Common Rail -polttoainejärjestelmä

Nykyään yleisin dieselmoottorilla varustetuissa henkilöautoissa käytetty polttoainejärjestelmä on Common Rail. Sitä käytetään myös kuorma-autoissa.

Alla annetaan lyhyt kuvaus tästä järjestelmästä, sen tekniset ominaisuudet ja vivahteet toiminnan polttoaineen laitteiden eri valmistajien, ja vapauttaa Common Rail harjoittaa tuotemerkkejä Denso, Delphi, Bosch ja useita muita.

Common Railin suurin yksinkertaisuus

Kaikkien aiempien polttoaineen syöttöjärjestelmien taustaa vasten Common Railissa on vähimmäismäärä osia, minkä vuoksi se on paljon luotettavampi ja kätevämpi korjausprosessissa.

Polttoaineen pumppaus tapahtuu useimmissa tapauksissa suoraan auton säiliöön asennetulla sähköpumpulla. Harvinaisemmat järjestelmät, joissa elementti sijaitsee auton pohjan alla tai konepellin alla. Autot, joissa ei ole tällaista pumppua, ovat hyvin harvinaisia. Vaihtoehtoisesti tai lisäksi dieseliin voidaan vaihtaa mekaaninen pumppu. Tällaista järjestelmää käytetään Denson tai Delphin järjestelmissä, ja Siemens integroi usein polttoainepumppauksen toiminnon suoraan polttoainesuuttimeen. Boschin Common Rail -järjestelmissä mekaaninen pumppu on sijoitettu polttoainepumpun yhteyteen, mutta ei kotelon sisälle vaan ulkopuolelle. Jos puhutaan uusimmista automalleista, niin täällä suoraan säiliöön upotetut pumput ovat yleisiä.

Common Rail -polttoaineen ruiskutuslaitetta tarvitaan vain tarvittavan käyttöpaineen muodostamiseen järjestelmässä. Se ei osallistu polttoainevirtojen jakamiseen ruiskuttimille, ei ohjaa ruiskutusta eikä muita toimia. Prosessiin osallistumisen kannalta se on yksinkertaisin järjestelmä, joka vastaa vain polttoaineen syötöstä, eikä siinä ole “älykkäitä” toimintoja. Tästä syystä vikojen määrä on paljon pienempi.

Ensimmäisen sukupolven polttoainesuuttimet voivat yrityksestä ja valmistajasta riippuen poiketa toisistaan käyttölaitteiden ja männän osalta. Epätavallisimpia malleja tarjosivat Denso ja Delphi. Esimerkiksi Denson HP2-mallissa on pari korkeapaineosaa ja pari mäntää kutakin varten. Liikkuvien osien pyörimisestä huolehtii ellipsi. Delphi HPF -mallissa männän liikkuvuudesta huolehtii pyörivä häkki, jossa on nokkaprofiili.

Bosch ja Siemens eivät ole luoneet näin monimutkaisia malleja, vaan niiden pumput muistuttavat enemmänkin tähtimäisiä lentokonemoottoreita. Niissä männät on sijoitettu säteittäisesti työntö- ja vetokytkimen avulla. Tämän sisällä on eksentteri, joka kiihdyttää mäntiä vuorotellen. Myöhemmin tämäntyyppisestä männän toiminnasta tuli standardi muille Common Rail -laitteiden valmistajille. Näin ollen uusimmissa autoissa polttoainesuuttimen rakenteessa ei ole vakavia eroja, riippumatta siitä, mikä yritys ei ole julkaissut sitä. Viimeisimpiä teknisiä parannuksia ovat esimerkiksi Denso DFP6/Bosch CP4 -pumppujen eksentrikappaleet, jotka on korvattu nokkapyörillä. Myös mäntien määrää on vähennetty, ja useimmiten pumpussa on vain yksi purkausosa.

