Yhteispaineruiskutusjärjestelmän (common rail) tuotekehityksen virstanpylväitä | 1 Yhteispaineruiskutusjärjestelmän (common rail) tuotekehityksen virstanpylväitä Vuonna 1997 markkinoille tuli ensimmäinen dieselmoottori common rail -tekniikalla. Sen jälkeen järjestelmiä on valmistettu yli 50 miljoonaa kappaletta. Teknisestä näkökulmasta katsoen nykyiset järjestelmät eroavat huomattavasti ensimmäisistä järjestelmistä. Common rail-järjestelmä pietsoinjektoreilla ja CP 4-korkeapainepumpulla pystyy tuottamaan maksimissaan 2000 barin ruiskutuspaineen Ruiskutusjärjestelmän perustoimin- Vuonna 2001 oli valmistettu sarjatuo- ven ruiskutusventtiilit (injektorit) taidean, jolla dieselmoottori toimii, tannossa jo kolme miljoonaa järjes- CRI1 olivat magneettiventtiiliohjat- kehitti, kukas muu kuin dieselmoot- telmää. Seuraavan vuoden loppuun tuja. Ruiskutustapahtuman ohjaus torin isä, itse Rudolf Diesel. Hän mennessä oli valmistettu yhteensä tapahtui venttiilin ohjaustilan paineen esitteli perusidean eräässä kirjassaan kymmenen miljoonaa järjestelmää ja laskua/nousua ohjaamalla. Venttiilin jo vuonna 1912. Se oli yksinkertainen vuonna 2008 toimitettiin viideskym- ohjausmäntä muodosti hydraulisen ja nerokas; pumppaamalla jatkuvasti menesmiljoonas järjestelmä. voiman suutinneulaan, jonka ohjaama- jakoputkeen polttonestettä, kehite- na se avautui ja sulkeutui. tään suuri paine. Tämä korkeapaine- Alkutaival jakoputki (englanniksi „rail“) varastoi Ensimmäisissä sarjatuotannon common Enemmän painetta polttonesteen kaikkien sylinterien rail -järjestelmissä maksimi ruiskutus- Vuonna 2001 Bosch toi markkinoille käyttöön. 1990-luvulla Fiat-ryhmä paine oli 1350 baria. Paine tuotettiin toisen sukupolven yhteispaineruis- alkoi uudelleen kehitellä tätä alkupe- kolmimäntäisellä CP1-säteismän- kutusjärjestelmän. Erityispiirteenä räistä ideaa. täpumpulla, jossa männät olivat oli suurimman mahdollisen ruisku- tähden muodossa. Pumppu tuottaa tuspaineen nousu 1600 bariin. Sen Ensimmäisiä prototyyppejä kehitet- pyöriessään jatkuvasti maksimipoltto- tuotti edelleen kehitetty korkeapaine- täessä ilmeni kuitenkin suuria ongel- nestemäärän, jota säädetään tarpeen pumppu, CP3. Paineen säätö tapah- mia toleransseissa ja kestävyydessä. mukaan paineensäätöventtiilillä. Pa- tuu imupuolelta täytössäätöventtiilin Vuonna 1993 Bosch hankki patentin luuvirtauksessa virtaavan polttones- avulla. Se on portaattomasti ohjattava ja jatkoi tuotekehittelyä paremmilla teen liiallisen lämpenemisen estämi- magneettiventtiili, joka on asennettu resursseilla. Tämän ansiosta saa- seksi kehitettiin CP1-pumpusta myös polttonestepiiriin ennen pumppuele- tiin yhteispaineruiskutusjärjestelmä versio, jossa yhtä elementtiä voitiin menttejä. Sillä ohjataan pumppuele- markkinoille vuonna 1997. Markkinoil- lepuuttaa tuoton pienentämiseksi. menteille tarvittava määrä polttones- le tulo aikaansai valtavan kysynnän. Ensimmäisen common rail -sukupol- tettä. Koska elementeille johdetaan origin: amz Diesel spezial 9/2009 2 | Yhteispaineruiskutusjärjestelmän (common rail) tuotekehityksen virstanpylväitä Magneettiventtiiliohjattu injektori (vasemmalla) tarjoaa korkean ruiskutustehon. Vaativiin käyttökohteisiin on pietsoinjektori oikea valinta. vain tarvittava määrä polttonestettä, polven magneettiventtiiliohjatuissa lisempi kuin CP3. Siitä on olemassa järjestelmän hyötysuhde paranee mer- injektoreissa (CRI2) on lukuisia paran- eri versioita (CP4.1 yhdellä männäl- kittävästi. Varaajaputkeen asennetun nuksia. Ne ovat ohuempia ja nopeam- lä ja CP4.2 kahdella männällä) ja paineensäätöventtiilin ei tarvitse kai- pia, ja niiden avulla voidaan toteuttaa maksimipaine vaihtelee 1600 barista kissa tapauksissa rajoittaa painetta. jopa viisi ruiskutustapahtumaa yhden jopa yli 2000 bariin. Vuonna 2007 Sen avulla nopeatkin paineen muu- työkierron aikana. sarjatuotantoon tuli ensimmäinen tokset ovat mahdollisia, esimerkiksi kolmannen sukupolven common