Vis daugiau sunkvežimių gamintojų savo produkcijos gamyboje naudoja „Common Rail“ tipo kuro įpurškimo sistemą. Tai nėra kokia nors nauja mada ar išpopuliarėjusi tendencija – greičiau jau būtinybė, norint atitikti naujausius reikalavimus, keliamus išmetamųjų dujų užterštumo normoms.

Variklių konstrukcijų raida yra glaudžiai susijusi su vis griežtesniais išmetamųjų dujų užterštumo normų reikalavimais. Išmetamosioms dujoms valyti galima naudoti ir atitinkamus filtrus, bet taip pat galima pradėti ir nuo paties kuro degimo proceso optimizavimo, kuriam sudaro sąlygas sistema „Common Rail“.

Priešingai nei iki šiol taikytuose sprendimuose, pvz., kuro įpurškimo siurbliuose, „Common Rail“ sistemoje kuro suslėgimo ir jo įpurškimo į cilindrus funkcijos buvo atskirtos. Lyginant su populiaria sistema „siurblys – vamzdelis – purkštukas“, išvengta bangavimo procesų, susijusių su staigiu kuro slėgio padidėjimu purkštukų vamzdeliuose (nuo 0 iki 1500 barų per milisekundes), kurie buvo ne tik sudėtingai valdomi, bet ir vienas iš triukšmo šaltinių. Kitas „Common Rail“ sistemos privalumas yra tas, kad įpurškimo slėgis nepriklauso nuo variklio alkūninio veleno apsisukimų. Kuro įpurškimą keliomis dozėmis galima išdėstyti tokiais laiko tarpais, kad būtų mažesnis kenksmingų teršalų kiekis išmetamosiose dujose ir žemesnis triukšmo lygis, o sukimo momentas padidintas. Taip pat yra paprastesnis pagrindinio ir vadinamojo papildomo įpurškimo, dėl kurio šiek tiek padidinamas angliavandenilių kiekis išmetamosiose dujose, programavimas, o tai palengvina NOx pašalinimą iš dujų. „Common Rail“ sistema – tai nepriklausoma sistema, kurią galima pritaikyti jau gaminamiems varikliams, atliekant tik minimalius konstrukcijos keitimus.

COMMON RAIL sistemos sandara ir veikimas

Variklio maitinimo sistemą „Common Rail“ sudaro trys pagrindiniai funkciniai blokai:
• žemo slėgio kontūras;
• aukšto slėgio kontūras;
• elektroninė valdymo sistema (EDC – Elec-tronic Diesel Control).
EDC susideda iš daviklių, valdymo blokų ir reguliatorių (dar kitaip vadinamų vykdomaisiais elementais).
Žemo slėgio kontūro užduotis – filtruoti kurą ir jį tiekti į aukšto slėgio grandinę, naudojant krumplinį siurblį. Šis kontūras susideda iš kuro bako su pirminiu filtru, filtrų sitemos, krumplinio kuro siurblio ir žemo slėgio vamzdelių. Kadangi „Common Rail“ sistema yra jautri kuro užterštumui, todėl filtrų sistema yra labai svarbus elementas, kurio užduotis – teršalų ir vandens atskyrimas nuo kuro. Smulkiąsias daleles filtruojanti sistema montuojama už krumplinio siurblio. Komercinėse transporto priemonėse naudojami krumpliniai siurbliai, sudaryti iš nuolat sukibusių krumpliaračių. Šis siurblys dažnai būna sujungtas su aukšto slėgio siurbliu.

Aukšto slėgio kontūre galima išskirti: aukšto slėgio siurblį, aukšto slėgio rezervuarą ir purkštukus.

Svarbią „Common Rail“ sistemos dalį sudaro purkštukai su greitai veikiančiais elektromagnetiniais vožtuvais, atidarančiais ir uždarančiais purkštukų antgalius. Visi purkštukai lygiagrečiai sujungti su aukšto slėgio kuro rezervuaru, vadinamu „Common Rail“ (išvertus iš angl. bendras bėgis). Į rezervuarą yra įsuktas kuro slėgio daviklis, slėgio reguliavimo vožtuvas ir kartais papildomas redukcinis vožtuvas. Rezervuaro tūris yra parinktas taip, kad galėtų atlaikyti slėgio svyravimus, atsirandančius dėl kuro siurblio didinamo slėgio ir purkštukų mažinamo slėgio. Todėl rezervuaro tūris turi būti pakankamai didelis, bet kartu tiek mažas, kad užtikrintų greitą slėgio didėjimą paleidžiant variklį.

