Takmer každé moderné dieselové vozidlo je vybavené vysokotlakovým systémom Common Rail. Tento systém pozostáva z troch hlavných komponentov: vysokotlakového čerpadla, rozdeľovacej lišty (railu) a vstrekovačov. Vysokotlakové čerpadlo zohráva kľúčovú úlohu pri vytváraní potrebného tlaku, ktorý je následne regulovaný buď priamo v čerpadle, alebo v raile. Tento článok sa zameriava na princíp fungovania vysokotlakového čerpadla, jeho životnosť, možné poškodenia a postup pri jeho výmene.
Princíp fungovania systému Common Rail
Systém Common Rail je systém priameho vstrekovania nafty, ktorý sa vyznačuje tlakovým zásobníkom, v ktorom je palivo udržiavané pod vysokým tlakom. Postupom času sa tento systém stal najpoužívanejším vysokotlakovým vstrekovaním nafty v moderných dieselových motoroch. Medzi jeho najväčšie výhody patrí jednoduché prispôsobenie systému pre rôzne motory a riadenie priebehu vstreku - viacnásobné vstrekovanie, keďže tlak paliva v zásobníku tlaku - raily je nezávislý na otáčkach motora. Výhodou sú aj vysoké vstrekovacie tlaky umožňujúce dokonalejšie rozprášenie paliva vo valci.
Systém Common Rail sa podobne ako ostatné systémy skladá z nízkotlakovej a vysokotlakovej časti. 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.
Vysokotlakové čerpadlo stlačí naftu na požadovaný tlak, ktorý závisí na prevedení 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 udržuje 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.
Konštrukčné riešenia 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.
Prečítajte si tiež: Diagnostika čerpadla Audi A4
Medzi najpoužívanejšie typy vysokotlakových čerpadiel patria:
- Bosch CP1: Radiálne piestové čerpadlo s tromi piestovými jednotkami usporiadanými radiálne k hriadeli. Je schopné vytvoriť tlak 145 MPa - 1450 bar. Elektronický ovládaný regulátor tlaku paliva nastavuje výtlačný tlak čerpadla v závislosti na aktuálnych podmienkach motora.
- Bosch CP1H: Vylepšená verzia CP1 s reguláciou množstva paliva na strane prívodu - nízkotlaková časť, čo znižuje príkon čerpadla a tiež maximálnu teplotu paliva.
- Bosch CP2: Dvojpiestové radové čerpadlo používané najmä pri dieselových motoroch nákladných automobilov. Mazané olejom, podávacie zubové čerpadlo je súčasťou celku s vysokotlakovým čerpadlom.
- Bosch CP3: Radiálne vysokotlakové čerpadlo s monoblokovou konštrukciou telesa združujúca aj zubové čerpadlo, ktorá znižuje množstvo tesnených miest a umožňuje dosiahnutie vyšších tlakov (cez 200 MPa).
- Bosch CP4: Najmodernejšie vysokotlaké čerpadlo firmy Bosch, ktoré sa začalo vyrábať už v roku 2003. Používa sa v osobných aj úžitkových vozidlách s výkonom motora do 350 kW. Pracuje s tlakom do 2 000 bar a je poháňané kľukovým hriadeľom.
Vysokotlakové čerpadlo BOSCH CP4
Čerpadlo BOSCH CP4 sa začalo vyrábať už v roku 2003. Jedná sa o najmodernejšie vysokotlaké čerpadlo firmy Bosch. Používa sa v osobných aj úžitkových vozidlách s výkonom motora do 350 kW (napr. pri motoroch 2.0 TDi s 81 kW a 103 kW.) Pracuje s tlakom do 2 000 bar a je poháňané kľukovým hriadeľom. Jedna z inovácií je napríklad prevodový pomer medzi otáčkami a motorom, pretože môže byť až 1:1. CP4 môžeme nájsť napríklad v Audi A4, A5, A6, SEAT Ibiza, Leon, Toledo, ŠKODA Karoq, Octavia, Rapid alebo Superb a takmer vo všetkých vozidlách Volkswagenu.
