Vysokotlakový zásobník paliva (rail – vstrekovacia lišta – rampa)

Funguje ako akumulátor paliva pod vysokým tlakom a zároveň tlmí kolísanie (kmitanie) tlaku, ku ktorému dochádza pulzujúcou dodávkou paliva z vysokotlakového čerpadla a neustálym otváraním a zatváraním vstrekovačov. Musí mať teda dostatočný objem na obmedzenie týchto kmitov, na druhej strane nesmie byť tento objem príliš veľký, aby sa po štarte rýchlo vytvoril potrebný konštantný tlak pre bezproblémové naštartovanie a chod motora. Pri optimalizácii výsledného objemu sa využívajú simulačné výpočty. Objem paliva vstrekovaného do valcov je do railu neustále dopĺňaný dodávkou paliva z vysokotlakového čerpadla. Na dosiahnutie zásobníkového efektu sa využíva stlačiteľnosť paliva pri vysokom tlaku. Ak je potom z railu aj väčšie množstvo paliva odčerpané, zostáva tlak takmer konštantný.

Ďalšou úlohou tlakového zásobníka – railu je rozdeľovanie paliva ku vstrekovačom jednotlivých valcov. Konštrukcia zásobníka je dielom kompromisu dvoch protichodných požiadaviek, má pozdĺžny tvar (sférický alebo rúrka) podľa konštrukcie motora a jeho umiestnenia. Podľa spôsobu výroby môžeme zásobníky rozdeliť do dvoch skupín, na kované a laserom zvárané. Ich konštrukcia musí umožniť montáž snímača tlaku v raili a obmedzovacieho resp. regulačného tlakového ventilu. Regulačný ventil upravuje tlak na požadovanú hodnotu, zatiaľ čo obmedzovací ventil iba obmedzuje tlak na maximálnu povolenú hodnotu. Stlačené palivo sa privádza vysokotlakovým potrubím cez prívodný otvor. Zo zásobníka je potom rozdeľované do vstrekovačov, pričom každý vstrekovač má svoje vlastné vedenie.

1 – vysokotlakový zásobník (rail), 2 – prívod od vysokotlakového čerpadla, 3 – snímač tlaku paliva, 4 – tlakový poistný ventil, 5 – spätný odvod paliva, 6 – obmedzovač prietoku, 7 – potrubie k vstrekovačom.

Tlakový poistný ventil

Ako už názov napovedá, tlakový poistný ventil obmedzuje tlak na maximálnu povolenú hodnotu. Obmedzovací ventil pracuje čisto na mechanickom princípe. Na strane pripojenia k railu má otvor, ktorý je uzavretý kužeľovitým koncom piestu v sedle. Pri prevádzkovom tlaku je piest pritláčaný pružinou do sedla. Pri prekročení maximálneho tlaku paliva je prekonaná sila pružiny a piest je zo sedla odsunutý. Nadbytočné palivo tak odteká cez prietokové otvory späť do zberného potrubia a ďalej do palivovej nádrže. Týmto sa chráni zariadenie proti deštrukcii vplyvom veľkého vzrastu tlaku pri funkčnej poruche. V najnovších verziách obmedzovacieho ventilu je integrovaná funkcia núdzového chodu, vďaka nej je aj v prípade otvoreného vypúšťacieho otvoru zachovaný minimálny tlak a umožnená obmedzená jazda vozidla.

1 – prívodný kanálik, 2 – kužeľový ventil, 3 – prietokové otvory, 4 – piest, 5 – tlačná pružina, 6 – doraz, 7 – teleso ventilu, 8 – spätný odvod paliva.

Obmedzovač prietoku

Táto súčiastka je namontovaná na zásobníku tlaku a prechádza ním palivo ku vstrekovačom. Každý vstrekovač má vlastný obmedzovač prietoku. Úlohou obmedzovača prietoku je eliminovať únik paliva v prípade poruchy na vstrekovači. Deje sa to v prípade, ak odber paliva jedného zo vstrekovačov presiahne maximálne prípustné množstvo nastavené výrobcom. Po konštrukčnej stránke sa obmedzovač prietoku skladá z kovového puzdra s dvoma závitmi, pričom jeden slúži na namontovanie na zásobník a na druhý sa priskrutkuje vysokotlakové potrubie ku vstrekovačom. Piestik, ktorý sa nachádza vo vnútri, je pritláčaný pružinou smerom k zásobníku paliva. Tá sa svojou silou snaží udržať kanálik otvorený. Pri práci vstrekovača dochádza k poklesu tlaku, čím dôjde k posunu piestu smerom k výstupu, nedôjde však k úplnému uzavretiu. Pri správnej funkcii vstrekovača trvá pokles tlaku len malú chvíľu a pružina tak vráti piestik do pôvodnej polohy. V prípade poruchy, kedy sa odber paliva zväčší nad stanovenú hodnotu, trvá pokles tlaku tak dlho až prekoná silu pružiny. Potom piestik dosadne do sedla na strane výstupu a v tejto polohe zostane až do zastavenia motora. Tým sa uzavrie prívod paliva k chybnému vstrekovaču a zamedzí sa k nekontrolovateľnému úniku paliva do spaľovacieho priestoru. Obmedzovač prietoku paliva však funguje aj pri poruchách kde dochádza len k menšiemu úniku paliva. Vtedy sa piestik síce vracia, ale nie až do svojej pôvodnej polohy a po určitom čase – počte vstreknutí dosadne až do sedla a odstaví prietok paliva k poškodenému vstrekovaču do vypnutia motora.

