Gaźniki samochodowe

Silniki gaźnikowe z zapłonem iskrowym to głównie silniki trakcyjne. Silnik taki pracuje w różnorodnych warunkach, którym, odpowiadają różne najkorzystniejsze wartości współczynnika nadmiaru powietrza. Wymienić można następujące charakterystyczne przypadki:

- rozruch silnika - w tym czasie jest potrzebna bardzo bogata mieszanka paliwowo-powietrzna (λ=0,1 - 0,2)

- bieg jałowy j małe obciążenia silnika (λ=0,6 - 0,8)

- szeroki zakres średnich obciążeń, w którym silnik powinien pracować z największą sprawnością, a więc mieszanka powinna mieć możliwie ekonomiczny skład (λ=1 - 1,12)

- największe obciążenie, przy którym gaźnik powinien dostarczać silnikowi mieszankę paliwowo-powietrzną umożliwiającą rozwinięcie największej mocy (λ=0,8 - 0,95)

Ponadto powinna być zapewniona możliwość szybkiego przejścia z jednego stanu pracy silnika do innego, np. związana z nagłym otwarciem przepustnicy. Nie powinno to powodować zubożenia mieszanki, jak to 1a miejsce w gaźniku elementarnym. Aby wszystkie wymienione wymagania mogły być spełnione,

gaźnik silnika trakcyjnego musi być wyposażony w urządzenia korygujące skład mieszanki palnej. Do urządzeń tych zaliczamy.

- urządzenia rozruchowe,

- urządzenia biegu jałowego,

- rozpylacz główny z kompensacją,

- urządzenia wzbogacające,

- pompę przyspieszającą.

Urządzenia rozruchowe

Zadania i rodzaje urządzeń rozruchowych. Podczas rozruchu zimnego silnika prędkość obrotowa wału korbowego silnika jest nieduża, wobec tego podciśnienie w gardzieli gaźnika jest niewielkie. Z rozpylacza wypływa zatem niedostateczna ilość paliwa i rozpylenie paliwa jest bardzo słabe. Dla ułatwienia rozruchu zimnego silnika niezbędna jest, jak wiemy, dostatecznie bogata mieszanka. Zwykle w okresie rozruchu silnika gaźnik powinien wytwarzać mieszankę paliwowo-powietrzną około 10 razy bogatszą niż podczas pracy silnika w zakresie średnich obciążeń. Podczas uruchamiania zimnego silnika zasilanie 90 odpowiednio bogatą mieszanką zapewnia wyposażenie gaźnika w dodatkową przepustnicę rozruchową, tzw. zasysacz, lub gaźnik rozruchowy.

Zasysacz sprawia, że główne urządzenie dozujące oraz urządzenie biegu jałowego wytwarzają w okresie rozruchu bardzo bogatą mieszankę. Zasysacz lub gaźnik rozruchowy są włączane za pomocą cięgna zakończonego gałką umieszczoną w zasięgu rąk kierowcy.

Zasysacz - Typowy zasysacz to dodatkowa przepustnica rozruchowa umieszczona przed gardzielą dyszy powietrznej i rozpylaczem głównym. Przymknięcie przepustnicy zasysacza odcina prawie całkowicie dopływ powietrza do gardzieli, dzięki czemu podczas rozruchu silnika powstaje w niej duże podciśnienie, zwiększające ilość paliwa wypływającego z rozpylacza głównego urządzenia dozującego i urządzenia biegu jałowego. Skład mieszanki paliwowo-powietrznej zasilającej uruchamiany silnik reguluje się przez odpowiednie ustawienie przepustnicy zasysacza 2 i przepustnicy głównej 1 (rys.1) Kiedy silnik zaczyna pracować, zwiększa się różnica ciśnienia po 0bu stronach zasysacza i zawór zostaje otwarty. Zapobiega to nadmiernemu wzbogaceniu mieszanki.

