Common rail -dieselmoottoreita pidetään taloudellisina ja suhteellisen ympäristöystävällisinä. Tässä artikkelissa kerrotaan, miten dieselmoottoreiden nykyaikainen ruiskutusjärjestelmä toimii ja mitä etuja sillä on.
Mitä Common rail tarkoittaa dieselissä?
Sanan ”common rail” kirjaimellinen käännös on ”yhteinen kisko”. Dieselissä tämä kisko on jakoputki. Kaikki ruiskutussuuttimet, niin sanotut injektorit, on liitetty ruiskutuspumppuun ja toisiinsa tämän putken kautta. Vapaa käännös dieselmoottorin osalta olisi siis periaatteessa ”yhteinen jakeluputki”.
Miten tämä järjestelmä toimii?
Dieselmoottorin Common rail -ruiskutusjärjestelmä koostuu useista kokonaisuuksista ja komponenteista. Polttoainesäiliössä oleva matalapaineinen polttoainepumppu pumppaa dieselin polttoainesuodattimen kautta moottorissa olevaan korkeapainepumppuun. Polttoaineen annosteluventtiili säätää korkeapainepumppuun syötettävän polttoaineen määrän tarpeen mukaan.
Tässä ruiskutusjärjestelmässä korkeapainepumppu on yleensä kytketty moottoriin. Pumpun suorituskyky on suunniteltu siten, että polttoainetta on aina riittävästi ja riittävän korkeassa paineessa moottorin toimintatilasta riippumatta. Korkeapainepumppu tuottaa jopa 3 000 baarin paineen jakoputkessa. Paine on sama koko järjestelmässä. Painetta ohjataan moottorin ohjausyksikköön liitetyllä paineanturilla. Tarvittaessa paineenrajoitin vapauttaa jakoputken ja syöttää ylimääräisen polttoaineen takaisin säiliöön.
Jakoputki toimii paineakkuina ja polttoainesäiliönä ruiskutuksen aikana. Näin korkeapainepumpun aiheuttamat painevaihtelut järjestelmässä voidaan tasata. Common rail -ruiskutusjärjestelmiä kutsutaan siksi myös akkuruiskutukseksi.
Moottorin ohjausyksikkö ohjaa ruiskutussuuttimia, jotka ruiskuttavat polttoaineen sylintereihin. Common rail -dieselissä sekä ruiskutusmäärää että ruiskutusajoitusta voidaan ohjata elektroniikan avulla erikseen kullekin sylinterille. Korkea paine sumuttaa ruiskutetun polttoaineen erittäin hienoksi. Hienojakoinen sumutus luo lukemattomia pisaroita, joilla on suuri pinta-ala ja jotka mahdollistavat siten optimaalisen palamisen.
Polttoaineen ruiskutus
Common rail -dieselmoottorissa polttoainetta ei ruiskuteta kerralla, vaan se jaetaan useisiin vaiheisiin – esiruiskutukseen, pääruiskutukseen ja jälkiruiskutukseen.
Esiruiskutuksella varmistetaan moottorin tasainen käynti. Koska aluksi ruiskutettavan polttoaineen määrä on suhteellisen pieni, palaminen Common rail -dieselmoottorissa on tasaisempaa. Dieselmoottorille tyypillinen naulaaminen vähenee ja moottori rasittuu vähemmän. Common rail -diesel toimii paljon tasaisemmin kuin muut dieselmoottorit.
Tämän jälkeinen pääruiskutus voidaan myös jakaa kahteen vaiheeseen. Tätä seuraa yleensä niin sanottu jälkiruiskutus. Polttoaineen jälkiruiskutuksen tarkoituksena on vähentää nokea moottorissa ja SCR-katalysaattoreiden tapauksessa vähentää NOx-arvoja. Jälkiruiskutusta käytetään usein myös dieselhiukkassuodattimien polttamiseen. Common rail -dieselmoottorissa näitä ruiskutusvaiheita voidaan ohjata erikseen kullekin sylinterille moottorin käyttötilanteen mukaan.
