Arkadiusz Opołka

Studia: stacjonarne I stopnia

Specjalność: samochody i silniki

Rok IV / sem. 7

Rok akad. 2014/2015

Grupa: 1b

LABORATORIUM

SYSTEMY STEROWANIA SPALINOWYCH ZESPOŁÓW NAPĘDOWYCH

Temat: Gaźnik i jego układy pomocnicze

1. Cel ćwiczenia

Celem zajęć było przedstawienie budowy i funkcji gaźnika, oraz urządzenia pomocnicze stosowane w nim.

1. Wstęp

Porównanie własności gaźników z wtryskiem paliwa

Uzyskanie prawidłowej wartości składu mieszanki w gaźniku jest trudne, ponieważ:

• skład mieszanki doprowadzanej do każdego z cylindrów nieco się różni – zwykle jeden gaźnik zasila 4 cylindry;

• nie ma kontroli składu spalin wydobywających się z cylindrów, w układach wtryskowych odpowiednią rolę pełni sonda lambda;

Zastosowanie wtrysku paliwa w silnikach zapewnia lepszą kontrolę dawkowania paliwa w porównaniu z rozwiązaniami gaźnikowymi przez:

• dokładniejsze sterowanie wtryskiwaczami przez odpowiedni układ sterujący, obecnie powszechnie - przez komputer sterujący pracą silnika

• lepsze wymieszanie z powietrzem przez rozpylenie pod znacznym większym ciśnieniem i w lepszych warunkach, w porównaniu do gaźnika, co pozwala na jego lepsze (zupełne i całkowite) spalenie przy mniejszym współczynniku nadmiaru powietrza.

Spaliny z silnika z wtryskiem zawierają mniej tlenku węgla, niepożądanych tlenków azotu i niedopalonych węglowodorów w stosunku do zasilania gaźnikowego, które praktycznie wyszło z użycia w aplikacjach silników spalinowych w samochodach.

1. Przebieg ćwiczenia

Na ćwiczeniach zostało omówione wszelkie aspekty związane z gaźnikiem, budowa, zastosowane urządzenia korygujące itp.

Współczesny gaźnik samochodowy jest uzupełniony o urządzenia pomocnicze, odpowiednio korygujące skład mieszanki. Należą do nich:

- układ wyrównawczy,

- układ biegu jałowego,

- urządzenie rozruchowe,

- pompka przyspieszająca,

- układ wzbogacający,

- urządzenia dodatkowe.

Układ wyrównawczy:

Zadaniem układu wyrównawczego jest zapobieganie powstawaniu nadmiernie bogatej mieszanki w miarę zwiększania obciążenia silnika.

Główny układ paliwowy jest dziś najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem. Jego zasada działania polega na tym że w miarę zwiększania prędkości obrotowej silnika lub zwiększania kąta otwarcia przepustnicy, wzrastające u wylotu rozpylacza podciśnienie powoduje wysysanie paliwa ze studzienki 5. Obniżający się w studzience poziom paliwa zaczyna stopniowo odsłaniać kolejne otworki zanurzonej w niej tzw. rurce emulsyjnej 4. Umożliwia to napływanie powietrza poprzez główną dyszę 1, które wnikając przez otworki w paliwo powoduje jego spienienie. Działanie dodatkowego powietrza zakłóca (hamuje) więc swobodny przepływ paliwa do rozpylacza, doprowadzając tym samym do pożądanego zubożenia mieszanki. Działanie dodatkowego powietrza zakłóca (hamuje) więc swobodny przepływ paliwa do rozpylacza, doprowadzając tym samym do pożądanego zubożenia mieszanki.

Schemat głównego układu paliwowego z powietrznym hamowaniem wypływu paliwa

1 — dysza główna powietrza, 2—komora pływakowa, 3—dysza główna paliwa, 4—rurka emulsyjna, 5—studzienka, 6—przepustnica

Układ biegu jałowego:

Układ biegu jałowego działa, gdy silnik pracuje, pedał przyspieszenia nie jest wciśnięty i przepustnica gaźnika pozostaje zamknięta. Przy odłączonym napędzie na koła jezdne silnik pracuje z minimalną prędkością obrotową, pozwalającą na pokonanie wewnętrznych oporów tarcia. Mała prędkość obrotowa silnika oraz zamknięta przepustnica powodują, że powietrze przepływa przez gaźnik zbyt powoli, aby mogło spowodować wyssanie paliwa z rozpylacza.

