Топливная система Common Rail характерна тем, что в ней разделены функция создания давления и функция впрыска топлива. Давление впрыска не зависит от количества впрыскиваемого топлива и частоты вращения двигателя. Каждый компонент управляется электронной системой управления.

Создание давления

С помощью аккумулятора топлива функции создания давления и впрыска топлива разделяются. В полость аккумулятора под давлением подается топливо, которое готово к впрыску.

Постоянно работающий ТНВД с приводом от двигателя, создает необходимое давление впрыска. В аккумуляторе поддерживается давление топлива, которое не зависимо от количества впрыскиваемого топлива, а также от частоты вращения двигателя. В отличие от обычных топливных систем момент сопротивления привода и размеры ТНВД могут быть гораздо меньше. Это возможно благодаря тому, что топливо подается практически равными порциями и выражается в том, что значительно уменьшается нагрузка на привод ТНВД. В системе Common Rail ТНВД обычно имеет конструкцию радиально плунжерного типа. В двигателях коммерческих автомобилей иногда устанавливаются рядные многоплунжерные ТНВД.

Принцип регулирования давления в аккумуляторе топлива

Метод  регулирования давления, который применяется на стороне высокого давления ТВНД,  определяется тем, какого типа топливная система установлена.

В легковых автомобилях нужное давление в аккумуляторе топливных систем регулируется на стороне высокого давления клапаном регулирования давления. Через этот клапан топливо, которое не было использовано для впрыска, возвращается назад в ступень низкого давления. Данный вид контура регулирования позволяет обеспечить быструю реакцию давления в аккумуляторе для изменения рабочего режима (рабочей точки). Первые поколения системы Common Rail использовали регулирование на стороне высокого давления. Обычно на аккумуляторе топлива устанавливается клапан регулирования давления, хотя в некоторых вариантах исполнения систем, клапан устанавливается непосредственно на корпусе ТНВД.

Другим способом управления давлением в аккумуляторе является регулирование подачи топлива на стороне всасывания ТНВД. На фланце корпуса ТНВД закрепляется дозирующее устройство, обеспечивающее точно установленную порцию топлива, подающегося к аккумулятору, для поддержания в системе давления, необходимого для  впрыска топлива. При возникновении опасной ситуации дальнейшее повышение давления в аккумуляторе (выше максимально допустимого давления) предотвращает предохранительный клапан.

Уменьшение мощности на привод насоса и снижение величины подачи при повышении давления в аккумуляторе предусматривает регулирование подачи топлива на стороне всасывания. Это приводит к экономии топлива. А также, если сравнивать со способом регулирования на стороне высокого давления, одновременно снижается температура топлива, отводимого назад в топливный бак.

Впрыск топлива

Топливо впрыскивается форсунками непосредственно в камеры сгорания двигателя. К форсункам топливо подается по коротким линиям высокого давления, которые подсоединены к аккумулятору топлива. Положение управляющего элемента (якоря, клапана), который встроен в форсунку и управляет открытием и закрытием распылителя форсунки, регулируется электронным блоком управления двигателя.

Давлением в системе и временем открытия форсунки определяется количество впрыскиваемого топлива. Если давление постоянно, то порция впрыскиваемого топлива будет пропорциональна времени, на которое открывается управляющий элемент, и, поэтому не зависит от частоты вращения двигателя или ТНВД (впрыск, контролируемый по времени).

Потенциальная гидравлическая мощность

Тот факт, функции впрыска топлива  и создания давления разделены, позволяет в будущем повышать степени свободы в процессе сгорания, если сравнивать с обычными топливными системами. Давление впрыска топлива может свободно выбираться в пределах заданной программы карты характеристик. На сегодняшний день максимальное давление впрыска 1600 бар, в дальнейшем  предлагается повышение до 1800 бар.

В топливной системе Common Rail возможно дальнейшее снижение вредных выбросов с ОГ посредством внедрения предварительных впрысков топлива или многофазного впрыска, а кроме того значительное снижение шума сгорания. Управляющими сигналами может быть сгенерирован многофазный впрыск топлива, до пяти впрысков в одном цикле. При этом обеспечивается очень быстрое многократное срабатывание управляющего элемента. Кроме того гидравлическим воздействием на иглу распылителя при ее посадке на седло обеспечивается быстрое прекращение впрыска топлива (закрытие распылителя форсунки).

Управление и регулирование

Принцип действия

С помощью датчиков электронным блоком управления двигателя определяется текущий рабочий режим двигателя и автомобиля, а также положение педали акселератора. Данные, полученные блоком управления,  включают в себя:

  • - Давление в аккумуляторе топлива;
  • - Угловое положение и частоту вращения коленчатого вала;
  • - Массовый расход воздуха;
  • - Температуру охлаждающей жидкости и топлива, температуру воздуха на впуск;
  • - Скорость автомобиля и т.д.

Входные сигналы с датчиков обрабатываются электронным блоком управления. Затем в соответствии с процессом сгорания рассчитываются управляющие сигналы для дозирующего устройства или клапана регулирования давления. Время переключения форсунок желательно получить наименьшим. Это достигается с помощью специальных управляющих систем и оптимизированных переключающих клапанов высокого давления.

Основные функции предусматривают точное управление углом опережения впрыска и цикловой подачей топлива при заданных давлениях впрыска.

Корректирующие функции, предназначенные для расчета впрыска топлива, служат для компенсации расхождений между режимом работы двигателя и системой впрыска топлива.

  • - Адаптация средней величины подачи;
  • - Калибровка нулевой подачи;
  • - Компенсации величины подачи топлива форсункой;
  • - Управление компенсацией подачи топлива.

Дополнительные функции

Дополнительные управляющие функции в замкнутых и разомкнутых системах управления решают задачи расхода топлива и снижения эмиссии вредных веществ или приспособляемости двигателя и обеспечения дополнительной безопасности. Например:

  • - Управление рециркуляцией ОГ;
  • - Электронный иммобилайзер;
  • - Регулирование давления наддува;
  • - Управление системой поддержания скорости и т.д.

Конфигурация электронного блока управления  

Электронный блок управления двигателя обычно содержит для форсунок только восемь выходных каскадов, поэтому двигатели, в которых больше восьми цилиндров, оснащаются двумя электронными блоками управления, которые связаны внутри сети с помощью внутреннего высокоскоростного интерфейса шины. В итоге обрабатывающая способность микропроцессоров достаточно высокая. Некоторые функции размещаются в специальных блоках управления. В зависимости от возникающей ситуации функции могут динамически включаться в тот или другой блок управления.