Jeszcze nie tak dawno silniki wysokoprężne kojarzone były przede wszystkim z głośnym klekotem, a samochody z tą jednostką żartobliwie porównywano do traktorów. Obecnie dzięki znacznemu postępowi technologicznemu w dziedzinie motoryzacji, inżynierom udało się opracować nowoczesne układy wtrysku oleju napędowego do silnika, które pozwoliły raz na zawsze oderwać tę łatkę od aut z silnikiem Diesla. Dzięki systemom takim jak Common Rail współczesne Diesle charakteryzuje wysoka kultura pracy, która porównywana jest nawet z silnikami benzynowymi. Czym dokładnie jest system Common Rail i co zmienił? O tym w dzisiejszym artykule.

Spis treści:

Historia silnika Diesla - od tego się zaczęło.

Co to jest Common Rail?

Budowa i działanie układu wtryskowego Common Rail

Kilka słów o wtryskiwaczach Common Rail

Zalety i wady układu Common Rail

Układ Common Rail obecnie

Historia silnika Diesla - od tego się zaczęło

Rozważając na temat jednego z najbardziej przełomowych usprawnień silników wysokoprężnych, nie można nie wspomnieć krótko o historii samego silnika Diesla. A jego historia rozpoczyna się już w 1893 roku, kiedy to Rudolf Diesel tworzy pierwszy silnik z zapłonem samoczynnym, na który otrzymuje również patent. Konstrukcja jednostki napędowej jego pomysłu w stosunku do ówczesnych silników benzynowych uchodzi za mniej skomplikowaną, a co najważniejsze, tańszą w użytkowaniu. Niestety pomimo swoich wyraźnych zalet, przełomowy silnik Diesla musiał ustąpić jednostce benzynowej, przynajmniej w odniesieniu do rynku motoryzacyjnego. Pierwsze silniki Diesla bardzo chętnie wykorzystywano bowiem w lokomotywach, statkach oraz łodziach podwodnych, gdzie duże gabaryty jednostki i jej ospały temperament nie przeszkadzały w codziennym użytkowaniu. Dopiero nieco później, za sprawą opracowanego przez markę Bosch układu wtrysku paliwa, silniki Diesla zaczęto wykorzystywać także w pojazdach ciężarowych. Był to przełomowy moment w historii tego silnika, który doprowadził w 1936 roku do zaprezentowania przez markę Mercedes-Benz pierwszego seryjnie produkowanego samochodu osobowego z silnikiem Diesla (Mercedes-Benz 260D). Od tej pory silniki te coraz chętniej wykorzystywano w samochodach osobowych, gdzie cenione były przede wszystkim za niskie spalanie i niższe koszty eksploatacji. Niestety silniki Diesla miały również wady, do których zaliczano przede wszystkim niską kulturę pracy, a także wysoką emisję szkodliwych związków do atmosfery. Ta ostatnia stała się przedmiotem wielu dyskusji, doprowadzając do powstawania coraz surowszych ograniczeń emisji spalin nakładanych na silniki wysokoprężne. Jednym z systemów opracowanych w latach 90 w celu zwiększenia wydajności silnika Diesla, a także ograniczenia emitowanych przez niego spalin jest wprowadzony przez FIATa system Common Rail, który już w roku 1997 trafił do pierwszych seryjnie produkowanych samochodów osobowych (Alfa Romeo 156 oraz Mercedes klasy C).

Co to jest Common Rail?

Common Rail jest systemem bezpośredniego wtrysku paliwa dla silników wysokoprężnych, który opracowany został przez inżynierów Fiata. Już w 1997 roku trafił on do pierwszych seryjnie produkowanych samochodów tego producenta, a dokładniej do modelu Alfa Romeo 156 i na wiele lat stał się wyznacznikiem standardów przy produkcji silników wysokoprężnych. Nic dziwnego, ponieważ ten wyjątkowy i zaawansowany technologicznie układ zasilania silnika Diesla znacznie poprawił efektywność i sprawność silników wysokoprężnych przy jednoczesnym ograniczeniu emitowanych przez nie zanieczyszczeń. Co więcej, Common Rail znacznie poprawił także kulturę pracy jednostki wysokoprężnej, w dużym stopniu zbliżając ja do silników benzynowych. To właśnie z tych powodów niedługo po Fiacie, który wykorzystywał ten układ w swoich silnikach JTD i Multijet, system Common Rail lub oparte na jego konstrukcji rozwiązania, zaczęli stosować także inni producenci samochodów osobowych.

