Common rail-diesels worden als zuinig en relatief milieuvriendelijk beschouwd. In dit artikel leest u hoe het moderne injectiesysteem van dieselmotoren werkt en welke voordelen het heeft.
Wat betekent common rail in een diesel?
De letterlijke vertaling van “common rail” is “gemeenschappelijke rail”. In een diesel is deze rail een verdelerpijp. Via deze pijp zijn alle inspuitkoppen, de zogenaamde injectoren, verbonden met een hogedrukpomp en met elkaar. De vrije vertaling met betrekking tot de dieselmotor was dus in principe “gemeenschappelijke verdelerpijp”.
Hoe werkt dit systeem?
Het injectiesysteem voor een dieselmotor bestaat uit verschillende samenstellingen en onderdelen. Een lagedruk-brandstofpomp in de brandstoftank pompt de diesel door een brandstoffilter naar de hogedrukpomp op de motor. Een brandstofdoseerklep regelt de hoeveelheid brandstof die aan de hogedrukpomp wordt toegevoerd, afhankelijk van de vraag.
Bij dit injectiesysteem is de hogedrukpomp gewoonlijk aan de motor gekoppeld. Het uitgangsvermogen van de pomp is zodanig ontworpen dat in elke bedrijfstoestand van de motor steeds voldoende brandstof bij een voldoende hoge druk beschikbaar is. De hogedrukpomp genereert een druk van maximaal 3.000 bar in de verdelerpijp. De druk is in het hele systeem gelijk. De druk wordt gecontroleerd door een druksensor die is aangesloten op het motorbesturingsapparaat. Indien nodig, ontlast een drukbegrenzer de druk in de verdelerpijp en voert overtollige brandstof terug naar de tank.
De verdelerpijp dient als drukreservoir en brandstofopslag tijdens de injectie. Hierdoor kunnen drukschommelingen in het systeem die door de hogedrukpomp worden veroorzaakt, worden gecompenseerd.
De injectoren worden door het motorstuurapparaat aangestuurd om de brandstof in de cilinders te spuiten. Bij common rail diesel kunnen zowel de injectiehoeveelheid als de injectietiming voor elke cilinder afzonderlijk worden geregeld met behulp van de elektronica. Door de hoge druk wordt de ingespoten brandstof zeer fijn verstoven. Door de fijne verstuiving ontstaan ontelbare druppeltjes met een groot oppervlak die een optimale verbranding mogelijk maken.
Brandstofinjectie
In een common-rail diesel wordt de brandstof niet in één keer ingespoten, maar verdeeld over verschillende fasen – voorinspuiting, hoofdinspuiting en na-inspuiting.
De voorinspuiting zorgt voor een soepele motorloop. Door de relatief kleine hoeveelheid brandstof die aanvankelijk wordt ingespoten, verloopt de verbranding in een common-rail diesel soepeler. Het zeurende typische van een dieselmotor wordt verminderd en de motor wordt minder belast. Een common rail diesel loopt veel soepeler dan andere dieselmotoren.
De daaropvolgende hoofdinjectie kan eveneens in twee fasen worden verdeeld. In de meeste gevallen wordt dan een zogenaamde na-injectie uitgevoerd. De laatste brandstofinspuiting is bedoeld om de roetvorming in de motor te verminderen en, in het geval van SCR-katalysatoren, het NOx-niveau te verlagen. Na-inspuiting wordt vaak ook gebruikt om roetfilters vrij te branden. Bij een diesel met dit systeem kunnen deze inspuitfasen voor elke cilinder afzonderlijk worden geregeld, afhankelijk van de bedrijfstoestand van de motor.
Wat zijn de voordelen van een common-rail diesel?
Een diesel met dit injectie-systeem biedt verschillende voordelen ten opzichte van andere inspuitsystemen, zoals het pompverstuiversysteem of oude diesels met voorkamer. De voordelen van dit systeem zijn:
- lager brandstofverbruik dankzij hoog rendement
- relatief milieuvriendelijk door de verminderde uitstoot van verontreinigende stoffen
- stille werking, soepele motorloop
- hoog koppel en vermogen
- eenvoudige verwijdering van deeltjesfilters door inspuiting achteraf
- lagere systeemkosten voor 6- en 8-cilinder dieselmotoren
Door het ontwerp is common rail dieselinspuiting boven een bepaald aantal cilinders minder duur dan bijvoorbeeld pompverstuiverinspuiting. Bij pompverstuiverinspuiting heeft elke injector zijn eigen pomp, die apart van de nokkenas wordt aangestuurd. Bij dit injectiesysteem maakt het voor de kosten niet veel uit of de injectoren van 4, 6 of 8 cilinders op het spruitstuk zijn aangesloten.
Wat zijn de nadelen van een common rail diesel?
Zoals elk systeem heeft ook dit niet alleen maar voordelen. Er zijn ook een paar nadelen. De belangrijkste nadelen van dit systeem zijn:
- Hoge brandstofkwaliteit vereist
- Injectoren zijn gevoelig voor vervuiling
- Reparaties zijn tijdrovend en duur
- Brandstoffilters moeten vaker worden vervangen
Bij een common-rail diesel merkt u het meteen als de brandstof niet van de kwaliteit is die de motor nodig heeft. De loop wordt onrustig en de stroom valt weg. Een van de grootste zwakke punten is echter de gevoeligheid van de injectoren voor verontreinigingen. Daarom is het belangrijk om het brandstoffilter in een common rail diesel regelmatig te vervangen volgens de instructies van de fabrikant. Reparatie of vervanging van verstopte injectoren is kostbaar.
Van ETH Zurich via Fiat naar Bosch – de korte geschiedenis van de common rail diesel
Reeds in het midden van de jaren zeventig werd in verschillende onderzoeksprojecten aan de ETH in Zürich gewerkt aan de ontwikkeling van common rail injectie. Het eerste voertuig dat wereldwijd over de weg rolde met een common rail diesel was een IFA W50 vrachtwagen van de VEB IFA Motorenwerke in Nordhausen. De common rail diesel werd voor het eerst gebruikt door de grootste vrachtwagenfabrikant in de voormalige DDR, maar hij was daar niet uitgevonden. In die tijd werd common rail-technologie het “elektronische dieselinspuitsysteem” genoemd. Uit kostenoverwegingen is deze technologie in de DDR echter nooit in serie geproduceerd.
Enkele jaren later, in 1993, presenteerde Fiat een eerste prototype met deze injectietechnologie. Fiat had echter problemen met de productietoleranties en stopte met het project. Eind 1993 werden de patenten van Bosch gekocht en werd de Common Rail-technologie verder ontwikkeld. Vandaag de dag wordt de Alfa Romeo 156 JTD uit 1997 beschouwd als het eerste in serie geproduceerde voertuig met Bosch common-rail dieselinjectie. De eerste Mercedes met deze injectietechnologie was een 220 CDI uit 1998.
