W układzie wtryskowym Common Rail rozdzielono procesy wtrysku paliwa oraz generowania wysokiego ciśnienia. Paliwo magazynowane jest w specjalnym zasobniku pod wysokim ciśnieniem (ciśnieniem wtrysku) i dostarczane do zasobnika za pośrednictwem pompy wysokociśnieniowej zamontowanej między rzędami cylindrów. Wtryskiwacze paliwa połączone z zasobnikiem rurkami stalowymi (każda o tej samej długości) mają elektromagnetyczne zawory sterujące. Czas wtrysku oraz jego dawkę indywidualnie dla każdego wtryskiwacza określa sterownik silnika. Rozdzielacz paliwa z obwodem regulacji wysokiego ciśnienia precyzyjnie i równomiernie rozdziela paliwo do dwóch zasobników.

Ciśnienie wtrysku w układzie Common Rail jest wytwarzane niezależnie od prędkości obrotowej silnika, co pozwala na utrzymanie jego wysokiej wartości nawet w zakresie częściowych obciążeń jednostki napędowej. W stosunku do innych konwencjonalnych układów wtryskowych z napędem krzywkowym układ Common Rail umożliwia swobodne dostosowanie ciśnienia wtrysku do zmiennych warunków pracy silnika oraz jego podział na fazy: przedwtrysku, wtrysku głównego i powtrysku.

Budowa układu Common Rail w silniku 3.3 TDI V8

Układ wtryskowy Common Rail składa się z obwodu wysokociśnieniowego i niskociśnieniowego.

W skład obwodu wysokociśnieniowego wchodzą:

• pompa wysokiego ciśnienia,
• zasobnik paliwa pierwszego i drugiego rzędu cylindrów,
• osiem wtryskiwaczy z elektromagnetycznymi zaworami sterującymi,
• rozdzielacz paliwa z obwodem regulacji wysokiego ciśnienia,
• zawór dozowania paliwa N290,
• zawór regulacyjny ciśnienia paliwa N276,
• czujnik ciśnienia paliwa G247,
• odcinki stalowych przewodów wysokociśnieniowych.

W skład obwodu niskociśnieniowego wchodzą:

• zbiornik paliwa mieszczący wstępną pompę paliwa G6 oraz zasobnik pompy,
• elektryczna pompa paliwa G23,
• filtr paliwa,
• dwie chłodnice paliwa: chłodnicę typu powietrze–ciecz zabudowaną w dolnej części samochodu oraz chłodnicę typu ciecz–ciecz będącą podzespołem niskotemperaturowego układu chłodzenia silnika,
• zębata pompa zasilająca,
• mechaniczny zawór bezpieczeństwa,
• zawór kanału obejściowego pompy paliwa N312,
• bimetaliczny zawór ogrzewania par paliwa,
• przewody paliwa niskiego ciśnienia.

Poszczególne elementy obwodu wysokociśnieniowego

Pompa wysokociśnieniowa generuje wysokie ciśnienie paliwa za pośrednictwem trzech tłoczków rozmieszczonych symetrycznie co 120°, poruszanych obracającą się krzywką mimośrodową. Tłoczki te sprężają paliwo podczas trzech cykli tłoczenia przypadających na jeden obrót wałka napędzającego mimośrodową krzywkę. Taka charakterystyka pracy pompy wysokociśnieniowej zapewnia jej niewielki pobór mocy jak i zbalansowane obciążenie układu napędowego samej pompy.

Przy wykorzystaniu maksymalnego momentu obrotowego wymaganego do jej napędu – wynoszącego 17 Nm – pompa wytwarza 1300 barów ciśnienia paliwa, co stanowi około 1/9 momentu potrzebnego do realizacji napędu porównywalnej rozdzielaczowej pompy wtryskowej. Pompa wysokociśnieniowa zabudowana jest z przodu silnika między rzędami cylindrów, a do jej napędu użyto paska zębatego o przełożeniu I=2/3 w stosunku do wału korbowego silnika (prędkość obrotowa pompy wynosi 75–3000 obr./min). Maksymalne ciśnienie osiągane przez pompę wysokociśnieniową to 1350 barów, wydajność mieści się w zakresie 0,6–0,7 cm³/obrót wałka napędowego pompy. Paliwo tłoczone przez zębatą pompę zasilającą kierowane jest do zwężki zaworu N290 dozowania paliwa oraz do układu chłodzenia i smarowania pompy wysokociśnieniowej.

