STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA

a

STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ

Kpt. Jaroše 862,

441 01 Podbořany

Palivová soustava vznětových

motorů

Příjmení, jméno: Lesňák Petr

Třída: IV. MM.

Studijní obor a zaměření: Mechanizace a služby

Školní rok: 2011 - 2012

1

ProhlášeníProhlašuji, že jsem svou práci napsal samostatně s použitím uvedené literatury a z vlastních poznatků a zkušeností.

Použitá literatura:

Kniha: Příručka pro automechanika

Autoři: Rolf Gscheidle a kolektiv

V Podbořanech dne 5.3.2012

Lesňák Petr

2

PoděkováníUpřímně děkuji Pavlu Syrovátkovi, za studijní materiál a odborné vedení při zpracování maturitního projektu.

3

Obsah1. Úvodní stránka

2. Prohlášení

3. Poděkování

4. Obsah

5. Úvod

6. - 7. Funkce a konstrukce

8. Tvorba směsi

9. - 10. Vstřikovače

10.- 12. Vstřikovací trysky

12. - 16. Vstřikovací zařízení pro vznětové motory osobních automobilů

17. Pomocný startovací systém

18. - 19. Obrázková příloha

4

ÚvodNa Střední odborné škole a Středním odborném učilišti v Podbořanech studuji čtvrtým rokem obor Mechanizace a služby. Svoji práci jsem si vybral na téma palivová soustava vznětových motorů.

5

Palivová soustava vznětových motorů

Funkce:

Dopravit v dostatečném tlaku množství paliva a v požadované čistotě pro vstřikovače.

Konstrukce:U vznětových motorů se používají dva odlišné typy vstřikování:

- přímé vstřikování - do neděleného spalovacího prostoru

- nepřímé vstřikování - do vstřikovací komůrky děleného spalovacího prostoru , oddělené kanálem od prostoru válce

Vznětové motory s nepřímým vstřikováním (komůrkové motory)

Podle tvaru dělíme vedlejší komůrky vznětových motorů na tlakové komůrky a vírové komůrky. Ke vstřikování se používají čepové ventily. Komůrka je vytvořena v hlavě válce a do komůrky ústí vstřikovací tryska i žhavící svíčka. Komůrka je spojená s hlavním spalovacím prostorem radiálním kanálem (tlaková komůrka) respektive tangenciálním kanálem (tlaková komůrka nebo též předkomůrka), který zlepšuje víření vstupujícího vzduchu při kompresi.

Během komprese proudí vzduch do komůrky, víří a stlačuje se. Do vířícího vzduchu rozprašuje čepová tryska vstřikovače palivo pod tlakem 18 až 45 MPa. Velká část paliva se přitom usadí nejprve na stěnách komůrky (nepřímé vstřikování na stěny komůrky). Palivo rozprášené ve vzduchu se vznítí. Vzniklým teplem se vypaří palivo usazené na stěnách komůrky, zahřeje se a začne hořet.

6

Hořící směs je tlakem vyfukována z komůrky do hlavního spalovacího prostoru, kde pak úplně shoří. Probíhá tak zpožděné a tím měkké dvojstupňové spalování.

Povrch spalovacího prostoru je u komůrkových motorů poměrně velký a je příčinou větších tepelných ztrát. Komůrkové motory proto mají horší účinnost než vznětové motory s přímým vstřikováním.

Při studeném startu způsobují tepelné ztráty nedostatečnou přípravu směsi a velké zpoždění zážehu. Kvůli obtížnému startování při nízkých venkovních teplotách se vybavují vznětové motory pomocným zařízením pro studený start.

Vznětové motory s přímým vstřikováním

Podle tvaru dělíme vedlejší komůrky vznětových motorů na tlakové komůrky a vírové komůrky. Ke vstřikování se používají čepové ventily. Komůrka je vytvořena v hlavě válce a do komůrky ústí vstřikovací tryska i žhavící svíčka. Komůrka je spojená s hlavním spalovacím prostorem radiálním kanálem (tlaková komůrka) respektive tangenciálním kanálem (tlaková komůrka nebo též předkomůrka), který zlepšuje víření vstupujícího vzduchu při kompresi.

