Common rail direkte indsprøjtning

Systemet med direkte indsprøjtning common rail eller højtryks direkte indsprøjtning (på engelsk common rail eller DCI for "  Direct Injection Common Rail  ") er en moderne version af dieselmotoren med direkte indsprøjtning . Opfinderen er Fiat-gruppen , hvis patenter er nummeret EP 0385399 A2 (opnået den3. marts 1989) og EP0548916 A1 (opnået den24. december 1991).

Fiat havde allerede markeret sig med Croma TDid, den første sedan i verden, der i 1988 havde fordel af en dieselmotor med direkte indsprøjtning. Men det første personbil, der blev udstyret med en sådan motor, var Toyota Land Cruiser HJ61 4x4 i 1986.

Efter at have indgivet de fælles jernbanepatenter solgte Fiat, der kæmpede, økonomien til Bosch, som derefter var i stand til at levere systemer til mange bilkoncerner. Vi kan citere PSA, Mercedes-Benz, BMW ... Den første personbil, der er udstyret med common-rail, kommer fra Fiat Group, da det er Alfa Romeo 156, der blev præsenteret i efteråret 1997.

Egenskaber

Hovedkarakteristikken ved et common rail- indsprøjtningssystem ligger i nærværelse af en enkelt højtryksakkumulator, som kan gå op til 2200  bar ved fuld belastning for at levere injektorerne. I tidligere motorer, med direkte eller indirekte indsprøjtning, førte en lavtrykspumpe brændstoffet til enhedsinjektorerne gennem en kanal, hvor sidstnævnte drives af en knastaksel.

Common rail- indsprøjtningssystemer bruger hovedsageligt piezoelektriske eller solenoidinjektorer, som tillader meget nøjagtig kontrol af mængden og timingen af ​​brændstofindsprøjtning i hver cylinder. Kontrol af denne type injektor udføres elektrisk og tillod derfor introduktion af databehandling til denne teknologi, hvilket medfører flere fordele.

Da indsprøjtningstrykket gives opstrøms, skal vi tale om "injektionsventil", selvom udtrykket "injektor" stadig bruges.

Magnetventiler eller piezoelektriske injektionsventiler tillader elektronisk kontrol af injektionens varighed og dermed af den nøjagtige mængde brændstof, der skal sprøjtes ind i forbrændingskammeret. Derudover tillader det høje tryk en bedre fordeling af brændselsskyen i hver cylinder. For at reducere motorens driftsstøj indsprøjtes en lille smule brændstof inden hovedindsprøjtningen. Denne løsning, kaldet forinjektion, gør det muligt for brændstoffet at begynde at brænde et bestemt sted i forbrændingskammeret, i modsætning til dieselmotorer, der ikke har det, hvor der er flere ukontrollerede antændelsespunkter. Som et resultat er motorer udstyret med common rail- systemet mere støjsvage og oplever ikke længere tryktoppe og opnår langt mere regelmæssig forbrænding; de tillader en klar reduktion i uforbrændte gasemissioner og forbrug på ca. 15% med en stigning i tjenester på 12% . Forindsprøjtningssystemet gør, at common rail føles meget mere som gnisttændingsmotorer, som traditionelle benzinmotorer.

De mest sofistikerede motorer kan udføre op til otte injektioner pr. Cyklus, de kaldes "  Multijet  ", så navngivet af deres opfinder Fiat og Magneti-Marelli .

Den italienske ingeniør Alessandro Tripodi, fra Fiat / Magneti-Marelli- konsortiet , er opfinderen af common-rail-systemet . Den Alfa Romeo 156 er den første bil i verden at være udstyret med denne revolutionerende system. PSA og Mercedes Benz vil være de første udenlandske producenter, der kan bruge common rail i 1997 et par måneder efter Fiat-gruppen.

Historisk

Motorer med præ- common rail- principper er tidligere blevet brugt i skibs- og jernbanemotorer på nogle lokomotiver. Cooper-Bessemer GN-8-motoren fra 1942 er et typisk eksempel på den bedst kendte hydrauliske common rail- dieselmotor .