Životnosť a možné poškodenia čerpadla CP4
Tento typ čerpadla je veľmi chúlostivý na kvalitu paliva a na čistotu palivovej sústavy. Na základe dát servisných technikov je životnosť týchto čerpadiel CP4 cca 160 000 km. Po tomto nájazde čerpadlo stále funguje, avšak väčšinou dôjde k jeho vnútornému opotrebeniu a začne sa odierať. Tieto drobné kovové oderky potom začnú zvýšenou mierou opotrebúvať vstrekovače a tiež ďalšie časti palivovej sústavy.
Medzi najčastejšie príznaky poruchy čerpadla patria:
- Horšie štarty vozidla
- Úbytok výkonu
- Nepravidelný chod agregátu
- Zvýšená hlučnosť čerpadla
Výmena čerpadla BOSCH CP4
Pri montáži čerpadla do agregátu je veľmi dôležité, aby bolo čerpadlo dôkladne odvzdušnené. Pokiaľ by sa tak nestalo, je veľmi vysoká pravdepodobnosť, že v čerpadle vzniknú vzduchové kapsy. Tie majú za príčinu vyššie trenie vnútroných komponentov a ich opotrebenie.
Prečítajte si tiež: Renault Master 2.5: Ako vybrať čerpadlo
Postup výmeny a odvzdušnenie vysokotlakového čerpadla CP4:
- Pri výmene vysokotlakového čerpadla CP4 vymeňte palivový filter.
- Potom v diagnostike určenej výrobcom pre danú značku auta, zvoľte funkciu zaplnenia palivového filtra. Po tomto úkone je palivový filter zaplnený a odvzdušnený.
- Odvzdušnenie CP4 docielite opätovným otočením kľúčika do polohy, kedy sa na prístrojovej doske objaví kontrolka žhavenia. V tejto pozícii podávacie čerpadlo dodáva palivo do vysokotlakového čerpadla. Majte hadicu prepadu čerpadla vloženú do separátnej nádoby, aby ste mohli kontrolovať či čerpadlo neobsahuje vzduch.
- Po odvzdušnení vysokotlakého čerpadla sú na rade vstrekovače. Ku každému vstrekovaču namontujte prívodné palivové potrubie, avšak na jednom vstrekovači ho nechajte povolené.
- Opäť otočte kľúčom do polohy, kedy sa objaví kontrolka žhavenia. Akonáhle z potrubia bude prúdiť palivo, trubku dotiahnite. Tento proces vykonajte na každom vstrekovači zvlášť.
- Ideálne zároveň s čerpadlom vymeňte uvedený palivový filter a rozvody, ďalej palivovú lištu a vedenie k vstrekovačom.
Porovnanie čerpadiel BOSCH CP4 0445010507 a BOSCH CP4 0445010646
Rozdiel medzi týmito dvoma modelmi spočíva v počte vysokotlakových vývodov. Diel s číslom 0445010507 má jeden vysokotlakový vývod, zatiaľčo diel 0445010646 má dva. To znamená, že čerpadlo BOSCH CP4 0445010646 nájde svoje využitie v motoroch, ktoré majú dva raily alebo väčšiu kubatúru, teda sa jedná o šesťvalce.
Tipy pre predĺženie životnosti vysokotlakového čerpadla
- Buďte o krok vpred, neľnite na tom, čo odporúča výrobca a meňte palivový filter pri každej výmene oleja.
- Používajte kvalitné palivo a aditíva, ktoré pomáhajú premazávaniu čerpadla.
- Pravidelne kontrolujte palivový filter, či neobsahuje kovové piliny.
Vývoj 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.
- Common rail I. (1997): Vstrekovače sú ovládané elektromagnetickým ventilom a vstrekovací tlak dosahuje 145 MPa - 1450 bar. Tlak v zásobníku (raily) je riadený pomocou regulačného tlakového ventilu na strane vysokého tlaku. Vstrekovanie prebieha v dvoch fázach na jeden cyklus (malý predvstrek a hlavný vstrek).
