MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE BRNO 2007 LUKÁŠ VRZAL

2 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Zjišťování technického stavu palivových soustav naftových motorů Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Brno 2007 Vypracoval: Lukáš Vrzal

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Zjišťování technického stavu palivových soustav naftových motorů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně, dne... Podpis diplomanta...

4 Děkuji doc. Ing. Miroslavu Havlíčkovi, CSc. za odborné vedení a cenné rady a připomínky při řešení mé diplomové práce, které mi vždy ochotně poskytoval. Dále děkuji své rodině a přátelům za podporu během vypracovávání diplomové práce.

5 ABSTRAKT Tato diplomová práce se zabývá problematikou palivových soustav vznětových motorů a především zjišťováním jejich technického stavu. Jsou zde popsány palivové systémy, které jsou dnes používány a způsoby, kterými lze diagnostikovat jejich stav ať bez demontáže nebo s demontáží. Dále jsou v této diplomové práci porovnávány dva výtlačné ventily, ventil rovnoobjemový, typu Atlas a ventil rovnotlaký. Cílem je zjistit, jestli je možné nahradit výtlačný ventil rovnoojemový výtlačným ventilem rovnotlakým, který má příznivější hodnoty a to zejména otáčkové nestejnosti ψ. V této práci je proveden návrh potřebného vybavení pro zjišťování závad v palivových soustavách v podniku zabývajícím se servisem a opravami nákladních vozidel. This seminar work deals with the problems of the fuel systems of combustion engines and mainly with its technical state. There are described the fuel systems which are used nowadays and styles that can we use in diagnostics of its state with disassembly or without it. Other problem which is described in this work is comparison of forcing valve, the valve of egual pressure, the Atlas type and the valve of egual capacity. The aim of this is to find the possibillity of substitution of the forcing valve of egual capacity to the forcing valve of egual pressure, which has more positive values, mainly in inequality of the engine speed. In this work the plan of necessary equipment for diagnoistication of fault in fuel system is suggested. The whole plan is made for company which runs services and repairs of the cargoes. Key words: Fuel systems, combustion engines, disassembly, of egual pressure, of egual capacity, cargoes.

6 OBSAH 1. ÚVOD 8 2. CÍL PRÁCE 9 3. ROZBOR PROBLEMATIKY VSTŘIKOVÁNÍ VZNĚT. MOTORŮ Dělení vznětových motorů podle způsobu vstřikování paliva Rozdělení palivových soustav Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem Palivová soustava s rotačním vstřikovacím čerpadlem Rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem, systém BOSCH Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty, systém LUCAS Systém vstřikování Common Rail Vstřikovací systém čerpadlo-tryska (PDE, HPI) MOŽNOSTI ZJIŠŤOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU PALIVOVÉ SOUSTAVY Možnosti zjišťování závad u systému vstřikování s řadovým vstřikovacím čerpadlem Nejčastější závady Možnosti zjišťování závad bez demontáže Zjišťování závad s demontáží Možnosti z jišťování závad u vstřikovacích soustav s rotačním vstřikovacím čerpadlem Vlastní diagnostika soustavy s rotačním vstřikovacím čerpadlem řízených EDC Pomocí osciloskopu zde můžeme měřit průběhy napětí například u těchto komponentů: Pomocí motortesteru BOSCH KTS 300 můžeme diagnostikovat: Test akčních členů Zjišťování závad trysek Seřizování a kontrola trysek Čistění vstřikovacích trysek Možnosti zjišťování technického stavu palivových systémů PDE Zkoušení palivového (podávacího) čerpadla Zkoušení elektromagnetických ventilů Hledání závad systémovým testerem Zkoušení vstřikovačů Hledání závad u systému HPI Možnosti zjišťování technického stavu palivových soustav s tlakovým zásobníkem Common Rail Zkoušení vysokotlakého čerpadla Zjišťování závad a opravy vstřikovačů CR NÁVRH ŘEŠENÍ DANÉ SITUACE V KONKRÉTNÍM PODNIKU Popis situace Vybavení pro zkoušení a diagnostiku vstřikovacích trysek 54

7 5.3. Vybavení pro měření předvstřiku Vybavení pro seřizování vstřikovacích čerpadel Vybavení pro diagnostiku elektronických systémů EDC PRAKTICKÁ ČÁST Cíl měření Základní pojmy Nestejnost dodávky Otáčková změna dodávky Poměrná změna otáčkové změny Vlastní měření Původní seřízení vstřikovacího čerpadla Měření nestejnosti dodávky a otáčkové změny dodávky Měření výtlačných ventilů ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK 68

8 1. ÚVOD Úkolem palivové soustavy je dopravit stanovenou dávku paliva do prostoru spalování, ať předkomůrky, nebo prostoru válce, tam palivo rozprášit do vhodné formy, ve stanoveném čase. Pokud nejsou tyto podmínky nejsou splněny, pak se vyskytuje v systému vstřikování závada kterou musíme odstranit, nebo je třeba pravidelnými prohlídkami a diagnostikou závadě předcházet. Problematika zjišťování a prevence závad je nepřehlédnutelná, protože případné nedostatky v palivové soustavě mají neblahý vliv na chod motoru, jeho výkon, spotřebu a emise výfukových plynů. Na všechny tyto parametry jsou v dnešní době kladeny velmi vysoké nároky. Výkon motoru a především spotřeba pohonných hmot jsou velmi důležité prvky, ovlivňující především ekonomiku podniků protože náklady na spotřebu se pořád snažíme snižovat abychom uspěli v obrovské konkurenci, emise jsou důležité protože v dnešní době jsou na tento parametr kladeny velmi vysoké nároky. Od 1. října 2006 je v platnosti norma euro 4, kde jsou přísnější parametry v oblasti NO x. I přes to že vhodné pro splnění těchto požadavků jsou elektronicky regulované systémy EDC, rotační vstřikovací čerpadla, systémy Common Rail a sdružené vstřikovače, řadová čerpadla se stále používají a jsou stále rozšířeným systémem. V této práci budou porovnávány dva typy výtlačných ventilů na řadovém vstřikovacím čerpadle a jejich vliv na parametry vstřikovací soustavy. 8

9 2. CÍL PRÁCE Cílem mé diplomové práce je zpracování poznatků o vstřikování naftových motorů, o možnostech zjišťování závad v palivových soustavách, návrhu technického vybavení pro diagnostiku, v podniku zabývajícím se servisem vozidel a porovnání dvou druhů výtlačných ventilů a jejich vlivu na parametry vstřikovací soustavy. 9

