Technologia silników wysokoprężnych common rail czwartej generacji

DENSO jest światowym liderem technologii silników wysokoprężnych. W 1991 roku firma wprowadziła na rynek pierwsze ceramiczne świece żarowe na oryginalne wyposażenie (OE), a w 1995 roku pojawił się pierwszy system common rail DENSO. Dzięki naszemu doświadczeniu i wiedzy producenci pojazdów na całym świecie mogą tworzyć coraz bardziej responsywne, wydajne i niezawodne pojazdy.

Jedną z kluczowych cech układu common rail, która odegrała znaczącą rolę w zapewnieniu jego coraz większej wydajności, jest fakt, że pracuje on z paliwem pod wysokim ciśnieniem. Wraz z rozwojem technologii i poprawą osiągów silnika rosło ciśnienie paliwa w układzie: od 120 megapaskali (MPa) lub 1200 barów w układzie pierwszej generacji, do 250 MPa w obecnej, czwartej generacji systemów common rail. Kolejne generacje systemów common rail przynosiły dramatyczną poprawę wydajności. W ciągu 18 lat, które dzielą pierwszą generację od obecnej, czwartej generacji, zużycie paliwa spadło o 50%, emisje zredukowano o 90%, a moc silnika wzrosła o 120%.

Wysokociśnieniowe pompy wtryskowe

Aby działać skutecznie przy tak wysokim ciśnieniu, układ common rail opiera się na trzech istotnych elementach: pompie wtryskowej, wtryskiwaczach i układach elektronicznych, które oczywiście rozwijały się z każdą generacją. Oryginalne pompy wtryskowe HP2, stosowane głównie w segmencie samochodów osobowych pod koniec lat 90. XX wieku, miały kilka wcieleń, zanim 20 lat później stały się pompami HP5 używanymi dzisiaj. W dużej mierze napędzane przez pojemność silnika, są dostępne w wersjach jednocylindrowych (HP5S) lub dwucylindrowych (HP5D). Wielkość wtrysku jest kontrolowana przez zawór sterujący, który zapewnia utrzymanie przez pompę optymalnego ciśnienia, niezależnie od obciążenia silnika. Oprócz pompy HP5 stosowanej w samochodach osobowych i pojazdach użytkowych o mniejszej pojemności istnieje również pompa HP6 przeznaczona do silników o pojemności od sześciu do ośmiu litrów oraz pompa HP7 do silników o jeszcze większej pojemności.

Wtryskiwacze paliwa

Na przestrzeni lat funkcja wtryskiwacza paliwa nie uległa zmianie, ale złożoność procesu dostarczania paliwa już tak, i to znacznie – szczególnie w zakresie rozpylania i rozproszenia kropel paliwa w komorze, aby zmaksymalizować wydajność spalania. Największym zmianom podlega jednak sposób kontrolowania wtryskiwaczy paliwa.

Ponieważ światowe normy emisji spalin stają się coraz bardziej rygorystyczne, w pełni mechaniczne wtryskiwacze ustąpiły miejsca wtryskiwaczom elektromagnetycznym sterowanym elektrozaworem, które współpracują z zaawansowaną elektroniką w celu poprawy wydajności, a tym samym zmniejszenia emisji silnika. Wraz z rozwojem układu common rail ewoluował również wtryskiwacz – aby spełnić najnowsze normy emisji spalin, sterowanie musiało stać się jeszcze bardziej precyzyjne: koniecznością stała się reakcja w mikrosekundach. Doprowadziło to do opracowania piezoelektrycznych wtryskiwaczy paliwa.

Zamiast polegać na dynamice elektromagnetycznej, wtryskiwacze te są wyposażone w kryształy piezoelektryczne, które pod wpływem prądu elektrycznego rozszerzają się, powracając do swoich pierwotnych rozmiarów dopiero przy braku sygnału elektrycznego. Rozszerzanie i kurczenie odbywa się w ciągu mikrosekund. Dzięki niezwykle szybkiemu działaniu wtryskiwacze piezoelektryczne mogą wykonać więcej wtrysków na skok cylindra niż wtryskiwacze sterowane elektrozaworem, przy wyższym ciśnieniu paliwa, co jeszcze bardziej poprawia wydajność spalania.

Układy elektroniczne

Ostatnią składową układu common rail jest elektroniczne zarządzanie procesem wtrysku, który – obok analizy wielu innych parametrów – jest tradycyjnie mierzony za pomocą czujnika ciśnienia, z którego informacje są przekazywane do ECU. Pomimo rozwoju technologii czujniki ciśnienia paliwa mogą jednak nadal zawodzić, powodując pojawienie się kodów DTC, a w skrajnych przypadkach nawet całkowite wyłączenie zapłonu. W rezultacie DENSO opracowało bardziej dokładne, alternatywne rozwiązanie – ciśnienie w układzie wtrysku paliwa jest mierzone za pomocą czujnika wbudowanego w każdy wtryskiwacz.

Oparta na systemie sterowania w pętli zamkniętej, technologia i-ART (Intelligent–Accuracy Refinement Technology) DENSO to samouczący się wtryskiwacz wyposażony we własny mikroprocesor, który umożliwia autonomiczne dostosowanie wielkości i czasu wtrysku paliwa do optymalnych poziomów i przekazuje te informacje do ECU silnika. Umożliwia to ciągłe monitorowanie i dostosowywanie wtrysku paliwa do spalania w każdym z cylindrów, a także samokompensację przez cały okres eksploatacji. i-ART to rozwiązanie, które DENSO stosuje nie tylko we wtryskiwaczach piezoelektrycznych czwartej generacji, ale także w wybranych wtryskiwaczach z zaworem elektromagnetycznym tej samej generacji.

Połączenie wyższego ciśnienia wtrysku i technologii i-ART to przełom, który pomaga zmaksymalizować osiągi silnika i zmniejszyć zużycie energii, zapewniając bardziej zrównoważone środowisko pracy i napędzając kolejny etap ewolucji silników Diesla.

Rynek części zamiennych

Jedną z głównych implikacji tego nieustającego rozwoju dla europejskiego niezależnego rynku części zamiennych jest to, że chociaż opracowywane są narzędzia i techniki naprawcze dla autoryzowanej sieci naprawczej DENSO, obecnie nie ma praktycznej opcji naprawy pomp wtryskowych lub wtryskiwaczy czwartej generacji.

Dlatego, chociaż serwis i naprawa systemów common rail czwartej generacji może i powinna być podejmowana przez specjalistów z niezależnego rynku wtórnego, obecnie nie można naprawiać pomp wtryskowych ani wtryskiwaczy, które uległy awarii. Należy je wymienić na nowe części o takiej samej jakości jak te dostarczane przez renomowanych producentów, na przykład DENSO.