Säätöventtiilit

Kaikki Common Rail -valmistajat käyttävät säätöventtiilejä. Yleisimmin käytetään kahta tällaista säätöventtiiliä, joista toinen sijaitsee suoraan polttoainesuuttimessa ja toinen polttoainekiskossa. Tällaista järjestelmää käyttää Bosch polttoainelaitteissaan. Ne toimivat samanaikaisesti voimalaitteen toimintatavasta riippuen. Rampissa oleva venttiili on tarpeen liiallisen paineen poistamiseksi vetämällä osa polttoaineesta “paluuseen”.

Kaikki valmistajat käyttävät polttoainesuuttimen kotelossa olevaa venttiiliä, sen päätehtävänä on säätää polttoaineen määrää männissä sekä poistaa osittain ylimääräinen paine järjestelmästä. Tämän seurauksena ECU muuttaa säätöventtiilien kautta polttoainejärjestelmän suorituskykyä. Ohjauksessa käytetään PWM-signaaleja.

Bosch- ja Denso-yhtiöt eivät toisinaan laita polttoainesuuttimeen säädintä, vaan korvaavat sen hätäventtiilillä, jossa on mekaaninen ohjauslaite ja joka poistaa järjestelmän ylipaineen. Mutta vain tämän venttiilin luotettavuus on minimaalinen, riittää useita epäonnistumisia, jotka vaativat sen korvaamista uudella.

Delphi-yhtiö ei joissakin tapauksissa asentanut polttoainetelineisiinsä ylipaineensäätimiä. Niissä paineen tasaaminen tapahtuu suoraan ruiskujen kautta.

Muut anturit

Dieselmoottorityypistä riippuen käytetään sen omaa ohjausjärjestelmää. Itse asiassa Common Railista tulee koko järjestelmän keskeinen elementti, sen yhteydessä ja siitä riippuen ovat käynnistin, ECU, kaasupoljin ja muut elementit. Tämän seurauksena korjausprosessissa ei ole mahdollista yhdistää useiden valmistajien polttoainejärjestelmien osia. Esimerkiksi Boschin ruiskut eivät toimi Delphin paineensäätimen kanssa. Poikkeuksia ovat tapaukset, joissa alun perin auton luomisvaiheessa kehittäjät käyttävät polttoainejärjestelmän elementtejä useiden valmistajien, saman Delphin ja Boschin.

Polttoainesuuttimet

Common Rail -järjestelmän ruiskutussuuttimet ovat rakenteeltaan samanlaisia riippumatta niiden valmistajasta. Polttoaine kerääntyy puristetussa tilassa ramppiin, josta se syötetään sylintereihin. Näin ollen tässä järjestelmässä ruiskutussuuttimet eivät osallistu puristus- tai paineensäätöprosesseihin.

Kun polttoaine on päässyt ruiskutussuuttimiin, se jaetaan kahteen kanavaan. Ensimmäinen kanava päättyy sumuttimeen ja toinen ohjauskammioon. Näiden välissä on ohjausmäntä. Suljetussa tilassa ruiskuttimeen vaikuttaa paine molemmilta puolilta.

Moottorin ECU antaa käskyn, jonka jälkeen lukitusmekanismi avataan ja polttoaine purkautuu ohjauskammiosta “paluukammioon”. Polttoaineen paineen vaikutuksesta ruiskutusneula nousee, ja polttoaine on palotilassa. Ruiskutus lopetetaan katkaisemalla ruiskuttimen jännitesyöttö, lukitusmekanismi palaa alkuperäiseen asentoonsa mekaanisen jousen vaikutuksesta. Polttoaine pääsee ohjauskammioon ja sumutin suljetaan.

Tämä periaate vastaa henkilöautojen Common Rail -järjestelmää laitevalmistajasta riippumatta.