10 3. ROZBOR PROBLEMATIKY VSTŘIKOVÁNÍ VZNĚT. MOTORŮ 3.1. Dělení vznětových motorů podle způsobu vstřikování paliva Vznětový motor je nejúčinnějším spalovacím motorem. Z dodané energie palivem až 40 % této obsažené energie se přemění na výkon. Na rozdíl od zážehových motorů probíhá příprava směsi paliva se vzduchem výhradně ve spalovacím prostoru válce motoru. Je mnoho variant, ale celkově se používají dvě základní pro středně nízké a středně vysoké otáčky motoru: - Motory s přímým vstřikování DI - Motory se vstřikováním do komůrky v hlavě válce IDI U obou variant je možné použití plnění válců atmosférickým tlakem nebo přeplňování turbodmychadlem. Palivová soustava vznětového motoru má za úkol dopravit vstřiknout palivo do válce motoru přesně ve stanovený okamžik a ve stanovém množství. Na její funkci závisí průběh hoření ve válci motoru a tedy i dosažení požadovaného výkonu a hospodárnosti provozu. (Motejl, 1998) Vznětové motory se dělí podle způsobu vstřikování paliva do válce na motory: - s nepřímým vstřikováním paliva - s přímým vstřikem paliva Konstrukčními rozdílnostmi ve stavbě základních částí motoru jsme se zabývali v kapitolách pevné a pohyblivé části, kde jsou popsány spalovací prostory těchto motorů. (Motejl, 1998) Výhody motorů s přímým vstřikem paliva: - nižší měrná spotřeba paliva / g.kw -1 hod -1 ) - snazší spouštění motoru při nižších teplotách - jednodušší konstrukce hlavy motoru První dvě výhody jsou výsledkem menších tepelných a hydraulických ztrát. Spalovací prostor je kompaktnější s menším povrchem vzhledem k objemu. Na měrné spotřebě se podílí i menší součinitel přestupu tepla vlivem menší intenzity víření a rychlejší průběh hoření. (Motejl, 1998) 10

11 Nevýhody motorů s přímým vstřikem paliva: - nižší střední efektivní tlak jako důsledek většího přebytku vzduchu - větší maximální tlaky ve válci motoru, tím i větší namáhání součástí hlavně pístní skupiny a větší tvrdost chodu motoru - vyšší nároky na vstřikovací zařízení při požadavku potřeby velmi jemného rozprášení paliva, vyšší vstřikovací tlaky, víceotvorové vstřikovací trysky - vyšší požadavky na kvalitu paliva Výhody motorů s nepřímým vstřikováním paliva: - vyšší střední efektivní tlak ve válci motoru, lepším využitím vzduchu - nižší maximální tlaky ve válci a tedy menší namáhání součástí motoru, měkčí chod - menší nároky na vstřikovací zařízení a kvalitu paliva, jednootvorové trysky, menší vstřikovací tlaky - vhodnost použít pro vysokoobrátkové motory, vyšší teploty v komůrce, intenzivnější víření směsi a proto účinnější spalování Nevýhody motorů s nepřímým vstřikováním paliva: - vyšší měrná spotřeba paliva (minimálně 230 g.kw -1 h -1 ) - obtížnější spouštění studeného motoru, vyžaduje žhavení vlivem tepelných ztrát větším odvodem tepla a nižší teplotou na konci kompresního zdvihu - složitější a dražší konstrukce hlavy motoru s komůrkou, která je namáhána mechanicky a tepelně Zážehové motory se od vznětových příliš neliší. Základním rozdílem je, že do válce je nasáván čistý, filtrovaný vzduch, který má po stlačení na konci kompresního zdvihu zápalnou teplotu paliva. Další rozdíl je v konstrukci částí klikového mechanismu, pístní skupiny a hlavy válců, které musí odolávat většímu mechanickému (tlakovému) a teplotnímu zatížení než motory zážehové. (Motejl, 1998) Celková účinnost je: - u zážehových motorů 25-35% - u vznětových motorů 38-50% 11

12 Měrná spotřeba: - u zážehových motorů g.kw -1.h -1 - u vznětových motorů g.kw -1.h Rozdělení palivových soustav - řadová vstřikovací čerpadla - rotační vstřikovací čerpadla - Common Rail - systém vstřikování čerpadlo tryska PDE, HPI Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem Vstřikovací čerpadlo musí zajistit v krátkém časovém úseku několika setin sekundy dostatečné množství paliva v předem stanoveném tlaku pro příslušný vstřikovač konkrétního válce motoru, současně musí být vstřik paliva v přesném úhlu a natočení klikového hřídele tak, aby odpovídal pořadí zapalování motoru. Jeho velikost se řídí nastavením vstřikovacího tlaku na vstřikovači válce motoru. Spojení čerpadla, jeho jednotlivých vstřikovacích jednotek, se vstřikovači příslušných válců je provedeno vysokotlakým potrubím, toto potrubí jsou bezešvé silnostěnné ocelové trubky zakončené kuželovým koncem se šroubením. Světlost potrubí je v rozsahu 1,5 nebo 2 mm. Vnitřní průměr (světlost) 2 mm odpovídá vnějšímu průměru potrubí 6 mm a je nejpoužívanějším rozměrem potrubí. Délka potrubí má vliv na správnou funkci systému v tom smyslu, že její délkou je ovlivněn čas vstřiku po jednotlivé válce motoru, který musí být stejný. Z těchto důvodů u čerpadel seřízených do kruhu je nutné dodržet stejnou délku potrubí. Při jeho volbě vycházíme z nejdelšího potřebného potrubí na motor. Pro zamezení praskání tohoto potrubí je nutné jej ve střední části spojit sponou z kovu nebo dřeva. Tak se omezí vibrace a praskání potrubí. Základní částí vstřikovacího čerpadla je vstřikovací jednotka, která je umístěna v tělese čerpadla a jejich počet odpovídá počtu válců. Těleso vstřikovacích jednotek je odděleno od skříně regulátoru čerpadla. Skříň regulátoru tvoří sice jeden celek, ale musí být oddělena od skříně z důvodů nutnosti samostatné náplně mazání odstředivé regulace. (Motejl, 1998) 12

13 Vstřikovací soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem se skládá z těchto částí: Nízkotlaká část - palivová nádrž - podávací (dopravní) čerpadlo - čistič paliva - nízkotlaké potrubí Vysokotlaká část - vstřikovací čerpadlo - vysokotlaké potrubí - vstřikovač Podávací (dopravní) čerpadlo Slouží k dopravě nasávaného paliva z nádrže přes hrubý čistič paliva, který je součástí tohoto čerpadla, do jemné filtrace paliva a sacího kanálu vstřikovacího čerpadla. Palivo je nasáváno z nádrže a čerpadlem vytlačováno pod tlakem 0,2 0,4 MPa. U tohoto vstřikování se používá nejčastěji pístové dopravní čerpadlo. Součástí dopravního čerpadla bývá obvykle ruční pumpička pro odvzdušnění systému a také hrubý čistič paliva, ten má za úkol zachytit hrubé nečistoty a vodu. (Motejl, 1998) Jemný čistič paliva Jsou velmi důležitou součástí palivového systému vznětového motoru. Součásti vstřikovací soustavy, hlavně vstřikovací čerpadla a trysky, jsou velmi přesně opracovány broušením a lapováním. Z toho vyplývá, že požadavek úzkostlivé čistoty paliva má přímý vliv na celkovou životnost provozuschopnost hlavně těchto součástí. Přesnost opracování těchto součástí je v toleranci 0,002 0,004 mm. Filtrování paliva u soustavy je tedy vícestupňové. Filtrační vložky musí zachycovat nečistoty velikosti až jednoho mikronu (0,001 mm). Nádoba čističe je osazena výměnnou vložkou z plsti, papíru nebo materiálu s filtrační schopností zachycovat velmi jemné nečistoty. (Motejl, 1998) Vstřikovací čerpadlo Tyto čerpadla mají pro každý válec motoru jeden vstřikovací element. Ten se skládá z pístu a čerpadla a je ovládán vačkovým hřídelem poháněným od motoru. Zpět se píst vrací pomocí pružiny. Ke změně dávky paliva slouží tzv. regulační hrana pístu. 13

