Dizelski injektorji (ON)

Geneza in uporaba.

Zgodovina razvoja injektorjev dizelskih motorjev obsega več kot stoletje inovacij in tehnološkega napredka. Sprva je bilo vbrizgavanje goriva izvedeno z visokotlačnim zrakom, vendar so se prvi mehanski vbrizgalniki brez pomoči zraka pojavili v 20. letih prejšnjega stoletja. V tem obdobju je imel Bosch ključno vlogo z uvedbo visokotlačnih vbrizgalnikov, ki so se uveljavili v motorjih tovornjakov in kmetijskih strojev.

V tridesetih letih prejšnjega stoletja je Mercedes-Benz predstavil prvi množično proizvedeni osebni avtomobil z dizelskim motorjem, kar kaže na vse večjo priljubljenost te tehnologije. Druga svetovna vojna je pospešila razvoj injektorjev, zlasti v vojaškem kontekstu. V petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja so se pojavile nadaljnje prelomne inovacije, kot so injektorji s sistemom povratne vzmeti in prve elektronsko krmiljene vbrizgalne črpalke.

V šestdesetih in sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so injektorji z dvojno vzmetjo postali standard za številne aplikacije, od tovornjakov do kmetijskih strojev. Uvedba teh injektorjev je omogočila boljši nadzor procesa zgorevanja, kar je neposredno vplivalo na izboljšanje zmogljivosti motorja in zmanjšanje porabe goriva.

V devetdesetih letih prejšnjega stoletja je Bosch s svojim sistemom črpalka-vbrizg, ki mu je sledil sistem Common Rail, ki omogoča natančen nadzor vbrizgavanja goriva pri zelo visokem tlaku, sprožil revolucijo. 

Sistem črpalka-vbrizgalnik, ki ga je skupina Volkswagen uvedla v osebnih avtomobilih in kombijih, je bil pomemben korak v razvoju tehnologije vbrizgavanja dizelskega goriva. Ta sistem je vbrizgalno črpalko vgradil neposredno v vbrizgalnik, kar je omogočilo natančnejši nadzor vbrizgavanja goriva. Vsak valj motorja je imel ločeno enoto črpalka-vbrizgalnik, kar je omogočalo boljši nadzor nad postopkom vbrizgavanja in izgorevanjem goriva. Vbrizgalniki s črpalko so zagotavljali večjo moč in učinkovitost kot tradicionalni sistemi vbrizgavanja, zlasti z vidika odzivnosti na spremembe obremenitve motorja in pogojev delovanja. Ta tehnologija je bila dolga leta še posebej priljubljena v vozilih Volkswagen in drugih znamkah skupine VW. Uporabo je našla tudi v motorjih tovornjakov ter v strojnih in gospodarskih vozilih.

Z razvojem in prizadevanji za dodatno zmanjšanje emisij in izboljšanje učinkovitosti pa so sistem črpalka-vbrizgalnik postopoma nadomestili naprednejši sistemi common rail z vbrizgalniki z elektromagnetnim ali piezoelektričnim krmiljenjem. Pri tej vrsti sistema sta funkciji stiskanja in vbrizgavanja goriva ločeni. To omogoča natančen nadzor vbrizgavanja goriva, zaradi česar se izboljša zmogljivost motorja in zmanjšajo emisije izpušnih plinov.

Od leta 2000 se tehnologija dizelskih vbrizgalnikov še naprej razvija, s poudarkom na zmanjševanju emisij, izboljšanju natančnosti dovajanja goriva in integraciji s hibridnimi sistemi.

Konstrukcija in načelo delovanja.

Mehanski vbrizgalniki.

Mehanski vbrizgalniki goriva so se zaradi svoje preprostosti in zanesljivosti pogosto uporabljali v dizelskih motorjih. 

Telo injektorja je običajno izdelano iz visokokakovostnega jekla, ki je odporno na visok tlak in temperaturo. Ohišje vsebuje vse druge sestavne dele injektorja in je vgrajeno neposredno v glavo motorja. Igla je ključni sestavni del, ki uravnava pretok goriva. Gre za natančno izdelan bat, ki se premika znotraj razpršilnika. Iglo na sedež pritiska vzmet, ki preprečuje uhajanje goriva, kadar ni pritiska. Vbrizgalna šoba (konica) je na koncu injektorja in ima luknjice z zelo majhnim premerom, skozi katere se gorivo razprši v zgorevalni prostor. Drobno razprševanje goriva zagotavlja boljše mešanje z zrakom in učinkovitejše izgorevanje. Vzmet pritiska iglo na ležišče šobe. Silo vzmeti je treba prilagoditi, da se vžigalna igla odpre pri določenem tlaku goriva. S prilagajanjem sile vzmeti lahko natančno nastavite moment odpiranja vbrizgalnika. Naprednejše mehanske zasnove injektorjev (tako imenovani injektorji z dvojno vzmetjo) imajo dve vzmeti z različno močjo. To omogoča postopno odpiranje injektorja in izvedbo predhodnega vbrizga. S podložko se nastavi moč vzmeti in s tem tlak, pri katerem se igla začne dvigovati. S spreminjanjem debeline podložke je mogoče natančno nastaviti točko odprtja injektorja. Kanal za gorivo v ohišju vodi visokotlačno gorivo iz vbrizgalne črpalke v notranjost injektorja. Zaradi goriva v kanalu za gorivo se na igli poveča tlak. Ko tlak preseže nastavljeno vrednost vzmeti, se igla dvigne in odpre vbrizgalno šobo. Ob koncu faze vbrizgavanja tlak goriva pade, zaradi česar vzmet pritisne iglo ob sedež, zapre šobo in ustavi pretok goriva.

