Сегодня топливная система Common Rail стала неотъемлемой частью дизельных двигателей современных самоходных сельхозмашин. Но так было не всегда. Основные вехи ее развития и путь к внедрению в массовое производство, крайне интересны.

Система Common Rail (CR) — одна из ключевых инноваций в области дизельных двигателей, которая не просто кардинально изменила подход к впрыску топлива в дизельные двигатели, но и значительно повысила их эксплуатационные характеристики, а значит и эффективность работы техники. Именно поэтому сейчас почти не осталось машин с дизельными двигателями, где используется классический механический топливный насос высокого давления (ТНВД) и механические форсунки. И хотя по историческим меркам победное шествие Common Rail началось в технике совсем недавно, примерно в середине 90-x годов 20 века, старт развития технологий, заложивших ее фундамент, был дан намного раньше.

Vickers и первые шаги

Историю появления системы Common Rail следует начать с британской компании Vickers, которая в 1910-х годах разработала первую систему впрыска топлива под высоким давлением. Эта система использовалась в дизельных двигателях для подводных лодок и кораблей. Основная идея заключалась в том, чтобы создать общую топливную магистраль (common rail), которая подавала бы топливо под высоким давлением к форсункам. Это позволяло более точно контролировать процесс впрыска и повышать эффективность работы двигателя. Однако в то время технология не получила широкого распространения из-за сложности производства и высокой стоимости. Тем не менее идея Vickers стала основой для дальнейших разработок

Авиация и дизельный двигатель Коатален

В середине 30-x годов XX века известный разработчик автомобильных и авиационных двигателей Луи Коатален сконструировал «дизель», в котором впрыск топлива в цилиндры осуществлялся не гидравлическим открыванием клапана форсунки, а механическим открыванием и использования гидроаккумулятора. Топливо в последний нагнеталось независимым от распределительной системы ТНВД. Функционально это можно считать первым прообразом системы Common Rail. Работоспособный прототип двигателя с ним был показан на авиасалоне в Париже в 1936 году.

Советские эксперименты и Харьковский завод

В конце 1930-х годов советские инженеры на Харьковском заводе начали экспериментировать с системами впрыска топлива под высоким давлением. Эти разработки были частью программы по созданию мощных и экономичных дизельных двигателей для военной техники. В ее рамках с начала 30-x на этом же заводе велась разработка B-2 – знаменитого советского дизельного двигателя. Изначально его планировали использовать для авиации, но уже по ходу разработки от этой идеи отказались. Двигатель же B-2 – стал основным силовым агрегатом для танков Т-34, которые сыграли ключевую роль во Второй мировой войне.

Это был революционный для своего времени двигатель. Причем для него была также создана и система впрыска, которая использовала общую топливную магистраль. Однако из-за ограниченных технологических возможностей и начала Второй мировой войны эти разработки не были доведены до массового производства. Тем не менее советские инженеры внесли значительный вклад в развитие технологии, которая позже стала основой для системы Common Rail.

Японцы из DENSO и автомобили

После Второй мировой войны японская компания DENSO (тогда известная как Nippon Denso) начала активно развивать технологии впрыска топлива. В 1960-х годах компания представила первые прототипы системы Common Rail, которые использовались в промышленных двигателях. Например, для дизель-генераторов, компрессорных установок и т.д. Однако настоящий прорыв произошел в 1990-х годах, когда DENSO совместно с Toyota разработала первую коммерческую систему Common Rail для автомобилей. Впервые эта система была установлена на грузовике Hino Rising Ranger в 1995 году, что стало началом новой эры в дизельных двигателях. DENSO удалось решить ключевые проблемы, такие как точность впрыска, управление давлением и долговечность компонентов.

Первый же серийный легковой автомобиль с системой Common Rail был представлен в 1997 году. Это был Alfa Romeo 156 1.9 JTD. Этот двигатель разработала компания Fiat в сотрудничестве с Bosch. Система Common Rail позволила значительно улучшить характеристики двигателя: снизить уровень шума, уменьшить расход топлива и выбросы вредных веществ.

Сельхозтехника входит в чат

Одними из первых сельскохозяйственных машин с системой Common Rail стали тракторы John Deere серии 8X20, чей выпуск начался в 2001 году. Завоевать первенство данному производителю удалось благодаря тому, что двигатель был собственного производство, а значит процесс адаптирования к нему новой топливной аппаратуры был проще. Данная топливная система позволила повысить эффективность работы трактора в тяжелых условиях. Примерно в это же время машины с данной Common Rail появились у CNH и AGCO, а также других производителей. Следом за тракторами эту тенденцию продолжили зерноуборочные и кормоуборочные, а также другие самоходные сельхозмашины.

