Układ Common Rail – Serwis Diesla

Układ Common Rail to rodzaj systemu wtrysku paliwa stosowanego w silnikach Diesla. Polega on na dostarczaniu paliwa pod bardzo wysokim ciśnieniem do wtryskiwaczy za pośrednictwem specjalnej magistrali, zwanej "common rail" (wspólny zbiornik). W takim układzie zbiornik paliwa zlokalizowany jest w niskim ciśnieniu, a sam układ wtryskowy pracuje pod ciśnieniem rzędu nawet 2000 barów. System Common Rail jest bardziej zaawansowany technologicznie niż tradycyjne systemy wtrysku i pozwala na bardziej precyzyjne dawkowanie paliwa, a także na jego wtrysk w różnych momentach pracy silnika. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie lepszych osiągów, mniejszej emisji spalin oraz lepszego współczynnika zużycia paliwa. W systemie Common Rail, sterowanie pracą wtryskiwaczy odbywa się za pomocą specjalnego sterownika, który pozwala na precyzyjne kontrolowanie ilości i momentu wtrysku paliwa w każdym cylindrze silnika. Wtryskiwacze w takim systemie mają zazwyczaj elektromagnetyczne zawory, które sterowane są przez sterownik.

Obecnie niemal każdy silnik wysokoprężny wyposażony jest w technologię wtrysku Common Rail, nawet koncern VAG od 2010 roku wypiera nią swój system pompowtryskiwaczy. Co oznacza ta nazwa, i dlaczego konstrukcja ta jest tak popularna?

Na przełomie lat 80 i 90 silniki Diesla wyposażone były w dwa typy bezpośredniego wtrysku paliwa: pompy rotacyjne oraz sekcyjne, które niestety nie były rozwiązaniami idealnymi. Pompy sekcyjne były drogie w produkcji oraz miały problem z utrzymaniem stateczności obrotów silnika. Pompy rotacyjne (rozdzielaczowe) miały z kolei trudności z uzyskaniem dawki rozruchowej. Malała także prędkość tłoczenia pod koniec dawki, co skutkowało podciekaniem wtrysków. Obie technologie były też daleko w tyle ze spełnianiem norm czystości spalin i były dość paliwożerne. Przyczyniło się to do stworzenia w 1997 r. przez koncerny Fiat oraz Bosch systemu Common Rail.

1. Konstrukcja i działanie

Paliwo zasysane jest przez filtr paliwa do pompy wysokiego ciśnienia, która tłoczy je do akumulatora ciśnienia, tzw. szyny. Ciśnienie w szynie, w zależności od generacji technologii, wynosi od 1300 do nawet 2500bar w przypadku najnowszych silników. Najczęściej jednak jest to ciśnienie rzędu 1800 barów. Dzięki temu zabiegowi paliwo wtryskiwane jest do cylindrów pod ciśnieniem bardzo zbliżonym do tego w pompie. Cały system sterowany jest elektronicznie poprzez ECU. Regulację ciśnienia zapewnia zawór początkowo montowany na szynie, który otwierał się gdy zachodziła konieczność zmniejszenia ciśnienia. Takie rozwiązanie nie było najlepsze, ponieważ pompa musiała sprężać całą objętość paliwa będącego w akumulatorze, zużywając niepotrzebnie dużo energii. Problem wyeliminowano, przenosząc zawór regulacji ciśnienia z szyny na pompę, co pozwala na upuszczanie paliwa jeszcze przed trafieniem do zasobnika. Czasem można spotkać układy z dwoma zaworami, zarówno na szynie jak i na pompie, jednak jest to drogie rozwiązanie.

2. Historia układu Common Rail

Wprowadzona w 1997 roku pierwsza generacja wykorzystywała wtryskiwacze elektromagnetyczne i pozwalała na osiągnięcie do 1350 barów. W drugiej generacji, wypuszczonej na rynek w 2001 r. ciśnienie zostało zwiększone do 1600 bar oraz opracowano dzielenie dawki paliwa na 5 mniejszych. Przedstawiona w 2003 roku trzecia generacja Common Rail, była prawdopodobnie najbardziej rewolucyjną. Ciśnienie zwiększono ponownie, tym razem do 1800 barów, a wtryskiwacze piezoelektryczne pozwalały na nieporównywalnie szybsze działanie oraz wyższą precyzję układu. Jest to obecnie najbardziej powszechna generacja. W 2007 roku zaprezentowano IV generację, w której zastosowano hydrauliczny układ wzmacniania ciśnienia we wtryskiwaczach (HADI), dzięki czemu pompa wtryskowa może pracować pod niższym ciśnieniem, a to zwiększane jest dopiero we wtryskiwaczach i może wynosić 2500 barów. Czwarta generacja stosowana jest głównie w pojazdach ciężarowych.

Zalety i wady układu Common Rail

Wyższe ciśnienie mieszanki w cylindrze oznacza zredukowanie spalania i emisji szkodliwych substancji, a także wzrost mocy i momentu obrotowego silnika. Elektroniczne sterowanie systemem pozwoliło na wyeliminowanie wad konstrukcyjnych, posiadanych przez pompowtryskiwacze. Rozrząd nie jest przesilany dodatkowymi elementami, a głowica nie jest zbyt wysoka, co pozwala na bezpieczniejsze dla pieszych wyprofilowanie maski pojazdu. Dzięki większej ilości faz wtrysku silnik pracuje równiej i ciszej, jest też bardziej elastyczny. Silniki zasilane technologią Common Rail są jednak drogie w produkcji, i wymagają czystego paliwa. Nawet lekko zasiarczony olej napędowy może doprowadzić do poważnych usterek. Wtryskiwacze elektromagnetyczne można regenerować w naszym warsztacie Bosch Diesel Service – Pawlik w Stalowej Woli, natomiast piezoelektryczne poddawane są jedynie sprawdzeniu i czyszczeniu.

Common Rail to najprostsza konstrukcja, będąca w ciągłym rozwoju i pozwalająca silnikom wysokoprężnym na spełnianie nawet najbardziej rygorystycznych norm emisji spalin.

Układ common rail: