pompowtryskiwacze, silniki spalinowe


Zespół wtryskowy Ul

Zespół wtryskowy Ul (Unit Injector), zwa- Rozpylacz (4) pompowtryskiwacza sięga do

ny pompowtryskiwaczem, ma za zadanie wnętrza komory spalania (8). Poszczególne

wtryskiwanie paliwa do cylindra silnika pompowtryskiwacze są napędzane indywi-

we wszystkich warunkach pracy, w chwili dualnie od wału rozrządu (2) silnika.

określonej przez sterownik, w dokład- Wznios krzywki wału jest przenoszony przez

nych dawkach oraz przy wymaganym ci- popychacz dźwigniowy (1) na końcówkę

śnieniu. Dzięki zintegrowaniu pompy i tłoczkapompy (6), który porusza się w górę

wtryskiwacza we wspólnej obudowie nie i w dół.

są potrzebne przewody wysokiego ci- Początek i dawka wtrysku, sterowane elek-

śnienia, co ma pozytywny wpływ na wa- tronicznie, zależą od chwilowej prędkości

runki wtrysku paliwa. tłoczka pompy, określonej kształtem krzyw­
ki. Dlatego wał rozrządu musi być wykona-

_ - . . . ny dokładnie. Siły występujące w czasie pra-

Ź.3DUCIOW3 I n3pCU cy układu wzbudzają drgania skrętne ma­
jące negatywny wpływ na charakterystykę

Każdy cylinder silnika ma oddzielny (indy- wtrysku i wielkość dawki. W celu zmniejsze-

widualny) zespół Ul (rys. 1), zwany pompo- nia drgań jest konieczna sztywna konstruk-

wtryskiwaczem, zamocowany na głowicy, cja napędu (napęd wału rozrządu, wał roz-


Zabudowa pompowtryskiwacza

1 - popychacz dźwigniowy, 2 - wał rozrządu silnika, 3 - zawór elektromagnetyczny, 4 - rozpylacz, 5 - złącze elektryczne, 6 - końcówka tłoczka, 7 - pompowtryskiwacz (Unit Injector), 8 - komora spalania silnika

0x01 graphic


rządu, popychacz, łożyskowanie popycha-cza).

Budowa

Korpus pompowtryskiwacza (4, rys. 2) peł­ni jednocześnie funkcję cylindra pompy. Na wysięgniku korpusu jest umieszczony za­wór elektromagnetyczny wysokiego ciśnie­nia (1). Wewnętrzne kanały w korpusie łą­czą komorę wysokiego ciśnienia (5), zwa­ną komorą sekcji tłoczącej, z zaworem elek­tromagnetycznym obwodu niskiego ciśnie­nia oraz rozpylaczem (6). Zewnętrzny kształt korpusu umożliwia mocowanie pompow­tryskiwacza za pomocą jarzma dociskowe­go (9) na głowicy silnika (3). Sprężyna po­wrotna (2) dociska końcówkę tłoczka pom­py do śruby popychacza dźwigniowego (7), opierającego się rolką o krzywkę napędo­wą (8). Podczas pracy końcówka tłoczka, popychacz i krzywka są w stałym styku. Po zakończeniu wtrysku sprężyna przemiesz­cza tłoczek do położenia wyjściowego. Szczegóły budowy pompowtryskiwaczy do samochodów osobowych i użytkowych po-

kazano na rysunkach 3 i 4 na następnych stronach.

W pompowtryskiwaczu można wydzielić na­stępujące zespoły funkcjonalne.

Zespół wytwarzania wysokiego ciśnienia

Głównymi elementami zespołu wytwarzania wysokiego ciśnienia są korpus (4, rys. 3 i 4), tłoczek (3) i sprężyna powrotna (2).

Zawór elektromagnetyczny wysokiego ciśnienia

Zasadniczym celem zaworu elektromagne­tycznego wysokiego ciśnienia jest sterowa­nie początkiem i czasem trwania wtrysku. Główne części składowe zaworu to: cewka (10), igła zaworu (8), kotwica (9), rdzeń elek­tromagnesu i sprężyna zaworu (26).

