Система дизельного впрыска Common Rail

Давайте знакомиться: система дизельного впрыска Common Rail.

Система дизельного впрыска Common Rail еще сравнительно молода. Однако она уже достаточно широко применяется на автомобилях иностранного производства. Именно поэтому мы и решили поближе ознакомить вас, уважаемые читали, с ее устройством, способами диагностики, наиболее типичными неисправностями и методами их устранения.
Пути эволюции          
Не секрет, что в процессе своего развития дизельный впрыск претерпел многочисленные изменения. На всем протяжении его эволюции основные акценты, как и во всем двигателестроении, делались на повышение мощности, уменьшение расхода топлива, увеличение крутящего момента, снижение габаритов силового агрегата. Уже ближе к нашим дням чрезвычайную актуальность приобрел экологический аспект. С одной стороны, это, конечно же, положительная тенденция — защита окружающей среды, более пристальное внимание к чистоте выхлопа, но с другой… Дело в том, что появившиеся системы (отвечавшие за экологичность), такие, например, как система рециркуляции отработанных газов, в значительной степени усложняли конструкцию двигателя, но при этом никоим образом не увеличивали его мощностные и экономические показатели.
В связи с этим где то в середине 1990 х годов прошлого века были созданы 4 прогрессивные дизельные схемы:
• UP (Unit Pump) индивидуальные ТНВД, управляемые электромагнитным клапаном;
• насос-форсунки (впрыск с насос-форсунок);
• система с распределительными насосами, управляемыми электромагнитными клапанами (так называемыми насосами роторного типа);
• система с общей для всех форсунок топливной магистралью, которая получила название по принципу своего действия — Common Rail (пер. с англ.: «общая магистраль»).
Уже в начале нового тысячелетия стало ясно, что система с распределительными насосами — тупиковая. Возможности ТНВД в том виде, в котором они были сконструированы, типа роторных аксиально-плунжерных насосов, себя изжили. Они не способны были отрабатывать нормы Euro 5, которым в полном объеме отвечал Common Rail. При этом сам принцип системы Common Rail как таковой имел возможность развиваться и совершенствоваться дальше, благодаря чему все производители современных автомобилей, как легковых, так и грузовых, избрали приоритетным именно направление Common Rail и насос-форсунок. Некоторые известные автопроизводители, такие как Scania, сегодня отказываются от рядных ТНВД и переходят на насос-форсунки. А Man, например, — на Common Rail.
Преимущества Common Rail
Почему же Common Rail оказался таким прогрессивным? Потому, что в отличие от других дизельных впрысков он своей конструкцией очень похож на бензиновый двигатель. Разница заключается лишь в принципе воспламенения топлива. Возможность управления этим впрыском позволяет довольно сильно снижать токсичность выхлопных газов. Как мы уже сказали, схема Common Rail выполняет нормативы Euro 5, простите за каламбур, на «пять с плюсом»!
Для справки имеет смысл отметить, что системы с насос-форсунками (элемент насос-форсунки является универсальным, это одновременно форсунка и ТНВД в одном корпусе), развивающие давление до 2050 bar, также обеспечивают большую экологичность двигателя, и потому в настоящее время эти системы наряду с Common Rail тоже являются дееспособными. Их используют многие автопроизводители (в сегменте легковых автомобилей ее придерживается VAG, грузовых — Iveco, Volvo, Scania).
Основное же преимущество Common Rail заключается в том, что данная система позволяет реализовать несколько впрысков топлива за один рабочий цикл. Это дает возможность (посредством предварительных впрысков) подготовить камеру сгорания для основного впрыска и снизить шумность работы двигателя. Последующие же (после основного) впрыски обеспечивают продув системы. Тем самым снижается токсичность выхлопных газов.
Однако, несмотря на то что Common Rail, в принципе, является достаточно чистой схемой дизельного впрыска, получаемые характеристики по саже и углеводороду, которые неизбежно присутствуют в дизельном выхлопе, дополнительно снижают за счет внедрения в выхлопной тракт автомобиля сложнейшей интегрированной системы добавочной фильтрации. У различных производителей такие системы называются по разному, роднит же их всех использование специальной жидкости, содержащей мочевину (водный раствор карбамида), — Ad-Blue.
В результате под воздействием Ad-Blue вредные угарные газы превращаются в катализаторе в безопасные азот и водяной пар.
Главный принцип работы Common Rail — это наличие в системе давления независимо от частоты вращения двигателя, что совершенно отличает его от принципов работы двигателя предыдущих систем, где давление и мощность были неразрывно связаны с оборотами. Отсюда и «туповатость» дизелей предыдущего поколения — они очень медленно ускоряются, потому что им не хватает частоты оборотов двигателя. В Common Rail же при первом запуске давление уже сразу присутствует в системе (как в бензиновом двигателе), и поэтому автомобили с Common Rail по динамике ничем не уступают бензиновым.