Gaźnik rozruchowy- SOLEX - W wielu nowoczesnych gaźnikach stosuje się specjalne urządzenie rozruchowe, które stanowi jak gdyby odrębny gaźnik pomocniczy umieszczony w gaźniku głównym.(rys.2)

Gaźnik rozruchowy dostarcza bogatą mieszankę do chwili aż wyczerpie się paliwo w studzience. Ilość paliwa dopływającego z komory pływakowej do studzienki jest regulowana otworem dyszy paliwowej,

którego przekrój jest tak dobrany aby skład mieszanki odpowiadał warunkom pracy silnika na biegu jałowym bezpośrednio po uruchomieniu silnika. W miarę wzrostu prędkości obrotowej mieszanka stopniowo ubożeje. Włączenie i wyłączenie gaźnika rozruchowego polega na obróceniu zaworu płytkowego, uruchamianego ręcznie przez kierowcę za pośrednictwem cięgna. Po uruchomieniu i zagrzaniu silnika gaźnik rozruchowy należy wyłączyć.

Urządzenia biegu jałowego

Urządzenie biegu jałowego zapewnia stateczną pracę silnika bez obciążenia, tj. przy przymkniętej przepustnicy. W czasie przymykania przepustnicy maleje prędkość obrotowa wału korbowego silnika, jednocześnie zmniejsza się ilość zasysanego powietrza i prędkość jego przepływu. Wskutek tego maleje podciśnienie w gardzieli gaźnika i niewystarczająca staje się ilość paliwa dostarczanego przez rozpylacze głównego urządzenia dozującego. Mieszanka staje się coraz bardziej uboga i praca silnika na biegu jałowym jest niemożliwa bez zastosowania dodatkowego urządzenia. Aby umożliwić pracę silnika przy przymkniętej przepustnicy mieszanki, stosuje się urządzenie biegu jałowego. Wskutek podciśnienia panującego za przepustnicą (wynoszącego 40-50 kPa) paliwo ze studzienki kompensacyjnej przepływa przez dysze paliwową, a następnie przez rozpylacz biegu jałowego do przewodu dolotowego silnika. Pożądany skład mieszanki paliwowo-powietrznej uzyskuje się nastawiając odpowiednio zawór iglicowy, który reguluje dopływ powietrza do rozpylacza. W starszych rozwiązaniach było tylko jedno ujście do przewodu dolotowego co nie spełniało dobrze swego zadania. Wady tej nie ma urządzenie biegu jałowego z dwoma ujściami. Zastosowanie dwóch wylotów rozpylacza biegu jałowego poprawia charakterystykę gaźnika, zapewniając równomierną i ekonomiczną pracę silnika nie tylko przy małej prędkości obrotowej, lecz również podczas jej zwiększania.

Urządzenia kompensacyjne

Zadania i rodzaje urządzeń kompensacyjnych - Urządzenia kompensacyjne (wyrównawcze) stosuje się w celu otrzymania pożądanego składu mieszanki paliwowo-powietrznej przy różnych obciążeniach i zmiennej prędkości obrotowej wału korbowego silnika. Urządzenia te regulują bądź ilość paliwa wypływającego z rozpylaczy głównego urządzenia dozującego, bądź ilość powietrza przepływającego przez gardziel gaźnika.

Najczęściej stosowane metody kompensacji polegają na:

- zmianie prześwitu dyszy paliwowej - Głównym elementem takiego urządzenia kompensacyjnego jest stożkowo zakończona iglica, przysłaniająca lub odsłaniająca otwór dyszy paliwowej.

- zmianie podciśnienia w gardzieli gaźnika - Najczęściej są stosowane dwa rodzaje urządzeń kompensacyjnych działających na zasadzie zmiany podciśnienia w gardzieli - w jednym z nich zastosowano zawór powietrzny, a w drugim gardziel o zmiennym przekroju.

- zastosowaniu dodatkowego rozpylacza - Główne urządzenie dozujące gaźnika ma w tym przypadku dwa rozpylacze: - główny oraz dodatkowy, zwany kompensacyjnym. Rozpylacz główny jest połączony bezpośrednio z komorą pływakową, skąd otrzymuje paliwo. Natomiast rozpylacz kompensacyjny (wyrównawczy) łączy się z komorą pływakową za pośrednictwem otwartej studzienki wyrównawczej.

