2 Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem

Transkript

Studijní opora
Palivové soustavy vznětových motorů
Moderní metody v dopravě a přepravě pro 21. století
PALIVOVÉ SOUSTAVY VZNĚTOVÝCH MOTORŮ
Určeno pro potřeby dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků
středních odborných škol
Autor
Ing. Petr Wasserbauer
Název a sídlo školy
Střední škola automobilní, mechanizace a podnikání,
Krnov, příspěvková organizace
Opavská 49,
794 01 Krnov
Rok vytvoření vzdělávacího programu
2012
Studijní opora
Obsah
Úvod ........................................................................................................................................... 5
1
2
3
Účel a rozdělení palivových soustav vznětových motorů .............................................. 7
1.1
Účel .............................................................................................................................. 7
1.2
Druhy ........................................................................................................................... 7
Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem ................................................. 8
2.1
Činnost ......................................................................................................................... 8
2.2
Jednotlivé části ............................................................................................................ 8
2.2.1
Palivová nádrž ...................................................................................................... 8
2.2.2
Palivové potrubí ................................................................................................... 8
2.2.3
Podávací čerpadlo ................................................................................................ 9
2.2.4
Palivové čističe ................................................................................................... 10
2.2.5
Předehřívací zařízení paliva ............................................................................... 12
2.2.6
Řadové vstřikovací čerpadlo s mechanickým řízením a regulací ...................... 13
2.2.7
Vstřikovač .......................................................................................................... 20
Palivová soustava s jednopístovým vstřikovacím čerpadlem s rozdělovačem paliva25
3.1
4
Konstrukce ................................................................................................................. 25
3.1.1
Lamelové (křídlové) podávací (dopravní) palivové čerpadlo ............................ 26
3.1.2
Redukční ventil .................................................................................................. 26
3.1.3
Škrtící tryska ...................................................................................................... 27
3.1.4
Vysokotlaké čerpadlo (rozdělovač) .................................................................... 27
3.1.5
Všerežimový odstředivý regulátor otáček .......................................................... 28
3.1.6
Kompenzátor přeplňování .................................................................................. 29
3.1.7
Akcelerátor studeného startu .............................................................................. 29
3.1.8
Elektromagnetický uzavírací palivový ventil ..................................................... 29
Elektronické řízení vznětového motoru ........................................................................ 31
4.1
Struktura elektronického řídicího systému EDC ....................................................... 31
4.1.1
Snímače .............................................................................................................. 31
4.1.2
Elektronická řídící jednotka ............................................................................... 31
4.1.3
Akční členy ........................................................................................................ 31
4.2
Regulace pomocí pole charakteristik ......................................................................... 32
4.2.1
Hlavní řídící veličiny .......................................................................................... 32
Studijní opora
4.2.2
Korekční řídící veličiny ...................................................................................... 32
4.2.3
Srovnávání skutečných a požadovaných hodnot ................................................ 32
4.2.4
Další funkce EDC............................................................................................... 32
4.3
Elektronicky řízené jednopístové vstřikovací čerpadlo s rozdělovačem ................... 34
4.3.1
Regulace počátku vstřiku ................................................................................... 34
4.3.2
Zpožďující přestavení......................................................................................... 34
4.3.3
Uspišující přestavení .......................................................................................... 34
4.3.4
Požadovaný počátek vstřiku ............................................................................... 35
4.3.5
Skutečný počátek vstřiku ................................................................................... 35
4.3.6
Výpadek signálu ................................................................................................. 35
4.3.7
Snímač zdvihu jehly vstřikovací trysky ............................................................. 35
4.3.8
Funkce ................................................................................................................ 35
4.3.9
Regulace dávkování paliva................................................................................. 35
4.3.10
Snímač polohy nastavovacího hřídele ................................................................ 36
4.4
Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty (Bosch VP44) ................................. 37
4.4.1
Princip činnosti ................................................................................................... 37
4.4.2
Funkce ................................................................................................................ 37
4.5
Sdružené vstřikovače (vstřikovací jednotky) ............................................................ 40
4.5.1
Pohon vstřikovacích jednotek ............................................................................ 41
4.5.2
Dodávka paliva vstřikovacím jednotkám ........................................................... 41
4.5.3
Fáze plnění ......................................................................................................... 41
4.5.4
Počátek předvstřiku ............................................................................................ 42
4.5.5
Konec předvstřiku .............................................................................................. 42
4.5.6
Počátek hlavního vstřiku .................................................................................... 42
4.5.7
Konec hlavního vstřiku ...................................................................................... 42
4.5.8
Řízení dávkování a časování vstřiků .................................................................. 42
4.6
5
Palivová soustava vznětového motoru s tlakovým zásobníkem – Common Rail ..... 43
4.6.1
Složení palivové soustavy .................................................................................. 44
4.6.2
Princip činnosti palivové soustavy – aneb opravdu hodně natlakovaná trubka . 44
4.6.3
Jak šel čas ........................................................................................................... 45
4.6.4
Jednotlivé části ................................................................................................... 46
Přeplňování motorů ........................................................................................................ 54
5.1
Dynamické přeplňování ............................................................................................. 54
Studijní opora
5.1.1
Dynamické pulzní přeplňování .......................................................................... 55
5.1.2
Dynamické rezonanční přeplňování ................................................................... 55
5.2
6
Cizí přeplňování ........................................................................................................ 55
5.2.1
Dmychadlo bez mechanického pohonu.............................................................. 56
5.2.2
Dmychadlo s mechanickým pohonem ............................................................... 60
Tvorba směsi ve vznětových motorech ......................................................................... 61
6.1
Porovnání způsobů vstřikování ................................................................................. 61
6.1.1
Vznětové motory s nepřímým vstřikováním (komůrkové motory) ................... 61
6.1.2
Vznětové motory s přímým vstřikováním .......................................................... 62
6.2
Nastavování vícekanálového sacího potrubí ............................................................. 62
6.3
Pomocný startovací systém ....................................................................................... 63
Seznam literatury ................................................................................................................... 67
Seznam obrázků ..................................................................................................................... 69
Seznam tabulek ....................................................................................................................... 71
Posudek odborného garanta .................................................................................................. 72
Studijní opora
Úvod
Cílem studijní opory „Automobilní technika – Palivové soustavy vznětových motorů“ je
podat čtenáři této publikace ucelený přehled o vývoji palivových soustav vznětových motorů,
jejich konstrukci a činnosti jednotlivých částí, ze kterých se soustavy skládají.
Obsah je členěn do jednotlivých kapitol a to tak, jak palivové soustavy vznikaly a jak se
u motorů automobilů používaly a používají dodnes.
Samotná práce by měla posloužit jako pomůcka pro učitele vyučující odborné předměty
automobilního a silničního zaměření na středních odborných školách a středních odborných
učilištích. Mohou z ní čerpat také autoopraváři a mechanici v praxi.
Ing. Petr Wasserbauer
5
Studijní opora
Pro koho je studijní opora určena
je určena učitelům odborných předmětů, odborného výcviku a praktického vyučování
a vedoucím školních týmů středních odborných škol.
Studijní opora se dělí na kapitoly, které odpovídají logickému dělení probírané látky, ale
nejsou stejně obsáhlé. Předpokládaná doba studia se může výrazně lišit, proto jsou velké
kapitoly dále děleny na očíslované podkapitoly, kterým odpovídá následující struktura.
Cíl
Po prostudování tohoto odstavce budete umět popsat, definovat a vyřešit.
Výklad
Následuje vlastní výklad probírané látky, zavedení nových pojmů, vše je
doprovázeno tabulkami, obrázky.
Klíčová slova
Zde jsou vybrány výrazy, které se nacházejí v probírané kapitole studijní opory
a mají klíčový význam pro širší pochopení problematiky.
Kontrolní otázky
Pro ověření, zda jste dobře a úplně látku zvládli, je připraveno několik teoretických
otázek.
Zásada, která platí a vyplývá logicky z činnosti daného zařízení
Zásady údržby a seřízení
Zásady bezpečnosti a ochrany zdraví
Seznam použité literatury
Citovaná literatura s odkazem na stranu citace ve studijní opoře.
Seznam obrázků a tabulek
Číslovaný seznam obrázků a použitých tabulek je pro přehlednost umístěn
na závěr studijní opory.
