Moderní dieselové vstřikovací ventily


 
Injektor je hrotem vstřikovacího systému. Přesně v souladu s tím musí probíhat výroba.
S přáním zákazníků a s úkoly zákonodárců v oblasti zplodin spalování stoupají také požadavky na technologii dieselových motorů. Pravidelný boom samozápalů posledních let by nebyl možný bez ustavičného dalšího vývoje a sériového zavedení nejmodernějších dieselových vstřikovacích systémů. Díky variabilní regulaci časového okamžiku vstřikování a vstřikovaného množství byly při tvorbě průběhu spalování otevřeny nové cesty – kouzelné slovo ve věku “společného potrubí“ mimo jiné znamená pilotní vstřikování.

Pilotní vstřikování nebo předvstřikování

Zpoždění zážehu - doba mezi počátkem vstřikování a vzestupem tlaku ve spalovacím prostoru – je důležitým znakem pro postup spalování u dieselových motorů. V tomto časovém rozpětí jsou definovány technické znaky motoru, pokud jde o spaliny a spotřebu. Jestliže se kromě toho v této „mrtvé době“ vstřikuje příliš velké množství paliva, může to vést k náhlému vzestupu tlaku ve válci – důsledkem je hlasité „přibíjení hřebíků při spalování“.
Aby se vytvořil jemnější průběh spalování, pracuje se od vzniku dieselových motorů s přímým vstřikováním často s takzvanými pilotními vstřiky. Před hlavním množstvím je ve válci spalováno minimální množství paliva, čímž méně úsečně stoupne tlak a teplota. Důsledek: tišší běh motoru, méně emisí oxidů dusíku.

Vysoká přesnost

Tyto předvstřiky vyžadují od injektorů nejvyšší výrobní kvalitu. Ve srovnání s hlavním vstřikem jsou množství paliva menší o faktor 50 až 100. Podle firmy Delphi (která je mimo jiné dodavatelem systémů společného potrubí pro Ford Focus a Renault Clio) jsou při dílčím zatížení realizována minimální množství 1 mm3/zdvih.
Dokonce i s tradičním řízením přes magnetické ventily – Siemens je až do dneška jediným výrobcem se sériovým pizořízením – je bez dalšího možno také několik předstřiků a také dostřiků. Toto ale není momentálně od zákazníků – v tomto případě od výrobců automobilů - požadováno, ve většině případů dostačuje pilotní vstřikování.

Manuální montáž

Aby se dosáhlo požadovaných tolerancí ? 0,002 L/min v průtokovém množství a ? 2,5 ?m ve zdvihu jehly, je vedle precizních výrobních zařízení nadiktována také nejvyšší čistota. K montážní lince Assembly-Line, tam, kde jsou hotové elementy, tj. jehla trysky, ventil a držák trysky montovány dohromady, se jde pouze v bílém plášti, s pokrývkou hlavy a v botách opatřených převlekem. Pro malé série jsou jehly trysek zasouvány do zaoblených konců trysek ručně.

Klasifikace injektorů

Na konci výrobní linky je každý vstřikovací ventil podrobován testu. Údaje zaznamenaného průtoku (od 1 do 100 mm3/zdvih) ve funkci vstřikovacího tlaku (od 230 do 1600 barů) jsou přeměňovány do 16-místného kódu a tak jako specifický hlavní znak vrývány v injektoru.
Klasifikace každé jednotlivé vstřikovací trysky se mezitím stala nevyhnutelnou. Při hlavním vstřiku 50 mm3/zdvih je malé chybné množství irelevantní. Úspěch předvstřiku naproti tomu závisí v rozhodující míře na tolerančních vlastnostech trysky. Zatímco několik výrobců dělí injektory do jakostních tříd a dodávají k tomu odpovídající řídící přístroj, pracují jiní opět s elektrickými odpory, které mají dodávat řízení motoru informace o ventilových charakteristikách.


Diesel zůstává vpředu

Pro dalších 10 let, zůstane dieselový motor mezi všemi pohony nejlepším ve třídě jak při stupni účinnosti (počítáno od vývrtu až k hnacímu kolu) tak i u spotřeby a u vypouštění kysličníku uhelnatého. Mimo to je dieselové palivo mezi všemi známými a alternativními nosiči energie při manipulaci také v ruce technicky málo zběhlého řidiče s odstupem nejbezpečnější.
Starosti však vývojovým inženýrům připravuje, že spotřeba a pokles škodlivých látek jsou právě u dieselmotoru kontraproduktivní. To znamená , čím ostřejší mezní hodnoty spalin, tím více bude podle dnešních znalostí a vědomostí stoupat spotřeba. Filtr s částicemi zvýší asi spotřebu o 3 až 6 %, následně zapojená transformace kysličníku dusnatého bude hnát spotřebu dále do výšky.
Nehledě na přeměnu škodlivých látek, má dieselmotor ještě jeden velký vývojový potenciál. Jde přitom v první řadě o modifikaci spalování na takové, které už nedovolí, aby škodlivé látky vznikaly.
 