1 – pripojenie k railu, 2 – uzatváracia vložka, 3 – piest, 4 – tlačná pružina, 5 – puzdro, 6 – pripojenie ku vstrekovačom.

Snímač tlaku paliva

Tlakový snímač využíva riadiaca jednotka motora na presné stanovenie okamžitého tlaku v zásobníku paliva. Na základe veľkosti meraného tlaku generuje snímač napäťový signál, ktorý následne vyhodnocuje riadiaca jednotka. Najdôležitejšou časťou snímača je membrána, ktorá sa nachádza na konci prívodného kanálika a na ktorú tlačí privádzané palivo. Na membráne je umiestnený polovodičový prvok ako snímací člen. Snímací člen obsahuje na membráne naparené elastické rezistory v mostíkovom zapojení. Merací rozsah je určovaný hrúbkou membrány (čím silnejšia membrána, tým vyššie tlaky). Pôsobením tlaku na membránu dôjde k jej prehnutiu (cca 20-50 mikrometrov pri 150 MPa) a tým aj k zmene odporu elastických rezistorov. S meniacim odporom sa zmení aj napätie v obvode v rozsahu 0 až 70 mV. Toto napätie je následné zosilnené vo vyhodnocovacom obvode na rozsah 0,5 až 4,8 V. Privádzacie napätie snímača je 5V. Stručne napísané, tento člen premieňa deformáciu na elektrický signál, ktorý je upravený – zosilnený a odtiaľ putuje do riadiacej jednotky na vyhodnotenie, kde sa s pomocou uloženej charakteristiky vypočíta tlak paliva. Ten je v prípade odchýlky upravovaný regulačným tlakovým ventilom. Tlak je takmer konštantný a nezávisí na zaťažení a otáčkach.

1 – elektrická prípojka, 2 – vyhodnocovací obvod, 3 – membrána so snímacím prvkom, 4 – vysokotlakové pripojenie, 5 – upevňovací závit.

Regulátor tlaku paliva – regulačný ventil

Ako už bolo spomínané, v zásobníku tlaku paliva je potrebné udržiavať takmer stály tlak nezávisle na zaťažení, otáčkach motora, atď. Fungovanie regulátora spočíva v tom, že ak je potrebný nižší tlak paliva, v regulátore sa otvorí guličkový ventil a prebytočné palivo sa odvedie spätným potrubím do palivovej nádrže. Ak naopak poklesne tlak v zásobníku paliva, ventil sa uzavrie a čerpadlo potrebný tlak paliva natlakuje. Regulátor tlaku paliva je umiestnený buď na vysokotlakovom čerpadle alebo na zásobníku paliva. Regulačný ventil pracuje v dvoch režimoch, ventil je aktivovaný alebo nie. V prípade neaktívneho režimu nie je privedené na elektromagnet žiadne napätie, a teda elektromagnet nevyvíja žiadnu silu. Gulička ventilu je do sedla pritláčaná len silou pružiny, tá má tuhosť zodpovedajúcu tlaku asi 10 MPa, čo je otvárací tlak paliva. Ak je na cievku elektromagnetu privedené elektrické napätie – prúd, tento začne spolu s pružinou pôsobiť na kotvu a tá tlakom na guličku uzavrie ventil. Ventil je uzavretý až do doby, než dôjde k vyrovnaniu medzi silami od tlaku paliva na strane jednej a elektromagnetom a pružinou na strane druhej. Potom je otvorený a udržiava konštantný tlak na požadovanej úrovni. Na meniaci sa tlak spôsobený jednak kolísajúcim množstvom dodávaného paliva a odberom vstrekovačov reaguje riadiaca jednotka rôznym otvorením regulačného ventilu. Pre zmenu tlaku prúdi elektromagnetom menší či väčší prúd (jeho účinok sa buď zosilňuje alebo zoslabuje) a tým je gulička buď viac alebo menej tlačená do sedla ventilu. Common-rail prvej generácie využíval regulačný tlakový ventil DRV1, do druhej a tretej generácie je inštalovaný ventil DRV2 alebo DRV3 spolu s dávkovacou jednotkou. Vďaka dvojstupňovej regulácii dochádza k menšiemu ohrevu paliva, ktoré potom nemusí byť dodatočne chladené v prídavnom chladiči paliva.