6
Studijní opora
1 Účel a rozdělení palivových soustav vznětových motorů
Podat přehled o existujících palivových soustavách vznětových motorů, kterými se tato
studijní opora zabývá včetně toho, jaké úkoly musí každá tato soustava plnit.
Klíčová slova: palivová soustava, vstřikování paliva, čištění paliva
1.1 Účel
- doprava paliva do spalovacího prostoru
- čištění paliva
- vstřikování paliva ve správném okamžiku
- vstřikování paliva v přesném množství
- vstřikování paliva pod vysokým tlakem a do správného válce (1)
1.2 Druhy
- palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem
- palivová soustava s jednopístovým vstřikovacím čerpadlem s rozdělovačem
- palivová soustava s rotačním vstřikovacím čerpadlem s radiálními písty
- samostatné vstřikovací jednotky
- soustava s tlakovým zásobníkem – Common Rail (2)
Doplňující otázky kapitoly 1:
1. Jaké úkoly musí plnit palivová soustava vznětového motoru?
2. Jaké druhy palivových soustav vznětových motorů znáte?
7
Studijní opora
2 Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem
Vysvětlit názorně činnost palivové soustavy a jejich jednotlivých částí.
Klíčová slova: nízkotlaká část, vysokotlaká část, palivové čističe, podávací čerpadlo,
vstřikovací čerpadlo, vstřikovač, tryska
2.1 Činnost
(obr. 1)
Palivo se nasává podávacím čerpadlem z palivové nádrže a přes palivový čistič se dopravuje
ke vstřikovacímu čerpadlu. To tlačí palivo vysokotlakým vstřikovacím potrubím
ke vstřikovacím tryskám a jimi do spalovacího prostoru válce. Palivo potřebné pro chlazení
vysokotlakého zařízení proudí přes přepouštěcí ventil zpět do palivové nádrže.
2.2 Jednotlivé části
Nízkotlaká část
Obrázek 1
Palivová soustava vznětového motoru
s řadovým vstřikovacím čerpadlem
2.2.1 Palivová nádrž
Je svařovaná z ocelového plechu. Plech je z vnitřní strany poolověn z důvodu ochrany proti
korozi. Jsou v ní dělící mezistěny, které tlumí výkyvy paliva. Na nejnižším místě
je vypouštěcí šroub. Nádrž je uložena měkce na silentblocích.
2.2.2 Palivové potrubí
Je vyrobeno z měděných trubek, které jsou spojeny mosaznými spoji.
8
Studijní opora
2.2.3 Podávací čerpadlo
Nasává palivo z palivové nádrže a dopravuje jej přes čistič do vstřikovacího čerpadla
pod tlakem asi 0,1 – 0,15 MPa.
Konstrukce (obr. 2)
Je provedeno jako pístové a přírubou je
připojeno na skříň vstřikovacího čerpadla.
Poháněno je výstředníkem na vačkové
hřídeli vstřikovacího čerpadla.
Pro odvzdušnění vstřikovacího zařízení je
podávací čerpadlo vybaveno ručním
čerpadlem. To lze uvést v činnost
po uvolnění rukojeti. Po použití ručního
čerpadla je nutné rukojeť opět pevně zajistit.
Obrázek 2
Pístové podávací čerpadlo
Na podávacím čerpadle může být pomocí příruby připevněn hrubý čistič, který je tvořen
sítkem a nádobou, které slouží k zachycení hrubých nečistot a vody.
Obrázek 3
Schéma jednočinného
dopravního čerpadla
Činnost (obr 3)
Při mezizdvihu posune výstředník přes zdvihátko
s kladkou a tlakový čep píst dopředu. Palivo se tím
při zavřeném sacím ventilu dopraví přes výtlačný
ventil do tlakového prostoru. Pružina pístu se přitom
stlačí a výtlačný ventil zatížený pružinou se
na konci zdvihu opět uzavře. Jakmile výstředník
proběhne přes svůj největší zdvih, vrátí pružina píst
a na něj volně připojené díly, tlakový čep
a zdvihátko s kladkou. Přitom je z tlakového
prostoru dopravena část paliva přes palivový čistič
ke vstřikovacímu čerpadlu. Během tohoto
přepravního zdvihu je současně nasáváno palivo
z palivové nádrže přes hrubý čistič a sací prostor.
Překročí-li tlak v přepravním vedení určitou
hodnotu, tak může být pružina pístu roztažena jen
částečně. Tím se zmenší přepravní zdvih
a přepravované množství. Mluvíme o „elastickém“
čerpání. Vedení a čistič se tak chrání před příliš
velkým tlakem.
9
Studijní opora
2.2.4 Palivové čističe
Úkol:
- odlučovat vodu z paliva
- zbavovat palivo nečistot
Druhy
- podle stupně čištění:
- podle řazení čističů:
hrubé (desetiny mm)
jemné (tisíciny mm)
jednoduché
stupňové (sériové)
paralelní
Sítkový čistič:
Je hrubý čistič, je řazen před dopravní čerpadlo. Zbavuje palivo hrubých nečistot
a sedimentací vody.
Jemné palivové čističe:
a) Čistící (filtrační) vložky
Skládají se často z jemného filtračního papíru. Ten lze vyrobit s potřebnou velikostí pórů
(4 m – 5 m pro rozdělovací vstřikovací čerpadla, 8 m – 10 m pro řadová vstřikovací
čerpadla) a rozmístěním pórů. Velkého povrchu papírového filtru se dosahuje skládáním
filtračního papíru. To umožňuje dlouhou dobu života.
U papírových čistících vložek rozlišujeme tyto výměnné vložky:
- vinutá čistící vložka (obr. 4)
- hvězdicovitá čistící vložka (obr. 5)
U vinuté čistící vložky je filtrační papír
navinut kolem trubice. Každý papírový pás je
nahoře slepen s dalším vnějším a dole
s dalším vnitřním pásem tak, aby směrem
ven vznikaly otevřené kapsy. Palivo protéká
čističem shora dolů (axiálně). Částečky
nečistot zůstávají v kapsách ve tvaru V. Voda
se hromadí na dně kapes tvaru V tak dlouho,
Obrázek 4 Vinutá čistící vložka
dokud se svou hmotností neprotlačí přes
filtrační papír. Kapička zůstane vzhledem k povrchovému napětí uzavřená. Kvůli své vysoké
hustotě klesá do vodní sběrné nádrže. Vyčištěné palivo vytéká středovou trubkou nahoru.
10
Studijní opora
U hvězdicovité vložky je papír složený
do hvězdice přiložen kolem děrované
středové trubky. Záhyby papíru jsou nahoře
a dole uzavřeny krycími víčky.
Palivo protéká čističem zvnějšku dovnitř
(radiálně). Případné částečky nečistot
zůstávají na povrchu čističe a klesají dolů.
Voda nemůže proniknout jemnými póry
čističe, a protože má vyšší hustotu než nafta,
Obrázek 5 Hvězdicovitá filtrační vložka
teče po vnější straně filtračního papíru dolů
a shromažďuje se v zásobníku vody v krytu čističe. Vyčištěné palivo protéká otvory středové
trubky dovnitř a potom dále směrem nahoru.
b) Komorový čistič (obr. 6)
Je to jednoduchý palivový čistič.
U tohoto čističe je na víku čističe
našroubována čistící komora, která se
skládá z plechové nádoby s integrovanou
papírovou filtrační vložkou, čistící
vložkou z umělé střiže nebo plstěné
trubicové vložky. Čistící komora může
mít
např.
4
vtokové
otvory
Obrázek 6 Komorový čistič
pro nevyčištěné palivo a jeden odtokový
otvor pro vyčištěné palivo. Odtokový otvor je opatřen závitem a slouží zároveň jako šroubové
spojení čistící komory na víko čističe.
Výměna čističe se provádí tak, že se vymění nepoužitelná čistící komora. Odšroubuje se
z víka čističe a nahradí se novou.
Ta se našroubuje rukou, dokud nedosedne
těsnící kroužek. Poté se dotáhne o čtvrt
otáčky. Nakonec je třeba vstřikovací zařízení
odvzdušnit a zkontrolovat těsnost těsnícího
kroužku čističe.