14 Mezi vysokotlakým prostorem čerpadla a začátkem vysokotlakého potrubí je výtlačný ventil, který zamezuje dostřiku trysky a zajistí, že potrubí nezůstane natlakováno mimo dobu vstřiku a tím je zabezpečeno uzavření trysky. Vstřikovací tlaky se pohybují okolo 135 MPa. (Motejl, 1998) Na začátku výtlačného zdvihu je palivo vytlačováno do sacího kanálu až do překrytí horní hrany sacího otvoru ve válci horní hranou pístu. Začíná geometrický počátek výtlaku. Ten končí okamžikem, kdy šikmá hrana pístu odkryje přepouštěcí otvor válce nebo u jednootvorových elementů sací kanál. Pro nulovou dodávku je na pístu vytvořena svisla regulační hrana. Její natočení proti otvoru přepouštěcímu (sacímu) znemožní vyvolání tlaku a tedy dodávku paliva, motor zhasne. Plynulá změna dodávky je zajištěna pohybem regulační tyče, která ovládá přesné natočení všech pístů podle potřeby. Tak je zajištěna přesně stejná dodávka paliva pro všechny válce motoru. Navíc je regulační tyč spojena s odstředivou regulací, která zajistí v případě potřeby, že nedojde k přetočení motoru, překročení kritických otáček, viz dále odstředivá regulace čerpadel. Popsaný postup platí pro vstřikovací elementy s konstantním začátkem vstřiku. (Motejl, 1998) Obr.1 Regulace množství paliva pomocí regulační hrany (Element s konstantním počátkem vstřiku, pravotočivá šroubovice, značí se P) Regulátory Charakteristiky krouticího momentu vznětového a zážehového motoru se liší v důsledku různého způsobu tvoření směsi a její regulace. U zážehového motoru je stabilním nastavením úhlu škrticí klapky dán i stabilní poměr směsi a tím i volnoběžné otáčky zatíženého i nezatíženého motoru. Vznětový motor se naopak při částečném zatížení a úplném odlehčení neobejde bez regulátoru. Při zatížení se motor může zastavit, zhasne. Při odlehčení zatížení se bez regulátoru roztočí až na kritické otáčky a 14

15 může dojít k havárii motoru. Regulátor tak musí automaticky, bez ohledu na postavení hřebenové tyče (nezávisle na poloze pedálu akcelerace), řídit dodávku množství paliva pro jednotlivé válce motoru. Omezit otáčky, nepřekročit kritické, udržovat volnoběh nezatíženého motoru. (Motejl, 1998) Jsou používány dva druhy odstředivých regulátorů chodu čerpadla a motoru: - odstředivá omezovací regulace - odstředivá výkonnostní regulace - pro některé typy motorů jsou vzhledem k provozním podmínkám používány v kombinaci oba druhy. Odstředivá omezovací regulace Základem každého odstředivého regulátoru je nosič závaží. Ten je spojen s vačkovou hřídelí čerpadla a jeho otáčky souhlasí s otáčkami této hřídele. Vlivem odstředivé síly se závaží od sebe oddalují a překovávají tlak pružin nastavených na určité předpětí. pohyb závaží je přenášen pákovým mechanismem na hřebenovou tyč. S rostoucími otáčkami čerpadla, motoru se pohybuje hřebenová tyč směrem, který zajišťuje snížení dodávky paliva pro jednotlivé válce motoru. Tento pohyb je nezávislý na nastavení akceleračního pedálu. Tuto nezávislou funkci zajišťuje výstředníkové uložení dvouramenné páky, která přenáší pohyb závaží na hřebenou tyč. U omezovacího regulátoru jsou vždy minimálně dvě pružiny, které přitlačují závaží do jejich nosiče. Jedna působí v rozsahu volnoběžných otáček, druhá silnější, v rozsahu otáček maximálních, kritických. Ta zamezuje jejich překročení. (Motejl, 1998) Obr.2 Schéma odstředivého omezovacího regulátoru 15

16 Výkonnostní regulátor vstřikovacího čerpadla Tento regulátor udržuje řidičem zvolený rozsah otáček motoru. Každému nastavení pedálu plynu odpovídá určitý počet otáček, určitý minimální rozsah. V tomto rozsahu udržuje regulátor a přizpůsobuje otáčky podle proměnlivého zatížení motoru v daném okamžiku. Páka od regulátoru působí na regulační tyč přes pružinu, takže při nastavení plné dodávky obsluhou probíhá dodávka podle přirozené charakteristiky. Obr.3 Schéma odstředivého výkonnostního regulátoru I když regulátor začne pracovat, regulační tyč se posune až při dosažení jmenovitých otáček. Takže např. při poloze páky obsluhy a pracuje čerpadlo podle dopravní charakteristiky n a. (Bauer, 2006) Výtlačné ventily Úkolem výtlačného ventilu je přerušit spojení mezi provozním prostorem čerpadla a začátkem výtlačného potrubí. Tím se má zabránit, aby v případě netěsnosti jehly v sedle trysky nemohlo dojít k vytlačení paliva z výtlačného potrubí tlakem plynů ve spalovacím prostoru a zavzdušnění systému. Tento úkol může plnit zcela prostý zpětný 16

17 ventil. Výtlačné ventily musí ale také umožnit pokles zbytkového tlaku ve výtlačném porubí po skončení výtlaku paliva. Tím se zabrání prolínání paliva kolem jehly trysky mezi jednotlivými vstřiky. Výtlačné ventily (odlehčovací ventily) můžou být různé konstrukce. Můžeme je rozdělit do dvou základních skupin: - Výtlačné ventily s rovnoobjemovým odlehčením, u kterých dojde po skončení výtlaku ke zvětšení objemu nad ventilem o tzv. odlehčovací objem, nejčastěji tyto ventily jsou označovány jako ventily Atlas - Výtlačné ventily s rovnotlakým odlehčením, které nedovolí proudění paliva z výtlačného potrubí do prostoru čerpadla při poklesu tlaku v potrubí pod hodnotu zavíracího tlaku přepouštěcího ventilu. Při výtlaku proudí palivo prostým zpětným ventilem. V údobí odlehčovacího procesu proudí palivo přepouštěcím ventilem z výtlačného potrubí do prostoru čerpadla, do plnící komory čerpadla.toto proudění kdy tlak ve výtlačném potrubí klesá, probíhá dokud nad ventilem neklesne tlak na hodnotu zavíracího tlaku přepouštěcího ventilu. Zavírací tlak přepouštěcího ventilu představuje teoreticky nejvyšší hodnotu zbytkového tlaku v potrubí. (Štoss, 1988) Výtlačné ventily bez odlehčení Používaly se u starších vstřikovacích čerpadel. Dnes se používají pouze u težších naftových motorů, které pracují v nízkém otáčkovém rozmezí. I tyto výtlačné ventily mají určitou odlehčovací schopnost, která díky dostatečně velkým průřezům výstřikových otvorů v trysce umožní práci systému s dostatečně nízkým zbytkovým tlakem, bez dostřiků. (Štoss, 1988) Výtlačné ventily s rovnoobjemovým odlehčením typ Atlas Pro svoji konstrukční jednoduchost se tento ventil osvědčoval do doby, než vzrostly provozní otáčky vznětových motorů a než nastoupily motory přeplňované. Tyto rostoucí otáčky a stupeň přeplňování znamenají zvýšené dodávky paliva, vstřikované vyššími tlaky. Rovnoobjemový ventil je v údobí odlehčovacího procesu hnán do sedla přetlakem paliva, ale také předepnutou pružinou. Jestliže tlak paliva klesne na nulu ještě před dosednutím ventilu do sedla, vznikne působením pružiny při dalším pohybu ventilu směrem k sedlu kavitační dutina nad ventilem. Kavitační jevy se rozšiřují do výtlačného potrubí a jsou zřejmě příšinou kavitační eroze výtlačného potrubí. U větších systémů dochází až k úplnému proděravění potrubí. Jediným způsobem odstranění 17

