SILNIK Z SYSTEMEM COMMON RAIL

HISTORIA

Fiat wspólnie z Boschem przedstawili pierwszą produkcyjną wersję
wtrysku paliwa common rail do samochodu osobowego, który okazał
się być przełomowym dla rozwoju silników Diesla. Produkcją i
dalszym rozwojem, wspólnie opracowanego systemu, zajęła się
firma Bosch stając się liderem rynku zaopatrującym kilku
największych producentów samochodów świata. Samochodowa
premiera systemu common rail odbyła się w 1997 roku w Alfie
Romeo 156 (samochód koncernu Fiat) oraz w Mercedesie klasy C
220 CDI. Common rail szybko zdobył rynek i do 1999 roku Bosch
wyprodukował już 1 milion tego typu układów wtryskowych. Kolejno
za Boschem ruszyły Denso i Lucas (Delphi) oferując konkurencyjne
układy common rail do samochodów osobowych. Choć w
samochodach ciężarowych Denso zastosowała common rail już w
1995 roku. Obecnie po kilkunastu latach produkcji, gdy około połowa
nowo sprzedawanych samochodów to Diesle, widać jak wielce
system common raił wpłynął na motoryzację.



Idea działania układu common rail jest dość prosta i znana
od dziesięcioleci. Wprowadzenie jej do produkcji seryjnej
wymagało jednak opanowania zaawansowanej technologii
wytwarzania oraz odpowiednio zaawansowanej elektroniki
sterującej. Pompa wysokiego ciśnienia wytwarzająca
ponad tysiąc bar ciśnienia oraz wtryskiwacze, których czas
otwarcia wynosi milisekundy wymagają wyrafinowanej
konstrukcji oraz ogromnej precyzji produkcji. Całość
kontrolowana jest za pomocą elektronicznego sterownika,
który na bieżąco oblicza rozmiar dawki wtrysku oraz
steruje pracą pompy i wtryskiwaczy

.

OGÓLNA ZASADA
DZIAŁANIA



W układzie common rail olej napędowy zasysany jest ze
zbiornika paliwa pod ciśnieniem około 4 barów i trafia
poprzez filtr do pompy wysokiego ciśnienia. Tłoczkowa
pompa spręża paliwo do ogromnego ciśnienia
wynoszącego w najnowszych układach nawet 1800 bar. Z
pompy wysokiego ciśnienia paliwo trafia do ciśnieniowego
zasobnika (akumulatora ciśnienia), tzw. szyny common
rail. Szyna ta połączona jest z wszystkimi wtryskiwaczami.
Dzięki temu w chwili otwarcia wtryskiwacza, do komory
spalania, wtryskiwane jest paliwo z ciśnieniem prawie
równym ciśnieniu w szynie. Zasobnik ciśnienia (szyna
common rail) zapewnia stabilność ciśnienia w chwili
otwarcia wtryskiwacza umożliwiając bardzo częste wtryski
bez spadku ciśnienia.

OGÓLNA ZASADA DZIAŁANIA



W odróżnieniu od innych
systemów wtryskowych,
bardzo szybka praca
całego układu oraz pełna
swoboda czasu wtrysku,
pozawala podzielić dawkę
w czasie jednego cyklu
spalania. W efekcie
zamiast jednej dużej
dawki wtryskiwanych jest
kilka mniejszych. Pozwala
to na zmniejszenie hałasu
oraz ogranicza emisję
szkodliwych środków.

SCHEMAT DZIAŁANIA

W systemie common
rail pompa wytwarza
cały czas ciśnienie,
akumulator ciśnienia
wyrównuje ciśnienie,
zaś wtryskiwacze
otwierane są
elektronicznie. W
systemie tym wtrysk
odbywa się pod
znacznie wyższym
ciśnieniem (nawet 10
razy wyższym niż ma
to miejsce w
klasycznych
układach
wtryskowych).

RODZAJE UKŁADÓW
COMMON RAIL

Promieniowa
pompa
tłoczkowa oraz
wtryskiwacz
elektromagnety
czny



Sterowanie
elektroniczne
charakteryzujące się
szybkim i precyzyjnym
czasowo otwieraniem i
zamykaniem
wtryskiwacza pozwala
na podział dawki
paliwa na 3 etapy:
dawka pilotująca,
dawka właściwa oraz
dawka dopalająca. W
kolejnych generacjach
silnika common rail jak
np. JTD Fiata liczba
etapów wtrysku może
być większa niż 3 i nie
musi być stała - może
się zmieniać w
zależności od takich
czynników jak
obciążenie silnika,
obroty itp.

