Systémy vstrekovania nafty. Dizajn, výhody a nevýhody

Na rozdiel od benzínových motorov mali dieselové motory vstrekovanie paliva už od začiatku. Menili sa len vstrekovacie systémy, armatúry a tlak paliva dodávaného do valcov.

Princíp činnosti naftového motora, bežne známeho ako dieselový motor, je úplne odlišný od princípu činnosti benzínového motora. V palivových nákladných autách sa zmes paliva a vzduchu dostáva do spaľovacej komory nad piestom. Po stlačení sa zmes zapáli v dôsledku rozpadu elektrickej iskry na elektródach zapaľovacej sviečky. To je dôvod, prečo sa benzínové motory nazývajú aj zážihové motory (SI).

Pri dieselových motoroch stláča piest v spaľovacej komore iba vzduch, ktorý sa vplyvom obrovského tlaku (najmenej 40 barov – odtiaľ názov „vysoký tlak“) zohreje na teplotu 600 – 800 °C. Vstrekovanie paliva do takto horúceho vzduchu má za následok okamžité samovznietenie paliva v spaľovacej komore. Z tohto dôvodu sa naftové pohonné jednotky označujú aj ako vznetové motory (CI). Od samého začiatku boli privádzané vstrekovaním paliva do spaľovacieho priestoru, a nie do sacieho potrubia, ktoré dodáva motoru iba vzduch. Podľa toho, či bol spaľovací priestor delený alebo nie, sa naftové motory delili na pohonné jednotky s nepriamym alebo priamym vstrekovaním.

Nepriama injekcia

Diesel, hoci debutoval so systémom priameho vstrekovania, sa dlho nepoužíval. Toto riešenie spôsobilo príliš veľa problémov a v automobilovom priemysle ho nahradilo nepriame vstrekovanie patentované v roku 1909. Priame vstrekovanie zostalo vo veľkých stacionárnych a lodných motoroch, ako aj v niektorých nákladných autách. Konštruktéri osobných áut uprednostňovali diesely s nepriamym vstrekovaním, s plynulejším chodom a menšou hlučnosťou.

Pojem „nepriame“ v dieselových motoroch znamená niečo úplne iné ako v benzínových motoroch, kde nepriame vstrekovanie je vstrekovanie zmesi vzduchu a paliva do sacieho potrubia. V dieselových motoroch s nepriamym vstrekovaním, rovnako ako v konštrukciách s priamym vstrekovaním, palivo rozprášené vstrekovačom tiež vstupuje do spaľovacej komory. Akurát, že je rozdelená na dve časti – pomocnú časť, do ktorej sa vstrekuje palivo a hlavnú časť, t.j. priestor priamo nad piestom, v ktorom prebieha hlavný proces spaľovania paliva. Komory sú vzájomne prepojené kanálom alebo kanálmi. Z hľadiska tvaru a funkcie sa komory delia na predbežné, vírivé a vzduchojemy.

Posledné uvedené nemožno použiť, pretože ich výroba sa prakticky zastavila. V prípade predkomôr a vírivých komôr je dýza inštalovaná vedľa pomocnej komory a vstrekuje do nej palivo. Tam dôjde k zapáleniu, potom čiastočne spálené palivo vstupuje do hlavnej komory a tam vyhorí. Naftové motory s predkomorou alebo vírivou komorou bežia hladko a môžu mať odľahčené kľukové systémy. Nie sú citlivé na kvalitu paliva a môžu mať trysky jednoduchej konštrukcie. Sú však menej účinné ako priamovstrekové diesely, spotrebujú viac paliva a majú problém naštartovať studený motor. Dnes sú dieselové motory s nepriamym vstrekovaním v osobných autách minulosťou a už sa nevyrábajú. V moderných autách sa dnes na trhu vyskytujú len zriedka. Nájdeme ich len v prevedeniach ako indický Hindustan a Tata, ruský UAZ, staršia generácia Mitsubishi Pajero predávaná v Brazílii alebo Volkswagen Polo ponúkaný v Argentíne. Používajú sa v oveľa väčších množstvách vo vozidlách pre trh s náhradnými dielmi.

Priame vstrekovanie

Všetko to začalo ním. Výhody priameho vstrekovania sa však spočiatku nevyužívali. Dôležitosť správneho vírenia paliva nebola známa a jeho spaľovanie nebolo optimálne. Vytvorili sa hrudky paliva, ktoré prispeli k tvorbe sadzí. Procesy na pieste išli príliš rýchlo, motory tvrdo pracovali a rýchlo zničili ložisko kľukového hriadeľa. Z tohto dôvodu sa upustilo od priameho vstrekovania a uprednostňovalo sa nepriame vstrekovanie.

