Projekt z Silników Spalinowych
Układy zasilania paliwem silników z zapłonem samoczynnym - pompowtryskiwacz.
1. Zadania układu.
Każdy trakcyjny silnik wysokoprężny jest wyposażony w instalację złożoną z odpowiednio dobranych podzespołów i elementów, która zapewnia jego zasilanie wtryskowe paliwem ciekłym. Zasilanie wtryskowe polega na tłoczeniu paliwa ciekłego do rozpylacza, który rozprasza je w czystym powietrzu. Zadaniem układu zasilającego jest:
doprowadzenie paliwa
prawidłowe tworzenie mieszanki paliwowej.
Prawidłowe tworzenie mieszaniny palnej w silniku z zapłonem samoczynnym musi obejmować następujące warunki:
właściwie dobraną chwilę rozpoczęcia tworzenia mieszaniny w stosunku do położenia tłoka względem kąta wyprzedzenia wtrysku
rozprowadzenie paliwa w przestrzeni komory spalania
rozdrobnienie dawki paliwa.
2. Rodzaje i typowe rozwiązania układów.
Instalację paliwową silnika wysokoprężnego tworzą na ogół jej dwie części :
wysokociśnieniowa
niskociśnieniowa
będące odrębnymi całościami funkcjonalnymi, spełniającymi odrębne zadania. Samochodowe silniki wysokoprężne i wielopaliwowe wyposaża się w najrozmaitsze instalacje paliwowe, zasadniczo różniące się rodzajami i współdziałaniem głównych podzespołów składowych.
Typowa instalacja paliwowa silnika o zapłonie samoczynnym składa się z następujących urządzeń i elementów:
paliwowej pompy wtryskowej
wtryskiwacza
regulatora prędkości obrotowej
pompy zasilającej
filtru paliwowego
zbiornika
przewodów niskiego i wysokiego ciśnienia.
Czasem pompa wtryskowa jest dodatkowo wyposażona w przestawiacz kąta wyprzedzenia wtrysku.
Najbardziej istotne są w praktyce odrębności instalacji paliwowych wynikające ze swoistości odmiennych systemów urządzeń wtryskowych. Stąd wśród instalacji paliwowych samochodowych silników wysokoprężnych rozróżnia się:
układy z jednocylindrową pompą tłokową z obcym napędem
układy z wielocylindrową pompą tłokową z własnym napędem
układy z pompą rozdzielaczową
układy z pompowtryskiwaczami
układy akumulatorowe.
Rys 1. Schemat instalacji wtryskowej silnika z zapłonem samoczynnym z wielocylindrową pompą; 1- filtr paliwa, 2- przewód przelewowy, 3- wtryskiwacze, 4- pompa wtryskowa, 5- pompa zasilająca, 6- regulator, 7- zbiornik paliwa.
Rys.2 Instalacja paliwowa z rozdzielaczową pompą wtryskową
.
Rys.3 Instalacja paliwowa z zestawem pompowtryskiwaczy (CUMMINS).
Rys.4 Schemat instalacji wtryskowej silnika z zapłonem samoczynnym akumulatorowej
1- filtr paliwa, 3- wtryskiwacze, 4- pompa wtryskowa, 5- pompa zasilająca, 7- zbiornik paliwa, 8- regulator sterujący, 10- przetwornik ciśnienia, 11- kolektor paliwa wysokiego ciśnienia, 12- zawór regulacji ciśnienia.
3. Rodzaje i typowe przykłady rozwiązań pompowtryskiwaczy.
W silnikach z zapłonem samoczynnym mieszankę paliwowo-powietrzną wytwarza układ: pompa wtryskowa, przewody wysokiego ciśnienia i wtryskiwacz. W czasie pracy pompy w przewodzie wysokiego ciśnienia powstają zjawiska falowe polegające na pulsowaniu ciśnienia w przewodzie tłocznym. Zjawiska te są główną przyczyną rozbieżności między przebiegiem wtrysku paliwa do cylindra, a przebiegiem tłoczenia paliwa w pompie. Najkorzystniejszym przypadkiem jest taki, kiedy w układzie wytarzania mieszanki palnej w silnikach z zapłonem samoczynnym brak jest przewodów wysokiego ciśnienia. Rozwiązanie takie umożliwia pompowtryskiwacz, który stanowi połączenie w jednej obudowie pompy wtryskowej z wtryskiwaczem.
Wadami pompowtryskiwaczy są natomiast:
trudności w regulacji zespołów tłoczących kilku pompowtryskiwaczy na jednakowe wydatki
większy koszt wynikający z konieczności indywidualnego napędu poszczególnych pompowtryskiwaczy
większy koszt wynikający z rozbudowania układu sprzęgającego zębatki sterujące pompowtryskiwaczy z regulatorem prędkości obrotowej silnika.
