Otázka je zpracována ve formě „koncept“.

 

uvod

 

 

Otázka č. 11

Popište hlavní části palivové soustavy vznětového motoru

 

 

 

Na úvod

 

Foto01

Současné moderní vznětové motory vykazují velmi dobrou účinnost, velký výkon a nízkou spotřebu paliva. Pracují s vysokým přebytkem vzduchu v palivové směsi. Požadavkem je dokonalé rozprášení paliva do spalovacího prostoru na co nejjemnější částice, aby vytvořená směs byla skutečně optimální. Viskozita paliva určuje spolu s povrchovým napětím velikost kapének paliva rozprášeného tryskou do spalovacího prostoru. Čím je kapének více na stejné množství paliva, tím je hoření dokonalejší. U všech druhů palivových soustav je kladen velký důraz na kvalitu a čistotu paliva. (Foto01)

 

 

 

 

Palivo

 

Foto02

Pro rychloběžné motory osobních a nákladních vozidel se používají lehká naftová paliva vyrobená destilací ropy. Motorová nafta je vyráběna tak, že se míchá petrolej, plynové oleje a další přísady. Vzájemný poměr složek nafty je dán požadavkem, pro jaké období bude palivo použito. Obsah parafínu určuje bod tuhnutí. Je to okamžik, kdy se začne vylučovat ve formě krystalů. V zimním období právě tyto krystaly zpravidla zanesou póry v jemném čističi paliva a zabrání tak průtoku nafty celým palivovým systémem. (Foto02)

 

 

 

 

Účel

 

 

Úkolem palivové soustavy vznětového motoru je dopravit palivo do stanoveného spalovacího prostoru motoru v přesně stanovený okamžik a v přesně stanoveném množství. Na správné funkci závisí průběh hoření ve válci motoru. Průběh hoření má návaznost na výkon motoru, hospodárnost jízdy a emise výfukových plynů. Palivová soustava vznětových motorů prochází obrovským rozvojem.

 

 

 

 

 

Vývoj v čase

 

Foto03

Nároky na snižování emisí rostou, současně s chtíčem po nižší měrné spotřebě paliva. Proto se vývojáři nových technologií vzdalují obrovskou rychlostí od dříve používaného a v současné době již zcela zastaralého systému řadového vstřikovacího čerpadla, které se dříve používalo jak u osobních tak u nákladních automobilů. Používaný vstřikovací tlak se u těchto čerpadel pohybuje kolem 17 – 30 MPa. (Foto03)

 

 

 

 

 

 

 

Foto 04

Nástupcem řadového vstřikovacího čerpadla byl ve své době revoluční systém rotačního čerpadla. Mimochodem i v dnešní době je stále považován za velmi spolehlivý systém. Tato čerpadla začala být postupně ovlivňována elektronikou. První elektronikou řízené rotační čerpadlo bylo vyrobeno firmou Bosch v roce 1986. Systém EDC (Elektronic Diesel Control) byl prvně použit v roce 1996 firmou Opel. Ve srovnání s klasickým řadovým vstřikovacím čerpadlem, mělo toto čerpadlo menší hmotnost a všechny vnitřní součásti byly mazány naftou. Tady začíná být kladen větší požadavek na kvalitu paliva a jeho čistotu. Tato čerpadla mají jednu výtlačnou jednotku, která dopravuje palivo do všech válců motoru. Používaný vstřikovací tlak se u těchto čerpadel pohybuje kolem 150 – 185 MPa. (Foto04)

 

 

 

 

 

 

 

Foto05

Do nedávna používaný systém Pumpe Diese známý také pod názvem čerpadlo-tryska, vystřídal na trhu systém rotačního čerpadla, ale problémy se zvládnutím emisních limitů posunuly tento systém do ústraní. Počátky tohoto systému sahají do 30. let 19. století. Z počátku byl používán u pomaluběžných lodních a železničních motorů. Základní charakteristikou pro tento systém je samostatné vstřikovací čerpadlo pro každý válec. Vstřikovač je umístěn buď v těle čerpadla a tvoří jeden díl, nebo je umístěn mimo tělo čerpadla a tvoří samostatný díl. (Foto05) Celá jednotka vstřikovače s čerpadlem je umístěna přímo nad pístem a je ovládána vačkovým hřídelem poháněným od motoru.

 

 

 

 

 

 

 

V 1993 představila automobilka Volvo první elektronicky řízené vstřikovače a od té doby je vstřikovací jednotka také elektronicky ovládaná. Pro otevírání a uzavírání trysky vstřikovače se začaly používat elektro-magnetické ventily a později i několikrát rychlejší piezo-elektrické ventily. S ohledem na zákonem požadované snížení výfukových emisí a relativně vysoké výrobní náklady, se od tohoto systému upouští a střídá ho systém Common-rail.

