Топливная система common rail: как она устроена, её плюсы и минусы

Изначально дизельные двигатели предназначались для грузовиков, но позже получили активное распространение и на легковых автомобилях. Этому способствовало развитие технологий, которые сделали дизель компактнее, мощнее, надёжнее и экологичнее. Одним из таких прорывов стала топливная система common rail («коммон рейл»). Рассказываем, как работает двигатель «коммон рейл», как устроен ТНВД common rail и какие нюансы эксплуатации и обслуживания есть у этой системы.

На заре своего существования дизельные двигатели были достаточно сложными и капризными в эксплуатации. Прежде всего из-за качества топлива и несовершенства технологии их изготовления. Особенно трудно инженерам и ремонтникам было заставить работать как следует топливный насос высокого давления (ТНВД), который одновременно подавал дизтопливо в цилиндры, дозировал его количество и регулировал момент впрыска.

Всё вместе это требовало высочайшей точности изготовления деталей ТНВД и очень тонкой его настройки. В итоге насос был самым сложным и дорогостоящим узлом в дизельном двигателе тех лет.

Упростить этот агрегат помогло развитие конструкции топливных форсунок. Сначала появились так называемые «насос-форсунки», приводимые специальным валом. По сути, это были мини-ТНВД — индивидуальные для каждого цилиндра и подававшие топливо прямо в камеры сгорания. Такая схема тоже была не лишена недостатков, но уже не настолько капризная.

Следующим шагом по пути прогресса стали дизельные форсунки с электронным управлением, подобные тем, что использовались на бензиновых моторах. Они позволили реализовать систему впрыска с топливным аккумулятором.

В аккумуляторной топливной системе насос и форсунки работают независимо друг от друга. Насос нагнетает солярку в общую для всех форсунок топливную магистраль большого объёма, поддерживает в ней нужное количество топлива под давлением, а уже из этого топливного аккумулятора солярка подаётся через форсунки в цилиндры. 

Common rail стала пиком эволюции аккумуляторной топливной системы и фактически «золотым стандартом» для современных дизельных двигателей.

Массовое распространение система common rail получила в середине 1990-х годов, когда немецкая компания Bosch наладила производство оптимальных по соотношению характеристик и стоимости электронных форсунок и остальных компонентов для дизельных двигателей. Немцы не были первыми, кто начал работу с common rail. Занимались этим и японцы из Denso, и итальянцы из Magnetti Marelli. Которые и предоставили свои наработки Bosch, а те уже взялись за популяризацию технологии. На сегодня мировые лидеры производства топливных систем «коммон рейл» — это немецкие Bosch и Siemens, японская Denso и американская Delphi, каждая из которых выпускает свои оригинальные варианты. Но принцип работы у всех брендов един.

Топливную систему common rail можно условно разделить на три части — контур низкого давления, контур высокого давления и электронную систему управления. Магистраль низкого давления включает в себя топливный насос, фильтры грубой и тонкой очистки, а магистраль высокого давления представлена ТНВД, топливным аккумулятором и форсунками. Заведует работой обеих магистралей управляющая электроника, в состав которой входят многочисленные датчики, исполнительные элементы и ЭБУ.

ТНВД common rail нагнетает дизельное топливо в топливную рампу или топливный аккумулятор (тот самый rail), который является общим (common) для всех топливных форсунок цилиндров двигателя. Топливный аккумулятор обеспечивает необходимый запас солярки под оптимальным давлением, готовой поступить в форсунку, а заодно избавляет систему от колебаний давления, свойственных ранним конструкциям — за счёт отсутствия пульсации топлива при его большом расходе.

Благодаря топливному аккумулятору форсунки, бесперебойно снабжаемые топливом под нужным давлением, могут за один цикл работы дизеля common rail несколько раз подавать солярку в цилиндр. Это позволяет реализовать предварительный впрыск — он увеличивает температуру и давление в камере сгорания, чтобы ускорить воспламенение основной порции топлива. За ним следует основной впрыск, обеспечивающий непосредственно работу двигателя. А завершает этот процесс при необходимости дополнительный впрыск, благодаря которому растёт температура выхлопных газов, что запускает процесс сгорания частиц в сажевом фильтре. Попутно многоразовый впрыск делает работу дизеля «мягче» — мотор меньше шумит и вибрирует. 

В процессе развития дизельных двигателей постоянно увеличивается давление впрыска. У современных common rail давление составляет до 300 МПа. Чем оно выше, тем больше за один и тот же промежуток времени можно подать в цилиндр солярки, а значит, — точнее настроить оптимальный момент впрыска, поднять обороты и отдачу дизеля. В целом использование common rail позволяет добиться двух вроде бы несочетаемых качеств — снизить расход топлива за счёт оптимизации его подачи и одновременно увеличить мощность двигателя из-за более полного сгорания солярки в оптимальных режимах. А всё это приводит и к повышению плавности работы мотора, и к снижению вредных выбросов.

Принцип работы «коммон рейл» обуславливает как преимущества, так и недостатки. Тем не менее примерно 75% всех современных дизельных автомобилей, независимо от марки и класса, оснащены двигателями с common rail. А это значит, что плюсы более весомы, чем потенциальные отрицательные моменты технологии.

Вот очевидные достоинства дизельных двигателей с системой common rail:

• Высокая топливная эффективность. Возможность гибкой регулировки подачи топлива снижает расход солярки и оптимизирует характеристики двигателя в зависимости от режима эксплуатации.
• Снижение вредных выбросов и шума. Оптимизация впрыска топлива оборачивается уменьшением токсичности выхлопных газов, к тому же сокращаются шум и вибрация в процессе работы двигателя.
• Конструктивно система впрыска с аккумулятором проще, чем традиционная с топливным насосом высокого давления, завязанным на отдельные форсунки.

Увы, есть и минусы, от которых топливная система «коммон рейл» даже в самом современном варианте не избавлена:

• Система common rail очень требовательна к качеству топлива. Плохая солярка, которую могут переварить менее технологичные двигатели, губительна для форсунок и насоса «коммон рейл».
• Любая поломка в контуре высокого давления приводит к выходу из строя всей топливной системы.
• Топливные форсунки системы common rail более дорогие и сложные в ремонте и обслуживании, чем форсунки традиционной топливной системы.
• Двигатели с системой common rail требовательны к оборудованию для обслуживания/ремонта и квалификации специалистов сервиса.

Эти недостатки можно нивелировать за счёт заправки качественным дизельным топливом на проверенных АЗС, регулярного обслуживания у хороших мастеров в специализированных сервисах. С учётом постоянно ужесточающихся экологических требований «коммон рейл»-дизели практически не имеют альтернативы. Поэтому не стоит бояться таких систем — главное, не нарушать правила эксплуатации.