Rozpylacz

Rozpylacz (20) dozuje, rozpyla i rozdziela paliwo w komorze spalania kształtując prze­bieg wtrysku. Rozpylacz jest mocowany w korpusie pompowtryskiwacza za pomocą nakrętki mocującej (19).


Zabudowa pompowtryskiwacza w głowicy silnika

1 - zawór elektromagnetyczny wysokiego ciśnienia, 2 - sprężyna powrotna, 3 - głowica silnika, 4 - korpus pompowtryskiwacza, 5 - przestrzeń wysokiego ciśnienia, 6 - rozpylacz, 7 - popychacz dźwigniowy, 8 - krzywka napędowa, 9 - jarzmo mocujące, 10 - odpływ paliwa, 11 - dopływ paliwa, 12 - nakrętka mocująca, 13 - zawór silnika

0x01 graphic


Budowa pompowtryskiwacza (Unit Injector) do samochodów osobowych

1 - końcówka tłoczka, 2 - sprężyna powrotna, 3 - tłoczek, 4 - korpus pompowtryskiwacza, 5 - złącze elektryczne, 6 - rdzeń elektromagnesu, 7 - sprężyna wyrównawcza, 8 - igła zaworu elektromagnetycznego, 9 - kotwica, 10 - cewka elektromagnesu, 11 - przelew paliwa (obwód niskiego ciśnienia), 12 - uszczelka, 13 - otwory dolotowe (ok. 350 wierconych laserowo otworów służących jako filtr), 14 - zderzak hydrauliczny (zespół tłumiący), 15 - gniazdo igły rozpylacza, 16 - pierścień uszczelniający, 17 - komora spalania silnika, 18 - igła rozpylacza, 19 - nakrętka mocująca, 20 - rozpylacz, 21 - głowica cylindrowa silnika, 22 - sprężyna rozpylacza, 23 - suwak, 24 - komora, 25 - przestrzeń wysokiego ciśnienia, 26 - sprężyna zaworu elektromagnetycznego, 27 - wał rozrządu, 28 - popychacz rolkowy

0x01 graphic


Działanie

Wtrysk zasadniczy

Działanie indywidualnych zespołów wtry­skowych można podzielić na cztery stany robocze (rys. 1).

Skok ssania (a)

Tłoczek pompy (2) przesuwa się do góry pod działaniem sprężyny powrotnej (3). Pa­liwo znajdujące się pod stałym nadciśnie­niem przepływa z obwodu niskiego ciśnie­nia układu zasilania przez otwory w kadłbie silnika i kanał dopływowy (7) do przstrzeni zaworu elektromagnetycznego (6). Zawór elektromagnetyczny jest otwarty i paliwo przedostaje się do przestrzeni wy­sokiego ciśnienia (4, zwanej przestrzenią sekcji tłoczącej).

Skok wstępny (b)

Pod naciskiem obracającej się krzywki na­pędowej (1) tłoczek porusza się w dół. Za­wór elektromagnetyczny jest otwarty i pali­wo spiętrzane przez tłoczek poprzez kanał przelewowy (8) przepływa do obwodu nis­kiego ciśnienia układu zasilania.

Skok tłoczenia

i proces wtrysku (c)

W określonej chwili sterownik zasila prą­dem cewkę elektromagnesu (9), igła za­woru elektromagnetycznego (5) zostaje przyciągnięta do gniazda (10) i zamyka połączenie pomiędzy komorą wysokiego ciśnienia i obwodem niskiego ciśnienia. Chwila ta nazywa się elektrycznym po­czątkiem wtrysku" (Begin of injection Pe­riod, BIR patrz rozdział Sterownik"). Zam­knięcie zaworu elektromagnetycznego po­woduje zmianę prądu cewki, którą rozpo­znaje sterownik (rozpoznanie BIP). W ten sposób sterownik może wychwycić rzeczy­wisty początek tłoczenia i uwzględnić ten fakt przy obliczaniu następnego procesu wtrysku. Ciśnienie paliwa w komorze wy­sokiego ciśnienia wzrasta wskutek ruchu tłoczka w dół. Narasta ciśnienie paliwa w rozpylaczu. Z chwilą osiągnięcia wartości ciśnienia otwarcia rozpylacza (ok. 30 MPa) igła rozpylacza (11) unosi się i paliwo zo-

staje wtryśnięte do komory spalania (rze­czywisty początek wtrysku" lub początek tłoczenia). Wskutek ruchu tłoczka w dół ciśnienie paliwa narasta podczas całego procesu wtrysku.

