Wykorzystujemy ciasteczka (ang. cookies) w celu gromadzenia informacji związanych z korzystaniem ze strony. Stosowane przez nas pliki typu cookies umożliwiają: utrzymanie sesji Klienta (także po zalogowaniu), dzięki której Klient nie musi na każdej podstronie serwisu ponownie się logować oraz dostosowanie serwisu do potrzeb odwiedzających oraz innych osób korzystających z serwisu; tworzenie statystyk oglądalności podstron serwisu, personalizacji przekazów marketingowych, zapewnienie bezpieczeństwa i niezawodności działania serwisu. Możesz wyłączyć ten mechanizm w dowolnym momencie w ustawieniach przeglądarki. Więcej tutaj. Zamknij

Testy Tech Historia Prawo Felietony Gazeta
Testy Tech Historia Prawo Felietony Cennik SZUKAJ





Technika

Aparatura wtryskowa silników wysokoprężnych



Aparatura wtryskowa

Silnik Diesla, podobnie jak każdy tłokowy silnik spalinowy, potrzebuje do pracy powietrza oraz paliwa, które w odpowiednich proporcjach zostają dostarczone do komór spalania. Za doprowadzenie powietrza odpowiada układ dolotowy, natomiast podaniem paliwa zajmuje się zespół komponentów określanych jako aparatura wtryskowa. Warto jednak zauważyć, że pod tym pojęciem kryje się kilka rozwiązań konstrukcyjnych. Na przestrzeni lat aparatura wtryskowa uległa bowiem pewnym modyfikacjom i udoskonaleniom podyktowanym rosnącymi wymogami dotyczącymi kultury pracy, zużycia paliwa i norm emisji spalin.

Mimo że silnik z zapłonem samoczynnym został opatentowany w 1893 roku, to jego kariera jako źródła napędu samochodów rozpoczęła się dużo później. Początkowo problem stanowił bowiem niedoskonały sposób wtrysku paliwa, realizowany za pomocą skomplikowanych sprężarek. Były one duże, ciężkie i wymagały systematycznego serwisowania, co znacznie ograniczało możliwości zastosowań
Reklama

jednostek wysokoprężnych. Przełomem okazało się dopiero skonstruowanie rzędowej pompy wtryskowej, zwanej też pompą sekcyjną, co wynika z tego, że składa się z sekcji, których liczba odpowiada ilości cylindrów w silniku. Sekcje ułożone są w rzędzie. Każdy cylinder zasilany jest paliwem przez konkretną sekcję. Pojedyncza sekcja zbudowana jest z: elementu tłoczącego (ma postać cylinderka, który otula tłoczek posiadający komorę wysokociśnieniową, a także otwory odprowadzające i doprowadzające paliwo), zaworu tłoczącego, króćca, śruby łączącej, kołnierza, ochraniacza, przeciwnakrętki i płytki regulacyjnej. Wszystkie sekcje posiadają również dwa wspólne elementy w postaci wałka napędowego i listwy regulacyjnej. Ze względu na zastosowanie i wprowadzone z czasem unowocześnienia wśród rzędowych pomp wtryskowych wyróżniamy: pompy mechaniczne typu A (najstarsze pompy wtryskowe, generujące ciśnienie nieprzekraczające 500 barów), pompy mechaniczne typu Z i ZW (przeznaczone do ciężkiego sprzętu), pompy mechaniczne typu MW i P, pompy mechaniczne z elektrycznym sterowaniem dawką paliwa typu P i R EDC oraz pompy mechaniczne z elektrycznym sterowaniem dawką paliwa i kątem wtrysku typu H EDC (generujące ciśnienie dochodzące nawet do 1200 barów).