Zawór dozowania paliwa N290 reguluje dawkę paliwa, która większą bądź mniejszą porcją wraca na stronę ssącą pompy zębatej (ilustracja). Ograniczenie wydajności pompy wysokociśnieniowej pozwala obniżyć temperaturę paliwa oraz zmniejszyć obciążenie silnika napędem pompy.

Gdy zawór N290 jest wysterowany (zasilany), to pozostaje zamknięty. Następuje proces narastania ciśnienia sterującego, co powoduje przesunięcie się tłoczka regulacyjnego w prawą stronę i stopniowe powiększanie pola powierzchni przekroju kanału zasilającego pompę wysokociśnieniową. W sytuacji gdy zawór N290 nie jest wysterowany (zasilany), pozostaje cały czas otwarty. Przekrój kanału zasilającego jest minimalny, gdyż sprężyna przesunie tłoczek regulacyjny w lewe skrajne położenie. Stopień zamknięcia zaworu dozowania paliwa N290 regulowany jest przez sterownik silnika J494 i zależny od obciążenia oraz prędkości obrotowej jednostki napędowej. Uszkodzenie lub zakłócenie sygnału z zaworu N290 może doprowadzić do obniżenia mocy silnika lub wyłączenia przebiegu regulacji ciśnienia doładowania, jak i dezaktywacji funkcji recyrkulacji spalin. Gdy sterownik silnika zidentyfikuje poważną awarię, nastąpi wyłączenie silnika za pośrednictwem zespołu podwójnych klap dławiących.

Czujnik ciśnienia paliwa G247 przetwarza wartość ciśnienia paliwa w rozdzielaczu na sygnał napięciowy. Sterownik silnika dostarcza napięcie o wartości 5 V do elementu pomiarowego czujnika G247, gdzie wzrost ciśnienia paliwa wywołuje spadek oporności i podnosi napięcie sygnałowe czujnika. Uszkodzenie czujnik G247 objawia się przejściem silnika w stan awaryjny i wysterowaniem zaworu regulacji ciśnienia paliwa N276 sygnałem o stałej wartości.

Rozdzielacz paliwa z obwodem regulacji wysokiego ciśnienia zawiera czujnik ciśnienia paliwa G247 oraz zawór regulujący ciśnienie paliwa N276. Rozdzielacz zapewnia równomierny podział paliwa między zasobnikami pierwszego i drugiego rzędu cylindrów.

Zawór regulujący ciśnienie paliwa N276 to elektromagnetyczny element sterujący ciśnieniem paliwa w układzie wysokociśnieniowym. Gdy silnik nie jest uruchomiony (zawór nie jest zasilany), to iglica dociskana jest sprężyną do gniazda zaworu, pozwalając na utrzymanie stałego ciśnienia paliwa w zasobniku na pułapie ok. 100 barów. W momencie pracy silnika cewka elektromagnesu zostaje przyciągnięta, wspomagając siłę sprężyny, co wywołuje dodatkowy nacisk iglicy na ciśnienie paliwa znajdujące się w zasobniku. Regulacja ciśnienia polega na zmianie przekroju zaworu sterowanego iglicą, co pozwala dodatkowo wytłumić pulsację ciśnienia paliwa. Nadmiar paliwa z zaworu N276 kierowany jest do zbiornika paliwa.

W zasobniku paliwa magazynowane jest paliwo pod wysokim ciśnieniem, gdzie objętość zasobnika musi gwarantować tłumienie drgań słupa ciśnienia utworzonego przez pracę pompy i wtryskiwaczy. Aby zapewnić równomierne ciśnienia wtrysku dla każdego z czterech wtryskiwaczy połączonych z zasobnikiem, ważne jest utrzymanie stałego ciśnienia w zasobniku.

Przewody paliwa obwodu wysokociśnieniowego wykonane są ze stalowych rurek o średnicy około 6 mm, co pozwala na zapewnienie wysokiej wytrzymałości i odporności na pulsacje ciśnienia. Długość każdego przewodu na odcinku między zasobnikiem a wtryskiwaczem musi być jednakowa, dlatego różnice odległości wyrównuje się, profilując przewody.