18 kavitačních jevů je výtlačný ventil s rovnotlakým odlehčením. Výtlačné ventily s rovnoobjemovým odlehčením jsou sice nejvíce rozšířeny, ale nejsou schopné plnit požadavky moderních naftových motorů. V dohledné době budouzřejmě nahrazeny ventily rovnotlakými. (Štoss, 1988) Výtlačné ventily s rovnotlakým odlehčením Ventily s rovnotlakým odlehčením mají například tyto přednosti: - Znemožňují tvorbu kavitačních dutin a tím vylučují kavitační erozi - Vylučují nebezpečí dostřiku - Jednodušší sladění vstřikovacích systémů - Možnost používat řadová čerpadla pro velké motory i ve spojení s dlouhým vstřikovacím potrubím - Umístění vstřikovacích čerpadel na místě nejvhodnějším pro jejich pohon bez ohledů na délku potrubí - Delší životnost vstřikovacích trysek - Stabilita malých vstřikovacích dávek paliva, zejména při volnoběhu Dělení rovnotlakých deskových výtlačných ventilů Deskový výtlačný ventil jeve spodní části je kuželovitý, obtékání deskového ventilu není příliš výhodné. Pohyb přepouštěcího ventilu sice není tlumen, ale účinek tlumení lze nahradit škrcením přepouštěného paliva vhodným dimenzováním otvoru nad jeho sedlem, resp. Omezením zdvihu tohoto ventilu Kuličkový zpětný ventil je vhodný zejména pro větší čerpadla. Sedlo zpětného ventilu je upraveno ve spodní části, aby nedocházelo k trhání ventilu. Jehlový zpětný ventil má uvnitř jehlu přepouštěcího ventilu. Z konstrukce jsou odstraněny všechny drobné součásti, které limitují životnost ventilu. Mezi nevýhody rovnotlakých ventilů patří jejich složitost, mají velké nároky na zastavovací prostor a nehodí se pro malá čerpadla, neboť jejich součásti pak jsou příliš malé a nejsou zárukou stálosti funkce a životnosti ventilu. Tyto nevýhody nemá jednojehlový rovnotlaký ventil, který je proveden pro nejmenší čerpadla přímo v hrdle čerpala. (Štoss, 1988) 18

19 Obr.4 Výtlačné ventily a)rovnoobjemový výtl. ventil Atlas, b)rovnotlaký kuličkový (1 -výtlačný ventil, 2 - přepouštěcí ventil), c)rovnotlaký jehlový Vstřikovač U palivové soustavy s vstřikovacím čerpadlem je palivo dopravováno přes výtlačný ventil a vysokotlaké potrubí do vstřikovače. Hlavní části vstřikovače jsou těleso, pružina, tlačný čep, tryska. Vstřikovací tryska je součástí, která rozprašuje palivo ve spalovacím prostoru. U motorů s předkomůrkou (s nepřímým vstřikem) se používají většinou trysky čepové, u motorů s přímým vstřikem otvorové. Pomocí předpětí pružiny ve vstřikovači seřizujeme otevírací tlak trysky (vstřikovací tlak). U řadových ale i rotačních čerpadel řízených elektronicky (EDC) se používá na prvním válci vstřikovač se snímačem pohybu jehly. Informace o počátku vstřiku je společně s otáčkami a zatížením důležitá pro nastavování předstřiku. Jak jsem se již zmínil, řadová čerpadla mohou mít elektronickou regulaci EDC. Těchto čerpadel lze měnit pomocí elektromagnetu vstřikované množství i počátek dodávky. Tento elektromagnet je upevněn na vstřikovacím čerpadle a přestavuje regulační tyč. U čerpadel se zdvihovým šoupátkem se dá kromě vstřikovaného množství měnit prostřednictvím elektromagnetu počátek dodávky. Dnes jsou hojně používané dvoupružinové vstřikovače, které slouží k redukci hluku vzniklého při spalování. Ve vstřikovači jsou za sebou umístěny dvě pružiny. Při otevírání trysky působí na jehlu pouze jedna pružina, která určuje otevírací tlak. Druhá pružina se opírá o dorazové pouzdro, které omezuje původní zdvih jehly. (Bauer, 2006) Palivová soustava s rotačním vstřikovacím čerpadlem Aby se dosáhlo snížení spotřeby paliva a aby byly dodrženy nižší limity emisí výfukových plynů, je nutné zvýšení vstřikovacího tlaku. Pro tyto oblasti aplikací je 19

20 vhodné rotační vstřikovací čerpadlo, jehož dimenzování je v jednotlivých případech určeno jmenovitými otáčkami, výkonem a konstrukčním typem příslušného vznětového motoru. Pro rotační vstřikovací čerpadla se používá konstrukce s radiálními písty a konstrukce s axiálním pístem. V roce 1964 se stalo rotační vstřikovací čerpadlo s axiálními písty nejčastěji používaným vstřikovacím čerpadlem v osobních automobilech. Tyto čerpadla vytvářejí tlaky až 800 barů pro pomaloběžné motory a až 1400 barů pro rychloběžné motory výkony až 25 kw na válec. Čerpadlo Bosch má tlak u vstřikovacích trysek až 1600 barů. Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty VR bylo vyvinuto firmou Bosch speciálně pro rychloběžné vznětové motory s přímým vstřikem a s výkonem až 37 kw na válec. (Motejl, 2001) Rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem, systém BOSCH Oproti řadovému čerpadlu je v axiálním rotačním čerpadle pouze jediný výtlačný píst. Palivo stlačené jedním výtlačným pístem je přidělováno jednotlivým válcům pomoci drážky ve výtlačném pistu a rozdělovači hlavy. Tento píst vykonává pohyb rotační i přímočarý vratný. Rotační vstřikovací čerpadlo se skládá z Křídlového dopravního čerpadla, které dodává palivo do celého vnitřního prostoru v čerpadle již od otáček spouštěče motoru. Při otáčce motoru je dodáno konstantní množství do středotlakého prostoru, ve kterém je přetlakový ventil a palivo jde zpět do nádrže. Udržovaný tlak odpovídá otáčkám motoru. Tlak vzrůstající s rostoucími otáčkami působí zároveň na píst přesuvníku vstřiku. Ten natáčí regulační objímku (unášeč) s kladkami.takto se posouvá dotykový bod s čelními vačkami na kotouči, které řídí axiální pohyb pístu. Unašeč s kladkami se natáčí v opačném smyslu, než vačka s pístkem. Tím je zajištěno, že se vzrůstajícími otáčkami se zvětšuje úhel předvstřiku. Tímto jsem popsal hydraulický přesuvník vstřiku. Přesné dávkování paliva v závislosti na zatížení motoru je řízeno regulační objímkou, která se posouvá po pístku. Její pohyb určuje řidič, nastavením pedálu akcelerátoru, i odstředivý regulátor. Přerušení dodávky paliva se provádí přepouštěním paliva z pracovního prostoru posuvem objímky, nebo uzavřením přívodu paliva do pracovního prostoru čerpadla elektricky ovládaným ventilem. Činnost vysokotlaké části je znázorněna na obrázku 6. (Motejl 1998) 20

