Аккумуляторная топливная система или система типа «коммон-рэйл» ( англ. common rail — общая магистраль) — система подачи топлива , применяемая в дизельных двигателях . В системе типа common rail насос высокого давления нагнетает дизельное топливо под высоким давлением (до 300 МПа, в зависимости от режима работы двигателя) в общую топливную магистраль существенного объёма (аккумулятор) .

Управляемые электроникой электрогидравлические форсунки с электромагнитным ( электромагнитный клапан ) или пьезоэлектрическим ( ) приводом управляющих клапанов впрыскивают дизельное топливо под высоким давлением в цилиндры . В зависимости от конструкции форсунок и класса двигателя, может впрыскиваться до 9 порций топлива за 1 цикл.

Одной из ключевых особенностей систем common rail является независимость процессов впрыскивания от угла поворота коленчатого вала и от режима работы двигателя, что делает возможным достижение высокого давления впрыскивания на частичных режимах, что необходимо для удовлетворения современных и перспективных экологических требований.

Конструкция и принцип действия

Топливо из топливного бака забирается топливоподкачивающим насосом (низкого давления), и через топливный фильтр поступает в топливный насос высокого давления (ТНВД). ТНВД подаёт топливо в напорную магистраль, которая играет роль аккумулятора давления . Блок управления регулирует производительность ТНВД для поддержания необходимого давления в магистрали по мере расхода топлива.

Топливная магистраль соединяется топливопроводами с форсунками . В каждую форсунку встроен управляющий клапан — электромагнитный или пьезоэлектрический . По команде от блока управления клапан открывается, впрыскивая необходимую порцию топлива в цилиндр.

Сравнение с другими системами подачи топлива

Особенности:

• В отличие от традиционной системы подачи топлива, используется одноканальный ТНВД, постоянно подающий топливо в магистраль;
• Необходимо корректировать цикл работы исходя из пропускной способности каждой форсунки, из-за чего требуется настройка электронного блока после каждой замены форсунок.

Преимущества:

• Давление, при котором происходит впрыск топлива, можно поддерживать вне зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя и оно остаётся практически постоянно высоким в течение всего цикла подачи топлива, что особенно важно для стабилизации горения на холостом ходу и на малых оборотах при работе с частичной нагрузкой;
• При использовании аккумуляторной системы подачи топлива момент начала и конца подачи может в широких пределах регулироваться ЭБУ. Это позволяет более точно дозировать топливо, а также осуществлять подачу топлива несколькими порциями в течение рабочего цикла — для более полного сгорания топлива;
• Конструкция common rail проще, чем у системы ТНВД с форсунками, её ремонтопригодность выше.

Недостатки:

• Более сложные форсунки, которые требуют относительно частой замены, по сравнению с традиционной системой подачи топлива;
• Система перестаёт работать при разгерметизации любого элемента высокого давления, например, при неисправности одной из форсунок, когда её клапан постоянно находится в открытом положении;
• Более высокие требования к качеству топлива, чем у традиционных систем.

Таким образом, для удовлетворения перспективных экологических нормативов, таких как Euro-VI , Tier-IV, Euro Stage IV для тяжёлых дизелей, системы common rail были признаны наиболее подходящими для дизелей всех классов.

Носители системы

На данный момент ^{[ когда? ]} до 70 % всех выпускаемых дизельных двигателей оснащается системами common rail , и эта доля растёт . По прогнозам компании Robert Bosch GmbH доля системы CR на рынке к 2016 году достигнет 83 %, а в 2008 году их число составляло лишь 24 %. Таким образом, сегодня практически каждый производитель двигателей всех классов: от малых легковых и до крупных судовых, освоил применение аккумуляторных систем.

Среди производителей топливоподающей аппаратуры и систем common rail в частности, лидерами являются следующие компании: R. Bosch , Denso, Siemens VDO, Delphi , L’Orange, Scania .

В России выпуск топливных систем Common rail с 2018 года освоил Алтайский завод прецизионных изделий (АЗПИ).

