Система непосредственного впрыска топлива Common Rail — это система непосредственного впрыска топлива, построенная на основе топливной рампы высокого давления (более 2000 бар или 200 МПа или 29 000 фунтов на кв. дюйм ) с электромагнитными клапанами , в отличие от инжекторов (или насосных форсунок) с низким давлением, питающих топливный насос . Впрыск высокого давления обеспечивает преимущества мощности и расхода топлива по сравнению с более ранним впрыском топлива с более низким давлением [ требуется ссылка ] за счет впрыскивания топлива в виде большего количества более мелких капель, что обеспечивает гораздо более высокое отношение площади поверхности к объему. Это обеспечивает улучшенное испарение с поверхности капель топлива и, таким образом, более эффективное объединение атмосферного кислорода с испаренным топливом, что обеспечивает более полное сгорание.
Система впрыска Common Rail широко используется в дизельных двигателях . Она также является основой систем непосредственного впрыска бензина, используемых в бензиновых двигателях .
В 1916 году Vickers стал пионером в использовании механических систем Common Rail в двигателях подводных лодок класса G. На каждые 90° поворота четыре плунжерных насоса обеспечивали постоянное давление впрыска 3000 фунтов на квадратный дюйм (210 бар; 21 МПа), при этом подача топлива в отдельные цилиндры перекрывалась клапанами в инжекторных линиях. [1] С 1921 по 1980 год Doxford Engines использовала систему Common Rail в своих противопоршневых судовых двигателях , где многоцилиндровый возвратно-поступательный топливный насос создавал давление около 600 бар (60 МПа; 8700 фунтов на квадратный дюйм), при этом топливо хранилось в аккумуляторных бутылках. [2] Регулирование давления достигалось с помощью регулируемого хода нагнетания насоса и «сливного клапана». Механические распределительные клапаны с распределительным валом использовались для питания подпружиненных инжекторов Brice/CAV/Lucas, которые впрыскивали топливо через боковую часть цилиндра в камеру, образованную между поршнями. Ранние двигатели имели пару распределительных кулачков, один для движения вперед и один для движения назад. Более поздние двигатели имели по два инжектора на цилиндр, а последняя серия двигателей с турбонаддувом постоянного давления была оснащена четырьмя. Эта система использовалась для впрыска как дизельного топлива, так и тяжелого топлива (600 сСт, нагретого до температуры около 130 °C).
Двигатели Common Rail уже некоторое время используются в судоходстве и локомотивах . Cooper-Bessemer GN-8 ( около 1942 г.) является примером гидравлического дизельного двигателя Common Rail, также известного как модифицированный Common Rail.
Прототип системы Common Rail для автомобильных двигателей был разработан в конце 1960-х годов Робертом Хубером из Швейцарии, а технология была доработана доктором Марко Гансером в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе, позднее в Ganser-Hydromag AG (основана в 1995 году) в Оберэгери.
Первым дизельным двигателем с общей топливной магистралью, использовавшимся в дорожном транспортном средстве, был двигатель MN 106 восточногерманской компании VEB IFA Motorenwerke Nordhausen . Он был установлен на одном автомобиле IFA W50 в 1985 году. Из-за отсутствия финансирования разработка была отменена, а массовое производство так и не было начато. [3]
Первый успешный серийный автомобиль с системой Common Rail был продан в Японии в 1995 году. Доктор Шохей Ито и Масахико Мияки из Denso Corporation разработали систему Common Rail ECD-U2, установленную на грузовике Hino Ranger . [4] Denso заявляет о первой коммерческой системе Common Rail высокого давления в 1995 году. [5]
Современные системы Common Rail управляются блоком управления двигателем , который управляет форсунками электрически, а не механически. Прототип создан в 1990-х годах Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat в Бари и Elasis, с дальнейшей разработкой физиком Марио Рикко Fiat Group . К сожалению, в то время Fiat находился в плохом финансовом положении, поэтому проект был приобретен Robert Bosch GmbH для доработки и массового производства. [6] Первым легковым автомобилем, использовавшим эту систему, был Alfa Romeo 156 1997 года с двигателем JTD объемом 2,4 л , [7] а позднее в том же году Mercedes-Benz представил ее в своей модели W202 . В 2001 году система впрыска Common Rail появилась в 6,6-литровом двигателе Duramax LB7 V8, используемом в Chevrolet Silverado HD и GMC Sierra HD. В 2003 году Dodge и Cummins выпустили двигатели Common Rail, а в 2008 году Ford последовал их примеру с 6.4L Powerstroke. Сегодня почти все некоммерческие дизельные автомобили используют системы Common Rail.
Система Common Rail подходит для всех типов дорожных автомобилей с дизельными двигателями, от городских автомобилей (например, Fiat Panda ) до автомобилей представительского класса (например, Audi A8 ). Основными поставщиками современных систем Common Rail являются BOSCH , Delphi Technologies , Denso и Siemens VDO (теперь принадлежит Continental AG ). [8]
Производители автомобилей называют свои двигатели Common Rail собственными торговыми марками:
Электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны позволяют осуществлять точное электронное управление временем и количеством впрыска топлива, а более высокое давление, которое обеспечивает технология Common Rail, обеспечивает лучшее распыление топлива . Чтобы снизить шум двигателя , электронный блок управления двигателем может впрыскивать небольшое количество дизельного топлива непосредственно перед основным событием впрыска («пилотный» впрыск), тем самым уменьшая его взрывоопасность и вибрацию, а также оптимизируя время и количество впрыска для изменений качества топлива, холодного запуска и т. д. Некоторые передовые системы Common Rail выполняют до пяти впрысков за один такт. [9]
Двигатели с системой Common Rail требуют очень короткого времени нагрева или вообще не требуют его, в зависимости от температуры окружающей среды, и производят меньше шума и выбросов, чем старые системы. [10]
Дизельные двигатели исторически использовали различные формы впрыска топлива. Два распространенных типа включают в себя систему с насос-форсунками и систему с распределителем/рядным насосом . Хотя эти старые системы обеспечивают точное количество топлива и управление временем впрыска, они ограничены несколькими факторами:
В системах Common Rail насос высокого давления хранит резервуар с топливом под высоким давлением — до и выше 2000 бар (200 МПа; 29 000 фунтов на кв. дюйм). Термин «Common Rail» относится к тому факту, что все топливные форсунки снабжаются общей топливной рампой, которая представляет собой не что иное, как аккумулятор давления, в котором топливо хранится под высоким давлением. Этот аккумулятор снабжает несколько топливных форсунок топливом высокого давления. Это упрощает задачу насоса высокого давления, поскольку ему нужно только поддерживать целевое давление (механически или электронно управляемое). Топливные форсунки обычно управляются блоком управления двигателем (ЭБУ). Когда топливные форсунки активируются электрически, гидравлический клапан (состоящий из сопла и плунжера) механически или гидравлически открывается, и топливо распыляется в цилиндры под желаемым давлением. Поскольку энергия давления топлива хранится удаленно, а инжекторы приводятся в действие электрически, давление впрыска в начале и конце впрыска очень близко к давлению в аккумуляторе (рейке), что обеспечивает квадратную скорость впрыска. Если аккумулятор, насос и трубопроводы имеют правильные размеры, давление и скорость впрыска будут одинаковыми для каждого из нескольких событий впрыска.
Третье поколение [ неопределенно ] дизельных двигателей Common Rail теперь оснащено пьезоэлектрическими форсунками для повышения точности, с давлением топлива до 2500 бар (250 МПа; 36 000 фунтов на квадратный дюйм). [11]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )