления.

Особенности работы ТНВД Common Rail

При функционировании ТНВД CR погружной или вакуумный насос направляет дизтопливо из бака к насосу через подогреватель и фильтр. ТНВД приводится в действие двигателем. Он поставляет горючее в рампу под высоким давлением. Далее практически без потери давления через трубки с инжекторами одинаковой длины топливо распределяется по цилиндрам.

При запуске дизеля в режиме прокрутки коленвала топливный насос «Коммон Рейл» выдает до 400 бар. При максимальной нагрузке на двигатель создается давление от 1 300 до 2 000 бар, в зависимости от модели насоса. На холостом ходу при минимальных оборотах система выдает до 600 бар. Величину параметров задает регулятор, находящийся на корпусе насоса. Его работа подчинена ЭБУ (электронному блоку управления) двигателем. ЭБУ получает сигналы от датчика в рампе, обрабатывает эту информацию и выдает соответствующие команды. Для регулировки работы также используется регулятор на корпусе насоса. При необходимости через него часть горючего поступает в охладитель и сбрасывается в бак.

Затем горючее подается на форсунки. Их открытие и закрытие происходит автоматически. Есть две распространенных конструкции этих деталей: электромагнитная и пьезоэлектрическая. Вариант с пьезоэлементом отличается большим быстродействием: напряжение, подаваемое на кристалл, заставляет его расширяться. Кристалл сжимает пружину и топливо впрыскивается через иглы.

Как в двигателях CR достигается их малошумность? Это происходит из-за предварительного впрыска, немного «успокаивающего» последующее воспламенение. Затем подается основная доза топлива, а следом за ней — «послевпрыск», который необходим для очищения сажевого фильтра. Диагностика дизельных форсунок Common Rail нужна для проверки этих важных функций.

Принципиальное новшество системы состоит в том, что используется рампа, позволяющее доводить давление до весьма высоких значений. В современных автомобилях применяется уже третье поколение ТНВД CR, которое характерно точным и более частым впрыском с помощью пьезоэлектрических инжекторов и большим давлением в рампе (до 1 800 бар).

Преимущества и недостатки

Стоит отметить, что в 2008 году такая система устанавливалась только на 24% автомобилей, а к 2016 году их количество возросло до 83%. Такая большая популярность объясняется положительными характеристиками системы:

1. Расход горючего снижается на 15%, при этом мощность силового агрегата увеличивается на 40%.
2. Снижение уровня шума и вибраций несмотря на то, что крутящий момент увеличился.
3. Значительное снижение выхлопа, соответствие экологическому стандарту Евро-4.
4. Давление для подачи горючего не зависит от скорости вращения коленвала. Благодаря этому удалось добиться стабилизации горения на холостом ходу и малых оборотах.
5. Топливо подаётся несколькими порциями за цикл, что обеспечивает его полное сгорание.
6. По сравнению с классической системой, конструкция «коммон рэйл» проще, а её ремонтопригодность — выше.

Однако существуют и недостатки:

1. Если сравнивать с классическим агрегатом подачи горючего, форсунки имеют более сложную конструкцию и требуют более частой замены.
2. Высокое требование к качеству топлива, что особенно актуально в российских реалиях.
3. Если нарушена герметизация хотя бы одного элемента, вся система перестаёт работать.

На что обращать внимание?

Преимущества и недостатки форсунок должны быть известны еще на этапе выбора автомобиля. Учитывая риск выхода из строя форсунок, следует, как огня избегать двух моделей с одним и тем же двигателем: Ford Mondeo III 2.0 TDCi и Jaguar X-Type 2.0 d.  Врожденные дефекты имели и форсунки Mercedes E250 CDI W212 начала производства. Остальные автомобили с форсунками Delphi нареканий не вызывают. Некоторые моторы позволяют использовать форсунки разных производителей. Например, двигатель 1.6 HDi/TDCi имел четыре различных типа систем впрыска, а самым дешевым в обслуживании был Бош. Аналогичная ситуация с 2.0 HDi. Форсунки Siemens (Continental) могут быть восстановлены, а пьезофорсунки Bosch — нет.

Разновидности систем common rail.

Система common rail имеет различные модификации.