Najbardziej rozpowszechnione i najczęściej wykorzystywane są pompowtryskiwacze typu :
BICERA
CUMMINS
CUMMINS PT
GMC (JAZ)
System BICERA
Wyróżnia go zastosowanie pompowtryskiwaczy wyposażonych w sekcje tłoczące o napędzie hydrostatycznym. Stosowanie systemu BICERA pozwala uniknąć poważnych trudności w konstruowaniu mechanicznego napędu pompowtryskiwaczy, szczególnie kłopotliwych w przypadku wielocylindrowych silników rzędowych. Pompowtryskiwacz BICERA składa się z pompy hydrostatycznej, sterowanej przy użyciu suwaka, sekcji tłoczącej, rozpylacza otworkowego i zaworka zwrotnego, osadzonych we wspólnej obudowie, do której przyłącza się zasobnik paliwa oraz przewody oleju napędowego. Zadanie suwaka polega na łączeniu wnętrza cylindra pompowtryskiwacza z kanałem dopływowym i jednoczesnym odcinaniu połączenia z kanałem odpływowym lub odwrotnie. Jeżeli sprężyna sterownicza rozpręża się, to suwak przemieszczany wskutek jej nacisku przysłania wlot do kanału odpływowego i odsłania wylot kanału dopływowego. Wówczas tłok główny ustępując pod naporem oleju napędowego, napływającego pod ciśnieniem roboczym do wnętrza cylindra z zasobnika paliwa, zmusza tłok pompujący do wytłaczania oleju napędowego z cylinderka sekcji tłoczącej do rozpylacza. Kiedy popychacz ustępuje pod naporem oleju dopływającego z rozdzielacza, wtedy przymusowo przemieszczany suwak ściska sprężynę sterowniczą i najpierw odcina połączenie między zasobnikiem paliwa oraz wnętrzem cylindra pompowtryskiwacza, a następnie odsłania wlot do kanału odpływowego. Od tej chwili cylinder pompowtryskiwacza opróżnia się z intensywnością kontrolowaną przez zawór dławiący tłok główny i tłok pompujący unoszone są w górę, a cylinderek sekcji tłoczącej napełnia się olejem napędowym napływającym z kanału dopływowego. Rozdzielacz pracujący z częstotliwością przebiegu pracy w cylindrach silnika wymusza cykle pracy sekcji tłoczących poszczególnych pompowtryskiwaczy przez okresowe przerywanie dopływania pod ciśnieniem roboczym oleju napędowego do króćców popychaczy. Każda taka przerwa w dopływie paliwa powoduje zanik nacisku popychacza, a więc i rozprężenie się sprężyny sterowniczej wywołujące wtryskiwanie dawki oleju napędowego z rozpylacza do wnętrza komory spalania w cylindrze silnika.
Rys.5 Schemat urządzenia wtryskowego z pompowtryskiwaczami BICERA.
Rys.6 Przekrój pompowtryskiwacza BICERA.
System CUMMINS
Urządzenie wtryskowe CUMMINS wyróżnia się zastosowaniem dość prostych pompowtryskiwaczy, do których odmierzone już dawki paliwa doprowadzane są przez zasilacz składający się z zespołu pomp zębatych, rozdzielacza oraz urządzenia dawkującego. Urządzenie dawkujące tłoczy paliwo do pompowtryskiwacza podczas odpowiedniego ustawienia tarczy rozdzielczej, gdy unoszony w górę tłoczek wykonując tzw. suw roboczy zmniejsza objętość wypełnionej olejem napędowym komory pompowania. Paliwo tłoczone przez urządzenie dawkujące przepływa poprzez kanaliki w obudowie pompowtryskiwacza do przestrzeni między stożkowym czołem iglicy oraz rozpylaczem, zwanej mieszalnikiem. Podczas suwu sprężania w cylindrze silnika iglica pompowtryskiwacza jest unoszona nadal w górę, a dzięki różnicy ciśnień z komory spalania przez kanaliki wylotowe napływa czyste powietrze do wnętrza mieszalnika. Rozproszona w mieszalniku niewielka ilość oleju napędowego odbierając ciepło od gorących ścianek rozpylacza bardzo szybko nagrzewa się i paruje. Kiedy tłok w cylindrze silnika kończy wykonywać suw sprężania, wtedy iglica pompowtryskiwacza zmienia kierunek ruchu i zaczyna opadać w dół. Powoduje to gwałtowne podwyższenie się nadciśnienia w mieszalniku i wytłaczanie mieszaniny paliwa z powietrzem przez kanaliki wylotowe rozpylacza do komory spalania. Wobec wysokiej temperatury mieszanki i wstępnego odparowania większości zawartego w niej paliwa zwłoka zapłonu jest bardzo krótka i niemal natychmiast w cylindrze silnika pojawia się otwarty płomień w pobliżu rozpylacza. W miarę wtryskiwania dalszych ilości mieszanki płomienie 
rozprzestrzeniają się i ogarniają całe wnętrze komory spalania.
Rys.7 Przekrój pompowtryskiwacza CUMMINS.
