Wtrysk Common Rail - Jak działa silnik z Common Rail

1. Wtryskiwacze układu common rail, budowa, charakterystyka oraz historia

Ciężko w silniku spalinowym Rudolfa Diesel’a dopatrzyć się elementu wykonanego bardziej precyzyjnie i filigranowo niż układ zasilania silnika, czyli common rail. Można powiedzieć, że wtryskiwacze common rail, charakteryzują się japońską precyzją, i w sumie nic dziwnego, bo prekursorami prac nad tego typu układem zasilania, byli nie, kto inny, jak właśnie Japończycy, a konkretnie panowie dr Shohei Itoh oraz Masahiko Miyaki. Technologia, którą dopracowywali, nie była nowa, już w 1960 roku, wynalazcą został okrzyknięty Robert Huber, którego spuściznę przejął najpierw szwajcarski rząd, by w Zurychu w Państwowym Instytucie Technologicznym, dzięki pracy doktora Marco Gansera, opracować do wynalazku niezbędną technologię, którą później, na początku ostatniej dekady stulecia starali się wdrażać w budowę silnika japońscy inżynierowie. Jednak to turyńskiej grupie samochodowej FIAT, w zaszczycie, przypadło wpisanie się w annały historii, jako pierwszym, którzy, ów, współcześnie najpopularniejszy system zasilania silnika wysokoprężnego, zastosowali w seryjnie produkowanym aucie osobowym – Alfie Romeo. Pierwsze wtryski common rail, nie tylko nie dorównywały dzisiejszym, ale również zostawały daleko w tyle, jeśli chodzi o osiągi, w porównaniu do zupełnie innego typu zasilania silnika, jakim są pompowtryskiwacze Bosch. Niemal każdy silnik wyposażony w układ Common Rail, wyposażony jest również w turbosprężarkę.

2. Turbosprężarki a układ Common Rail

Najistotniejszą kwestią zasilania silnika samozapłonowego jest utrzymanie wysokiego ciśnienia. To dzięki wysokiemu ciśnieniu, przez sprężanie powietrza w tłokach wzrasta temperatura i dochodzi do samozapłonu mieszanki paliwowej, to ono powoduje odpowiednie rozpylenie w komorze spalania mieszaniny oleju napędowego z powietrzem, rozdrobnionego do jak najmniejszych kropel celem uzyskania jak największej powierzchni styku z powietrzem, co umożliwia optymalne spalanie, to ono w końcu opowiada za równą pracę silnika, minimalizując możliwość występowania spalania stukowego. Im wyższa wartość, ciśnienia podawanego na wtryski, tym lepiej, common rail, w pierwszych latach rozwoju nie mógł poszczycić się, w tej kwestii, żadnymi szczególnymi osiągami, 1300 barów mogło imponować w czasach zasilania pneumatycznego, dla VW i jego pompowtryskiwaczy elektromagnetycznych (2400 atm.), nie stanowiło realnego zagrożenia, zagadnienie możliwości silnika, nie spędzało Niemcom snu z powiek. Tak samo cena – koszty eksploatacji są w CR dużo wyższe. A jednak, dziś nie produkuje się właściwie aut z zasilaniem silnika diesla innym niż common rail. Czym jest to spowodowane, że common rail wyeliminował, nawet przerastające go pod każdym względem piezoelektryczne pompowtryski? Otóż, pompowtryski, są doskonałym przykładem „politycznej przegranej”. Normy wchodzące w życie w coraz większej ilości miejsc na świecie, zaklasyfikowały to rozwiązanie, jako „brudne”, toksyczne, trujące i zanieczyszczające środowisko naturalne. Jest w tym dola prawdy, zaopatrzone w elektryczne pompowtryski auta produkują dużo więcej tlenków azotu (NOx), które rzeczywiście prowadzą do różnego rodzaju schorzeń, niż te ekologiczne, współczesne diesle, ale niektóre regiony na świecie mają owe normy tak wyśrubowane jakby specjalnie próbując wyeliminować silniki na ropę z rynku. Porównując normy EURO V i normy obowiązujące np. w Kalifornii, możemy mieć wrażenie jakby te przepisy nie pochodziły z kraju pełnego ropy naftowej.

