Непосредственный впрыск топлива Common Rail — это система непосредственного впрыска топлива , построенная на основе электромагнитных клапанов питания топливной рампы высокого давления (более 2000 бар или 200 МПа или 29 000 фунтов на квадратный дюйм) , в отличие от форсунок топливного насоса низкого давления ( или форсунок насоса). ). Впрыск под высоким давлением обеспечивает преимущества в мощности и расходе топлива по сравнению с более ранним впрыском топлива под более низким давлением за счет впрыска топлива в виде большего количества более мелких капель, что дает гораздо более высокое соотношение площади поверхности к объему. Это обеспечивает улучшенное испарение с поверхности капель топлива и, следовательно, более эффективное соединение атмосферного кислорода с испаренным топливом, обеспечивая более полное сгорание.
Система впрыска Common Rail широко используется в дизельных двигателях . Он также является основой систем непосредственного впрыска бензина , используемых в бензиновых двигателях .
Компания Vickers была пионером в использовании системы впрыска Common Rail в двигателях подводных лодок. Двигатели Vickers с топливной системой Common Rail впервые были использованы в 1916 году на подводных лодках G-класса . В нем использовались четыре плунжерных насоса для подачи давления до 3000 фунтов на квадратный дюйм (210 бар; 21 МПа) каждые 90 ° вращения, чтобы поддерживать достаточно постоянное давление топлива в рампе. Подача топлива в отдельные цилиндры могла перекрываться клапанами в форсуночных магистралях. [1] Компания Doxford Engines использовала систему Common Rail в своих судовых двигателях с оппозитными поршнями с 1921 по 1980 год, где многоцилиндровый поршневой топливный насос создавал давление около 600 бар (60 МПа; 8700 фунтов на квадратный дюйм), при этом топливо хранилось в аккумуляторных баллонах. . [2] Контроль давления достигался с помощью регулируемого хода нагнетания насоса и «переливного клапана». Механические распределительные клапаны с приводом от распределительного вала использовались для питания подпружиненных форсунок Brice/CAV/Lucas, которые впрыскивали через боковую часть цилиндра в камеру, образованную между поршнями. Ранние двигатели имели пару кулачков газораспределительного механизма: один для движения вперед, другой для движения назад. Более поздние двигатели имели по две форсунки на цилиндр, а последняя серия двигателей с турбонаддувом постоянного давления была оснащена четырьмя форсунками на цилиндр. Эта система использовалась для впрыска как дизельного, так и тяжелого мазута (600 сСт, нагретого до температуры около 130 °C).
Двигатели Common Rail уже некоторое время используются в судах и локомотивах . Cooper -Bessemer GN-8 ( около 1942 г.) является примером дизельного двигателя Common Rail с гидравлическим приводом, 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 дальнейшее развитие технологии получил доктор Марко Гансер в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе, позже в Ganser-Hydromag AG (основан. 1995) в Оберэгери.
Первым дизельным двигателем с общей топливной магистралью, использованным в дорожном транспортном средстве, был двигатель MN 106 восточногерманской компании VEB IFA Motorenwerke Nordhausen . Он был встроен в единый IFA W50 в 1985 году. Из-за отсутствия финансирования разработка была отменена, а серийное производство так и не было реализовано. [3]
Первое успешное использование в серийном автомобиле началось в Японии в середине 1990-х годов. Доктор Сёхей Ито и Масахико Мияки из Denso Corporation , японского производителя автомобильных запчастей, разработали топливную систему Common Rail для тяжелых транспортных средств и реализовали ее на практике в своей системе Common Rail ECD-U2, установленной на грузовике Hino Ranger. и продан для общего пользования в 1995 году. [4] Denso заявляет о создании первой коммерческой системы Common Rail высокого давления в 1995 году. [5]
Современные системы Common Rail, хотя и работают по тому же принципу, управляются блоком управления двигателем , который открывает каждую форсунку электрически, а не механически. Он был широко прототипирован в 1990-х годах в сотрудничестве с Magneti Marelli , Centro Ricerche Fiat в Бари и Elasis. После исследований и разработок физика Марио Рикко Fiat Group конструкция была приобретена немецкой компанией Robert Bosch GmbH для завершения разработки и доработки для массового производства. Оглядываясь назад, можно сказать, что эта продажа оказалась стратегической ошибкой для Fiat, поскольку новая технология оказалась очень прибыльной. У компании не было другого выбора, кроме как продать лицензию Bosch, поскольку в то время она находилась в плохом финансовом состоянии и не имела ресурсов для самостоятельного завершения разработки. [6] В 1997 году они расширили его использование для легковых автомобилей. Первым легковым автомобилем, использовавшим систему Common Rail, была модель Alfa Romeo 156 1997 года с 2,4-литровым двигателем JTD [7] , а позже в том же году Mercedes-Benz представил ее в своей модели W202 . В 2001 году система Common Rail появилась в пикапах с двигателем Duramax LB7 V8 объемом 6,6 литра, который использовался в моделях Chevrolet Silverado и GMC Sierra HD. Dodge и Cummins внедрили эту технологию в 2003 году, а Ford применил эту технологию в 2008 году, выпустив 6,4-литровый двигатель Powerstroke, построенный Navistar. Сегодня все дизельные пикапы используют системы Common Rail.