1 – guličkový ventil, 2 – kotva elektromagnetu, 3 – elektromagnet, 4 – pružina.

Snímače teploty

Snímače teploty sa používajú na meranie teploty motora z teploty chladiacej zmesi, teploty plniaceho vzduchu v sacom potrubí, teploty motorového oleja v mazacom okruhu a teploty paliva v palivovom potrubí. Princíp merania pri týchto snímačoch je zmena elektrického odporu spôsobená vzrastajúcou teplotou. Ich napájacie napätie 5 V sa zmenou odporu mení, následne sa potom prevádza v digitálnom prevodníku z analógového na digitálny signál. Tento signál následne putuje do riadiacej jednotky, ktorá  podľa prednastavenej charakteristiky vypočíta zodpovedajúcu teplotu.

Snímač polohy a otáčok kľukového hriadeľa

Tento snímač sa stará o stanovenie presnej polohy a z toho vyplývajúcich otáčok/min kľukového hriadeľa. Jedná sa o indukčný – Hallov snímač, ktorý je umiestnený na kľukovom hriadeli. Snímač dodáva elektrický signál do riadiacej jednotky, ktorá túto hodnotu elektrického napätia vyhodnocuje, napr. pre pre začiatok (resp. koniec) vstrekovania paliva, atď. Pri nefunkčnom snímači nejde vozidlo naštartovať.

Snímač polohy a otáčok vačkového hriadeľa

Snímač otáčok vačkového hriadeľa je funkčne podobný snímaču otáčok kľukového hriadeľa a používa sa na určenie, ktorý piest je v hornej úvrati. Ten fakt je potrebný na určenie presného načasovania zážihu pri benzínových motoroch. Okrem toho sa používa na diagnostiku preskočenia rozvodového remeňa alebo reťaze a pri spustení motora, kedy pomocou tohto snímača riadiaca jednotka motora motora zistí, ako je vlastne celý mechanizmus kľuka-ojnica-piesty na začiatku natočený. V prípade motorov s VVT – variabilným časovaním ventilov sa používa na diagnostiku činnosti variátora. Motor môže existovať aj bez tohto snímača, je však nutný snímač otáčok kľukového hriadeľa a následne sú otáčky vačkového a kľukového hriadeľa delené v pomere 1:2. Pri dieselovom motore má tento snímač len iniciačnú úlohu pri štarte, kedy informuje ECU (riadiacu jednotku), ktorý piest je ako prvý v hornej úvrati (ktorý piest pri pohybe do hornej úvrate sa nachádza v kompresnom alebo výfukovom zdvihu). To práve pri štarte nemusí byť zrejmé zo snímača polohy kľukového hriadeľa, avšak pri činnosti motora sú už informácie získavané z tohto snímača plne dostatočné. Vďaka tomu dieselový motor aj pri výpadku snímača na vačkovom hriadeli pozná stále polohu piestov a aký zdvih konajú. V prípade poruchy tohto snímača vozidlo nejde naštartovať alebo štartovanie trvá dlhšie. Podobne ako v prípade poruchy snímača na kľukovom hriadeli sa aj tu rozsvieti kontrolka riadenia motora na prístrojovom paneli. Obvykle sa používa tzv. Hallov snímač.

< !DOCTYPE html>

Neustále sa zvyšujúce ceny palív a tiež sprísňujúce emisné limity škodlivých látok vo výfukových plynoch nútia výrobcov dieselových motorov a ich dodávateľov intenzívne pracovať na vývoji efektívnejšieho a čistejšieho spaľovania. Začiatkom deväťdesiatych rokov znamenalo obrovský pokrok priame vstrekovanie s elektronicky riadeným rotačným vstrekovacím čerpadlom. Tento systém postupne koncom deväťdesiatych rokov nahrádzalo vstrekovanie čerpadlo tryska a common rail. Keďže systém čerpadlo-tryska sa časom ukázal ako neperspektívny, hlavne z dôvodu vyšších emisií (problematickej eliminácii) a vyššej hlučnosti, prevzal opraty systém common rail. V tomto článku si teda popíšeme o systéme common rail, ktorý je v súčastnosti  celosvetovo najrozšírenejší systém priameho vysokotlakového vstrekovania nafty pri dieselových motoroch, ktorý sa vyrába už vo svojej IV. generácii.

(viac…)