Rezervuare suslėgtas kuras yra nuolat paruoštas įpurkšti, o pastovaus slėgio palaikymą užtikrina variklio varomas, nuolat veikiantis aukšto slėgio siurblys. Komercinėse transporto priemonėse naudojami vadinami vienos eilės stūmokliniai siurbliai. Reikia atkreipti dėmesį, kad rezervuare sudaromas slėgis nepriklauso nuo variklio apsukų skaičiaus. Sukimo momentas reikalingas aukšto slėgio kuro siurblio pavarai, kuri yra gerokai mažesnė nei įprastų įpurškimo sistemų kuro siurblių.
Kuro slėgis rezervuare gali būti reguliuojamas. Mažų variklių įpurškimo sistemose tai daroma naudojant reguliavimo vožtuvą, pro kurį perteklinis kuro kiekis išleidžiamas atgal į žemo slėgio grandinę. Toks sprendimas leidžia greitai pritaikyti kuro slėgį prie variklio apkrovos pokyčių. Šis sprendimas buvo taikomas pirmose „Common Rail“ įpurškimo sistemose. O reguliavimo vožtuvas dažniausiai buvo montuojamas rezervuare arba ant aukšto slėgio siurblio. Kitas slėgio keitimo rezervuare būdas – tai kuro dozės reguliavimas per kuro įsiurbimą. Aukšto slėgio siurblio dozatorius leidžia pumpuoti įpurškimo sistemai reikalingą kuro kiekį.

Rezervuare esantis papildomas redukcinis slėgio vožtuvas apsaugo nuo per didelio slėgio didėjimo. Toks sprendimas leidžia sumažinti iki aukšto slėgio suslegiamą kuro dozę. O tai reiškia, kad siurbliui reikalinga mažesnė variklio galia ir variklis sunaudoja mažiau kuro. Taip pat grįžtančio į baką kuro temperatūra yra žemesnė nei aukšto slėgio reguliavimo kontūre. Kartais naudojama mišri sistema, kuri jungia reguliavimą per dozatorių (per kuro įsiurbimą) bei reguliavimą aukšto slėgio kontūre reguliavimo vožtuvu.

Įpurškimo slėgis sudaro 2400 barų purkštuko antgalyje. Per vieną variklio darbinį ciklą galima įpurkšti nuo 3 (pirminis, pagrindinis, papildomas) iki 5 kuro dozių. Kuras iš bako pro pirminį filtrą su vandens separatoriumi įsiurbiamas žemo slėgio siurblio, kuris jį pumpuoja į smulkias daleles filtruojančią sistemą. Per dozavimo vožtuvą kuras patenka į aukšto slėgio siurblį. Abu siurbliai ir dozavimo vožtuvas sudaro vieną sistemą, varomą paskirstymo mechanizmo krumpliaračių. Aukšto slėgio siurblys padidina kuro slėgį iki darbinio ir pumpuoja jį į rezervuarą, iš kurio jis nukreipiamas į elektromagnetinius purkštukus. Kuro slėgį rezervuare matuoja daviklis. Mechaninis perpildymo vožtuvas nukreipia kuro perteklių į grįžtamąją magistralę.

Įdiegus „Common Rail“ sistemą, 6 cilindrų variklyje MAN D26 pasiekta palankesnė degimo proceso eiga bei sumažėjo triukšmo lygis, ypač veikiant tuščiąja eiga ir esant daliniam apkrovimui.

