Característiques del dispositiu i avantatges del sistema de combustible Common Rail

En els vehicles moderns s’utilitzen sistemes d’injecció de combustible. Si abans aquesta modificació només es feia a les unitats de potència dièsel, avui en dia molts motors de gasolina reben un dels tipus d’injecció. Es descriuen detalladament a una altra ressenya.

Ara ens centrarem en el desenvolupament, que es diu Common Rail. Vegem com va aparèixer, quina és la seva peculiaritat i quins són els seus avantatges i desavantatges.

Què és el sistema de combustible Common Rail?

El diccionari tradueix el concepte de Common Rail com a "sistema de combustible acumulador". La seva peculiaritat és que una part del combustible dièsel s’extreu d’un dipòsit on el combustible es troba a alta pressió. La rampa es troba entre la bomba d'injecció i els injectors. La injecció es realitza mitjançant l’obertura de la vàlvula de l’injector i s’allibera el combustible a pressió al cilindre.

Aquest tipus de sistema de combustible és l’últim pas en l’evolució dels motors propulsors dièsel. En comparació amb l’equivalent a la gasolina, el gasoil és més econòmic, ja que el combustible s’injecta directament al cilindre i no al col·lector d’admissió. I amb aquesta modificació, l’eficiència de la unitat de potència augmenta significativament.

La injecció de combustible Common Rail ha millorat l’eficiència del cotxe un 15%, en funció de la configuració del mode de funcionament del motor de combustió interna. En aquest cas, normalment un efecte secundari de l'economia del motor és una disminució del seu rendiment, però en aquest cas, la potència de la unitat, al contrari, augmenta.

La raó d'això rau en la qualitat de la distribució de combustible a l'interior del cilindre. Tothom sap que l’eficiència d’un motor depèn directament no tant de la quantitat de combustible entrant com de la qualitat de la seva barreja amb l’aire. Atès que durant el funcionament del motor, el procés d'injecció té lloc en qüestió de fraccions de segon, és necessari que el combustible es barregi amb l'aire el més ràpidament possible.

L’atomització de combustible s’utilitza per accelerar aquest procés. Com que la línia que hi ha darrere de la bomba de combustible té una pressió elevada, el gasoil s’escorre a través dels injectors de manera més eficient. La combustió de la mescla aire-combustible es produeix amb una major eficiència, a partir de la qual el motor demostra un augment de l’eficiència diverses vegades.

Història

La introducció d’aquest desenvolupament va ser l’enduriment de les normes ambientals per als fabricants de cotxes. Tot i això, la idea fonamental va aparèixer a finals dels anys 60 del segle passat. El seu prototip va ser desenvolupat per l'enginyer suís Robert Huber.

Una mica més tard, aquesta idea va ser finalitzada per un empleat de l'Institut Federal Suís de Tecnologia, Marco Ganser. Aquest desenvolupament va ser utilitzat pels empleats de Denzo i va crear un sistema ferroviari de combustible. La novetat ha rebut el nom senzill de Common Rail. En els darrers anys de la dècada de 1990, el desenvolupament va aparèixer en vehicles comercials en motors EDC-U2. Els camions Hino (model Rising Ranger) van rebre aquest sistema de combustible.

El 95è any, aquest desenvolupament també va passar a estar disponible per a altres fabricants. Els enginyers de cada marca van modificar el sistema i el van adaptar a les característiques dels seus propis productes. Tot i això, Denzo es considera pionera en l'aplicació d'aquesta injecció en automòbils.

Aquesta opinió és discutida per una altra marca, FIAT, que el 1987 va patentar un prototip de motor dièsel d'injecció directa (model Chroma TDid). El mateix any, els empleats de la companyia italiana van començar a treballar en la creació de la injecció electrònica, que té un principi de treball similar amb un ferrocarril comú. És cert que el sistema es va anomenar UNIJET 1900cc.

La variant d'injecció moderna funciona amb el mateix principi que el desenvolupament original, independentment de qui es consideri el seu inventor.