Järjestelmän tärkeimmät edut

Nykyään ei yksinkertaisesti ole olemassa tehokkaampaa polttoainejärjestelmää dieselkäyttöisille henkilöautoille kuin Common Rail. Mitkä ovat sen todelliset vahvuudet? Ensinnäkin elektroninen ohjaus edistää joustavuutta, kun järjestelmä valitsee ruiskutusmomentin voimayksikön todellisen kuormituksen mukaan. Yleisesti ottaen järjestelmä on suorituskyvyltään täysin riippumaton dieselmoottorin käyntinopeudesta. Näin ollen suurimmat ruiskutusarvot voidaan saavuttaa myös alhaisilla kierrosluvuilla. Järjestelmän muita etuja ovat nopea suorituskyky ja pienempi energiankulutus. Järjestelmässä käytettävät kolmipisteruiskut tarvitsevat yhdeksän kertaa vähemmän energiaa kuin jakotukkityyppisiä polttoainesuuttimia käyttävät järjestelmät.

Suuttimien määrä

Polttoaineen ruiskutusprosessissa on useita vaiheita. Ensin pilottiruiskutukset (enintään 2). Ne tehdään mahdollisimman aikaisin, mutta tällä on tarkoituksensa. Ensimmäiset polttoaineannokset ovat tilavuudeltaan minimaalisia, niiden syttyminen tapahtuu ennen pääsytytystä, jolloin kammio lämpiää ja saadaan optimaalinen paine kammioon tulevan polttoaineen pääosan parempaa palamista varten. Polttoaineen syttyminen kylmässä kammiossa auttaa jäähdyttämään kaasuja, mikä johtaa hitaampaan syttymiseen.

Tarvittavan paineen läsnäolo optimoi myös palamisprosessit kaasujen käyttöpaineen saavuttamisen sujuvuuden kannalta, mikä puolestaan optimoi voimayksikön tasaisen toiminnan ja vähentää sen melua.

Pääruiskutuksessa on minimiviive, ja sen kesto määräytyy ECU:n toimesta ottaen huomioon todelliset kuormitukset. Common Rail -järjestelmällä polttoaineen ruiskutusaika ulottuu 36° RPM:ään TDC:n jälkeen. Tämä on suurelta osin vastuussa dieselmoottoreille ominaisesta suuremmasta vääntömomentista.

Jäljelle jääneen polttoaineen jälkipolton aikana järjestelmä suorittaa toisen, pienemmän ruiskutuksen. Se on tarpeen palamisprosessin aikana muodostuneen noen jälkipolton kannalta. Polttoaineen ruiskutus männän ala-asennossa on suunniteltu hiukkassuodattimen läpi palamista varten. Sen palaminen lämmittää pakokaasuja, jotka tulevat suodattimeen pakojärjestelmän kautta.

Common Railin haitat

Kaikista eduistaan huolimatta järjestelmästä ei puutu tiettyjä heikkouksia ja hetkiä, joihin on kiinnitettävä entistä enemmän huomiota käytön aikana.

Common Rail -elementeille on ominaista kitkaparien minimijakauma, mutta samalla itse järjestelmä on hyvin riippuvainen dieselpolttoaineen laadusta. Epäpuhtauksien esiintyminen tai riittämätön puhdistus rikistä aiheuttaa kitkaparien nopeampaa kulumista. Suuttimet kärsivät tällaisesta polttoaineesta, minkä seurauksena lukituselementin istukkaan ilmestyy tyypillisiä uria ja sumutin kuluu nopeasti.

Kulumisen yhteydessä Common Rail -suuttimet alkavat luovuttaa merkittävän osan polttoaineesta paluuseen. Ne eivät yksinkertaisesti pysty pitämään sitä ohjauskammiossa. Tämän seurauksena polttoainetta virtaa paluuputkiin kaikissa ruiskuttimen toimintavaiheissa. Kun ruiskutussuuttimien kuluminen on huomattavaa, sumutin alkaa kärsiä, minkä yhteydessä sen reiät kärsivät, on mahdollista, että syntyy vuotoja tai ne yksinkertaisesti jumiutuvat.

Polttoainesuuttimen haitat

Polttoainesuuttimelle on ominaista myös riippuvuus polttoaineen laadusta, mutta tässä tapauksessa kiihtyvä kuluminen tulee paljon hitaammin. Polttoaineen pumppaamisesta vastaava pumpun osa kärsii eniten.

