Iniezione diretta Common Rail

Il sistema di iniezione diretta common rail o iniezione diretta ad alta pressione (in inglese common rail o DCI per "  Direct Injection Common Rail  ") è una moderna versione del motore diesel ad iniezione diretta . L'inventore è il gruppo Fiat , i cui brevetti portano i numeri EP 0385399 A2 (ottenuti il3 marzo 1989) e EP0548916 A1 (ottenuto su24 dicembre 1991).

La Fiat si era già distinta con Croma TDid, la prima berlina al mondo a beneficiare nel 1988 di un motore diesel a iniezione diretta. Ma il primo veicolo passeggeri ad essere equipaggiato con un tale motore è stato il Toyota Land Cruiser HJ61 4x4 nel 1986.

Dopo aver depositato i brevetti common rail, faticando economicamente, la Fiat li ha venduti a Bosch, che è stata poi in grado di fornire sistemi a molti gruppi automobilistici. Possiamo citare PSA, Mercedes-Benz, BMW ... La prima autovettura ad essere equipaggiata con il common rail arriva dal Gruppo Fiat, essendo l'Alfa Romeo 156, presentata nell'autunno del 1997.

Caratteristiche

La caratteristica principale di un sistema di iniezione common rail risiede nella presenza di un unico accumulatore ad alta pressione, che può arrivare fino a 2200  bar a pieno carico, per alimentare gli iniettori. Nei motori precedenti, con iniezione diretta o indiretta, una pompa a bassa pressione portava il carburante agli iniettori del gruppo tramite un condotto, quest'ultimo azionato da un albero a camme.

I sistemi di iniezione Common Rail utilizzano principalmente iniettori piezoelettrici o solenoidi che consentono un controllo molto preciso della quantità e dei tempi di iniezione del carburante in ciascun cilindro. Il controllo di questo tipo di iniettore avviene elettricamente e quindi ha permesso l'introduzione dell'elaborazione dati per questa tecnologia, che porta molteplici vantaggi.

Poiché la pressione di iniezione è data a monte, si dovrebbe parlare di "valvola di iniezione", anche se si usa ancora il termine "iniettore".

Le valvole di iniezione a solenoide o piezoelettriche consentono il controllo elettronico della durata dell'iniezione e quindi dell'esatta quantità di carburante da spruzzare nella camera di combustione. Inoltre, l'alta pressione consente una migliore distribuzione della nuvola di carburante in ogni cilindro. Per ridurre il rumore di funzionamento del motore, una piccola quantità di carburante viene iniettata prima dell'iniezione principale. Questa soluzione, chiamata pre-iniezione, consente al carburante di iniziare a bruciare in un punto particolare della camera di combustione, a differenza dei motori diesel che non lo possiedono, in cui sono presenti più punti di accensione incontrollati. Di conseguenza, i motori dotati del sistema common rail sono più silenziosi e non subiscono più picchi di pressione ottenendo una combustione molto più regolare; consentono una netta riduzione delle emissioni di gas incombusti e dei consumi di circa il 15% con un incremento dei servizi del 12% . Il sistema di pre-iniezione conferisce al common rail una sensazione molto più simile ai motori ad accensione comandata, come i tradizionali motori a benzina.

I motori più sofisticati possono eseguire fino a otto iniezioni per ciclo, si chiamano "  Multijet  ", così chiamati dal loro inventore Fiat e Magneti-Marelli .

L'ingegnere italiano Alessandro Tripodi, del consorzio Fiat / Magneti-Marelli , è l'inventore del sistema common rail . L' Alfa Romeo 156 è la prima vettura al mondo ad essere equipaggiata con questo sistema rivoluzionario. PSA e Mercedes Benz saranno i primi costruttori esteri a poter utilizzare il common rail , nel 1997 pochi mesi dopo il gruppo Fiat.

Storico

Motori con principi pre- common rail sono stati utilizzati in passato nei motori marini e ferroviari, su alcune locomotive. Il motore Cooper-Bessemer GN-8 del 1942 è un tipico esempio del più noto motore diesel common rail idraulico.

