Vstřikovače nafty

Vývoj a použití.

Historie vývoje vstřikovačů vznětových motorů zahrnuje více než sto let inovací a technologického pokroku. Zpočátku se vstřikování paliva provádělo pomocí vysokotlakého vzduchu, ale první mechanické vstřikovače bez pomoci vzduchu se objevily ve 20. letech 20. století. V tomto období sehrála klíčovou roli společnost Bosch, která představila vysokotlaké vstřikovače, jež si našly cestu do motorů nákladních automobilů a zemědělských strojů.

Ve 30. letech 20. století představila společnost Mercedes-Benz první sériově vyráběný osobní automobil se vznětovým motorem, což svědčí o rostoucí oblibě této technologie. Druhá světová válka urychlila vývoj vstřikovačů, zejména ve vojenském kontextu. V 50. a 60. letech 20. století došlo k dalším průlomovým inovacím, jako byly vstřikovače se systémem zpětné pružiny a první elektronicky řízená vstřikovací čerpadla.

V šedesátých a sedmdesátých letech 20. století se vstřikovače se dvěma pružinami staly standardem v mnoha aplikacích, od nákladních automobilů až po zemědělské stroje. Zavedení těchto vstřikovačů umožnilo lepší řízení spalovacího procesu, což mělo přímý vliv na zlepšení výkonu motoru a snížení spotřeby paliva.

V 90. letech 20. století zahájila společnost Bosch revoluci se svým systémem čerpadlo-tryska (Pumpe-Düse) a následně se systémem Common Rail, který umožňuje přesné řízení vstřikování paliva při velmi vysokém tlaku. 

Systém vstřikování čerpadlo-tryska, který skupina Volkswagen zavedla do osobních a dodávkových automobilů, byl významným krokem ve vývoji technologie vstřikování nafty. Tento systém integroval vstřikovací čerpadlo přímo do vstřikovače, což umožnilo přesnější řízení vstřikování paliva. Každý válec motoru měl samostatnou jednotku PD, což umožnilo lepší kontrolu nad procesem vstřikování a spalováním paliva. PD vstřikovače nabízely vyšší výkon a účinnost než tradiční vstřikovací systémy, zejména pokud jde o rychlost reakce na změny zatížení motoru a provozních podmínek. Tato technologie byla po mnoho let oblíbená zejména ve vozidlech Volkswagen a dalších značek koncernu VW. Uplatnění našla také v motorech nákladních automobilů a ve strojních a užitkových vozidlech.

S vývojem a snahou o další snižování emisí a zvyšování účinnosti však byl systém čerpadlo-tryska postupně nahrazen pokročilejšími systémy common rail s elektromagneticky nebo piezoelektricky řízenými vstřikovači. V tomto typu systému jsou funkce stlačování a vstřikování paliva odděleny. To umožňuje přesné řízení vstřikování paliva, což vede ke zlepšení výkonu motoru a snížení emisí výfukových plynů.

Od roku 2000 se technologie vstřikovačů pro vznětové motory neustále vyvíjela se zaměřením na snižování emisí, zlepšování přesnosti dodávky paliva a integraci s hybridními systémy.

Konstrukce a princip činnosti.

Mechanické vstřikovače.

Mechanické vstřikovače paliva se u vznětových motorů běžně používaly pro svou jednoduchost a spolehlivost. 

Těleso vstřikovače je obvykle vyrobeno z vysoce kvalitní oceli, která je odolná vůči vysokému tlaku a teplotě. Těleso obsahuje všechny ostatní součásti vstřikovače a montuje se přímo do hlavy motoru. Jehla je klíčovou součástí, která řídí průtok paliva. Je to přesně vyrobený píst, který se pohybuje uvnitř rozprašovače. Jehla je přitlačována k sedlu pružinou, která zabraňuje úniku paliva, když není vyvíjen tlak. Vstřikovací tryska (špička) je umístěna na konci vstřikovače a má otvory o velmi malém průměru, kterými je palivo vstřikováno do spalovacího prostoru. Jemné rozprašování paliva zajišťuje lepší promíchání se vzduchem a účinnější spalování. Pružina přitlačuje jehlu k sedlu trysky. Síla pružiny musí být nastavena tak, aby se jehla otevřela při stanoveném tlaku paliva. Nastavením síly pružiny lze přesně nastavit otevírací moment vstřikovače. Pokročilejší mechanické konstrukce vstřikovačů (tzv. dvoupružinové vstřikovače) mají dvě pružiny s různou silou. To umožňuje vstřikovači otevírat se postupně a provádět předvstřikování. Pomocí podložky se nastavuje síla pružiny, a tím i tlak, při kterém se jehla začne zvedat. Změnou tloušťky podložky lze přesně nastavit bod otevření vstřikovače. Palivový kanál umístěný v tělese vede palivo pod vysokým tlakem ze vstřikovacího čerpadla do vnitřku vstřikovače. Palivo v palivovém kanálu způsobuje nárůst tlaku na jehle. Když tlak překročí nastavenou hodnotu pružiny, jehla se zvedne a otevře vstřikovací trysku. Na konci fáze vstřikování tlak paliva klesne, což způsobí, že pružina přitlačí jehlu k sedlu, uzavře trysku a zastaví průtok paliva.