Obrázek 7
Palivový komorový čistič se
zásobníkem vody
Aby se oddělila voda, která se do palivové
nádrže dostala nevhodným skladováním nafty
nebo nedostatečnou pečlivostí při tankování,
používají se komorové čističe se zásobníkem
vody (obr. 7). Odloučenou vodu lze vidět při
použití průhledného víka nebo ji rozezná
zabudovaný snímač (elektronická sonda
vodivosti) a oznámí kontrolkou na palubní
11
Studijní opora
desce. Výpustný šroub na nádobě čističe umožňuje, aby mohla být nashromážděná voda
vypuštěna.1
c) Dvojitý palivový čistič (obr. 8)
U tohoto čističe teče palivo po vyčištění v 1. nádobě (hrubý čistič) dále společným víkem
obou nádob čističů do jemného čističe.
U plstěné trubicové vložky hrubého čističe
je středová trubice obklopena síťovitým
kovovým pláštěm. Tuto čistící vložku lze
několikrát vyprat v naftě nebo petroleji.
Při tomto postupu se čistící vložka nechá
úplně nasáknout, a poté se stlačeným
vzduchem zevnitř ven vyfouká.
d) Paralelní palivový čistič
Používá se pro větší vznětové motory.
Vzhledem se od dvojitého palivového
čističe neliší. Ale ve víku čističe je
přitékající palivo rozděleno tak, že každá
z obou čistících komor vybavených jemnou
čistící vložkou obdrží zároveň palivo
Obrázek 8 Dvojitý komorový čistič se zásobníkem
k vyčištění.
Tímto
způsobem
se
vody
zdvojnásobí účinná čistící plocha a zvýší se
možný průtok paliva.
2.2.5 Předehřívací zařízení paliva
Jsou často do palivové soustavy zabudována
bezprostředně před palivovým čističem,
aby se zabránilo ucpání čistící vložky
vylučováním parafínu při nízkých teplotách.
Parafíny obsažené v naftě se vylučují
od teplot paliva pod cca 4°C jako voskovité
šupinky; ty mohou ucpat póry filtru. Aby se
tomuto jevu zabránilo, je palivo např.
zahříváno. To se provádí tak, že chladicí
kapalina protéká výměníkem tepla, který je
řízen termostatem (obr. 9).
Pro předehřívání paliva se rovněž používají
elektrické topné prvky, např. jako Obrázek 9
mezipříruba mezi víkem čističe a filtrační
1
Předehřívání paliva tepelným
výměníkem v okruhu chladicí kapaliny
Voda z palivového čističe se musí zlikvidovat podle zákona o odpadech jako speciální odpad.
12
Studijní opora
komorou (obr. 7). Jako topné prvky se používají především samočinně se regulující rezistory
s negativním teplotním součinitelem. Elektrické předehřívání se navíc většinou zapíná
termospínačem při teplotě pod +5°C a vypíná při teplotě nad +15°C.
PRACOVNÍ ZÁSADY
1. Vyčištění nebo výměna čističů při slábnoucím výkonu motoru.
2. Vypouštění zásobníku vody podle potřeby.
3. Odvzdušnění vstřikovacího zařízení při každém čištění krytu čističe a při výměně
čističe.
4. Palivový čistič a vodu z palivového čističe shromažďovat s ohledem na životní
prostředí a likvidovat jako speciální odpad.
5. Čistící komoru vyměňovat podle údajů výrobce (interval výměny asi 80 000 km).
Vysokotlaká část
Úkoly
-
vytvářet potřebný vstřikovací tlak
přesně dávkovat vstřikované množství podle polohy akceleračního pedálu
přizpůsobovat okamžik vstřikování otáčkám motoru
regulovat chod naprázdno a maximální otáčky
2.2.6 Řadové vstřikovací čerpadlo s mechanickým řízením a regulací
Obrázek 10 Řadové vstřikovací čerpadlo
13
Studijní opora
Konstrukce
Řadové vstřikovací čerpadlo (obr. 10), je pístové čerpadlo s jednou vstřikovací jednotkou
pro každý válec motoru. Jednotlivé vstřikovací jednotky jsou poháněny zdvihátkem
s kladkou, umístěným ve skříni čerpadla nad vačkovou hřídelí.
Každá vstřikovací jednotka (obr. 11) se skládá
z válce čerpadla. Píst čerpadla je do válce
čerpadla zalícován tak přesně, že těsní i při velmi
vysokých tlacích a nízkých otáčkách. Tato velmi
malá vůle (2 – 3 m), která je potřebná kvůli
vysokým tlakům, umožňuje pouze společnou
výměnu celých vstřikovacích jednotek. Píst
vstřikovací jednotky má kromě podélné drážky
a prstencovité drážky šroubovité vyfrézování,
kterým je tvořena regulační hrana. S její pomocí
Obrázek 11 Vstřikovací jednotka řadového
vstřikovacího čerpadla
lze regulovat čerpané množství. Plnicím otvorem
se přivádí palivo o tlaku asi (0,1 – 0,15) MPa do vysokotlakého prostoru.
Vačka
vačkové
hřídele
pohybuje
přes zdvihátko s kladkou pístem vstřikovací
jednotky během výtlačného zdvihu nahoru.
Sací zdvih se provádí pružinou pístu.
Mazání mezi pístem a válcem vstřikovací
jednotky provádí motorová nafta. Uzavření
směrem nahoru tvoří pružinou zatížený
výtlačný ventil. Přes válec vstřikovací
jednotky je nasunuta regulační objímka se
sevřeným ozubeným prstenem (obr. 12). Dva
podélné výřezy ve spodní části regulační
objímky slouží jako vedení pro pístový čep.
Regulační objímka je neustále v záběru
s regulační tyčí. Posunutím regulační tyče se
písty vstřikovací jednotky během provozu
vstřikovacího čerpadla pootáčejí. Tím lze
plynule měnit čerpané množství (dávku).
Regulační tyč se ovládá většinou tyčovým
ústrojím plynového pedálu a regulátorem
počtu otáček.
Obrázek 12
Řez
vstřikovací jednotkou řadového
vstřikovacího čerpadla
Odměřování množství čerpaného paliva (obr. 13) se provádí regulační hranou pístu
vstřikovací jednotky, která otvírá a zavírá plnicí otvor válce vstřikovací jednotky.
14
Studijní opora
Přítok paliva
Z prostoru sání proudí palivo přes plnicí
otvor do vysokotlakého prostoru válce
vstřikovací jednotky. Jakmile horní hrana
pístu uvolní plnicí otvor (obr. 13), proudí
palivo, které je pod přepravním tlakem,
do vysokotlakého prostoru nad pístem
čerpadla.
Obrázek 13 Přeprava paliva ve vstřikovací jednotce
Začátek vstřiku
Při pohybu pístu nahoru uzavře horní hrana pístu plnicí otvor; začíná výtlačný zdvih. Tlak se
zvyšuje ve vstřikovací jednotce, přes výtlačný ventil ve vysokotlakém potrubí a v držáku
trysky až ke vstřikovací trysce. Pokud se překročí určitá hodnota tlaku, tak se otevře
vstřikovací ventil a palivo se pod vysokým tlakem (do asi 120 MPa) tryskou vstřikuje
do spalovacího prostoru.
Konec vstřiku
Toho je dosaženo, jakmile regulační hrana uvolní plnicí otvor. Od tohoto okamžiku je
vysokotlaký prostor válce vstřikovací jednotky spojen podélnou a prstencovitou drážkou se
sacím prostorem. Tlak poklesne, vstřikovací ventil a výtlačný ventil se uzavřou. Píst
pohybující se dále nahoru tlačí palivo přes podélnou a prstencovitou drážku z tlakového
prostoru plnicím otvorem zpět do sacího prostoru.
Výtlačný zdvih
Je to dráha pístu mezi uzavřením plnicího otvoru horní hranou pístu a otevřením plnicího
otvoru regulační hranou. Je to tedy část zdvihu, při které se palivo pod vysokým tlakem
dopravuje ke vstřikovací trysce. Řídí se podle okamžité polohy regulační hrany vzhledem
k plnicímu otvoru. V každé poloze je začátek výtlaku stejný. Konec výtlaku je však,
v závislosti na čerpaném množství, různý. Podle polohy regulační hrany vzniká mezi horní
hranou pístu a regulační hranou různě dlouhý výtlačný zdvih, a je tedy různé čerpané
množství. Pokud je píst přetočen natolik, že plnicí otvor ústí do podélné drážky pláště pístu,
tak nemůže ve vysokotlakém prostoru vznikat žádný tlak; to se označuje jako „nulový
výkon“, např. při vypínání motoru.