Budowa i działanie układu wtryskowego Common Rail

Opracowany przez włoskich inżynierów układ wtryskowy Common Rail złożony jest z kilku podstawowych elementów:

Pompy wysokiego ciśnienia
Pompy niskiego ciśnienia
Listwy Common Rail
Wtryskiwaczy
Sterownika

Jego główny element stanowi oczywiście sterownik, który odpowiada za precyzyjne dozowanie oleju napędowego przez wtryskiwacze bezpośrednio do komory spalania. Jak dokładnie działa układ Common Rail? Zasada działania układu Common Rail w silnikach Diesla jest następująca:

Pompa niskiego ciśnienia pobiera paliwo ze zbiornika paliwa.
Paliwo to pod ciśnieniem około 4 bar poprzez filtr paliwa trafia do pompy wysokiego ciśnienia.
Ta z kolei spręża olej napędowy do ciśnienia ok 1600-1800 bar, który następnie wędruje bezpośrednio do listwy wtryskiwaczy (szyny Common Rail)
Z szyny Common Rail olej napędowy poprzez wtryskiwacze trafia pod dużym ciśnieniem bezpośrednio do komory spalania.

Wtrysk paliwa do komory spalania nie jest jednak jednorazowy. W celu poprawienia sprawności jednostki, dokonywany jest on kilkukrotnie w mniejszych dawkach. Aplikacja oleju napędowego do komory spalania dozowana jest bowiem precyzyjnie przez sterownik, w zależności od obecnego położenia cylindra. Pracę wtryskiwaczy w układzie Common Rail podzielić można na podstawowe 3 etapy:

Przedwtrysk - wtrysk dawki wstępnej paliwa tuż przed maksymalnym, górnym położeniem tłoka, powodującej łagodniejszy przebieg spalania dawki głównej.
Dawka główna
Dawka dopalająca - podnosząca temperaturę spalin w celu poprawy wydajności katalizatorów i filtrów DPF.

W czasie jednego cyklu jego pracy system ten może wykonać jednak nawet do 7 wtrysków paliwa, które trwają około 1 ms. Takie rozwiązanie pozwala zachować praktycznie wszystkie zalety użytkowania silników wysokoprężnych, eliminując jednocześnie większość wad stosowanych wcześniej układów wtryskowych.

Mało kto pamięta, że za układ Common Rail odpowiada FIAT - fot. pexels.com

Kilka słów o wtryskiwaczach Common Rail

Układ Common Rail to oczywiście nie tylko listwa wtryskowa. To także same wtryskiwacze, które w układach tego typu podzielić można na dwa rodzaje. Wśród wtrysków Common Rail wyróżnić można bowiem:

Wtryskiwacze elektromagnetyczne
Wtryskiwacze piezoelektryczne

Wtryskiwacze elektromagnetyczne to wtryski Common Rail, których działanie oparte jest na elektromagnesie. W odpowiednim momencie za sprawą sterownika, dostarczone zostaje do nich napięcie, które powoduje otwarcie wtryskiwacza, a co za tym idzie wtryśnięcie oleju napędowego do komory spalania pod wysokim ciśnieniem.

Działanie wtryskiwaczy piezoelektrycznych oparte jest natomiast na siłowniku hydraulicznym i specjalnym materiale pirozoelektrycznym. W tym przypadku dostarczenie do nich napięcia przez sterownik powoduje rozszerzenie się materiału pirozoelektrycznego, co przy wsparciu siłownika hydraulicznego powoduje znacznie szybszy wtrysk paliwa do komory spalania niż w przypadku wtryskiwaczy elektromagnetycznych.

Zastosowanie tego typu wtryskiwaczy wraz z listwą Common Rail pozwoliło znacznie usprawnić działanie jednostki wysokoprężnej, nadając jej wręcz drugie życie.

