Common-rail is een techniek van dieselmotoren die de aansturing van de spuitstukken verfijnt. Bij conventionele motoren worden de verstuivers geopend en gesloten via een aparte, kleine nokkenas die zich in de brandstofinspuitpomp bevindt; bij common-rail gebeurt dat door middel van een elektrisch systeem.

Het Common-rail systeem wordt toegepast op dieselmotoren met directe brandstofinspuiting. Dit houdt in dat dieselolie rechtstreeks in de verbrandingsruimte van de cilinder wordt gespoten. Tot enkele jaren geleden werden motoren met directe inspuiting uitsluitend in zware dieselmotoren (vrachtauto's of nog groter: scheepsdiesels) toegepast.

Conventionele, direct ingespoten dieselmotor

---

Bij een conventionele dieselmotor met directe inspuiting bestaat het brandstofsysteem uit de volgende componenten:

Het lagedrukgedeelte

• De brandstoftank
• Een grof filter annex waterafscheider die condenswater uit de brandstof haalt
• Een brandstofopvoerpomp die de brandstof uit de tank naar de motor pompt
• Een of meerdere fijnfilters die zelfs zeer kleine verontreinigingen uit de brandstof halen

Het hogedrukgedeelte

met daarin:

• Een brandstofinspuitpomp die door middel van een klein, ingebouwd nokkenasje de brandstof op exact het juiste moment naar de verstuivers pompt. De juiste hoeveelheid wordt bepaald door de stand van het gaspedaal in samenwerking met een regulateur, die - mechanisch of elektronisch - de hoeveelheid brandstof aanpast aan de aanwezige lucht (zuurstof) in de cilinder. Te veel brandstof zou immers niet verbranden en in de vorm van zwarte rook uit de uitlaat komen.
• Een aantal hogedrukleidingen, voor elke cilinder één, die precies even lang en even dik zijn,om verschil in inspuittijdstippen (per cilynder) te vermijden.
• In elke cilinder een verstuiver (of spuitstuk), die de brandstof vernevelt en onder hoge druk in de cilinder spuit. De verstuiver wordt gesloten gehouden door een zware veer, die een naald in het onderste gat van de verstuiver duwt. Komt er een drukgolf vanaf de brandstofinspuitpomp, dan duwt de aanwezige dieselolie onder hoge druk de verstuiver open (tegen deze veerdruk in) en verschaft zich op die wijze zelf een toegang tot de verbrandingsruimte. Indien pompverstuivers worden toegepast, hebben deze een eigen nokkenas die de verstuivers open drukt. De brandstofinspuitpomp komt dan te vervallen.

Het retour- of lekgedeelte

Dit systeem voert overtollige brandstof terug naar de tank. De brandstofopvoerpomp pompt namelijk veel meer brandstof naar de motor dan feitelijk voor de verbranding nodig is. Dit heeft wel nut: Deze brandstof koelt en smeert de onderdelen, maar de grote hoeveelheid voorkomt ook terugval in de druk of zelfs lucht in het systeem. Vaak wordt ongeveer 80% van de opgepompte brandstof weer teruggebracht in de tank. De retour- en lekleidingen halen brandstof weg bij de fijnfilters, de brandstofinspuitpomp en de verstuivers.

Nadelen van een conventionele motor

Bij deze conventionele motor worden de verstuivers in het algemeen geopend door de druk van de brandstof zelf. Dit levert soms enkele nadelen op:

• De leidingen, hoe dik en sterk ook, zetten enigszins uit door deze hoge druk (tot ca. 200 bar).
• De veren in de verstuivers zijn - mits goed afgesteld - even sterk, maar hier kunnen minimale verschillen in zitten, waardoor er niet altijd evenveel brandstof in elke cilinder komt
• De brandstofinspuitpomp regelt variaties in de hoeveelheid in te spuiten brandstof maar levert altijd dezelfde druk
• Als de veren in de verstuivers deze niet exact goed sluiten komt "nadruppelen" voor, waardoor de motor gaat roken. Om dit te voorkomen zijn in de brandstofinspuitpomp terugslagkleppen gemonteerd.
• Er zit een klein tijdsverschil tussen het moment dat de nokkenas de druk op de vloeistof opbouwt en het openen van de verstuiver.

Common-rail dieselmotor, opbouw van het systeem

---

Voor een deel lijkt het brandstofsysteem op dat van de conventionele dieselmotor:

Lagedrukgedeelte

• De brandstoftank
• Het voorfilter
• De opvoerpomp
• Brandstoffilter
• De lage druk brandstofleiding

Hogedrukgedeelte

• De hogedrukbrandstofleidingen
• De rail
• De elektromagnetische verstuiver
• De brandstofretourleiding

Het brandstofsysteem wordt gecompleteerd door een regeleenheid (ECU)

Het retour- of lekgedeelte

• terugvoerleidingen vanaf de injectoren, de hogedrukpomp en het filter

Sensoren

• Diverse sensoren die de ECU van informatie voorzien, zoals de stand van het gaspedaal, de cruisecontrol, de rijsnelheid, het krukastoerental, de motortemperatuur, de inlaatluchttemperatuur, de uitlaatgastemperatuur, de uitlaatgaskwaliteit (NOx-sensor).

Werking

---

Bij de common-rail is het mogelijk door middel van elektronica de verstuivers van de dieselmotor onafhankelijk van de nokkenas aan te sturen. De inspuitpomp komt zelfs te vervallen en wordt vervangen door een hogedrukpomp die door de motor wordt aangedreven. Het motormanagement (ECU) berekent wanneer de brandstof ingespoten moet worden en in welke hoeveelheid. De verstuivers zijn voorzien van elektromagnetische regelkleppen die deze openen en sluiten.

In tegenstelling tot gewone direct ingespoten dieselmotoren waar de brandstofpomp naar iedere injector een leiding heeft die op een vooraf bepaald moment onder druk komt te staan, heeft een common-railmotor een gemeenschappelijke leiding (de common-rail) die de brandstof onder een hoge druk (tot 1800 bar) constant naar alle injectoren aanvoert. De injectoren zijn uitgerust met een elektromagnetische klep die zeer snel kan openen en sluiten (bij moderne systemen zelfs meerdere keren per cyclus), aangestuurd door het motormanagement.

Voordelen van het common-railsysteem

---

• het inspuitmoment en de inspuitduur kunnen door het motormanagement worden beïnvloed
• er wordt een hoger rendement gehaald
• de verbranding vindt gelijkmatiger plaats
• de motor maakt beduidend minder lawaai
• de motor levert meer vermogen
• er zijn betere emissiewaarden mogelijk

Dit alles is mede mogelijk doordat er een "feedback" (gegevensuitwisseling) tussen de motor, het uitlaatsysteem en de ECU plaats vindt. Hierdoor wordt de hoeveelheid brandstof aangepast aan de vraag van de chauffeur en de kwaliteit van de uitlaatgassen.

Motortechniek

Common-Rail-Einspritzung | Common rail | Common-rail | Common rail | Common rail | Common-rail | Common rail