Wtryskiwacze diesel (ON)

Geneza i zastosowanie.

Historia rozwoju wtryskiwaczy silników diesla obejmuje ponad sto lat innowacji i technologicznego postępu. Początkowo wtryskiwanie paliwa odbywało się przy użyciu powietrza pod wysokim ciśnieniem, jednak pierwsze wtryskiwacze mechaniczne bez wspomagania powietrza pojawiły się w latach 20. XX wieku. W tym okresie firma Bosch odegrała kluczową rolę, wprowadzając wtryskiwacze wysokociśnieniowe, które znalazły zastosowanie w silnikach ciężarówek i maszyn rolniczych.

W latach 30. Mercedes-Benz wprowadził pierwszy seryjnie produkowany samochód osobowy z silnikiem diesla, co wskazuje na rosnącą popularność tej technologii. II wojna światowa przyspieszyła rozwój wtryskiwaczy, szczególnie w kontekście wojskowym. W latach 50. i 60. pojawiły się kolejne przełomowe innowacje, takie jak wtryskiwacze z systemem sprężyny wstecznej i pierwsze elektronicznie sterowane pompy wtryskowe.

W latach 60. i 70. wtryskiwacze dwusprężynowe stały się standardem w wielu zastosowaniach, od ciężarówek po maszyny rolnicze. Wprowadzenie tych wtryskiwaczy pozwoliło na lepsze sterowanie procesem spalania, co miało bezpośredni wpływ na poprawę osiągów silnika i redukcję zużycia paliwa.

W latach 90. firma Bosch zainicjowała rewolucję dzięki systemowi z pompowtryskiwaczami, a następnie układowi Common Rail, który pozwala na precyzyjne sterowanie wtryskiem paliwa pod bardzo wysokim ciśnieniem. 

Układ z pompowtryskiwaczami, wprowadzony w samochodach osobowych i dostawczych przez firmę Volkswagen Group, był istotnym krokiem w rozwoju technologii wtryskiwaczy silników diesla. Ten system integrował pompę wtryskową bezpośrednio z wtryskiwaczem, co umożliwiało bardziej precyzyjne sterowanie wtryskiem paliwa. Każdy cylindry silnika miał oddzielną jednostkę pompowtryskiwacza, co zapewniało lepszą kontrolę nad procesem wtrysku i spalaniem paliwa. Pompowtryskiwacze oferowały większą moc i efektywność niż tradycyjne systemy wtryskowe, zwłaszcza w zakresie reakcji na zmiany obciążenia silnika i warunków pracy. Technologia ta była szczególnie popularna w pojazdach marki Volkswagen oraz innych marek z grupy VW przez wiele lat. Znalazła również zastosowanie w silnikach samochodów ciężarowych oraz maszyn i pojazdów użytkowych.

Jednakże w miarę rozwoju i dążenia do dalszej redukcji emisji oraz poprawy efektywności, układ z pompowtryskiwaczami został stopniowo zastąpiony przez bardziej zaawansowane systemy Common Rail z wtryskiwaczami sterowanymi elektromagnetycznie lub piezoelektrycznie. W układzie tego typu rozdzielono funkcję sprężania paliwa i jego wtrysku. Umożliwia to precyzyjne sterowanie wtryskiem paliwa co w efekcie poprawia osiągi silnika i obniża poziom emisji spalin.

Od lat 2000. technologia wtryskiwaczy oleju napędowego nadal ewoluuje, skupiając się na redukcji emisji, poprawie precyzji dawkowania paliwa i integracji z systemami hybrydowymi.

Budowa i zasada działania.

Wtryskiwacze mechaniczne.

Mechaniczne wtryskiwacze paliwa były powszechnie stosowane w silnikach diesla ze względu na swoją prostotę i niezawodność. 