Construcció

Penseu en el dispositiu d'aquesta modificació del sistema de combustible. El circuit d'alta pressió consta dels elements següents:

• Una línia capaç de suportar l’alta pressió, moltes vegades la relació de compressió del motor. Es fabrica en forma de tubs d’una sola peça als quals estan connectats tots els elements del circuit.
• La bomba d'injecció és una bomba que crea la pressió necessària al sistema (en funció del mode de funcionament del motor, aquest indicador pot superar els 200 MPa). Aquest mecanisme té una estructura complexa. En el seu disseny modern, el seu treball es basa en un parell d’èmbol. Es descriu detalladament a una altra ressenya... També es descriu el dispositiu i el principi de funcionament de la bomba de combustible per separat.
• Un rail de combustible (rail o bateria) és un petit dipòsit de parets gruixudes on s’acumula combustible. Els injectors amb atomitzadors i altres equips s’hi connecten amb l’ajut de les línies de combustible. Una funció addicional de la rampa és amortir les fluctuacions del combustible que es produeixen durant el funcionament de la bomba.
• Regulador i sensor de pressió de combustible. Aquests elements permeten controlar i mantenir la pressió desitjada al sistema. Com que la bomba funciona constantment mentre el motor funciona, bombeja constantment gasoil a la línia. Per evitar que esclati, el regulador descarrega el mitjà de treball sobrant a la línia de retorn, que està connectada al tanc. Per obtenir detalls sobre el funcionament del regulador de pressió, vegeu aquí.
• Els injectors subministren la part necessària de combustible als cilindres de la unitat. Els desenvolupadors de motors dièsel van decidir col·locar aquests elements directament a la culata. Aquest enfocament constructiu va permetre resoldre simultàniament diversos problemes difícils. En primer lloc, minimitza les pèrdues de combustible: al col·lector d'admissió del sistema d'injecció multipunt, queda una petita part del combustible a les parets del col·lector. En segon lloc, un motor dièsel no s’encén per una bufanda i no per una espurna, com en un motor de gasolina; el seu número d’octans no permet l’ús d’aquesta ignició (quin és el aquí). El pistó comprimeix l'aire fortament quan es realitza la carrera de compressió (ambdues vàlvules estan tancades), fent que la temperatura del medi pugi a diversos centenars de graus. Tan bon punt el broquet atomitza el combustible, s’encén espontàniament per l’alta temperatura. Com que aquest procés requereix una precisió perfecta, els dispositius estan equipats amb electrovàlvules. Són activats per un senyal de l'ECU.
• Els sensors controlen el funcionament del sistema i envien els senyals adequats a la unitat de control.
• L’element central de Common Rail és l’ECU, que se sincronitza amb el cervell de tot el sistema incorporat. En alguns models de cotxes, està integrat a la unitat de control principal. L’electrònica pot registrar no només el rendiment del motor, sinó també d’altres components del cotxe, a causa dels quals es calcula amb més precisió la quantitat d’aire i combustible, així com el moment de polvorització. L’electrònica està programada de fàbrica. Tan bon punt l'ECU rep la informació necessària dels sensors, l'algorisme especificat s'activa i tots els actuadors reben l'ordre adequat.
• Qualsevol sistema de combustible té un filtre a la seva línia. S'instal·la davant de la bomba de combustible.

Un motor dièsel equipat amb aquest tipus de sistema de combustible funciona segons un principi especial. A la versió clàssica, s’injecta tota la porció de combustible. La presència d’un acumulador de combustible permet distribuir una porció en diverses parts mentre el motor realitza un cicle. Aquesta tècnica s’anomena injecció múltiple.

La seva essència es resumeix en el fet que abans de subministrar-se la quantitat principal de gasoil es fa una injecció preliminar que escalfa encara més la cambra de treball i també augmenta la pressió. Quan la resta de combustible s’aspara, s’encén de manera més eficient, cosa que proporciona al parell ICE un parell elevat fins i tot quan la RPM és baixa.