Kolejny etap rozwoju aparatury wtryskowej silników Diesla stanowią rozdzielaczowe pompy wtryskowe, które dzielimy na osiowe i promieniowe. Pompy osiowe sprężają paliwo za pomocą centralnego tłoka (zwanego tłokorozdzielaczem), który porusza się w płaszczyźnie osiowej względem wału napędzającego, wykonując jednocześnie dwa ruchy: posuwisty (podczas którego paliwo jest sprężane) i obrotowy (w czasie którego paliwo zostaje rozdzielone do poszczególnych wtryskiwaczy). Tłokorozdzielacz ma więc podwójny zakres działania. Z jednej strony pełni funkcję pompy wysokiego ciśnienia, a z drugiej - urządzenia sterującego dawką paliwa. Natomiast w przypadku pompy promieniowej mamy do czynienia ze sprężaniem paliwa za pomocą kilku tłoczków ułożonych promieniowo w stosunku do wału napędzającego. Tłoczenie paliwa realizowane jest dzięki współpracy tłoczków z pierścieniem krzywkowym. Początek i czas trwania wtrysku paliwa w pompach promieniowych są ustalane za pomocą zaworu elekromagnetycznego, który ustawia położenie przestawiacza wtrysku, a ten odpowiednio obraca pierścieniem krzywkowym. Jako że uzyskiwane tutaj ciśnienia są wyższe niż w przypadku pompy osiowej, pompa promieniowa musi mieć większą wytrzymałość mechaniczną. Na przestrzeni lat pojawiło się wiele typów rozdzielaczowych pomp wtryskowych. Do najpopularniejszych należą: VP36 (pompa osiowa z mechaniczną regulacją dawki do silników z wtryskiem pośrednim),VP37 (pompa osiowa z elektryczną regulacją dawki do silników z wtryskiem bezpośrednim), VP29 (pompa osiowa z elektromagnetyczną regulacją dawki do silników z wtryskiem pośrednim), VP30 (pompa osiowa z elektromagnetyczną regulacją
Reklama
dawki do silników z wtryskiem bezpośrednim) oraz VP44 (pompa promieniowa z elektromagnetyczną regulacją dawki do silników z wtryskiem bezpośrednim).

Zarówno pompy rzędowe, jak i rozdzielaczowe współpracują z wtryskiwaczami, z którymi są połączone za pomocą przewodów wysokiego ciśnienia. Wtryskiwacz jest urządzeniem odpowiedzialnym za podanie dawki paliwa do komory spalania, a także za właściwe rozpylenie paliwa. W zależności od rodzaju wtrysku wyróżnia się wtryskiwacze typu czopikowego (charakterystyczne dla konstrukcji z wtryskiem pośrednim, czyli takim, gdzie paliwo podawane jest do komory wstępnej lub wirowej, a nie do cylindra) oraz wtryskiwacze otworkowe (stosowane w przypadku wtrysku bezpośredniego, który opiera się na podawaniu paliwa bezpośrednio do cylindra). Innym typem aparatury wtryskowej są natomiast pompowtryskiwacze. Ich funkcja polega nie tylko na wtrysku paliwa do komór spalania, ale także na nadaniu temu paliwu odpowiedniego ciśnienia. Realizują więc zadania, które wcześniej wykonywały dwa oddzielne podzespoły - pompa wtryskowa i wtryskiwacz. Najważniejszymi elementami pompowtryskiwacza są: pompa wytwarzająca wysokie ciśnienie, wtryskiwacz oraz zawór sterujący procesem wtrysku. Na każdy cylinder przypada jeden zamontowany w głowicy pompowtryskiwacz, który jest napędzany za pośrednictwem wałka rozrządu. Owy wałek posiada specjalną krzywkę, która współpracuje z rolkowym mechanizmem dźwigniowym umieszczonym na szczycie pompowtryskiwacza. To właśnie za jego pośrednictwem tłoczek pompy poruszający się ruchem posuwisto-zwrotnym powoduje wzrost ciśnienia paliwa dostarczonego do wysokociśnieniowej komory pompowtryskiwacza. Za sterowanie odpowiada natomiast zawór elektromagnetyczny lub piezoelektryczny, który na bazie informacji otrzymanych od sterownika silnika decyduje o odcięciu dopływu paliwa do pompowtryskiwacza oraz inicjuje wtrysk do komory spalania. Jeden cykl pracy pompowtryskiwacza składa się z: fazy napełniania (tłoczek pompy przesuwa się w górę, a do wysokociśnieniowej komory poprzez kanały niskiego ciśnienia wpływa paliwo), fazy skoku wstępnego (nacisk wywierany przez krzywkę wałka rozrządu powoduje, że tłoczek zaczyna przesuwać się w dół; jako że połączenie pomiędzy wysokociśnieniową komorą a kanałami niskiego ciśnienia pozostaje otwarte paliwo wpływa z powrotem do tych ostatnich), fazy wtrysku wstępnego (przepływ paliwa pomiędzy komorą wysokiego ciśnienia a kanałami niskiego ciśnienia zostaje zablokowany; jako że tłoczek nadal przesuwa się w dół ciśnienie w komorze wzrasta i gdy osiąga pewną graniczną wartość iglica wtryskiwacza unosi się do góry odsłaniając otwory, przez które paliwo zostaje wtryśnięte do komory spalania; dalszy wzrost ciśnienia powoduje uchylenie zaworu przelewowego - w efekcie ciśnienie w komorze spada, a iglica wtryskiwacza wraca na swoje pierwotne miejsce; tym samym wtrysk wstępny ulega zakończeniu), fazy wtrysku zasadniczego (przepływ paliwa pomiędzy komorą wysokiego ciśnienia a kanałami niskiego ciśnienia w dalszym ciągu jest zablokowany, a tłoczek nadal przesuwa się dół powodując wzrost ciśnienia w komorze; po przekroczeniu granicznej wartości ciśnienia, co oczywiste wyższej niż podczas wtrysku wstępnego, iglica wtryskiwacza ponownie ulega uniesieniu i następuje wtrysk paliwa do cylindra) i fazy skoku resztkowego (przepływ paliwa pomiędzy komorą wysokiego ciśnienia a kanałami niskiego ciśnienia zostaje otwarty, co powoduje spadek ciśnienia w komorze i powrót iglicy na swoje miejsce; wtrysk zasadniczy zostaje zakończony).

