Common Rail. Дизельная сказка

Common Rail. Дизельная сказка

13.01.2011
Техническое решение, известное более полувека, за последние полтора десятка лет перевернуло представление об автомобильном дизеле

Владимир Заборщиков

Техническое решение, известное более полувека, за последние полтора десятка лет перевернуло представление об автомобильном дизеле

Common Rail. Дизельная сказка

Форсунка

© Фото: Bosch

Германия не имеет собственной нефти. Неудивительно, что немецкий инженер Рудольф Дизель пытался найти альтернативный вид топлива. Изначально предполагалось, что таковым может послужить горючая (и даже взрывоопасная) угольная пыль. Но процесс подготовки рабочей смеси с воздухом получился слишком сложным, мотор на угольной пыли работать категорически не хотел. Зато на тяжелых фракциях нефти он, по тогдашним меркам, работал вполне прилично. 1895 год официально считается годом изобретения дизельного двигателя. Примечательно, что первые серийные моторы были турбодизелями: рабочий процесс требовал подачи сжатого воздуха. Конструкция получалась громоздкой и массивной. Тем не менее новый силовой агрегат тут же нашел применение на водном транспорте, в нарождающейся электроэнергетике и, несколько ограниченно, в грузовом автомобилестроении. Для легковых машин он был слишком тяжел.

Первая «дизельная революция» свершилась в 20-е годы ХХ века. Другой немецкий инженер, Роберт Бош, в 1923 году разработал несколько конструкций форсунок для впрыска тяжелого нефтяного топлива, а в 1927 г. — и собственный двигатель с воспламенением от сжатия, т. е. дизель по-нашему. Применение миниатюрного топливного насоса высокого давления позволило отказаться от здоровенных воздушных компрессоров.

Common Rail. Дизельная сказка

Топливный фильтр Delpfi

© Фото: Delphi

Создаваемое инженерами давление в 1,5—2,5 атм сегодня сложно назвать высоким, тем не менее его хватало, чтобы подавать к механическим форсункам топливо без воздушных пузырей.

В те годы, вероятно, и сложилось представление о дизельной топливной аппаратуре, как о чем-то высокоточном и очень капризном. В силу особенностей применявшихся тогда конструкций перед запуском требовался предварительный прогрев двигателя горячим воздухом, для синхронизации зажигания все трубки, идущие от ТНВД к форсункам, должны были иметь одинаковую длину и нормированные радиусы загиба. До пусковых свечей накаливания тогда еще не додумались. От моторов тех времен, как пример технологической сложности, нам остались только высокие требования к точности изготовления плунжерных пар насосов. Остальные диковинки ушли в прошлое, правда, уступив место некоторым новым, о которых разговор позже.

С появлением насосов высокого давления системы впрыска дизеля разделились на два типа. На долгие годы главенствующей в автомобильной промышленности стала насосная система. Каждая секция плунжерного насоса связана со своей форсункой, управляемой механически, гидравлически или гидромеханически. В последние десятилетия появились форсунки с электромагнитным и электрогидравлическим приводом клапана, позволяющие применять электронное управление двигателем.

Common Rail. Дизельная сказка

Топливный насос высокого давления

© Фото:

Второй тип — аккумуляторная система, в которой работа насоса и форсунок не синхронизируется. Насос (или насосы) даже может иметь отдельный, независимый от двигателя привод. Насос подает топливо в аккумулятор, в котором поддерживается постоянное высокое давление. Из аккумулятора топливо под давлением подается в форсунки той или иной конструкции. Очевидно, такая система была сложнее, а ее неоспоримые достоинства остались невостребованными на протяжении десятилетий. Отметим, что с довоенных времен ничего принципиально нового в рабочий процесс дизеля внесено не было.

Тем не менее очередная революция имела место. Имя ей — Common Rail, т. е. «общая магистраль». Суть событий свелась к использованию хорошо известной аккумуляторной системы, но на более высоком технологическом уровне.

Бытует мнение, что Common Rail — изобретение Robert Bosch AG. На деле все значительно сложнее. Первый прототип системы был создан еще в 60-е годы в Швейцарии, но дальше дело не пошло из-за отсутствия электроники управления соответствующего уровня.

Затем, уже в начале девяностых об аккумуляторной системе вспомнили инженеры японской корпорации Denso. Созданная ими система ECD-U2 устанавливалась на грузовики Hino Rising Ranger. Правда, японцы недооценили перспективы своего детища и в 1995 продали технологию другим автопроизводителям. Тем не менее лавры первооткрывателя Common Rail для автомобиле­строения принадлежат им по праву.

