Wojciech Duraj SiS 1
Semestr V / SiS gr. B
Rok 2011/12
Laboratorium Zasilania i Osprzętu
Badanie układu zasilania silników ZS
-Pompowtryskiwacze
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie zasady działania oraz poznanie budowy oraz podstawowych właściwości pompowtryskiwaczy
Wstęp teoretyczny
Pompowtryskiwacz
Jak sama nazwa wskazuje, pompowtryskiwacz jest elementem, który łączy w sobie funkcje pompy wtryskowej i wtryskiwacza sterowanego elektrozaworem. Na każdy cylinder przypada jeden pompowtryskiwacz. Paliwo dostarczane jest do nich przewodami, w których nie panuje wysokie ciśnienie. Wytwarzane jest ono dopiero w specjalnych komorach pompowtryskiwaczy. Dzięki niewielkiej objętości, wysokie ciśnienie może być uzyskane bardzo szybko. Jego wartość, tak jak i wtrysk początkowy, właściwy oraz ilość dostarczanego paliwa są sterowane elektronicznie za pośrednictwem elektrozaworu.
Gwarantuje to dobre spalanie mieszanki i relatywnie wysoką moc przy stosunkowo niewielkim zużyciu paliwa.
Działanie pompowtryskiwacza polega na:
§ ruchu tłoka – iglicy do góry, podczas ruchu iglicy dochodzi do wypełnienia komory nagrzanym powietrzem z przestrzeni nad tłokiem (podczas suwu sprężania)
§ dopływie paliwa do komory pompowtryskiwacza, do jego wstępnego odparowania w nagrzanej komorze i dobrego wymieszania się z powietrzem (łącznie z częściowym utlenianiem się paliwa), co ma duże znaczenie w ograniczeniu do minimum tzw. zwłoki zapłonu.
§ ruchu tłoka – iglicy na dół, co sprawia wtryśnięcie odparowanego paliwa do przestrzeni nad tłokiem w pobliżu GMP.
Pompowtryskiwacz ma dwie fazy pracy.
Pierwszą z nich jest wstępna faza napełniania. Odbywa się ona tuż przed wtryskiem właściwym, kiedy kształt krzywki zapoczątkuje przesuwanie się tłoczka w dół cylindra. Sterownik w odpowiednim momencie zadecyduje o zapoczątkowaniu „przedwtrysku” i uruchomi elektrozawór, który wypchnie iglicę z gniazda. Ta natomiast zamknie przepływ pomiędzy komorą wysokiego ciśnienia, a otworami wlotowymi. W wyniku dalszego przesuwania się tłoczka pompy w dół, zacznie rosnąć ciśnienie.
Osiągnięcie pewnej wartości ciśnienia, spowoduje ściśnięcie sprężyny (wewnętrznej, z zaworem przelewowym) od dołu i uniesienie się iglicy wtryskiwacza. Nastąpi wtrysk wstępny.
Dalsze narastanie ciśnienia spowoduje ponowne ściśnięcie sprężyny – tym razem także od góry, w wyniku czego zostanie uchylony zawór przelewowy. Dzięki temu ciśnienie w komorze gwałtownie spadnie, a iglica wtryskiwacza powróci na swoje miejsce. Wtrysk wstępny zostaje zakończony.
Iglica elektrozaworu pozostaje mimo to w tej samej pozycji. Tuż po przylgnięciu iglicy wtryskiwacza do gniazda, rolka dźwigni pompowtryskiwacza zacznie toczyć się po „najostrzejszej” części krzywki. Tłoczek pompy gwałtownym ruchem w dół spowoduje nagły wzrost ciśnienia. Siła będzie na tyle duża, że sprężyna wtryskiwacza będzie ściskana z dwóch stron i nawet otwarty zawór przelewowy nie spowoduje takiego spadku ciśnienia, aby zapobiec uniesieniu się iglicy wtryskiwacza. Następuje wtrysk zasadniczy.
Przebieg ćwiczenia:
Podczas przeprowadzonego ćwiczenia zrealizowaliśmy cel ćwiczenia jakim było zapoznanie się z budową i właściwościami mechanicznymi pompo wtrysków
Dokładnie przeanalizowaliśmy pompowtryskiwacz typu GMC rozkładając go na części i omawiając przebieg jego pracy.
Pompowtryskiwacze te wykazują dużą wrażliwość na obecność zanieczyszczeń mechanicznych w paliwie, przez co powoduje to wzmożone zużycie indywidualnie dopasowanych części.
Intensywne krążenie oleju napędowego w układzie zasilania wydatnie polepsza warunki pracy pompowtryskiwacza. Szybko przepływające paliwo skutecznie chłodzi górną część obudowy pompowtryskiwacza, a ponadto od razu unosi ze sobą najdrobniejsze nawet ilości powierza, przenikającego zawsze w pewnym stopniu do wnętrza oraz pary wodnej. Zapewnia to zdolność do samoczynnego odpowietrzania się oraz jednocześnie pozwala na stosowanie ich w silnie obciążonych cieplnie, dwusuwowych, szybkobieżnych silnikach wysoko prężnych, gdzie problem dostatecznego chłodzenia wtryskiwaczy jest szczególnie trudny do opanowania.
Pompowtryskiwacz GMC jednoczy w sobie cały układ wtryskowy składający się ze złożenia pompującego, zaworka odcinającego i wtryskiwacza.
