titPopularita naftových motorov sa neustále zvyšuje. Hlavným dôvodom je nižšia spotreba paliva (až o 30 percent ako v prípade benzínových motorov poskytujúcich rovnaký výkon), ďalším dôvodom je hnacia sila (pri nižších otáčkach vyššia sila) a nižšie emisie.


Na najvýznamnejších trhoch Európy je v súčasnosti až 60 percent predaných automobilov strednej triedy vybavených naftovým motorom. Žiadny z veľkých výrobcov automobilov, ktorý sa chce presadiť v Európe, nemôže tento fakt ignorovať. Výhodou naftových motorov je nižšia spotreba, nižšie emisie CO2, preto sú ekologickejšie a úspornejšie ako benzínové. Tieto motory majú vyšší krútiaci moment, lepší výkon pri nižších otáčkach a dlhšiu životnosť motora. Ako nevýhody naftových motorov možno charakterizovať častejšiu údržbu, horší (klepotavý) zvuk, ich hmotnosť, dlhšie zahrievanie sa na prevádzkovú teplotu. Obsahujú citlivé komponenty ako turbodúchadlo, vstrekovače, či dvojhmotný zotrvačník.
K veľkému rozmachu naftových motorov v uplynulých rokoch významným spôsobom prispeli moderné vysokotlakové vstrekovacie systémy pre naftové motory. Medzi takéto systémy patrí aj vstrekovací systém Common Rail (obr. 1), ktorý v podstate patrí do skupiny priameho vstrekovania nafty. Hlavnou časťou tohto systému je tlakový zásobník, v ktorom je palivo udržiavané pod vysokým tlakom. Pracuje s elektromagneticky riadenými vstrekovačmi. Kvôli zabezpečeniu správneho priebehu vstrekovania a presného dávkovania paliva je vstrekovač riadený elektromagnetickým impulzom podporeným hydraulickým systémom.

obr1

Obr. 1: Common Rail systém od firmy Bosch
1 – merač hmotnosti nasávaného vzduchu, 2 – riadiaca jednotka, 3 – vysokotlakové čerpadlo, 4 – vysokotlakový zásobník, 5 – vstrekovač, 6 – snímač otáčok kľukového hriadeľa, 7 – snímač teploty chladiacej kvapaliny, 8 – filter paliva, 9 – snímač polohy akceleračného pedála


Najväčšími výhodami systému sú jednoduché prispôsobenie systému pre rôzne motory a riadenie priebehu vstreku – viacnásobné vstrekovanie, keďže tlak paliva v zásobníku tlaku – raili je nezávislý na otáčkach motora. Ďalšou výhodou sú aj vysoké vstrekovacie tlaky umožňujúce dokonalejšie rozprášenie paliva vo valci, čo v praxi znamená účinnejšie spaľovanie a teda vyšší výkon, krútiaci moment, nižšiu spotrebu paliva, kultivovaný chod a v neposlednom rade aj nižšie emisie škodlivých látok.

Materiál a metódy
Diagnostiku samotných vstrekovačov zo systému Common Rail je možné vykonať špeciálnymi prístrojmi, medzi ktoré patrí aj diagnostická stolica od firmy Bosch typ EPS 708 (obr. 2). Diagnostickú stolicu v podstate simuluje vstrekovací systém automobilu, kde sa v ňom nachádzajú tie isté komponenty t. j. (riadiaca jednotka, CR čerpadlo, nízko a vysokotlakové vedenie, vysokotlakový zásobník – rail a vstrekovače), ktoré sú potrebné na privádzanie dostatočného množstva paliva do motora. Spomínaná diagnostická stolica je zariadenie pracujúce so vstrekovacími tlakmi moderných naftových motorov Common Rail, ktorých hodnota je aktuálne 2 000 barov.

obr2
Obr. 2: Diagnostická stolica BOSCH EPS 708


Skúšobná stolica BOSCH EPS 708 aktuálne pracuje s tlakom až 2 200 barov, pričom je dimenzovaná až na tlak 2 500 barov. Je kompatibilná s rôznymi druhmi CR čerpadiel a vstrekovačov od firmy BOSCH. Vstrekovače na vykonanie diagnostiky v danom experimente boli použité z nákladného vozidla typu MAN TGA 18.480. Technické parametre naftového motora je možné vidieť v tab. 1.