Общепринятая спецификация различает несколько конфигураций системы common rail. Выбор установленной на автомобиле конфигурации зависит, прежде всего, от транспортного средства (для легковых автомобилей либо грузовых автомобилей). Принципиальная схема работы остается неизменной

Различия касаются, в основном, системы предварительной подачи топлива в контуре низкого давления и организации архитектуры системы.

Кроме того системы common rail могут отличатся схемой реализации используемого типа форсунок.

Тип 1. С  электромагнитным клапаном

Тип 2. С пьезоэлектрическим приводом

Оба типа могут устанавливаться на дизельные двигатели как легкового, так и грузового транспорта.

Основные типы форсунок, используемые в этой системе

В системе Common Rail используются различные типы деталей этого типа Они отличаются как по конструкции, так и по рабочим характеристикам. Перечислим наиболее популярные модели.

Пьезоэлектрическая

Подавляющее большинство моторов с системами Common Rail используют именно пьезоэлектрические форсунки, поскольку они считаются передовыми и имеют множество достоинств.

Исполнительный механизм пьезоэлектрической форсунки основан на компактном пьезоэлементе

Как видно из названия, исполнительный механизм выполнен на основе пьезоэлемента. Использование такого элемента даёт целый ряд плюсов:

• форсунка с пьезоэлементом переключается в 8 раз быстрее по сравнению с аналогами, выполненными на основе электромагнитных клапанов;
• игла в ней весит на 70% меньше;
• такая деталь в течение одного рабочего такта двигателя может впрыснуть топливо несколько раз;
• топливо, впрыскиваемое ней, очень точно дозируется.

Электромагнитная

Электромагнитные форсунки используются преимущественно в бензиновых двигателях. Игла в ней приводится в движение с помощью пружины и электромагнита, причём за один рабочий такт двигателя деталь может произвести лишь один впрыск топлива. С конструкцией этого устройства можно ознакомиться на рисунке ниже.

Это интересно: Колесные диски из карбона
Электромагнитные форсунки Common Rail используются преимущественно в бензиновых двигателях

Следует отметить, что по точности дозирования топлива электромагнитная существенно уступает пьезоэлектрической. Этот показатель напрямую зависит от типа системы управления. Например, если автомобиль оборудован современным ЭБУ, точность дозирования бензина повышается на 10–12%. Есть определённая погрешность и во временных показателях электромагнитных форсунок. Например, игла форсунки может удерживать канал распылителя открытым в течение 2–2.5 мс с погрешностью в 6%. Этот показатель весьма далёк от идеала.

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.

Причины выхода из строя топливной системы Common Rail

Стук

Так называемый стук — неисправность, возникающая вследствие закоксовывания отверстий распылителя. Дело в том, что эта деталь регулярно подвергается воздействию высоких температур. Если водитель постоянно использует некачественное топливо, на распылителях скапливаются смолистые отложения.

Распылитель форсунки Common Rail вышел из строя из-за некачественного топлива

Постепенно поверхность этих отложений покрывается твёрдым нагаром, а в подаче топлива начинаются перебои. Именно в этот момент механизм начинает «стучать». Вот признаки его стука:

• мощность двигателя существенно снижается;
• увеличение оборотов двигателя приводит к рывкам и провалам;
• на низких оборотах мотор работает нестабильно и часто глохнет;
• токсичность выхлопных газов увеличивается в два, а иногда и в три раза.

Для устранения устройство необходимо промыть. Вот основные способы промывки:

• промывка с помощью особых топливных присадок;
• промывка на стенде (для этого детали придётся снимать).

Течь

Течь форсунки обычно возникает из-за разрушения уплотнительного кольца, находящегося под ней. Любая, даже самая незначительная трещина в этой детали ведёт к утечке, так как давление в топливопроводе очень высокое. Кроме того, из-за разрушившегося кольца топливная система утрачивает герметичность и начинается и начинается подсос воздуха в камеру сгорания двигателя.

Из-за разрушения уплотнительного кольца форсунка Common Rail может потечь

Вот признаки того, что форсунка потекла:

• при осмотре двигателя вокруг детали видны характерные маслянистые потёки;
• двигатель очень трудно завести;
• запущенный двигатель работает с перебоями и характерными хлопками.