Esimerkki: Delphi DFP1. Tässä pumpussa vaihto-osa on rakenteeltaan monimutkainen, ja sen sisällä olevien siipien lukumäärä on neljä. Polttoaineen sisältämä kosteus tai kiinteät epäpuhtaudet ovat yksinkertaisesti tuhoisia. Osassa esiintyy suuria määriä metallilastuja, jotka leviävät polttoaineen mukana koko järjestelmään. On huomattava, että juuri Delphi-laitteilla on aina ollut tiukimmat vaatimukset polttoaineen suhteen, joten alkuperäiset suodattimet ovat pakollisia.

Samanlainen swap-malli on Denso HP2 -polttoainesuuttimen malli. Samalla se on hieman vastustuskykyisempi huonolaatuisesta polttoaineesta johtuvalle lastujen muodostumiselle. Samanlainen ongelma on havaittu Denso HP3 -mallissa, jossa käytetään hammaspyörävaihtopumppua.

Myös Siemensillä havaittiin lastuamisongelmia, ehkä vain Boschin polttoainepumput osoittivat erinomaista kestävyyttä huonolaatuisella polttoaineella työskentelyn seurauksia vastaan, vaikka ne eivät täysin sulkeneetkaan pois metallin esiintymistä. Valitettavasti tämä on ominaista vain malleille CP1 – CP3, uudemmassa CP4-polttoainepumpussa ongelma on erittäin akuutti, polttoaineessa oleva ilma johtaa männän rullan asennon rikkomiseen, minkä jälkeen alkaa aktiivinen metallin kitka kaikkine seurauksineen.

On tarpeen ottaa huomioon Common Railin viimeisten tuotantovuosien parempi huolto, esimerkiksi polttoainesuodattimet vaihdetaan valmistajan ehtojen mukaisesti. On tarpeen noudattaa vaihtotekniikkaa, esimerkiksi pumpata polttoainetta diagnostisella skannerilla, se näkyy ohjeissa, eikä “kansan” menetelmillä. Muuten polttoainejärjestelmän korjaus maksaa omistajille vakavan summan.

Milloin on tarpeen kääntyä huoltoaseman asiantuntijoiden puoleen?

Milloin on tarpeen kääntyä huoltoaseman asiantuntijoiden puoleen?

Joten miten ymmärtää, että polttoainejärjestelmän toiminnassa on toimintahäiriöitä? Polttoainejärjestelmän asiantuntijoiden apua kannattaa hakea seuraavissa tapauksissa:

1. moottori ei käynnisty, mutta käynnistin kääntyy;
2. kylmäkäynnistys on pitkä ja ongelmallinen;
3. kuumalla on myös käynnistysongelmia;
4. tyhjäkäyntinopeus on epätasainen;
5. pakokaasut ovat sinisen värisiä ja haisevat dieseliltä alhaisilla nopeuksilla;
6. pakokaasuissa esiintyy mustaa nokea;
7. moottori pysähtyy odottamattomasti, kun sitä käytetään kuormitettuna;
8. polttoainepainevirheiden ilmaantuminen.

Polttoainejärjestelmän mahdolliset ongelmat

Heti on sanottava, että kyvyttömyys käynnistää diesel liittyy usein polttoaineen puute, ja se johtuu järjestelmän alhaisesta paineesta (vaaditaan vähintään 200 bar). Paine puolestaan muodostuu täysimittaisesta polttoaineen pumppauksesta. Harvinaisissa tapauksissa auton omistajat voivat kohdata paineensäätimen rikkoutumisen tai rampin läpilyönnin ilmaantumisen.

Dieselmoottorin epävakaa toiminta voi viitata heikkoon polttoainepaineeseen rampissa. Useimmissa tapauksissa tämä johtuu paluulinjaan purkautuvasta liian suuresta määrästä dieselpolttoainetta. Tämä pätee erityisesti Denso-suuttimiin, jos niissä on merkittävää kulumista.