Během komprese proudí vzduch do komůrky, víří a stlačuje se. Do vířícího vzduchu rozprašuje čepová tryska vstřikovače palivo pod tlakem 18 až 45 MPa. Velká část paliva se přitom usadí nejprve na stěnách komůrky (nepřímé vstřikování na stěny komůrky). Palivo rozprášené ve vzduchu se vznítí. Vzniklým teplem se vypaří palivo usazené na stěnách komůrky, zahřeje se a začne hořet.

Hořící směs je tlakem vyfukována z komůrky do hlavního spalovacího prostoru, kde pak úplně shoří. Probíhá tak zpožděné a tím měkké dvojstupňové spalování.

Povrch spalovacího prostoru je u komůrkových motorů poměrně velký a je příčinou větších tepelných ztrát. Komůrkové motory proto mají horší účinnost než vznětové motory s přímým vstřikováním.

Při studeném startu způsobují tepelné ztráty nedostatečnou přípravu směsi a velké zpoždění zážehu. Kvůli obtížnému startování při nízkých venkovních teplotách se vybavují vznětové motory pomocným zařízením pro studený start.

7

Tvorba směsiDokonalé spalování

Tekuté palivo se vstřikuje do spalovaného prostoru pod velkým tlakem (18 až 220 MPa) závislým na vstřikovacím zařízení a na zatížení motoru. Díky vysokému tlaku a malému průměru trysky (přibližně 0,15 mm) se rozprášené palivo ohřeje ve vzduchu s teplotou přibližně 800°C a postupně se vypařuje. Páry se mísí s horkým vzduchem, dále se ohřívají a pak vzplanou a reagují se vzdušným kyslíkem.

Po započetí hoření v oblasti mísená teplota dále stoupá. Tím se urychlí další odpařování, mísení paliva a v ideálním případě spalování kapiček až do jejich středu.

Rušivé vlivy při spalování směsi

Neúplné spalování

Protože povrch kapiček paliva reaguje s kyslíkem okolního vzduchu, zatímco jádra kapiček ještě nedosahují samozápalné teplota, vzniká uvnitř kapiček nedostatek kyslíku a spálení probíhá jen neúplně. Čím větší jsou kapičky paliva, tím větší jsou oblasti nedostatku vzduchu a tím větší je množství molekul uhlovodíku, který se nedokonale spaluje.

Tvorba sazí

Při nedokonalém spalování se tvoří jádra sazí, na kterých se usazují další zbytky hoření, např. částečky síranů a uhlovodíků. Tak vznikají saze. S využitím modernějších vstřikovacích zařízení mohla být tvorba sazí během posledních let omezena přibližně o 90%.

Vznikají pevné částečky jsou již tak malé, že po vdechnutí projdou buněčnou tkání a mohou vyvolat rakovinu.

Silná tvorba sazí respektive silné kouření vznětových motorů má často tyto hlavní příčiny:

studený start a zahřívání motoru, velké zatížení motoru, ucpaný vzduchový filtr,

8

vadná vstřikovací tryska, závady spalování nebo sání.

VstřikovačeVstřikovač se skládá z držáku a trysky s ovládacím ústrojím. Držák je sešroubovaný ze dvou dílů muzikusu. Vstřikovač se vsazuje do hlavy válce. Rozlišují se jednopružinové a dvoupružinové vstřikovače.