Skok resztkowy (d)

Gdy prąd w cewce elektromagnesu zosta­nie wyłączony, zawór elektromagnetyczny otwiera się po niewielkiej zwłoce i połącze­nie między przestrzenią wysokiego ciśnie­nia i obwodem niskiego ciśnienia zostaje ponownie otwarte.

W fazie przejściowej między skokiem tłczenia i skokiem resztkowym jest osiągane maksymalne ciśnienie paliwa. W zależności od typu pompy waha się ono między 180 a 205 MPa. Po otwarciu zawo­ru elektromagnetycznego ciśnienie gwał­townie spada. Gdy ciśnienie zmniejszy się do wartości niższej od ciśnienia zamknię­cia rozpylacza, rozpylacz zamyka się i pro­ces wtrysku zostaje zakończony. Resztkowa dawka paliwa tłoczona do chwili osiągnięcia punktu wierzchołkowego krzyw­ki napędowej odpływa przez otwarty kanał przelewowy do obwodu niskiego ciśnienia. Indywidualne zespoły wtryskowe są we­wnętrznie zabezpieczone, tak aby w mało prawdopodobnym przypadku wystąpienia usterki nie doszło do więcej niż jednego niekontrolowanego wtrysku. Gdy zawór elektromagnetyczny pozosta­nie otwarty, nie dojdzie do wtrysku, ponie­waż paliwo przepłynie z powrotem do ob­wodu niskiego ciśnienia i nie wytworzy się ciśnienie. Ponieważ napełnienie przestrze­ni wysokiego ciśnienia odbywa się wyłącz­nie przez zawór sterowany elektromagne­tycznie, to przy stale zamkniętym zawo­rze elektromagnetycznym paliwo nie prze­dostanie się do przestrzeni wysokiego ci­śnienia - w tym przypadku może dojść do co najwyżej jednego wtrysku. Ponieważ pompowtryskiwacz jest wbudo­wany w głowicę silnika, działają na niego wysokie temperatury. W celu obniżenia tem­peratury pompowtryskiwacz jest chłodzo­ny paliwem odpływającym do obwodu ni­skiego ciśnienia.

Dzięki odpowiedniemu prowadzeniu dopłwu paliwa do pompowtryskiwaczy różnice temperatury paliwa zasilającego poszcze­gólne cylindry silnika są minimalne.


0x01 graphic


0x01 graphic

Stany robocze: a - skok ssania, b - skok wstępny, c - skok tłoczenia, d - skok resztkowy

ciśnienia,

5 - igła zaworu

elektromagnetycznego,

6 - przestrzeń zaworu

elektromagnetycznego,

10 - gniazdo zaworu

elektromagnetycznego,

11 - igła rozpylacza

hM - wznios igły zaworu

elektromagnetycznego, hN - wznios igły rozpylacza, /s - prąd cewki, pe - ciśnienie wtrysku


Wtrysk wstępny (samochody osobowe)

Pompowtryskiwacze przeznaczone do samo­chodów osobowych umożliwiają wtryśnięcie do cylindra sterowanej mechaniczno-hydrau-licznie dawki pilotowej (wtrysku wstępnego) umożliwiającej zmniejszenie głośności silni­ka i ograniczenie toksyczności spalin (patrz też rozdział Spalanie w silniku wysokopręż­nym"). W procesie wtrysku wstępnego moż­na wydzielić cztery stany robocze (rys. 2).

Położenie spoczynkowe

Igła rozpylacza (7) oraz suwak (3) są doci­śnięte do swoich gniazd. Zawór elektroma­gnetyczny jest otwarty, zatem nie jest moż­liwe wytworzenie ciśnienia.

Początek wtrysku wstępnego

Zawór elektromagnetyczny zamyka się, narasta ciśnienie paliwa. Z chwilą osiągnię-

cia ciśnienia otwarcia igła rozpylacza unosi się i rozpoczyna się wtrysk wstępny. W tej fazie wznios igły rozpylacza jest ograniczo­ny hydraulicznie.