21 Obr.5 Rotační vstřikovací čerpadlo Bosch VE a) přívod paliva kanálem 2 a drážkou 3 do vysokotlakého prostoru 4. pístek 1 je v krajní poloze Z b) uzavření kanálu 2 pootočením pístu, stlačení, pootočením se odkrývá drážka 6 a kanál 7, kterým je palivo vytlačováno přes výtlačný ventil k vstřikovači c)dalším pohybem pístku se ukončuje dodávka paliva v okamžiku odkrytí kanálku 9 regulační objímkou d) při zpětném pohybu pístku k začáteční poloze Z se kanál 9 uzavírá Obr.6 Vytlačování a rozdělování paliva u čtyřválcového motoru U rotačních vstřikovacích čerpadel a axiálním pístem řízených EDC, je regulace prováděna pomocí rotačního elektromagnetu. Tím se ovládá regulační objímka a mění se dodávka. Pomocí elektromagnetického ventilu předsuvníku vstřiku je ovládán 21

22 předvstřik. Odchylka mezi předepsanou a skutečnou hodnotou počátku vstřiku je zjišťována pomocí snímače pohybu jehly vstřikovače na prvním válci motoru Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty, systém LUCAS U těchto čerpadel jsem popsal systém regulovaný EDC Nízkotlaké komponenty vstřikovacího čerpadla Křídlové podávací čerpadlo nasává palivo z palivové nádrže a podává při každé otáčce přibližně konstantní množství paliva do vysokotlakého čerpadla s radiálním pístem. Dále tato část obsahuje ventil pro regulaci tlaku přepouštěcí škrtící ventil, (umožňující při nastaveném tlaku přepouštění paliva zpět do nádrže). (Reuter 1998) Vysokotlaká část Palivo se dostává při otevřeném vysokotlakém elektromagnetickém ventilu z nízkotlaké části k podávacím pístům ve vysokotlaké části. Vačkový prstenec s laloky na vnitřní stěně prstence zatlačuje podávací písty radiálně směrem dovnitř a komprimuje při každém zdvihu palivo pro vstřikování v příslušném válci. Vysokotlaký elektromagnetický ventil řízený řídící jednotkou čerpadla reguluje přítok paliva k radiálním pístům a určuje vstřikovanou dodávku a okamžik vstřiku. Rozdělovací hřídel rozděluje palivo tak, aby byl během každé otáčky připojen každý válec jednou přes výtlačné hrdlo rozdělovači hlavy a vysokotlaké potrubí. Škrtící zpětné ventily v přípojce výtlačné trubky tlumí zpětné vlny tlaku paliva vznikající při uzavření trysek. Zamezují tak opotřebení vysokotlaké části a nekontrolovanému otvírání trysek. Vysokotlaké vedení jsou bezešvé ocelové trubky. Ty musejí mít vždy stejnou délku. Vstřikovací trysky vestavěné v držácích trysek vstřikují přesně dávkované palivo do válců motoru a tvarují přitom průběh vstřiku. Přebytečné palivo proudí s malým tlakem zpět do palivové nádrže. (Reuter 1998) Další komponenty Přesuvník vstřiku Na spodní straně čerpadla je umístěn hydraulický přesuvník vstřiku s taktovacím ventilem a příčně k ose čerpadla umístěným pracovním pístem. Přesuvník 22

23 vstřiku pootáčí vačkový prstenec podle stavu zatížení a otáček, aby bylo možné změnit počátek dodávky. (Reuter 1998) Snímač úhlu otočení Na hřídeli pohonu je umístěno kolo snímače úhlu a držák pro snímač úhlu otočení. Tyto slouží pro měření úhlu, který zaujímá hřídel pohonu a vačkový prstenec v průběhu otáčení vůči sobě. Z této hodnoty lze vypočítat aktuální otáčky, polohu přesuvníku vstřiku a úhlovou polohu vačkového hřídele. (Reuter 1998) Řídící jednotka čerpadla Na horní straně čerpadla je přišroubována chladicími žebry vybavená řídicí jednotka čerpadla. Ta vypočítává z informací snímače úhlu otočení a řídicí jednotky motoru ovládací signály pro vysokotlaký elektromagnetický ventil a pro elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku. (Reuter 1998) Obr.7 Komponenty rotačního vstřikovacího čerpadla s radiálními písty 23

24 Systém vstřikování Common Rail Vstřikovací systém Bosch se zásobníkem Common Rail nabízí pro motory s přímým vstřikováním výrazně vyšší pružnost pro přizpůsobení vstřikovacího systému motoru než konvenční vačkou poháněné systémy. (Issenburg, 1999) V dnešní době jsou známy čtyři generace Common Railu - I. generace pracující s tlaky Mpa - II. generace pracující s tlaky Mpa - III. generace pracující s tlaky Mpa - IV. generace pracující s tlaky Mpa Funkce U vstřikovacího systému Common Rail je odděleno vytváření tlaku a vstřikování. Vstřikovací tlak je vytvářen nezávisle na otáčkách motoru a vstřikované dávce. Palivo je připraveno pro vstřikování ve vysokotlakém zásobníku paliva Railu. Vstřikovaná dávka je určena řidičem, okamžik vstřiku a vstřikovací tlak jsou vypočteny z uložených polí hodnot v elektronické řídící jednotce a realizovány vstřikovačem každého válce prostřednictvím řízeného magnetického ventilu. Vstřikovací zařízení Common rail obsahuje: - řídící jednotku - snímač otáček vačkové hřídele - snímač polohy pedálu - snímač plnícího tlaku - snímač tlaku v zásobníku - snímač teploty chladící kapaliny - snímač hmotnosti nasávaného vzduchu Řídící jednotka shromažďuje pomocí snímačů požadavky řidiče (poloha pedálu) a aktuální provozní poměry motoru a vozidla. Zpracovává signály vytvářené snímač a vedené po datových vedeních. Se získanými informacemi přebírá v dané situaci řídící a regulující vliv nad vozidlem a zejména nad motorem. Snímač otáček klikové hřídele snímá otáčky motoru a snímač otáček vačkové hřídele zjišťuje pořadí vstřiku (fázovou 24

