Technologie Common Rail: princip fungování a historie vývoje technologie.

Vznětový motor s palivovým systémem Common Rail je jedním z nejmodernějších stupňů evoluce naftových motorů s přímým vstřikováním paliva. Na rozdíl od tradičních vznětových motorů s nízkým přívodním tlakem paliva (s řadovými čerpadly nebo jednotkovými vstřikovači) je takový motor vybaven palivovým akumulátorem – rampou, kam je nafta dodávána pod vysokým tlakem (od 1350 do 2500 barů) a následně distribuována mezi elektrické vstřikovače s elektromagnetickými ventily nebo s piezoelektrickými krystaly uvnitř. Nejnovější generace systémů Common Rail se vyznačují použitím piezoelektrických vstřikovačů pro zvýšení přesnosti vstřikování s kvantitativním zvýšením vstřikovacích fází a také zvýšením tlaku přívodu paliva do railu (přes 2500 barů). Odrůda pro benzínové motory se nazývá přímé vstřikování (FSI, GDI atd.).

Historie vzniku systému

Když prototyp systému Common Rail vyvinul Robert Huber ve Švýcarsku koncem 60. let. Jeho technologii vyvinul Marco Ganser ze Švýcarského federálního technologického institutu v Curychu. Do poloviny 90. let Dr. Shohei Ito a Masahiko Miyake z DENSO Corporation, Japonsko, vyvinuli systém Common Rail pro užitková vozidla a začlenili jej do systému ECD-U2, který byl použit na nákladních automobilech HINO Rising Ranger a poté tuto technologii v roce 1995 prodal dalším výrobcům. Proto se DENSO považuje za průkopníka v přizpůsobování systému Common Rail potřebám automobilového průmyslu. O prvenství této skutečnosti se přou italský koncern FIAT, který v roce 1987 deklaruje vznik prvního vozu světa s prototypem vznětového motoru s přímým vstřikováním (CHROMA TDid). Ve stejné době Italové začínají pracovat na plně elektronickém vznětovém motoru s principem COMMON RAIL. Koncept byl pojmenován UNIJET 1900cc:

Moderní systémy Common Rail fungují na stejném principu. Jsou ovládány elektronickou řídicí jednotkou, která otevírá každý vstřikovač spíše elektronicky než mechanicky. Tato technologie byla podrobně vyvinuta společným úsilím společností Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat a Elasis. Poté, co FIAT počátkem 90. let vyvinul koncepci a základní konstrukci systému (název projektu UNIJET), patent na něj byl v roce 1993 prodán německé společnosti Robert Bosch GmbH k následnému dokončení vývoje hromadného produktu. Celkově to byla pro FIAT velká chyba, protože nová technologie byla velmi zisková. Italský koncern byl ale v té době ve velké finanční tísni a neměl prostředky na dokončení díla. Italové však jako první použili systém Common Rail v roce 1997 u Alfy Romeo 156 1.9 JTD (druhá generace systému COMMON RAIL s vícebodovým vstřikováním MULTIJET) a až později se objevil u Mercedesu-Benz C 220 CDI. V roce 2003 aplikoval FIAT princip MULTIJET na tehdy nejmenší vznětový čtyřválcový motor o objemu 1300 ccm.
Motory Common Rail se používají v energetice, stavbě lodí a pro lokomotivy. Systém Cooper-Bessemer GN-8 představil upravený systém Common Rail, který využíval hydraulické ovládání.

