Система common rail: принцип работы и самостоятельная диагностика

Стенд для проверки форсунок и насосов высокого давления.

Стенд для проверки форсунок и насосов высокого давления. Стенд для проверки форсунок и насосов высокого давления.

Если привод ГРМ в порядке, переходим к проверке топливоподачи. Электрический подкачивающий насос вступает в работу с поворотом ключа. При износе или повреждении этого насоса меняется потребляемая им мощность, ЭБУ фиксирует это как неисправность и записывает в память системы ее код. Но полностью полагаться на электронику не стоит, поэтому подключаем манометр к магистрали низкого давления. (У механического подкачивающего насоса для удобства контроля есть штуцер.) Если здесь давление в норме, переходим к ТНВД.

Проверим давление топлива в рампе в режиме прокрутки коленвала стартером. Эта часть системы оснащена датчиком давления топлива, — воспользуемся его услугами. Подключаем к диагностическому разъему сканер и находим нужный параметр. Если он ниже нормы, ищем, где скрывается неисправность. Виноваты могут быть форсунки, электромагнитные клапаны (регуляторы) и сам ТНВД.

Схема системы питания дизеля «коммон рейл»:

Ремонтопригодность форсунок Common Rail разных систем

Легковые автомобили оснащаются несколькими разновидностями форсунок Common Rail. Четыре компании-изготовителя (Bosch, Continental, Delphi, Denso) занимаются производством двух типов систем – электромагнитных и пьезоэлектрических. Компании Bosch, Delphi и Denso давно известны в качестве производителей электронных систем для автомобилей.

Концерн Bosch занимается созданием систем впрыска с начала прошлого столетия. Технология впрыска, разработанная компанией Lucas, была выкуплена у нее фирмой Delphi. Своим опытом в данном вопросе японский Denso обязан Bosch и Magnetti Mareli, с которыми он совместно работал. Конкуренцию немецкой компании Bosch составил Continental, купивший Siemens и VDO. На выпускаемые Continental форсунки на протяжении последнего года наносится логотип компании, ранее они обозначались логотипом Siemens.

Лидирующие позиции на рынке занимает концерн Bosch, производящий как электромагнитные, так и пьезоэлектрические форсунки. Компании Delphi и Denso также занимаются выпуском обоих видов форсунок, но масштаб производства у них значительно меньше. С конвейеров Continental (Siemens) сходят исключительно пьезоэлектрические элементы.

Каждая компания расхваливает свою продукцию, заявляя о том, что именно она является лучшей, однако многие системы Common Rail обладают рядом недостатков. Наиболее простыми с конструктивной точки зрения являются форсунки Common Rail, выпускаемые компанией Bosch. Их ремонт также не представляет никаких сложностей.

Форсунки, выпускаемые Delphi, обладают более сложной системой управления. Однако они сильнее зависят от качества топлива и не могут похвастаться долговечностью. Наиболее надежные электромагнитные элементы производит компания Denso, однако запчасти для ремонта форсунок Common Rail этой фирмы не всегда просто достать. Наибольшей сбалансированностью обладают пьезоэлектрические форсунки, выпускаемые Bosch и Continental, а также частично Denso. Эти изделия схожи как в части конструктивных решений, так и по надежности. Пьезопродукция Delphi столь высокой надежностью не отличается.

Выпускаемые компанией Bosch форсунки с классическим впрыском наиболее просты в ремонте. Любой специализированный сервисный центр в состоянии выполнить ремонт дизельных форсунок Common Rail, главное, чтобы попался опытный мастер.

Ремонт электромагнитных форсунок Delphi возможен, однако в этом случае потребуется заменить наконечник и перекодировать форсунки по окончании восстановительных работ. Стоить такой ремонт будет дороже, однако если кодировку не выполнить, возможны перебои в работе двигателя. Наиболее долговечными являются электромагнитные изделия, производимые компанией Denso, однако отсутствие запчастей делает их ремонт практически невозможным.

Ремонт пьезофорсунок Common Rail, выпускаемых компаниями Delphi и Bosch, невозможен. Continental (Siemens) начал выпускать изменяющие размер наконечники впрыска, благодаря чему эти форсунки теперь подлежат ремонту. Впрочем, это относится не ко всем авто, а лишь к ряду моделей, укомплектованных двигателями PSA 2.0 HDI 16V (например, дизельные Ford Mondeo IV, Focus, Galaxy, S-Max и Volvo S40, S60).

Ремонт форсунок системы Common Rail: причины выхода из строя

Common Rail считают одной из наиболее надежных топливных систем, а к её основным достоинствам относят экономичность, так как двигатели с такой системой потребляют на 15% меньше топлива.

