Dieselové vstrekovače (ON)

História a aplikácia.

História vývoja vstrekovačov vznetových motorov zahŕňa viac ako storočie inovácií a technologického pokroku. Spočiatku sa vstrekovanie paliva vykonávalo pomocou vysokotlakového vzduchu, ale prvé mechanické vstrekovače bez pomoci vzduchu sa objavili v 20. rokoch 20. storočia. V tomto období zohrala spoločnosť Bosch kľúčovú úlohu zavedením vysokotlakových vstrekovačov, ktoré si našli cestu do motorov nákladných vozidiel a poľnohospodárskych strojov.

V 30. rokoch 20. storočia predstavila spoločnosť Mercedes-Benz prvý sériovo vyrábaný osobný automobil so vznetovým motorom, čo svedčí o rastúcej popularite tejto technológie. Druhá svetová vojna urýchlila vývoj vstrekovačov, najmä vo vojenskom kontexte. V 50. a 60. rokoch 20. storočia došlo k ďalším prelomovým inováciám, ako napríklad vstrekovače so systémom spätného pruženia a prvé elektronicky riadené vstrekovacie čerpadlá.

V 60. a 70. rokoch 20. storočia sa vstrekovače s dvoma pružinami stali štandardom v mnohých aplikáciách, od nákladných vozidiel až po poľnohospodárske stroje. Zavedenie týchto vstrekovačov umožnilo lepšie riadenie spaľovacieho procesu, čo malo priamy vplyv na zlepšenie výkonu motora a zníženie spotreby paliva.

V 90. rokoch 20. storočia spoločnosť Bosch iniciovala revolúciu so svojím systémom pumpa-.dýza, po ktorom nasledoval systém Common Rail, ktorý umožňuje presné riadenie vstrekovania paliva pri veľmi vysokom tlaku. 

Systém pumpa-.dýza, ktorý skupina Volkswagen zaviedla do osobných a dodávkových automobilov, bol významným krokom vo vývoji technológie vstrekovania nafty. Tento systém integroval vstrekovacie čerpadlo priamo do vstrekovača, čo umožnilo presnejšie riadenie vstrekovania paliva. Každý valec motora mal samostatnú jednotku , čo umožnilo lepšiu kontrolu nad procesom vstrekovania a spaľovania paliva. Vstrekovače s čerpadlom ponúkali vyšší výkon a účinnosť ako tradičné systémy vstrekovania, najmä pokiaľ ide o reakciu na zmeny zaťaženia motora a prevádzkových podmienok. Táto technológia bola dlhé roky obľúbená najmä vo vozidlách značky Volkswagen a ďalších značiek koncernu VW. Uplatnenie našla aj v motoroch nákladných vozidiel a strojov a úžitkových vozidiel.

S vývojom a snahou o ďalšie znižovanie emisií a zvyšovanie účinnosti sa však systém pumpa-.dýza postupne nahradil pokročilejšími systémami common rail s elektromagneticky alebo piezoelektricky ovládanými vstrekovačmi. V tomto type systému sú funkcie stláčania a vstrekovania paliva oddelené. To umožňuje presné riadenie vstrekovania paliva, čo vedie k zvýšeniu výkonu motora a zníženiu emisií výfukových plynov.

Od roku 2000 sa technológia vstrekovačov pre dieselové motory naďalej vyvíjala so zameraním na zníženie emisií, zlepšenie presnosti dodávky paliva a integráciu s hybridnými systémami.

Konštrukcia a princíp fungovania.

Mechanické vstrekovače.

Mechanické vstrekovače paliva sa bežne používali v dieselových motoroch kvôli ich jednoduchosti a spoľahlivosti. 