- powietrznym hamowaniu wypływu paliwa - Najbardziej rozpowszechniony dziś układ wyrównawczy przedstawia. W miarę zwiększania prędkości obrotowej silnika lub zwiększania kąta otwarcia przepustnicy wzrastające u wylotu rozpylacza podciśnienie powoduje wysysanie paliwa ze studzienki. Obniżający się w studzience poziom paliwa zaczyna stopniowo odsłaniać kolejne otworki zanurzonej w niej rurki emulsyjnej. Umożliwia to przepływ powietrza przez dyszę główną. Powietrze, przenikając przez otworki do paliwa, powoduje jego spienienie. Działanie dodatkowego powietrza zakłóca (hamuje) swobodny przepływ paliwa do rozpylacza, przyczyniając się tym samym do żądanego zubożenia mieszanki.

Urządzenia wzbogacające„oszczedzacze”

W większości gaźników główny układ dozujący nie może zapewnić niezbędnego wzbogacenia mieszanki przy dużym obciążeniu, jeżeli przy małym obciążeniu zapewnia ekonomiczną pracę silnika. Maksymalną moc silnik może uzyskać jedynie przy bogatej mieszance (λ=0,8 - 0,95). Dlatego nowoczesne gaźniki są wyposażone w urządzenia samoczynnie wzbogacające mieszankę przy całkowitym otwarciu przepustnicy. Urządzenie wzbogacające umożliwia osiągnięcie maksymalnej mocy, a jednocześnie w zakresie średniej mocy umożliwia pracę silnika na najbardziej ekonomicznej mieszance (λ=1,1). Stosowane są urządzenia wzbogacające z dwiema dyszami - główną i dodatkową - umieszczonymi równolegle lub szeregowo,

Pompa przyspieszająca

Podczas prowadzenia pojazdu napędzanego silnikiem spalinowym zachodzi nieraz konieczność nagłego zwiększenia jego prędkości (np. podczas wyprzedzania).Przy nagłym otwarciu przepustnicy gaźnika znacznie szybciej wzrasta natężenie przepływu powietrza przez gardziel niż natężenie wypływu paliwa z rozpylacza głównego urządzenia dawkującego. Powoduje to chwilowe zubożenie mieszanki i zmniejszenie mocy silnika. W celu zapobieżenia temu zjawisku nowoczesne gaźniki są wyposażone w urządzenia umożliwiające rozpylenie dodatkowych ilości paliwa w gardzieli. Takim urządzeniem jest pompa przyspieszająca.

Stosowane w gaźnikach pompy przyspieszające są sterowane:

- mechanicznie - Podczas przymykania przepustnicy gaźnika dźwignia unosi popychacz pompy wraz z tłoczkiem Wskutek tego otwiera się zawór i paliwo z komory pływakowej wpływa kanałem do cylindra. W tym czasie zawór jest zamknięty. Przy nagłym otwarciu przepustnicy dźwignia za pośrednictwem sprężyny przesuwa tłoczek do dołu. Ponieważ zawór zwrotny jest zamknięty, paliwo wypływa z przestrzeni cylindra przez kanał i zawór do rozpylacza pompy przyspieszającej.

Czas w ciągu którego pompa przyspieszająca wtryskuje paliwo, zależy od rzeczywistego skoku tłoczka i wymiarów dyszy.

- pneumatycznie - Szybkie otwarcie przepustnicy sprawia, że podciśnienie w cylinderku nad tłoczkiem gwałtownie zmniejsza się i sprężyna przesuwa w dół tłoczek 1 oraz osadzony na tej samej osi tłoczek. Zawór tłoczny zostaje otwarty i następuje wtrysk paliwa przez rozpylacz 5 do gardzieli gaźnika, przy powolnym otwieraniu przepustnicy, czemu towarzyszy powolny ruch tłoczków, pompa przyspieszająca nie wtryskuje paliwa do gardzieli gaźnika, ponieważ zawór kulowy nie jest wtedy zamknięty i przepuszcza paliwo z przestrzeni pod tłoczkiem do komory pływakowej.

Ograniczniki prędkości obrotowej silnika

Prędkość obrotowa wału korbowego silnika nie powinna przekraczać ustalonego zakresu, gdyż przyspiesza to zużycie części silnika. Dlatego oprócz innych urządzeń dodatkowych, w gaźnikach samochodów ciężarowych są stosowane ograniczniki prędkości obrotowej. Ogranicznik prędkości obrotowej wału korbowego silnika może stanowić oddzielny zespół lub tworzyć jedną całość z gaźnikiem i oddziaływać bezpośrednio na odpowiednio ukształtowaną przepustnicę mieszanki.