Zdvih pístu vstřikovací jednotky zůstává stále stejný. Čerpané množství (dávka paliva) se
řídí pootáčením pístu vstřikovací jednotky.
Při pohybu pístu dolů nejdříve uzavírá plnicí otvor regulační hrana a v dalším průběhu vzniká
ve válci čerpadla podtlak. Teprve když horní hrana pístu opět plnicí otvor uvolní, proudí
palivo z prostoru sání do vysokotlakého prostoru.
15
Studijní opora
Používají se i vstřikovací jednotky, u kterých
může být druhou, nahoře umístěnou regulační
hranou na pístu vstřikovací jednotky (obr. 14)
začátek čerpání změněn v závislosti na zatížení.
Při nízkém zatížení se začátek čerpání trochu
zpožďuje. Dosahují se tím lepší hodnoty emisí.
Obrázek 14 Píst vstřikovací jednotky
s přidanou regulační hranou
Obrázek 15 Výtlačný ventil
s odlehčovacím pístkem
Výtlačný ventil (obr. 15)
Uzavírá vysokotlaké potrubí, které musí být neustále
naplněno palivem bez bublinek, proti vstřikovací
jednotce, dokud nezačne výtlačný zdvih. Během
výtlačného zdvihu je výtlačný ventil otevřený. Na konci
vstřikování je vyšším tlakem ve vysokotlakém potrubí
a silou pružin ventil uzavřený. Přitom se do vedení
ventilu ponoří krátká válcovitá stopka, odlehčovací
pístek, nazývaný také odlehčovací váleček, a okamžitě
uzavře vysokotlaké potrubí proti vstřikovací jednotce.
Pokud přitom klesne kuželka ventilu na své místo, tak se
zvětší
objem,
který
je
k dispozici
palivu
ve vysokotlakém potrubí, o objem odlehčovacího pístku.
To způsobí rychlý pokles tlaku v potrubí, a tedy rychlé
uzavření vstřikovacího ventilu.
Výtlačný ventil má následující úkoly:
- odlehčit vysokotlaké potrubí na konci vstřiku, aby bylo zaručeno rychlé uzavření
vstřikovací trysky
- zachování zbytkového tlaku ve vysokotlakém potrubí
- zabránit dokapu, popřípadě dostřiku vstřikovací trysky
Regulátor otáček (obr. 16):
Je proveden jako odstředivý regulátor.
Pracuje v závislosti na otáčkách motoru
a mění množství paliva vstřikovaného
vstřikovacím čerpadlem. (1)
Druhy:
omezovací
omezovací
výkonnostní
jednočinný
dvojčinný
Výkonnostní regulátor omezuje otáčky
motoru
v celém
rozsahu
otáček,
Obrázek 16 Regulátor otáček
16
Studijní opora
od volnoběžných až po maximální otáčky.
Jednočinný omezovací regulátor omezuje v oblasti volnoběžných otáček, dvojčinný v oblasti
volnoběžných a maximálních otáček motoru.
U řadového vstřikovacího čerpadla pro užitkové automobily se používá většinou dvojčinný
regulátor jako regulátor chodu naprázdno a omezovací regulátor maximálních otáček.
Dvojčinný omezovací regulátor udržuje konstantní otáčky chodu naprázdno a omezuje
maximální otáčky motoru.
Otáčky chodu naprázdno se musí udržovat konstantní, aby motor na základě minimálního
vstřikovaného množství běžel klidně a spolehlivě. Maximální otáčky musí být omezeny,
aby se zabránilo tomu, že by se motor dostal do oblasti nadměrných otáček („přetáčení“), což
by mohlo způsobit zničení motoru.
V oblasti mezi chodem naprázdno a maximálními otáčkami není regulace potřebná, protože
v této oblasti ovládá řidič plynovým pedálem regulační tyč a nastavuje tak zatížení. Tím se
určuje množství vstřikovaného paliva a potřebný točivý moment motoru.
Tento regulátor je vybaven dvěma
odstředivými závažími a je poháněn
vačkovou hřídelí vstřikovacího čerpadla.
V každém odstředivém závaží je umístěna
jedna pružina chodu naprázdno a druhá
pružina regulace maximálních otáček
(šroubové
pružiny).
Radiální
dráhy
odstředivých závaží přeměňují dva páry
dvojitých
pák
na
axiální
pohyby
Obrázek 17 Regulátor při nejvyšších otáčkách
(plné zatížení)
přestavovacího čepu. Ty se přenáší na vodící
kámen. Vodící kámen, ve kterém je uložen
dolní konec regulační páky, je veden přímočaře vodícím čepem a vytváří pomocí regulační
páky a spojovací páky, spojení s regulační tyčí. Protože regulační páka (obr. 17) má posuvný
střed otáčení, může se měnit převodový poměr páky.
S tím se při chodu naprázdno (malé odstředivé síly) dosahuje při malé tažné síle
na přestavovacím čepu relativně velké přestavovací síly na regulační tyči. Pokud se sešlápne
plynový pedál, tak se pohybuje i přestavovací páka a přenáší pohyb přes páku excentru
a spojovací posuvný čep na regulační páku a regulační tyč.
Se zvyšujícími se otáčkami při částečném zatížení se odstředivá závaží pohybují směrem ven
a dosedají na miskách pružin pro regulaci maximálních otáček, ale nestlačují je. Regulátor
v této provozní oblasti nepůsobí.
17
Studijní opora
Pokud se překročí přípustné maximální otáčky, např. při plném zatížení, tak se stlačí pružiny
pro regulaci maximálních otáček a regulátor táhne tímto pohybem regulační tyč zpět a snižuje
vstřikované množství.
Doraz regulační tyče
Má za úkol omezovat vstřikované množství
při plném zatížení tak, aby motor při plném
zatížení pracoval bez kouření (mez
kouření). Protože
množství
kyslíku
naplněného ve válci postačuje ke spálení
pouze určitého množství paliva, musí se
zabránit tomu, aby bylo vstříknuto příliš
velké množství paliva.
Doraz regulační tyče omezuje dráhu
Obrázek 18 Pružný doraz regulační tyče
regulační tyče. Často je pružný (obr. 18).
Pružný doraz regulační tyče se používá tehdy, pokud motor potřebuje ke spouštění větší
množství vstřikovaného paliva než při plném zatížení. Pružina se při spouštění může regulační
tyčí stlačit plynovým pedálem trochu více (poloha na plný plyn), aby se docílilo vyššího
vstřikovaného množství. Pokud překročí počet otáček motoru asi 800 l/min, tak se
regulátorem otáček vrátí vstřikované množství na hodnotu pro plné zatížení.
Při spouštění se plynový pedál uvede do polohy pro plné zatížení.
Korekce
Přizpůsobuje množství vstřikovaného paliva vstřikovacím čerpadlem při plném zatížení
tak, aby odpovídalo množství paliva, které lze spálit bez kouření.
Korekce může být
pozitivní
negativní
Pozitivní korekce
Sací motor může při plném zatížení se
zvyšujícím se počtem otáček spalovat kvůli
sníženému plnění vzduchem, kvůli ztrátám
při sání, méně paliva bez kouření.
Vstřikované množství (obr. 19) se však se
zvyšujícím se počtem otáček zvyšuje, motor
by kouřil při otáčkách vyšších než asi
1500 l/min. Musí se proto redukovat
Obrázek 19 Pozitivní korekce
vstřikované množství, což se označuje jako
pozitivní korekce. Dociluje se jí korekční pružinou ze souboru regulačních pružin regulátoru
odstředivých sil.
18
Studijní opora
Negativní korekce
Přeplňované motory získávají se zvyšujícím
se počtem otáček na základě plnícího tlaku
vyšší plnění vzduchem. Mohou tak spalovat
bez kouření více paliva (obr. 20). Může se
proto zvýšit vstřikované množství, aby se
docílilo vyššího výkonu při provozu
Obrázek 20 Negativní korekce
bez kouření. Toho lze dosáhnout i dorazem
plného zatížení.