Princip činnosti

Anglické slovo COMMON RAIL znamená stejně vysoký tlak v trubici akumulátoru (rampa nebo rail), který je rozváděn do všech válců. Konstrukce má dva tlakové okruhy přívodu paliva – nízkotlaký do vysokotlakého palivového čerpadla (od vakua do 6 bar) a vysokotlaký z vysokotlakého palivového čerpadla do vstřikovačů (od 1350 do 2500 bar). V závislosti na konfiguraci dodává motorovou naftu přes ohřívač paliva a filtr do vysokotlakého čerpadla ponorné elektrické čerpadlo v nádrži nebo vakuové čerpadlo na zadní straně vstřikovacího čerpadla. Vstřikovací čerpadlo je poháněno motorem (přes řemen nebo vačkový hřídel) a směřuje palivo pod vysokým tlakem do kolejnice. Aby systém normálně fungoval, není nutné neustále udržovat nejvyšší tlak. Rampové trubky mají stejnou délku a jsou zakončeny tryskami. Rail také obsahuje regulátor tlaku, který posílá přebytečné palivo zpět do nádrže přes chladič. Pomocí snímače tlaku v railu může řídicí jednotka motoru (ECU) přijímat informace o tlaku v railu a řídit ho. Přetlak v railu lze regulovat mechanickým ventilem, který přebytečné palivo vypouští do zpětného potrubí do nádrže. Charakteristickým rysem systému SIEMENS je umístění tlakového regulačního ventilu na tělese vstřikovacího čerpadla paliva, nikoli na rampě.

Způsob regulace tlaku systému COMMON RAIL může mít několik variant:
— Řízení tlaku na straně nízkého tlaku pomocí dávkovacího ventilu; Změnou signálu pracovního cyklu dodává ECU motoru požadované množství paliva do oblasti komprese paliva.
— Řízení tlaku na vysokotlaké straně pomocí regulátoru tlaku; Změnou signálu pracovního cyklu odčerpá ECU motoru potřebné množství paliva do zpětného potrubí, aby byl zachován požadovaný tlak.
— Regulace tlaku pomocí dávkovacího ventilu v nízkotlakém okruhu a pomocí regulátoru tlaku na rampě (Dual Control). V závislosti na strategii vstřikování a provozním režimu motoru řídí ECU jak objem paliva dodávaného pro kompresi, tak objem paliva odváděného do zpětného potrubí z hřebenu.

Volba požadovaného typu ovládání je dána velikostí motoru, výkonem a jeho úkoly a také rozumnými náklady na vozidlo. Řídicí signál do ventilů může být úměrný tlaku, kdy s rostoucím pracovním cyklem roste i tlak, nebo může být nepřímo úměrný, když tlak klesá s rostoucím pracovním cyklem. To závisí na zvolené konstrukci ventilu a může se lišit u různých verzí stejného motoru. Proto byste měli vždy přesně vědět, jak ventil na konkrétním voze funguje, abyste mohli správně diagnostikovat jeho činnost.

Přítomnost tlakového akumulátoru je přímou známkou použití systému COMMON RAIL. Rampy mohou být kulové nebo válcové, kované nebo lité. Mějte mechanické nebo elektrické nouzové ventily pro vypouštění paliva do zpětného potrubí. V systémech tvaru V se používají minimálně 2 lamely na blok. Jeden s tlakovým senzorem, druhý může mít regulátor tlaku. Některé typy využívaly třetí rozvodnou kolejnici, ze které je palivo dodáváno do dalších dvou (Land Rover, Jaguar, Ford). Hlavním úkolem rampy je umět udržet maximální možný tlak paliva bez kolapsu a rovnoměrně rozdělit palivo mezi vstřikovače.

Systém COMMON RAIL využívá trysky specifické konstrukce. První generace používaly vstřikovače s elektrickým elektromagnetickým ventilem, který ovládá zvedání jehly v postřikovači. Z důvodu potřeby řízení vstřikování pod vyšším tlakem se začaly používat vstřikovače s piezoelementem. V poslední době se někteří výrobci vrátili k technologii solenoidových vstřikovačů, protože jejich doba odezvy na povely ECU se zkrátila, lze je snadno rozebrat a obnovit a jejich výroba je levnější.

Senzory

Hlavními snímači používanými v systému jsou snímač tlaku paliva v kolejnici, snímač průtoku vzduchu, snímače vačkového a klikového hřídele, snímače teploty motoru, paliva a nasávaného vzduchu, snímač polohy plynového pedálu a snímač systému ohřevu paliva.

Aktivátory

Elektromagnetické ventily v systému Common Rail musí reagovat do půl vteřiny: jedná se o vstřikovače paliva, ventil regulátoru tlaku v railu, ventil přeplňování a ventil recirkulace výfukových plynů.