Korpus wtryskiwacza jest zazwyczaj wykonany ze stali wysokiej jakości, odpornej na wysokie ciśnienie i temperaturę. Korpus zawiera wszystkie pozostałe elementy wtryskiwacza i jest zamontowany bezpośrednio w głowicy silnika. Iglica jest kluczowym elementem kontrolującym przepływ paliwa. Jest to precyzyjnie wykonany tłok, który porusza się wewnątrz rozpylacza. Iglica jest dociskana sprężyną do gniazda, co zapobiega wyciekom paliwa, gdy nie jest podawane ciśnienie. Dysza wtryskująca (końcówka) znajduje się na końcu wtryskiwacza i ma otwory o bardzo małych średnicach, przez które paliwo jest rozpylane do komory spalania. Drobne rozpylenie paliwa zapewnia lepsze mieszanie z powietrzem i bardziej efektywne spalanie. Sprężyna dociska iglicę do gniazda dyszy. Siła sprężyny musi być odpowiednio dobrana, aby iglica otwierała się przy określonym ciśnieniu paliwa. Regulacja siły sprężyny pozwala na precyzyjne ustawienie momentu otwarcia wtryskiwacza. Bardziej zaawansowane konstrukcje wtryskiwaczy mechanicznych (tzw. dwusprężynowe) posiadają dwie sprężyny o różnej sile. Pozwala to na stopniowe otwarcie wtryskiwacza i realizowanie wtrysku wstępnego. Podkładka regulacyjna służy do ustawiania siły sprężyny, a tym samym ciśnienia, przy którym iglica zaczyna się podnosić. Zmieniając grubość podkładki, można precyzyjnie dostosować punkt otwarcia wtryskiwacza. Kanał paliwowy umieszczony w korpusie prowadzi paliwo pod wysokim ciśnieniem od pompy wtryskowej do wnętrza wtryskiwacza. Paliwo w kanale paliwowym powoduje wzrost ciśnienia na iglicę. Gdy ciśnienie przekroczy ustawioną wartość sprężyny, iglica podnosi się, otwierając dyszę wtryskującą. Po zakończeniu fazy wtrysku, ciśnienie paliwa spada, co powoduje, że sprężyna dociska iglicę do gniazda, zamykając dyszę i zatrzymując przepływ paliwa.

Pompowtryskiwacze.

Pompowtryskiwacz łączy w swym korpusie pompę oraz wtryskiwacz. Sekcja pompy napędzana jest mechanicznie od silnika, najczęściej dedykowanym wałkiem krzywkowym. Tłoczek poruszający się w obudowie spręża paliwo do wysokiego ciśnienia. Każdy z pompowtryskiwaczy wyposażony jest w elektrozawór sterujący, co umożliwia precyzyjną regulację dawki paliwa podawanej do cylindrów silnika. Końcówka pompowtryskiwacza posiada kilka niewielkich otworów, dzięki którym paliwo jest odpowiednio drobno rozpylane, co sprzyja lepszemu wymieszaniu z powietrzem i pełnemu spalaniu.

Wtryskiwacze elektromagnetyczne i piezoelektryczne (common rail).

Korpus jest wykonany z trwałych materiałów, zwykle stali, które wytrzymują wysokie ciśnienie i temperaturę. Korpus zawiera wszystkie elementy wtryskiwacza i jest montowany bezpośrednio w głowicy silnika.

Cewka jest kluczowym elementem sterującym wtryskiwaczem. Zasilona prądem elektrycznym generuje pole magnetyczne, co pozwala na otwarcie zaworu sterującego (przelewowego). Kiedy elektromagnes jest aktywowany zawór otwiera się, umożliwiając powrót części paliwa na przelew i tym samym początek wtrysku paliwa. Rozpylacz znajduje się na końcu wtryskiwacza i zawiera bardzo małe otwory, przez które paliwo jest podawane do komory spalania. Otwory te są precyzyjnie wykonane, aby zapewnić odpowiednie rozpylenie paliwa. Sprężyna powrotna jest odpowiedzialna za zamykanie zaworu iglicowego, gdy elektromagnes przestaje działać. Dociska iglicę zaworu do gniazda, co powoduje zamknięcie wtryskiwacza i koniec wtrysku paliwa. Kanały paliwowe doprowadzają paliwo pod wysokim ciśnieniem z szyny do wnętrza wtryskiwacza. Wtyczka elektryczna jest miejscem, gdzie wtryskiwacz łączy się z jednostką sterującą silnika (ECU). Przez nią przepływa prąd, który aktywuje elektromagnes.