- Common rail II. (2001): Využíva vstrekovače s elektromagnetickým ventilom, ktoré dokážu vstrekovať palivo do valca pod tlakom 160 MPa - 1600 bar. Regulácia množstva paliva na strane prítoku paliva s dvoma elektromagnetickými ventilmi. Tretí vstrek, tzv. dovstrek.
- Common rail III. (2003): Vstrekovacie tlaky sa zvýšili na 180 MPa a od roku 2007 na 205 MPa. Regulácia paliva prebieha na nízkotlakovej strane pomocou dávkovacej jednotky - škrtiaceho ventilu. Použitie piezoelektrických inline vstrekovačov.
- Common rail IV.: Elektromagnetické vstrekovače vybavené hydraulickým zosilňovačom tlaku. Umožňuje dosiahnuť vstrekovacieho tlaku až 250 MPa. Viacnásobný vstrek počas jedného pracovného cyklu.
Alternatívne systémy vstrekovania nafty
Okrem systému Common Rail existovali aj iné systémy vstrekovania nafty, ktoré sa používali v minulosti. Jedným z nich bol systém čerpadlo-tryska (Pumpe-Düse System), ktorý používala firma Bosch od roku 1998.
Vysokotlakové vstrekovanie združenými vstrekovačmi čerpadlo - tryska (PD)
Na rozdiel od vstrekovania pomocou rotačného čerpadla, vstrekovacie trysky tvoria s palivovým čerpadlom jeden celok, čím úplne odpadá prítomnosť samostatného vstrekovacieho čerpadla a vysokotlakového potrubia, v ktorom by sa vytvárali malé straty tlaku. Taktiež sa týmto technickým riešením podarilo dosiahnuť podstatne vyššie tlaky vstrekovania paliva (250 MPa-2500 barov), čo znamená lepšie rozprášenie paliva v spaľovacom priestore.
Združený vstrekovač v sebe integruje vysokotlakové vstrekovacie čerpadlo, vstrekovaciu trysku a elektromagnetický (solenoidový) - PD alebo piezoelektrický PPD riadiaci ventil. Palivo do vstrekovača je dopravované nízkotlakovým palivovým čerpadlom. Elektronická riadiaca jednotka motora (Motormanagement) reguluje pomocou elektromagnetického (piezo) ventilu dobu vstrekovania a dávku paliva. Združené vstrekovače sú zabudované do hlavy valcov.
Prečítajte si tiež: Vysokotlakové rotačné čerpadlo
Funkciu vysokotlakového čerpadla plní u združeného vstrekovača piestik. Tento piest je stláčaný vačkou na vačkovom hriadeli cez vahadlo proti vratnej pružine. Pri stláčaní piestíka dochádza aj ku stláčaniu paliva vo vstrekovači. Vyvinie sa tak vysoký tlak, ktorý otvára ihlu vstrekovača. Tým dochádza ku vstreku paliva otvormi v sedle ihly do spaľovacieho priestoru valca. Proces každého jednotlivého vstreku je ukončený uzavretím vstrekovacieho otvoru ihlou pri poklese tlaku. Pokles tlaku zaisťuje elektromagnetický ventil, ktorý sa otvorí a palivo sa tak dostáva do prepadu. Nasleduje pohyb piestu čerpadla hore, kedy sa nasáva palivo do vstrekovača cez otvorený ventil. Potom sa ventil uzavrie a nasleduje opakovanie celého deja.
Systém čerpadlo tryska je náročnejší na výrobu nielen v porovnaní s rotačnými čerpadlami, ale aj so systémom Common-rail. PD sa tiež vyznačuje vyššími emisiami škodlivín a ich problematickou elimináciou prostredníctvom DPF filtrov.
tags: #vysokotlake #cerpadlo #bmw