Наибольший вклад в развитие системы внесли инженеры из Magnetti Marelli, Elasis и исследовательского центра Fiat. В 1997 году Common Rail появляется сначала на Alfa Romeo 156 1.9 JTD и лишь затем на Mercedes-Benz C 220 CDI. Можно сказать, что именно Fiat выдал Common Rail путевку в жизнь, но итальянский концерн переживал в тот период серьезные трудности, и практически готовая технология была продана компании Robert Bosch.

Common Rail. Дизельная сказка

Система Common Rail

© Фото: Denso

Особо горевать итальянцы не стали и, по мере улучшения финансового положения, продолжили разработку дизельной темы. В первом десятилетии XXI века их дизели признаются лучшими, а отдельные технические решения находят применение за пределами системы питания дизеля. Так, например, система регулирования фаз газораспределения MultiAir базируется на дизельных форсунках и соответствующей управляющей электронике.

Сегодня 90% систем Common Rail выпускают четыре крупнейших производителя автомобильных комплектующих — Bosch, Delphi, Denso и Siemens.

Внедрение системы наряду с турбонаддувом — краеугольный камень популярной сегодня идеологии даунсайзинга, т. е. замены мотора большого литража на меньший по размерам и весу, но равный или превосходящий по мощности и крутящему моменту. Большая заслуга системы и в небывалом росте спроса на дизельные автомобили. Даже традиционно бензиновая Америка, похоже, не устоит. В ее жесткие экологические нормативы новые «чистые» дизели укладываются с легкостью.

Volkswagen, долгие годы пестовавший другое дизельное направление — насос-форсунки PD Diesel, полностью от них отказался и ставит Common Rail и на Audi Q7, и на VW Polo. Кстати, во многом благодаря системе этот автомобиль с литровым мотором часто именуют трехлитровым: в ходе рекордного заезда он израсходовал меньше 3 л на 100 км.

Common Rail. Дизельная сказка

Система Common Rail

© Фото: Denso

Японцы грозятся начать производство турбодизельного мотоцикла.

Что же изменилось в старой доброй аккумуляторной системе впрыска? Чем объясняется резкий рост ее популярности?

Последней революцией было введение электронного управления моментом и продолжительностью (объемом) впрыска. Дальше пошла «эволюция», сводящаяся к совершенствованию отдельных компонентов и программного обеспечения и росту давления в аккумуляторе, доходящего до 2000 бар. Ставшее действительно высоким давление потребовало поиска новых материалов и конструкций, но принципиальных изменений в последние годы не было. Нет их и сейчас. Похоже, что не будет и в ближайшем будущем.

Дизель экономичнее бензинового двигателя, дешевле и дизельное топливо. Он имеет более высокий крутящий момент, притом в широком диапазоне скоростей вращения коленвала. Турбонаддув и аккумуляторный впрыск победили «вялость» и шумность атмосферного дизеля. Технические ухищрения вроде впрыска мочевины (AdBlue) и сажевого фильтра позволили снизить экологическую нагрузку. Уменьшивший расход топлива даунсайзинг помогает решить и проблему парниковых выбросов СО2. Дизельный двигатель выгоден всем: и конечному потребителю, и обществу, и автопроизводителю.
Не любят его только на автосервисе. На первый взгляд это кажется странным. Для выявления абсолютного большинства неисправностей достаточно иметь электронный сканер и механический диагностический набор. Купить их может любой успешный автослесарь. Срок окупаемости — месяцы. Более дорогое современное оборудование обещает и больший доход.

Common Rail. Дизельная сказка

Аккумуляторная топливная система

© Фото:

Разруха, увы, в головах. Сервисмены со стажем о дизельных двигателях для легковых автомобилей слыхом не слыхивали. Постсоветский развал системы профессионального образования, проходивший на фоне безудержного роста автомобильного парка, специалистов стране не добавил. В условиях дефицита услуг автосервис может выбирать из них самые для себя выгодные и нехлопотные.

Хотя ремонт топливной аппаратуры сводится к примитивному алгоритму «снять-поставить», требования к состоянию самого помещения и порядка в нем чрезвычайно высоки. При обращении с некоторыми новыми деталями «испачкать» означает «уничтожить». Зачем людям лишние хлопоты, если можно хорошо жить и без них.

Есть и надежда, что по мере дизелизации отечественного парка механиков-дизелистов станет больше: катастрофический дефицит сулит хорошую прибыль. Но объективных предпосылок для этого пока не видно.

Made in Japan

«Вновь изобретенная» в 1995 году в Японии система пользуется наибольшей популярностью в Западной Европе. Но вклад крупнейшего в мире поставщика комплектующих для автопрома, коим сегодня является Denso, этим нововведением не ограничился.

