Il sistema Common Rail Diesel è una delle tecnologie più avanzate e diffuse nel settore automobilistico e industriale per quanto riguarda i motori diesel. La sua nascita risale agli anni ’90, e da allora è diventato uno standard per i motori diesel moderni, sia per veicoli leggeri che per quelli pesanti. Il sistema offre numerosi vantaggi rispetto ai tradizionali sistemi di iniezione, come una maggiore efficienza, migliori prestazioni e minori emissioni. Questo sistema si basa su un’architettura che consente una gestione più precisa e flessibile del processo di iniezione del carburante, rendendolo fondamentale per il rispetto delle sempre più stringenti normative ambientali e per l’ottimizzazione dei consumi.
Prima di addentrarci nel funzionamento del common-rail andiamo a ricordare quali sono gli altri sistemi di iniezione Diesel, di alcuni di questi abbiamo già parlato su questo blog, eccoli:
- Iniezione con pompa in linea (sia diretta che indiretta)
- Iniezione con pompa rotativa (sia diretta che indiretta)
- Iniezione con pompa a pistoni radiali (solo diretta)
- Iniezione con iniettori-pompa PDE (solo diretta)
Il nome “Common Rail” deriva dal fatto che tutti gli iniettori del motore sono alimentati da un’unica “barra” o “rail” comune, dove il carburante è mantenuto a una pressione elevata e costante. Questa configurazione permette di separare la generazione della pressione dall’atto di iniezione, garantendo numerosi vantaggi in termini di prestazioni e versatilità rispetto ai vecchi sistemi a pompa rotativa o iniettori meccanici.
Principio di funzionamento del Common Rail Diesel
Il cuore del sistema Common Rail è la “barra comune”, o rail, un condotto pressurizzato che immagazzina il carburante diesel a una pressione molto elevata, spesso superiore ai 2000 bar. Questa pressione è generata da una pompa ad alta pressione che lavora indipendentemente dal regime di rotazione del motore. Questo significa che la pressione del carburante nel rail può essere mantenuta costante o variabile a seconda delle necessità del motore, senza essere influenzata dal numero di giri.
Ogni cilindro del motore è dotato di un iniettore elettronico collegato al rail comune. Questi iniettori possono aprirsi e chiudersi in modo preciso grazie a un impulso elettrico inviato dalla centralina elettronica di gestione del motore (ECU). La centralina, utilizzando una serie di sensori distribuiti nel motore, è in grado di regolare con precisione il momento dell’iniezione, la quantità di carburante iniettato e la durata dell’iniezione stessa. Questo consente un controllo ottimale del processo di combustione, migliorando così sia l’efficienza che le prestazioni del motore.
Vantaggi del Common Rail: Alta pressione di iniezione
Uno dei principali vantaggi del sistema Common Rail è la possibilità di gestire pressioni di iniezione estremamente elevate, fino a 2500 bar o anche di più nei sistemi più recenti. Queste pressioni elevate permettono di nebulizzare il carburante in gocce finissime all’interno della camera di combustione, migliorando il processo di miscelazione con l’aria e garantendo una combustione più completa ed efficiente.
La combustione più efficiente porta a una serie di benefici, tra cui una maggiore potenza specifica del motore e una riduzione dei consumi. Inoltre, una migliore combustione significa anche una riduzione delle emissioni di particolato e ossidi di azoto (NOx), due tra i principali inquinanti generati dai motori diesel. Grazie all’alta pressione di iniezione, il carburante viene bruciato quasi completamente, riducendo al minimo le emissioni nocive e migliorando la qualità complessiva dei gas di scarico.
Precisione dell’iniezione del carburante
La precisione del sistema Common Rail è un altro dei suoi punti di forza. Grazie all’uso di iniettori controllati elettronicamente, la quantità di carburante iniettato può essere regolata con estrema accuratezza. E’ possibile avere più fasi di iniezione durante un singolo ciclo di combustione, una caratteristica chiamata “iniezione multipla“. Questa tecnica consente di ottimizzare la combustione e ridurre il rumore e le vibrazioni del motore.
In una fase di iniezione multipla, è possibile suddividere l’iniezione in una piccola “pre-iniezione“, seguita da una “iniezione principale” e da una o più “post-iniezioni“. La pre-iniezione serve a preparare la camera di combustione, riducendo l’impatto termico e acustico del processo di accensione. La post-iniezione, invece, può essere utilizzata per aumentare la temperatura dei gas di scarico, utile per attivare dispositivi di controllo delle emissioni come i filtri antiparticolato (DPF). La capacità di controllare con precisione ogni fase dell’iniezione è uno degli aspetti fondamentali per migliorare il comfort di guida e ridurre il rumore dei motori diesel.
Immagine prelevata dal sito web www.seletron.com che si occupa di elaborazione motori auto Diesel e benzina
Flessibilità di gestione
Il sistema Common Rail offre una notevole flessibilità nella gestione del motore. Grazie alla sua capacità di mantenere una pressione del carburante costante e indipendente dal regime di rotazione del motore, la centralina può adattare il processo di iniezione in tempo reale in base a una serie di parametri, come la velocità del veicolo, la richiesta di potenza da parte del conducente e le condizioni ambientali.