Vbrizgalniki s črpalko.

Črpalka-injektor v svojem ohišju združuje črpalko in injektor. Del črpalke mehansko poganja motor, običajno z namensko odmično gredjo. Bat, ki se premika v ohišju, stisne gorivo do visokega tlaka. Vsak črpalni vbrizgalnik je opremljen s krmilnim elektromagnetnim ventilom, ki omogoča natančno nastavitev odmerka goriva, ki se dovaja v valje motorja. Konica črpalnega injektorja ima številne majhne luknjice, ki zagotavljajo, da je gorivo razpršeno dovolj fino, da se bolje meša z zrakom in omogoča popolno izgorevanje.

Elektromagnetni in piezo injektorji (common rail).

Ohišje je izdelano iz trpežnih materialov, običajno iz jekla, ki je odporno na visok tlak in temperaturo. Ohišje vsebuje vse sestavne dele vbrizgalnika in je nameščeno neposredno v glavo motorja.

Solenoid je ključni krmilni element injektorja. Električni tok ustvarja magnetno polje, ki omogoča odprtje kontrolnega (obtočnega) ventila. Ko se elektromagnet aktivira, se ventil odpre, kar omogoči vrnitev dela goriva v preliv in s tem začetek vbrizgavanja goriva. Razpršilnik je na koncu vbrizgalnika in vsebuje zelo majhne luknjice, skozi katere se gorivo dovaja v zgorevalni prostor. Te luknjice so natančno izdelane, da je gorivo pravilno razpršeno. Povratna vzmet je odgovorna za zapiranje igelnega ventila, ko elektromagnet preneha delovati. Iglo ventila pritisne ob sedež, s čimer se zapre injektor in konča vbrizgavanje goriva. Gorivni kanali dovajajo visokotlačno gorivo iz vodila v notranjost injektorja. Električni vtič je mesto, kjer je injektor povezan z nadzorno enoto motorja (ECU). Preko njega teče električni tok, ki aktivira elektromagnet.

Piezoinjektorji nimajo tuljave, namesto nje je na voljo piezokristalni niz. Nadzor odpiranja in zapiranja injektorja se doseže s piezokristalnim učinkom, ki vključuje spreminjanje dolžine piezoelektričnega sklopa, ko nanj pritisnemo napetost. Sprememba dolžine piezoelektričnega sklada aktivira krmilni ventil injektorja, ki omogoča začetek in konec vbrizgavanja. Prednost te zasnove v primerjavi z elektromagnetnimi injektorji je hitrost delovanja, kar pomeni natančno doziranje goriva v valj. 

Postopek regeneracije.

Vbrizgalniki s črpalko.

Preizkusi Boschevih vbrizgalnikov pred obnovo in po njej se izvajajo na Boschevi preskusni napravi EPS 815, opremljeni z napravo CAMBOX. Le takšen komplet omogoča natančno merjenje parametrov delovanja črpalnega vbrizgalnika, vključno s pomembno vrednostjo, znano kot BIP (Beginning of Injection Period). Prenova vključuje predvsem zamenjavo razpršilnika, zamenjavo tesnil ter pregled in čiščenje preostalih sestavnih delov. Po potrebi se zamenjajo tudi drugi sestavni deli, kot sta bat in vzmet, ki sta del pogonskega sistema vbrizgalnika črpalke, ali sestavni deli krmilnega ventila.

V primeru Delphijevih črpalnih injektorjev se testiranje in umerjanje opravita na Hartridgeovi testni napravi AVM2-PC. Obnova vključuje predvsem zamenjavo šobe in krmilnega ventila, zamenjavo tesnil, pregled in čiščenje preostalih sestavnih delov. Po potrebi se zamenjajo tudi drugi sestavni deli, kot so vzmet, električni priključek in drugi. Če je proizvajalec predvidel takšno potrebo, dobi obnovljeni injektor črpalke novo korekcijsko kodo, ki se ustvari na podlagi parametrov, predvidenih med kalibracijskim preskusom, opravljenim na preskusni napravi.

Elektromagnetni in piezo injektorji (common rail).

Na zahtevo stranke se pred popravilom izvedejo preskusi injektorjev. Preizkusi se opravijo na preskusnih postajah, ki jih odobrijo posamezni proizvajalci vbrizgalnih sistemov. To so naprave, ki jih proizvajajo podjetja Bosch, Hartridge in Carbon Zapp. Obnova vključuje vse korake, ki so predvideni v navodilih, ki jih pripravijo posamezni proizvajalci. Običajno gre za zamenjavo razpršilnika, tesnil in kontrolnega ventila ter po potrebi tudi tuljave. Ostali sestavni deli se temeljito očistijo, preverijo in ponovno uporabijo. Pomembno je, da naprave na podlagi meritev odmerka vsakega injektorja ustvarijo posamezne kode za razvrščanje ali popravke (IMA/C2i/C3i/C4i). Njihov vnos v krmilnik motorja zagotavlja pravilno delovanje injektorjev, vgrajenih v vozilo.

Vzroki in vrste poškodb

Simptomi, ki lahko kažejo na okvarjene injektorje:

1. Neenakomerno delovanje motorja.
2. Glasno delovanje motorja.
3. Zmanjšanje moči motorja.
4. Povečana poraba goriva.
5. Težave pri zagonu motorja.
6. Prekomerno dimljenje iz izpušnega sistema.
7. Svetleča lučka "preveri motor".

Najpogostejše okvare injektorjev so:

1. Poškodba konice (razpršilnika).
2. Poškodba krmilnega ventila.
3. Poškodba tuljave ali piezoelektričnega sklopa.
4. Notranje ali zunanje puščanje goriva.