В 2002 году инженеры компании представили систему Common Rail с рекордным в то время рабочим давлением 180 МРа (1800 бар) при пятикратном многоточечном впрыске за такт. В 2008 году давление довели до 200 МРа (2000 бар). Система впрыска производится на заводах Denso в Венгрии, Таиланде и Японии.

С 2003 года компания производит сажевые фильтры из кордиерита (cordierite). В отличие от других конструкций такие фильтры имеют меньший вес и создают меньшее сопротивление потоку выхлопных газов, обеспечивая улучшение эксплуатационных характеристик двигателя и снижение содержания сажевых частиц в выхлопе.

Такие фильтры, помогающие уложиться в нормы Euro 5, с 2007 года производятся на СП Denso и Bosch в польском Вроцлаве.

Редакция рекомендует:






(4 оценок, среднее: 4,25 из 5)
Загрузка...

Обсуждение

Ваш адрес email не будет опубликован.

2 комментария

  1. Артур:

    Западногерманские коллеги всегда поражаются противоречию между продуктами обратной серии, такими как Trabi & Co, с одной стороны, и инновационными прототипами, с другой, в индустрии ГДР. Вот два примера из истории IFA: 16 мая 1985 года был особенным днем ​​для автомобильной техники ГДР. Первый в мире автомобиль с дизельным двигателем с общей топливной рампой начал свой первый рейс в Карл-Маркс-Штадт. Это был дизельный двигатель MN 106 из Нордхаузена, оснащенный этой системой CR в грузовике W50, первым в мире двигателем, который вышел на дорогу. Любой, кто владеет дизельным автомобилем с более новой датой производства, знает, что «Common Rail» обозначает самую современную дизельную технологию, которая была внедрена на рынке только за последние 10 лет. (Фото 36)

    Именно благодаря дальновидности Гюнтера Каспари, главного конструктора на моторном заводе IFA и главного инженера Зигфрида Грюнерта из WTZ Karl-Marx-Stadt, в WTZ было заказано исследование по разработке системы электронного впрыска для двигателя Nordhausen MN 106. Д — р Инженер Клаус Маттис в качестве предметного менеджера был настоящим удачей. Согласно исследованию, первые испытания начались с 1-цилиндрового испытательного двигателя, а затем были перенесены системы CR на 6-цилиндровый двигатель MN 106. Слово «common rail» было в то время в значительной степени неизвестным, и англицизмы в ГДР все равно были нежелательны. Поэтому они сначала договорились о названии EDES(Электронная система впрыска дизеля). Наконец, в 1985 году, при участии третьего партнера, автомобильного завода IFA в Людвигсфельде, был сделан главный вывод: дорожные испытания MN 106 CR протяженностью 17 000 км с лучшими результатами, среди прочего, с точки зрения расхода топлива и выбросов выхлопных газов.

    Дизельный двигатель Common Rail (Фото: Музей IFA)

    Рисунок 36: MN 106 CR дизельный двигатель Common Rail

    Клаус Маттис и его коллеги зарегистрировали 24 патента для системы IFA Common Rail. К сожалению, это успешное развитие пришлось остановить в 1986 году. Еще раз было сказано: валюты для необходимого производственного оборудования отсутствуют. К счастью, Клаус Маттис спас мотор Нордхаузен MN106 CR от сдачи на слом после поворота. Этот драгоценный экспонат был наилучшим образом отреставрирован музеем Цвиккау Хорк и экспонировался в Промышленном музее в Хемнице до марта 2014 года. Мы являемся коллегами из Музея Августа Хорьха и, в частности, доктора Мэттис благодарен, что теперь мы можем представить это свидетельство об изобретательской работе IFA в музее Nordhausen IFA.

  2. Артур:

    в 1971 г в ГДР начали разрабатывать двигатель MN 106 со вспрыском комон реил. в 1985 г. установили его на грузовик IFA W50 И проехали 15000 км. но нехватка денег все затормозила. (meinAnzeiger.de) статья Nordhäuser an Entwicklung des weltweit ersten Common-Rail-Diesels beteiligt – IFA-Museum öffnet zur Nordhäuser Museumsnacht.
    Nicht Bosch, sondern die IFA-Motorenwerke Nordhausen brachten vor 30 Jahren den weltweit ersten Common-Rail-Diesel auf die Straße. Im Lkw W50 bestand der Versuchsmotor 1985 den Praxistest, doch in Serie ging er nie. Prof. Dr. Ferdinand Herms über ein ganz besonderes Ausstellungsstück im IFA-Museum.Так что вы не правы.