Reklama


Pompowtryskiwacze zostały spopularyzowane przez koncern Volkswagena, ale przegrały konfrontację z kolejnym typem aparatury wtryskowej, czyli z powszechnym obecnie systemem Common Rail. Nie będzie przesady w stwierdzeniu, że zrewolucjonizował on jednostki wysokoprężne, diametralnie poprawiając ich kulturę pracy i osiągi przy jednoczesnym ograniczeniu emisji szkodliwych substancji. Co istotne, udało się to osiągnąć bez nadmiernej komplikacji układu wtryskowego, którego najważniejszymi elementami są pompa wysokiego ciśnienia, tzw. szyna (stanowiąca akumulator oleju napędowego pod wysokim ciśnieniem) i połączone bezpośrednio z nią wtryskiwacze. Nad całością czuwa elektronika sterująca. Istotą systemu Common Rail jest wtrysk paliwa do cylindrów pod bardzo dużym ciśnieniem. W pierwszej generacji układu wynosiło ono około 1350 barów, w drugiej wzrosło do około 1600 barów, w trzeciej osiągnęło 1800 barów, natomiast w czwartej - ponad 2000 barów. Wraz z koniecznością niezwykle wysokiej precyzji wtrysku paliwa stanowi to prawdziwe wyzwanie dla wtryskiwaczy. Aby mogły one prawidłowo spełniać swoją funkcję muszą być wykonane z aptekarską wręcz dokładnością. Podzespoły te stanowią kluczowy element całego układu i to właśnie od nich najbardziej zależy, czy dostarczanie paliwa do cylindrów będzie się odbywać w prawidłowy sposób. W zależności od generacji systemu Common Rail możemy się spotkać z dwoma rodzajami wtryskiwaczy: elektromagnetycznymi i piezoelektrycznymi. Wtryskiwacze elektromagnetyczne stosowano w pierwszej i drugiej generacji Common Rail. Za ich otwarcie, a tym samym wtrysk oleju napędowego do komór spalania odpowiada zawór elektromagnetyczny. W przypadku tego typu wtryskiwaczy występują trzy wtryski paliwa na jeden suw pracy: wtrysk pilotażowy, wtrysk zasadniczy i dotrysk do spalin. Wcześniejsze rozwiązania, a więc układy sekcyjne (czy to z pompą rzędową, czy rozdzielaczową) nie dawały takiej możliwości. W układzie sekcyjnym występował bowiem tylko jeden wtrysk (zasadniczy) na suw pracy. Z racji tego, że paliwo w zasobniku jest cały czas pod ciśnieniem wytwarzanym przez pompę wysokiego ciśnienia, Common Rail czeka w gotowości, aż wysterowany przez sterownik zawór elektromagnetyczny na wtryskiwaczu, w oparciu o odpowiednie parametry i sygnały z czujników silnika zadecyduje o tym, że paliwo ma być podane. To daje możliwość wielokrotnego wtrysku w jednym suwie pracy. W rezultacie spalanie mieszanki jest bardziej efektywne. Kolejny etap rozwoju systemu Common Rail polegał na zastosowaniu wtryskiwaczy piezoelektrycznych, w przypadku których elektromagnes zastąpiono kryształami wykazującymi właściwości piezoelektryczne. Wprowadzona modyfikacja pozwoliła na podawanie pięciu wtrysków na jeden cykl pracy, co jeszcze mocniej zwiększyło efektywność spalania mieszanki. Z wtryskiwaczami tego typu można się spotkać w systemach Common Rail trzeciej i czwartej generacji.



Podziel się:
Reklama
Październik 2021

Zdjęcie: Bosch



POBIERZ NUMER


Warte uwagi