lataa PDF - Bosch Diesel Center

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