Návrat ku koreňom, avšak v modernej verzii, nastal až v roku 1987, kedy sa do sériovej výroby dostal Fiat Croma 1.9 TD. Priame vstrekovanie paliva vyžaduje účinné vstrekovacie zariadenie, vysoký vstrekovací tlak, kvalitné palivo a veľmi pevnú (a teda ťažkú) kľuku. Poskytuje však vysokú účinnosť a ľahký štart studeného motora. Moderné riešenia dieselových motorov s priamym vstrekovaním sú založené najmä na úplne plochých hlavách a piestoch s vhodne tvarovanými komorami (dutinami). Komory sú zodpovedné za správnu turbulenciu paliva. Priame vstrekovanie je dnes široko používané v dieselových motoroch osobných automobilov.

Priame vstrekovanie - pumpové vstrekovače

V tradičných dieselových motoroch sú za dodávku paliva zodpovedné rôzne typy čerpadiel. V pionierskych časoch sa vstrekovanie paliva uskutočňovalo stlačeným vzduchom, v 20. rokoch 300. storočia pomocou prerobených olejových čerpadiel. V 60-tych rokoch sa už vo veľkej miere používali špeciálne čerpadlá určené pre dieselové motory. Spočiatku bol založený na sériových čerpadlách, ktoré vytvárajú nízky tlak (do 1000 barov). Až v roku 80 sa objavili efektívnejšie čerpadlá s axiálnym rozdeľovačom (nad 524 barov). V polovici sedemdesiatych rokov dostali mechanické ovládanie vstrekovania a v polovici osemdesiatych rokov elektronické riadenie (BMW 1986td, XNUMX).

Trochu iným spôsobom vstrekovania paliva boli čerpadlo-vstrekovače používané v nákladných automobiloch už v 30-tych rokoch, v osobných autách ich vo veľkom využíval koncern Volkswagen, prvýkrát v roku 1998 (Passat B5 1.9 TDI). Stručne povedané, vstrekovač čerpadla je vstrekovač s vlastným čerpadlom, ktoré je poháňané vačkovým hriadeľom. Celý proces tlakovania a vstrekovania do valca je teda obmedzený na hlavu valca. Systém je veľmi kompaktný, neexistujú žiadne palivové vedenia spájajúce čerpadlo so vstrekovačmi. Nedochádza teda k pulzovaniu trysky, čo sťažuje reguláciu dávky paliva a netesnosti. Pretože sa palivo čiastočne odparuje v komore vstrekovača jednotky, časovanie vstrekovania môže byť malé (ľahký štart). Najdôležitejší je však veľmi vysoký vstrekovací tlak 2000-2200 barov. Dávka paliva vo valci sa rýchlo zmieša so vzduchom a veľmi efektívne spaľuje.

Vo všeobecnosti sa vznetový motor čerpadlo-vstrekovač vyznačuje vysokou účinnosťou, nízkou spotrebou paliva, vysokou rýchlosťou a možnosťou získania vysokej hustoty výkonu. Ale motor so vstrekovacou jednotkou je nákladný na výrobu, hlavne kvôli zložitosti hlavy valcov. Jeho práca je tvrdá a hlasná. Pri pohone jednotkovými vstrekovačmi vznikajú aj problémy s emisiami, čo veľkou mierou prispelo k tomu, že VW od tohto riešenia upustilo.

Priame vstrekovanie - Common Rail

Najdôležitejším prvkom vstrekovacieho systému Common Rail je „Common Rail“, typ nádrže známy aj ako „tlakový palivový akumulátor“, do ktorého čerpadlo čerpá motorovú naftu. Do trysiek vstupuje nie priamo z čerpadla, ale z nádrže, pričom sa udržiava rovnaký tlak pre každý valec.

Obrazne môžeme povedať, že každý zo vstrekovačov nečaká na porciu paliva z čerpadla, ale stále má palivo pod veľmi vysokým tlakom. Elektrické impulzy, ktoré ovládajú vstrekovače, postačujú na privádzanie paliva do spaľovacích komôr. Takýto systém umožňuje vytvárať viacfázové vstreky (aj 8 fáz na vstrek), čo vedie k veľmi presnému spaľovaniu paliva s postupným zvyšovaním tlaku. Veľmi vysoký vstrekovací tlak (1800 bar) umožňuje použitie vstrekovačov s veľmi malými otvormi, ktoré dodávajú palivo takmer vo forme hmly.

To všetko dopĺňa vysoká účinnosť motora, hladký chod a nízka hladina hluku (napriek priamemu vstrekovaniu), dobrá manévrovateľnosť a nízke emisie výfukových plynov. Motory so systémom Common Rail však vyžadujú palivo najvyššej kvality a najlepšie filtre. Nečistoty v palive môžu zničiť vstrekovače a spôsobiť škody, ktorých oprava je mimoriadne nákladná.