tab1
Tab. 1: Technické parametre naftového motora CR D20


V spaľovacom motore je montované vstrekovacie čerpadlo, ktoré má za úlohu vytvárať na príkaz riadiacej jednotky vstrekovania tlak, ktorý je dopravený do vysokotlakového zásobníka (railu), kde sa s tlakom ďalej pracuje a následne je palivo dopravené do vstrekovačov. Maximálny tlak čerpadla je 1 350 – 1 600 bar. V danom naftovom motore sa používajú piezoelektrické vstrekovače nazývané aj tzv. CR vstrekovače. 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, zabezpečenie tichšieho chodu motora a znižovanie obsahu škodlivých látok vo výfukových plynoch.
Hlavnou výhodou 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. 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.
Diagnostike samotných vstrekovačov pomocou popísanej stolice BOSCH EPS 708 predchádza demontáž vstrekovačov zo spomínaného naftového motora MAN TGA 18.480. Potom nasleduje ich montáž na diagnostickú stolicu. Vysokotlakové CR čerpadlo je poháňané elektromotorom. Stolica dokáže testovať naraz až 6 vstrekovačov, z praktických skúseností sa však testujú naraz len tri jednotky. Meranie pozostáva z 12. krokov, ktoré sú spustenie, prečistenie, skúška tesnosti po ktorej nasleduje zahriavenia prístroja a príprava na meranie voľnobehu. Po meraní voľnobehu prebieha príprava na meranie strednej záťaže a samotné testovanie, taktiež prebieha aj testovanie plnej záťaže. Nasleduje príprava a meranie predvstreku na vstrekovači. Každá vstrekovacia jednotka sa meria podľa predpísaných krokov s 5 sekundovým oneskorením. Jeden z najdôležitejších meraní je skúška tesnosti, lebo ak niektorý zo vstrekovačov začne prepúšťať v priebehu testovania, tak sa celý cyklus testovania daného vstrekovača ukončí a ďalej ho už netestuje. Daný prístroj namiesto motorovej nafty používa špeciálnu kvapalinu. Celkový čas merania na diagnostickej stolici je cca 60 až 120 minút.

Výsledky a diskusia
Meranie, resp. testovanie, jednotlivých vstrekovačov prebiehalo pri troch prevádzkových intervaloch naftového motora. Prvý interval bol určený pri 630 000 najazdených kilometrov, druhý interval pri 730 000 km a tretí pri 950 000 km.
V tabuľke 2 boli uvedené všetky merania na vstrekovačoch pri prvom určenom prevádzkovom intervale. V nasledujúcich tab. 3 a 4 sú uvedené merania v ďalších dvoch prevádzkových intervaloch. V každej tabuľke je zachytené aj to, či daný vstrekovač vyhovel testu tesnosti, čomu zodpovedá nasledovná legenda:

 – Test tesnosti vyhovuje

x – Test tesnosti nevyhovuje.

Tab. 2 Diagnostika vstrekovačov pri 630 000 km
tab2a
Tab. 3 Diagnostika vstrekovačov pri 730 000 km
tab3a
Tab. 4 Diagnostika vstrekovačov pri 950 000 km
tab4a

 

Pri každom meraní evidujeme názov testovania a parametre, pri ktorý boli vykonávané jednotlivé merania. Každé meranie je popísané predpísanými a nameranými hodnotami.