Systém s tlakovou lištou  Common rail je systém přímého vysokotlakého vstřikování nafty s tlakovým zásobníkem. Počátky systému sahají do 60. let. Ve Švýcarsku ho vyvinul Robert Hube – to znamená, že tento systém není žhavou novinkou 21. století, ovšem technologický potenciál má mnohem větší než jeho soukmenovci a proto je dnes nejpoužívanější systém pro nově navrhovaná a vyráběná vozidla. V osobních automobilech se začal sériově vyrábět již v roce 1997. Hlavní výhodou oproti jiným systémům je fakt, že vstřikovací tlak nezávisí na otáčkách motoru a dokáže za jeden spalovací cyklus vykonat 2–7 vstřiků. Tím vznikne kultivovanější chod motoru, nižší hluk, emise a měrná spotřeba. Nevýhodou tohoto systému je vysoký nárok na kvalitu paliva. Palivo je nasáváno z palivové nádrže přes palivový filtr čerpadlem a pod vysokým tlakem dopraveno do zásobníku paliva (rampy), odkud je následně ocelovou bezešvou trubicí dopraveno k elektro-magneticky nebo piezo elektricky ovládanému vstřikovacímu ventilu. V zásobníku paliva (v rampě) je neustále stejný tlak dosahující až 250 MPa, který vyvíjí vysokotlaké palivové čerpadlo. (Foto06)

 

 

 

 

 

 

Foto06

 

 

 

Hlavní části jednotlivých palivových systémů:

 

 

 

 

 

Palivová nádrž (Foto07)

 

Foto07

Slouží jako zásobník pro palivo. Její součástí je nalévací otvor většinou uzamykatelný, vypouštěcí šroub, čidlo palivoměru a příruby pro sací a přepadové potrubí. Někdy je umístěna palivová nádrž na výfukovém potrubí, které zajišťuje ohřev nafty v zimním období. Palivové nádrže jsou vyrobeny z tenkého ocelového plechu, který je z vnitřní strany galvanicky upraven proti korozi, nebo z plastu. Na výrobu nádrží jsou kladeny přísné požadavky. Například musí být schopny uchovat svůj obsah při náhlém zastavení vozidla. Dále musí být schopny pohltit energii nárazu tím, že se zdeformují bez následného roztržení (především ve spojích). Musí být konstruovány tak, aby zachovaly svůj tvar při naplnění palivem (říkáme tomu statická stálost nádrže), atd. Její velikost se u nákladních vozidel pohybuje kolem 450 l.

Podle platných právních předpisů nesmí celkový vnitřní objem pevných palivových nádrží překročit 1500 litrů na jednu dopravní jednotku a vnitřní objem palivové nádrže připevněné na přípojné vozidlo nesmí překročit 500 litrů.

Pozor!

Při překročení těchto limitů, nebo podmínek se dopravní jednotka stává jednotkou přepravující nebezpečné věci dle dohody ADR, včetně určitých povinností vyplývajících z příslušných ustanovení této dohody.

 

 

 

 

Hrubý čistič

 

Foto08

jde o první stupeň čištění paliva. Zachytí se zde nečistoty o velikosti 0,01 -0,012 mm. Čistota paliva má veliký vliv na životnost hlavně vstřikovacího čerpadla a trysek vstřikovačů. Jsou zde naprosto přesně opracované části, které by se nečistotou paliva opotřebovali. Tento čistič odstraňuje hrubší nečistoty jako například rez, vodu a kaly, které se do systému dostávají z nádrže. Pro představu průměr lidského vlasu je zhruba 0,018–0,180 mm. (Foto08 a Foto09)

 

 

Foto09

 

 

 

Dopravní podávací čerpadlo

 

Foto10

Slouží k dopravě paliva z nádrže přes hrubý čistič (sklenička se sítkem hrubého čističe) do jemného čističe paliva a kanálu vstřikovacího čerpadla. Dopravní podávací čerpadlo může být umístěno v palivové nádrži (u osobních vozidel) nebo mimo palivovou nádrž (u nákladních vozidel). Palivo je nasáváno z nádrže k čerpadlu podtlakem cca 0.2 – 0.4 MPa. Tuto část palivové soustavy nazýváme nízkotlakou s podtlakem. Dopravní čerpadlo dále vytlačuje palivo přes jemný čistič do vstřikovacího čerpadla, nebo zásobovacího čerpadla (systém Common rail). Tuto část nazýváme nízkotlakou s přetlakem.