rail kuormitustilanteen muuttuessa. Läm- Nopeampi toiminta -järjestelmä, jonka maksimipaine on pimäksikäyttövaiheessa varaajaputken Kolmas common rail -sukupolvi oli 2000 bar. Tärkein kolmannen yhteis- paineensäädin säätää paineen (kuten valmis sarjatuotantoon vuonna 2003. paineruiskutusjärjestelmäsukupolven ensimmäisen sukupolven järjestel- Sen kehittäminen oli Boschin tuoteke- innovaatio oli pietsoinjektori (CRI3). mässä). Tällä toiminnolla saadaan hittelijöiltä jättiloikkaus dieselruisku- Edut: vähemmän kitkaa, suutinneulan polttonesteen lämpötila nousemaan tustekniikassa. Polttonestejärjestelmä välitön reagointi ohjaukseen ja nope- nopeasti. Joissakin kehitysversioissa kehittyi suurin harppauksin. 1600 ampi sulkeutuminen, minkä ansiosta käytetään toisen sukupolven korkea- barin maksimipaineen tuotti alkuun kahden ruiskutustapahtuman välinen painepumppua CP2. Se eroaa CP1- CP3-korkeapainepumppu. Myöhem- mahdollinen aika on lyhyempi. Koska pumpusta tuottamalla korkeamman min tuotantoon tuli CP4-pumppu. Se injektorissa on vähemmän mekaanisia paineen, ja siinä on CP3-sukupolven on myös säteismäntäpumppu, mutta osia, liikkuvien osien massa on laske- täytössäätöventtiili. Toisen suku- matalampi, yksinkertaisempi ja edul- nut kuudestatoista grammasta neljään Yhteispaineruiskutusjärjestelmästä on tullut nykyaikaisen dieselmoottorin standardipolttonestejärjestelmä Kuvat: Bosch origin: amz Diesel spezial 9/2009 Yhteispaineruiskutusjärjestelmän (common rail) tuotekehityksen virstanpylväitä | 3 Korkeapainepumpussa CP 3 polttonestemäärää ohjataan pumppuun sijoitetun täytössäätöventtiilin avulla. grammaan. Injektorin kytkentäaika on huomattavasti suurempi - ja varaaja- tämän ansiosta vain 0.1 millisekuntia, paineesta riippumaton - virtausmäärä eli vain puolet magneettiventtiiliohja- huomattavasti pienemmällä venttiilin tun ruiskutusventtiilin kytkentäajasta. nousulla. Magneettiventtiilin ankkuri Lisäksi paluuvirtausmäärä on pudon- koostuu yhdestä osasta. Sulkuele- nut puoleen, joten korkeapainepum- menttinä toimii hylsyn muotoinen pun tuoton tarve laskee roimasti, kara. Tämä ratkaisu oli mahdollista lisäten järjestelmän hyötysuhdetta. Bambergissa sijaitsevan tehtaan uuden huippumodernin valmistustek- Magneettiventtiiliohjatun niikan ansiosta. Ensimmäinen nimityk- ruiskutusventtiilin paluu sellä CRI2.2-M2 kulkeva, painetasa- Muutama vuosi sitten näytti siltä, että tulla venttiilillä varustettu injektori, magneettiventtiiliohjattu injektori oli jonka maksimipaine on 1600 bar, tuli tullut tiensä päähän. Pietsoinjektorit sarjatuotantoon vuoden 2008 lopulla. olivat kaikessa parempia: ohuempia, Magneettiventtiiliohjattu ruiskutus- nopeampia ja niillä pystyttiin ohjaa- venttiili oli taas kehityksen kärjessä. maan korkeampia paineita. Pietsoin- Tuotekehitys jatkuu edelleen. Vuonna jektoreissa ei ole kuin yksi heikkous: 2009 aloitettiin seuraavan sukupolven ne ovat todella kalliita verrattuna CRI2.5-injektorin sarjatuotanto. Tä- magneettiventtiiliohjattuun kolle- män maksimipaine on 1800 bar. Suun- gaansa. Autoteollisuuden kustannus- nitelmissa on saada vuonna 2011 paineet johtivat Boschin uudelleen sarjatuotantoon injektori CRI2.6, joka arvioimaan magneettiventtiiliohjatun kykenee ohjaamaan jopa 2000 barin ruiskutusventtiilin kehitysmahdolli- painetta. Huolimatta uuden magneet- suuksia. Kehitystyön päämääränä oli tiventtiiliohjatun ruiskutusventtiilin injektori, jonka ominaisuudet ovat kaikista eduista, pietsoinjektorille- samat kuin pietsoinjektorissa, mutta kin jää vielä paikkansa - suurissa ja pienemmin valmistuskustannuksin. erittäin tehokkaissa moottoreissa. Dieselspesialistit löysivät ratkaisun Senkään kehitystyö ei polje paikal- niin kutsutusta painetasatusta venttii- laan. Uusi pietsoinjektorisukupolvi, listä. Se eroaa tähän saakka käytetys- CRI5, pystyy ohjaamaan jopa 2200 tä kuulaventtiilistä siten, että siinä on barin painetta. origin: amz Diesel spezial 9/2009