Záver
Rozvoj naftových motorov zaznamenal prudký nárast vo všetkých svetových aj európskych automobilkách. Nízka spotreba a dlhá životnosť týchto motorov si získava stále viac priaznivcov. Moderné naftové motory v súčasnosti využívajú systém vstrekovania Common Rail.
Common Rail je systém priameho vstrekovania nafty, ktorý sa vyznačuje tlakovým zásobníkom, v ktorom je palivo udržiavané pod vysokým tlakom. Tieto systémy pracujú s elektromagneticky riadenými vstrekovačmi riadenými elektromagnetickými impulzmi podporenými hydraulickými systémami.
Cieľom experimentu bolo zdiagnostikovať vstrekovače typu BOSCH CRI používané v naftovom spaľovacom motore nákladného automobilu MAN TGA 18.480. Dosiahnuté výsledky dokumentujú merania pri sledovaných prevádzkových intervaloch určených najazdených kilometrov. Pri počte 630 000 km pri svojej prvej diagnostike vstrekovačov bol test tesnosti ako aj meranie voľnobehu a strednej záťaže v poriadku, ale pri meraní plnej záťaže sa dosahovali nízke dávky paliva. Tento jav mohol byť spôsobený tým, že jednotlivé časti vstrekovačov boli značne zanesené karbónom. V ďalšom priebehu merania pri 730 000 km sa už prejavila netesnosť jedného vstrekovača. Posledné meranie pri 950 000 však ukázalo najväčšie nedostatky na sledovaných vstrekovačoch, nakoľko dva z nich vykazovali netesnosť.
Ďalším nedostatkom boli dokumentované nízke dávky paliva a veľké množstvo paliva prúdiaceho do prepadu. Po prečítaní protokolu získaného z diagnostiky sa poruchové vstrekovače a ich časti opravujú, alebo sa vymieňajú za nové.
Najčastejšími chybami pri vstrekovačoch CR, ktoré možno odstrániť, je napečený karbón na špičke trysky. Osvedčeným spôsobom návratu prevádzky schopnosti trysky je použitie ultrazvukovej technológie za pomoci dekarbonizačného roztoku. Pri tomto druhu čistenia nedochádza k mechanickému poškodeniu trysky, a tým ani k zdrsneniu povrchu špičky trysky.
Výsledky dosiahnuté diagnostikovaním vstrekovačov sú prínosom pre servisné strediská, ako aj pre samotných používateľov vozidiel. Odporúčania sú preto zamerané hlavne na dodržiavanie pravidelných servisných intervalov a pridávanie aditív do paliva v zimnom období.

TEXT/FOTO: Zoltán ZÁLEŽÁK, Rastislav BERNÁT Katedra kvality a strojárskych technológií, Technická fakulta, SPU v Nitre, Norbert KECSKÉS, Katedra matematiky, Fakulta ekonomiky a manažmentu, SPU v Nitre

Literatúra:
1. ANGELOVIČ, M. [et al.]. Riešenie vnútroštátnej nákladnej dopravy vo vybratom podniku. In XXXIX. mezinárodní konference kateder dopravních, manipulačních, stavebních a zemědělských strojů. 1. vyd. 1 CD-ROM [189 s.]. ISBN 978-80-248-3124-4. Mezinárodní konference kateder dopravních, manipulačních, stavebních a zemědělskích strojů. Ostrava: Vysoká škola báňská – Technická univerzita, 2013, s. [8], 1 CD-ROM.
2. KRÁLIK, M. [et al.]. Dymivosť vznetového motora pri aplikácii nekonvenčného paliva. In: XXXVIII. mezinárodní konference kateder dopravních, manipulačních, stavebních a zemědělských strojů. – 1. vyd - [200 s.]. ISBN 978-80-261-0141-3 (brož.) Mezinárodní konference kateder dopravních, manipulačních, stavebních a zemědělských strojů. -- Plzeň : University of West Bohemia, 2012. -- S. 83-86.
3. KOVÁČ, I. [et al.]. Vrstvy odolné proti opotrebeniu. In: New trends in technology system operation: proceedings of the seventh conference with international participation, Prešov, 20. – 21. october 2005. Košice: Technická univerzita, 2005. ISBN 80-8073-382-1. - s. 160 – 161. - 2005/45/SPUMFA06.
4. ŽARNOVSKÝ, J. [et al.]. Analýza výfukových plynov vo fáze zohrievania motora. In: DIAGO 2011: Technická diagnostika strojů a výrobných zařízení: sbornik z konference, Ostrava únor 2010. – Ostrava : Vysoká škola báňská – Technická univerzita, 2011. - ISBN 1210-311X. - S. 555-560.
5. ŽARNOVSKÝ, J. [et al.]. Sledovanie technického stavu vstrekovačov. In: Kvalita, technológie, diagnostika v technických systémoch – 1. vyd. – 271 s.. ISBN 978-80-5521023-0 (brož.). – Nitra: Slovenská poľnohospodárska univerzita, 2013. - s. 255 – 260.

Recenzent/Reviewer: doc. Ing. Ľuboslav Straka, PhD.