Для обеспечения таких показателей в строении дизельного впрыска реализованы специальные схемы, которые дают возможность за единицу времени нагнетать большее количество воздуха. Это так называемые турбо- надув и охлаждение воздуха. Используя данные устройства в системе Common Rail, удается добиться очень высокой мощности. С другой стороны, электроника Common Rail позволяет очень точно отслеживать такие важные компоненты управления дизельным впрыском, как начало впрыска топлива и время его впрыска. В настоящий момент выпускаются двигатели уже не с электромагнитными клапанами, а с управляемыми пьезодатчиками. Их характеристики многократно превышают скорость срабатывания электромагнитного клапана, что открывает еще большие перспективы для системы в целом. И уж если мы затронули перспективный аспект, то необходимо отдельно сказать, что совершенствование Common Rail идет по понятному, логичному пути — пути увеличения давления в системе. Уже сейчас ведется разработка ТНВД новых поколений (и соответствующих инжекторов), в которых давление достигает 2000 bar.
Ремонтопригодность и диагностика системы Если понимать, как работает Common Rail, знать, из чего он состоит, какой элемент за что отвечает, то диагностика системы не вызовет у специалиста особых трудностей. Так же как и в любой другой системе, в процессе общения с Common Rail мастер может наблюдать за состоянием всей периферии — как датчиков, сообщающих сигналы блоку управления, так и исполнительных механизмов. По-этому диагностика Common Rail весьма проста.
К тому же наработан довольно обширный опыт эксплуатации системы. Известны ее, скажем так, наиболее уязвимые места, проблемы с которыми очень легко прогнозируются и предугадываются. Вследствие недостаточно высокого качества топлива или усталости системы (когда система эксплуатируется слишком долго) из строя в первую очередь начинают выходить инжекторы, датчики контроля высокого давления и датчики, которые создают это высокое давление. ТНВД же здесь довольно стабилен — ошибка многих неопытных дизелистов заключается в том, что они, не разобравшись в сути неисправности, пытаются сразу заменить ТНВД. Этого делать не стоит — вернее, всегда прежде всего надо точно понять, по какой причине возникла проблема и какие действия нужно предпринять для ее устранения. И только потом решаться на крайние меры.
К слову сказать, ТНВД Common Rail очень не любит грязи. Если грязь попадает в ТНВД — пиши пропало, он мгновенно выходит из строя и гонит стружку во всю систему. Замена всей системы (промывка в данном случае недопустима, только полная замена всех трубок, магистралей, бака, насоса, форсунок) — весьма дорогостоящая операция, поэтому советуем нашим читателям обратить особое внимание своих клиентов автовладельцев на использование только безупречно качественного дизтоплива.
Вы спросите: почему не помогает промывка? Дело в том, что промывка не дает возможности полностью избавиться от стружки, которая может снова попасть в систему. В общем то, по большому счету, все основные перебои системы связаны именно с плохим топливом. Для различных машин характерны свои последствия. Как показывает опыт, на французских автомобилях чаще всего выходят из строя форсунки — они, как говорится, «подвисают». И самое интересное, что в основном то и пугает людей, — то, что машина сразу глохнет. Это, кстати, еще одна специфическая особенность Common Rail: при кратковременном «подвисании» иглы распылителя нарушается баланс давления в рейке. Падение напряжения замечает датчик контроля давления в рейке, и эта команда, так называемая ошибка первого порядка, заставляет блок управления выключать двигатель. Машина может заглохнуть даже набирая обороты. При этом, что еще более интересно, через какоето время после того, как машина «отстоится», она может спокойно завестись и опять поехать. Хотя в дальнейшем в определенных режимах она с большой вероятностью снова будет глохнуть. Людей, не знакомых с системой, это, естественно, пугает, они меняют ТНВД, однако ничего не добиваются. Чтобы грамотно разобраться с такой проблемой, необходимо использовать специальное устройство, имитирующее датчик, с помощью которого удастся определить, какая форсунка вышла из строя. Ее можно будет заменить или — после проверки — отремонтировать.
На других двигателях со временем — возможно, по причине недостаточно надежного крепления — происходит подъем форсунки, следствием чего является прорыв выхлопных газов через уплотнительную шайбу. Они как клей заполняют колодец, в котором находится форсунка, и достать ее оттуда уже невозможно. Если этого не отследить, приходится снимать целиком головку (на ранних стадиях посредством химически активных жидкостей можно попытаться «откиснуть» инжектор). Единственный способ предотвращения подобного — профилактика. Если автомобиль приехал в Россию из за границы с пробегом за 100 000 км, ближе к 150 000 км рекомендуется просто вынуть форсунки и поменять шайбочки и винты, которые их стягивают. Также случается, что и насосы текут. Устраняется протечка без каких либо проблем — заменой прокладки. А вот случаи усталости насоса, его износа единичны, но если в систему, повторимся, попадают механические частицы — они выводят его из строя сразу.

