Vstrekovacia sústava dieslového motora – združený vstrekovač čerpadlo tryska – PD (Pumpe-Düse)

Neustále požiadavky na vyšší výkon dieselových motorov pri súčasnom zachovaní nízkej spotreby, a taktiež znižovanie škodlivých emisií vo výfukových plynoch, nútil výrobcov pracovať na ďalšom vývoji vstrekovacích zariadení. Keďže rotačné vstrekovacie čerpadlá sa dostali na hranu svojich fyzických možností, firma Bosch uviedla v roku 1998 nový typ vstrekovacieho systému nazvaného vysokotlakové vstrekovanie združenými vstrekovačmi čerpadlo – tryska (nemecky Pumpe – Düse System). Tento systém zaviedol do svojich dieselových motorov TDi (1,4, 1,9, 2,0, 2,5, 5,0) koncern Volkswagen, kde vystriedal predtým používané elektronicky riadené rotačné čerpadlá radu VP 37 a VP 44.

Ako už z názvu systému vyplýva, 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. Pri podstatne vyššom litrovom výkone a krútiacom momente motora sa podarilo udržať nízku spotrebu paliva, čo znamenalo účinnosť spaľovania až 45%.

Vstrekovacia jednotka tvorí jeden celok, ktorý sa nazýva združený vstrekovač. 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. Tieto hodnoty sú závislé na polohe plynového pedálu, režime motora, teplote nasávaného vzduchu a ďalších parametroch.

Ako táto jednotka funguje?

Združené vstrekovače sú zabudované do hlavy valcov. 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. Združené vstrekovacie jednotky umožňujú dosiahnuť presne stanovené množstvo vstrekovaného paliva a taktiež okamih začiatku hlavného vstreku a predvstreku paliva (obrázok nižšie). Predvstrek umožňuje plynulý nárast tlakov v spaľovacom priestore, čím dochádza k „zmäkčeniu“ chodu motora. Množstvo paliva a presné načasovanie vzhľadom k hlavnému vstreku paliva je u predvstreku veľmi dôležité. Vďaka nemu sa podstatne znižuje množstvo oxidov dusíka vo výfukových plynoch a tvrdosť chodu motora. Napriek tomu sa motory osadené týmto typom vstrekovacích jednotiek vyznačujú vyššími emisiami škodlivín a hluku než moderné systémy Common-rail.

Prúdenie paliva v palivovej sústave motora so združenými vstrekovačmi

Najprv je palivo dopravované elektrickým palivovým čerpadlom cez filter (4), ďalej cez výmenník (5) do čerpadla (6), a potom jemným palivovým filtrom (7) do systému kanálikov združených vstrekovačov. Prebytočné zohriate palivo sa vracia späť do sania čerpadla (6).

Výhody systému PD

Keďže je palivo vstrekované do spaľovacieho priestoru pod veľmi vysokým tlakom, spaľovanie sa stáva homogénnejším a dokonalejším-efektívnejším. To má za následok hlavne nižšiu spotrebu a dobré výkonové parametre. Motory so systémom čerpadlo tryska sa vyznačujú aj vysokým krútiacim momentom, dostupným už v nižších otáčkach.

Nevýhody systému PD

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. Taktiež má systém vyššiu hlučnosť a horšiu kultúru chodu v porovnaní s Common-rail.