PL

US

Y I

MI

NU

SY
SY

STE

MU

ZAL

ETY

WA

DY



równiejszą pracą,



lepszym spalaniem paliwa,



wysoką sprawnością termodynamiczną,



mniejszym wydzielaniem ciepła,



mniejszym hałasem,



mniejszą emisją spalin



łatwością uzyskania wysokich parametrów
użytkowych (moc, moment obrotowy)



układ wymaga wysokiej jakości oleju
napędowego gdyż niewielkie
zanieczyszczenie może doprowadzić do
zniszczenia wtryskiwaczy pracujących
pod wielkim ciśnieniem



wysokie ceny części w razie awarii

CIEKAWE ULEPSZENIA…



Za regulację ciśnienia w zasobniku odpowiedzialny jest
zawór regulacji ciśnienia. Z biegiem lat zmieniał on swoje
położenie. W pierwszych systemach znajdował się on na
szynie, otwierając się gdy potrzebne było zmniejszenie
ciśnienia wtrysku. Wada tego typu rozwiązania była
konieczność sprężania przez pompę całej objętości paliwa
znajdującego się w zasobniku, przez co pompa ta zużywała
niepotrzebnie dużo energii. W późniejszych rozwiązaniach
zawór ten przeniesiono na pompę, dzięki czemu możliwym
jest upuszczanie ciśnienia zanim paliwo trafi do zasobnika
(układ pokazany na rysunku). Stasuje się również układy z
dwoma zaworami: na szynie i na pompie. Rozwiązanie to
jest drogie, ale zapewnia wysoką precyzję sterowania

.

Budowa wtryskiwacza common
rail typu elektromagnetycznego

Budowa wtryskiwacza common
rail typu elektromagnetycznego



Koncepcja działania wtryskiwacza elektromagnetycznego jest genialna w swej
prostocie. Do wtryskiwacza dostarczane jest paliwo pod wysokim ciśnieniem z
szyny common rail (kolor czerwony na rysunku powyżej). W pozycji zamkniętej
wtryskiwacza paliwo naciska równym ciśnieniem na górną oraz na dolną
powierzchnie tłoczka. Ponieważ górna powierzchnia jest większa od dolnej
generowana na niej siła jest większa. Siła ta za pośrednictwem tłoczka dociska
iglicę zamykającą otwory w końcówce wtryskiwacza. Powyżej tłoczka znajduje
się zawór oddzielający przestrzenie wysokiego ciśnienia (kolor czerwony) od
przestrzeni niskiego ciśnienia (kolor żółty). Zawór te ma kształt talerzyka (kolor
zielony) zakończonego uszczelniającą kulką. Otwarcie wtryskiwacza następuje
w chwili gdy elektromagnes uniesie talerzyk i kulka na jego końcu odetka kanał
łączący przestrzenie niskiego i wysokiego ciśnienia. W skutek tego spada
ciśnienie oraz konsekwentnie siła nad górną powierzchnią tłoczka. W tym
momencie siła generowana przez wysokie na dolnej przestrzeni tłoczka jest w
stanie unieść tłoczek wraz z iglicą. Podniesiona iglica otwiera otworki na końcu
wtryskiwacza, a paliwo pod wysokim ciśnieniem jest wtryskiwane do cylindra.
Paliwo, które wydostało się z górnej przestrzeni tłoka do przestrzeni niskiego
ciśnienia trafia poprzez przewody przelewowe do zbiornika paliwa.

Przyszłość układów
common rail



W Europie układy zasilania common rail zupełnie
zdominowały rynek samochodów z silnikiem Diesla. Nawet
koncern Volkswagen po wielu latach przekonywania
klientów do pompowtryskiwaczy musiał przyznać wyższość
systemowy common rail. Obecnie po kilkunastu latach
rozwijania koncepcji najnowsze silniki wyposażane są w
układy z piezoelektrycznymi wtryskiwaczami powoli
zastępując wtryskiwacze elektromagnetyczne. Następnym
krokiem w rozwoju technologii wspólnej szyny są
wtryskiwacze z tzw. doładowaniem ciśnienia. Układ tego
typu różni się już znacząco od klasycznego common raila
ponieważ w zasobniku ciśnienia panuje ciśnienie rzędu
1300 barów, natomiast wtryskiwacze są w stanie
zwiększyć to ciśnienie do 2000 barów

KONIEC