Samočinný přesuvník vstřiku (obr. 21)
Posouvá začátek vstřiku při zvyšujících se otáčkách na dřívější okamžik, protože zpoždění
vznícení je u vznětového motoru se zvyšujícími se otáčkami nevýhodné. Ke vznícení paliva
pak dochází ve správném okamžiku.
Bez přesuvu začátku vstřiku dochází k:
▪ tvrdšímu průběhu spalování
▪ zvýšenému podílu škodlivin ve výfukových plynech
▪ zvýšené hlučnosti
▪ zvýšenému zatížení klikového mechanizmu
▪ snížení výkonu
Musí však být zaručeno, aby na píst působil maximální spalovací tlak ve správném okamžiku
(asi 4° až 6° úhlu kliky za horní úvratí). To se provádí pomocí přesuvníku vstřiku, kterým se
může během provozu motoru pootočit hřídel vstřikovacího čerpadla (hnací hřídel oproti
klikové hřídeli až o 8° úhlu kliky). Tím se posunuje začátek vstřikování při zvyšujících se
otáčkách směrem dopředu a při snižujících se otáčkách směrem dozadu.
Obrázek 21 Samočinný přesuvník vstřiku
Konstrukce a činnost
Samočinný přesuvník vstřiku se skládá ze skříně s odstředivými závažími a z otočně ve skříni
uloženého přestavovacího bubnu s přestavovacím kotoučem, se kterým je spojeno jádro.
K přesouvání využívá odstředivou sílu, a proto pracuje v závislosti na otáčkách. Pokud se
zvýší otáčky, tak se pohybují dvě odstředivá závaží směrem ven a tlačí přitom se svými
válečky na zakřivené dráhy přestavovacího kotouče. Tím se přestavovací kotouč a s ním
pevně spojené jádro pootáčí ve směru otáčení hřídele čerpadla. Protože jádro přesuvníku
19
Studijní opora
vstřiku je pevně spojeno s vačkovou hřídelí vstřikovacího čerpadla, přetáčí se ve směru
otáčení vačkové hřídele čerpadla. Tak se vačková hřídel vstřikovacího čerpadla přetáčí
ve směru „dříve“. To má za následek posunutí začátku vstřiku, a tím i posunutí začátku
spalování na dřívější okamžik.
Přesuvník vstřiku je poháněn klikovou hřídelí společně se vstřikovacím čerpadlem.
Pohon řadových vstřikovacích čerpadel
Řadová vstřikovací čerpadla se upevňují šrouby většinou přestavitelně pomocí čelní příruby
s podélnými otvory na klikovou skříň. Mohou být ale také připevněna na rovné základní desce
nebo na půlkruhové vaně pomocí šroubů nebo přítlačné pásky. Přiřazení polohy vačkové
hřídele řadového vstřikovacího čerpadla k poloze klikové hřídele motoru musí probíhat tak,
aby byla neustále zaručena shoda odpovídající polohy klikové hřídele motoru s příslušným
okamžikem vstřikování. Pořadí vstřikování řadového vstřikovacího čerpadla a pořadí
kompresních zdvihů motoru musí být rovněž sladěno.
Pro přenos točivého momentu a otáček se proto, podle konstrukce motoru, používají ozubená
kola nebo řetězová kola a válečkové řetězy.
Otáčky čerpadla u čtyřdobých motorů odpovídají otáčkám vačkové hřídele, u dvoudobých
motorů otáčkám klikové hřídele. (3)
2.2.7 Vstřikovač
Účel:
- vstřikuje palivo do válce motoru
Konstrukce
Skládá se z držáku a z trysky s ovládacím
ústrojím. Držák je sešroubovaný ze dvou dílů
a mezikusu. Vstřikovač se vsazuje do hlavy
válce.
Druhy
jednopružinové
dvoupružinové
Jednopružinový vstřikovač (obr. 22a)
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 Obrázek 22 Jednopružinový a dvoupružinový
vstřikovač
tlaku pružiny. Je-li zvedací síla vyvolaná 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
20
Studijní opora
malé množství paliva, potřebné k mazání a chlazení uložení jehly do prostoru s pružinou
a pak přes odvod paliva a zpětné vedení do palivové nádrže. Poklesne-li tlak paliva, vtlačí
pružina jehlu zpět do sedla a uzavře ústí trysky se vstřikovacími otvory.
Dvoupružinový vstřikovač (obr. 22b)
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 H2). Výstup
paliva se tím otevře jen málo a dojde k vystříknutí malého množství paliva pod malým tlakem
(první stupeň vstřiku, resp. předvstřik nebo pilotní vstřik). Další přicházející palivo stlačí
prostřednictvím 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
● snížení škodlivých emisí
Tepelná ochrana vstřikovacích trysek:
Teplota čela trysky může při provozu
přesáhnout
250°C.
Tím
dochází
k popouštění a měknutí zakalené oceli
a vymačkání sedla trysky. Sedlo ztrácí
těsnost a pronikající horké plyny mohou Obrázek 23 Tepelně izolační objímka
vést až k zadření jehly. Tepelná ochrana
trysky může mít podobu tepelně izolační objímky (obr. 23) nebo tepelně izolačního kroužku
před čelem trysky a může snížit teplotu čela trysky až o 50°C. Těsnící kroužek utěsňuje
vnitřní prostor vstřikovače od spalovacího prostoru.
Vstřikovací tryska
Vstřikovací tryska by měla palivo vstřikovat 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:
● směšovací poměr a průběh spalování
● výkon motoru
● složení výfukových plynů
● hlučnost spalování
21
Studijní opora
Konstrukce
Vstřikovací tryska se skládá z tělesa
trysky a jehly (obr. 24). Jsou vyrobeny
z ušlechtilé oceli a na důležitých plochách
jsou lapovány. Tolerance jsou 0,002mm
až 0,03 mm. Mohou být proto vyměněny
pouze společně.
Funkce
Jehla trysky je tlačena jednou nebo dvěma
pružinami držáku do sedla. Tlakem paliva
Obrázek 24 Otvorová a čepová tryska
na nadzvedací kužel jehly vzniká zvedací
síla FH. Je-li větší než tlačná síla pružiny
FD, zvedne se jehla ze sedla a palivo vystříkne. Klesne-li tlak (úbytkem paliva), převáží síla
pružiny a tryska se uzavře.
Druhy vstřikovacích trysek
otvorové
čepové
Otvorová tryska
Používají se výhradně pro přímé vstřikování.
Rozlišují se dva druhy otvorových trysek (obr. 25):
▪ otvorové trysky s kanálkem
▪ otvorové trysky se sedlem
Tryska má až 8 otvorů, jejichž osy leží
na povrchu kužele s vrcholovým úhlem
 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
Obrázek 25 Otvorové vstřikovací trysky
co nejmenší. Tomuto požadavku lépe
vyhovuje tryska bez kanálku pod sedlem, to je tryska se sedlem, která má sedlo přímo
v oblasti otvorů.
Otvírací tlak trysky
Leží mezi 20 MPa až 30 MPa (podle výrobce). Otevírací tlak však nelze zaměňovat
za maximální vstřikovací tlak, který je při vysokých otáčkách a velkém zatížení motoru
22
Studijní opora
mnohem vyšší. Při maximálním zdvihu pístu rozdělovače palivového čerpadla může tlak
dosáhnout až 200 MPa.
Čepová tryska (obr. 26)
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.
Obrázek 26 Čepová tryska
PRACOVNÍ ZÁSADY
1. Tester vstřikovačů (obr. 27)
Slouží ke kontrole těsnosti, otevíracího
tlaku a tvaru paprsku paliva
vymontovaného vstřikovače.
2. Předpoklady kontroly
Vstřikovač je třeba očistit a přesvědčit se
o volné pohyblivosti jehly.
3. Zkouška pohyblivosti jehly
Jehla by se měla v tělese trysky
(vymontovaném) posouvat vlastní vahou.
Jehly bychom se měli dotýkat kvůli
nebezpečí koroze jen na tlačném čepu.
4. Zkouška těsnosti
Obrázek 27 Ruční tester vstřikovačů
Tryska je těsná, nepropustí-li při tlaku
o 2 MPa menším, než je otevírací tlak, během 10 s ani kapku paliva.
