Na špičce vývoje techniky

Robert August Bosch vynalezl především vysokotlaké magnetové zapalovače pro zážehové motory a zapalovací svíčky. Položil základy stejnojmenným podnikům ve Stuttgartu a vtiskl ducha společnosti, která kromě jiného je dnes vedoucí silou ve vývoji vstřikovacích systémů pro vznětové motory.

Dnes již notoricky známý systém vysokotlakového vstřikovacíhopaliva, označovaný jako Common Rail, uvedla v život společnost Bosch poprvé u motorů určených pro osobní automobily v roce 1997. O dva roky později (1999) začala sériově vybavovat stejným systémem vstřikování s pracovním tlakem 1400 barů i motory nákladních vozidel Renault V.I.

V roce 2003 přišla na trh druhá generace systému Common Rail s pracovním tlakem 1600 barů, tentokrát v nákladních a užitkových vozidlech MAN. Protože však vývoj vstřikovacích systémů u vznětových motorů směřuje k dosažení emisních limitů podle norem Euro 4, pracují vývojáři společnosti Bosch na plné obrátky.

Nejnovější vývoj

Systém Common Rail třetí generace s pracovním tlakem 1800 barů chce Bosch vrhnout na automobilový trh v roce 2005. Z počátku bude určen především pro motory do zdvihového objemu sedmi litrů pro lehká a středně těžká nákladní vozidla.

Čtvrtá generace Common Railu určená pro největší motory nákladních vozidel (do zdvihového objemu až 16 l) bude k dispozici pravděpodobně v roce 2006. Tento systém bude pracovat se vstřikovacím tlakem až 2500 barů.

Jak pracuje CR

Na rozdíl od jiných palivových vstřikovacích systémů, Common Rail pracuje s tlakem paliva vznikajícím nezávisle na jednotlivých vstřicích do válců. Common Rail, v technickém slova smyslu a ve vztahu ke konstrukci vznětového motoru, znamená společný prostor, ve kterém je palivo udržováno před samotným vstřikem pod jmenovitým tlakem. Vlastně jde o tlakový akumulátor paliva. To zde zůstává stlačené, trvale připravené v palivovém potrubí.

Elektronický systém řízení upravuje maximální tlak paliva podle otáček klikového hřídele a polohy pedálu akcelerátoru. Snímače z vačkového a klikového hřídele poskytují počítači další informace vedoucí k úpravě maximálního tlaku podle okamžité potřeby.

Nejdůležitější součástí celého systému je zmiňované palivové potrubí, Common Rail – společný prostor, k němuž jsou připojeny všechny sdružené vstřikovače. Každý z nich má vřazen soleidový ventil řídící okamžik vstřiku a množství paliva pro každý válec samostatně. Každý píst má spalovací komůrku. Celá konstrukce klikového mechanismu zajišťuje úzkou spáru mezi pístem a hlavou, což podporuje turbulenci směsi ve spalovacím prostoru.

Sdružený vstřikovač je umístěn centrálně. Komora v pístu je konstruována s ohledem na nízké emise, nízké střední měrné tlaky, nízkou spotřebu paliva a řídí vstřikování tak, aby byl zajištěn bezkouřový a spontánní start motoru.

Pracovní tlak v Common Railu vytváří vysokotlaké radiální pístkové čerpadlo. Do něj vstupuje nafta hnaná běžným zubovým čerpadlem. Část paliva se po ochlazení čerpadla vrací zpět do nádrže. Na konci tlakového potrubí jsou umístěny tlakový senzor a regulační tlakový ventil. Čerpadlo je dodávkově předimenzováno, aby při změnách zatížení nedocházelo ke kouření motoru.

Vyšší pracovní tlaky

Třetí generace Common Railu si sebou přináší kromě jiného tzv. piezoelektrické in-line vstřikovací ventily. U nich elektromagnetická cívka neovládá přímo ventil, ale rychle se spínající ovladač z piezokrystalů, které v elektromagnetickém poli mění velikost a tvar. Pohyb piezo-skupiny se na rozdíl od všech dosavadních koncepcí přenáší bez jakéhokoli mechanického prvku a bez tření na rychle spínající jehlu trysky. Právě to vede k přesnějšímu dávkování vstřikovaného množství paliva, a tedy k menšímu množství škodlivin produkovaných při spalování, a to i v porovnání s konvenčními piezovstřikovači.

Lepší rozprášení paliva ve spalovací komůrce vede ke kvalitnějšímu hoření. Výsledkem je nižší úroveň škodlivých zplodin motoru a lepší využití paliva, tedy nižší spotřeba.

Ale to není vše. Bosch již delší dobu plánuje další skok ve vývoji systému Common-Rail v roce 2006. Čtvrtá generace bude pracovat s vysokotlakým čerpadlem, které navodí ve společném akumulátoru tlak okolo 1100 barů. Ten potom bude v samotných vstřikovačích hydraulicky zvýšen na úroveň 2500 barů.

Díky tomu bude možné vstřikovat palivo přes trysky s menšími otvory a tím bude dosaženo kvalitnějšího rozprášení. Hoření palivové směsi tak bude opět efektivnější a navíc bude možno vstřikovací křivku upravit přesně podle potřeb spalovacího procesu a nároků na běh motoru. Výsledkem budou opět nižší emise a nižší hlučnost vlastního motoru.

Levné řešení

Pro vozidla určená do stavebního nebo zemědělského sektoru Bosch vyvinul levnější variantu systému Common Rail. Nová konstrukce využívá dvou vestavěných čerpadel poháněných od vačkového hřídele motoru, na rozdíl od běžného radiálního pístkového čerpadla. Všechny ostatní komponenty, jako vstřikovače, tlakový akumulátor a řídící jednotka, byly převzaty z původního Common Railu.

Základní myšlenkou a největší výhodou levnější variantou systému je fakt, že nyní mohou velmi jednoduše konstruktéři koncových výrobců vybavit jednoduchým, levným a elektronicky řízeným systémem Common Rail i motory, které byly původně stavěny s mechanicky řízeným vstřikovacím čerpadlem poháněným od vačkového hřídele. Sériová výroba setu Common Rail se rozběhne na konci roku 2005.

Navíc v současnosti probíhá vývoj vstřikovačů s měnitelnou geometrií vstřikování i koncepce se vstřikovacími tlaky přes 2000 barů. Díky takovému vylepšení lze u sdružených vstřikovačů Bosch třetí generace počítat s předvstřiky paliva při nižších otáčkách motoru a jeho vyšším zatížení. Obecně takové řešení vede k nižší hlučnosti motoru. Kromě toho kompaktnější stavba vstřikovače umožňuje výrobcům jednodušší zástavbu.

Vstřikovače jsou určeny pro motory středně těžkých a těžkých nákladních vozidel o zdvihovém objemu 10 až 16 l.

text: Milan Olšanský

foto: archív

zdroj: Trucker 1/2005