Neustály tlak na znižovanie spotreby paliva a sprísňovanie emisných noriem vedie výrobcov dieselových motorov k neustálemu vývoju a zlepšovaniu systémov vstrekovania paliva. Jedným z kľúčových komponentov týchto systémov je palivové čerpadlo, ktoré zohráva zásadnú úlohu pri zabezpečovaní efektívneho a čistého spaľovania. Tento článok sa zameriava na funkciu palivového čerpadla, s dôrazom na systémy Common Rail, ktoré sú v súčasnosti najrozšírenejšie v moderných dieselových motoroch.
Vývoj systémov vstrekovania paliva
V priebehu rokov prešiel vývoj systémov vstrekovania paliva výraznými zmenami. Začiatkom 90. rokov predstavovalo priame vstrekovanie s elektronicky riadeným rotačným vstrekovacím čerpadlom významný pokrok. Koncom 90. rokov bol tento systém postupne nahradený systémami čerpadlo-tryska a Common Rail. Hoci systém čerpadlo-tryska bol spočiatku sľubný, časom sa ukázal ako menej perspektívny z dôvodu vyšších emisií a hlučnosti. Systém Common Rail nakoniec prevzal vedúcu pozíciu a stal sa najpoužívanejším systémom priameho vysokotlakového vstrekovania nafty v moderných dieselových motoroch.
Systém Common Rail: Súčasný štandard
Systém Common Rail je systém priameho vstrekovania nafty, ktorý sa vyznačuje tlakovým zásobníkom, v ktorom sa palivo udržiava pod vysokým tlakom. Postupom času sa tento systém stal najpoužívanejším vysokotlakovým vstrekovaním nafty v moderných dieselových motoroch. Medzi jeho hlavné výhody patrí jednoduchá adaptácia systému pre rôzne motory a riadenie priebehu vstreku (viacnásobné vstrekovanie), pretože tlak paliva v zásobníku tlaku (tzv. rail) je nezávislý od otáčok motora. Výhodou sú aj vysoké vstrekovacie tlaky, ktoré umožňujú dokonalejšie rozprášenie paliva vo valci.
Počiatky systému Common Rail siahajú do konca 60. rokov minulého storočia, keď švajčiarsky technik Robert Huber vytvoril prvý funkčný prototyp. Neskôr na vývoji pracoval tím z technologického inštitútu v Zürichu. V ďalších rokoch sa vývoja chopili aj japonskí inžinieri z firmy Denso a vyvinuli systém priameho vstrekovania pre nákladné vozidlá s označením ECD-U2, ktorým bol v polovici 90. rokov vybavený nákladný automobil Hino Raising Ranger. Vo vývoji však pokračovali aj európski inžinieri, konkrétne z firmy Magneti Marelli a Fiatu, ktorí vytvorili systém Unijet. Koncom roka 1993 odkúpila potrebné patenty nemecká firma Bosch a pokračovala vo výskume a vývoji tohto systému. Výsledkom bolo uvedenie systému v roku 1997 na trh, konkrétne pre motor 1,9 JTD (Fiat, Alfa, Lancia).
Základné komponenty systému Common Rail
Základom vstrekovania Common Rail je tlakový zásobník, v preklade "spoločné potrubie". Tento zásobník tlaku udržiava naftu pod vysokým tlakom a práve v tomto spočíva hlavný rozdiel a tiež výhoda oproti iným systémom vysokotlakového vstrekovania nafty. Common Rail sa podobne ako ostatné systémy skladá z nízkotlakovej a vysokotlakovej časti.
Prečítajte si tiež: Daihatsu Feroza - výmena čerpadla
Nízkotlaková časť
Nízkotlaková časť zabezpečuje čistenie a dopravu paliva do vysokotlakovej časti. Inými slovami, zásobuje vysokotlakové čerpadlo prefiltrovaným palivom. Palivo je odčerpávané z nádrže vozidla a prechádza cez filter, pričom jeho prúdenie zabezpečuje palivové - podávacie čerpadlo. Prietok paliva reguluje riadiaca elektronika. Z podávacieho čerpadla vedie palivo nízkotlakovým potrubím do vysokotlakového čerpadla. Často je podávacie čerpadlo v spoločnom bloku s vysokotlakovým čerpadlom.