25 polohu). Potenciometr jako snímač polohy pedálu předává řídící jednotce prostřednictvím elektrického signálu požadavek řidiče na točivý moment. Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu dává řídící jednotce informaci o aktuální hmotnosti vzduchu, aby se spalování přizpůsobilo odpovídajícím emisním předpisům. U motorů s turbodmychadlem a regulací plnícího tlaku měří snímač plnícího tlaku plnící tlak. Podle teploty chladící kapaliny a vzduch může řídící jednotka při nízkých teplotách a studeném motoru přizpůsobit požadované hodnoty předstřiku, úvodní vstřikované dávky a další parametry provozním podmínkám. Podle vozidla jsou ještě připojeny k řídící jednotce dodatečné snímače a datová vedení, aby bylo vyhověno rostoucím bezpečnostním a komfortním požadavkům. Systémy s datovou sběrnicí CAN umožňují výměnu dat s dalšími elektronickými systémy vozidla, např. ABS, elektronické řízení převodovky, apod. Diagnostické rozhraní dovoluje vyhodnocení uložených systémových dat při inspekci vozidla. (Issenburg, 1999) Obrázek 8 ukazuje jako příklad naftové vstřikovací zařízení se systémem s tlakovým zásobníkem Common Rail na čtyřválcovém vznětovém motoru. Obr.8 Komponenty vstřikovacího systému Common Rail 25

26 Způsob vstřikování - porovnání konvenčních způsobů se vstřikováním Common Rail U konvenčních způsobů vstřikování jako u rotačních a řadových čerpadel je hlavní vstřik bez úvodní a následné vstřikované dávky (obr. 9). Tvoření tlaku a příprava vstřikované dávky je spojeno s vačkou a pístem, to má následující důsledky pro proces vstřikování: - vstřikovací tlak stoupá s rostoucími otáčkami a vstřikovanou dávkou - během vstřikování vzrůstá vstřikovací tlak, ale odpadá do konce vstřiku zase na zavírací tlak trysky Následky toho jsou: - malá vstřikovaná množství jsou vstřikovaná nižšími tlaky - špičkový vstřikovací tlak je více než dvojnásobkem středního vstřikovacího tlaku - průběh vstřiku se blíží tvarem trojúhelníku, jak je požadováno pro příznivé spalování Pro zatížení konstrukčních dílů vstřikovacího čerpadla a jeho pohonu je rozhodující špičkový vstřikovací tlak. Ten je u konvenčních vstřikovacích systémů měřítkem pro kvalitu tvorby směsi ve spalovacím prostoru. (Issenburg, 1999) Obr.9 Průběh vstřiku konvenčního vstřikování 26

27 U vstřikování Common Rail jsou dodatečně přidány ke konvenčnímu postupu vstřikování následující požadavky: - vstřikovací tlak a množství mají být v každém provozním bodu motoru stanoveny navzájem nezávisle - vstřikovaná dávka má být na začátku vstřiku co nejmenší U systému Common Rail jsou tyto požadavky realizovány viz obrázek 10 Obr.10 a) průběh vstřiku u vstřikování Common Rail, b) Zdvih jehly trysky Vstřikovače, které jsou spojeny krátkým zásobníkem s railem, sestávají v podstatě z trysky a magnetického ventilu. Řídící jednotka napájí magnetické ventily při zapnutí začátek vstřiku. Při vypnutí proudu je vstřik ukončen.vstříknutá dávka paliva je úměrná době sepnutí magnetického ventilu a nezávislá na otáčkách motoru a čerpadla (časově řízené vstřikování). (Issenburg, 1999) Úvodní vstřik Při počátku vstřiku úvodního vstřiku dříve než 40 klikového hřídele před HÚ může palivo zasáhnout horní plochu pístu a stěnu válce a vést k nepřípustnému ředění mazacího oleje. Při úvodním vstřiku je dodáno malé množství paliva (1 4 mm 3 ) do válce a způsobí předkondicionování spalovacího prostoru. To může zlepšit účinnost spalování a dosáhnout následující efekty: - kompresní tlak bude předběžnou reakcí příp. částečným hořením lehce zvýšen 27

28 - průtah vznícení hlavního vstřiku zkrácen - nárůst spalovacího tlaku a spalovací tlak sníženy (měkčí spalování) Tyto efekty snižují hluk spalování, spotřebu paliva a v mnoha případech emise. U průběhu tlaku bez úvodního vstřiku (obr.11) stoupá tlak v oblasti před HÚ pouze mírně podle komprese,se začátkem hoření ale velmi strmě a vykazuje ostrou špičku. To výrazně přispívá k hluku od spalování vznětového motoru. Obr. 11 Zdvih jehly trysky a průběh tlaku bez úvodního vstřiku U průběhu tlaku s úvodním vstřikem (obr. 10 a) dosahuje tlak v oblasti před HÚ o něco vyššího tlaku a nárůst spalovacího tlaku proběhne s nižší strmostí. Úvodní vstřik přispívá pouze nepřímo prostřednictvím zkrácení průtahu vznícení k nárůstu točivého momentu motoru. Podle počátku vstřiku hlavního vstřiku a odstupu mezi hlavním a úvodním vstřikem se může měrná spotřeba snižovat, nebo zvyšovat. (Issenburg, 1999) Hlavní vstřik Hlavním vstřikem je dodávána energie pro práci odevzdávanou motorem. Ta v podstatě odpovídá průběhu točivého momentu. U systému Common Rail, zůstává velikost vstřikovacího tlaku během celého průběhu vstřiku téměř nezměněná. Následný vstřik Na rozdíl od úvodního a hlavního vstřiku palivo neshoří, ale odpaří se vlivem zbytkového tepla do výfukových plynů. Tato směs paliva a výfukových plynů je vedena při výfukovém taktu přes výfukový ventil do výfukového potrubí. Vlivem recirkulace výfukových plynů je ovšem část paliva přivedena opět ke spalování a působí jako velmi časný úvodní vstřik. Palivo ve výfuku působí jako vhodný NO x - katalyzátor, jako 28

29 redukční prostředek oxidů dusíku. Pozdní následný vstřik vede k ředění motorového oleje palivem. Části systému Common Rail - Vysokotlaká část Vysokotlaké čerpadlo Tvoří, rozhraní mezi nízko a vysokotlakou částí. Jeho úkolem je vždy dodávat dostatek paliva ve všech provozních stavech po celou dobu životnosti vozidla. Do toho se počítá i příprava rezervy paliva, která je nutná pro rychlý start motoru a prudký nárůst tlaku. Vysokotlaké čerpadlo vytváří trvale systémový tlak pro vysokotlaký zásobník (rail). Palivo je stlačováno třemi radiálně uspořádanými písty čerpadla, které jsou vzájemně přesazeny o 120, čerpadlo klade nižší požadavky na náhon čerpadla než rotační vstřikovací čerpadla. Odpojovací ventil elementu slouží k odpojení elementu při nižší potřebě výkonu, element nedodává plynule, nýbrž s dopravní přestávkou. Možné převody jsou 1:2 a 2:3, vztaženo na klikovou hřídel. (Issenburg, 1999) Regulační ventil tlaku Úlohou regulačního ventilu tlaku je nastavovat a držet tlak v Railu v závislosti na zatížení motoru. Má dva regulační okruhy: Pomalejší elektrický regulační okruh pro nastavení proměnné střední hodnoty tlaku v railu a rychlejší mechanicko hydraulický regulační okruh, který vyrovnává vysokofrekvenční tlakové kmitání. (Issenburg, 1999) Vysokotlaký zásobník Má za úkol akumulovat palivo pod vysokým tlakem. Přitom má zásobním objemem tlumit tlakové kmitání vzniklé dopravou čerpadlem a vstřikováním. Tlak je sám při odběru většího množství paliva udržován na konstantní hodnotě. Tím je zajištěno, že při otevření vstřikovače zůstane vstřikovací tlak konstantní. Na zásobníku je namontován snímač tlaku, který měří aktuální tlak v railu a poskytuje řídící jednotce napěťový signál odpovídající přilehlému tlaku. Tlakový pojistný ventil omezuje tlak v railu tím, že při příliš vysokém zatížení uvolní odpadový otvor. Omezovač průtoku zamezuje nepravděpodobnému případu trvalého vstřikování jednoho vstřikovače. Při překročení maximálního odběrového množství z railu uzavírá přívod ke vstřikovači, kterého se to týká. (Issenburg, 1999) 29