Поколения системы Common Rail

Несмотря на сравнительную молодость система Common Rail уже прошла множество этапов развития, каждое из которых характеризуется улучшением точности впрыска, увеличением давления и расширением функциональных возможностей. В настоящее время выделяют четыре основных поколения:

Первое поколение (1990-е годы)

• Давление впрыска: до 1350 бар.
• Основные особенности: простейшие электронные блоки управления, ограниченная точность впрыска.
• Применение: первые серийные автомобили и грузовики.

Второе поколение (2000-е годы)

• Давление впрыска: до 1600 бар.
• Основные особенности: улучшенные форсунки, возможность многократного впрыска за цикл.
• Применение: массовое распространение в легковых и грузовых автомобилях.

Третье поколение (2010-е годы)

• Давление впрыска: до 2000 бар.
• Основные особенности: интеллектуальные системы управления, адаптация к экологическим стандартам Euro 5 и Euro 6.
• Применение: современные автомобили и коммерческая техника.

Четвертое поколение (2020-е годы)

• Давление впрыска: до 2500 бар.
• Основные особенности: интеграция с гибридными системами, использование биотоплива, максимальная точность впрыска.
• Применение: новейшие модели автомобилей и спецтехники.

Состав системы Common Rail

Теперь настал черед обозначить из каких элементов состоит каждая современная топливная система Common Rail. Перечислим их сразу обозначим функции:

• Топливный насос высокого давления (ТНВД) – создает давление в топливной магистрали.
• Общая топливная магистраль (rail) – аккумулирует топливо под высоким давлением.
• Электронные форсунки – осуществляют впрыск топлива в цилиндры.
• Электронный блок управления (ЭБУ) – контролирует работу системы, регулирует давление и момент впрыска.
• Датчики – обеспечивают обратную связь, передавая данные о давлении, температуре и других параметрах.

Преимущества и недостатки

Начнем с плюсов. Главный и основной – повышение эффективности работы двигателя. Точный контроль впрыска позволяет оптимизировать процесс сгорания топлива и повысит КПД силовой установки. Кроме этого, система позволяет добиться более плавной работы двигателя, снизить уровень шума и вибраций. Еще одним преимуществом является – гибкость. За счет электроники Common Rail способна адаптироваться к различным условиям работы и даже типам топлива. Возможность адаптации к различным условиям работы особенно важна для сельскохозяйственной техники. Именно Common Rail вкупе с умными системами управления двигателями позволяют при необходимости получать дополнительную мощность в режиме Boost современным тракторам и комбайнам. А еще, подобная связка, если такую возможность предусмотрел производитель, позволяет гибко управлять мощностью двигателя. За счет ее снижения при неполной загрузке машины удается экономить топливо.  Также к преимуществам Common Rail относят повышение экологичности. Многократный впрыск и точное дозирование уменьшают количество вредных веществ в выхлопных газах.

Теперь о недостатках. Их немного, но они есть. Во-первых, это сложность и достаточно высокая стоимость. Ведь для изготовления компонентов требуется высокоточное оборудование и качественные материалы. По этой же причине ремонт, как правило, сводится к модульной замене вышедшего из строя компонента. Также необходимо отметить, что форсунки и топливный насос в системе Common Rail гораздо более чувствительны к качеству топлива и наличию в нем загрязнений. 

Заключение

Топливная система Common Rail прошла долгий путь от первых экспериментов до современных высокотехнологичных решений. Она продолжает развиваться, отвечая на все новые вызовы в области энергоэффективности и экологии, и остается одной из ключевых инноваций в машиностроительной индустрии.

Все это в равной степени касается и сельхозмашин. Причем, если на заре внедрения это была прерогатива лишь самых мощных тракторов и комбайнов, то сегодня Common Rail находит широкое применение даже среди небольших машин. Возьмем, к примеру, трактор ОПТИТЭК серии ATLAS TB 854. Несмотря на компактный размер и мощность 85 л.с. в нем также используется система Common Rail. Наличие подобной системы сегодня на тракторе или комбайне – своеобразный маркер, что в ней применена современная силовая установка, мощная, надежная и экономичная.