Nízkotlaková časť obsahuje:
- Palivovú nádrž
- Sací kôš umiestnený na dopravnom palivovom čerpadle
- Jemný filter paliva
- Nízkotlakový okruh vysokotlakového čerpadla
- Spätné palivové potrubie
- Nízkotlakové potrubie, ktoré prepája všetky komponenty
Vysokotlaková časť
Vysokotlakové čerpadlo stlačí naftu na požadovaný tlak, ktorý závisí od prevedenia a od generácie, obvykle sa pohybuje od 145 do 220 MPa (2200 bar). Z vysokotlakového čerpadla prúdi palivo na rozdiel od ostatných systémov do vyššie spomínaného tlakového zásobníka. Tam sa pomocou snímača a regulátora tlaku udržiava tlak paliva na požadovanej - konštantnej úrovni. Z tlakového zásobníka ide palivo cez vysokotlakové potrubie priamo ku vstrekovačom a tie na základe impulzov z riadiacej jednotky vstrekujú potrebnú dávku paliva priamo do valca. Pri voľnobehu a čiastočnom zaťažení vzniká prebytok paliva, ktoré sa vracia naspäť do nízkotlakovej časti pomocou regulačného ventilu.
Vysokotlaková časť pozostáva z:
- Vysokotlakového čerpadla, ktoré obsahuje odpájací ventil čerpadla a regulátor tlaku paliva
- Vysokotlakového zásobníka paliva - rail
- Snímačov tlaku paliva v zásobníku
- Poistného ventilu
- Obmedzovačov prietoku
- Jednotlivých vstrekovačov
- Vysokotlakového potrubia, ktoré prepája všetky komponenty
Funkcia palivového čerpadla v systéme Common Rail
Palivové čerpadlo v systéme Common Rail plní niekoľko kľúčových funkcií:
Prečítajte si tiež: Funkcia a špecifikácie palivového čerpadla
- Doprava paliva: Zabezpečuje nepretržitú dopravu paliva z palivovej nádrže do vstrekovačov.
- Tlakovanie paliva: Zvyšuje tlak paliva na požadovanú úroveň, ktorá je potrebná pre efektívne vstrekovanie.
- Regulácia tlaku: Udržiava konštantný tlak paliva v zásobníku (rail) bez ohľadu na otáčky motora a zaťaženie.
- Distribúcia paliva: Rozdeľuje palivo do jednotlivých vstrekovačov.
Typy vysokotlakových čerpadiel
Základnou úlohou vysokotlakového palivového čerpadla je za každých prevádzkových podmienok dodávať potrebné množstvo paliva pod vysokým tlakom do tlakového zásobníka - railu nezávisle na vstrekovanom množstve, inými slovami, dodávať dostatok paliva pri voľnobehu aj pri maximálnom zaťažení (maximálnej spotrebe). Čerpadlo si taktiež musí udržiavať rezervu paliva pre rýchlejšie štartovanie a rýchlejší nárast tlaku v tlakovom zásobníku.
Konštrukčne je čerpadlo najčastejšie riešené v prípade osobných vozidiel ako trojpiestikové radiálne a ako dvojpiestikové pri nákladných vozidlách. Ich mazanie a chladenie je najčastejšie zabezpečované samotným palivom, čo kladie zvýšené nároky na jeho kvalitu-mazivosť a čistotu. Pri nákladných vozidlách sa používajú aj čerpadlá mazané olejom, čím sa zvyšuje odolnosť voči horšej kvalite paliva. Čerpadlá sú poháňané cez spojku, ozubené koleso, reťaz alebo ozubený remeň od kľukového hriadeľa motora. Maximálny prevod, ktorý je cca 1:2 alebo 2:3 musí zabezpečovať maximálne otáčky čerpadla na úrovni 3000 ot/min aj pri maximálnom vytočení motora.
Medzi najbežnejšie typy vysokotlakových čerpadiel patria:
- Bosch CP1: Radiálne piestové čerpadlo s tromi piestovými jednotkami usporiadanými radiálne.
- Bosch CP1H: Vylepšená verzia CP1 s reguláciou množstva paliva na strane prívodu.