Depenent del mode de funcionament, part del combustible es subministrarà una o dues vegades. Quan el motor està al ralentí, el cilindre s’escalfa mitjançant una doble pre-injecció. Quan la càrrega augmenta, es realitza una pre-injecció que deixa més combustible per al cicle principal. Quan el motor funciona a la càrrega màxima, no es realitza cap preinjecció, sinó que s’utilitza tota la càrrega de combustible.

Perspectives de desenvolupament

Val a dir que aquest sistema de combustible s’ha millorat a mesura que augmenta la compressió de les unitats de potència. Avui, la quarta generació de Common Rail ja s’ofereix als propietaris de vehicles. En ell, el combustible es troba sota una pressió de 4 MPa. Aquesta modificació està instal·lada als cotxes des del 220.

Les tres generacions anteriors tenien els següents paràmetres de pressió:

1. Des del 1999, la pressió del ferrocarril ha estat de 140 MPa;
2. El 2001, aquesta xifra va augmentar en 20MPa;
3. Després de 4 anys (2005), els cotxes van començar a equipar-se amb la tercera generació de sistemes de combustible, que eren capaços de crear una pressió de 180 MPa.

L’augment de la pressió a la línia permet la injecció d’un major volum de gasoil en el mateix període de temps que en desenvolupaments anteriors. En conseqüència, això augmenta la gola del cotxe, però augmenta sensiblement l’augment de potència. Per aquest motiu, alguns models restil·lats reben un motor idèntic a l’anterior, però amb paràmetres augmentats (es descriu la diferència del restyling del model de la següent generació per separat).

La millora de l'eficiència d'aquesta modificació es duu a terme gràcies a l'electrònica més precisa. Aquest estat de coses ens permet concloure que la quarta generació encara no és el cim de la perfecció. No obstant això, l'augment de l'eficiència dels sistemes de combustible és provocat no només pel desig dels fabricants d'automòbils de satisfer les necessitats dels automobilistes econòmics, sinó principalment per l'augment dels estàndards ambientals. Aquesta modificació proporciona una millor combustió del motor dièsel, gràcies a la qual el cotxe és capaç de passar el control de qualitat abans de sortir de la línia de muntatge.

Avantatges i desavantatges de Common Rail

La moderna modificació d’aquest sistema va permetre augmentar la potència de la unitat polvoritzant més combustible. Atès que als fabricants d’automòbils moderns s’instal·len un gran nombre de tota mena de sensors, l’electrònica va començar a determinar amb més precisió la quantitat de combustible dièsel necessària per fer funcionar el motor de combustió interna en un mode específic.

Aquest és el principal avantatge del common rail respecte a les modificacions clàssiques del vehicle amb injectors unitaris. Un altre avantatge a favor d’una solució innovadora és que és més fàcil de reparar, ja que té un dispositiu més senzill.

Els desavantatges inclouen l’elevat cost de la instal·lació. També requereix combustible de més qualitat. Un altre desavantatge és que els injectors tenen un disseny més complex, de manera que tenen una vida laboral més curta. Si algun d’ells falla, la vàlvula que hi ha estarà oberta constantment, cosa que trencarà l’estanquitat del circuit i el sistema s’aturarà.

Al vídeo següent es detallen més detalls sobre el dispositiu i les diferents versions del circuit de combustible d'alta pressió:

Principi de funcionament dels components del circuit de combustible del sistema Common Rail. Part 2

Preguntes i respostes:

Quina és la pressió sobre el Common Rail? Al carril de combustible (tub acumulador), el combustible es subministra a baixa pressió (des del buit fins a 6 atm.) I al segon circuit a alta pressió (1350-2500 bar).

Quina diferència hi ha entre el Common Rail i la bomba de combustible? En els sistemes de combustible amb una bomba d'alta pressió, la bomba distribueix immediatament el combustible als injectors. En el sistema Common Rail, el combustible es bombeja a un acumulador (tub) i des d'allà es distribueix als injectors.

Qui va inventar el Common Rail? A finals de la dècada de 1960 va aparèixer un prototip de sistema de combustible common rail. Va ser desenvolupat pel suís Robert Huber. Posteriorment, la tecnologia va ser desenvolupada per Marco Ganser.