• 1930: Princippet om common-rail direkteindsprøjtningsmotor blev udviklet af forskere ved Zürichs polytechnic fra 1930'erne, men det var aldrig blevet brugt på motorer med lille slagvolumen.
• 1960: Prototypen på common rail-systemet blev udviklet i slutningen af ​​1960'erne af den schweiziske Robert Huber. Teknologien blev derefter udviklet af D r Marco Ganser fra ETH Zurich, senere Ganser-Hydromag AG (est. 1995) i Oberägeri.
• 1988-1989: Fiat præsenterer iApril 1988på Turin Motor Show , den første bil udstyret med en direkte indsprøjtning dieselmotor, Fiat Croma TDid . Siden slutningen af ​​1980'erne har ingeniører fra Fiat og Magneti Marelli arbejdet med at tilpasse common rail til dieselmotorer med lille slagvolumen. I 1996 præindustrialiserede de et common rail- system tilpasset bilmotorer. En pumpe, uanset motorhastighed, indsprøjter højtryksdiesel i en ledning, common rail eller manifold, som bliver en hydraulisk akkumulator, dvs. en brændstoftank under tryk klar til at blive indsprøjtet i motorcylindrene.
• 1990-1997: præindustrialiseringen af common rail- systemet begyndte i 1990 i de fælles forsknings- og udviklingslaboratorier for virksomhederne Magneti-Marelli, Centro Ricerche Fiat og Elasis . Udnyttelse af Fiat-gruppens forskning og tidligere erfaringer blev der tildelt en licens i månedenApril 1994til det tyske firma Robert Bosch GmbH, der bruger Fiat-patenter. Efter tredive måneders udvikling udføres masseproduktion og markedsføring af Bosch.
• 1995: Den første succesrige anvendelse i et produktionskøretøj begyndte i Japan i midten af ​​1990'erne. Shohei Itoh og Masahiko Miyaki fra Denso Corporation , en japansk producent af bildele, udviklede common rail-systemet til jernbanebrændstof til tunge køretøjer og gjorde det praktisk brug af det med deres ECD-U2 common rail-system monteret på Hino Ranger Truck og solgt til almindelig brug i 1995. Denso hævder det første kommercielle højtryks common rail-system for lastbiler i 1995.
• 1997: den første bil udstyret med en motor med common rail- systemet markedsføres af Alfa Romeo med 156 .
• Fra 2005 udnyttede VW-koncernen en fornyelse af sit motorsortiment med en reduktion i slagvolumen for sine firecylindrede motorer til gradvis at erstatte TDI-motorer udstyret med "injektor-pumpe" -løsningen ("PDE" på tysk) hvor hver cylinderen er udstyret med denne type produkt. Fraseptember 2008hele gruppens sortiment er udstyret med common rail- teknologi , idet motorerne udstyret med "pumpe-injektor" -systemer ikke er i stand til at overholde Euro 4-forureningsstandarden .
• Moderne periode: Common rail- indsprøjtningssystemer udstyrer alle masseproducerede dieselmotorer, og de fleste er udstyret med tredje generation med 2.500  bar tryk.

Beskrivelse

Et common rail diesel direkte indsprøjtningssystem består af:

• et lavt tryk brændstofpumpe , kaldet booster uafhængig af motoren, forsynes med 12  V , som suger brændstoffet fra tanken for at bringe det til indsprøjtning;
• en magnetventil placeret mellem brændstofpumpen og højtrykspumpen, som styrer brændstofstrømmen;
• en højtrykspumpe , der drives af motoren, der forsyner common rail med brændstof
• en trykbegrænser med mekanisk eller styret indstilling, som styrer trykket i common rail
• en hydraulisk akkumulator , kaldet en "common rail", som udgør en reserve af brændstof under højt tryk til injektorerne;
• en injektor pr. cylinder, der spiller rollen som elektrohydraulisk styrede ventiler .

Dette sæt styres af:

• en trykføler i common rail
• en brændstoftemperaturføler
• en elektronisk injektionscomputer (almindeligvis kaldet "ECU" til "  Elektronisk kontrolenhed  " på engelsk), der styrer aktuatorerne  : injektorerne, flowkontrol-magnetventilen og muligvis indstillingen af ​​trykbegrænseren ud fra den information, der måles af sensorerne.

Injektionscomputeren bruger oplysningerne fra motorsensorerne:

• gaspedalens position
• lufttryk i indsugningsmanifolden
• indgangsluftens temperatur og strømningshastighed
• vandtemperatur i topstykke
• motorhastighed og vinkelposition måles på knastakslen og / eller på krumtapakslen  ;
• samt muligvis accelerationen målt på cylinderblokken.

Noter og referencer

1. "  Common rail højtryks dieselindsprøjtning  " [PDF] , Educauto.org (adgang til 24. december 2012 ) .
2. (in) "  Elektromagnetisk brændstofindsprøjtningsventil  " , Google Patenter (adgang til 22. december 2019 ) .
3. (i) Bob McDonald, "  Common Rail Historie  " , Engine Builder,20. august 2012(adgang til 5. juni 2017 ) .
4. (in) "Common Rail System" (version af 7. august 2011 på internetarkivet ) , Denso Corporation ,2005 (arkiveret version).

Relaterede artikler

• Direkte injektion
• TDI (motor)
• Højtryks direkte injektion (HDI)
• JTD-motor