a)jednopružinový vstřikovač

Ze vstřikovacího čerpadla se přivádí palivo vysokotlakým vedením do přívodu paliva v držáku ventilu, ve kterém je nalisován bezúdržbový čistič paliva a odtud pak do tlakové komůrky vstřikovací trysky, ve které tlačí na nadzvedací kužel jehly proti tlaku pružiny. Je-li zvedací síla vyvolána tlakem paliva větší než tlak pružiny na tlačný čep, zvedne se jehla trysky z kuželového sedla a z otevřené trysky vytryskne palivo. Při každém zdvihu unikne mezi jehlou a tělesem trysky malé množství paliva, potřebné k mazání a chlazení uložení jehly do prostoru s pružinou a pak přes obvod paliva a zpětné vedení do palivové nádrže. Poklesne-li tlak paliva, vtlačí pružina jehlu zpět do sedla a uzavře ústí trysky se vstřikovacími otvory.

b)dvoupružinový vstřikovač

Dvoupružinová konstrukce byla vyvinuta pro otvorové trysky motorů s přímým vstřikem. Pružiny mají různé tuhosti a jsou nastaveny tak, že se při rostoucím tlaku nejprve jehla zvedne proti tlaku měkčí pružiny (při tlaku nad 18 MPa), k dorazu tužší pružiny (zdvih H). Výstup paliva se tím otevře jen málo a dojde k vystříknutí malého množství paliva pod malým tlakem

(první stupeň vstřiku, respektive předstřik nebo pilotní vstřik). Další přicházející palivo stlačí prostřednictvím

9

dorazového pouzdra a talíře pružiny druhou (tužší) pružinu (hlavní vstřik) a zdvih jehly se zvětší (Hcelk = H2+H1). Při dvoustupňovém vstřikování (pilotní a hlavní dávka) je spalování pomalejší, podobně jako u motorů s nepřímým vstřikem. Z toho plynou tato zlepšení:

menší hlučnost motoru, stabilní volnoběžné otáčky a snížení škodlivých emisí.

Vstřikovací tryskyVstřikovací tryska by měla vstřikovat palivo tak, aby při daném tvaru spalovacího prostoru docházelo k optimální tvorbě směsi.

Vstřikovací tlak, stupeň rozprášení i tvary vystřikovaných paprsků musí optimálně odpovídat tvaru spalovacího prostoru. Vstřikovací trysky ovlivňují:

• výkon motoru,

• složení výfukových plynů a

• hlučnost spalování.

Konstrukce

Vstřikovací tryska se skládá z tělesa trysky a z jehly. Jsou vyrobeny z ušlechtilé oceli a na důležitých plochách lapovány. Tolerance jsou 0,002 až 0,03 mm. Mohou být proto vyměněny pouze společně.

Funkce

Jehla trysky je tlačena jednou nebo dvěma pružinami držáku do sedla. Tlakem paliva na nadzvedací kužel jehly vzniká zvedací síla FH. Je-li větší než tlačná síla pružiny FH, zvedne se jehla ze sedla a palivo vystříkne. Klesne-li tlak (úbytkem paliva), převáží síla pružiny a tryska se uzavře.

Druhy vstřikovacích trysek

• otvorové trysky,

• čepové trysky.

Otvorová tryska

10

Otvorové trysky se používají výhradně pro přímé vstřikování.

Rozlišují se dva druhy otvorových trysek:

• otvorové trysky s kanálkem,

• otvorové trysky se sedlem.

Tryska má až 8 otvorů, jejichž osy leží na povrchu kužele s vrcholovým úhlem φ. Úhel i směr kužele výstřiku závisí na tvaru spalovacího prostoru. Průměr otvorů je v závislosti na vystřikovaném množství paliva 0,15 mm (u osobních automobilů) až 0,4 mm (u užitkových automobilů a autobusů).

Vlastnosti

Z hlediska nízkých emisí nespálených uhlovodíků je důležité, aby byl prostor s palivem pod sedlem trysky co nejmenší. Tomuto požadavku lépe vyhovuje tryska bez kanálku pod sedlem, tj. tryska se sedlem, která má sedlo přímo v oblasti otvorů.

Otevírací tlak trysky

Leží mezi 20 až 30 MPa (podle výrobce). Otevírací tlak však nelze zaměňovat za maximální vstřikovací tlak, který je při vysokých otáčkách a velkém zatížení motoru mnohem vyšší. Při maximálním zdvihu pístu rozdělovače palivového čerpadla může tlak dosáhnout až 200 MPa.

