Čerpadlá Common Rail

Čerpadlá common rail (CR) -  HP0, HP2, HP3, HP4
Tieto čerpadlá majú za úlohu vytvárať na príkaz riadiacej jednotky vstrekovania vysoký tlak paliva, ktorý je dopravený do vysokotlakového vedenia (railu), kde sa s tlakom ďalej pracuje a následne je palivo dopravené do vstrekovačov. Čerpadlá typu HP0 a HP4 sú určené pre stredne ťažkú a ťažkú transportnú techniku a mechanizáciu (Mitsubishi, Hino, Isuzu, John Deere, Nissan), čerpadlá HP2 a HP3 pre osobné a ľahké úžitkové automobily (Toyota, Nissan, Mazda, Mitsubishi, Opel, Isuzu, Ford, Peugeot, Citroën, Fiat, John Deere a ďalšie). Tieto čerpadlá sú opravované v 7 autorizovaných servisoch DENSO na území SR a ČR.

Radové vstrekovacie čerpadlá
Vstrekovacie čerpadlá určené pre stredne ťažké a ťažké úžitkové automobily, napríklad Volvo Trucks, Hino Trucks, Isuzu Trucks a pre motory Cummins, John Deere a veľa ďalších. Tieto čerpadlá sú opravované v 7 autorizovaných servisoch DENSO v rámci SR a ČR.

Rotačné vstrekovacie čerpadlá - VE, V3, V3ROM, V4, V5, V5P
Vstrekovacie čerpadlá určené pre nepriamy i priamy vstrek nafty, použité sú v automobiloch značky Toyota, Mazda, Suzuki, Isuzu, Opel a Mitsubishi. Diagnostiku prevádza 6 autorizovaných servisov DENSO v ČR a 1 v SR. Opravy týchto čerpadiel prevádza jediný autorizovaný servis v SR.

Vstrekovací systém Common Rail je momentálne najrozšírenejším typom napájania vznetových motorov. Umožňuje delenie funkcií vytvárania vysokého tlaku a vstrekovania paliva, čím zaisťuje podstatne vyššiu flexibilitu a prispôsobenie vstrekovacieho systému motoru v porovnaní s konvenčnými systémami s vačkovým pohonom. Keďže palivo v zásobníku je neustále pod vysokým tlakom, vstrekovanie môže byť ľubovoľne upravované zasielaním elektrických impulzov do vstrekovačov. Ovládač dodávaním prúdu do elektromagnetického ventilu vstrekovača uvádza do chodu rozprašovač (začiatok vstreku). Po vypnutí elektrického napájania sa vstrekovanie ukončí. Novšie generácie systémov CR takto umožňujú vykonanie viacerých vstrekov počas jedného pracovného chodu motora, čo má vplyv na znižovanie spotreby paliva, zaistenie tichšieho chodu motora a znižovanie obsahu škodlivých látok vo výfukových plynoch. Medzi najdôležitejšie súčasti systému CR patria: elektronický ovládací člen, vysokotlakové čerpadlo, zásobník paliva pod vysokým tlakom a vstrekovače paliva.

Systémy Common Rail pracujú s elektromagneticky riadenými vstrekovačmi. Za účelom zabezpečenia správneho priebehu vstrekovania a presného dávkovania paliva je vstrekovač riadený elektomagnetickým impulzom podporeným hydraulickým systémom. To umožňuje voľne modelovať priebeh vstrekovania a vykonávať vstupné vstrekovanie. Vstrekovaná dávka paliva je pri danom tlaku proporcionálna k času spustenia elektromagnetického ventilu, je však nezávislá od rýchlosti otáčok motora. Umožňuje to zásobník umiestnený medzi vysokotlakovým čerpadlom a vstrekovačmi, ktorý sústreďuje palivo pod vysokým tlakom.

V systémoch prvej generácie tlak vstrekovania dosahoval 1350 bar, v druhej sa zvýšil do 1600 baru. V systémoch druhej generácie sa objavili piezoelektrické vstrekovače, čiže vstrekovače s piezoelektrickým akčným členom. Piezoelektrický efekt spočíva na zmene rozmerov kryštálu pod vplyvom činnosti elektrického poľa. K tomuto javu dochádza pri kryštáloch, ktoré nemajú svoj symetrický stred (napríklad kremenné kryštály).

