Common Rail Nedir?
Dizel motorların tarihi boyunca en büyük teknik zorluklardan biri, yakıtı silindire doğru anda ve doğru basınçla göndermekti. Common rail (ortak hat) sistemi, bu sorunu basınç üretimini enjeksiyon anından tamamen ayırarak çözen bir yakıt besleme mimarisidir. Sistemin adını aldığı "rail", tüm silindirlere aynı anda yüksek basınçlı yakıt sağlayan ortak bir boru hattıdır; her enjektör buradan beslenir ve motor devrinden bağımsız olarak istenen anda, istenen miktarda yakıt püskürtülebilir.
Klasik sıra pompalı veya üniter enjektörlü dizel sistemlerde basınç, motorun döndürdüğü bir mekanizma tarafından anlık olarak üretilirdi; bu da düşük devirlerde zayıf, yüksek devirlerde ise kontrolsüz bir püskürtme profiline yol açardı. Common rail, yakıtı önce bir depoda yüksek basınçla bekletip sonradan elektronik olarak tetiklenen enjektörlerle gönderdiği için bu sınırlamayı ortadan kaldırır.
Sistemin Çalışma Mantığı
Yüksek Basınç Pompası
Yakıt deposundan gelen dizel, önce düşük basınçlı bir besleme pompasıyla süzülür, ardından yüksek basınç pompasına ulaşır. Bu pompa yakıtı mekanik olarak sıkıştırarak günümüz sistemlerinde 1.600 ila 2.500 bar seviyelerine kadar çıkarabilir; bu değer, bir otomobil lastiğinin iç basıncının binlerce katıdır.
Ortak Yakıt Hattı (Rail)
Sıkıştırılan yakıt, adını sisteme veren ortak hatta depolanır. Bu hat bir tür basınç tamponu gibi çalışır: motorun anlık devir ve yük durumundan bağımsız olarak sabit ve yüksek bir basınç seviyesini korur. Böylece her silindire giden yakıt, aynı basınç koşullarında beklemeye alınmış olur.
Enjektörler ve Piezoelektrik Teknoloji
Rail'den her silindire giden ayrı bir yüksek basınç borusu vardır ve bu boruların ucunda elektronik kontrollü enjektörler bulunur. İlk nesil sistemlerde enjektörler solenoid valflerle açılıp kapanırken, sonraki nesillerde geliştirilen piezoelektrik enjektörler çok daha hızlı tepki verebilir. Piezoelektrik malzemeler üzerlerine elektrik akımı uygulandığında milisaniyenin çok altında bir sürede şekil değiştirebildiği için, bu enjektörler bir yanma döngüsü içinde birden fazla kez, çok kısa aralıklarla açılıp kapanabilir. Bu sayede motor, ana püskürtmeden önce küçük bir "ön püskürtme" ve sonrasında bir "art püskürtme" yaparak yanmayı daha kademeli ve sessiz hale getirebilir.
Tarihsel Gelişim
İsviçre'deki İlk Denemeler
Common rail fikrinin kökleri 1960'ların sonuna kadar uzanır. İsviçreli mühendis Robert Huber, yakıtın basınç üretimi ile enjeksiyonunun ayrıldığı bir sistem üzerinde ilk çalışmaları yapmış, bu fikir daha sonra Zürih'teki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'nde Marco Ganser tarafından geliştirilmiştir. Ancak dönemin elektronik kontrol teknolojisi, bu kadar hassas ve hızlı bir sistemi seri üretime taşıyacak olgunlukta değildi.
Fiat, Magneti Marelli ve Bosch Ortaklığı
Fikri gerçek bir otomobil teknolojisine dönüştüren asıl atılım 1990'larda İtalya'da yaşandı. Fiat'ın araştırma kolu Centro Ricerche Fiat, Elasis ve Magneti Marelli ile birlikte elektronik kontrollü bir common rail sistemi geliştirdi. Ancak dönemin mali sıkıntıları nedeniyle Fiat, bu teknolojiyi seri üretime hazır hale getirme hakkını Alman tedarikçi Bosch'a devretti. Bosch, sistemi endüstriyel ölçekte üretilebilir hale getirdi ve ilk uygulamasını 1997 yılında Alfa Romeo 156 modelinde gerçekleştirdi; aynı yıl içinde Mercedes-Benz de kendi modeline sistemi entegre etti.
Japonya'da Paralel Bir Yol: Denso
İlginç bir şekilde, Avrupa'daki bu gelişmelerden bağımsız olarak Japon üretici Denso'da Shohei Itoh ve Masahiko Miyaki liderliğindeki bir ekip, ağır ticari araçlar için kendi common rail sistemlerini geliştirdi ve bu sistemi 1995 yılında Hino Rising Ranger kamyonunda seri üretime soktu. Böylece common rail teknolojisi, birbirinden habersiz iki ayrı mühendislik yolundan neredeyse aynı döneme denk gelen bir olgunluğa ulaştı.
Common Rail'in Getirdiği Avantajlar
Common rail sisteminin en büyük katkısı, yakıt püskürtme zamanlamasını ve miktarını motor devrinden bağımsız hale getirmesidir. Bu esneklik sayesinde bir yanma döngüsünde birden fazla küçük püskürtme yapılabilir; ön püskürtme yanmanın daha yumuşak başlamasını sağlayarak dizel motorlara özgü "vuruntu" sesini azaltır, ana püskürtme gücü üretir, art püskürtme ise egzoz gazlarındaki is (partikül madde) oluşumunu azaltmaya yardımcı olur. Sonuç olarak hem yakıt tüketimi hem de zararlı emisyonlar önemli ölçüde düşerken, motor daha sessiz ve daha güçlü hale gelmiştir. Bugün neredeyse tüm modern dizel binek ve ticari araçlar, farklı üreticilerin (Bosch, Denso, Delphi, Continental) kendi versiyonlarını sunduğu common rail sistemlerini kullanmaktadır.