При этом они мощнее, и грамотно настроенная Common Rail увеличивает мощность двигателя примерно на 40%.

Ресурс форсунок, заявленный производителем, как правило, составляет до 200 000 километров.

Однако необходимо понимать, что на данный узел приходится повышенная нагрузка, поэтому зачастую приходится обращаться в автосервис гораздо раньше обозначенного срока.

К числу факторов, оказывающих негативное влияние на форсунки, можно отнести:

• неправильный ремонт и эксплуатацию форсунок;
• естественный износ;
• некачественное топливо, на которое приходится львиная доля всех неисправностей, связанных с форсунками (зачастую в нём присутствует не только вода и присадки, но и бензин, что пагубным образом сказывается на состоянии топливной системы).

Полноценная диагностика систем Common Rail на автомобиле без снятия

Преимущества

• Обязательно к использованию дилерами Hyundai & KIA;
• Поддержка систем CR Bosch, Delphi, Siemens и Denso;
• Поддержка всех видов транспорта;
• Произведено в Южной Корее.

1. 92 % новых дизелей оснащено системами Common Rail

Большинство современных дизельных двигателей оснащено именно системой Common Rail. Система проста в понимании процессов работы, проста в диагностике. Подбор оборудования для диагностики двигателей с данной конкретной системой позволит Вам покрыть большинство современных автомобилей.

3. 48,96 % — доля дизелей среди проданных новых легких коммерческих автомобилей

Обслуживание легких коммерческих автомобилей лакомый кусок для любого сервиса, Основная их масса принадлежит юридическим лицам и поэтому как правило: их обслуживание обладает повышенной маржинальность, что позволит увеличить Ваш средний чек; проводят все работы по обслуживанию в одном месте, что позволит позволит нагрузить все ваши посты;
Нет фактора частного владельца при приемке и выдачи;
Нет проблем с оплатой выполненных работ;
Действует систематичность обслуживания коммерческого транспорта.

5. 50% готовность Вашего персонала для начала работы

Современные дизельные системы Common Rail принципиально отличаются от систем предыдущих поколений. Они логичны и просты в понимании принципов работы как всей системы, так и отдельных элементов. Многие элементы системы Common Rail полностью идентичны с элеменнтами в системе управления бензиновых двигателей (MAF, MAP, датчики температуры, L-зонд, СКР, СМР, электрические форсунки, датчик давления топлива, EGR, электрическая дроссельная заслонка, вихревые заслонки). Диагностика этих компонентов ничем не отличается от диагностики в бензиновых системах. Параллелей с бензиновыми двигателями FSI или GDI еще больше. Таким образом диагност обслуживающий бензиновые двигатели уже на 50% готов к началу работы с системами Common Rail.

Недостатки коммон рейл

Среди основных недостатков, которые могут возникнуть, при эксплуатации дизельного двигателя, оснащённого этой системой, можно назвать высокую требовательность к качеству топлива. Очень тонкие распылительные каналы форсунки, могут быть блокированы находящимися в топливе мельчайшими твёрдыми частицами. Также по причине усложнённой конструкции форсунок их замена потребуется значительно ранее, чем деталей, установленных на обычные дизельные двигатели. Топливная аппаратура, приобретение которой потребуется уже во время первого капитально ремонта, не будет стоить дёшево, и даже если осуществлять самостоятельный ремонт форсунок common rail, потребуется потратить немалые финансовые средства на приобретение запчастей, инструментов и оборудования для проведения ремонтных и диагностических работ. Сommon rail своими руками, в гаражных условиях, очень сложно настроить и отремонтировать, а мастерской, в которой имелись бы квалифицированные специалисты, может не оказаться в непосредственной близости от стоянки транспортного средства. Самостоятельная регулировка такой системы возможна только при наличии знаний об устройстве дизельного двигателя.

Выходные сигналы

Микропроцессор передает выходные сигналы через определенные выходные каскады на исполнительное устройство. Выходные сигналы для исполнительных устройств могут иметь различную форму.

Коммутационные сигналы включают и выключают исполнительное устройство, например, муфту кондиционера. Сигналы PWM – это сигналы прямоугольной формы с постоянной частотой, но с переменным временем включения. 

С помощью этих сигналов можно, например, электропневматические преобразователи (например, электромагнитный клапан управления давлением наддува) или серводвигатели (например, электрический клапан EGR (рециркуляция отработавших газов)) настроить в любое положение.

