Stiskaj in puhaj

Volkswagen si je na področju osebnih avtomobilov v zadnjih desetih letih pridobil sloves vodilnega v dizelski motorni tehnologiji. Prvi so pričeli z množično serijsko izdelavo dizelskih motorjev z neposrednim vbrizgavanjem goriva. In zdaj se aktivno vključujejo v tekmo za tehnološko vodilno vlogo v novih rešitvah neposrednega vbrizga, ki temelji na visokotlačnih rešitvah.

Pred nedavnim, še ne letom dni, sta tehnološka partnerja Fiat in Daimler-Benz, skupaj z Boschem kot dobaviteljem, predstavila pričetek serijske uporabe tehnologije skupnega vbrizga (»common rail«). Zdaj pa Volkswagen, spet z Boschem kot dobaviteljem, predstavlja drugo tehnološko rešitev, imenovano »pumpe-düse«, ali, prevedeno, črpalka-šoba. Obe tehnologiji že nekaj časa poznajo pri izdelavi težkih dizelskih motorjev (ladijskih in tistih za gospodarske avtomobile). In obe imata svoje prednosti. Ker Volkswagen predstavlja svojo tehnološko novost kot nov motor v Passatu, ki bo na voljo konec jeseni, si oglejmo podrobnejše, kaj sistem črpalka-šoba sploh prinaša.

Pri sistemu črpalka-šoba je naprava za ustvarjanje visokega tlaka v vsakem od valjev, v katerega je treba vbrizgavati gorivo. Volkswagnovi inženirji poudarjajo, da je najpomembnejši del nove tehnološke rešitve v tem, da lahko ustvarajo tlak do 2.050 barov. Takšen tlak sistem črpalka-šoba zagotavlja že zdaj, skupni vod pa ima za zdaj največji možni tlak okoli 1.350 barov, s črpalko z radialnim batom, ki je še v razvoju, pa bodo lahko tlak dvignili na okoli 1.750 barov.

Za pridobivanje tlaka v posameznih elementih vbrizgalnega sistema skrbi poseben mehanizem, ki ga proži dodatni odmikač na odmični gredi. To je pravzaprav še ena od prednosti, saj je za večino razvoja teh sestavnih delov zadolžen konstruktor motorja (in ne dobavitelj, kot z dokajšnjo mero veselja poudarjajo pri VW). Nova rešitev je pravzaprav zelo enostavna, saj se od konvencionalnega vbrizgalnega sistema le malenkostno razlikuje. Tu so opuščeni dolgi vodi (cevi), ki vodijo iz siceršnje skupne črpalke za vbrizg goriva, do šobe v glavi motorja.

Najvišji možni tlak pri vbrizgavanju pa je izredno pomemben za čim učinkoviteje zgorevanje v valjih. Višji ko je tlak, več goriva je mogoče v zgorevalni prostor spraviti v krajšem času skozi izredno majhne odprtine v šobah. Časa je izredno malo, le nekaj tisočink sekunde. Odprtine v šobah pa morajo biti čim manjše zato, da lahko tudi pod nižjimi in srednjimi obremenitvami (vrtljaji) skrbijo za najučinkovitejšo razpršitev. S tem se namreč boljša tudi sestava izpušnih plinov.

Kako pomembno je učinkovito polnjenje, govore tudi podatki o večji učinkovitosti zgorevanja in moči motorja. Visokotlačno vbrizgavanje izredno izboljša sestavo izpušnih plinov (manj saj in strupenih sestavin), hkrati pa se povečata tudi moč in navor.

Kako pomemben napredek so z novostjo dosegli pri Volkswagnu, pa zgovorno priča tudi prvi serijski motor. Ta je še vedno le s po dvema ventiloma na valj, medtem ko tekmeci z rešitvijo skupnega voda uporabljajo tehnološko zahtevnejše, a tudi ne tako perfektno v nizkih vrtljajih delujoče štiriventilske rešitve.

Novi 1,9-litrski motor (svoj serijski krst bo, kot rečeno, letošnjo jesen doživel v Passatu) se izkazuje z večjo močjo (115 namesto 110 KM). S svojo litrsko močjo 44 kW oziroma 60 KM pa se visokotlačni motor »črpalka-šoba« že približuje bencinskim motorjem z enakimi prostorninami. Navor se je pri novem motorju povečal za več kot petino, največji navor 285 Nm pa je sploh že kar neverjeten. Nova visokotlačna vbrizgalna tehnologija je tudi rešitev za izpolnjevanje zahtevnih evropskih norm o izpušnih plinih, ki imajo oznako EU-IiID in bodo v nekaterih državah Evropske zveze že kmalu stopile v veljavo, novi motor pa bo glede sestave izpušnih plinov odločno pod zahtevami. Kljub povečani moči pa ostaja poraba goriva na ravni prejšnjega motorja in je nasploh izredno nizka.

Kako deluje tehnologija »črpalka-šoba«?

Pri novi rešitvi so v primerjavi z že uveljavljenim sistemom direktnega vbrizga spremenjeni le sestavni deli. Opuščena je dovodna cev iz črpalke, ker je zdaj visokotlačna črpalka v vsakem valju. In ker ni dolgih vodov, je na zelo omejenem prostoru tudi laže poskrbeti za visok tlak. Sestavni deli so zelo majhni. So pa tudi izredno odporni, tako da jim tako visok tlak glede vzdržljivosti ne povzroča težav. Visokotlačna črpalka je sestavni del skupnega elementa črpalka-šoba in je nameščena neposredno nad šobo. V njej je bat, ki ga poganja odmikač na odmični gredi s pomočjo nihalnih vzvodov. Ko se bat premika navzdol, se v črpalki v gorivu, ki je v njej, ustvarja visok tlak. Odmikač je oblikovan tako, da je premikanje bata izredno hitro in tako hitro prihaja do najvišjega tlaka. Vzmet bat vedno znova vrne v izhodiščni položaj in tako črpa v črpalko gorivo brez zračnih mehurčkov. Tlak pod batom uravnava poseben magnetni ventil. Šele ko se ta ventil s pomočjo elektrike zapre, nastaja visok tlak. Nenadno odpiranje tega ventila pa poskrbi za prav tako nenaden konec vbrizga, kar je zelo pomembno za popolno in čisto zgorevanje goriva v motornem prostoru. Dodatni temeljni del nove tehnologije je tudi način, kako naprava vbrizgava gorivo. BoschinVW sta skupaj pripravila zelo precizen predvbrizg goriva v valj. S tem se doseže primernejši in »mehkejši« potek zgorevanja. To omogoča, da v zgorevalnem prostoru zlagoma narašča tlak. Da bi to dosegli, mora biti količina goriva, ki se vbrizga kot predvbrizg, izredno majhna, mora pa se tudi ločiti od glavnega vbrizga, ki mu sledi. Ta dva vbrizga se nikakor ne smeta prekrivati. Nova tehnologija črpalka-šoba omogoča zelo precizno uravnavanje predvbrizga in vbrizga.. To zagotavlja z mehansko hidravličnim načinom in je preciznejše kot pri drugih tehnoloških rešitvah. Z vsakim spustom bata v črpalki se v zgorevalni prostor vbrizga le največ 2 kubična milimetra goriva. To pa zmanjšuje zgorevalni hrup in zagotavlja najmanjši delež dušikovih oksidov v izpuhu.

revija Avto, September 1998