30 Vstřikovač Počátek vstřiku a vstřikované množství jsou nastaveny elektricky ovládaným vstřikovačem. Ten nahrazuje vstřikovač tradičních vstřikovacích zařízení vznětových motorů. Vstřikovače Common Rail jsou vhodné pro zástavbu do motorů s přímým vstřikem bez podstatných změn hlavy válců. Palivo (obr. 16) je vedeno od vysokotlaké přípojky (4) přes přívodní kanál (10) k trysce, stejně jako přes přívodní škrtící trysku (7) do prostoru ovládacího ventilu (8). Ten je propojen přes odtokovou škrtící trysku (6), která může být otevřena magnetickým ventilem, se zpětným vedením paliva (1). Obr.12 Schéma vstřikovače V uzavřeném stavu převládne hydraulická síla na ovládací píst (9) nad silou na tlakový kužel jehly trysky (11). Proto je jehla trysky tlačena do své ho sedla a uzavírá vysokotlaký kanál k spalovacímu prostoru. Při aktivování magnetického ventilu je otevřena odtoková škrtící tryska. Tím klesá síla na ovládací píst. Jakmile hydraulická síla je menší než ta na tlakovém kuželu jehly trysky, otevře se jehla trysky. (Issenburg, 1999) Systém Common-Rail 3. generace využívá Piezo-Inline inovativní techniku. Vstřikovací tlak je 160 MPa. K ještě většímu omezení vzniku škodlivin Bosch tuto generaci dále vyvinul pro systémové tlaky až 2000 barů. Méně škodlivin při spalování vzniká také tím, že palivo není náhle vstříknuto do spalovacího prostoru, ale díky speciálnímu geometrickému dimenzování vstřikovače je vstřikováno s rostoucím tlakem. Tento průběh vstřiku umožňuje šetrnější postup spalování s méně patrnými teplotními špičkami a příslušně redukovanou tvorbou oxidu dusíku. Zlepšuje se také příprava směsi, a tím se redukuje vznik částic. Čtvrtá generace Common Rail umožňuje vícenásobný vstřik, aby bylo možné řídit regeneraci filtrů částic. 30

31 Vstřikovací systém čerpadlo-tryska (PDE, HPI) Systém vstřikování čerpadlo tryska PDE (Bývá také označována UIS = Unit- Injektor-Systém) má oproti vstřikování pomocí vstřikovacího rozdělovacího čerpadla přednosti jako např. méně částic vzniklých spalováním, menší obsah škodlivých látek ve výfukových plynech, menší spotřeba paliva, vysoká účinnost. Těchto předností bylo dosaženo vysokým vstřikovacím tlakem max. 205 MPa (2050 bar), přesnou regulací procesu vstřikování a použitím předvstřiku. Jednotka čerpadlo-tryska je jednoválcové vstřikovací čerpadlo s elektromagnetikým ovládáním ventilu a vstřikovací tryska, které tvoří jedinou součást. Každý válec má svou jednotku čerpadlo-tryska. Díky tomu je počet dílů, které vedou vysoký tlak, malý. Jednotka čerpadlo-tryska je na každém válci ovládána přes vahadlo vačkovým hřídelem. Vačkový hřídel je opatřen navíc čtyřmi vačkami. Jsou to tzv. vstřikovací vačky. Každá z nich leží mezi vačkami ventilovými. Vstřikovacími vačkami jsou přes vahadlo ovládány písty čerpadla jednotky čerpadlo-tryska. Píst čerpadla je zatlačován dolů velkou rychlostí. Díky tomu se velmi rychle vytváří vysoký vstřikovací tlak. Vzhledem k tomu, že sestupná strana vačky je pozvolná, pohybuje se píst čerpadla nahoru pomalu a plynule a palivo může do vysokotlakého prostoru přitéci, aniž by se zpěnilo (obsahovalo bublinky). (Učební pomůcky VW, 2001) 31

32 Obr.13 Schéma vstřikovače PDE Předvstřik Aby bylo dosaženo co nejkvalitnějšího spalovacího procesu, je ještě před vlastním vstřikem vstříknuto pod malým tlakem malé množství paliva = předvstřik. Spálením tohoto malého množství paliva vzroste ve spalovacím prostoru tlak a teplota. Obojí jsou předpoklady pro rychlé vznícení paliva, které se do spalovacího prostoru dostane při vlastním vstřiku, a zkrácení prodlevy na co nejmenší míru. Předvstřik a následná pauza, která předchází vlastnímu vstřiku, zajiš»ují, že se tlaky ve spalovacím prostoru nevytvoří skokově, ale jejich nárůst bude pozvolný. Výsledkem jsou tišší spalování a nižší obsah oxidů dusíku ve výfukových plynech. 32

33 Vstřik Aby se palivo spálilo pokud možno úplně, záleží u vstřiku na kvalitě směsi. Vstřikem pod vysokým tlakem se palivo rozptýlí velmi jemně a může se se vzduchem dobře promísit. Úplné spálení paliva přispívá ke snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech a zvyšuje využití výkonu. Konec vstřiku Na konci vstřiku je důležité, aby vstřikovací tlak rychle opadl, a aby jehla trysky rychle zavřela. Zabrání se tak tomu, aby se do spalovacího prostoru dostalo palivo pod malým tlakem a s velkými kapkami, a tam se neúplně spálilo. Vedlo by to k nárůstu škodlivin ve výfukových plynech. Sdružený vstřikovací systém čerpadlo-potrubí-tryska pracuje na stejném principu jako systém čerpadlo-tryska, ale těleso vstřikovače je propojeno s jednotkou vstřikovacího čerpadla krátkým vysokotlakým potrubím. Doba a počátek vstřiku jsou regulovány elektronicky také pomocí vysokotlakého elektromagnetického ventilu. (Bauer, 2006) Obr. 14 Princip činnost vstřikovacího systému čerpadlo - potrubí - tryska 33