Trysky <br />

Vstřikovače se zapínají na příkaz ovladače – jednotky EDC (ECU) přes magnetický solenoid nebo piezoelektrický prvek. Hydraulická tlaková síla umožňuje otevřít a zavřít trysku, ale k aktivaci dochází z řídicí jednotky. Pokud má tryska piezokrystal, pak pod vlivem magnetického pole krystal zvětší své fyzické rozměry, okamžitě změní hydraulickou rovnováhu uvnitř trysky a tím zvedne jehlu. V trysce Piezo Inline je krystal umístěn v blízkosti jehly, a proto ke zvedání jehly nepoužívá mechanické části. Dřívější systémy používaly duální vstřikování – pilotní a hlavní, aby se zabránilo detonaci. Moderní systémy využívají až sedm vstřikovacích fází, ty nejmodernější s podporou normy Euro 6 až devět. Každý vstřikovač je vyroben a testován v laboratoři, kde je mu přidělen specifický kód na základě naměřených údajů o výkonu. Po výměně vstřikovačů je nutné kód zapsat do paměti řídicí jednotky pomocí skeneru.

Důvody pro vytlačení tradičních dieselových motorů

Schopnost dosáhnout shody s přísnými ekologickými normami pro škodlivé výfukové plyny, menší hlučnost motoru, menší rozměry, jednoduchá konstrukce, snadná diagnostika a údržba, levnější výroba komponentů.

Naše úkoly

Tento portál vytvořili nadšenci a vyznavači technologie dieselových systémů s přímým vstřikováním typu COMMON RAIL. Na stránkách našeho webu se můžete dozvědět více o různých typech systémů, které dominují moderním vozům, dozvědět se o vybavení, se kterým můžete rychle, efektivně a levně diagnostikovat závady a provádět následné opravy. Na stránkách portálu zveřejňujeme novinky a videa popisující různé systémy a techniky pro opravy vstřikovačů, ventilů a dalších součástí. Absolvujeme také pravidelná školení a kurzy pro specialisty na opravy dieselových systémů COMMON RAIL. Pokud máte nějaké dotazy, vždy je rádi zodpovíme v sekci komentářů.

Co je dnes Common Rail?

V současnosti jsou nejrozšířenější čtyři typy systémů, pojmenované podle jejich výrobce. Jsou to BOSCH, DELPHI, DENSO a SIEMENS, které byly také označeny jako VDO a nyní jsou umístěny jako CONTINENTAL. Každá automobilka má pro marketingové účely svoji zkratku, která označuje jak systém COMMON RAIL, tak jeho jednotlivé prvky:
— BMW : D-motory (také používané Land Rover Freelander jako TD4)
— Cummins a Scania: XPI (společný vývoj)
— Cummins: CCR (čerpadlo Cummins se vstřikovači Bosch)
— Daimler: CDI (pro vozidla Chrysler a Jeep – CRD)
— Fiat: Fiat, Alfa Romeo a Lancia — JTD (také nazývané MultiJet, JTDm, Ecotec CDTi, TiD, TTiD, DDiS, Quadra-Jet)
— Ford Motor: TDCi Duratorq a Powerstroke
— General Motors : Opel/Vauxhall — CDTi (vyrábí Fiat a GM Daewoo) a DTi pro Isuzu
— General Motors: Daewoo/Chevrolet — VCDi (v licenci od VM Motori má také značku Ecotec CDTi)
— Honda: i-CTDi
— Hyundai a Kia: CRDi
— Mahindra : CRDe
— Maruti Suzuki : DDiS (vyrobeno v licenci Fiat)
— Mazda : CiTD
— Mitsubishi: DI-D (nedávno byla vyvinuta nová generace 4N1 se vstřikovacím tlakem až 2000 barů)
— Nissan: dCi
— PSA Peugeot Citroen : HDI nebo HDi (Volvo S40/V50 používá motory PSA 1,6D & 2,0D, také používá značku
JTD)
— Renault: dCi
— SsangYong: XDi (motory jsou sestaveny na základě licence od Daimler AG)
— Subaru Legacy : TD (od ledna 2008)
— Tata: DICOR
— Toyota: D-4D
— Skupina Volkswagen: TDI. Celá řada vznětových motorů s technologií CR nahradila v roce 2005 čerpadlo-vstřikovač.
— Volvo: D3, D4 a D5
— Škoda: TDI