Common rail

Common rail wersja systemu wtrysku paliwa w silnikach Diesla.

Zasada działania

W tradycyjnym układzie wtrysku paliwa w silnikach Diesla, dla poszczególnych cylindrów, pompa sekcyjna wytwarza w określonych momentach ciśnienie. Otwiera ono wtryskiwacz, w wyniku czego paliwo zostaje rozpylone w cylindrze lub komorze spalania. Ten system wymaga korektora dawki paliwa (przy pompie sekcyjnej), gdyż dawka paliwa nie powinna rosnąć przy wzroście obrotów (bez tego silnik charakteryzowałby się niestatecznością obrotów).
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).
Idea zasilania ze wspólnego zbiornika (nazywano to systemem akumulatorowym) była znana od dawna. Jednakże silnik wysokoprężny z klasycznym układem wtrysku charakteryzował się niestatecznością obrotów – dawka paliwa rosła w nim w miarę wzrostu obrotów – co sprawiało, iż system ten sprawdzał się jedynie do silników stacjonarnych o stałych obrotach (np. do zasilania generatora prądotwórczego). Dopiero rozwój elektroniki umożliwił praktyczne wykorzystanie systemu akumulatorowego nazwanego common rail.
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.

Charakterystyka

Silniki common rail charakteryzują się:

• równiejszą pracą,
• lepszym spalaniem paliwa,
• wysoką sprawnością termodynamiczną,
• mniejszym wydzielaniem ciepła,
• mniejszym hałasem,
• mniejszą emisją spalin
• łatwością uzyskania wysokich parametrów użytkowych (moc, moment obrotowy).

Wiele wspomnianych zalet wynika z podziału dawki paliwa na kilka porcji. Ponieważ wszystkie rodzaje paliw do silników diesla charakteryzują się tzw. zwłoką zapłonu – zastosowanie małej dawki pilotażowej przed GMP pozwala na podanie dawki właściwej w obszar zapłonu dawki pilotażowej – przez co praca silnika jest bardziej miękka i cicha – przy zachowaniu wysokiej sprawności termodynamicznej silnika.
Silniki zasilane systemem common rail wymagają dobrej jakości oleju napędowego, wtryskiwacze pracują pod dużym ciśnieniem, każde zanieczyszczenie paliwa może przyczynić się do powstania uszkodzeń.

Historia

Silniki common rail po raz pierwszy zastosowane zostały w aucie osobowym przez FIATa w modelach Alfa Romeo w silnikach JTD drugiej generacji, to jest od 1997 roku (spełniających normę EURO 3, a technologia jest powszechnie używana przez Fiata pod nazwą JTD oraz MultiJet.
Różni je nie tylko oznaczenie producenta (JTD, HDI, DCI, CDI, TDCI, CRDI, CDTI, CTDI czy TDI w modelach koncernu VW, który również zdecydował się na stosowanie systemu CR, także w jednostkach skonstruowanych jako silniki z pompowtryskiwaczami-np. 2.0TDI), ale także generacja systemu. Obecnie najpowszechniej stosowany jest system Common Rail tzw. II generacji. Charakteryzuje się on ciśnieniem 1600 bar i wielofazowością wtrysku (do 7 faz, najczęściej 5). Powoli wchodzi do sprzedaży III generacja systemu zasilania CR, jednak obecnie (maj 2007) jeszcze rzadko stosowana (np. Audi w silniku 3.0 TDI – silnik ten jako drugi z grupy VW, ponieważ pierwszym jest 3.3TDI, nie wykorzystuje pompo-wtryskiwaczy ze względu na twardą pracę i wysoki poziom hałasu oraz niższą kulturę pracy, Renault 2.0dCi 175KM, a także 1.9 dCi 102KM, silnik koncernu PSA 1.6 (HDI, TDCI czy D – takie oznaczenie stosuje Volvo)). Również firma Toyota opracowała zaawansowany silnik oznaczony D4D. Pierwsza generacja CR już jest praktycznie niestosowana w nowych samochodach osobowych. Jednak na rynku wtórnym powszechnie spotyka się silniki Diesla zasilane tym systemem. Charakteryzuje się on ciśnieniem wtrysku rzędu 1350 bar.