Zadaniem układu biegu jałowego jest wytworzenie zadawalająco bogatej mieszanki, niezbędnej do prawidłowej pracy silnika w stanie nagrzanym.

Schemat układu biegu jałowego:

1 — studzienka głównego układu paliwowego, 2 — dysza paliwa biegu jałowego, 3— dysza powietrza biegu jałowego, 4 —otwór przejściowy, 5—wkręt regulacyjny składu mieszanki, 6 — wkręt regulacyjny ustawienia przepustnicy, 7—dźwignia sterowania przepustnicą, 8 — otwór wylotowy biegu jałowego

W budowie tego układu wykorzystano fakt, że poniżej przymkniętej przepustnicy utrzymuje się duże podciśnienie i szczeliną, jaka istnieje między krawędzią przepustnicy a ścianką komory zmieszania, powietrze przepływa z dużą prędkością. W tym miejscu umieszczono otwór wylotowy dla paliwa odpowiednio przygotowywanego w systemie kanałów i dysz układu biegu jałowego. Podciśnienie panujące w tych kanałach powoduje zassanie paliwa ze studzienki układu głównego 1. Miesza się ono z powietrzem napływającym przez dyszę 3 tworząc emulsję paliwowo-powietrzną, która wypływa do komory zmieszania przez otwór 8. Dozowanie paliwa odbywa się za pomocą dyszy paliwa biegu jałowego 2, natomiast ilość wypływającej emulsji zależy od ustawienia wkrętu regulacyjnego 5, częściowo przysłaniającego przelot otworu 8. Wkręcając lub wykręcając wkręt 5 można zmniejszyć lub zwiększyć wydatek paliwa, a tym samym zubożyć lub wzbogacić zasysaną do cylindrów mieszankę paliwowo-powietrzną. Ilość powietrza w mieszance reguluje się za pomocą wkręta 6, który ustala wielkość przymknięcia przepustnicy.

We współczesnych gaźnikach coraz częściej stosuje się układ biegu jałowego rozbudowany o tzw. układ dodatkowej mieszanki. Rozwiązanie to jest spotykane w najnowszych gaźnikach samochodów Skoda, Wartburg, Trabant, Lada.

Schemat układu biegu jałowego z układem dodatkowej mieszanki:

1 — zaślepka, 2—wkręt regulacyjny składu mieszanki biegu jałowego, 3—wkręt regulacyjny ilości mieszanki dodatkowej, 4—kanał obejściowy, 5—kanał dodatkowej mieszanki, 6—dodatkowa dysza paliwa biegu jałowego, 7—dodatkowa dysza powietrza biegu jałowego

Strumień powietrza płynący przelotem gaźnika częściowo wpada do kanału obejściowego 4 i mieszając się z emulsją paliwowo-powietrzną powstałą w kanale dodatkowej mieszanki 5 wypływa przez otwór umieszczony poniżej przepustnicy. Zastosowanie kanału obejściowego oraz odpowiednie dobranie dodatkowych dysz powietrza 7 i paliwa 6 sprawia, że ta dodatkowa emulsja ma skład uboższy od emulsji powstającej w tym samym czasie w podstawowym układzie biegu jałowego. Wkręcając lub wykręcając dodatkowy wkręt regulacyjny 3 można zmienić ilość powietrza przepływającego przez kanał obejściowy, a więc i ilość emulsji wypływającej z układu dodatkowego do komory zmieszania. Skład tej emulsji zmienia się natomiast w bardzo małym stopniu.

Urządzenia rozruchowe.

- gaźniczek rozruchowy

Gaźniczek rozruchowy, który konstrukcyjnie stanowi mały, dodatkowy gaźnik uruchamiany wyłącznie na okres rozruchu silnika jest wykonywany w odmianie z zaworem płytkowym (typu Solex) lub z zaworem tłoczkowym.

