100 milionów wtryskiwaczy common-rail Boscha do aut osobowych

Pod koniec roku Bosch wyprodukował stumilionowy egzemplarz wtryskiwacza common-rail do silników Diesla w samochodach osobowych. Tylko w tym roku z taśm produkcyjnych siedmiu fabryk firmy na trzech kontynentach zejdzie 26 milionów wtryskiwaczy. Obecnie już niemal co trzeci nowy samochód w Polsce jest wyposażony w silnik wysokoprężny.
Common-rail to układ wtryskowy do silnika Diesla, który w znaczący sposób poprawia wydajność spalania, obniżając przy tym emisję zanieczyszczeń i poziom hałasu. Po raz pierwszy został zastosowany w 1997 r. w samochodzie Alfa Romeo 156, a następnie w Mercedesie C 220 CDI. W 2003 r. na rynek została wprowadzona trzecia generacja systemu common-rail z innowacyjnymi piezowtryskiwaczami typu inline, obniżająca emisję szkodliwych substancji nawet o 20% w porównaniu do wcześniejszych układów. Za wykorzystanie piezotechnologii, która przyczynia się do tego, że silniki benzynowe i silniki Diesla emitują mniej zanieczyszczeń, naukowcy i inżynierowie firm Bosch i Siemens VDO otrzymali tegoroczną Nagrodę Przyszłości przyznawaną przez prezydenta Republiki Federalnej Niemiec.

Diesel, jako wyjątkowo ekonomiczny i przyjazny środowisku napęd, cieszy się niesłabnącym powodzeniem, szczególnie w Europie. Nie bez przyczyny, gdyż samochody z silnikami Diesla zużywają około 30% mniej paliwa niż porównywalne auta z silnikami benzynowymi, czego dowodzą dane za rok 2004 opublikowane przez Federalny Urząd ds. Komunikacji. Inaczej mówiąc, gdyby kierowca samochodu z silnikiem Diesla przesiadł się dziś do porównywalnego samochodu z napędem benzynowym, musiałby wziąć pod uwagę zwiększone o około 50% zużycie paliwa i odpowiednio wyższy jego koszt oraz mniejszą liczbę kilometrów przejechanych na pełnym zbiorniku. A ze względu na spodziewany dalszy wzrost cen paliw, ekonomiczność diesla będzie odgrywać w przyszłości jeszcze większą rolę.

Koncepcja common-rail pozwala na elastyczny podział dawki wtrysku na kilka wtrysków pilotujących, wtrysk główny oraz wtryski dodatkowe, dzięki czemu możliwe jest optymalne dopasowanie parametrów systemu wtryskowego do konstrukcji danego silnika. W kolektorowych systemach common-rail funkcje wytwarzania ciśnienia oraz wtrysku są realizowane niezależnie od siebie. Pompa wtryskowa i zespół czujników utrzymują w kolektorze (rail) zaprogramowane w charakterystyce systemu sterowania silnikiem ciśnienie wynoszące maks. 1600 barów - odbywa się to niezależnie od prędkości obrotowej silnika oraz wielkości dawki wtryskiwanego paliwa. Następnie sztywnymi przewodami paliwo jest doprowadzane do wtryskiwaczy i rozpylaczy, które precyzyjnie rozpylają paliwo w komorze spalania silnika. Moduł sterujący silnika Diesla (EDC) z wysoką precyzją zarządza nie tylko licznymi funkcjami silnika, ale także wszystkimi parametrami wtrysku, np. ciśnieniem w kolektorze oraz momentem wtrysku i czasami otwarcia rozpylaczy.

W systemach common-rail pierwszej i drugiej generacji pracą wtryskiwacza sterowała cewka elektromagnetyczna na wtryskiwaczach. Drążek tłoczka przenosił siłę hydrauliczną potrzebną do otwarcia i zamknięcia dyszy wtryskiwacza na iglicę. W systemach common-rail trzeciej generacji do samochodów osobowych element wykonawczy wtryskiwacza składa się z setek cienkich płytek materiału piezokrystalicznego. Piezokryształy posiadają właściwość odkształcania się w polu elektrycznym. We wtryskiwaczach piezokrystalicznych typu inline element piezokrystaliczny jest zintegrowany w korpusie wtryskiwacza, tuż przy iglicy. Ruch materiału piezokrystalicznego przenoszony jest we wtryskiwaczu na szybko przełączającą się iglicę bez stosowania dodatkowych elementów mechanicznych. Rozwiązanie to pozwala na bardziej precyzyjne dozowanie ilości wtryskiwanego paliwa i lepsze rozpylenie paliwa w komorze spalania silnika. Dzięki wtryskiwaczom o szybszym czasie przełączania można zmniejszyć odstęp pomiędzy poszczególnymi wtryskami oraz podzielić dawkę paliwa przypadającą na cykl spalania na sekwencję pojedynczych wtrysków.

Trwają prace nad nowym systemem common-rail, w którym zostaną po raz pierwszy zastosowane wtryskiwacze ze wzmocnieniem hydraulicznym. Technologia HADI (Hydraulically Amplified Diesel Injector) wykorzystuje specjalny tłok, który zwiększa ciśnienie we wtryskiwaczach nawet do 2500 barów. Nowy system ma jeszcze bardziej obniżyć emisję zanieczyszczeń, zmniejszyć zużycie paliwa i zredukować poziom hałasu podczas spalania przy jednoczesnym wzroście mocy silnika. Obniżenie emisji zanieczyszczeń w trakcie spalania stanie się możliwe także w wyniku zastosowania specjalnej geometrii wtrysku. Paliwo nie będzie wtryskiwane do komory spalania gwałtownie, ale przy stopniowo wzrastającym ciśnieniu. Taka procedura wtrysku pozwala osiągnąć łagodniejszy przebieg spalania z mniejszymi skokami temperatury i odpowiednio niższą emisją tlenków azotu. Nastąpi również poprawa składu mieszanki paliwowo-powietrznej, a tym samym redukcja powstawania sadzy.