Szczególną zaletą takiego wykonania jest brak przewodu wysokociśnieniowego stanowiącego główne źródło niedoskonałości dawkowania oraz rozrzutów wyprzedzenia wtryskiwania.
Opóźnienie wtryskiwania jest wielokrotnie mniejsze niż w starszych rozwiązaniach a początek tłoczenia uważać można za jednoczesny z początkiem wtryskiwania.
Pompowtryskiwacze doprowadzające paliwo do poszczególnych cylindrów wprawiane są w ruch przez wspólny wałek krzywkowy, ułożyskowany w górnej części kadłuba silnika.
Każdy z nich ma własny układ przeniesienia napędu, współpracujący z oddzielną krzywką pędną.
Jako najważniejsze części napędu pompowtryskiwacza wyróżnić można:
· popychacz z rolką
· drążek popychacza
· dźwigienkę dwustronną
· sprężynę powrotną popychacza
Kiedy garb krzywki pędnej naciska na rolkę popychacza, drążek popychacza przesuwa się w górę i przekręca o niewielki kąr dźwigienkę, w następstwie czego pod naciekiem sworznia kulistego popychacz zmusza tłoczek w cylinderku sekcji tłoczącej do wykonania suwu roboczego. Przezwyciężony zostaje przy tym opór sprężyny powrotnej w popychaczu z rolką oraz sprężyny powrotnej pompowtryskiwacza.
W miarę zanikania nacisku garbu krzywki pędnej na rolkę, obie sprężyny powrotnie rozprężają się, a drążek popychacza przesuwa się w dół, co powoduje przekręcenie się dźwigienki dwustronnej w przeciwnym kierunku, do położenia pierwotnego.
Jednocześnie pod naciskiem rozprężającej się sprężyny powrotnej współpracujący ze sworzniem kulistym popychacz unosi się w górę i zmusza tłoczek w cylinderku sekcji tłoczącej do wykonania suwu napełniania.
Olej napędowy jest doprowadzany do studzienki dopływowej skąd po przesączeniu przez wkładkę filtracyjną przenika kanalikami do przestrzeni pomiędzy cylinderkiem a tulejką odbijającą. Zwanej komorą przelewową.
Znaczna większość paliwa przedostaje się następnie kanalikami w obudowie do studzienki odpływowej i po przeniknięciu przez wkładkę filtracyjną powraca do zbiornika.
Podczas pracy komora przelewowa jest całkowicie wypełniona olejem napędowym, który intensywnie przepłukuje jej wnętrze
Wnioski
Pompowtryskiwacz w stosunku do starszych rozwiązan (pompy rozdzielaczowej, pompy sekcyjnej) wykazuje wiele zalet, takich jak:
§ wyższe jest ciśnienie wtrysku, co sprawia wyśmienite warunki do wymieszania się strugi par paliwa z powietrzem i jego szybkiego spalenia (przykład: w silnikach VW 2.0 TDI maksymalne ciśnienie wtrysku to 2050 bar dla pompowtryskiwacza elektromagnetycznego oraz 2200 bar dla pompowtryskiwacza piezoelektrycznego);
§ nie występuje zjawisko podciekania wtryskiwaczy, co ogranicza zużycie paliwa.
§ brak przewodów wysokiego ciśnienia – ich obecność (a ściślej ich procentowo znaczna objętość wewnętrzna w stosunku do jednorazowej dawki paliwa) wpływa niekorzystnie na dawkowanie paliwa do silnika, pulsacje przewodów pod wpływem ciśnienia utrudniają doregulowanie dawki paliwa;
§ minimalną zwłokę zapłonu wskutek odparowania paliwa przed wtryskiem do cylindra, co sprawia, że kąt wyprzedzenia wtrysku jest niewielki i nie występują problemy z uruchamianiem silnika;
Wszystkie te cechy sprawiają, że silnik zasilany przy użyciu pompowtryskiwaczy ma wysoką sprawność (niskie jednostkowe zużycie paliwa), dobrą szybkobieżność, daje możliwość uzyskania silnika o wysokiej mocy jednostkowej.
Jednakże pompowtryskiwacze mają też wady do których zaliczamy:
§ twardą pracę silnika – co wynika z krótkiego czasu podania jednorazowej (niedzielonej) dawki paliwa i szybkiego narastania ciśnienia nad tłokiem podczas samozapłonu paliwa;
§ trudność w uzyskaniu wysokich norm czystości spalin (EURO IV).
§ skomplikowaną konstrukcję głowicy silnika (oprócz układu rozrządu znajduje się w głowicy pompowtryskiwacz wraz z układem mechanicznym (napędem tłoka – iglicy);
Pompowtryskiwacze w swej pierwotnej wersji były sterowane wyłącznie na drodze mechanicznej znanej jako układ silnika Cummins.
Rozwój elektrozaworów—a ściślej elektrozaworów o znikomym czasie zwłoki działania—doprowadził do rozwoju pompowtryskiwaczy II generacji. Pozwalają one na podział dawki paliwa na dwie: dawkę wstępną (pilotażową) i dawkę zasadniczą. Dawka zasadnicza jest podawana z pewnym opóźnieniem po to, aby wtrysk odbył się w obszarze początków samozapłonu dawki pilotażowej - przez co praca silnika jest cichsza i mniej "twarda" (łagodniejsze narastanie ciśnienia nad tłokiem).
7
kapskyduraj