Schemat gaźniczka rozruchowego typu Solex

1 — dysza powietrza urządzenia rozruchowego, 2—rurka, 3—dysza paliwa urządzenia rozruchowego, 4—studzienka rozruchowa, 5—dźwignia sterująca, 6—komora mieszania, 7—zawór płytkowy

Wyciągając cięgno urządzenia rozruchowego („ssania") kierowca powoduje obrót zaworu płytkowego 7, z położenia zamkniętego I w położenie pełnego otwarcia II. Tym samym zostaje otwarte połączenie między układem rozruchowym a przelotem gaźnika. Podciśnienie panujące za zamkniętą przepustnicą powoduje wyssanie paliwa ze studzienki rozruchowej 4 przez rurkę 2 do komory zmieszania 6 gaźniczka rozruchowego. Studzienka rozruchowa dostarcza paliwo na pierwszy „łyk" — do „zaskoczenia" silnika. W następnej fazie paliwo jest.pobierane z komory pływakowej poprzez dyszę paliwa urządzenia rozruchowego 3. Otwory w rurce 2 powodują wstępne zmieszanie paliwa z powietrzem. Pełne utworzenie emulsji następuje po zmieszaniu paliwa z powietrzem zasysanym do komory poprzez dyszę powietrza urządzenia rozruchowego 1.

Po obróceniu przez kierowcę zaworu płytowego z położenia II w położenie częściowego otwarcia III paliwo wpływa do komory zmieszania przez mniejszy otwór zaworu. Ograniczenie ilości paliwa w mieszance zapewnia równomierną pracę silnika po uruchomieniu, w pierwszej fazie nagrzewania.

- układ z przepustnicą rozruchową

Zasada działania urządzenia rozruchowego z przepustnicą rozruchową:

a — położenie przepustnic w chwili rozruchu, b—położenie przepustnic podczas biegu jałowego

1 — przepustnica rozruchowa, 2— sprężyna przepustnicy rozruchowej, 3—przepustnica

Na rysunku jest pokazana przepustnica rozruchowa tzw. mimośrodowa, której oś obrotu przesunięto względem osi symetrii gaźnika. Podczas rozruchu silnika przepustnica rozruchowa jest utrzymywana w położeniu zamkniętym przez sprężynę umocowaną do korpusu gaźnika. Przy wzrastającej prędkości obrotowej, napór strumienia powietrza na część przepustnicy o większej powierzchni pokonuje opór sprężyny i powoduje uchylenie przepustnicy, a zarazem zwiększony dopływ powietrza. Jest to rozwiązanie powszechnie stosowane.

Schemat przepustnicy rozruchowej sterowanej automatycznie:

1 — dźwignia, 2—ciecz z układu chłodzenia silnika, 3—sprężyna bimetalowa, 4—króciec dolotowy cieczy, 5—króciec wylotowy cieczy a — rozruch zimnego silnika, b— faza nagrzewania silnika

W celu całkowitego wyeliminowania ewentualnych błędów kierowcy są stosowane urządzenia rozruchowe sterowane automatycznie.

Elementem nastawiającym przepustnicę rozruchową jest sprężyna bimetalowa 3 ogrzewana cieczą chłodzącą silnik 2. Przy zimnym silniku sprężyna utrzymuje przepustnicę w stanie zamkniętym. Po uruchomieniu i nagrzaniu silnika, pod wpływem gorącej cieczy z układu chłodzenia następuje zmiana napięcia sprężyny bimetalowej. Ugięcie jej końca, przenoszone dźwignią 7 powoduje uchylenie przepustnicy rozruchowej i tym samym odpowiednie do stanu nagrzania silnika zubożenie mieszanki. Po zatrzymaniu silnika sprężyna bimetalowa stygnąc przymyka całkowicie przepustnicę rozruchową. Zwykle w skład całego urządzenia rozruchowego wchodzi układ podciśnieniowego sterowania przepustnicą powietrza, jako element uchylający ją bezpośrednio po rozruchu silnika.