Система Common Rail подходит для всех типов дорожных автомобилей с дизельными двигателями, начиная от городских автомобилей (таких как Fiat Panda ) и заканчивая автомобилями представительского класса (такими как Audi A8 ). Основными поставщиками современных систем Common Rail являются BOSCH , Delphi Technologies , Denso и Siemens VDO (сейчас принадлежит Continental AG ). [8]
Производители автомобилей называют свои двигатели Common Rail собственными торговыми марками:
Электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны обеспечивают точный электронный контроль над временем и количеством впрыска топлива, а более высокое давление, обеспечиваемое технологией Common Rail, обеспечивает лучшее распыление топлива . Чтобы снизить шум двигателя, электронный блок управления двигателем может впрыскивать небольшое количество дизельного топлива непосредственно перед основным впрыском («пилотный» впрыск), тем самым снижая его взрывоопасность и вибрацию, а также оптимизируя время и количество впрыска с учетом изменений качества топлива. , холодный запуск и тд. Некоторые современные топливные системы Common Rail выполняют до пяти впрысков за такт. [9]
Двигатели Common Rail требуют очень короткого времени прогрева или вообще не требуют его, в зависимости от температуры окружающей среды, и производят меньший шум двигателя и выбросы, чем старые системы. [10]
В дизельных двигателях исторически использовались различные формы впрыска топлива. Двумя распространенными типами являются насосная система впрыска и системы с распределительным/линейным насосом . Хотя эти старые системы обеспечивают точный контроль количества топлива и времени впрыска, они ограничены несколькими факторами:
В системах Common Rail насос высокого давления хранит в резервуаре топливо под высоким давлением — до и выше 2000 бар (200 МПа; 29 000 фунтов на квадратный дюйм). Термин «общая топливная магистраль» относится к тому факту, что все топливные форсунки питаются от общей топливной рампы, которая представляет собой не что иное, как аккумулятор давления, в котором топливо хранится под высоким давлением. Этот аккумулятор снабжает несколько топливных форсунок топливом под высоким давлением. Это упрощает назначение насоса высокого давления, поскольку ему нужно только поддерживать заданное давление (с механическим или электронным управлением). Топливные форсунки обычно управляются блоком управления двигателем (ECU). Когда топливные форсунки активируются электрически, гидравлический клапан (состоящий из форсунки и плунжера) открывается механически или гидравлически, и топливо впрыскивается в цилиндры под желаемым давлением. Поскольку энергия давления топлива сохраняется дистанционно, а форсунки приводятся в действие электрически, давление впрыска в начале и в конце впрыска очень близко к давлению в аккумуляторе (рампе), что обеспечивает квадратичный объем впрыска. Если аккумулятор, насос и трубопровод подобраны правильно, давление и скорость впрыска будут одинаковыми для каждого из нескольких случаев впрыска.
Дизельные двигатели Common Rail третьего поколения ( неясно ) теперь оснащены пьезоэлектрическими форсунками для повышения точности и давлением топлива до 2500 бар (250 МПа; 36 000 фунтов на квадратный дюйм). [11]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )