Bosch je lansirao prvi common rail sistem 1997. Sistem je dobio ime po zajedničkom rezervoaru visokog pritiska (common rail) koji snabdijeva sve cilindre gorivom. Kod konvencionalnih sistema za ubrizgavanje dizel goriva, pritisak goriva se mora generisati pojedinačno za svako ubrizgavanje. Sa common rail sistemom, međutim, stvaranje pritiska i ubrizgavanje su odvojeni, što znači da je gorivo stalno dostupno pod potrebnim pritiskom za ubrizgavanje.
Common rail sistem ima modularni dizajn. Svaki sistem se sastoji od pumpe visokog pritiska, injektora, tračnice i elektronske kontrolne jedinice.
Common rail je jedna od najvažnijih komponenti u sistemu direktnog ubrizgavanja dizela i benzina. Glavna razlika između direktnog i standardnog ubrizgavanja je isporuka goriva i način na koji se ono miješa sa ulaznim zrakom. U sistemu direktnog ubrizgavanja, gorivo se direktno ubrizgava u komoru za sagorijevanje, preskačući period čekanja u usisnom razvodniku. Kontrolirano elektronskom jedinicom, gorivo se prska direktno tamo gdje je komora za sagorijevanje najtoplija, što čini da sagorijeva ravnomjernije i temeljitije.
Glavne prednosti common rail direktnog ubrizgavanja goriva mogu se sažeti u smanjenju emisije izduvnih gasova i buke, boljoj efikasnosti goriva i poboljšanim ukupnim performansama motora.
Common rail je dugačak metalni cilindar. On prima gorivo iz pumpe i distribuira ga do injektora pod izuzetno visokim pritiskom. Povećanje pritiska goriva rezultat je najnovijeg dizajna motora. I dizel i benzinski motori imaju tendenciju da postanu manji i lakši radi bolje potrošnje goriva i poboljšanih performansi što povećava pritisak goriva i postavlja potpuno nove standarde za proizvodnju visokokvalitetnog common rail-a.
Prvo, geometrijska tačnost komponente je od kritične važnosti. Precizan dizajn doprinosi boljim Common Rail performansama. Čak i minimalna fluktuacija veličine ili oblika može dovesti do kvarova. Definisanje pravih parametara u fazi projektovanja je od suštinskog značaja, ali ono što je zaista važno je da ih se striktno pridržavate tokom procesa proizvodnje.
Odabir materijala je također tačka koju ne treba potcijeniti. Dobra mehanička svojstva osiguravaju čvrstoću i sprječavaju koroziju. Korišteni materijali su obično čelik i nehrđajući čelik. Common rail sistem za dizel motore je napravljen od čelika, dok je common rail za benzinski motor napravljen od nerđajućeg čelika, jer je gorivo previše korozivno i nerđajući čelik ima bolju otpornost na koroziju od čelika.
Common rail sistem – direktno ubrizgavanje
Većina modernih sistema za gorivo motora koristi naprednu tehnologiju poznatu kao CRDi ili common rail direktno ubrizgavanje. I benzinski i dizel motori koriste zajednički ‘razvod goriva’ koji opskrbljuje gorivom brizgaljke. Međutim, u dizel motorima, proizvođači ovu tehnologiju nazivaju CRDi, dok je benzinski motori nazivaju direktnim ubrizgavanjem benzina ili stratificiranim ubrizgavanjem goriva. Obje ove tehnologije imaju sličnost u dizajnu budući da se sastoje od „razvodne cijevi za gorivo“ koja opskrbljuje gorivom injektore. Međutim, oni se međusobno značajno razlikuju po parametrima kao što su pritisak i vrsta goriva koje se koristi.
Kod common rail direktnog ubrizgavanja, sagorijevanje se odvija direktno u glavnu komoru za sagorijevanje koja se nalazi u šupljini iznad krune klipa. Danas proizvođači koriste CRDi tehnologiju kako bi prevazišli neke od nedostataka konvencionalnih dizel motora koji su bili spori, bučni i loših performansi kada su se implementirali, posebno u putničkim vozilima.