Turbo - najlepszy przyjaciel diesla

Jednak nawet wobec surowej polityki ochrony środowiska (pod wpływem światła ultrafioletowego, tlenki azotu i niespalone węglowodory, powodują powstawanie smogu i dziury ozonowej, to fakt) udało się jakoś temu zaradzić, i tu do gry na serio weszły wtryski common rail. W jaki sposób zmniejszyć ilość produkowanych tlenków azotu, powstających podczas spalania oleju napędowego? Po prostu zmniejszyć ilość dostarczanego powietrza atmosferycznego a co za tym idzie, tlenu, który charakteryzując się wyższym powinowactwem do węgla niż do azotu, będzie wysycał go w reakcji utleniania do maksimum, tak by zwyczajnie podczas jednego cyklu się zużył, przez co wolne od tlenu cząsteczki azotu, trafią do ponownego obiegu, nie trując przy okazji wszystkich dookoła. Ale jak tego dokonano? Konstruując wyjątkowe urządzenie, jakim jest zawór EGR. Zawór ten łączy kolektor odprowadzający spaliny z kanałem dolotowym, i część spalin trafia do obiegu po raz wtóry, by zajmując miejsce, w którym zwyczajnie byłby tlen, uniemożliwić zbieranie się jego nadmiaru a co za tym idzie nie dopuścić do powstawania szkodliwych produktów reakcji. Wtryski common rail skuteczność zawdzięczają między innymi swojemu innowacyjnemu systemowi zasilania, opartemu na dwóch niezależnie działających pompach paliwa, niskiego i wysokiego ciśnienia. Pompa niskiego ciśnienia znajduje się w baku i pompuje paliwo w ciśnieniu około 8 barów, podaje je do pompy wysokiego ciśnienia, która to pompa, najczęściej jest to pompa osiowa, wielotłoczkowa, podaje ciśnienie do sławnej wspólnej szyny, od której układ wziął swoja nazwę. Pojemnik wysokiego ciśnienia, w jakim zbiera się paliwo, pracuje, podając do wtryskiwaczy paliwo, przy ciśnieniu nominalnym 2500 atmosfer, utrzymuje około 1600-1700 barów na wtryskach. Objawy uszkodzenia wtryskiwaczy często niewiele się od siebie różnią i są dość popularne, czarny dym, spadki obrotów na jałowym biegu czy spontaniczne gaśnięcie silnika.

Już w zeszłym roku VW, udowodnił całemu światu, że nie istnieje eko-diesel, że ciesząc się przyjemnością obsługi silnika wysokoprężnego i jego osiągami, musimy liczyć się również z faktem, że te spaliny, mimo że ich nie widać (no chyba, że mamy problem z wtryskami), to jednak istnieją i nie da się ich do końca wyeliminować. Niemniej jednak, kto siedział za sterami potężnej jednostki ZS, albo, choć spróbował Tdi, zdobędzie się na takie poświęcenie oraz ryzyko, i z przyjemnością przekręci kluczyk w stacyjce ponownie, nawet, jeśli układ kiedyś w przyszłości będzie wymagał czyszczenia.

Edit: (29.11.2018) Istnieje eco-diesel co udowadnia u schyłku listopada 2018 roku Bosch, wypuszczając specjalny system udoskonalający układ redukcji emisji spalin, który nazwał Denoxtronic. System oparty na współpracy turbosprężarki, EGR, DPF, SCR i katalizatora utleniającego sprowadza emisję spalin, a konkretnie tlenków azotu do 16 mg/km. Obecnie najbardziej rygorystyczne normy dopuszczają 168 mg/km (od 2020 120 mg/km).