11

Čepová tryska

Čepové trysky se používají pro nepřímé vstřikování u komůrkových vznětových motorů.

Otevírací tlak těchto trysek leží většinou mezi 8 a 12,5 MPa. Na rozdíl od otvorových trysek prochází jehla jediným vstřikovacím otvorem a tvaruje vystřikující paprsek paliva tvarem čepu na konci jehly.

Vstřikovací zařízení pro vznětové motory osobních

automobilůZařízení musí plnit tyto požadavky:

Palivo musí mít při vstřiku požadovaný tlak.

Palivo musí být vstříknuto v požadovaném množství (dávkování paliva).

Palivo musí být vstříknuto v požadovaném okamžiku.

Pro dodržení přísnějších emisních limitů pro vznětové motory vstřikují moderní vstřikovací systémy se stále vyšším tlakem a s přesnějším dávkováním i časováním. Mechanicky regulovaná řadová vstřikovací čerpadla a jednopístová vstřikovací čerpadla s rozdělovačem již nemohou vyhovět nejpřísnějším požadavkům, proto se již téměř vytratila z trhu.

Vstřikování paliva lze zajistit následujícími systémy:

jednopístové vstřikovací čerpadlo s rozdělovačem,

rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty,

samostatné vstřikovací jednotky,

soustava s tlakovým zásobníkem (Common Rail = společné potrubí)

12

Jednopístové vstřikovací čerpadlo s rozdělovačem paliva

Toto vstřikovací čerpadlo se zvláště hodí pro tříválcové až šestiválcové vznětové motory osobních automobilů. K hlavním vlastnostem patří:

malá váha,

možnost nezávislého umístění,

stačí jediná vysokotlaká jednotka,

nezávislost na mazacím systému vozidla,

vhodnost pro elektronickou regulaci,

kompaktní konstrukce.

Konstrukce

Jednopístové vstřikovací čerpadlo s rozdělovačem paliva má tyto části:

hnací hřídel,

lamelové podávací čerpadlo,

zařízení pro axiální pohyb pístu (kladkový okruh a axiální vačka),

vysokotlaká jednotka (píst rozdělovače),

pákový regulační systém s regulačním šoupátkem k regulaci dávkování paliva,

odstředivý regulátor dávkování paliva,

hydraulicky ovládaný přesuvník vstřiku (časování vstřiku)

Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty (Bosch VP44)

Jedná se o elektronicky regulovatelné vstřikovací čerpadlo s řídící jednotkou integrovanou na skříni čerpadla. Je schopno vyvinout vstřikovací tlak až 190 MPa a může pracovat v jakékoliv poloze.

Funkce

13

čerpání paliva z nádrže,

stlačování a rozdělování paliva,

časování vstřiku,

dávkování vstřiku.

Sdružené vstřikovače(vstřikovací jednotky)

Palivová soustava se sdruženými vstřikovacími jednotkami PDE (Pumpe-Duse-Element) nemá vstřikovací čerpadlo a vysokotlaké potrubí, protože jednotlivé vstřikovače mají vlastní vysokotlaká jednopístová čerpadla. Tyto sdružené vstřikovací jednotky dosahují vstřikovacího tlaku až 220 MPa.

Soustava s tlakovým zásobníkem

(Common Rail System)

U vstřikovací s tlakovým zásobníkem je palivo čerpáno vysokotlakým čerpadlem do společného vysokotlakého zásobníku tvaru trubky a z něj je vedeno k jednotlivým vstřikovačům, řízeným elektromagnetickými ventily.