Rodzaje gaźników i ich zastosowania

W zależności od kierunku przepływu powietrza rozróżniamy gaźniki:

bocznossące (poziome) - są zaliczane do starszych konstrukcji - największe zastosowanie znalazły w małych silnikach (np. w silnikach motorowerów i motocykli) ze względu na prostą budowę i łatwość mocowania bezpośrednio do kadłuba silnika.

górno-ssące - mają pionowo ustawioną komorę mieszania i gardziel, a powietrze przepływa w nich od dołu ku górze. W gaźniki górnossące wyposaża się głównie silniki samochodowe.

dolnossące (opadowe) - mają komorę mieszania i gardziel ustawione podobnie jak gaźniki górnossące, lecz powietrze przepływa w nich z góry ku dołowi. Gaźniki tego typu są ostatnio najbardziej rozpowszechnione ze względu na liczne zalety. Zapewniają one lepszą i bardziej ekonomiczną pracę silnika przy częściowo otwartej przepustnicy oraz są wygodniejsze w obsłudze ze względu na łatwy dostęp do urządzeń regulacyjnych.

Typowym przykładem współczesnego gaźnika opadowego jest dwugardzielowy dwustopniowy gaźnik Weber stosowany w silniku samochodu Fiat 125p. Paliwo jest doprowadzane do komory pływakowej przez zawór iglicowy, Odpowiedni poziom paliwa w komorze utrzymuje pływak połączony z iglicą i zamocowany przegubowo na sworzniu. Paliwo z komory pływakowej do studzienki jest podawane przez dyszę główną oraz kanał. W studzience jest umieszczona rurka emulsyjna, z której przez rozpylacz paliwo - w postaci emulsji z powietrzem doprowadzonym dyszą główną - jest porywane do gardzieli wstępnej, a następnie

do gardzieli głównej. Ilość mieszanki podawanej do cylindrów silnika jest regulowana dwiema przepustnicami - I i II stopnia. Przepustnicą I stopnia steruje kierowca za pomocą pedału gazu.

Przepustnica II stopnia, zamocowana na osi i umieszczona w drugiej gardzieli gaźnika, jest sterowana automatycznie. Gaźnik jest ponadto wyposażony w tłoczkową pompę przyspieszającą oraz urządzenia rozruchowe.

Pompy zasilające

Zadaniem pompy zasilającej jest podawanie paliwa ze zbiornika do gaźnika. w celu zapewnienia szybkiego napełnienia komory pływakowej maksymalna wydajność pompy zasilającej jest 3 - 5 razy większa

niż zużycie paliwa przez silnik. Dzięki temu silnik może prawidłowo pracować nawet w przypadku, gdy w przewodach paliwowych znajdują się pęcherzyki par paliwa. W silnikach gaźnikowych powszechnie stosuje się pompy przeponowe. Pompy takie zwykle są napędzane mechanicznie, a czasem pneumatycznie lub elektrycznie. Zasysają one i tłoczą paliwo za pomocą elastycznej przepony.

- Pompy napędzane mechanicznie - Obudowa pompy przeponowej składa się z głowicy i podstawy, między którymi jest umieszczona podwójna przepona, w skład przepony wchodzą dwie pojedyncze przepony - górna oraz dolna. Przepona dolna chroni przeponę - górną przed działaniem gorących gazów przedostających się z komory korbowej silnika. Pompę napędza mimośród wałka rozrządu za pośrednictwem popychacza umieszczonego w prowadniku. Nacisk popychacza na dźwignię napędową pompy powoduje ssanie paliwa. Zasysane paliwo oczyszcza się przepływając przez filtr, a następnie odchyla płytkę zaworu ssawnego i wpływa nad przeponę górną pompy.

- Pompy z napędem pneumatycznym - Stosuje się w silnikach dwusuwowych, ze względu na trudności z zastosowaniem w tym przypadku napędu mechanicznego. Pompa taka pracuje w komorze korbowej silnika. Podczas ruchu tłoka w kierunku GMP w komorze korbowej panuje podciśnienie i przepona zasysa paliwo, a podczas powrotnego ruchu tłoka w komorze tej panuje nadciśnienie i przepona wykonuje ruch tłoczenia.