Čerpadlo-tryska

Čerpadlo-tryska kombinuje ve svém těle čerpadlo a vstřikovač. Část s čerpadlem je poháněna mechanicky z motoru, obvykle pomocí speciálního vačkového hřídele. Píst pohybující se v tělese stlačuje palivo na vysoký tlak. Každý ze vstřikovačů čerpadla je vybaven ovládacím elektromagnetickým ventilem, který umožňuje přesné nastavení dávky paliva dodávaného do válců motoru. Špička vstřikovače má řadu malých otvorů, které zajišťují, že palivo je rozprašováno právě tak jemně, aby bylo podpořeno lepší promíchání se vzduchem a úplné spalování.

Elektromagnetické a piezoelektrické vstřikovače (common rail).

Tělo je vyrobeno z odolných materiálů, obvykle z oceli, která odolává vysokému tlaku a teplotě. Těleso obsahuje všechny součásti vstřikovače a je namontováno přímo v hlavě motoru.

Solenoid je klíčovým řídicím prvkem vstřikovače. Je napájen elektrickým proudem a vytváří magnetické pole, které umožňuje otevření řídicího (obtokového) ventilu. Po aktivaci solenoidu se ventil otevře, což umožní návrat části paliva do přepadu, a tím i zahájení vstřikování paliva. Tryska je umístěna na konci vstřikovače a obsahuje velmi malé otvory, kterými je palivo přiváděno do spalovacího prostoru. Tyto otvory jsou přesně vytvořeny tak, aby bylo zajištěno správné rozprašování paliva. Zpětná pružina je zodpovědná za uzavření jehlového ventilu, když elektromagnetický ventil přestane pracovat. Přitlačí jehlu ventilu k sedlu, čímž dojde k uzavření vstřikovače a ukončení vstřikování paliva. Palivové kanály přivádějí vysokotlaké palivo z lišty do vnitřku vstřikovače. Elektrický konektor je místem, kde se vstřikovač připojuje k řídicí jednotce motoru (ECU). Prochází jí proud, který aktivuje solenoid.

Piezoelektrické vstřikovače postrádají cívku, kterou nahrazuje zásobník s piezoelektrickými krystaly. Řízení otevírání a zavírání vstřikovače se provádí pomocí piezoelektrického jevu, který spočívá ve změně délky piezoelektrického svazku, když se na něj přivede napětí. Změna délky piezoelektrického zásobníku aktivuje řídicí ventil vstřikovače, který umožňuje spuštění a zastavení vstřikování. Výhodou této konstrukce oproti elektromagnetickým vstřikovačům je rychlost provozu, která se projevuje přesným dávkováním paliva do válce. 

Proces regenerace.

Čerpadlo-tryska

Testy vstřikovačů Bosch před a po repasi se provádějí na zkušební stolici Bosch EPS 815 vybavené zařízením CAMBOX. Pouze takováto sestava umožňuje přesné měření výkonových parametrů PD vstřikovače, včetně důležité hodnoty známé jako BIP (Beginning of Injection Period). Obnova zahrnuje především výměnu trysky, výměnu těsnění, kontrolu a vyčištění zbývajících součástí. V případě potřeby se vymění i další součásti, jako je píst a pružina, která je součástí pohonného systému vstřikovacího čerpadla, nebo součásti regulačního ventilu.

V případě PD vstřikovačů Delphi probíhá testování a kalibrace na zkušební stolici Hartridge AVM2-PC. Obnova zahrnuje především výměnu trysky a řídicího ventilu, výměnu těsnění, kontrolu a čištění zbývajících součástí. V případě potřeby se vymění i další součásti, jako je pružina, elektrický konektor a další. Pokud výrobce takovou potřebu stanovil, dostane repasovaný PD vstřikovač nový korekční kód, který je vygenerován na základě parametrů určených při kalibrační zkoušce provedené na zkušební stolici.

Elektromagnetické a piezoelektrické vstřikovače (common rail).

Na žádost zákazníka se před opravou provedou testy vstřikovačů. Zkoušky probíhají na zkušebních stolicích autorizovaných jednotlivými výrobci vstřikovacích systémů. Jedná se o stroje společností Bosch, Hartridge a Carbon Zapp. Repasování zahrnuje všechny kroky stanovené v návodech připravených jednotlivými výrobci. Obvykle se jedná o výměnu trysky, těsnění a regulačního ventilu a v případě potřeby i cívky. Ostatní součásti jsou důkladně vyčištěny, ověřeny a znovu použity. Důležité je, že na základě měření dávkování jednotlivých vstřikovačů zařízení generují individuální klasifikační nebo korekční kódy (IMA/C2i/C3i/C4i). Jejich zadání do řídicí jednotky motoru zaručuje správnou funkci vstřikovačů instalovaných ve vozidle.

Příčiny a typy poškození

Příznaky, které mohou indikovat vadné vstřikovače:

1. Nerovnoměrný chod motoru.
2. Hlučný provoz motoru.
3. Snížení výkonu motoru.
4. Zvýšená spotřeba paliva.
5. Problémy se startováním motoru.
6. Nadměrný kouř z výfukového systému.
7. Svítící kontrolka "check engine".

Nejčastější poruchy vstřikovačů jsou:

1. Poškození špičky (rozprašovače).
2. Poškození regulačního ventilu.
3. Poškození cívky nebo piezoelektrického zásobníku.
4. Vnitřní nebo vnější únik paliva.