Koniec wtrysku wstępnego

Ciśnienie paliwa nadal wzrasta, suwak zo­staje odsunięty od gniazda. Otwiera się po­łączenie między przestrzenią wysokiego ci­śnienia (2) i komorą zasobnikową (4). Wy­wołany spadek ciśnienia i równoczesne zwiększenie napięcia wstępnego sprężyny (5) powodują, że igła zamyka rozpylacz. Wtrysk wstępny zostaje zakończony. Dawka wtrysku wstępnego wynosząca oko­ło 1,5 mm3 określona jest głównie przez ci­śnienie uruchomienia suwaka. Odstęp mię­dzy wtryskiem wstępnym i wtryskiem za­sadniczym zależy w głównej mierze od sko­ku suwaka.


Działanie mechanicznego wtrysku wstępnego w zespołach Ul

a - położenie spoczynkowe, b - początek wtrysku wstępnego, c - koniec wtrysku wstępnego, d - wtrysk zasadniczy, SZ suwak zamknięty, SO suwak otwarty 1 - tłoczek pompy, 2 - przestrzeń wysokiego ciśnienia, 3 - suwak, 4 - komora zasobnikowa, 5 - sprężyna, 6 - komora sprężyny, 7 - igła rozpylacza

0x01 graphic

Początek wtrysku zasadniczego

Wskutek dalszego ruchu tłoczka pompy ciśnienie w komorze wysokiego ciśnienia nadal wzrasta.

Z chwilą osiągnięcia ciśnienia otwarcia roz­pylacza rozpoczyna się wtrysk zasadniczy.

Ciśnienie podczas wtrysku rośnie przy tym do 205 MPa.

Z chwilą otwarcia zaworu elektromagnetycz­nego kończy się okres wtrysku zasadnicze­go. Igła rozpylacza i suwak powracają w swo­je położenia wyjściowe.


Przeszłość i przyszłość pompowtryskiwaczy


0x01 graphic

Szkic z opisu patentowego Rudolfa Diesla, 1905 rok

Pompowtryskiwacz 1999 rok

Pompowtryskiwacz przyszłości

1905

Pomysł pompowtryskiwacza jest pra­wie tak stary jak sam silnik wysoko­prężny. Pochodzi od Rudolfa Diesla.

1999

Starania wielu inżynierów i techników pozwoliły z pomysłu Diesla stworzyć nowoczesny układ wtryskowy.

i Należało rozwiązać wiele problemów ; z zakresu materiałoznawstwa, techni-: ki produkcji i regulacji, elektroniki oraz mechaniki przepływu.

Dzięki układowi elektronicznego stero­wania (EDC) zespół wtryskowy Ul jest w stanie optymalnie dozować paliwo

i dla silnika wysokoprężnego w różnych

| warunkach jego pracy.

Pompowtryskiwacz dostarcza paliwo | pod najwyższym, możliwym do uzy­skania ciśnieniem.

200X

Aktualny stan rozwoju zespołów Ul stwarza perspektywy na przyszłość. Rozszerzenie możliwości sterowania elektronicznego oraz zwiększenie ci­śnień wtrysku to tylko niektóre tematy, nad którymi są prowadzone prace w ośrodkach rozwojowych. Dlatego pom-powtryskiwacze mają przed sobą obie­cującą przyszłość.


0x01 graphic

Szkic z opisu patentowego Rudolfa Diesla, 1905 rok

Pompowtryskiwacz 1999 rok

Pompowtryskiwacz przyszłości


Zawór elektromagnetyczny

Zadaniem zaworu elektromagnetycznego wysokiego ciśnienia jest inicjowanie wtrysku we właściwej chwili oraz precyzyjne dawko­wanie paliwa podczas trwania wtrysku.

Budowa

Zawór elektromagnetyczny wysokiego ci­śnienia dzieli się na dwa podzespoły.