Скважность импульсов (продолжительность времени включения к продолжительности времени выключения) устанавливает управляющий ток к исполнительному устройству. При этом имеет решающее значение, управляется ли исполнительное устройство подачей тактовых импульсов массы или плюса. 

При этом имеет решающее значение, управляется ли исполнительное устройство подачей тактовых импульсов массы или плюса. 

1. Подача тактовых импульсов-плюс: длительное время включения = высокий управляющий ток, короткое время включения = низкий управляющий ток. 
2. Подача тактовых импульсов-масса: При этом к исполнительному устройству постоянно подводится напряжение включения. Ток в цепи управления получается из времени переключения на массу: короткое время включения на массу = низкий управляющий ток, длительное время включения на массу = высокий управляющий ток.

Мощные компоненты для непосредственного управления исполнительными устройствами так интегрированы в PCM, что обеспечивается очень хороший отвод тепла к корпусу.

При диагностике датчиков с помощью интегрированной диагностики проверяется, достаточно ли электропитание датчиков и находится ли сигнал в допустимом диапазоне. Кроме того, с помощью управляющей программы в PCM проверяется, находится ли сигнал датчика в допустимом диапазоне.

Системы, работающие с замкнутой цепью управления (например, система EGR), дополнительно диагностируются на отклонение от заданного диапазона регулирования.

Цепь сигнала считается неисправной, если имеется ошибка предварительно определенного времени. Неисправность вместе с условиями, при которых она возникла, (например, ECT, частота вращения коленчатого вала и т.д.) записывается в память неисправностей PCM.

Для большей части неисправностей реализовано распознавание Wieder-Intakt (снова исправен). Для этого цепь сигнала должна в течение заданного времени распознаваться как исправная.

Если сигнал отклоняется от допустимого заданного значения, PCM переключается на заданное значение. Этот метод применяется, например, со следующими входными сигналами:

• ECT, IAT; 
• MAP, BARO (Барометрический); 
• MAF (массовый расход воздуха).

Для некоторых функций вождения с повышенным приоритетом (например, датчик APP) имеются резервные функции, которые делают возможным, например, продолжение поездки до ближайшей специализированной мастерской.

PCM выполняет самопроверку для обеспечения правильности работы. Отказы аппаратного или программного обеспечения PCM выводятся на индикатор в виде DTC (код неисправности). Для этого имеются различные виды контроля.

При контроле опорного напряжения так называемые компараторы (приборы для сравнительного измерения) сравнивают отдельные, запрограммированные в PCM опорные напряжения для соответствующих датчиков, находятся ли они в допустимых пределах. Если установленное опорное напряжение опускается ниже установленной предельной величины, это ведет к записи неисправности и выключению ДВС.

Контроль EPROM (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство). В EPROM хранятся данные настройки двигателя, а также условия, при которых возникали неисправности.

Условия, при которых возникла неисправность, составляют часть EOBD (Европейская система бортовой диагностики). Записи неисправностей распознаются и отображаются соответствующим кодом неисправности.

Конструкция системы Common Rail

Система впрыска топлива Common Rail вклю­чает следующие основные функциональные группы (см. рис. «Часть системы управления двигателем, относящаяся к системе Common Rail» ):

• Систему низкого давления, включающую компоненты системы подачи топлива,
• Систему высокого давления, вклю­чающую насос высокого давления, топливную рампу, форсунки, топливопроводы высокого давления и электронную систему управления дизельным двигателем (EDC).

Основными компонентами системы Common Rail являются форсунки, соединенные с то­пливной рампой. Форсунка снабжена быстро­действующим клапаном (электромагнитным клапаном или клапаном с пьезоэлектрическим приводом), который открывает и закрывает сопло. Это позволяет управлять процессом впрыска топлива в каждый цилиндр.

Замена распылителя форсунки Common Rail и ремонт узлов

Диагностика современных форсунок в автосервисе невозможна без компьютерного диагностического оборудования. Оно позволяет произвести первичную проверку без демонтажа детали, что существенно ускоряет процесс.

Автоматы для проверки форсунок производят полностью автоматический цикл контроля состояния узла, хотя возможна и их работа в ручном режиме по конкретным выбранным параметрам. В результате автомеханик получает подробный отчет с точным определением характера неисправности. При необходимости копия данного отчета может быть распечатана и для автовладельца. Стоит отметить, что времени такая операция требует совсем немного — полный цикл автоматической проверки занимает в среднем от 7 до 10 минут, в зависимости от модели конкретной детали.