Questa flessibilità permette al motore di funzionare in modo ottimale in una vasta gamma di condizioni operative. Ad esempio, a bassi regimi, la centralina può ridurre la quantità di carburante iniettato per migliorare l’efficienza e ridurre i consumi, mentre a regimi elevati o in situazioni in cui è richiesta una maggiore potenza, come durante una forte accelerazione o una salita, può aumentare la quantità di carburante e la pressione nel rail per massimizzare le prestazioni del motore. La possibilità di variare in modo così preciso questi parametri è ciò che rende i motori diesel con sistema Common Rail molto versatili e capaci di rispondere alle esigenze di diverse tipologie di veicoli e applicazioni.
Prestazioni migliorate
Uno degli obiettivi principali del sistema Common Rail è migliorare le prestazioni del motore diesel. Grazie alla pressione costante e alle iniezioni multiple, è possibile ottenere una combustione più rapida e completa, aumentando così la potenza erogata dal motore. In particolare, l’iniezione a pressioni elevate consente di raggiungere pressioni più elevate all’interno della camera di combustione, il che si traduce in un ciclo termodinamico più efficiente e in un aumento del rendimento globale del motore.
I motori diesel equipaggiati con sistema Common Rail sono in grado di offrire una coppia elevata già a bassi regimi di rotazione, caratteristica particolarmente apprezzata nei veicoli commerciali e industriali, dove è richiesta una buona capacità di carico e una pronta risposta alle variazioni di velocità. La migliorata combustione permette di ottenere prestazioni simili o superiori a quelle dei motori a benzina, con il vantaggio di consumi di carburante nettamente inferiori.
Riduzione delle emissioni inquinanti
L’attenzione all’ambiente è un altro aspetto fondamentale del sistema Common Rail. Le normative antinquinamento, in particolare quelle relative ai motori diesel, sono diventate sempre più severe negli ultimi anni. Il sistema Common Rail, grazie alla sua capacità di gestire con estrema precisione la quantità e il timing dell’iniezione di carburante, contribuisce significativamente alla riduzione delle emissioni di gas inquinanti.
La precisione del sistema consente di ridurre drasticamente la quantità di particolato e ossidi di azoto (NOx) prodotti dal motore. In combinazione con altre tecnologie, come i sistemi di ricircolo dei gas di scarico (EGR) e i filtri antiparticolato (DPF), il sistema Common Rail gioca un ruolo cruciale nel permettere ai motori diesel di rispettare le normative Euro 6 e superiori.
Efficienza nei consumi
Un altro dei principali vantaggi del sistema Common Rail è la sua capacità di migliorare l’efficienza del carburante. La gestione precisa dell’iniezione consente di ottimizzare il rapporto tra aria e carburante in ogni momento, garantendo che venga iniettata solo la quantità necessaria di carburante per ottenere la potenza richiesta. Questo si traduce in una riduzione dei consumi, particolarmente evidente durante la guida a velocità costante e nelle situazioni di carico parziale.
Grazie all’ottimizzazione della combustione, è possibile ridurre al minimo la perdita di energia sotto forma di calore e gas di scarico non completamente combusti, migliorando così il rendimento complessivo del motore. I motori Common Rail sono noti per essere più economici nei consumi rispetto ai vecchi sistemi di iniezione, contribuendo così non solo alla riduzione dei costi operativi, ma anche alla diminuzione dell’impatto ambientale legato al consumo di combustibili fossili.
Manutenzione e affidabilità del sistema Common Rail
Nonostante la complessità del sistema Common Rail, una delle sue caratteristiche positive è l’elevata affidabilità. Grazie all’utilizzo di componenti elettronici avanzati e alla separazione tra la generazione della pressione e l’iniezione, il sistema richiede meno manutenzione rispetto ai sistemi meccanici tradizionali. E’ però essenziale utilizzare carburanti di alta qualità per evitare problemi di intasamento degli iniettori o danni alla pompa ad alta pressione.
La manutenzione del sistema Common Rail prevede principalmente la sostituzione dei filtri del carburante, oltre a periodici controlli del funzionamento degli iniettori. Questi componenti sono progettati per durare a lungo, ma possono essere soggetti a usura nel tempo, specialmente se il motore viene alimentato con carburanti di bassa qualità o se non vengono effettuati i necessari interventi di manutenzione preventiva.
Il sistema Common Rail Diesel ha rivoluzionato il mondo dei motori diesel, portando vantaggi significativi in termini di prestazioni, efficienza e rispetto ambientale. Grazie alla sua capacità di operare a pressioni elevate, di gestire iniezioni multiple e di controllare con estrema precisione il processo di iniezione, il sistema ha reso i motori diesel competitivi in un mercato sempre più esigente, sia in termini di prestazioni che di emissioni.
Tra l’altro, questo intelligente sistema di iniezione del gasolio, è stato inventato in Italia, ha fatto la sua comparsa su alcuni motori installati su auto prodotte negli anni ’90 poi, a partire dagli anni ‘2000, sono stati impiegati quasi su tutti i motori Diesel di tutti i marchi automobilistici, non solo, anche di motori per trasporto su gomma, macchine movimento terra (MMT), macchine agricole e motori industriali (generatori, moto-pompe ecc.).
Esempi di alcune delle prime auto a montare un sistema common rail Diesel
- Mercedes C220 CDI 4 cilindri, 16V, 125cv
- Fiat – Alfa – Lancia 1.9 JTD 4 cilindri, 8V, 105cv
- Fiat – Alfa – Lancia 2.4 JTD 5 cilindri, 10V, 136cv
- BMW 320d 2.0, 4 cilindri 16V 150cv
- BMW 530d 3.0 24V 6 cilindri 184cv
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