Sinisen savun esiintyminen viittaa kuluneisiin sumuttimiin, mutta mustan värinen savu seoksen ilmavajeeseen, kun taas moottorin puristuksessa ei ole ongelmia. On mahdollista, että se näkyy injektoreiden huonolaatuisen työn seurauksena.

Moottorin sammuminen kuormituksessa voi johtua liiallisesta paineesta, kun voimayksikkö menee hätätilaan. Tai päinvastainen tilanne, paine ei riitä. Tällainen sammuminen on ominaista moottoreille, joita ei ole varustettu hätäpaineen tasausventtiileillä. Ylipainetta koskevien tietojen ilmaantuminen osoittaa, että säätimessä on virhe. Se on vaihdettava.

Harvoin Common Rail -järjestelmällä varustetuissa dieselmoottoreissa voi tulla vastaan tilanne, jossa elektroniikka ei tuota mitään virheitä, mutta samalla moottori savuaa, ei tuota tehoa. Useimmiten se tapahtuu injektorien uudelleenasennuksen jälkeen ja johtuu päälliköiden virheistä. Paksumpien tulenkestävien aluslevyjen tai useiden aluslevyjen käyttö johtaa siihen, että sumutin liikkuu ylöspäin, minkä seurauksena polttoaine vain ohittaa palotilan. Samalla tällaiset “mestarit” onnistuvat kiristämään painelevyjä niin paljon, että korkeapaineputken kiinnikkeet kärsivät. Yleensä ongelma on puhtaasti “inhimillinen”, ei tehdasongelma.

Remontoitavuus

Paljon polttoainelaitteiden käytön aikana riippuu paitsi sen luotettavuuden asteesta myös korjattavuudesta. Tässä on otettava huomioon autohuollon asianmukaisten teknisten valmiuksien saatavuus. Jos puhumme Boschin injektoreista (sähkömagneettiset), ne ovat hyvin korjattavissa, alkuperäiset varaosat ovat saatavilla, korjaustöiden tekniikat on laadittu.

Saksalaisen valmistajan piezo-injektoreille, joilla on alkuperäiset varaosat, mutta markkinoilla saatavilla olevat analogit ovat melko kunnollisia. Piezoelementit puuttuvat markkinoilta kokonaan, joten sen vikaantuessa vaaditaan suuttimen täydellinen vaihto tai yritys löytää käytetty elementti romuttamolta. Tilanne on samanlainen Delphi-injektoreiden kanssa, ja molemmat tyypit, pietsosähköiset ja sähkömagneettiset.

Denson ruiskut ovat riittävän korjattavissa. Alkuperäiset varaosat maksavat penniäkään, mutta markkinoilla on hyviä analogeja, ja yksi yrityksen ominaisuuksista on avoin pääsy korjaustekniikoihin, joten halutessasi huoltoasemalla voit järjestää korjauksen injektoreiden valmistajan tekniikoiden mukaan. Tietenkin on olemassa tiettyjä erityispiirteitä ja vivahteita, esimerkiksi tiettyyn alueeseen sitoutuminen, mutta tämä ei estä asianmukaista lähestymistapaa laadukkaan korjauksen varmistamiseksi.

Siemens/Continentalin injektoreihin ei ole ongelmia löytää osia, ja viime aikoina niitä on tarjottu markkinoilla vain pietso-elementtejä sisältävänä versiona. Ne ovat täysin korjattavissa, voit käyttää alkuperäisiä varaosia tai niiden analogeja, mutta kukaan ei tuota piezoelementtejä näiden valmistajien injektoreihin.

Injektoreiden korjausprosessissa säädetään niiden säätö, penkkitestaus, korjauskoodin luominen. Normaaleissa korjaamoissa asiantuntijoiden pitäisi onnistuneesti ratkaista ongelmat, jotka liittyvät injektoreiden liittämiseen ECU:han niiden korjauksen jälkeen. Samalla jokaisella tapauksella on omat vivahteensa.

