Vstrekovanie kvapalného paliva je spôsob prípravy zmesi vznetových motorov. Spočíva vo vstrekovaní čerpadlom stlačeného paliva pomocou vstrekovačov do stlačeného čistého vzduchu vo valci, alebo komôrke motora.

Rozdelenie

Vstrekovanie paliva je možné realizovať niektorým z troch základných princípov:

1. Pneumatické (vzduchové) vstrekovanie paliva – používalo sa v u prvých vznetových motorov, ktoré sa nazývali aj kompresorové. V súčasnosti je prekonané a motory s takýmto systémom sa už nevyrábajú.
2. Hydraulické akumulátorové vstrekovanie – čerpadlo (alebo viac čerpadiel) zabezečuje stlačenie paliva do akumulátora, z neho sa vedie palivo do vstrekovača s (v pôvodnej variante) mechanicky poháňanou ihlou. Mechanická väzba ihly s kľukovým hriadeľom bola príčinou nevýhod tohoto riešenia.
   • Modernú generáciu tohoto spôsobu, ktorá zavedením elektromagnetických vstrekovačov odstránila jeho nevýhody predstavuje systém Common rail.
3. Hydraulické piestové vstrekovanie – každý valec má vlastné vstrekovacie čerpadlo, prepojené čo najkratším potrubím so vstrekovačom. Do rutinného zavedenia systému Common rail to bol moderný spôsob prípravy zmesi. Zatiaľ stále zostáva väčšinovým riešením pre vznetové motory.
   • Jeho modifikácia pre menšie motory je hydraulické piestové vstrekovanie s rozdeľovačom paliva – pri tomto spôsobe je jedno čerpadlo určené pre viac valcov a medzi čerpadlo a vstekovače je zaradený rozdeľovač.

Pneumatické vstrekovanie paliva

Pneumatické vstrekovanie paliva predstavuje najstarší, dnes už nepoužívaný systém. Palivo sa do vstrekovacieho ventilu dopravovalo jednoduchým nízkotlakovým čerpadlom. Viacstupňový kompresor poháňaný motorom vyrábal stlačený vzduch do zásobníka (oceľovej fľaše). Tlak tohoto vzduchu bol väčší, ako kompresný tlak vo valci motora. Zo zásobníka sa vzduch privádzal tiež do vstrekovacieho ventilu. Otváranie vstrekovacieho ventilu sa riadilo ihlou poháňanou vačkou. Tvar vačky tak pevne určil začiatok a koniec vstreku voči polohe kľukového hriadeľa. Pri otvorení vstrekovacieho ventilu stlačený vzduch prúdil do valca a strhával so sebou palivo, ktoré zároveň rozprášil na drobné čiastočky a premiešal so vzduchom vo valci. Tento systém mal významné nevýhody: vyžadoval navyše ťažký a zložitý kompresor a bol náchylný na poruchy. Naproti tomu palivové čerpadlo bolo veľmi jednoduché.

Hydraulické akumulátorové vstrekovanie

Tento systém spočíva v tom, že palivo stlačené na dostatočne vysoký tlak čerpadlom je akumulované v tlakovom zásobníku. Systém môže pozostávať z jedného čerpadla a zásobníka pre celý motor, alebo s jednotlivými čerpadlami a zásobníkmi pre každý valec. Zo zásobníka je palivo privádzané vysokotlakovým potrubím do vstrekovača. Vstrekovač uzatvára ihla, pri jej otvorení sa palivo vstrekuje a rozprašuje cez dýzu. Spôsob ovládania ihly významne ovplyvňuje vlastnosti tohoto vstrekovacieho systému.

Hydraulické akumulátorové vstrekovanie s mechanickým ovládaním

Mechanicky ovládané systémy boli prvé, ktoré nahradili pneumatické vstrekovanie paliva a v súčasnosti sú pre svoje nevýhody tiež prekonané. Tlak v zásobníku bol na úrovni 14 až 28 MPa. Množstvo vstrekovaného paliva bolo okrem vstrekovacieho tlaku závislé na veľkosti otvoru trysky a na dobe jej otvorenia. Pretože ihla bola ovládaná mechanicky, prostredníctvom vačky poháňanej kľukovým hriadeľom s pevným prevodom, začiatok a doba otvorenia ihly mala priamy vzťah s polohou kľukového hriadeľa. To znamená, že pri zvýšení otáčok motora sa doba otvorenia v čase skracovala a bez ďalších úprav by dávka paliva klesala. Pre zachovanie rovnakej dávky paliva bolo potrebné zvyšovať tlak v akumulátore s rastúcimi otáčkami. Preto sa tento systém vstrekovania uplatnil u pomalobežných lodných motorov pracujúcich v úzkom rozmedzí otáčok. Pre rýchlobežné motory a motory s premenlivými otáčkami systém nebol vhodný. Okrem toho, medzi jeho ďalšie nevýhody patrilo riziko nedostatočného tesnenia ihly v sedle vstrekovača. Netesnosť spôsobovala odkvapkávanie paliva do spaľovacieho priestoru, ktoré nedostatočne rozptýlené bez dostatočného prístupu kyslíka vytváralo karbónové usadeniny aj v otvore trysky, ktoré zase spôsobovali nerovnomerné dávkovanie paliva do jednotlivých valcov.