Pompy wtryskowe

Zadania i rodzaje pomp wtryskowych

Podstawowym zadaniem pompy wtryskowej jest dostarczenie do wtryskiwacza - pod wymaganym ciśnieniem i w wymaganym czasie - dokładnie odmierzonych dawek paliwa, których wielkość zależy od warunków pracy silnika.

Obecnie najczęściej są stosowane pompy wtryskowe tłoczkowe. Paliwo jest zasysane do cylinderka pompy, a następnie za pomocą tłoczka napędzanego krzywką zostaje wtłoczone przez zawór zwrotny do przewodu tłocznego. Przewodem tym paliwo dopływa do wtryskiwacza i zostaje wtryśnięte do cylindra, gdzie ulega rozpyleniu. Zależnie od tego czy sekcja tłocząca pompy wtryskowej zasila jeden,

czy więcej cylindrów pompy można podzielić na: wielotłoczkowe, zwane też wielosekcyjnymi, jednotłoczkowe z rozdzielaczem.

Do pomp wielotłoczkowych należą pompy wtryskowe z pokrętnymi tłoczkami.(BOSCH) - W nich paliwo jest zasysane do cylinderka pompy i następnie za pomocą tłoczka napędzanego wałkiem krzywkowym wtłaczane przez zawór tłoczny(ustawiony na określone ciśnienie) do przewodu wysokiego ciśnienia. Przewodem tym paliwo jest doprowadzane do wtryskiwacza, który wtryskuje je do cylindra silnika. Nadmiar paliwa jest odprowadzany przez otwór przelewowy.

Regulacja dawki wtryskiwanego paliwa polega na obróceniu tłoczka w cylinderku dookoła jego osi o pewien kąt. Zmiana kątowego położenia tłoczka zapewnia wcześniejsze lub późniejsze odsłonięcie otworu, co jest jednoznaczne ze zmianą czynnego skoku tłoczka. W przypadku gdy pionowy rowek tłoczka znajduje się naprzeciw otworu przelewowego paliwo nie jest tłoczone i wtrysk paliwa do cylindra zostaje wstrzymany.

W przypadku pomp wtryskowych Z pokrętnymi tłoczkami dawka wtryskiwanego paliwa zwiększa się w miarę wzrostu prędkości obrotowej.

Pompy jednotłoczkowe z rozdzielaczem (rozdzielaczowe) - Istnieje wiele odmian pomp tego rodzaju. Jednym z rozwiązań jest pompa typu DPA. Pompa wtryskowa tworzy jedną całość z rozdzielaczem napędzanym wałem.

W promieniowym kanale rozdzielacza poruszają się dwa jednakowe tłoczki . Ruch tłoczków wymusza pierścień krzywkowy za pośrednictwem rozpychaczy rolkowych. Na bieżni wewnętrznej pierścienia krzywkowego znajduje się tyle równomiernie rozmieszczonych garbów, ile cylindrów pompa zasila. Podczas obracania się wirnika rozdzielacza kanał rozdzielczy kolejno łączy się z kanałami prowadzącymi do poszczególnych wtryskiwaczy, przesuwając się w tym czasie do środka (pod wpływem garbów pierścienia krzywkowego) tłoczki rozdzielacza wtłaczają znajdujące się między nimi paliwo do przewodu wysokiego ciśnienia i następnie do wtryskiwacza.

Po zakończeniu tłoczenia przestrzeń między tłokami ponownie napełnia się paliwem. Cykl taki powtarza się tyle razy w czasie jednego obrotu wałka rozdzielacza, ile cylindrów zasila pompa.

Zmiana dawki wtryskiwanego paliwa w pompie jednosekcyjnej z rozdzielaczem polega na zmianie stopnia napełnienia przestrzeni między tłoczkami, czego dokonuje się przez wydłużenie lub skrócenie skoku tłoczków.