Pompka przyspieszająca

Gwałtowne otwarcie przepustnicy gaźnika powoduje, że układ biegu jałowego i przejściowy przestają funkcjonować, natomiast podciśnienie w gardzieli nie wzrasta jeszcze na tyle aby spowodować wypływ paliwa z rozpylacza głównego. Pojawiającemu się wówczas krótkotrwałemu zubożeniu mieszanki wytwarzanej przez gaźnik zapobiega się wyposażając gaźnik w tzw. pompkę przyspieszającą.

Zasada działania tłoczkowej pompki przyspieszającej

1 — dysza wtryskiwacza, 2—wtryskiwacz, 3—zawór tłoczący, 4—cylinderek, 5—sprężyna, 6—tłoczek pompki, 7—zawór ssący

Podczas otwierania przepustnicy układ dźwigni i cięgieł powoduje ściśnięcie sprężyny 5 i przesunięcie tłoczka 6 do dołu. Tłoczek wypycha paliwo z cylinderka 4 poprzez otwarty zawór tłoczący 3 (najczęściej kulkowy) do wtryskiwacza 2 i dalej do gardzieli gaźnika. W tym czasie zawór ssący 7 pozostaje zamknięty, uniemożliwiając powrót paliwa do komory pływakowej. Zawór ssący 7 otwiera się podczas ruchu powrotnego tłoczka 6 (przy zamykaniu przepustnicy), gdy paliwo z komory pływakowej jest zasysane do cylinderka pompki. W chwili zasysania paliwa zamyka się zawór tłoczący 3, co zabezpiecza układ przed wtłoczeniem powietrza z gardzieli. Przy bardzo wolnym otwieraniu przepustnicy (powolne przyspieszanie samochodu) ciśnienie wywierane przez tłoczek jest zbyt małe, aby całkowicie zamknąć zawór ssący 7, co powoduje, że znaczna część paliwa powraca z cylinderka do komory pływakowej.

Układ wzbogacający

Zadaniem układu wzbogacającego jest dawkowanie dodatkowych ilości paliwa do przelotu gaźnika w okresach całkowitego lub prawie całkowitego uchylenia przepustnicy.

Schemat układu wzbogacającego typu grawitacyjnego

a—rozwiązanie z dyszą pojedynczą, b— rozwiązanie z układem dysz 1 — kanał wylotowy, 2—dysza mieszanki, 3—dysza powietrza układu wzbogacającego, 4—dysza paliwa układu wzbogacającego, 5—dysza główna paliwa, 6—rurka emulsyjna głównego układu paliwowego, 7—dysza główna powietrza

W nowszych rozwiązaniach gaźników spotyka się układy wzbogacające typu grawitacyjnego. Podczas uchylania przepustnicy, kiedy przekroczy około połowy pełnego otwarcia, podciśnienie w gardzieli gaźnika wzrasta na tyle, że paliwo zostaje zassane z komory pływakowej przez dyszę paliwa 4. W rozwiązaniu układu pokazanym na rysunku a) paliwo trafia bezpośrednio do kanału wylotowego. Natomiast w rozwiązaniu pokazanym na rysunku b) paliwo miesza się z powietrzem doprowadzonym przez dyszę 3 i dopiero w postaci emulsji trafia do kanału wylotowego 1. Położenie tego kanału jest tak dobrane, że podciśnienie w jego okolicy występuje tylko przy dużych obciążeniach silnika, natomiast chwila włączenia się układu wzbogacającego zależy od wielkości dyszy mieszanki 2. Im większa jest przelotowość tej dyszy, tym wcześniej nastąpi wzbogacenie.

1. Wnioski:

Gaźniki posiadają wiele podzespołów wspomagających poprawne zasilanie silnika. Okazuje się, że wykorzystywanie do zassania paliwa występującego w silniku podciśnienia, nie jest wstanie zagwarantować optymalnego składu mieszanki przy wszystkich stanach silnika (rozruch zimnego silnika, bieg jałowy, dynamiczne przyśpieszanie, hamowanie silnikiem). Dlatego gaźniki są wyposażone w urządzenia wspomagające oraz niektóre z nich posiadają większą ilość przelotów. Lecz mimo prób automatyzacji i dołączania do gaźników dodatkowych układów usprawniających ich działanie, nie uzyskano zadowalającej poprawy, adekwatnej do ponoszonych kosztów.