Namiesto bežných, priemyselne využívaných kryštálov kremeňa boli použité kryštály z keramického materiálu, ktorý sa tiež vyznačuje piezoelektrickými vlastnosťami a vďaka prímesi olova a oxidu zirkoničitého dobre znáša vysokú teplotu. Za účelom dosiahnutia požadovaného zdvihu ihly rozprašovača musia mať piezoelektrické články primeranú hrúbka. Piezoelektrický článok má tvar valca s výškou približne 30 mm, ktorý tvorí cca 400 vrstiev veľmi tenkej keramickej fólie. Po kontakte s napätím 150 V zväčšuje svoju výšku o 0,04 mm. Pre porovnanie: ľudský vlas má hrúbku zhruba 0,05 mm. Mechanizmus piestov a pružín túto hodnotu následne premieňa na 0,08 mm zdvih ihly rozprašovača. Táto pomerne nízka hodnota však stačí na presné otvorenie a zatvorenie vstrekovača. Keďže v rozprašovačoch sa nedajú namontovať žiadne tesnenia, prevádzkové tolerancie otvoru v plášti rozprašovača a ihly nesmú prekročiť niekoľko tisícin milimetra, pričom montážne vôle sú ešte menšie.

Hlavnou prednosťou piezoelektrických vstrekovačov je ich krátky čas prepínania (cca 0,1 ms). Piezoelektrické vstrekovače umožňujú voľne zvoliť začiatok vstrekovania, objem dávky paliva a vykonávanie viacfázového vstrekovania. Zotrvačnosť elektromagnetických vstrekovačov doteraz umožňovala len jedno vstupné vstreknutie za účelom tlmenia hluku spaľovania. V máji 2003 bola zahájená sériová výroba systémov Common Rail tretej generácie spoločnosti Bosch vybavených piezokryštalickými vstrekovačmi. Ventily vstrekovača sú vybavené integrovaným piezokryštalickým regulátorom, pozostávajúcim z niekoľkých stoviek drobných a tenkých kryštálov. Piezokryštály prepínajú ventily v čase kratšom ako jedna desaťtisícina sekundy. Bosch túto vlastnosť využil a zaviedol piezokryštalický regulátor do plášťa vstrekovača (odtiaľ názov Inline Injector). Pohyb piezokryštalického materiálu sa vo vstrekovači typu Inline Injector prenáša bez dodatočných mechanických prvkov a bez trenia na rýchlo kmitajúcu ihlicu. Výhodou inovatívneho riešenia je v porovnaní s elektromagnetickými vstrekovačmi a doteraz používanými konvenčnými piezoelektrickými vstrekovačmi presnejšie plnenie množstva vstrekovaného paliva a jeho lepšie rozptýlenie v spaľovacej komore motora. Vďaka rýchlemu prepínaniu vstrekovača môžu byť skrátené intervaly medzi jednotlivými vstrekmi, čo umožňuje zvýšiť flexibilitu priebehu vstrekovania.

Vďaka tejto novej technike dieselové motory pracujú tichšie, emitujú menej škodlivín a dosahujú väčší výkon. Objem vráteného paliva, nevyužitého pri vstrekovaní je v prípade vstrekovačov typu Inline Injector veľmi malý. Vďaka nižšej tolerancii v prípade objemu vstrekovaného paliva ako aj momentu vstrekovania, vstrekovače plnia palivo s veľkou presnosťou, čoho výsledkom je zníženie emisie splodín v procese spaľovania. Jeden alebo dva pilotážne vstreky napríklad zamedzujú únik bieleho a modrého dymu po naštartovaní studeného motora a redukujú príznačné klepotanie, ktoré vzniká počas spaľovania. Naopak dodatočný vstrek, ktorý nasleduje ihneď po hlavnom vstreku znižuje emisiu sadze. Ešte jeden dodatočný vstrek regeneruje filter tuhých častíc, pokiaľ je vo vozidle namontovaný. Systém Common Rail tretej generácie s piezokryštalickými vstrekovačmi (Inline Injector) môže znížiť emisiu škodlivých látok vznikajúcich v procese spaľovania maximálne o 20 % v porovnaní so systémami s elektromagnetickými alebo piezoelektrickými vstrekovačami.

