Common rail – wtrysk w nowoczesnych silnikach wysokoprężnych

Choć Drewno Zamiast Benzyny jest serwisem traktującym głównie o alternatywnych paliwach i odnawialnych źródłach energii, od czasu do czasu staram się tu pisać o technicznych ciekawostkach stosowanych w silnikach spalinowych. To w końcu te ciekawostki wpływają na osiągi silników i ich zużycie paliwa, ale też ograniczają nieco stosowanie paliw alternatywnych do nowoczesnych silników.

Dziś chciałbym napisać o tzw. technologii common rail, czyli nowoczesnym sposobie wtryskiwania paliwa do silników wysokoprężnych (diesla). Pojęcie to nie doczekało się fajnego tłumaczenia na język polski, a w wolnym tłumaczeniu można powiedzieć, że chodzi o jakąś wspólną szynę. Dlatego na łamach tego artykułu będę używać oryginalnej, anglojęzycznej wersji tego pojęcia.

W tradycyjnych silnikach diesla wtrysk paliwa odbywał się za pomocą wtryskiwacza podłączonego bezpośrednio do pompy wtryskowej. Każda pompa wtryskowa tak naprawdę składała się z kilku mniejszych pompek, przypadających po jednej na każdy cylinder i na każdy wtryskiwacz. Paliwo pod ciśnieniem podawane było w momencie wtrysku bezpośrednio do wtryskiwacza.

Takie rozwiązanie było relatywnie proste, ale niosło ze sobą szereg ograniczeń. Najpoważniejszym zdaje mi się niemożność precyzyjnego dawkowania paliwa za pomocą wtryskiwacza. Ten problem rozwiązano stosując pośredni zbiornik z paliwem pod bardzo wysokim ciśnieniem. Ten zbiornik nosi właśnie nazwę common rail.

Powyższa ilustracja przedstawia elementy systemu common rail, a są nimi:

• pompa, która przez cały czas wytwarza bardzo wysokie ciśnienie paliwa (rzędu nawet 2 000 atmosfer!),
• akumulator ciśnienia (właśnie ta wspólna szyna zasilająca wtryskiwacze), czyli zbiornik paliwa pod wysokim ciśnieniem, służący jako bufor dla pracy pompy i wtryskiwaczy,
• wtryskiwacze sterowane elektrycznie (cewką albo piezoelektrycznie), które pozwalają precyzyjnie dawkować paliwo,
• sterownik, który zawiaduje całym procesem wtrysku paliwa do komory spalania.

Zalety systemu common rail

Podstawową zaletą systemu common rail wprost wynikającą z jego konstrukcji jest możliwość precyzyjnego, niemal dowolnego dawkowania paliwa do komory spalania. Dzięki zastosowaniu akumulatora ciśnienia jest ono praktycznie niezmienne w ciągu trwania wtrysku. Z tego względu można równie skutecznie rozpylić paliwo zarówno przed górnym martwym położeniem tłoka (dawka pilotażowa) jak i po nim (dawka właściwa, dawka dopalająca).

Podzielenie całej dawki paliwa na kilka mniejszych dawek (nawet 7 w nowoczesnych systemach common rail II generacji) znacznie ułatwia jej spalanie. Po pierwsze, możliwe jest skuteczniejsze dopalenie paliwa, co skutkuje mniejszymi emisjami sadzy oraz większą mocą i mniejszym zużyciem paliwa. Po drugie, możliwe jest przeprowadzenie wolniejszego, mniej wybuchowego procesu spalania, co przyczynia się do łagodniejszej pracy silnika.

O stosowaniu paliw alternatywnych w silnikach z systemem common rail napiszę w następnym artykule. 😉

Źródło obrazka: log.ae.