Wtryskiwacze piezoelektryczne pozbawione są cewki, w miejsce której zastosowano stos piezokrystaliczny. Sterowanie otwarciem i zamknięciem wtryskiwacza realizowane jest z wykorzystaniem efektu piezokrystalicznego, który polega na zmianie długości stosu piezo w momencie zasilania go napięciem. Zmiana długości stosu piezo aktywuje zawór sterujący wtryskiwacza umożliwiając rozpoczęcie i zakończenie wtrysku. Przewagą tej konstrukcji względem wtryskiwaczy elektromagnetycznych jest szybkość działania, co przekłada się na precyzyjne dawkowanie paliwa do cylindra. 

Proces regeneracji.

Pompowtryskiwacze.

Testy pompowtryskiwaczy firmy Bosch zarówno przed, jaki po regeneracji przeprowadzane są na stole probierczym Bosch EPS 815 wyposażonym w przystawkę CAMBOX. Tylko taki zestaw pozwala na precyzyjne pomiary parametrów pracy pompowtryskiwacza, w tym ważnej wartości zwanej BIP (Beginning of Injection Period). Regeneracja obejmuje przede wszystkim wymianę rozpylacza, wymianę uszczelnień, kontrolę i oczyszczenie pozostałych elementów. W razie potrzeby wymieniane są pozostałe podzespoły takie jak tłoczek i sprężyna będąca częścią układu napędu pompowtryskiwacza czy też elementy zaworu sterującego.

W przypadku pompowtryskiwaczy firmy Delphi test i kalibracja odbywa się na stole probierczym Hartridge AVM2-PC. Regeneracja obejmuje przede wszystkim wymianę rozpylacza i zaworu sterującego, wymianę uszczelnień, kontrolę i oczyszczenie pozostałych elementów. W razie potrzeby wymieniane są pozostałe elementy takie jak sprężyna, złącze elektryczne i inne. Jeśli producent przewidział taką potrzebę, zregenerowany pompowtryskiwacz otrzymuje nowy kod korekcyjny, który generowany jest na podstawie parametrów zamierzonych w trakcie testu kalibracyjnego przeprowadzanego na stanowisku pomiarowym.

Wtryskiwacze elektromagnetyczne i piezoelektryczne (common rail).

Na życzenie Klienta przed naprawą wykonujemy testy wtryskiwaczy. Testy odbywają się na stołach probierczych posiadających autoryzację poszczególnych producentów układów wtryskowych. Są to maszyny wyprodukowane przez firmy Bosch, Hartridge oraz Carbon Zapp. Regeneracja obejmuje wszystkie czynności przewidziane w instrukcjach przygotowanych przez poszczególnych producentów. Jest to zwykle wymiana rozpylacza, uszczelnień i zaworka sterującego, a w razie potrzeby także cewki. Pozostałe elementy są dokładnie oczyszczane, weryfikowane i wykorzystywane ponownie. Co ważne, na podstawie pomiarów dawkowania każdego wtryskiwacza urządzenia generują indywidualne kod klasyfikacji lub kody korekcyjne (IMA/C2i/C3i/C4i). Wprowadzenie ich do sterownika silnika gwarantuje poprawną pracę wtryskiwaczy zamontowanych w pojeździe.

Przyczyny i rodzaje uszkodzeń

Objawy, które mogą świadczyć o uszkodzeniu wtryskiwaczy:

1. Nierówna praca silnika.
2. Głośna praca silnika.
3. Spadek mocy silnika.
4. Zwiększone zużycie paliwa.
5. Problemy z uruchomieniem silnika.
6. Nadmierne dymienie z układu wydechowego.
7. Świecąca kontrolka „check engine”.

Najczęstsze uszkodzenia wtryskiwaczy to:

1. Uszkodzenie końcówki (rozpylacza).
2. Uszkodzenie zaworu sterującego.
3. Uszkodzenie cewki lub stosu piezoelektrycznego.
4. Wewnętrzny lub zewnętrzny wyciek paliwa.