- Dvoj-piestové radové čerpadlo CP2: Používa sa najmä pri dieselových motoroch nákladných automobilov.
- Radiálne vysokotlakové čerpadlo CP3: Pracuje na podobnom princípe ako CP1, odlišuje sa reguláciou tlaku.
Palivový filter a jeho význam
Palivový filter zohráva kľúčovú úlohu v systéme prívodu paliva. Jeho hlavnou úlohou je znižovať znečistenie paliva pevnými časticami a tým chrániť jednotlivé komponenty systému pred nadmerným opotrebovaním.
Generácie systému Common Rail
Firma Bosch je v súčasnosti najväčším producentom systému Common Rail. Od roku 1997, kedy bola uvedená I. generácia, prešiel tento systém značnými vylepšeniami, napr. postupne sa zvyšujúci vstrekovací tlak, nižší príkon vysokotlakového čerpadla, viac vstrekov počas jedného cyklu, atď. V súčasnosti je na trhu už IV. generácia.
Prečítajte si tiež: Dôležitý komponent palivového systému Audi A4 B6
- Common Rail I (1997): Vstrekovače sú ovládané elektromagnetickým ventilom a vstrekovací tlak dosahuje 145 MPa. Regulácia tlaku prebieha pomocou regulačného tlakového ventilu na strane vysokého tlaku.
- Common Rail II (2001): Využíva vstrekovače s elektromagnetickým ventilom a dokáže vstrekovať palivo pod tlakom 160 MPa. Hlavným rozdielom je regulácia množstva paliva na strane prítoku paliva s dvoma elektromagnetickými ventilmi.
- Common Rail III (2003): Vstrekovacie tlaky sa zvýšili na 180 MPa a od roku 2007 na 205 MPa. Používa piezoelektrické inline vstrekovače, ktoré umožňujú 5 a viac vstrekov za jeden pracovný cyklus.
- Common Rail IV: Vracia sa k odolnejším a lacnejším elektromagneticky ovládaným vstrekovačom, ktoré sú vybavené hydraulickým zosilňovačom tlaku. Umožňuje dosiahnuť vstrekovacieho tlaku až 250 MPa.
Časté poruchy palivových čerpadiel a ako ich odhaliť
Vstrekovacie palivové čerpadlo je jeden z kľúčových komponentov celého spaľovacieho motora a často veľmi drahá súčiastka na výmenu, ak dôjde k jeho poruche. Hlavnou úlohou vstrekovacieho palivového čerpadla je pod vysokým tlakom dodávať palivo z nádrže do spaľovacích komôr motora.
Medzi najčastejšie príčiny porúch vstrekovacieho čerpadla patrí všeobecne znečistenie palivovej sústavy hrdzou, nečistotami alebo sedimentom z nádrže alebo palivového filtra. Ďalšie možné príčiny sú:
- Riadiaca jednotka vstrekovacieho čerpadla (ak je konštrukčne prítomná)
- Závada snímača otáčok čerpadla
- Závada ventilu dávky paliva
- Závada rozdeľovacej hlavy
- Závada telesa čerpadla
- Poškodenie regulačných ventilov čerpadla
- Poškodenie hriadeľa
Ako poznať, že došlo poruche čerpadla:
- Nefunkčný motor, príp. ťažký štart
- Zhasínanie motora - z dôvodu nedostatku privedeného paliva zhasne motor krátko po naštartovaní alebo pri zošliapnutí pedála plynu
- Nízky komfort jazdy - šklbanie pri akcelerácii v dôsledku zníženého prietoku paliva, nedostatočný výkon z dôvodu nedostatočného zvýšenia tlaku paliva, šklbanie motora, rušivé zvuky
Ako predchádzať poruchám palivového čerpadla:
- Udržujte palivové čerpadlo a palivový systém v dobrom a čistom stave
- Nejazdite s takmer prázdnou palivovou nádržou
- Venujte pozornosť kvalite a oktánovému číslu paliva
- Pravidelne kontrolujte palivový filter a v prípade potreby ho vymeňte za nový
- Pravidelne kontrolujte palivové potrubie, elektrické pripojenie, strážte vznik prasklín, netesnosti a ďalších typov poškodení