Диагностическое оборудование
Уже давно отвыкли от того, что дизель работает без электроэнергии, поэтому его диагностика так же ответственна, как и диагностика бензинового двигателя: нет свечей зажигания, но зато есть свечи накаливания. К тому же есть и другие специфические особенности. Первое — очень важно знать все величины, которые измеряются на датчиках или исполнительных механизмах. Второе — в систему бесполезно лезть, оперируя лишь отверткой и ключом, необходимо применять соответствующее оборудование: мотор-тестер, осциллограф. Современные датчики имеют такую конструкцию, что нельзя ограничиться только проверкой сопротивления или напряжения — обязательно надо проверять сигнал блока управления. К тому же такие датчики, как, например, датчик положения педали, настолько чувствительны, что, используя мультиметр, которым привыкли оперировать многие специалисты, можно просто-напросто сжечь их. В связи с этим обращаем ваше внимание на следующее: снимать сигнал допустимо только осциллографом! Благодаря наличию электронного управления впрыском, тестируя Common Rail, можно посредством сравнительных характеристик проверять подачу топлива. Используя возможность отключения электромагнитных клапанов, инженер-диагност получает возможность проверить компрессию, т. е. провести компрессионный тест системы. Единственная проблема (и то она сейчас решается) — это невозможность реально увидеть высокое давление, что само по себе очень опасно: несанкционированное вмешательство в эту систему категорически запрещено. Но сейчас компания BOSCH разработала такие инструменты, которые позволяют его видеть.
Еще одна интересная особенность Common Rail: состояние электромагнитного клапана можно определить с помощью обратного слива топлива. Только на инжекторе Common Rail можно померить обратный слив топлива и посредством этой проверки увидеть состояние электромагнитного клапана форсунки Common Rail. Что имеется в виду? В случае негерметичности электромагнитного клапана то количество топлива, которое должно попасть в камеру сгорания, по-падет в обратный слив, и таким образом проявляется неисправность автомобиля. Это очень важный нюанс, о котором обязательно нужно знать.
Проанализировать эту информацию можно, используя специальный аппарат. Прибор состоит из набора мензурок, имеющих или не имеющих деления (у различных производителей по разному). От них отходят прозрачные трубки с быстросъемным соединением на конце. Подключая их к форсункам Common Rail прямо на двигателе, специалист смотрит равномерность обратного сброса (как заполняются эти мензурки) на различных режимах за определенный промежуток времени. Процедура не занимает много времени, но с диагностической точки зрения очень эффективна. Если же касаться оснащения дизельного участка, то предприятию, ориентирующемуся на работу по Common Rail, придется приобрести некоторое дополнительное к уже имеющемуся оборудование.
Сервису помимо дизельного стенда будет нужен комплект для испытания насосов Common Rail с крепежными адаптерами для фиксации различных насосов. Обязательна компьютерная измерительная система, в равной степени подходящая для традиционных и прогрессивных систем впрыска дизельного топлива (высокая воспроизводимость результатов гарантируется прецизионными электронными расходомерами), поскольку мензурочная просто физически не сможет отследить с необходимой степенью точности интересующие нас параметры. Конечно, пригодятся комплекты дополнительных принадлежностей, поскольку разные типы насосов имеют различные разъемы для подключения. Пригодятся и комплекты для испытания форсунок типа Common Rail, изготавливаемых различными производителями (BOSCH, Delphi, Denso). Как мы уже отметили, полезной будет и установка для проверки инжекторов Common Rail на основе замера «обратного сброса». Также понадобятся специальные съемники и оправки для демонтажа / монтажа инжекторов.
На первый взгляд кажется, что перечень дополнительного оборудования довольно таки обширен и дорогостоящ. Но ничего не поделаешь — прогрессивная система требует определенных вложений. Ведь целесообразность приобретения всего этого оснащения налицо. Сегодня в мире наблюдается настоящий дизельный бум, отзвуки которого постепенно докатываются и до нашей страны. А сервисов, работающих с дизелем, мало, поэтому спрос на услуги по ремонту подобных систем растет буквально с каждым днем. По сути, то, что в стране мало дизельных машин, — заслуга только нашего плохого топлива. Но ситуация меняется. Сегодня даже появилось мнение, что, если человек ездит на дизеле, он его никогда не поменяет на бензин. Да, отечественный автопром не балует нас надежными дизельными автомобилями, но такие авто в изобилии приходят из за границы, и поток этот, если посмотреть статистику, увеличивается с каждым годом. Причем в изрядной доле этих машин используется система Common Rail.

Назад в тему...