Teleso vstrekovača je zvyčajne vyrobené z vysokokvalitnej ocele, ktorá je odolná voči vysokému tlaku a teplote. Teleso obsahuje všetky ostatné komponenty vstrekovača a montuje sa priamo do hlavy motora. Ihla je kľúčovou súčasťou, ktorá riadi prietok paliva. Je to presne vyrobený piest, ktorý sa pohybuje vo vnútri rozprašovača. Ihla je pritlačená k sedlu pružinou, ktorá zabraňuje úniku paliva, keď nie je vyvíjaný žiadny tlak. Vstrekovacia tryska (špička) je umiestnená na konci vstrekovača a má veľmi malý priemer otvorov, cez ktoré sa palivo rozprašuje do spaľovacej komory. Jemné rozprašovanie paliva zabezpečuje lepšie premiešanie so vzduchom a účinnejšie spaľovanie. Pružina pritláča ihlu k sedlu trysky. Sila pružiny sa musí nastaviť tak, aby sa ihla otvorila pri stanovenom tlaku paliva. Nastavením sily pružiny možno presne nastaviť otvárací moment vstrekovača. Pokročilejšie mechanické konštrukcie vstrekovačov (tzv. vstrekovače s dvoma pružinami) majú dve pružiny s rôznou silou. To umožňuje postupné otváranie vstrekovača a vykonávanie predvstreku. Pomocou podložky sa nastavuje sila pružiny, a tým aj tlak, pri ktorom sa ihla začne dvíhať. Zmenou hrúbky podložky možno presne nastaviť bod otvorenia vstrekovača. Palivový kanál umiestnený v telese vedie vysokotlakové palivo zo vstrekovacieho čerpadla do vnútra vstrekovača. Palivo v palivovom kanáliku spôsobuje zvyšovanie tlaku na ihlu. Keď tlak prekročí nastavenú hodnotu pružiny, ihla sa zdvihne a otvorí vstrekovaciu trysku. Na konci vstrekovacej fázy tlak paliva klesne, čo spôsobí, že pružina pritlačí ihlu k sedlu, uzavrie trysku a zastaví prietok paliva.

Pumpa-.dýza.

Čerpadlo-vstrekovač kombinuje čerpadlo a vstrekovač vo svojom tele. Časť čerpadla je mechanicky poháňaná z motora, zvyčajne pomocou vyhradeného vačkového hriadeľa. Piest pohybujúci sa v telese stláča palivo na vysoký tlak. Každý zo vstrekovačov čerpadla je vybavený ovládacím elektromagnetickým ventilom, ktorý umožňuje presné nastavenie dávky paliva dodávaného do valcov motora. Hrot vstrekovača čerpadla má množstvo malých otvorov, ktoré zabezpečujú, že palivo je rozprašované práve tak jemne, aby sa podporilo lepšie premiešanie so vzduchom a úplné spaľovanie.

Elektromagnetické a piezoelektrické vstrekovače (common rail).

Telo je vyrobené z odolných materiálov, zvyčajne z ocele, ktorá odoláva vysokému tlaku a teplote. Teleso obsahuje všetky komponenty vstrekovača a je namontované priamo v hlave motora.

Solenoid je kľúčovým ovládacím prvkom vstrekovača. Napájaný elektrickým prúdom vytvára magnetické pole, ktoré umožňuje otvorenie riadiaceho (obtokového) ventilu. Po aktivácii solenoidu sa ventil otvorí, čím sa časť paliva vráti do prepadu, a tým sa spustí vstrekovanie paliva. Rozprašovač sa nachádza na konci vstrekovača a obsahuje veľmi malé otvory, cez ktoré sa palivo privádza do spaľovacej komory. Tieto otvory sú presne vytvorené, aby sa zabezpečilo správne rozprašovanie paliva. Spätná pružina je zodpovedná za zatvorenie ihlového ventilu, keď elektromagnetický ventil prestane pracovať. Tlačí ihlu ventilu na sedlo, čím sa vstrekovač uzavrie a vstrekovanie paliva sa ukončí. Palivové kanály privádzajú vysokotlakové palivo z lišty do vnútra vstrekovača. Elektrická zástrčka je miesto, kde sa vstrekovač pripája k riadiacej jednotke motora (ECU). Prechádza ňou prúd, ktorý aktivuje solenoid.