История

В 1934—1935 годах был сконструирован, а в 1936 году показан на авиашоу в Париже дизельный двигатель Коатален ( L. Coatalen ). Отличием дизеля Коаталена от иных дизелей был впрыск топлива в цилиндры не гидравлическим открыванием клапана форсунки, а механическим открыванием и применением гидроаккумулятора, топливо в который нагнетается независимым от распределительной системы ТНВД. Фактически был показан работоспособный двигатель, на котором был применён прообраз системы common rail . Такой системой впрыска топлива Луи Коатален обогнал время на 60 лет .

Впервые система непосредственного впрыска топлива на дизельных двигателях была разработана и внедрена в 1939 году советскими инженерами при создании двигателя семейства В-2 на Харьковском паровозостроительном заводе. Причем, изначально разрабатывалась именно аккумуляторная топливная система по схеме Коаталена (так как двигатель В-2 унифицировался с авиационным АЧ-30 ), но уровень техники тех лет не позволил выйти за пределы опытных образцов и в серию двигатель пошел с классическим блочным ТНВД. Не получил, в итоге аккумуляторную систему и АЧ-30.

Прототип системы common rail был создан в конце 1960-х годов Робертом Хубером в Швейцарии, далее технологию разрабатывал доктор Марко Гансер из Швейцарской высшей технической школы Цюриха .

Разработки электронно-управляемых аккумуляторных систем питания дизельных двигателей и электро-гидравлических форсунок проводились ещё в 60-80 годах XX века в СССР в лаборатории автоматики и систем питания ДВС Коломенского филиала ВЗПИ под руководством профессора д.т. н. Феликса Ильича Пинского (1930—2004). Коллективом сотрудников лаборатории было разработано семейство электронно-управляемых форсунок с гидравлическим запиранием и с приводом от мощных электромагнитов, ТНВД с повышенным давлением впрыска и увеличенными цикловыми подачами, а также блоки электронного управления дизельными двигателями с аккумуляторными топливными системами топливоподачи. Первые в мире работоспособные электронно-управляемые аккумуляторные топливные системы дизелей были реализованы на дизелях Коломенского Завода и дизель-генераторах СПКБ ПО Звезда (г. Ленинград). По результатам работ лаборатории получено несколько десятков Авторских Свидетельств СССР и Патентов, а также защищено 5 кандидатских и докторская диссертация. Отсутствие производства в СССР малогабаритных электромагнитных исполнительных устройств для форсунок не позволило применить тогда эти системы на автомобильных дизелях. Электронно-управляемые аккумуляторные топливные системы дизелей в документах для служебного пользования фирмы R.Bosch до 1988 года имели обозначение «русские топливные системы», так как описание таких систем, разработанных в Коломне, существовало только на русском языке .

В середине 1990-х годов доктор Сёхэй Ито и Масахико Мияки из корпорации Denso разработали систему common rail для коммерческого транспорта и воплотили её в системе ECD-U2, которая стала использоваться на грузовиках Hino Rising Ranger; в 1995 году они продали технологию другим производителям. Поэтому Denso считается пионером в адаптации системы common rail к нуждам автомобилестроения.

Современные системы common rail работают по тому же принципу. Они управляются блоком электронного управления, который открывает каждый инжектор электрически, а не механически. Эта технология была детально разработана общими усилиями компаний Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat и Elasis. После того как концерн Fiat разработал дизайн и концепцию системы, она была продана немецкой компании Robert Bosch GmbH для разработки массового продукта. Это оказалось большим просчетом Fiat, поскольку новая технология стала очень выгодна, но в то время итальянский концерн не имел финансовых ресурсов для завершения работ. Тем не менее, итальянцы первые применили систему common rail в 1997 году на Alfa Romeo 156 1.9 JTD , и только потом она появилась на Mercedes-Benz C 220 CDI .

См. также

• Насос-форсунка
• Топливный насос высокого давления

Примечания