Čistě a úsporně

U benzinového motoru vedlo zavedení regulovaného katalyzátoru ke zvýšení spotřeby o několik procent, která mezitím přece jen mohla být egalizována. Způsobuje to pouze nepatrnou námahu, aby se s těmito motory podkročily mezní hodnoty Euro 4.
Další potenciál úspory nabízí přímé vstřikování benzinu, odpojení válce a variabilní řízení ventilů. Pokles hmotnosti, minimalizace tření a zmenšení zdvihového objemu (downsizing) platí stejnou měrou pro motory dieselové a benzinové. Právě tak zlepšení jakosti paliva. Zejména u dieselmotoru by mohlo upuštění od síry a aromátů drasticky zlepšit chování spalin.
Oba druhy motorů budou kontinuálně dále vyvíjeny, přičemž inženýři již mohou s nějakou jistotou formulovat cíle, cestu k nim ještě ne.
Další možností jak minimalizovat spotřebu a emise spalin vozidel jsou hybridní koncepty, to znamená společné působení spalovacího motoru a elektromotoru. Vývoj a výroba hybridních pohonů je nákladově velmi intenzivní. Komponenty k tomu účelu vyvinuté jsou však také podstatnými stavebnicovými součástkami pohonu palivovým článkem, takže mohou být dále užívány při přechodu k palivovému článku.

Palivový článek

I po létech intenzivní výzkumné práce musí být zdůrazněno, že vývoj palivového článku na tržně schopný produkt stojí ve srovnání se spalovacím motorem ještě na začátku.
Palivový článek, poháněný vodíkem, by byl bezpochyby usilováníhodným cílem, vodík však přináší mnoho otázek, na které ještě není žádná odpověď. Můžeme představit palivový článek nejprve nanejvýš v provozu s profesionálními řidiči při omezeném požadavku na dosah a při centralizovaném tankování, protože problematika nákladů není vyřešena.
Třeba se počítá do konce příštího roku s prvním vstupem na trh autobusu s palivovými články s vodíkem (Citaro), pro který vidíme dobré šance. Pro individuální provoz považujeme za lépe vhodný palivový článek s přímým methanolem, ačkoliv také to může být pouze meziřešení. Naproti tomu nemáme velké mínění o spalování vodíku v konvenčním spalovacím motoru, protože přitom vzniká kysličník dusnatý.

Zásobování energií s otazníky

Celý komplex zásobování energií je dneska ještě dalekosáhle úhorem. Na jedné straně dovážíme ropu, abychom z toho získali pohonné hmoty a paliva, na druhé straně nevíme, co máme začít s nesmírným množstvím domovního a živnostenského odpadu, ve kterém dřímá enormní obsah energie.
Právě tak musí být počítáno asi se stejným množstvím biologických odpadů, z nichž je shromažďována a zhodnocována pouze malá část. Kromě toho je komínem (bez filtru a katalyzátoru) vyháněno hodně milionů tun lehkého topného oleje, ačkoliv by se zemní plyn hodil pro vytápění domácnosti mnohem lépe.
Je ale laciné, naložit na auto všechna břemena, místo aby se konečně vypracovala dlouhodobá energetická politika, která si toto jméno zaslouží. V tom by stál vodík ovšem daleko vzadu.
Pro zavedení palivového vodíkem poháněného článku v autě by musela být vypracována zásobovací infrastruktura. Ba dokonce při použití velkotechnických metod by výroba vodíku v našich polích byla dražší než benzin nebo diesel.

Raději stacionárně

Považujeme proto zemním plynem napájený stacionární palivový článek k vytápění a výrobě proudu (vazba teplo-energie) za vhodnější než pro auto, zvláště když s domáckým palivovým článkem by zatížení vzduchu mohlo být oproti vytápění zemním plynem dále sníženo.
Vývoj palivového článku dosáhl mezitím tak vysokého stavu, že se při skutečně dobrém výkonu dá umístit v autě. Hodí se ovšem nejlépe pro co nejkonstantnější zátěžový provoz, který se však příčí dynamice silničního provozu. Spalovací motor tu je v mnoha bodech dobrý. Potíže připravuje také provoz při velmi nízkých teplotách, protože nasávaný vzduch musí být zvlhčován a voda by mohla zamrznout. A pro studený start musí být prováděno předehřívání, což potřebuje čas a přídavnými bateriemi zvyšuje hmotnost vozidla.

Hodně úsporný

Jsme přesvědčeni, že vůz střední třídy by za několik let mohl jezdit asi o 40 % úsporněji než dnes, přičemž ovšem konstrukční díly vozidla musí být nadále vyvíjeny. V parlamentu EU diskutované 90 až 120 g CO2 na kilometr se tímto posunují do realizovatelné blízkosti. Ale opatrně ! Tento cíl není dosažitelný dnes nebo zítra. Hovoří se o 10 letech intenzivní vývojové práce, neboť dosud mohly překonat 90 g CO2 na kilometr pouze VW Lupo 3L a Audi A2 3L.
Inženýři motorů posuzují palivový článek tak jako tak se skepsí Mnoho z nich je názoru, že palivový článek půjde stejnou cestou jako Wankelův motor s krouživým pístem. To znamená, že po několika létech zmizí z diskuze. Podobný osud zažily také orbitální motor a jiné konstrukce.
Benzinový a dieselový motor směřují navzájem k sobě a jednoho nikoliv vzdáleného dne navzájem splynou v nový lepší spalovací motor, který už prakticky nemá ve spalinách žádné škodlivé látky a který bude běžet zřetelně úsporněji než dnešní dieselové motory. Zda pak má vůbec palivový článek nějakou šanci, je zapotřebí vyčkat.