Топливная система Common Rail

Прямой впрыск

Прямой впрыск в дизельном двигателе в свое время стал настоящей революцией. Объяснить важность новой топливной системы довольно просто - для этого нужно сравнить коэффициенты полезного действия (КПД):

КПД дизельного двигателя с впрыском в предварительную камеру (предыдущее поколение) составляет около 35%, использование прямого впрыска (актуальное поколение) повышает его КПД до 45%. Просто для сравнения: КПД у бензинового двигателя - около 27%.

Для владельца автомобиля высокий КПД означает низкий расход топлива. Вот почему прагматичные европейцы так полюбили дизельные двигатели, оказывается, все дело в экономии.

Топливный бак

Принципиально топливная система устроена очень просто. Топливо хранится в баке (1), из которого его качает электрический насос (6) через сетчатый фильтр (4). Если топлива в баке мало, то существует опасность, что в повороте или на горке оно соберется в какой-то части бака далеко от насоса. В этом случае насос закачает в топливную систему воздух и автомобиль немедленно заглохнет. Конструкторы предусмотрели для этого успокоительный бачок (5), в который по трубке сливается неиспользованное для впрыска топливо (так называемая «обратка»). Скорость движения топлива в обратке довольно высока. Инженеры использовали это, установив в бак два инжекционных насоса (2 и 3), которые представляют собой обычные трубки с боковым каналом. Проходящее по трубке топливо создает в канале разрежение, которое затягивает топливо из бака. Таким образом, инжекционный насос (3) помогает закачать в успокоительный бачок (5) не только топливо из обратки, но и часть нового топлива из бака. Благодаря этому уровень топлива в успокоительном бачке (5) при работающем двигателе выше, чем уровень топлива в баке. Бак традиционно размещают в задней части автомобиля. Если мы имеем дело с заднеприводным или полноприводным автомобилем, то в баке приходится делать нишу для карданного вала. Это разделяет его на две части. Теперь топливо не в состоянии самостоятельно перетекать из одной части бака в другую. Этот недостаток компенсирует инжекционный насос (2) - именно он перекачивает топливо в другую часть бака. Если этот насос выйдет из строя, то автомобиль заглохнет из-за отсутствия топлива, хотя индикатор в щитке приборов будет показывать наличие полбака топлива.

Топливный фильтр

Сетчатый фильтр (4) в баке защищает электрический насос от грубого и крупного мусора, а вот тонкую очистку топлива выполняет основной фильтр (7). Он так и называется - фильтр тонкой очистки. Расположен он, как правило, на двигателе в доступном месте, так как подлежит регулярной замене. Чистота фильтра - залог бесперебойной работы топливной системы.

Насос высокого давления

После фильтра топливо поступает к насосу высокого давления. Это механический насос, приводимый в движение от двигателя. Современная техника направлена на экономию любого рода усилий, которые должен сделать двигатель. Это нужно, главным образом, для экономии топлива. В связи с этим на насосе установлен клапан регулирования количества топлива. Он управляется электроникой, которая рассчитывает необходимое количество топлива для работы двигателя в зависимости от нагрузки. Лишнее топливо клапан (9) отправляет назад в бак. Оставшееся «нужное» количество топлива насос нагнетает под очень высоким давлением (от 1600 до 2000 бар) в накопительную трубку (11). Такое высокое давление разогревает топливо до высокой температуры. Если вовремя не отреагировать, то в топливе начнут образовываться пузыри и двигатель заглохнет. Для контроля используется датчик температуры топлива (10). Когда температура становится критичной, электроника переводит двигатель в щадящий режим, ограничивая его мощность. Нужно помнить, что элементы топливного насоса смазываются непосредственно дизельным топливом. Добавление бензина в бак зимний период значительно уменьшает смазочные свойства дизельного топлива, что может привести к тотальному повреждению насоса. Его трущиеся компоненты из-за недостаточной смазки создают металлическую пыль и даже стружку, которые легко и быстро распространяются по всей топливной системе. Завод в этом случае рекомендует заменить все компоненты топливной системы.

Common Rail

Трубка (11) принимает топливо от насоса высокого давления и распределяет его между форсунками (14). Все форсунки подключены к одной трубке, поэтому она и называется общей (на англ. common rail). Давление в этой трубке (11) регулируется в зависимости от нагрузки на двигатель. Так, например, на холостом ходу оно может составлять 600 бар, а в режиме высокой нагрузки доходить до 2000 бар. Регулируется давление с помощью двух компонентов - датчика давления (12) и клапана регулирования давления топлива (13). Датчик (12) сообщает актуальное давление электронному блоку управления двигателя, а тот на основании расчетных данных о нагрузке повышает или понижает давление через управляемый клапан (13).
Стоить отметить, что первые системы не были оснащены клапаном регулирования количества топлива (9) и всю работу по регулировке выполнял клапан давления (13) (системы 1-го и 2-го поколения). В системах 3-го поколения роль клапана давления (13) значительно уменьшилась - он работает только во время пуска и несколько минут после пуска. Дальше в работу включается клапан количества (9) топлива, а клапан давления в основном остается закрытым.

Топливный инжектор

Электромагнитные форсунки управляются электронным блоком управления двигателя. Современные технологии делают возможным открыть и закрыть форсунку несколько раз за один ход поршня. Это позволяет разбить общий впрыск на несколько предварительных, основных и последующих впрысков. Предварительный впрыск маленькой порции топлива снижает уровень шума дизельного двигателя, а последующий впрыск используется для регенерации сажевого фильтра.
Наличие постоянного давления в топливной трубке дает возможность четко дозировать порцию впрыскиваемого топлива. Зная актуальное давление, которое сообщает датчик (12), электроника рассчитывает только время открывания форсунки для получения необходимо количества впрыскиваемого топлива для достижения максимальной экономии. Так как впрыск топлива через форсунки никак механически не связан с двигателем, это делает возможным регулировку момента впрыска для каждого цилиндра индивидуально - это обеспечивает максимальный крутящий момент двигателя. Современные топливные инжекторы используют пьезокристалы для для управляющего клапана иглы распылителя.