Zawór

Zawór składa się z igły (2, rys. 1 i 2), korpu­su (12) oraz sprężyny (1). Gniazdo w korpusie (10) i przylgnia igły (11) zaworu są zeszlifowane stożkowo, przy czym kąt powierzchni stożkowej na igle jest nieco większy niż w gnieździe korpusu. Przy za­mkniętym zaworze igła jest dociśnięta do gniazda i między obydwiema powierzchnia­mi występuje styk liniowy, gwarantujący włściwe uszczelnienie (uszczelnienie dwóch stożków). Igła zaworu i korpus zaworu są wzajemnie dokładnie dopasowane poprzez precyzyjną obróbkę.

Elektromagnes

Elektromagnes składa się ze stałego jarz­ma magnesu i ruchomej kotwicy (16). Jarzmo magnesu składa się z rdzenia (15), cewki (6) i styków ze złączem elektrycz­nym (8).

Kotwica jest umocowana do igły zaworu. Między jarzmem magnesu i kotwicą w po­łożeniu spoczynkowym istnieje szczelina powietrzna.

Działanie

Zawór elektromagnetyczny ma dwa połżenia: otwarty i zamknięty. Zawór jest otwar­ty, gdy przez cewkę elektromagnesu nie płynie prąd, a zamyka się gdy przez cewkę popłynie prąd ze sterownika.

Zawór otwarty

Siła sprężyny zaworu działająca na igłę dociskają do zderzaka. Wtedy między przyl­gnia igły a gniazdem w korpusie występu­je szczelina (9) łącząca przestrzenie wyso­kiego (3) i niskiego (4) ciśnienia pompy. W tym położeniu (spoczynkowym) paliwo może przepływać z i do komory wysokiego ciśnienia.


Zawór elektromagnetyczny wysokiego ciśnienia pompowtryskiwacza przeznaczonego do samochodów osobowych

1 - sprężyna zaworu, 2 - igła zaworu, 3 - przestrzeń wysokiego ciśnienia, 4 - przestrzeń niskiego ciśnienia, 5 - podkładka wyrównująca, 6 - cewka elektromagnesu, 7 - pokrywa, 8 - złącze elektryczne, 9 - szczelina, 10 - gniazdo zaworu w korpusie, 11 - przylgnia igły zaworu, 12 - korpus zaworu, 13 - nakrętka dociskowa, 14 - jarzmo elektromagnesu, 15 - rdzeń elektromagnesu, 16 - kotwica, 17 - sprężyna wyrównująca

0x01 graphic


Zawór zamknięty

Gdy ma nastąpić wtrysk, zostaje załączo­ny prąd płynący do cewki elektromagne­su (patrz też rozdział Sterownik"). Powsta­jąca siła elektromagnetyczna przyciąga ko­twicę w kierunku jarzma wraz z zamoco­waną do niej igłą powodując zamknięcie zaworu. Między kotwicą i jarzmem magne­su pozostaje szczelina resztkowa. Ruch tłoczka pompy w dół powoduje wtrysk pa­liwa.

Siła elektromagnesu musi nie tylko przycią­gać kotwicę, ale równocześnie pokonać i zrównoważyć siłę działania sprężyny, a tak­że zapewnić szczelność zaworu. Siła na kotwicy utrzymuje się tak długo, jak długo prąd płynie przez cewkę elektromagnesu. Im bliżej jarzma znajduje się kotwica, tym siła elektromagnetyczna jest większa. Dzięki temu jest możliwe zmniejszenie natężenia prądu przy zamkniętym zaworze do warto­ści prądu podtrzymującego. W ten sposób zapobiega się nadmiernemu wydzielaniu ciepła wynikającego z przepływu prądu. Gdy wtrysk ma być zakończony, prąd płnący do cewki zostaje wyłączony, strumień elektromagnetyczny i siła elektromagne­tyczna zanikają. Sprężyna przemieszcza igłę zaworu w położenie spoczynkowe. Za­wór się otwiera.

0x01 graphic

W celu uzyskania wymaganych przez układ wtryskowy wąskich tolerancji początku wtry­sku i dawki wtrysku, zawór elektromagne­tyczny musi zamykać się w bardzo krótkim czasie i z bardzo dużą dokładnością. Do­kładność ta powinna być zachowana we wszystkich warunkach pracy urządzenia.