Stosowane regulatory:

• hydrauliczne

• mechaniczne

ZALETY: - odmierzają dokładnie jednakowe dawki paliwa do poszczególnych cylindrów silnika,

- zapewniają dokładnie jednakowe kąty wyprzedzania wtrysku we wszystkich cylindrach bez potrzeby dodatkowej regulacji. Ponadto w porównaniu z pompami wielosekcyjnymi cechuje je prostota konstrukcji, mniejsze wymiary gabarytowe niższy koszt wytwarzania i łatwiejsza obsługa.

WADY - wtryskiwanie paliwa z rozpylacza kończy się, gdy prędkość tłoczków wynosi zero. Pogarsza to w dużym stopniu jakość rozpylania końcowych części dawek paliwa.

POMPY ZASILAJĄCE - dla zapewnienia prawidłowej pracy pompy wtryskowej duże znaczenie ma równomierne zasilanie jej paliwem. W układach wtryskowych z zapłonem wtryskowym najczęściej są stosowane tłoczkowe pompy zasilające umieszczone wprost na pompie wtryskowej. Stosuje się też pompy łopatkowe, przeponowe i zębate

Wtryskiwacze

Zadaniem wtryskiwacza jest rozpylenie dostarczonej przez pompę wtryskową dawki paliwa na możliwie najdrobniejsze cząstki oraz w taki sposób, żeby zapewnić możliwie najkorzystniejsze warunki spalania.

Rozróżnia się:

- Wtryskiwacze otwarte - stanowią przewężone zakończenie przewodu wysokiego ciśnienia wprowadzone

do wnętrza komory spalania. W końcówkach takich wtryskiwaczy najczęściej znajduje się kilka małych otworków, o średnicy rzędu 0,2-0,3 mm. W odróżnieniu od wtryskiwacza zamkniętego wtryskiwacz

otwarty nie ma urządzenia odgradzającego komorę spalania od przewodu wysokiego ciśnienia.

ZALETY: - prostota konstrukcji. niski koszt wytwarzania i niezawodność pracy

WADY: - jakość rozpylenia paliwa zależy od prędkości tłoczka pompy wtryskowej i pogarsza się przy małe prędkości obrotowej silnika. Brak Możliwości uniknięcia zjawiska dotrysku oraz sączenia się paliwa po zakończeniu wtryskiwania zasadniczej dawki.

- Wtryskiwacze zamknięte - Jego główne elementy to obudowa i rozpylacz. Dolna płaszczyzna obudowy jest dokładnie obrobiona i szczelnie przylega do rozpylacza. Niezawodność działania wtryskiwaczy zamkniętych, dobre rozpylanie paliwa (nawet przy malej prędkości obrotowej) oraz wyeliminowanie przesączania się paliwa po zakończeniu wtrysku sprawiły że wtryskiwacze te znalazły powszechne zastosowanie w trakcyjnych silnikach z zapłonem samoczynnym.

Pompowtryskiwacze

W silnikach z zapłonem samoczynnym mieszankę paliwowo-powietrzną wytwarza układ: pompa wtryskowa, przewody wysokiego ciśnienia i wtryskiwacz. Pompowtryskiwacze spotyka się głównie w dwusuwowych silnikach

z zapłonem samoczynnym.

Na cykl pracy sekcji tłoczącej pompowtryskiwacza składają się dwa suwy: napełnienia i roboczy, Suw roboczy tłoczka odbywa się pod naciskiem krzywki walka napędzającego wywieranym na rolkę popychacza. Natomiast suw napełnienia wykonuje tłoczek pod naciskiem rozprężającej się sprężyny. W czasie tego suwu olej napędowy z komory przelewowej wpływa do wnętrza cylinderka. W czasie suwu roboczego tłoczek przesuwając się w dół wypycha część paliwa z cylinderka z powrotem do komory przelewowej. W chwili gdy krawędź sterująca tłoczka minie wlot górnego kanału zasilającego, rozpoczyna się wytłaczanie oleju napędowego z cylinderka.

Sterowanie dawkowaniem polega na obróceniu tłoczka w cylinderku tłoczącej o pewien kąt za pomocą zębatki, podobnie jak w pompach wtryskowych systemu Bosch. Każdy pompowtryskiwacz ma własny mechanizm napędowy, uruchamiany oddzielną krzywką walka napędzającego.

---