Vysokotlakové čerpadlo systému Common Rail (CR)

1. - hnací hriadeľ 2. - excentrická vačka 3. - tlaková sekcia 4. - tlakový priestor 5. - prívodný ventil 6. - vypínací ventil tlakovej sekcie 7. - vypúšťací ventil 8. - tesnenia 9. - vysokotlaková spojka 10. - regulačný ventil 11. - guľový ventil 12. - prietok paliva 13. - prívod paliva 14. - poistný ventil so škrtiacim otvorom 15. - nízkotlaký kanál

Vysokotlakové čerpadlo hnané motorom v nepretržitej prevádzke vytvára požadovaný tlak paliva. Regulačný tlakový ventil je zabudovaný do vysokotlakového čerpadla alebo vystupuje osobitne. Palivo je stláčané troma piestami umiestnenými radiálne vnútri čerpadla a rozmiestnenými o 120 stupňov. Napájacie čerpadlo vtláča palivo cez filter s usadzovacím zariadením do poistného ventila a pretláča ho cez škrtiaci otvor poistného ventila do mazacieho obehu a chladiaceho vysokotlakového čerpadla. Hnací hriadeľ hýbe tromi piestami čerpadla smerom hore a dole primerane k tvaru vačky. Keď podávací tlak prekročí hodnotu tlaku otvorenia poistného ventilu, hnacie čerpadlo môže stláčať palivo cez výfukový ventil vysokotlakového čerpadla do priestoru tlakovej sekcie, pričom piest čerpadla sa pohybuje smerom dole (zdvih nasávania).

Po prekročení najnižšej polohy piesta sa priestor tlakovej sekcie uzavrie a palivo sa v ňom ďalej nemôže rozpínať. Vtedy môže byť stlačené nad tlak stláčania hnacieho čerpadla. Zvyšujúci sa tlak otvára výfukový ventil a vo chvíli dosiahnutia tlaku v zásobníku stlačené palivo prechádza do obvodu vysokého tlaku. Piest tlakovej sekcie pretláča palivo do chvíle, až dosiahne svoju najvyššiu polohu (skok stláčania). Následne tlak klesá a výfukový ventil sa zatvára. Zvyšné palivo sa rozpína a piest sekcie sa presúva smerom dole. Ak tlak v priestore tlakovej sekcie klesne pod hodnotu tlaku stláčania hnacieho čerpadla, proces sa zopakuje. Nakoľko vysokotlakové čerpadlo musí zabezpečiť primeraný výkon počnúc otáčkami na voľnobehu, pri zvýšených otáčkach motora vzniká nadbytok stlačeného paliva. Toto palivo je odvádzané späť do nádrže cez regulačný tlakový ventil. Stlačené palivo sa rozpína, uvoľňuje energiu získanú stláčaním a znižuje sa celková výkonnosť. Tento problém bol vyriešený tak, že výkon stláčania bol dosadený do spotreby paliva cez systém vypínania tlakovej sekcie.

K vypnutiu tlakovej sekcie, ktorá znižuje objem paliva pretláčaného do vysokotlakového zásobníka dochádza vďaka sústavnému udržiavaniu prívodného ventilu v otvorenej polohe. Po zapnutí elektromagnetického ventilu vypínania tlakovej sekcie kolík umiestený na kotve ventilu tlačí stále na prívodný ventil. Vďaka tomu nedochádza k stláčaniu nasatého paliva počas zdvihu tlaku a odteká späť do nízkotlakového kanálu.

1. - hnací hriadeľ 2. - excentrická vačka 3. - tlaková sekcia 4. - prívodný ventil 5. - vypúšťací ventil 6. - prívod paliva