Zadaniem układu zasilania jest pobiera­nie paliwa ze zbiornika, jego filtrowanie i dostarczanie do obwodu wysokiego ci­śnienia w czasie pracy silnika. W niektó­rych rozwiązaniach nadmiar paliwa od­pływający do zbiornika jest chłodzony.

W skład obwodu niskiego ciśnienia wcho­dzą:

Poszczególne elementy układu mogą być połączone w zespoły (np. pompa paliwa z zaworem redukcyjnym ciśnienia). W ukłdach z pompami rozdzielaczowymi osiowy­mi i promieniowymi oraz układzie Common Raił pompa paliwa jest wbudowana w pom­pę wysokiego ciśnienia.

Zbiornik paliwa

Zbiornik paliwa musi być odporny na koro­zję i gwarantować szczelność pod działniem podwójnego nadciśnienia roboczego (nie mniej niż 30 kPa nadciśnienia). Wystę­pujące nadciśnienie w zbiorniku musi być samoczynnie wyrównane przez odpowied­nie otwory, zawory bezpieczeństwa itp. Pa­liwo nie może wypływać przez otwór wle­wu lub urządzenia do wyrównania ciśnie­nia w żadnej sytuacji, w tym również w po­łożeniach pochyłych, jeździe na zakrętach lub w przypadku zderzenia. Zbiornik pali­wa musi być oddzielony od silnika w spo­sób zapobiegający powstawaniu pożaru we wszelkich krytycznych sytuacjach.

Przewody paliwa

W obwodzie paliwa niskiego ciśnienia oprócz rurek stalowych są stosowane prze­wody elastyczne w oplocie stalowym, trud-nopalne. Przewody paliwa muszą być tak ułożone, aby nie były narażone na uszko­dzenia mechaniczne, a skroplone lub od­parowane paliwo nie mogło się w nich gro­madzić ani ulec zapłonowi. Przepływ pali­wa w przewodach nie powinien być zakłó­cany wskutek ruchu pojazdu, pracy silnika itp. Wszystkie elementy układu, przez któ­re przepływa paliwo muszą być chronione przed wpływem ciepła. W autobusach prze­wody paliwa nie mogą być usytuowane w przestrzeni pasażerskiej lub w kabinie kie-


Elementy obwodu niskiego ciśnienia

0x01 graphic

0x01 graphic


0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic


0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x01 graphic

Zawór regulacyjny ciśnienia układów UIS i UPS (2 tłoczkiem stalowym)

1 - korpus

zaworu,

2 - wkrętka

regulacyjna,

szczelinowe,

zasobnikowa,

7 - gniazdo

stożkowe

Obieg chłodzenia paliwa

1 - pompa paliwa, 2 - czujnik temperatury paliwa, 3 - chłodnica paliwa, 4 - zbiornik paliwa, 5 - zbiornik wyrównawczy, 6 - układ chłodzenia silnika, 7 - pompa cieczy chłodzącej, 8 - chłodnica dodatkowa

0x01 graphic


0x01 graphic

0x01 graphic


Pompowtryskiwacz GMC do silnika wysokoprężnego Cleveland

Budowa pompowtryskiwacza (Unit Injector) do samochodów

1 - końcówka tłoczka, 2 - sprężyna powrotna, 3 - tłoczek, 4 - korpus pompowtryskiwacza, 5 - złącze, 6 - rdzeń elektromagnesu, 7 - nakrętka mocująca, 8 - igła zaworu elektromagnetycznego, 9 - płytka, 10 - cewka elektromagnesu, 11 - przelew paliwa (obwód niskiego ciśnienia), 12 - uszczelka, 13 - dopływ paliwa, 14 - zaślepka kanału wysokiego ciśnienia, 15 - zaślepka kanału niskiego ciśnienia, 16 - zderzak zaworu elektromagnetycznego, 17 - dławik, 18 - prowadnica sprężyny, 19 - nakrętka mocująca, 20 - rozpylacz, 21 - głowica silnika, 22 - sprężyna rozpylacza, 23 - trzpień, 24 - podkładka, 25 - przestrzeń wysokiego ciśnienia, 26 - sprężyna zaworu elektromagnetycznego




Wyszukiwarka