Что такое Common Rail?
Пожалуй, самой сложной технической задачей в истории дизельных двигателей была подача топлива в цилиндр точно в нужный момент и под точно нужным давлением. Система Common Rail решает эту проблему, полностью разделяя создание давления и сам впрыск. «Рейка» (rail), давшая системе название, — это общая топливная магистраль высокого давления, питающая сразу все форсунки, благодаря чему топливо подаётся тогда и в том количестве, которое требуется, независимо от оборотов двигателя.
В более старых системах — рядных ТНВД или насос-форсунках — давление создавалось механически в тот же момент, когда оно было нужно, из-за чего на низких оборотах впрыск получался слабым, а на высоких — трудноконтролируемым. Common Rail обходит эту проблему, удерживая топливо под давлением в накопителе и высвобождая его через электронно управляемые форсунки.
Как работает система
Насос высокого давления
Топливо, забираемое из бака, сначала проходит через подкачивающий насос низкого давления, а затем поступает в насос высокого давления. Он механически сжимает топливо и в современных системах способен создавать давление от 1600 до 2500 бар — это в тысячи раз больше давления в автомобильной шине.
Общая топливная магистраль
Сжатое топливо хранится в магистрали, давшей название всей системе. Она работает как своеобразный буфер давления, поддерживая постоянный высокий уровень независимо от текущих оборотов и нагрузки двигателя, поэтому топливо поступает к каждому цилиндру в одинаковых условиях.
Форсунки и пьезоэлектрическая технология
От магистрали к каждому цилиндру идёт отдельная трубка высокого давления, заканчивающаяся электронно управляемой форсункой. В первых системах форсунки открывались и закрывались с помощью соленоидных клапанов, а в более поздних поколениях стали применяться пьезоэлектрические форсунки, реагирующие гораздо быстрее. Пьезоэлектрические материалы меняют форму за долю миллисекунды при подаче тока, что позволяет форсунке открываться и закрываться несколько раз в течение одного цикла сгорания. Это даёт возможность делать небольшой «пилотный» впрыск перед основным и «дополнительный» впрыск после него, делая сгорание более плавным и тихим.
Немного истории
Первые эксперименты в Швейцарии
Идея восходит к концу 1960-х годов, когда швейцарский инженер Роберт Хубер начал отделять создание давления от момента впрыска. Позже его работу развил Марко Гансер из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, однако электроника того времени была ещё недостаточно зрелой для серийного производства.
Fiat, Magneti Marelli и партнёрство с Bosch
Настоящий прорыв, превративший идею в реальную автомобильную технологию, произошёл в Италии в 1990-х годах. Исследовательское подразделение Fiat, Centro Ricerche Fiat, совместно с Elasis и Magneti Marelli разработало электронно управляемую систему Common Rail. Однако финансовые трудности вынудили Fiat продать права на доведение технологии до серийного производства немецкому поставщику Bosch, который индустриализировал систему и впервые установил её на серийный автомобиль — Alfa Romeo 156 — в 1997 году. В том же году собственную версию представил и Mercedes-Benz.
Параллельный путь в Японии
Независимо от европейских разработок, команда компании Denso в Японии во главе с Сёхэем Итō и Масахико Мияки создала собственную систему Common Rail для тяжёлых грузовиков и запустила её в серию в 1995 году на модели Hino Rising Ranger. Так два никак не связанных друг с другом инженерных пути почти одновременно пришли к одному и тому же решению.
Почему это важно
Главная заслуга Common Rail — в том, что она отвязала момент и объём впрыска от оборотов двигателя. Эта гибкость позволяет делать несколько небольших впрысков за один цикл сгорания: пилотный впрыск смягчает сгорание и снижает характерный дизельный стук, основной впрыск создаёт мощность, а дополнительный впрыск помогает уменьшить образование сажи в выхлопных газах. В результате снижается расход топлива, уменьшаются вредные выбросы, а двигатель становится тише и мощнее. Сегодня практически все современные легковые и грузовые дизельные автомобили используют ту или иную версию Common Rail, выпускаемую такими поставщиками, как Bosch, Denso, Delphi и Continental.