5. Nastavení otevíracího tlaku
Otevírací tlak určuje tlačná pružina svým předpružením, které je možné měnit nastavovacími
podložkami různé tloušťky.
6. Poslechová zkouška
Při nastavení otevíracího tlaku udávaného výrobcem se kontroluje pohledem tvar kužele
vystřikovaného paliva a také zvuk (cvaknutí) provázející otevření ventilu. Po otevření trysky
a vystříknutí paliva klesne tlak a jehla dosedne tlakem pružiny zpět do sedla. S přítokem
paliva narůstá tlak a otevření následované zavřením se opakuje za typického cvakavého
zvuku. Není-li toto cvakání zřetelně slyšet, je vedení jehly v tělese trysky opotřebované.
Bezpečnost a ochrana zdraví
23
Studijní opora
■ Zasažení vystřikovaným paprskem paliva je vzhledem k vysokému tlaku
při výstřiku nebezpečné, protože palivo může vniknout hluboko do kůže
a může dojít k otravě krve.
■ Při testování vstřikovačů je nutné používat ochranné brýle. Je také předepsané odsávací
zařízení, protože mlha rozprášeného paliva je při vdechování škodlivá zdraví. (4)
1. Z jakých částí se skládá nízkotlaká část palivové soustavy?
2. Jaké podávací čerpadlo se používá u vstřikovacích soustav s řadovým vstřikovacím
čerpadlem?
3. Proč se u některých palivových soustav provádí předehřev paliva?
4. Na co je třeba dbát při likvidaci palivových čističů a vody vypuštěné z těchto čističů?
5. Čemu se rovná počet vstřikovacích jednotek řadového vstřikovacího čerpadla?
6. Čím se nastavuje objem paliva vytlačeného vstřikovací jednotkou vstřikovacího
čerpadla?
7. Jaký je účel výtlačného ventilu vstřikovací jednotky?
8. Jaké znáte regulátory otáček?
9. Co je úkolem přesuvníku vstřiku a jaké znáte druhy trysek vstřikovačů?
24
Studijní opora
3 Palivová soustava s jednopístovým vstřikovacím
čerpadlem s rozdělovačem paliva
Provést přehledně rozbor činnosti rotačního vstřikovacího čerpadla a jednotlivých jeho
komponentů. Uvést vliv jednotlivých částí na výkon motoru a spotřebu paliva.
Klíčová slova: vstřikovací čerpadlo, axiální pohyb, rozdělovač paliva
Toto vstřikovací čerpadlo se zvláště hodí pro tříválcové až šestiválcové vznětové motory
osobních automobilů.
K hlavním vlastnostem patří: - malá váha
- možnost nezávislého umístění
- nezávislost na mazacím systému vozidla
- stačí jediná vysokotlaká jednotka
- vhodnost pro elektronickou regulaci
- kompaktní konstrukce
3.1 Konstrukce
Jednopístové vstřikovací čerpadlo s rozdělovačem paliva má tyto části (obr. 28):
● hnací hřídel
● lamelové podávací čerpadlo
● zařízení pro axiální pohyb pístu (kladkový kruh 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)
Obrázek 28 Palivová soustava se vstřikovacím čerpadlem s rozdělovačem paliva
25
Studijní opora
Hnací hřídel jednopístového vstřikovacího čerpadla s rozdělovačem je uložen v čele skříně
čerpadla. Na hnacím hřídeli jsou nasazeny postupně rotor lamelového podávacího čerpadla,
ozubené kolo pohánějící odstředivý regulátor a křížový kotouč, který unáší v rotačním pohybu
souosou čelní vačku, jejíž unášecí hranoly zapadají do obvodových zářezů křížového kotouče
(má 4 zářezy do kříže). Čelní vačka je nasazena na vyrovnávací kotouč pístu rozdělovače,
kterým otáčí a zároveň jej axiálně posunuje podle toho, jak sleduje její čelně zvlněný povrch
pevné kladky kladkového kruhu, na který je přitlačována vratnými pružinami pístu.
Těleso rozdělovače tvoří píst rozdělovače s vyrovnávacím kotoučem, můstek s vratnými
pružinami, regulační šoupátko a hlava rozdělovače s přírubou. V hlavě rozdělovače je
namontován elektromagnetický zastavovací ventil a výtlačný ventil s držákem.
3.1.1 Lamelové (křídlové) podávací (dopravní) palivové čerpadlo
(obr. 29)
Je umístěno ve skříni vstřikovacího
čerpadla. Při každé otáčce dopraví stejné
množství paliva z palivové nádrže
do vnitřního prostoru skříně čerpadla.
Výkon čerpadla (100 l/h až 180 l/h) stačí
k zásobování vysokotlakého čerpadla
(rozdělovače) i k chlazení a mazání
mechanizmů čerpadla.
Obrázek 29 Lamelové čerpadlo
Funkce
Rotor čerpadla, spojený pevně s hnacím hřídelem, je umístěn excentricky ve válcovém
vnitřním pouzdru čerpadla. Čtyři výsuvné lamely tvoří při otáčení komory s měnícím se
objemem. Při zmenšování objemu se zvyšuje tlak v komoře. Na podtlakové (sací) straně je
palivo nasáváno (z palivové nádrže) a na přetlakové (výtlačné) straně je palivo vtlačováno
do vnitřního prostoru celého vstřikovacího čerpadla.
3.1.2 Redukční ventil
(obr. 30)
Obrázek 30
Redukční ventil
Zajišťuje, že vnitřní tlak ve vstřikovacím čerpadle narůstá
proporcionálně s otáčkami motoru. Zároveň působí jako omezovací
tlakový ventil nastavený na 1,2 MPa a při překročení otevře další
přepouštěcí otvor na sací stranu dopravního lamelového čerpadla.
S rostoucími otáčkami narůstá výkon lamelového čerpadla a tím
i tlak uvnitř vstřikovacího čerpadla. Větší průtočné množství
vyžaduje větší stlačení pružiny ventilu a tím i větší tlak.
26
Studijní opora
3.1.3 Škrtící tryska
(obr. 31)
Přepouští malými otvory v trysce malé množství paliva závislé
na tlaku z vnitřního prostoru vstřikovacího čerpadla zpět do
palivové nádrže. Pomocí redukčního (tlakového regulačního)
ventilu u lamelového čerpadla a škrtící trysky ve víku vstřikovacího
čerpadla se nastavují tyto regulační tlaky:
- pro volnoběh přibližně 0,3 MPa
Obrázek 31 Škrtící
- pro jmenovité otáčky přibližně do 0,8 MPa
tryska
3.1.4 Vysokotlaké čerpadlo (rozdělovač)
Z vnitřního prostoru vstřikovacího čerpadla se dostává palivo přívodním kanálem přes plnící
drážku rotujícího pístu rozdělovače do vysokotlakého prostoru.
Přivedení paliva (obr. 32a)
Z vysokotlakého prostoru před rotujícím
pístem se dostává palivo kanálem v ose pístu
a rozdělovací drážkou přes výtlačný kanál
k odpovídajícímu vstřikovači. Axiální pohyb
pístu je závislý na tvaru axiální vačky, která
má stejný počet zvýšení jako motor válců
a je při otáčení odtlačována pevnými
kladkami kladkového kruhu proti síle dvou
vratných pružin.
Při otáčení rozdělovacího pístu se
rozdělovací drážka natáčí postupně proti
výtlačným kanálkům ke vstřikovačům
jednotlivých válců.
Obrázek 32 Princip činnosti rozdělovače paliva
Stlačení paliva (obr. 32b)
Začíná po uzavření přívodního kanálu axiálním i otočným pohybem pístu.
Vytlačení paliva (obr. 32b)
Začíná, jakmile se rozdělovací drážka natočí proti výtlačnému kanálu vedoucímu k některému
z válců. Tlakem paliva se zvedne ze sedla jehla trysky a palivo vstříkne do válce.
Konec vstřiku (obr. 32c)
Vysune-li se píst z regulačního šoupátka tak, že se odkryjí otvory příčného přepouštěcího
kanálu, vyteče zbývající palivo z vysokotlakého prostoru do vnitřního prostoru čerpadla.
