Common Rail Directe Injectie: Brandstofefficiëntie, Emissiecontrole en Prestaties

Moderne dieselmotoren gebruiken een common rail brandstofinjectiesysteem. Common rail systemen bieden een flexibiliteitsniveau dat best-in-class emissiecontrole, vermogen en brandstofefficiëntie mogelijk maakt. OEM's (Original Equipment Manufacturers) kunnen nu ontwerpen voor maximale prestaties en eindgebruikerswaarde over een breed scala aan machines en toepassingen.

Vanwege de flexibiliteit die ze bieden bij het voldoen aan de strengste emissienormen, gebruiken een groeiend aantal moderne dieselmotoren common rail directe injectie (CRDi) brandstofsystemen. Brandstof wordt onder druk en met elektronisch gecontroleerde precisie aan de motor geleverd. Dit geeft een flexibiliteitsniveau voor best-in-class emissiecontrole, vermogen en brandstofverbruik.

Wat is Common Rail Directe Injectie?

Dieselmotoren bieden het duidelijke voordeel van hoge brandstofefficiëntie en lage CO2-uitstoot. Als gevolg zijn diverse nieuwe technologieën ontwikkeld om schadelijke emissies te beperken. Het Common Rail Directe Injectie (CRDI) systeem is een van deze technologieën. In dit ontwerp begint de verbranding in de hoofdverbrandingskamer, gelegen in een holte in de zuigerkroon.

Dit systeem gebruikt hoge-respons injectoren met elektronische besturing om diesel vijf keer nauwkeuriger te injecteren dan een standaardinjectiesysteem. Het resultaat is een grotere afname in deeltjesmaterie en NOx, wat de brandstofefficiëntie en koppel verbetert. Motorgeluid en trillingen worden verminderd.

In 1997 introduceerde Bosch het eerste common rail systeem. De naam komt van de gemeenschappelijke hoge-druk reservoir (common rail) die brandstof aan alle cilinders levert. In traditionele dieselinjectiesystemen moet de brandstofdruk voor elke injectie apart gegenereerd worden. Het common rail scheidt drukgeneratie en injectie, zodat brandstof altijd op de juiste druk beschikbaar is voor injectie.

Toepassingen

Het common rail systeem is geschikt voor alle typen diesel-aangedreven wegvoertuigen, van stadswagens (zoals de Fiat Panda) tot executive voertuigen (zoals de Audi A8). BOSCH, Delphi, Denso en Siemens VDO (nu Continental AG) zijn de toonaangevende fabrikanten.

Functies

Brandstoftoevoer

De injectiepomphuis bevat pomponderdelen zoals cylinder en zuiger. Wanneer de nok de zuiger optilt, wordt de brandstof onder hoge druk gezet en naar de injector getransporteerd.

Aansturing Brandstofhoeveelheid

Ongeacht draaisnelheid of belasting is de luchtinlaat in dieselmotoren bijna constant. De uitgang en brandstofverbruik wisselen wanneer de injectiehoeveelheid verandert met de motordraaisnelheid terwijl de injectietijd constant blijft. Het gaspedaal past de motoruitgang aan, bijna evenredig met de injectiehoeveelheid.

Injectietijd Aanpassing

Het interval tussen brandstofinjectie, ontbranding en verbranding en het bereiken van de maximale verbrandingsdruk heet ontbrandingsvertraging. Omdat deze tijdsperiode bijna constant is ongeacht motordraaisnelheid, wordt een timer gebruikt om de injectietijd aan te passen voor optimale verbranding.

Verstuiving Brandstof

Brandstof wordt grondig met lucht gemengd wanneer het onder druk gezet wordt door de injectiepomp en vervolgens verstuift vanuit de injectieduizel, wat de ontbranding verbetert. Het resultaat is volledige verbrandbaarheid.

Componenten van een Common Rail Directe Injectie

• Brandstofinjectiepomp – zet brandstof onder hoge druk
• Hoge-druk leiding – transporteert brandstof naar de injectieduizel
• Injectieduizel – injecteert brandstof in de cylinder
• Voederpomp – zuigt brandstof uit de brandstoftank
• Brandstoffilter – filtert de brandstof
• Motorcontrolunit (ECU)

Werkingsprincipe

Een common rail systeem bestaat uit een drukaccumulator (brandstofverdeelpijp) langs de motorblok. Een hoge-druk meer-cilinder brandstofpomp voedt de rail. Solenoidkleppen bedienen de injectoren. Zowel de solenoidkleppen als de brandstofpomp worden elektronisch bestuurd.

De injectiedruk in een common rail systeem is onafhankelijk van motordraaisnelheid en belasting. Hierdoor is het regelen van injectieparameters eenvoudig. Om motorgeluid en NOx-emissies te reduceren, wordt meestal een pilootinjectie gebruikt. De brandstofstroom wordt geregeld door een naald-en-zetel klep in de injectoren. Zowel de boven- als de onderkant van de naaldklep krijgen brandstofdruk. Door een deel van de druk bovenaf af te voeren, duwt de druk onderaan de naald uit zijn zetel. De brandstof stroomt dan door de duizelopeningen.

Voordelen en Nadelen

Voordelen:

• 25% meer vermogen en koppel dan conventionele directe injectie
• Lage initiële investering
• Betere oppik (acceleratie)
• Minimale geluid en trillingen
• Hogere actieradius
• Minimale emissies
• Verminderd brandstofverbruik
• Betere resultaten bereikbaar

Nadelen:

• Duur voertuig
• Dure onderdelen
• Hoge onderhoudskosten
• Complex ontwerp door veel onderdelen

Conclusie

Common rail systemen bieden flexibiliteit voor best-in-class emissiecontrole, vermogen en brandstofefficiëntie. OEM's kunnen nu ontwerpen voor maximale prestaties en klantwaarde. Deze technologie is de standaard voor moderne dieselmotoren geworden.