Mitkä ovat Common rail -dieselin edut?
Common rail -diesel tarjoaa useita etuja verrattuna muihin ruiskutusjärjestelmiin, kuten pumppusuutinjärjestelmään tai vanhoihin esikammiodieseleihin. Tämän järjestelmän etuja ovat:
- pienempi polttoaineenkulutus korkean hyötysuhteen ansiosta
- suhteellisen ympäristöystävällinen vähäisten epäpuhtauspäästöjen ansiosta
- hiljainen toiminta, moottorin tasainen käynti
- suuri vääntömomentti ja suuri teho
- hiukkassuodattimien helppo puhdistettavuus jälki-istutuksen ansiosta
- alhaisemmat järjestelmäkustannukset 6- ja 8-sylinterisissä dieselmoottoreissa
Rakenteensa vuoksi Common rail -dieselin ruiskutus on edullisempi tietystä sylinterimäärästä alkaen kuin esimerkiksi pumppusuutinruiskutus. Pumppusuutinruiskutuksessa jokaisella ruiskutussuuttimella on oma pumppunsa, jota ohjataan nokka-akselista erillään. Common-rail -ruiskutusjärjestelmässä ei ole kustannusten kannalta suurta merkitystä sillä, onko jakoputkeen liitetty 4, 6 vai 8 sylinterin ruiskutussuuttimet.
Mitkä ovat Common rail -dieselin haitat?
Kuten jokaisella järjestelmällä, tälläkin järjestelmällä ei ole vain etuja. Siinä on myös muutamia haittoja. Tämän järjestelmän tärkeimmät haitat ovat:
- vaadittava korkea polttoaineen laatu
- suuttimet ovat herkkiä epäpuhtauksille
- korjaukset ovat aikaa vieviä ja kalliita
- polttoainesuodattimet on vaihdettava useammin
Common rail -dieselissä huomaat heti, jos polttoaine ei ole moottorin vaatimaa laatua. Moottori käy epätasaisesti ja suorituskyky laskee. Yksi suurimmista heikkouksista on kuitenkin ruiskutussuuttimien herkkyys epäpuhtauksille. Siksi on tärkeää vaihtaa polttoainesuodatin säännöllisesti common rail -dieseliin valmistajan ohjeiden mukaisesti. Tukkeutuneiden ruiskutussuuttimien korjaaminen tai vaihtaminen on kallista.
ETH Zürichistä Fiatiin ja Boschiin – Common rail -dieselin lyhyt historiaa
Jo 1970-luvun puolivälissä Zürichin ETH:n eri tutkimushankkeissa kehitettiin common-rail -ruiskutusta. Ensimmäinen ajoneuvo, joka lähti maailmanlaajuisesti liikenteeseen common rail -dieselillä, oli Nordhausenissa sijaitsevan VEB IFA Motorenwerken IFA W50 -kuorma-auto. Entisen DDR:n suurin kuorma-autovalmistaja käytti common rail -dieseliä ensimmäistä kertaa, mutta sitä ei ollut keksitty. Tuolloin common rail -tekniikkaa kutsuttiin ”elektroniseksi dieselin ruiskutusjärjestelmäksi”. Tätä tekniikkaa ei kuitenkaan koskaan tuotettu sarjatuotantona DDR:ssä kustannussyistä.
Muutamaa vuotta myöhemmin, vuonna 1993, Fiat esitteli ensimmäisen prototyypin, jossa käytettiin tätä ruiskutustekniikkaa. Fiatilla oli kuitenkin ongelmia tuotannon toleranssien kanssa, ja se perui hankkeen. Vuoden 1993 lopussa patentit ostettiin Boschilta, ja common rail -tekniikkaa kehitettiin edelleen. Nykyään Alfa Romeo 156 JTD -mallia vuodelta 1997 pidetään ensimmäisenä tuotantoautona, jossa oli Boschin Common Rail -dieselin ruiskutus, ja ensimmäinen Mercedes, jossa oli tämä ruiskutustekniikka, oli 220 CDI -malli vuodelta 1998.