Zalety i wady układu Common Rail

Wynalezienie innowacyjnego układu Common Rail i jego zastosowanie w silnikach Diesla przyniosło branży motoryzacyjnej wiele korzyści. Należy jednak podkreślić, że opracowany przez markę FIAT układ wtryskowy nie był i nie jest pozbawiony wad. Do najważniejszych zalet technologii Common Rail zaliczyć można przede wszystkim:

Poprawienie wydajności silnika Diesla, prowadzącej do podwyższenia jego mocy.
Zwiększenie sprawności jednostki wysokoprężnej, która przyczynia się do zmniejszenia zużycia paliwa.
Ograniczenie emisji szkodliwych substancji do atmosfery znajdujących się w spalinach, takich jak tlenki azotu i inne cząstki stałe.
Poprawienie kultury pracy silnika wysokoprężnego, poprzez płynniejsze jego działanie i ograniczenie generowanego hałasu.
Zachowanie wysokiego momentu obrotowego charakterystycznego dla jednostek wysokoprężnych.

Wśród wad układu Common Rail stosowanego w silnikach Diesla najczęściej wymienia się natomiast:

Wysoką wrażliwość układu na zanieczyszczenia i paliwa niskiej jakości.
Stosunkowo wysokie koszty ewentualnych napraw układu wtryskowego wynikające z jego skomplikowania.
Wysokie obciążenie wtryskiwaczy Common Rail mogące prowadzić do ich przedwczesnego zużycia.

To właśnie z uwagi na wrażliwość tego układu, do samochodów wyposażonych w system Common Rail zaleca się stosowanie oleju napędowego najwyższej jakości, tankowanego wyłącznie na renomowanych stacjach paliw. Zalecana jest także regularna konserwacja tego układu przy pomocy odpowiednich dodatków do paliwa. Jaki dodatek do Diesla z Common Rail zastosować? Wystarczy regularne użycie jednego z klasycznych dodatków do paliw oferowanych przez znanych producentów chemii motoryzacyjnej, do której należą m.in. marki STP, Kleen Flo, Liqui Moly, czy Tec-2000. Oczywiście do silników wyposażonych w układ Common Rail wykorzystać można także jeden z dedykowanych do tego systemu dodatków, takich jak Liqui Moly Diesel-Systempflege, który skutecznie oczyści i zabezpieczy wtryski i listwę wtryskową przed przedwczesnym zużyciem.

Jednym z pierwszych aut z układem Common Rail była Alfa Romeo 156 – fot. Pexels.com

Układ Common Rail obecnie

Obecnie system wtryskiwaczy Common Rail lub rozwiązania na nim wzorowane, znaleźć można w niemal wszystkich nowoczesnych modelach aut zasilanych silnikiem Diesla. Najpóźniej, bo w roku 2007, do układu tego przekonała się grupa VAG (Volkswagenwerk Aktiengesellschaft). Niemiecki gigant zrzeszający marki samochodów takie jak VW, Audi, Seat, Skoda czy Porsche, kilka lat przed pojawieniem się układu Common Rail opracował bowiem własny system wtryskowy oparty na pompowtryskiwaczach. Z uwagi na lepszą sprawność i wydajność włoskiego rozwiązania został on jednak porzucony na rzecz nowoczesnego układu Common Rail IV generacji, który wykazywał się lepszymi właściwościami niż rozwiązanie opracowane przez grupę VAG. Powszechne wprowadzenie do obiegu silników Diesla z systemem Common Rail wymusiło na producentach olejów opracowanie i wprowadzenie do oferty specjalnych olejów silnikowych. Ich użycie w połączeniu z regularnymi serwisami olejowymi oraz stosowaniem paliw o wysokiej jakości sprawia, że silniki wysokoprężne z układem Common Rail przez długi czas funkcjonują bez większych awarii, ciesząc się tym samym dobrą renomą wśród użytkowników i specjalistów.

A co wy myślicie o silnikach Common Raila? Czy przekonały was one do zakupu Diesla? Dajcie znać w komentarzach!