Hydraulické akumulátorové vstrekovanie s elektronickým ovládaním

Bližšie informácie v hlavnom článku: Common rail

Elektronické ovládanie vstrekovačov umožňuje meniť okamih začiatku vstrekovania, dĺžku a počet vstrekov na jeden spaľovací cyklus. Vstrekovače boli v prvých dvoch generáciách riadené pomocou elektromagnetického ventilu. Tretia generácia s novými, piezoelektrickými vstrekovačmi bola predstavená v roku 2003. V súčinnosti s vysokým vstrekovacím tlakom 135 (prvá generácia) až 250 MPa (štvrtá generácia) umožňuje elektronické ovládanie dosiahnuť vyššiu účinnosť motora, vyšší výkon a krútiaci moment, nižšiu spotreba paliva, nižšiu hlučnosť a nižšie emisie.

Hydraulické piestové vstrekovanie

Hydraulické piestové vstrekovanie môže byť realizované niekoľkými spôsobmi:

1. Vstrekovacie čerpadlo s cudzím pohonom (skratky: UPS alebo PLD) – každý vstrekovač má vlastné čerpadlom poháňané od vačkového hriadeľa motora. Čerpadlo je so vstrekovačom prepojené čo najkratším potrubím. Tento systém sa používa pri väčších motoroch s priemerom valca nad 250 mm.
2. Radové vstrekovacie čerpadlo – skupina valcov alebo všetky majú vstrekovacie čerpadlá umiestnené spoločne v jednom bloku. Výstupy sú s vstrekovačmi prepojené čo najkratšími potrubiami rovnakej dĺžky. Systém sa používa pri menších motoroch.
3. Združená vstrekovacia jednotka (skratky: UIS alebo PD, označovaná aj ako systém čerpadlo – dýza) – vstrekovacie čerpadlo a vstrekovač sú umiestnené spolu v jednom telese a potrubie je úplne vynechané.

Pri každom z týchto riešení pripadá na jeden vstrekovač jedno piestové čerpadlo. Piestik, ktorý je presne lícovaný v pracovnom priestore čerpadla plní výtlačnú aj regulačnú funkciu. Vačka je vytvorená tak, aby piestik vykonal jeden pracovný zdvih na jeden pracovný obeh valca. Reguláciu dávky paliva je možné dosiahnuť zmenou zdvihu piestika, alebo prepúšťanim nasatého paliva do odpadu. Väčšina vstrekovacích zariadení používa druhý spôsob s prepúštaním paliva. Začiatok, koniec, resp dĺžku trvania a počet vstrekov na jeden cyklus ovplyvňuje tvar piestika a jeho regulačných hrán.

Hydraulické piestové vstrekovanie s rozdeľovačom paliva

Systém sa používa pre menšie automobilové motory. Jedno čerpadlo je určené pre viac valcov. Piest čerpadla môže v tomto prípade vykonávať priamočiary vratný pohyb, alebo rotačný pohyb v telese s vytvarovanou vnútornou vačkou. Vačka je vytvorená tak, aby piestik vykonal toľko pracovných zdvihov na jeden pracovný obeh motora, koľko valcov je obsluhovaných jedným čerpadlom. Súčasťou telesa čerpadla je rotačný rozdeľovač, ktorý cyklicky prepája priestor nad piestom s jednotlivými výtlačnými kanálmi. Tie sú ďalej prepojené výtlačným potrubím s vstrekovačmi. Toto riešenie nemá okrem menších priestorových nárokov zásadné výhody. Naopak, je náročnejšie na presnosť výroby a rýchlejšie sa opotrebúva.

Zdroje

• Indra J. : Vstřikovací zařízení naftových motorů (Obsluha a zkoušení). SNTL Praha 1958.
• Trnka J., Urban J.: Spaľovacie motory. Alfa Bratislava, 1992.