 U starších vozidel byl pohon čerpadla zajištěn od vačkové hřídele vstřikovacího čerpadla a bylo namontováno na jeho těle, nebo od vačkové hřídele motoru a bylo namontované na bloku motoru. Pístové čerpadlo je pro možnost odvzdušnění celého systému vybaveno ruční pístovou pumpičkou. Některé konstrukce rotačních vstřikovacích čerpadel pro vznětové motory mají dopravní čerpadlo rotační excentrické, jako součást vstřikovacího čerpadla. (Foto10)

 

 

 

 

Palivový systém bez dopravního čerpadla

 

 

U starších vozidel (např. traktor Zetor-25, který se začal sériově vyrábět hned po 2. světové válce na přelomu let 1945/1946), byla nádrž umístěna nad vstřikovacím čerpadlem a palivo se k němu přivádělo samospádem. V této soustavě tedy dopravní (podávací) čerpadlo nebylo použito.

 

 

 

 

 

Jemný čistič

 

Foto11

jde o druhý stupeň čištění paliva. Používají se jednostupňové, ale i více stupňové čističe paliva. U vícestupňového čištění protéká palivo z jedné části čističe do druhé, při tom se palivo postupně zbavuje hrubších nečistot o velikosti 0,007 – 0,005 a poté nečistot menších o velikosti 0,004 -0,003 mm. Jeden ze způsobů provedení, je čistič s výměnnou vložkou. Zde se k filtraci používají papírové, plstěné nebo jiné materiály s vysokou schopností zachytit ty nejjemnější nečistoty. Druhým ze způsobu provedení je jednorázový nerozebíratelný čistič. Některá vozidla (např. Mercedes Actros) používají ve druhém stupni čištění třístupňový čistič. Ten zachytí nečistoty i o velikosti větší než 0,001 mm. (Foto11)

 

 

 

 

Vstřikovací čerpadlo

 

Foto06

Vstřikovací čerpadlo musí zajistit dostatečný tlak a přesně odměřené množství paliva pro příslušný vstřikovač. To vše ve velmi krátkém čase. Pro starší typy spalovacích motorů se používají pístová vstřikovací čerpadla. Jedna skupina pístových čerpadel má pro každý válec jednu pracovní jednotku. Tyto pracovní jednotky jsou uloženy ve společném bloku a spolu s regulátorem otáček tvoří jeden kompaktní celek. Říkáme jim řadová vstřikovací čerpadla.

Druhá skupina čerpadel má jen jednu pracovní jednotku, která vyvíjí potřebný tlak. Palivo je poté speciálním děličem rozdělováno v určeném pořadí vstřiku ke vstřikovačům. Jedná se o rotační vstřikovací čerpadla. Modernější systémy měli navíc elektronické řízení těchto rotačních čerpadel. U vozidel vyráběných v současné době, se nepoužívá vstřikovací čerpadlo, ale zásobovací čerpadlo, které dopraví palivo do společné rampy pod vysokým tlakem. Jedná se systém Common rail. (Foto06)

 

 

 

 

Vysokotlaké potrubí

 

 

Vstřikovací čerpadlo je spojeno se vstřikovači vysokotlakým potrubím. Vyrábí se z bezešvých silnostěnných trubek o síle 2 mm, které mají na obou koncích naválcované nebo napěchované kužele. Vnitřní průměr trubky se pohybuje v rozmezí 1,5 – 2 mm. K výstupnímu šroubu vstřikovacího čerpadla na jedné straně a ke vstřikovači na straně druhé, se připevňuje pomocí těsnícího kovového kužele s převlečnou maticí. Všechny vysokotlaké trubky musí být stejně dlouhé, aby bylo dosaženo stejného počátku vstřiku paliva do všech válců motoru. (06.jpg)

 

 

 

 

 

Vstřikovače (Foto12)

 

Foto12

jsou poslední článek vysokotlaké části palivové soustavy vznětového motoru. Jejich úkolem je zajistit optimální rozprášení paliva do proudu stlačovaného vzduchu ve spalovacím prostoru. Počet vstřikovačů odpovídá počtu válců motoru. Tělo vstřikovače nazývané také jako držák trysky je upevněno třmenem v hlavě motoru. Vstřikovací tryska (dole) je nejdůležitější část vstřikovače. Kvůli požadavkům na minimální tolerance je výrobně velmi náročná. Vstřikovací tryska se skládá ze dvou částí. Těla trysky a jehly trysky. Provedení trysek je spousta, ale všechny pracují na společném principu. Palivo je kanálkem v těle trysky přiváděno pod vysokým tlakem na špičku jehly, která je ve tvaru kužele. Tlak paliva nadzvedává jehlu trysky nahoru a ta přes tlačný čep překonává předpětí vinuté pružiny. Při poklesu tlaku působí vinutá pružina přes tlačný čep na jehlu trysky a přitlačí ji zpátky do sedla. Nespotřebované palivo se přepadovým potrubím vrací zpět do palivové nádrže.