Po dosažení horní úvrati se píst vrací zpět do dolní úvrati a tím se opět uzavře přepouštěcí
kanál regulačním šoupátkem. Vysokotlaký prostor se opět plní do okamžiku dalšího vstřiku.
27
Studijní opora
3.1.5 Všerežimový odstředivý regulátor otáček
Konstrukce (obr. 33)
Na hřídeli regulátoru je pevně nasazeno hnací ozubené kolo, hrníčkové těleso a volně
regulační pouzdro a čtyři odstředivá závaží. Regulátor je poháněn zrychlujícím ozubeným
převodem z hnacího hřídele čerpadla.
Úlohy regulátoru otáček
▪ Regulace volnoběhu
regulátor zabraňuje poklesu volnoběžných otáček
pod požadovanou hodnotu
▪ Horní omezení otáček
regulátor zabraňuje překročení maximálních
povolených otáček za cenu omezení výkonu motoru
▪ Omezení při provozních otáčkách regulátor udržuje při proměnném zatížení řidičem
požadované otáčky motoru změnami dávkování paliva
pro vstřikovače
Funkce
Odstředivá
závaží
se
naklápějí
odstředivými silami od osy otáčení
a vysouvají axiálně regulační pouzdro proti
síle pružiny spouštěcí páky a přesouvají
pomocí spouštěcí páky regulační šoupátko
na pístu rozdělovače. Tím se zmenšuje
doba vstřiku a tedy i množství vstřiknutého
paliva. Požadavek řidiče se přenáší
z ovládací páky regulační pružinou
na napínací páku a ta tlačí na pružinu
spouštěcí páky. Tím se snižuje účinek
Obrázek 33 Odstředivý regulátor (volnoběh)
odstředivého regulátoru na omezení
dávkování paliva.
Volnoběh
Regulační pružina není napnutá a účinek zvýšení otáček na pohyb regulačního šoupátka je
maximální. Regulátor udržuje konstantní otáčky.
Omezení provozních otáček
Regulační pružina je napnutá a snižuje účinek odstředivého regulátoru. Při velkých otáčkách
a velkém tlaku regulačního pouzdra je však regulace účinná a zabraňuje překročení
maximálních povolených otáček.
Přesuvník vstřiku (obr. 34)
Nastavuje předstih vstřiku úměrně otáčkám (od 300/min výše), tj. úměrně vnitřnímu tlaku
paliva v čerpadle (stlačujícímu píst proti pružině). Přesuvník natáčí kladkový kruh až o 12°
28
Studijní opora
natočení vačkového hřídele (tj. až o 24° natočení klikového hřídele motoru). Tím se
optimalizuje výkon, spotřeba i škodlivé emise.
Konstrukce
Přesuvník je umístěn v dolní části čerpadla
příčně pod kladkovým kruhem. Jeho píst
natáčí pomocí otočného smykadla v pístu
a čepu kladkový kruh.
Princip činnosti
V klidovém stavu je píst přesuvníku držen
pružinou ve výchozí poloze. S narůstajícími
otáčkami narůstá tlak v čerpadle a tím také
tlak na píst, který se (nad 300/min) začne
Obrázek 34 Přesuvník vstřiku a akcelerátor
studeného startu
posouvat a natáčet kladkový kruh pomocí
radiálního čepu, který prochází otočným smykadlem v pístu. Natáčením při vzrůstajících
otáčkách se zvětšuje časový předstih zdvihů axiální vačky a tím i pístu rozdělovače a tím
i předstih vstřikování.
Přídavná zařízení vstřikovacího čerpadla
3.1.6 Kompenzátor přeplňování
Koriguje dávkování paliva v závislosti na plnicím tlaku turbodmychadla u přeplňovaných
motorů. Tlak v plnicím potrubí vychyluje membránu proti atmosférickému tlaku a tlačné
pružině a posouvá řídící kužel, který přestavuje kolíkem a dorazovou pákou napínací páku
odstředivého regulátoru. Napínací páka přesune regulační objímku směrem k většímu
dávkování vstřikovaného paliva. Protože s rostoucími otáčkami roste i vstřikovací tlak, může
být větší množství vstřikovaného paliva dokonale spalováno a může tak stoupnout výkon
motoru.
3.1.7 Akcelerátor studeného startu
Nastaví pevný časový předstih vstřiku natočením kladkového kruhu excentrickým čepem
na otočném čepu ovládaném ručně nebo automaticky v závislosti na teplotě. Kompenzuje se
tím zpoždění vznícení paliva ve studeném motoru. Omezí se tím hlučnost a kouření studeného
motoru (obr. 34).
3.1.8 Elektromagnetický uzavírací palivový ventil
Je umístěn v hlavě rozdělovače vstřikovacího čerpadla a pod proudem otevírá vstup paliva
do vysokotlakého prostoru. Bez proudu je uzavřen tlakem pružiny. Ve spojení se spínací
skříňkou zlepšuje komfort obsluhy.
29
Studijní opora
PRACOVNÍ ZÁSADY
1. Montáž a demontáž vstřikovacího čerpadla s rozdělovačem paliva
Před demontáží se musí nastavit motor do horní úvrati pístu prvního válce (při kompresi)
a pak se vstřikovací čerpadlo vymontuje. Při zpětné montáži je postup opačný, přičemž je
třeba zachovat vzájemnou polohu motoru a čerpadla pomocí značení horní úvrati. Nastavení
počátku vstřiku v souladu s polohou pístu (klikového hřídele) je třeba zkontrolovat.
2. Nastavení začátku podávání paliva (cyklu rozdělovače)
Spočívá v synchronizaci horní úvrati pístu
válce (používá se 1. válec) a dolní úvrati
pístu rozdělovače. Akcelerátor studeného
startu musí být při tom v základní poloze.
Klikovým hřídelem se nastaví píst prvního
válce do horní úvrati. Značky horní úvrati
na setrvačníku a na skříni spojky se musí
krýt. Po vyšroubování uzavíracího šroubu
Obrázek 35 Určení dolní úvrati pístu rozdělovače
(obr. 28) se namontuje namísto něj
úchylkoměr měřící polohu pístu rozdělovače (obr. 35). Zůstane-li při pootočení klikového
hřídele proti směru otáčení motoru úchylkoměr beze změny, nachází se píst rozdělovače
v dolní úvrati a indikátor je vhodné pro další měření nastavit na nulu. Při otočení motoru
ve směru běhu k regenerační značce musí úchylkoměr ukázat hodnotu udávanou výrobcem
jako zdvih rozdělovacího pístu čerpadla. Pokud se tak nestane, musí být uvolněno přírubové
upevnění čerpadla a skříň čerpadla se musí odpovídajícím způsobem pootočit.
3. Nastavení volnoběžných otáček a maximálních otáček
Nastavují se šrouby na odpovídajících dorazech ovládací páky (obr. 33) na zahřátém motoru.
Akcelerátor studeného startu nesmí být přitom nastaven v aktivní poloze. (5)
1. Popište způsob nastavení počátku vstřiku a regulace vstřikovaného množství paliva
rozdělovače vstřikovacího čerpadla.
2. Jak pracuje všerežimový regulátor otáček a přesuvník vstřiku?
30
Studijní opora
4 Elektronické řízení vznětového motoru
Detailně vysvětlit různé konstrukce palivových soustav řízených centrální procesorovou
jednotkou zejména s ohledem na dodržení přísnějších emisních limitů.
Klíčová slova: elektronické řízení vznětového motoru, EDC, elektronická řídící jednotka,
elektronické řízení, radiální pohyb, předvstřik, sdružený vstřikovač, tlakový zásobník,
Common Rail, generace, piezoelektrický vstřikovač, snímače, akční členy
Elektronické řízení EDC (Elektronic Diesel Control) používá dat z pole charakteristik
v paměti řídící jednotky (nastavených výrobcem i získaných během provozu)
k elektronickému řízení a regulaci palivového systému (vstřikovacího čerpadla), recirkulaci
výfukových plynů a spouštění (žhavicího zařízení) vznětového motoru. Řídí přesně časování
a dávkování.
