Kulturalne diesle, czyli jak działa Common Rail

Common Rail w wolnym tłumaczeniu oznacza wspólną szynę. Układ został opracowany przez FIATa i wprowadzony do samochodów osobowych w 1997 roku. Pierwsze były modele Alfa Romeo z silnikami JTD drugiej generacji, które spełniały normę EURO 3.

W samochodach marki FIAT, technologia ta stosowana jest w silnikach o oznaczeniu JTD oraz MultiJet. Pomimo tego, że mniej więcej w tym samym okresie Volkswagen zainwestował w rozwój silników wysokoprężnych z wtryskiem zasilanym pompowtryskiwaczami, to obecnie w najnowszych samochodach koncernu VAG, silniki Diesla również korzystają z technologii opartej na Common Rail.

W tradycyjnych silnikach Diesla paliwo jest dostarczane do cylindrów tylko w określonych momentach. Ciśnienie wytwarzane przez pompę sekcyjną lub rozdzielaczową, zależne jest od obrotów wału korbowego. Wraz ze wzrostem obrotów, rośnie dawka paliwa, co w przypadku silników z pompą sekcyjną jest korygowane przez korektor dawki paliwa. W przeciwnym wypadku silnik charakteryzowałby się niestatecznością obrotów.

Najprościej mówiąc, głównym problemem tego typu jednostek wysokoprężnych jest niemożność utrzymania stałego ciśnienia paliwa. Co więcej, nie ma możliwości dynamicznego sterowania kątem wyprzedzenia wtrysku paliwa w czasie. Ciśnienie w komorze spalania narasta gwałtownie i stąd bierze się charakterystyczny "klekot".

W silnikach z systemem Common Rail, wtrysk nie jest zależny od obrotów wału korbowego czy też rozmieszczenia cylindrów. Paliwo tłoczone jest przez  pompę wysokociśnieniową, które transportuje paliwo do specjalnego akumulatora zasilającego. Ma on postać listwy czy też szyny, przypominającej rurę, umieszczonej nad głowicą silnika wzdłuż cylindrów. Ciśnienie w tym "przewodzie" utrzymywane jest na poziomie 1300-1600 bar zależnie od generacji zastosowanego układu Common Rail. Jeśli ciśnienie przekracza pewien określony poziom, to jego nadmiar wraca do zbiornika.

Otwieranie i zamykanie wtryskiwacza odbywa się elektronicznie. Teoretycznie wtrysk odbywa się w 3 fazach. Najpierw odbywa się tzw. "przedwtrysk", podawana jest dawka pilotująca tuż przed osiągnięciem górnego maksymalnego położenia tłoka. To dzięki niej praca silnika jest bardziej miękka, łagodna. Wcześniejsze odparowanie i zapłon tej dawki umożliwia spokojniejsze spalenie się głównej dawki. Ciśnienie w cylindrze nie narasta tak gwałtownie jak ma to miejsce w tradycyjnych dieslach. Następnie inicjowana jest dawka właściwa.

Po niej następuje dawka dopalająca. Ta akurat korzystnie wpływa na ekologię silnika. Podnosi temperaturę spalin dzięki czemu katalizator nagrzewa się szybciej, a praca filtra cząstek stałych jest bardziej wydajna. Zależnie od zastosowanej generacji układu Common Rail, wtrysk może odbywać się nawet w 7 etapach. Liczba ta nie musi być stała i zmienia się zależnie od obciążenia silników, obrotów i innych warunków pracy.

Ogólnie rzecz biorąc, silniki wysokoprężne z systemem Common Rail mają wszystkie zalety diesli i są pozbawione większości wad występujących w tradycyjnych układach wtryskowych. Niestety wiąże się to również z nieco droższą eksploatacją. Bardzo ważne jest stosowanie dobrej jakości oleju napędowego, jako że wtryskiwacze pracują pod dużym ciśnieniem, a ich praca jest bardzo precyzyjna. Każde zanieczyszczenie może prowadzić do ich uszkodzenia. Ceny części do silników z Common Rail także nie należą do najniższych.

Mimo to posiadają szereg zalet, które skłaniają klientów do kupna samochodu właśnie z takim układem. Przede wszystkim charakteryzują się mniejszym zużyciem paliwa (choć jest to sprawa dyskusyjna zważywszy na fakt występowania "przedwtrysków" i "powtrysków") i mniejszą emisją spalin. Dzięki dużej dowolności w elektronicznym sterowaniu wtryskiem, silniki z Common Rail mogą spełniać najnowsze normy spalin.

Z technicznego punktu widzenia, dzięki Common Rail paliwo jest lepiej spalane, a silnik ma wyższą sprawność termodynamiczną. Wspomniana na początku kultura pracy, jest także oczywiście znacznie wyższa nawet od jednostek wysokoprężnych zasilanych pompowtryskiwaczami. A o tej technologii, napiszę już wkrótce.