Грязь

Давление топлива в ТНВД или форсунках CR колеблется от 200 до 1500 атм.(в самых современных системах до 1800 атм.) А давление в одну атмосферу примерно соответствует приложенной силе 1 килограмм на 1 квадратный сантиметр. Вот и представьте какие нагрузки испытывают детали системы CR.

Грязь вызывает отложения на внутренних поверхностях, абразивные повреждения трущихся поверхностей, механическое заклинивание деталей.
Поэтому особенно важно соблюдать чистоту при любых работах с топливной системой CR. Даже неаккуратная замена топливного фильтра может стать причиной поломки.

Не допустить попадания грязи в топливную систему довольно просто – нужно своевременно и аккуратно менять топливный фильтр. А также использовать только оригинальные топливные фильтра.

Также желательно следить за тем, что вы заливаете в топливный бак и не допускать попадания грязи при заправке.

Вода

Все знают, что дизельное топливо (солярка) не смешивается с водой, к тому же солярка легче воды, и поэтому вода опускается на дно.

Однако не все знают, что солярка еще и гигроскопична, т.е. способна впитывать влагу из воздуха.

А еще есть такое состояние среды, как эмульсия (механическая смесь несмешиваемых жидкостей, в которой одна из жидкостей находится в виде мельчайших капель).

Эмульсия воды в солярке практически неразличима глазом, а полное расслоение может занять несколько суток.

Вы спросите, а откуда берется эмульсия? Так вот, при заправке емкостей с топливом на АЗС, бензовозы перекачивают топливо под давлением. Поток солярки поднимает всю грязь и воду со дна емкости и перемешивает их в эмульсию. Зачастую заправка сразу после бензовоза может стать последней.

Вода же в емкостях на АЗС появляется из-за гигроскопичности. Солярка впитывает влагу из воздуха, а при перепадах температур – отдает ее.

При попадании в топливную систему вода вызывает как абразивные повреждения трущихся поверхностей, так и коррозию деталей из сплавов железа.

Особенно усиливает коррозию повышенное содержание серы в солярке. Вода + сера + высокая температура и давление = получается серная кислота.
Поэтому (а еще из соображений экологии) дизельное топливо стандарта Евро-3 и выше имеет жесткие ограничения по содержанию серы.

Бороться с данным явлением практически невозможно, так как мелкая эмульсия практически не задерживается топливными фильтрами. Но общие рекомендации следующие:

• Заправляйтесь на проверенных АЗС с хорошей репутацией.
• Следите за тем, что вы заливаете в топливный бак и не допускайте попадания воды при заправке.
• Своевременно и аккуратно меняйте топливный фильтр. Топливные фильтра используйте только оригинальные.
• Периодически (хотя бы раз в месяц, а лучше чаще) сливайте отстой из топливного фильтра. Желательно сливать в прозрачный стакан и обращать внимание на наличие и количество грязи и воды в отстое.

Также дополнительную защиту даст дополнительный топливный фильтр.

Недостаточная смазка

Смазка дизельной топливной системы осуществляется протекающим через нее топливом, поэтому очень важно, чтобы смазывающие свойства у солярки были хорошими.

И вода, и грязь ухудшают смазывающие свойства, об этом было рассказано выше.

Солярка делится на три основных разновидности по диапазону температур: летняя, зимняя, арктическая.

В летней солярке для удешевления производства для смазки применяется парафин, поэтому летняя солярка практически всегда обладает хорошими смазывающими свойствами.

Однако при температуре в -15° парафин кристаллизуется и забивает топливную магистраль, поэтому использовать летнюю солярку при низких температурах невозможно.

В зимнюю солярку для смазки добавляют более тяжелые фракции нефти в небольших количествах, поэтому зимняя солярка практически всегда дороже летней. Также зимняя солярка обладает изначально более плохими смазывающими свойствами.

Арктическая солярка рассчитана на совсем низкие температуры и содержит специальные добавки.

Важно помнить, что каждый тип солярки рассчитан на определенный диапазон температур, и использование топлива вне этого диапазона может вызвать серьезную поломку топливной системы.

Основная причина – уменьшение вязкости солярки при повышении температуры. В летнюю жару зимняя солярка становится очень жидкой и практически не смазывает трущиеся поверхности.