Piezoelektrické vstrekovače nemajú cievku, na jej mieste je piezokryštalický zásobník. Ovládanie otvárania a zatvárania vstrekovača sa vykonáva pomocou piezokryštálového efektu, ktorý spočíva v zmene dĺžky piezoelektrického zväzku, keď sa naň privedie napätie. Zmena dĺžky piezoelektrického zásobníka aktivuje riadiaci ventil vstrekovača, ktorý umožňuje spustenie a zastavenie vstrekovania. Výhodou tejto konštrukcie v porovnaní s elektromagnetickými vstrekovačmi je rýchlosť prevádzky, ktorá sa prejavuje v presnom dávkovaní paliva do valca. 

Proces regenerácie.

Pumpa-.dýza.

Testy jednotkových vstrekovačov Bosch pred regeneráciou aj po nej sa vykonávajú na skúšobnej stolici Bosch EPS 815 vybavenej zariadením CAMBOX. Iba takáto súprava umožňuje presné meranie výkonových parametrov vstrekovača čerpadla vrátane dôležitej hodnoty známej ako BIP (Beginning of Injection Period). Obnova zahŕňa predovšetkým výmenu rozprašovača, výmenu tesnení, kontrolu a čistenie ostatných komponentov. V prípade potreby sa vymenia aj iné komponenty, ako napríklad piest a pružina, ktoré sú súčasťou pohonného systému vstrekovacieho čerpadla, alebo komponenty regulačného ventilu.

V prípade vstrekovačov čerpadiel Delphi sa testovanie a kalibrácia vykonáva na testovacej stolici Hartridge AVM2-PC. Obnova zahŕňa predovšetkým výmenu trysky a regulačného ventilu, výmenu tesnení, kontrolu a čistenie zvyšných komponentov. V prípade potreby sa vymenia aj ďalšie komponenty, napríklad pružina, elektrický konektor a iné. Ak výrobca stanovil takúto potrebu, repasovaný vstrekovač čerpadla dostane nový korekčný kód, ktorý sa generuje na základe parametrov určených počas kalibračnej skúšky vykonanej na skúšobnej stolici.

Elektromagnetické a piezoelektrické vstrekovače (common rail).

Na žiadosť zákazníka sa pred opravou vykonajú testy vstrekovačov. Skúšky sa vykonávajú na skúšobných zariadeniach autorizovaných jednotlivými výrobcami vstrekovacích systémov. Ide o stroje vyrobené spoločnosťami Bosch, Hartridge a Carbon Zapp. Obnova zahŕňa všetky kroky stanovené v návodoch pripravených jednotlivými výrobcami. Zvyčajne ide o výmenu rozprašovača, tesnení a regulačného ventilu a v prípade potreby aj cievky. Ostatné komponenty sa dôkladne vyčistia, overia a opätovne použijú. Dôležité je, že na základe meraní dávkovania každého vstrekovača zariadenia generujú individuálne klasifikačné alebo korekčné kódy (IMA/C2i/C3i/C4i). Ich zadávanie do riadiacej jednotky motora zaručuje správnu činnosť vstrekovačov inštalovaných vo vozidle.

Príčiny a typy poškodenia

Príznaky, ktoré môžu naznačovať chybné vstrekovače:

1. Nerovnomerná prevádzka motora.
2. Hlasná prevádzka motora.
3. Zníženie výkonu motora.
4. Zvýšená spotreba paliva.
5. Problémy so štartovaním motora.
6. Nadmerný dym z výfukového systému.
7. Svetelná kontrolka "check engine".

Najčastejšie poruchy vstrekovačov sú:

1. Poškodenie špičky (rozprašovača).
2. Poškodenie regulačného ventilu.
3. Poškodenie cievky alebo piezoelektrického zásobníka.
4. Vnútorný alebo vonkajší únik paliva.