Yleisesti ottaen Common Rail -järjestelmissä voidaan korjata vain injektorit ja polttoainesuuttimet. Säätimet voidaan puhdistaa (poistaa sirut), mutta tämä korjaustekniikka ei anna merkittävää vaikutusta. Ainoa poikkeus ovat Denso-yhtiön HP3-polttoainesuuttimiin asentamat säätimet. Se tarjoaa mahdollisuuden purkaa ja kiillottaa kara polttoainejärjestelmän tehokkuuden ja moottorin toiminnan vakauden parantamiseksi.

Polttoaineen korjaus

Yksi dieselmoottorin suorituskyvyn optimointiin usein käytetty menettely on polttoaineen korjaus. Siinä arvioidaan moottorin tai polttoainejärjestelmän kunto vähiten kuluneista sylintereistä saatujen tietojen perusteella. Nykyaikaisissa autoissa ECU saa sylinterien suorituskykytiedot kampiakselin asentoanturilta. Jokaiseen polttoaineen sytytykseen liittyy kampiakselille välittyvä kiihtyvyys. Mutta samalla suorituskykyluvut riippuvat myös elementtien, sekä ruiskujen että sylintereiden, kunnosta. Tässä kohtaa polttoaineen korjaus tulee tarpeeseen.

Menettely suoritetaan vain tyhjäkäynnillä, moottorin ollessa kuormitettuna korjausarvot pyrkivät nollaan.

Mitä polttoaineen korjaus on? Se on menettely, jolla ohjataan polttoaineen syöttöä sylintereiden välisen suorituskyvyn tasaamiseksi. Optimaalisessa tilassa korjausarvo on 0, kun moottori käy tyhjäkäynnillä. Tämä väite pätee kaikkiin Common Rail -valmistajiin lukuun ottamatta Siemens/Continentalia. Tehoyksikön koosta riippuen korjausarvo voi olla 5-6 yksikköä. Siemens-laitteissa on yleinen käytäntö korjata arvot prosentteina.

Korjaus “-” tarkoittaa” polttoaineen syötön vähentämistä ja korjaus ‘+’ tarkoittaa, että sitä on lisättävä. Sylinterien todellisen suorituskyvyn näkemiseksi on käytön aikana pyydettävä huoltoasemalta tuloste sylintereitä koskevista tiedoista tai (ainakin) näytettävä parametrit näytöllä. ECU-korjaus suoritetaan, eli tavallinen diagnoosiskanneri on aivan riittävä heijastamaan kaikki elektroniikan tekemät säädöt.

Kumpi järjestelmä olisi parempi?

Vielä kymmenen vuotta sitten Common Railia harkittaessa oli mahdollista muodostaa luotettavuusluokituksia tällaisten laitteiden tuotantoa harjoittavien valmistajien toimesta. Nykyään tällaiset kysymykset ovat menettäneet merkityksensä. Valmistajien välillä ei ole perustavanlaatuisia eroja. Yrityksestä riippumatta Common Rail -järjestelmiä korjataan luotettavasti, ja hinnat ovat useimmissa tapauksissa edelleen melko edullisia ja samankokoisia.

Aikoinaan kehittäjät selviytyivät menestyksekkäästi ensimmäisen Common Railin lastentaudeista. Viime vuosina Venäjällä on ollut paljon vähemmän ongelmia huonolaatuisen polttoaineen myynnissä, ja palvelun laatu on parantunut. Muuten, se on tärkeä osa polttoainelaitteiden onnistunutta toimintaa, erityisesti polttoainesuodattimien vaihtamisen yhteydessä.

Jos tällaisella järjestelmällä varustetuissa dieseleissä ilmenee ongelmia, ne johtuvat vääränlaisesta toiminnasta ja laitteiden huoltoa ja kunnossapitoa koskevien yksinkertaisimpien sääntöjen huomiotta jättämisestä.