34 Systém vstřikování HPI Systém vysokotlakého vstřikování HPI vyvinula Scania ve spolupráci s firmou Cummins. Na rozdíl od elektromechanicky ovládaného systému PD (Pumpe-Düse, čerpadlo-tryska) je systém HPI ovládán hydraulicky. Oba systémy regulují časování vstřikovačů individuálně pro každý válec. V systému Scania HPI je k ovládání vstřikovačů použito odděleného toku paliva. K největším přednostem systému Scania HPI patří jednoduchost a odolnost. Ovládání a dodávka paliva probíhají při nízkém tlaku. Vysoký vstřikovací tlak se vytváří až v samotném vstřikovači. Komponenty jsou odolné a lehce přístupné ze studené strany motoru. Tento systém používá otevřenou vstřikovací trysku, maximální vstřikovací tlak je 250 Mpa, aktivační tlak je 1,8 Mpa. Mezi výhody, patří také velký průtok nafty do systému a tím její ohřev. (firemní materiály Scania) Popis činnosti systému Palivo je nasáváno palivovým čerpadlem a přes palivový filtr, v jehož obalu je i přetlakový ventil (otevírací tlak 2.6 Mpa) a je dopravováno tělesu s ventily. Tento systém má přední bank, tj válce 1,2,3 a zadní bank 4,5,6. oba banky mají dva ventilyventil regulující časování vstřiku (9) a dávkovací ventil pro regulaci množství paliva (10). Časovacím ventilem řídící jednotka reguluje množství paliva dodávaného do vstřikovače pod píst, a tím se reguluje předstřik. Čím více paliva vytvoří sloupec mezi horním pístem A a centrálním pístkem B, tím dřív dojde ke vstřiku. Toto časovací palivo se vrací zpět do nádrže. Dávkovacím ventilem řídící jednotka dávkuje vstřikované množství paliva pod otevřenou trysku. V každém banku jsou snímače tlaku dodávaného paliva (11) V liště ve které jsou ventily namontovány jsou dále tyto komponenty: - Shutt-off ventil, kterým se zastavuje přívod paliva, a tím se motor vypne. - membránové tlumiče tlakových rázů - snímač tlaku a teploty paliva dodávaného čerpadlem - průtoková tryska pro samoodvzdušňování systému - obtokový ventil (6) udržující tlak 1,7 Mpa Další snímače jsou: - snímače polohy klikové hřídele a otáček motoru 34

35 - snímač tlaku a teploty nasávaného vzduchu - snímač teploty chladící kapaliny - snímač tlaku oleje - snímač tlaku paliva pro přední a zadní řadu válců - snímač plnícího tlaku a teploty paliva Systém komunikuje s dalšími systémy - řídící jednotka ABS/TC a EBS - řídící jednotka Retardér - řídící jednotka Opticruise - Coordinátor spojující řídící jednotku EDC s komponenty v pracovním prostoru řidiče Obr.15 Schéma vstřikování HPI 35

36 4. MOŽNOSTI ZJIŠŤOVÁNÍ TECHNICKÉHO STAVU PALIVOVÉ SOUSTAVY Základním úkolem palivové soustavy vznětového motoru je doprava stanovené dávky paliva do spalovacího prostoru ve stanovený čas a ve vhodné formě Celkový stav vznětového motoru ovlivňuje opotřebení válců, pístní skupiny, ventilů, znečištění čističe vzduchu, ale hlavně nesprávné seřízení a funkce vstřikovacího systému. Nesprávně nastavené čerpadlo má za následek nedostatečný výkon motoru, kouřivost, nebo potíže se spouštěním motoru. Například při větší dodávce paliva se spotřebuje vzduch na hoření při počátku vstřiku, palivo na konci dodávky hoří pomalu a zvětšuje se množství černého kouře a sazí ve výfukových plynech. Mezi další nejběžnější příčiny kouření patří závady na tryskách a seřízení předvstřiku. Zjišťovat závady můžeme buďto bez demontáže, nebo s demontáží. Liší se také zjišťování závad u jednotlivých systémů a ke každému systému potřebujeme rozdílné vybavení. U systémů s čerpadly je diagnostika velmi podobná, zvláště zkoušení trysek. U systémů PDE se trysky dají zkoušet podobným způsobem, ale funkce celého vstřikovače vyžaduje speciální vybavení. Systém Common Rail vyžaduje také speciální vybavení. Informaci o špatném stavu palivové soustavy nám může podat některý ze souhrnných diagnostických signálů, jako například kouřivost, měrná spotřeba a průběh vstřikovacího tlaku Možnosti zjišťování závad u systému vstřikování s řadovým vstřikovacím čerpadlem Při diagnostice je třeba zahrnout také kontrolu kvality paliva, kontrolu jeho filtrace, kontrolu žhavení, kontrolu palivového potrubí Nejčastější závady Mezi nejčastější závady patří netěsná sedla a odlehčovací válcové plošky výtlačných ventilů, dále pak zakarbonované otvory, netěsné případně váznoucí jehly trysek vstřikovačů, opotřebené písty resp. válce vstřikovacích jednotek a váznoucí regulační tyče vstřikovacích čerpadel. Často se vyskytuje též opotřebení pístů podávacích čerpadel případně netěsnost jejich sacích respektive výtlačných ventilů, 36

37 nebo změněné charakteristiky případně lom pružin výtlačných ventilů, vstřikovačů, regulátorů atd. Další poruchy mohou vzniknout například neodbornou montáží zejména vstřikovačů. Nedbalá montáž vstřikovačů a vysokotlakého potrubí může způsobit jejich netěsnost. V případě vstřikovače vzpříčení trysky v otvoru hlavy válce, a následné váznutí jehly. Často vznikají poruchy v důsledku nesprávné údržby. Například zanesený čistič paliva způsobí sníženou dodávku paliva, naopak nedostatečná filtrace paliva se projeví ve zvýšení erozivního opotřebení činných prvků palivové soustavy. Nedostatečně mazaná skříň vstřikovacího čerpadla způsobí zvýšené opotřebení vačky, kladek zdvihátek a regulačního ústrojí. ( Motejl, 2001) Možnosti zjišťování závad bez demontáže U vstřikování s řadovým čerpadlem lze bez demontáže zjišťovat předstřik (úhel počátku dopravy paliva). Tento můžeme měřit pomocí stroboskopické lampy. Je to tzv. Dynamická zkouška. Stroboskopická lampa potřebuje pro své funkce informaci o otáčkách motoru, kterou získává buď pomocí piezoelektrického snímače umístěného na trubku ke vstřikovači, nebo pomocí optického snímač umístěného místo žhavicí svíčky, který snímá počátek vznícení paliva, nebo sériově zapojeným převodníkem zapojeným do vstřikovacího vedení. Kontrola předvstřiku se provádí při volnoběžných otáčkách. Při zaměření stroboskopu na setrvačník musí vzájemně souhlasit pevná a pohyblivá značka. Úhel předvstřiku udává výrobce. K tomuto měření můžeme použít například diagnostický přístroj JT 181 D. Tímto přístrojem můžeme kontrolovat dále ještě maximální otáčky motoru kontrolu regulátoru otáček, kontrolu přesuvníku vstřiku pomocí otáčkové charakteristiky předstřiku. Také lze měřit úhlové rozdělení pomocí měření předvstřiku všech válců. Bez demontáže lze také měřit průběh vstřikovacího tlaku.ten lze považovat za perspektivní provozní komplexní diagnostický signál technického stavu palivových soustav, zejména se současným rozvojem jeho analyzátorů. Například motortester AVL-845", nabízí zobrazení a vyhodnocení průběhu křivek tlaku paliva ve vstřikovacím potrubí jednotlivých vstřikovačů pomocí piezoelektrických snímačů upevněných na jednotlivá vysokotlaká potrubí bez jejich demontáže. Tento motortester umožňuje rovněž uložení vybraného zobrazení průběhu křivek, za účelem podrobné statické analýzy průběhu tlaku paliva v jednotlivých sekcích soustavy. Rozborem lze zjistit 37