Конструкция

Рассмотрим устройство данной модификации топливной системы. Контур с высоким давлением состоит из следующих элементов:

• Магистраль, способная выдержать большое давление, во много раз превышающее показатель компрессии в двигателе. Она выполнена в виде цельных трубок, к которым подсоединены все элементы контура.
• ТНВД – насос, создающий нужный напор в системе (в зависимости от режима работы двигателя этот показатель может составлять больше 200 МПа). Этот механизм имеет сложное устройство. В современном исполнении его работа основана на плунжерной паре. Подробно о ней рассказывается в другом обзоре. Об устройстве и принципе работы топливного насоса также рассказывается отдельно.
• Топливная рейка (рампа или аккумулятор) – небольшой резервуар из толстостенного материала, в котором накапливается горючее. К ней при помощи топливопроводов подсоединяются форсунки с распылителями и другое оборудование. Дополнительная функция рампы – демпфировать колебания горючего, возникающие в процессе функционирования насоса.
• Датчик давления топлива и регулятор. Эти элементы позволяют контролировать и поддерживать нужный напор в системе. Так как насос постоянно работает, пока заведен мотор, он постоянно закачивает солярку в магистраль. Чтобы ее не разорвало, регулятор осуществляет сброс излишка рабочей среды в обратку, которая соединена с баком. Подробно о том, как работает регулятор давления, рассказывается здесь.
• Форсунки подают необходимую порцию топлива в цилиндры агрегата. Разработчики дизельных двигателей решили расположить эти элементы непосредственно в головке блока цилиндров. Этот конструктивный подход позволил одновременно решить несколько сложных вопросов. В-первых, это минимизирует потери топлива: во впускном коллекторе системы распределенного впрыска незначительная часть горючего остается на стенках коллектора. Во-вторых, дизель воспламеняется не от свечи накала и не от искры, как в бензиновом моторе – его октановое число не позволяет применить такое зажигание (что такое октановое число, читайте здесь). Поршень сильно сжимает воздух, когда выполняется такт сжатия (закрыты оба клапана), в результате чего температура среды повышается до нескольких сотен градусов. Как только форсунка распыляет топливо, от высокой температуры оно самовоспламеняется. Так как в этом процессе нужна идеальная точность, устройства оснащаются электромагнитными клапанами. Они срабатывают от сигнала, поступающего с эбу.
• Датчики следят за работой системы и подают соответствующие сигналы на блок управления.
• Центральным элементом в Common Rail является ЭБУ, который синхронизируется с «мозгами» всей бортовой системы. В некоторых моделях авто он интегрирован в главный блок управления. Электроника может фиксировать не только показатели мотора, но и других узлов авто, благодаря чему более точно рассчитывается количество воздуха и топлива,  а также момент распыления. Электроника программируется на заводе. Как только ЭБУ получает от датчиков нужную информацию, активируется заданный алгоритм, и все исполнительные механизмы получают соответствующую команду.
• Любая топливная система в своей магистрали имеет фильтр. Он устанавливается перед топливным насосом.

Дизельный ДВС, оснащенный данным типом топливной системы работает по особенному принципу. В классическом исполнении производится впрыск всей порции топлива. Наличие топливного аккумулятора позволяет обеспечить распределение одной порции на несколько частей, пока мотор выполняет один цикл. Эта методика называется многократным впрыском.

Ее суть сводится к тому, что перед подачей основного количества солярки производится предварительный впрыск, который еще сильнее разогревает рабочую камеру, а также повышает в ней давление. Когда распыляется остальная часть горючего, оно более эффективно воспламеняется, благодаря чему ДВС с системой коммон рейл демонстрирует высокий крутящий момент, даже когда уровень оборотов коленвала низкий.

В зависимости от режима работы часть топлива будет поступать один раз или два. Когда двигатель работает на холостых оборотах, прогрев цилиндра осуществляется благодаря двойному предварительному впрыску. Когда повышается нагрузка, осуществляется один предвпрыск, благодаря чему на основной цикл остается больше горючего. Когда двигатель работает на максимальной нагрузке, предварительный впрыск не выполняется, а задействуется вся порция топлива.

Принцип действия Common Rail

Дизтопливо забирается из бака, проходя через насос низкого давления и систему фильтрации. Требования очистки вообще очень важны для дизельной аппаратуры, а у такой технически совершенной со сверхвысоким давлением в особенности. Не допускается наличие воды, серы и малейших твёрдых частиц или смолистых включений.

ТНВД с механическим приводом обеспечивает создание штатного давления в топливной рейке во всём диапазоне расходов. Для этого он снабжён приводом от механики двигателя, одним или несколькими плунжерами и регулятором давления, петля обратной связи которого замкнута через датчик давления на рампе и компьютер электронного блока управления. Программа отслеживает изменения параметра и корректирует подачу управляемого ТНВД.