Tehnologija CRDi radi u tandemu sa ECU motora koji dobija ulaze od različitih senzora. Zatim izračunava tačnu količinu goriva i vrijeme ubrizgavanja. Sistem goriva sadrži komponente koje su inteligentnije po prirodi i kontrolira ih električno/elektronski. Dodatno, konvencionalni injektori su zamijenjeni naprednijim elektromagnetnim brizgaljkama na električni pogon. Otvaraju se ECU signalom, ovisno o varijablama kao što su brzina motora, opterećenje, temperatura motora itd.
Common rail sistem koristi „zajedničku cijev za sve cilindare“ za gorivo ili jednostavnim riječima „cijev za distribuciju goriva“. On održava optimalni preostali pritisak goriva i također djeluje kao zajednički rezervoar goriva za sve brizgaljke. U CRDi sistemu, razvodnik goriva konstantno skladišti i opskrbljuje gorivo mlaznicama elektromagnetnih ventila pod potrebnim pritiskom. Ovo je sasvim suprotno od pumpe za ubrizgavanje goriva koja opskrbljuje dizel kroz nezavisne vodove goriva do brizgaljki u slučaju dizajna ranije generacije (DI).
Način rada common rail sistema
Kod konvencionalnih sistema za ubrizgavanje dizel goriva, pritisak goriva se mora generisati pojedinačno za svako ubrizgavanje. Sa common rail sistemom, međutim, stvaranje pritiska i ubrizgavanje su odvojeni, što znači da je gorivo stalno dostupno pod potrebnim pritiskom za ubrizgavanje. Stvaranje pritiska se odvija u pumpi visokog pritiska.
Pumpa komprimira gorivo i dovodi ga kroz cijev visokog pritiska do ulaza u šinu, koja djeluje kao zajednički rezervoar visokog pritiska za sve injektore – otuda i naziv „common rail“.
Odatle se gorivo distribuira do pojedinačnih injektora, koji ga ubrizgavaju u komoru za sagorijevanje cilindra.
Pumpe visokog pritiska
Pumpa visokog pritiska komprimira gorivo i isporučuje ga u potrebnoj količini. Konstantno doprema gorivo u rezervoar visokog pritiska (šinu), čime se održava pritisak u sistemu. Potreban pritisak je dostupan čak i pri malim brzinama motora, jer stvaranje pritiska nije povezano sa brzinom motora. Najčešći šinski sistemi opremljeni su radijalnim klipnim pumpama. Kompaktni automobili takođe koriste sisteme sa pojedinačnim pumpama koje rade na niskom pritisku u sistemu.
Injektori
Injektor u common rail sistemu se sastoji od mlaznice, aktuatora za piezo injektore ili elektromagnetnog ventila za injektore sa solenoidnim ventilom, kao i hidrauličkih i električnih priključaka za aktiviranje igle mlaznice.
Ugrađuje se u svaki cilindar motora i spaja na šinu preko kratke cijevi visokog pritiska. Injektor se kontroliše elektronskom kontrolom dizel motora. Ovo osigurava da se igla mlaznice otvori ili zatvori od strane aktuatora, bilo da se radi o magnetnom ventilu ili piezo. Injektori sa Piezo aktuatorima su nešto uži i rade na posebno niskom nivou buke. Obje varijante pokazuju slično kratko vrijeme prebacivanja i omogućavaju predubrizgavanje, glavno ubrizgavanje i sekundarno ubrizgavanje kako bi se osiguralo čisto i efikasno sagorijevanje goriva u svakoj radnoj tački.
Komponente CRDi
- Pumpa za ubrizgavanje goriva – vrši pritisak goriva do visokog pritiska
- Cijev visokog pritiska – šalje gorivo u mlaznicu za ubrizgavanje
- Mlaznica za ubrizgavanje – ubrizgava gorivo u cilindar
- Pumpa za punjenje – usisava gorivo iz rezervoara za gorivo
- Filter goriva – filtrira gorivo
- Upravljačka jedinica motora
- Neki tipovi rezervoara za gorivo takođe imaju sedimentor goriva na dnu filtera za odvajanje sadržaja vode od goriva.
Funkcije common rail sistema
Sistem ubrizgavanja dizel goriva ima četiri glavne funkcije:
Napajanje gorivom
Elementi pumpe kao što su cilindar i klip ugrađeni su u tijelo pumpe za ubrizgavanje. Gorivo se komprimira do visokog pritiska kada bregasta podiže klip, a zatim se šalje u injektor.