Je systém přímého vysokotlakého vstřikování nafty s vysokotlakovým zásobníkem. Palivo je tlačeno vysokotlakým čerpadlem do vysokotlakého zásobníku. Ze zásobníku přes omezovač přítoku je vedeno palivo ke vstřikům. Vstřikovače jsou řízeny servo motorem, elektromagnetický ventil. Motor může pracovat až 5000 otáček. Palivo vstřikované do válce pod vysokým tlakem tvoří lépe hořlavou směs, čímž se dosahuje vyšší účinnosti motoru, vyššího výkonu a točivého momentu. Důležitá je také nižší spotřeba paliva, nižší hlučnost a menší emise dieselových motorů. Oproti jiným systémům je tlak paliva vytvářen nezávisle na otáčkách motoru a vstřikovaném množství paliva a je vždy dostatečný.

Skladba palivové soustavy

Soustava s tlakovým zásobníkem má tyto části:

Nízkotlaká část,

Vysokotlaká část,

Řídící systém.

14

Popis dílů palivové soustavyPalivové podávací čerpadlo

Zásobuje palivem vysokotlaké čerpadlo. V současné době se používá buďto zubové čerpadlo poháněné přes mechanický převod vačkovým hřídelem, nebo elektricky poháněné válečkové komorové čerpadlo. Dodává v závislosti na otáčkách motoru 40l až 120l paliva za hodinu. Je to více, než je potřeba ke vstřikování. Nadbytečné palivo se vrací přes chladič do palivové nádrže. Chlazení je nutné, protože se palivo ve vysokotlakém okruhu silně ohřívá.

Vysokotlaké čerpadlo

Čerpá palivo pod vysokým tlakem až 185 MPa do tlakového zásobníku. Většinou se používá trojpístové radiálně uspořádané čerpadlo s centrální výstředníkovou vačkou, poháněnou přímo nebo přes ozubený převod vačkovým hřídelem motoru. Vačka zvedá písty čerpadla proti síle vratných pružin.

Sací zdvih

Překročí-li podávací tlak otevírací tlak vstupního pojistného ventilu (50 až 150 MPa) vstupuje palivo přes sací ventil do válce, ve kterém se píst pohybuje směrem k dolní úvrati (tedy nasává).

15

Výtlačný zdvih

Po přechodu pístu přes dolní úvrať se uzavře sací ventil, palivo přes něj nemůže unikat a jeho tlak stoupá, až překročí tlak ve vysokotlakém zásobníku a začne do něj proudit přes výtlačný ventil.

Odpojení jednotky čerpadla

Každá jednotka čerpadla (každý ze tří válců) má v hlavě elektromagnetický odpojovací ventil. Protože je palivové čerpadlo dimenzováno pro velké čerpané množství, vzniká při volnoběhu a částečném zatížení přebytek stlačeného paliva, které se odvádí přes regulátor tlaku nevyužité a zbytečně ohřáté zpět do nádrže. Tyto ztráty lze odstranit odpojením jedné nebo dvou pístových jednotek. Tím klesne výkon odebíraný čerpadlem při jmenovitých otáčkách (3,5 až 5kW). odpojovací ventil otevře sací ventil jednotky a nasávané palivo není stlačováno na vysoký tlak.

Vysokotlaký zásobník

Je tvořen silnostěnnou ocelovou trubkou s přípojkami vysokotlakých vedení ke vstřikovačům a přípojkami pro snímač tlaku a regulace.

Tlakový regulační ventil

Může být namontován přímo na zásobníku nebo na vysokotlakém čerpadle.

Filtrace paliva

Životnost vstřikovacího zařízení je značné závislá na dokonalém vyčištění paliva.

Pomocný startovací systém

16

Úlohou pomocného startovacího systému je usnadnit rozběh studeného vznětového motoru, zajistit plynulý a stabilní volnoběh a snížit škodlivé emise.

Sklesající teplotou klesá schopnost vznětového motoru nastartovat. Menší kompresní tlaky a větší tepelné odvody studenými stěnami spalovacího prostoru snižují teplotou stlačené směsi. Za těchto okolností není bez pomocného systému start možný. Dále hrozí nebezpečí emisí (vznik bílého a černého kouře.)

Obrazové přílohy

17

18

19

20

21