Тот же компьютер выполняет роль предварительного дозирования расхода, на основании сигналов своих датчиков оценивая требуемое количество топлива и соответствующим образом регулируя производительность ТНВД

Это важно для стабильности давления в системе и сглаживания пульсаций. Принцип аккумулирования подразумевает постоянство как на длительных, так и на коротких временных отрезках

Форсунки выполнены по электрогидравлической схеме, где электромагнитный или пьезокристаллический клапан выполняет релейные функции, а силовая коммутация поршня основного клапана осуществляется мощным давлением в рейке. Моменты открытия и закрытия определяются блоком управления индивидуально для каждой форсунки.

За счёт достижения значительного быстродействия инжекторов каждый клапан может открываться и закрываться несколько раз за цикл. Этим достигается оптимизация процессов горения и мягкая работа дизеля. Так например, на холостом ходу и малых нагрузках впрыскивается одна или две пилотные порции топлива, горение которых поднимает температуру в цилиндре, подготавливая условия для эффективного срабатывания основного впрыска. А затем, при необходимости, можно добавить ещё одну порцию, которая потребуется для мощностного режима. Система хорошо адаптируется к любому нагрузочному режиму.

Общее количество фаз впрыска может увеличиваться, если того требует усовершенствованный мотор. Быстродействие инжекторов вполне такое позволяет, сейчас число фаз в некоторых режимах доходит до десятка.

Показателем совершенства поколений системы Common Rail может быть также достигаемая величина давления. Она превысила 2000 атмосфер и продолжает расти.

Система управления и регулирования в дизельном двигателе

Блок управления двигателем определяет по­ложение педали подачи топлива и рабочие состояния двигателя и автомобиля при по­мощи различных датчиков (см. «Электронная система управления дизельным двигателем»). Поступающие на блок данные включают: скорость вращения и угол поворота коленча­того вала; давление в топливной рампе, дав­ление всасываемого воздуха; температуру вса­сываемого воздуха, охлаждающей жидкости и топлива; массовый расход воздуха и скорость вращения колес (для вычисления скорости движения автомобиля). Электронный блок управления выполняет обработку входных сигналов. В режиме реального времени он осуществляет управление клапаном регули­рования давления или дозатором, форсунками и иными исполнительными механизмами, на­пример, клапаном системы рециркуляции от­работавших газов, турбонагнетателем и т.д.).

Основные функции системы Common Rail

Основные функции системы Common Rail заключаются в точном регу­лировании продолжительности впрыска и коли­чества впрыскиваемого топлива при постоянном давлении. Это обеспечивает низкий расход то­плива и стабильность рабочих характеристик.

Функции коррекции для вычисления параме­тров впрыска топлива

Функции коррекции служат для компенсации разброса параметров компонентов система впрыска топлива и двигателя.

• Компенсация разброса подачи топлива форсункой: коррекция разброса подачи топлива новыми форсунками с использо­ванием данных испытаний, выполненных на заводе-изготовителе, записанных в память блока управления.
• Калибровка нулевой подачи топлива: ком­пенсация дрейфа количества впрыскивае­мого топлива с использованием коротких те­стовых впрысков и оценки сигнала скорости в режиме высокого разрешения по времени.
• Контроль баланса топлива: разброс параме­тров компонентов системы впрыска топлива и двигателя вызывает различия значений крутящего момента, создаваемого отдель­ными цилиндрами. Коррекция количества впрыскиваемого топлива вычисляется, ис­ходя из возникающего в результате этого разброса колебаний скорости вращения.

Адаптация среднего значения количества топлива: среднее значение количества впрыскиваемого топлива вычисляется по сигналам кислородного датчика, датчика массового расхода топлива и датчика массо­вого расхода воздуха. Величина коррекции вычисляется посредством сравнения зна­чения уставки с фактическими значениями.

Дополнительные функции системы Common Rail

Дополнительные функции регулирования в режиме регулирования с обратной связью и без обратной связи выполняют задачи снижения содержания вредных веществ в отработавших газах и расхода топлив, или обеспечения до­полнительного комфорта и безопасности. Некоторыми примерами являются:

• Управление системой рециркуляции отра­ботавших газов;
• Управление процессом наддува в двигателе;
• Управление системой круиз-контроля;
• Управление электронным иммобилайзером.

Интеграция электронной системы управления дизельным двигателем в общую сеть автомобиля облегчает обмен данными с другими системами, например, системой управления трансмиссией или системой кондиционирования воздуха. Диагностический интерфейс облегчает анализ данных при поиске неисправностей.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: