“COMMON RAIL”- sistemul care a revolutionat motoarele Diesel

Consumul de carburant redus combinat cu o putere specifica mare si un cuplu sportiv fac ca masinile cu motoare diesel sa fie tot mai preferate chiar daca motorul pe benzina stabileste valorile de referință pentru nivelul de zgomot si vibrații.

Motorul diesel a inceput sa fie utilizat pe automobile, in mod timid, incepand cu anii 1930 ajungandu-se ca in anul 2014 sa reprezinte 53 % din autoturismele noi vandute in UE (Spania-65 %, Franta-64 %, Romania-56.5 %, Germania-48 %).

Performanta unui motor diesel este puternic influentata de sistemul lui de injectie. Scopul principal al sistemului este de a introduce combustibil in cilindrii motorului la un anumit moment si intr-o anumita cantitate, dar foarte important pentru performanta, emisia de noxe si zgomot este modul cum se face acest lucru. Dezvoltarea motoarelor Diesel este legata de modul in care este proiectat si realizat sistemul de injectie de combustibil.

Spre deosebire de motorul cu aprindere prin scanteie, motorul diesel are un sistem de injectie a combustibilului care functioneaza la presiune foarte ridicata ceea ce necesita componente de inalta tehnologie cu materiale scumpe si costuri de fabricatie mari. Acesta este motivul pentru care sistemul de injectie al combustibilului reprezinta aprox. 30 % din costul total al unui motor.

Performantele motoarelor diesel au fost posibile odata cu solutia tehnica de injectie a combustibilului cunoscuta sub numele de common rail, solutie aflata intr-o continua evolutie.

Prototipul primului sistem common rail cu comanda electronica a fost dezvoltat de Magneti Marreli in colaborare cu Centrul de Cercetare Fiat. Grupul FIAT a vandut proiectul companiei Robert Bosch. Privind retrospectiv a fost o greseala strategica a celor de la Fiat pentru ca noua tehnologie s-a dovedit extrem de profitabila, dar la momentul respectiv Fiat se afla in dificultate financiara si nu a putut sa dezvolte proiectul. In anul 1997 au aparut primele autoturisme dotate cu sistemul common rail: primul model a fost Alfa Romeo 156 2.4 JTD urmat de Mercedes–Benz C220 CDI. Astazi sistemele common rail sunt pe toate modelele de autoturisme, de la modele de oras de clasa mica la SUV-uri. Principalii producatori sunt Bosch, Delphi, Denso, Siemens.

Numele sistemului de “common rail” provine de la rampa comuna (rezervorul comun) de înaltă presiune care alimentează cu carburant toţi cilindrii. Sistemele de injecţie Common Rail au un design modular. Fiecare sistem este alcătuit dintr-o pompă de înaltă presiune, injectoare, o rampă comună şi o unitate de comandă electronică.

Pompa de înaltă presiune comprimă carburantul şi alimentează în mod constant rezervorul de înaltă presiune (rampa comuna), menţinând astfel presiunea sistemului. Presiunea necesară este disponibilă chiar şi la turaţii reduse ale motorului, deoarece producerea presiunii nu este legată de turaţie. Majoritatea sistemelor common rail sunt echipate cu pompe cu piston radial. Autovehiculele compacte utilizează, de asemenea, sisteme cu pompe individuale care funcţionează la o presiune scăzută a sistemului.

Injectorul unui sistem de injecţie common rail este alcătuit dintr-o duză, un dispozitiv de acţionare pentru injectoarele Piezo sau o supapă electromegnetică pentru injectoarele cu supapă electromegnetică, precum şi conexiuni hidraulice şi electrice pentru acţionarea acului duzei. Pentru fiecare cilindru al motorului este montat un injector, şi conectat la rampa comună prin intermediul unei conducte de înaltă presiune. Injectorul este controlat de unitatea de comandă electronică(ECU). Aceasta asigură deschiderea sau închiderea acului duzei de către dispozitivul de acţionare. Injectoarele cu dispozitive de acţionare Piezo funcţionează cu un nivel de zgomot deosebit de redus. Ambele variante asigură durate de comutare extrem de mici şi asigură o pre-injecţie, o injecţie principală şi o injecţie secundară, pentru a face posibila arderea eficientă a combustibilului, cu emisii reduse, în fiecare moment de funcţionare.

Unitatea de comandă electronica (calculatorul de injectie) ECU controleaza numărul de injecții, cantitatea de combustibil injectată și durata fiecărei injecții. În funcție de regimul de funcționare al motorului (dat de poziția pedalei de accelerație și turație) și de modul de combustie (normal sau regenerare filtru) calculatorul de injecție decide numărul de injecții pe ciclu. La turații și sarcini mici se efectuează injecția cu cele mai multe secvențe, iar la turații mari, datorită timpului scurt de efectuare al arderii, injecția se efectuează într-o singură secvență.

Supapele electromagnetice sau piezoelectrice fac posibil un control foarte exact al injectoarelor privind controlul timpului de injectie si al cantitatii de combustibil in conditiile de inalta presiune asigurate de tehnologia common rail prin aceasta asigurandu-se o foarte buna atomizare a combustibilului. Pentru reducerea zgomotului motorului, calculatorul comanda divizarea injectiei de motorina in mai multe faze, o cantitate mica de combustibil este injectata inaintea injectiei principale prin aceasta reducandu-se explozia si vibratiile. Unele sisteme common rail performante realizeaza cinci injectii pe cursa din care: o injectie principala prin care se asigura obtinerea cuplului motor; doua preinjectii (numite pilot 1 si pilot 2) cu rolul de a reduce zgomotul, a usura pornirea la rece, a reduce formarea de particule poluante; doua postinjectii (numite post injectie si post injectie tarzaie) cu rolul de a reduce emisiile poluante prin prelungirea procesului de ardere.

Din 1997 pana in prezent Bosch a ajuns la a 4-a generatie de Common Rail cunoscand o evolutie a presiunii de injectie de la cea initiala de 1350 bar la mai mult de 2000 bar.

Legislatia viitoare referitoare la emisia de noxe va influenta fabricarea motoarelor Diesel. Noxe cat mai reduse cu performante ale motorului cat mai inalte, nivel de zgomot redus, consum de combustibil mic la un cost cat mai atractiv sunt obiectivele in dezvoltarea motoarelor. Sistemul de injectie poate fi cheia atingerii acestor obiective.

Acronime utilizate de producatori pentru a indica ca masinile lor au motoare diesel cu sisteme Common Rail

• BMW : d ;
• Chevrolet : VCDi
• Citroën: HDI
• Fiat Group (Fiat, Alfa Romeo and Lancia): JTD
• Ford Motor Company: TDCi
• Honda: i-DTEC
• Hyundai si Kia: CRDi
• Jeep: CRD
• Mazda: MZR-CD
• Mercedes-Benz: CDI
• Mitsubishi: DI-D
• Opel: CDTI
• PSA Peugeot Citroën: HDI
• Renault si Nissan: dCi
• Subaru: TD sau D
• Toyota: D-4D
• Volkswagen Group : TDI