Aukšto slėgio siurblys ir purkštukai

Komercinėse transporto priemonėse naudojami vienos eilės, aukšto slėgio stūmokliniai siurbliai, tepami alyva. Kaip pavyzdys galėtų būti dviejų stūmoklių „Bosch“ siurblys CPN2, turintis reguliuojamas suslėgto kuro sąnaudas ir jungiantis krumplinį žemo slėgio siurblį su aukštą slėgį sukuriančia sekcija. Krumplinis siurblys, varomas kumštelinio veleno per sliekinę pavarą, pumpuoja kurą iš bako per filtrą į dozatorių. Priklausomai nuo momentinio poreikio, dozatorius reguliuoja kuro kiekį, patenkantį į aukštą slėgį kuriančią sekciją. Į aukšto slėgio sekciją kuras patenka per integruotą įsiurbimo – išmetimo vožtuvą. Pro tą patį vožtuvą suslėgtas kuras nukreipiamas į aukšto slėgio rezervuarą. Stūmokliui judant į apačią, per įsiurbimo vožtuvą kuras patenka į aukšto slėgio sekcijos erdvę. Purkštukai tiekia kurą į variklio degimo kamerą. Jie maitinami iš kuro rezervuaro naudojant trumpus vamzdelius. Elektromagnetinis vožtuvas yra įjungiamas variklio valdymo bloko. Dėl šio proceso įpurškimas gali būti reguliuojamas greitai ir atskirai kiekvienam cilindrui. Per vieną variklio darbo ciklą galima įpurkšti iki 5 kuro dozių. Į cilindrus tiekiamos dozės dydis priklauso nuo purkštuko atidarymo laiko tarpo bei kuro slėgio sistemoje. Esant pastoviam slėgiui, įpurškiamo kuro dozė yra proporcinga elektromagnetinio vožtuvo atidarymo laikui ir nepriklauso nuo variklio ar siurblio apsukų greičio.

Elektroninis valdymo blokas gauna signalus iš akseleratoriaus pedalo apie tokias momentines variklio darbo sąlygas ir automobilio greitį: alkūninio veleno kampinį greitį ir veleno padėties kampą, kuro slėgį aukšto slėgio rezervuare, turboįpūtimo slėgį, oro temperatūrą įsiurbimo kolektoriuje, aušinimo skysčio ir kuro temperatūrą, į variklį patenkančią oro masę. Valdymo blokas apdoroja įeinančius signalus ir apskaičiuoja valdymo signalus reguliavimo vožtuvui arba kuro dozatoriui, purkštukams ir likusiems reguliatoriams (vykdantiesiems elementams, pvz., EGR vožtuvui arba turbokompresoriaus reguliatoriui). Pagal alkūninio veleno ir paskirstymo veleno kampinio greičio daviklių duomenis valdymo bloko sistema nustato įpurškimo momentą (laiko valdymas). Elektroninė valdymo sistema leidžia tiksliai dozuoti įpurškiamą kurą, be to, valdo kitas papildomas funkcijas, gerinančias judėjimo parametrus ir važiavimo patogumą. Tipinis valdymo blokas paprastai turi iki aštuonių galutinių purkštukų valdymo jungčių, todėl varikliuose, kuriuose cilindrų skaičius yra didesnis nei aštuoni, naudojami du valdymo blokai. Blokai sujungiami greitąja sąsaja CAN, kurios hierarchinė struktūra yra „pagrindinis – priklausomas“ (Master–Slave) tipo. Kai kurių valdymo funkcijų vykdymas yra nuolat priskirtas pagrindiniam valdymo blokui, pvz., dozės išlyginimo reguliavimas. Likusios funkcijos gali būti lanksčiai vykdomos pagrindinio arba priklausomo valdymo bloko, pvz., daviklių signalų priėmimas.

„Common Rail“ sistema, perimta iš lengvųjų automobilių variklių, pradėjo naują komercinio transporto variklių raidos etapą. Be „Common Rail“ sistemos nebūtų įmanoma įvykdyti teršalų normos „Euro VI” reikalavimų. Įvairių gamintojų „Common Rail“ sistemų konstrukciniai sprendimai skiriasi, tačiau idėja, sukurta firmoje „Magneti Marelli“ XX amžiaus 80 – ųjų metų pabaigoje, o vėliau patobulinta firmos „Bosch“, lieka vis tokia pati.

„Bosch“ siurblys CPN2, turintis reguliuojamas suslėgto kuro sąnaudas, jungian viename korpuse krumplinį žemo slėgio siurblį su dviejų stūmoklių aukšto slėgio siurbliu. Krumplinis siurblys, varomas kumštelinio veleno per sliekinę pavarą, pumpuoja kurą iš bako per filtrą į dozatorių. Priklausomai nuo momentinio poreikio, dozatorius reguliuoja kuro kiekį, patenkantį į aukštą slėgį kuriančią sekciją. Į aukšto slėgio sekciją kuras patenka per integruotą įsiurbimo – išmetimo vožtuvą. Per tą patį vožtuvą suslėgtas kuras nukreipiamas į aukšto slėgio rezervuarą.

Straipsnis parengtas naudojantis įmonės „Bosch“ informacija.