Podešavanje količine goriva
Kod dizel motora usis zraka je gotovo konstantan, bez obzira na brzinu rotacije i opterećenje. Ako se količina ubrizgavanja mijenja sa brzinom motora, a vrijeme ubrizgavanja je konstantno, izlazna snaga i potrošnja goriva se mijenjaju. Pošto je snaga motora skoro proporcionalna količini ubrizgavanja, ovo se podešava pedalom gasa.
Podešavanje vremena ubrizgavanja
Kašnjenje paljenja je vremenski period između tačke kada je gorivo ubrizgano, zapaljeno i sagoreno i kada je dostignut maksimalni pritisak sagorijevanja. Kako je ovaj vremenski period gotovo konstantan, bez obzira na brzinu motora, tajmer se koristi za podešavanje i promjenu vremena ubrizgavanja – omogućavajući postizanje optimalnog sagorijevanja.
Atomiziranje goriva
Kada je gorivo pod pritiskom pumpom za ubrizgavanje, a zatim raspršeno iz mlaznice za ubrizgavanje, ono se temeljito miješa sa zrakom, čime se poboljšava paljenje. Rezultat je potpuno sagorijevanje.
Princip rada CRDi
Pumpa visokog pritiska opskrbljuje gorivom pod pritiskom. Pumpa komprimira gorivo pri pritiscima od oko 1.000 bara ili oko 15.000 psi. On, zatim, opskrbljuje gorivo pod pritiskom preko cijevi visokog tlaka do ulaza u razvod goriva. Odatle, cijev za gorivo distribuira gorivo do pojedinačnih injektora koji ga zatim ubrizgavaju u komoru za sagorijevanje.
Većina modernih CRDi motora koristi sistem jedinica-injektor sa turbo punjačem koji povećava izlaznu snagu i zadovoljava stroge norme emisije. Pored toga, poboljšava snagu motora, odziv na gas, efikasnost goriva i kontroliše emisije. Izuzimajući neke promjene dizajna, osnovni princip i rad CRDi tehnologije ostaju uglavnom isti u svim segmentima. Međutim, njegove performanse uglavnom zavise od dizajna komore za sagorijevanje, pritiska goriva i tipa mlaznica koje se koriste.
Prednosti i nedostaci common rail sistema
Prednosti
(1) Manje emisije: Jedan od razloga zašto su proizvođači vozila izmislili common rail dizel motore bio je taj što je vlada stvorila strože propise o emisiji ugljenika. Sjećate li se kada su veliki dizel kamioni ispuštali puno crnog dima u zrak? To više jedva da vidite jer je common rail dizel motor dizajniran da smanji te emisije. Ovo je bolje za okoliš i jedan je korak bliže borbi protiv globalnog zagrijavanja.
(2) Više snage: Studije su pokazale da će vozila sa common rail dizel motorom proizvesti 25 posto više snage od tradicionalnog dizel motora. To znači da će ukupne performanse dizel motora biti poboljšane.
(3) Manje buke: Sistemi direktnog ubrizgavanja goriva bili su poznati po tome što su bučni tokom vožnje. Common rail sistem će smanjiti mnogo buke koju se možda sjećate da ste čuli. To ga čini ugodnijim iskustvom vožnje za vas i one oko vas na putu.
(4) Manje vibracija: Nekada se osjećalo puno vibracija u tradicionalnim dizel motorima s direktnim gorivom. Sada su te vibracije smanjene sa common rail sistemom direktnog ubrizgavanja.
(5) Bolja kilometraža: Budući da common rail dizel motor pruža više snage, to znači da ćete dobiti bolju kilometražu na svom gorivu. Kao rezultat, vaša ekonomičnost goriva će također biti bolja. To znači manje novca potrošenog na gorivo kada ste na putu.
Nedostaci
(1) Skupo vozilo: Vozila sa common rail dizel motorom će biti skuplja od onih sa tradicionalnim dizel motorom. Ako radite za kompaniju koja vam isporučuje vozilo, onda nije problem. Ali ako se radi o ličnom vozilu, možda nećete htjeti potrošiti dodatni novac.
(2) Skupi dijelovi: Pošto su common rail vozila skuplja, možete očekivati da će zamjenski dijelovi biti skupi.
(3) Više održavanja: Common rail dizel motorima će biti potrebno više održavanja nego tradicionalnim dizel motorima. Čak i ako sami obavljate održavanje, potrebno je više vremena, truda, a možda i troškova.