Еще есть такое явление как керосин. По свойствам керосин довольно близок к солярке, однако важное различие – практически полное отсутствие смазки в керосине – делает его использование невозможным в большинстве систем впрыска дизельного топлива.

Однако недобросовестные владельцы АЗС могут перемешивать солярку с керосином для получения больших прибылей.

Бытует мнение, что керосин можно размешать с маслом и заливать полученную смесь. Это справедливо для старых систем впрыска дизельного топлива, однако если у вас CR, то такая экономия может стать совсем не экономной.

Общие рекомендации:

• Топливо с плохими смазывающими свойствами спокойно пройдет даже через самый лучший фильтр, поэтому помочь может только внимательность водителя.
• Не используйте топливо при несоответствии диапазона температур. (т.е. не используйте зимнюю солярку летом, а летнюю – зимой)
• Заправляйтесь на проверенных АЗС с хорошей репутацией.
• Если есть возможность, проверяйте заправляемое топливо на цвет, запах, и растирайте между пальцами.

Качественная солярка имеет желтоватый (чистая), синеватый, зеленоватый (с экологическими добавками) цвет. Полностью прозрачная, как вода, солярка должна вызывать тревогу. В целом, зимняя солярка обычно более прозрачная, чем летняя, а арктическая – почти бесцветная.
Отличительная особенность солярки – поверхность жидкости бликует с синеватым оттенком.
Запах должен быть слабый, маслянистый и приятный; резкий, керосиновый запах – дурной симптом. При растирании солярки между пальцами, пальцы должны скользить, не должны “скрипеть”. Солярка не должна быстро испаряться.

Ремонт Common Rail, диагностика топливной дизельной системы

Системы впрыска топлива Common Rail сегодня серийно устанавливаются практически на всех выпускаемых автомобилях с дизельными двигателями. Ее применение снижает расход топлива на 15%, уменьшает уровень токсичности выхлопных газов и понижает износ двигателя. При этом мощность дизельного двигателя возрастает на 35-40%. Форсунки CR, через которые топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, управляются электронным блоком двигателя. Качество и состав смеси, давление открытия форсунки, момент начала впрыска регулируются компьютерной системой автомобиля на основании сигналов от электронных датчиков установленных на дизельном двигателе, которые отслеживают показатели работы мотора.

Ремонт форсунок Common Rail – одна из наиболее востребованных услуг, предоставляемых дизель сервис «САРГААС». Наш автосервис располагает высокотехнологичным оборудованием для проверки форсунок CR согласно тест планам производителя, по ремонту и регулировки систем Common Rail. Механики дизельного топливного цеха регулярно проходят специализированное обучение и обладают многолетним опытом устранения неисправностей всех элементов дизельной топливной аппаратуры Коммон Рейл.

Как ухаживать

Стоит отметить, что если машина дорогая, то и запчасти на нее дорогие. Поэтому покупая новый, хороший автомобиль, готовьтесь его содержать. Для того, чтобы правильно работала система впрыска Common Rail, ее нужно периодически промывать.

На сегодняшний день на прилавках автомобильных магазинов есть много различных средств не только для дизельных двигателей, но и для бензиновых, поэтому вопроса о том, чем мыть, возникнуть не должно. На самом деле российские производители моющих средств не достигают желаемого уровня качества.

Лучше всего использовать моющие средства германских производителей, они хоть и дороже, но качество значительно выше. Самым лучшим производителем подобных жидкостей считается американская компания «CARBON CLEAN».

Эта компания выпускает качественную продукцию, которую можно найти на прилавке ближайшего автомобильного магазина. Период между чистками должен составлять 15-20 тысяч километров. После каждой прочистки рекомендуется заливать в бак средство для защиты клапанов.

Подводим итоги

В статье кратко описан принцип работы форсунок Коммон Реал для дизельного двигателя. Мы постарались более подробно описать, какие поломки бывают в топливном механизме, и как работает система впрыска Common Rail. Еще в тексте описан принцип, по которому работает ТНВД и форсунки Коммон Рейл, их ресурс, всевозможные поломки и важные процедуры, которые лучше совершать для того, чтобы поддерживать полноценную работу топливной системы дизеля. Также предоставлена информация о том, какое средство лучше использовать для промывания дизеля или бензинового двигателя.