System CUMMINS PT
Urządzenia wtryskowe CUMMINS PT opracowane jako unowocześniona wersja urządzeń CUMMINS, w rzeczywistości reprezentują odrębny system, z uwagi na odmienną zasadę sterowania dawkowania paliwa oraz ze względu na oryginalność konstrukcji głównych podzespołów, a zwłaszcza zasilaczy. Charakterystyczną cechą wyróżniającą urządzenia systemu PT jest regulowanie dawkowania przez podwyższanie lub obniżanie chwilowego ciśnienia oleju napędowego do pompowtryskiwaczy, co wywołuje proporcjonalne zmiany ilości paliwa wytryskującego jednokrotnie z rozpylaczy. Olej napędowy zasysany ze zbiornika paliwa po przesączeniu się przez wkład filtru paliwa jest przetłaczany za pośrednictwem zasilacza do poszczególnych pompowtryskiwaczy. Sam pompowtryskiwacz CUMMINS PT stanowi w zasadzie jedynie unowocześnioną wersję zwykłego pompowtryskiwacza CUMMINS. Zadania cylinderka sekcji tłoczącej pompowtryskiwacza spełnia jego obudowa, a tłoczka - dość masywna iglica, prowadzona w obudowie. Robocze suwy iglicy, powodujące wtryskiwanie oleju napędowego z rozpylacza do komory spalania w cylindrze silnika, są wymuszone przez krzywkę wału pędnego, której nacisk jest przenoszony na stopkę iglicy za pośrednictwem popychacza oraz dźwigni dwuramiennej. Suwy napełniania wykonuje iglica wskutek przemieszczania jej przez rozprężającą się 
sprężynę powrotną, ściskaną podczas roboczych suwów iglicy.
Rys.8 Pompowtryskiwacz CUMMINS PT.
System GAZ (JAZ)
Urządzenia wtryskowe GMC stanowią standardowy osprzęt samochodowych i ciągnikowych silników wysokoprężnych, produkowanych przez koncern General Motors Corp. Identyczne konstrukcyjnie urządzenia wtryskowe stosowane są jako wyposażenie podobnych radzieckich silników JAZ. Podczas pracy silnika rotacyjna pompa zasilająca nieprzerwanie zasysa ze zbiornika olej napędowy i przetłacza go przez filtry do pompowtryskiwaczy. Na uwagę zasługuje wielostopniowość oczyszczania oleju napędowego. Intensywne krążenie paliwa w układzie zasilania zaopatrzonym w kilka podzespołów filtracyjnych, ma na celu możliwie dokładne oczyszczenie oleju napędowego z zawartości stałych ciał obcych. Wynika to z tego, że pompowtryskiwacze GMC cechuje duża wrażliwość na obecność zanieczyszczeń mechanicznych w paliwie. Pompowtryskiwacz GMC stanowi cały układ wtryskowy składający się ze złożenia pompującego, zaworka odcinającego i pompowtryskiwacza. Pompowtryskiwacze doprowadzające paliwo do poszczególnych cylindrów są napędzane przez wspólny wałek krzywkowy, ułożyskowany w górnej części kadłuba silnika. Każdy z pompowtryskiwaczy ma własny układ przeniesienia napędu, stanowiący odrębny mechanizm współpracujący z oddzielną krzywką pędną.
Sekcja tłocząca pompowtryskiwacza GMC działa podobnie jak sekcja pompy wtryskowej systemu BOSCH. Podczas suwu napełniania tłoczek jest unoszony w górę, a jego główka odsłania wyloty kanalików zasilających, najpierw górnego, następnie --nieco później - dolnego. W okresie tym olej napędowy z komory przelewowej przez kanaliki promieniowe i poosiowy w główce tłoczka napływa do wnętrza cylinderka. Po wykonaniu zwrotu wewnętrznego tłoczek jest przemieszczany w dół i tą samą drogą wypycha z cylinderka paliwo do komory przelewowej. Początkowo olej napędowy wydobywa się z cylinderka obydwoma kanalikami zasilającymi, a po przesłonięciu wlotu dolnego kanalika już tylko przez górny kanalik zasilający. Tłoczenie paliwa do rozpylacza rozpoczyna się w chwili, w której górna krawędź sterownicza opadającego tłoczka przesłoni całkowicie wlot górnego kanalika zasilającego. Pod koniec suwu roboczego, przesuwany w dół tłoczek wypycha olej napędowy z powrotem do komory przelewowej w obudowie pompowtryskiwacza. Zależnie od przeznaczenia i wymaganych właściwości silnika, dość często różne wersje tego samego modelu (np. samochodowa, ciągnikowa) są wyposażone w pompowtryskiwacze z sekcjami tłoczącymi o rozmaicie ukształtowanych główkach tłoczków. Zapewnia to bowiem możliwie korzystne zmienności okresów wtryskiwania i kątów wtryskiwania w zakresie eksploatacyjnych prędkości biegu silnika o określonym zastosowaniu.
Rys.9 Schemat urządzenia wtryskowego z pompowtryskiwaczami GMC.
Rys.10 Przekrój pompowtryskiwacza GMC.
Wyszukiwarka