• 1930: Il principio del motore a iniezione diretta common rail è stato sviluppato dai ricercatori del Politecnico di Zurigo a partire dagli anni '30, ma non era mai stato utilizzato su motori di piccola cilindrata.
• 1960: Il prototipo del sistema common rail è stato sviluppato alla fine degli anni '60 dallo svizzero Robert Huber. La tecnologia è stata poi sviluppata da D r Marco Ganser dell'ETH di Zurigo, poi Ganser-Hydromag AG (est. 1995) a Oberägeri.
• 1988-1989: Fiat presente nelAprile 1988, al Salone di Torino , la prima vettura equipaggiata con un motore diesel a iniezione diretta, la Fiat Croma TDid . Dalla fine degli anni '80, gli ingegneri di Fiat e Magneti Marelli hanno lavorato all'adattamento del common rail ai motori diesel di piccola cilindrata. Nel 1996, hanno preindustrializzato un sistema common rail adattato ai motori delle automobili. Una pompa, indipendentemente dalla velocità del motore, inietta gasolio ad alta pressione in un condotto, il common rail o il collettore, che diventa un accumulatore idraulico, ovvero un serbatoio di carburante pressurizzato pronto per essere iniettato nei cilindri del motore.
• 1990-1997: la preindustrializzazione del sistema common rail inizia nel 1990 nei laboratori congiunti di ricerca e sviluppo delle società Magneti-Marelli, Centro Ricerche Fiat ed Elasis . Approfittando delle ricerche e delle precedenti esperienze del Gruppo Fiat, è stata assegnata una licenza nel mese diAprile 1994alla società tedesca Robert Bosch GmbH che utilizza brevetti Fiat. Dopo trenta mesi di sviluppo, la produzione di massa e la commercializzazione vengono eseguite da Bosch.
• 1995: il primo utilizzo di successo in un veicolo di produzione è iniziato in Giappone a metà degli anni 1990. Shohei Itoh e Masahiko Miyaki di Denso Corporation , un produttore giapponese di componenti automobilistici, hanno sviluppato il sistema common rail del sistema di alimentazione ferroviario per veicoli pesanti utilizzo di esso con il loro sistema common rail ECD-U2 montato su Hino Ranger Truck e venduto per uso generale nel 1995. Denso rivendica il primo sistema common rail ad alta pressione commerciale per camion nel 1995.
• 1997: la prima vettura dotata di motore con sistema common rail viene commercializzata dall'Alfa Romeo con la 156 .
• Dal 2005, il gruppo VW ha approfittato di un rinnovamento della sua gamma motori con una riduzione della cilindrata per i suoi motori a quattro cilindri per sostituire gradualmente i motori TDI dotati della soluzione "pompa-iniettore" ("PDE" in tedesco) dove ogni il cilindro è dotato di questo tipo di prodotto. A partire dalsettembre 2008tutta la gamma del gruppo è dotata di tecnologia common rail , i motori dotati di sistemi “pompa-iniettore” non essendo in grado di rispettare la normativa antinquinamento Euro 4 .
• Epoca contemporanea: i sistemi di iniezione common rail equipaggiano tutti i motori diesel di grandi serie e la maggior parte è equipaggiata con la terza generazione con 2.500  bar di pressione.

Descrizione

Un sistema di iniezione diretta diesel common rail è composto da:

• una pompa benzina a bassa pressione , denominata booster indipendente dal motore, alimentata a 12  V , che aspira il carburante dal serbatoio per portarlo al sistema di iniezione;
• un'elettrovalvola situato tra la pompa e la pompa ad alta pressione, che controlla il flusso del carburante;
• una pompa ad alta pressione , azionata dal motore, che fornisce carburante al common rail;
• un limitatore di pressione con taratura meccanica o pilotata, che controlla la pressione nel common rail;
• un accumulatore idraulico , denominato “common rail”, che costituisce una riserva di carburante in alta pressione per gli iniettori;
• un iniettore per cilindro, che svolge il ruolo di valvole a comando elettroidraulico.

Questo set è controllato da:

• un sensore di pressione nel common rail;
• un sensore di temperatura del carburante;
• un computer di iniezione elettronica (comunemente chiamato "ECU" per "  Electronic Control Unit  " in inglese) che controlla gli attuatori  : gli iniettori, l'elettrovalvola di controllo del flusso ed eventualmente l'impostazione del limitatore di pressione, dalle informazioni misurate dai sensori.

Il computer di iniezione utilizza le informazioni dai sensori del motore:

• posizione del pedale dell'acceleratore;
• pressione dell'aria nel collettore di aspirazione;
• temperatura e portata dell'aria in ingresso;
• temperatura dell'acqua nella testata;
• regime motore e posizione angolare misurata sull'albero a camme e / o sull'albero motore  ;
• così come eventualmente l' accelerazione misurata sul blocco cilindri.

Note e riferimenti

1. "  Common rail high pressure diesel injection  " [PDF] , Educauto.org (consultato il 24 dicembre 2012 ) .
2. (in) "  Electromagnetic fuel injection valve  " , Google Patents (accesso 22 dicembre 2019 ) .
3. (in) Bob McDonald, "  Common Rail Injection History  " , Engine Builder,20 agosto 2012(visitato il 5 giugno 2017 ) .
4. (in) "Common Rail System" (versione del 7 agosto 2011 su Internet Archive ) , Denso Corporation ,2005 (versione archiviata).

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