Přednosti elektronického řízení:
● dodržování zpřísněných předpisů pro emisní limity
● snížení spotřeby paliva
● optimalizace točivého momentu a výkonu
● zlepšení odezvy na akcelerační pedál
● snížení hlučnosti motoru
● zklidnění běhu motoru (vibrací)
● snadná instalace tempomatu
● zjednodušení přizpůsobení určitého typu motoru různým vozidlům
4.1 Struktura elektronického řídicího systému EDC
4.1.1 Snímače
Snímají provozní data jako např. zatížení, otáčky, teplotu motoru, tlak paliva a údaje
o vnějších podmínkách, jako např. o teplotě a tlaku vzduchu.
4.1.2 Elektronická řídící jednotka
Je to mikropočítač s pevně uloženým programem, který řídí a reguluje motor na základě
polohy akceleračního pedálu a rychlostní páky a také na základě signálů ze všech snímačů
provozních i venkovních údajů, jakož i na základě dat z datového pole v přepisovatelné
paměti. Regulace je nastavena řídícími hodnotami pro regulaci dávkování a časování
vstřikování a pro regulaci recirkulace spalin a tlaku paliva.
4.1.3 Akční členy
Jsou to elektromechanické převodníky, umožňující pomocí signálů řídící jednotky měnit
mechanické nastavení palivového, vstřikovacího a recirkulačního systému, resp. nastavení
odpovídajících pák, ventilů a klapek.
31
Studijní opora
4.2 Regulace pomocí pole charakteristik
4.2.1 Hlavní řídící veličiny
Ze dvou hlavních řídících veličin, výkonu (požadovaného řidičem auta) a otáček určuje řídící
jednotka s využitím hodnot z pole charakteristik časování vstřikování (počáteční okamžiky)
a dávkování paliva (vstřikované množství). Výkon je odvozen ze signálu snímače polohy
akceleračního pedálu a otáčky ze signálu snímače polohy (otáček) klikového hřídele.
4.2.2 Korekční řídící veličiny
Přizpůsobují časování vstřikování okamžitým podmínkám provozu motoru i atmosférickým
podmínkám. Pro výpočet korekcí výstupních signálů (řídících akční členy) má řídící jednotka
v datovém poli uložena data spojená s jednotlivými vstupními signály snímačů korekčních
veličin, ke kterým např. patří:
▪ teplota motoru
▪ teplota paliva
▪ vstřikovací tlak
▪ teplota nasávaného vzduchu
4.2.3 Srovnávání skutečných a požadovaných hodnot
Rozdíl mezi požadovanou a skutečnou hodnotou je tzv. regulační diference, která je vstupem
pro výpočet regulačního zásahu, tj. k výpočtu výstupních signálů pro aktory nastavující
regulovanou veličinu.
4.2.4 Další funkce EDC
Kromě řízení a regulace hlavních veličin motoru je možné podle vybavenosti určitého vozidla
využít dalších funkcí EDC:

Regulace otáček volnoběhu
Kvůli minimalizaci škodlivých emisí i spotřeby paliva je třeba udržovat volnoběžné
otáčky co nejnižší, bez ohledu na zatěžování motoru alternátorem a kompresorem
klimatizace.

Regulace rychlosti otáčení (rovnoměrnosti běhu) motoru
Vlivem výrobních nepřesností a různého opotřebení není expanzní tlak na všechny
písty při stejných vstřikovaných množstvích paliva stejný a nestejné momenty
jednotlivých válců jsou příčinou nerovnoměrnosti běhu motoru a také zvýšených
emisí. Na základě měření úhlové rychlosti upravuje řídící jednotka dávkování paliva
pro jednotlivé válce tak, aby rychlost otáčení (úhlová rychlost klikového hřídele)
nekolísala ani během jedné otáčky.

Brzdění motorem
V tomto režimu je uzavřen přívod paliva do vstřikovacího čerpadla. Využívá se např.
při jízdě z kopce.
32
Studijní opora

Aktivní tlumení torzních kmitů pohonu
Požadavek okamžitého zvýšení výkonu může vyvolat tak rychlé zvýšení kroutícího
momentu, že dojde k torzním kmitům v řetězci přenosu momentu (z klikového hřídele
na kola). Tyto torzní kmity se projeví zvlněním v průběhu úhlové rychlosti a mohou
mít u osobního automobilu frekvenci 8 až 12 Hz. Frekvence vstřiků je při průměrných
otáčkách čtyřválcového motoru více než 10krát větší, proto je možné kmitání utlumit
dávkováním paliva, které reguluje průběh úhlové rychlosti redukcí vstřiku při větší
a zvětšením vstřiku při menší úhlové rychlosti oproti požadovanému nezvlněnému
průběhu. Torzní rozkmitání celého pohonu může vyvolat i ráz způsobený prokluzem
spojky. (Poznámka: torzní kmity samotného klikového hřídele tímto způsobem tlumit
nelze).

Externí vlivy na moment
Funkce hlavní řídící jednotky může být ovlivněna signály spolupracujících řídících
jednotek, např. jednotky pro řízení převodovky, ABS nebo ESP, předávanými
po datové sběrnici. Nezávisle na vůli řidiče předávají tyto jednotky požadavky na
změny kroutícího momentu motoru (např. při řazení rychlostních stupňů nebo
prokluzu kol při rozjíždění).

Imobilizér
Elektronická řídící jednotka je při vypnutí motoru programově zablokována tak,
že nemůže řídit běh motoru. Auto je imobilní, tedy nepohyblivé. Po přiložení čipu
s odblokovacím kódem k bezkontaktní čtečce při startování vozidla se imobilizér
deaktivuje a startérem roztáčený motor se může rozběhnout.

Tempomat
Udržuje rychlost auta na požadované hodnotě. Odchylka rychlosti je regulována
(kompenzována) změnou dávkování vstřikovaného paliva.

Možnost diagnostiky
K řídící jednotce je možné připojit diagnostické zařízení, umožňující za provozu
sledovat vstupní i výstupní signály řídící jednotky a přečíst z paměti data
dokumentující dosavadní provoz včetně závad.

Nouzový režim
Řídící jednotka reaguje na různé typy závad odpovídajícími řídícími nouzovými
programy. Rozlišují se tyto typy nouzových režimů:
→ snížení výkonu motoru o 30% při absenci signálu některé korekční veličiny
→ zvýšení volnoběžných otáček, např. při absenci signálů hlavních řídících veličin
→ nouzové vypnutí motoru, např. při nebezpečí poškození motoru (6)
33
Studijní opora
4.3 Elektronicky řízené jednopístové vstřikovací čerpadlo
s rozdělovačem
(VE-EDEC)
Obrázek 36 Jednopístové vstřikovací čerpadlo s rozdělovačem s elektronickou regulací
Jedná se o jednopístové vstřikovací čerpadlo s rozdělovačem s elektromagnetickým
ovládáním a elektronickou regulací (namísto odstředivého regulátoru) pohybu regulačního
šoupátka a s elektromagnetickým ventilem pro korekci hydraulického ovládání přesuvníku
vstřiku vnitřním tlakem paliva (obr. 36).
4.3.1 Regulace počátku vstřiku
Palivo je ze strany pístu tlačícího proti
pružině přepouštěno regulačním ventilem
do komůrky s pružinou na opačné straně
pístu, ze které uniká škrtícím kanálkem
na sací stranu dopravního čerpadla (obr. 37).
Elektromagnetický regulační ventil je řízen
Obrázek 37 Ventil přesuvníku vstřiku s regulačním šířkově modulovaným pulzním signálem
řídící jednotky (PWM signálem), který
ventilem
otvírá a zavírá ventil.
4.3.2 Zpožďující přestavení
Při úplně otevřeném ventilu je tlak na přední stranu pístu vyrovnáván tlakem na opačnou
stranu a nastavení předstihu vstřikování vnitřním tlakem není plně účinné.
4.3.3 Uspišující přestavení
Při zavřeném ventilu působí přetlak na přední stranu pístu jen proti tlaku pružiny a nastavení
předstihu vstřikování vnitřním tlakem je plně účinné.
34
Studijní opora
4.3.4 Požadovaný počátek vstřiku
Závisí na okamžitých otáčkách motoru (tj. vnitřním tlaku závislém na otáčkách dopravního
čerpadla) a dále na korekčních veličinách,
které ovlivňují nastavení regulačního
ventilu.
4.3.5 Skutečný počátek vstřiku
Je zjišťován podle signálu snímače zdvihu
jehly vstřikovače. Liší-li se časy skutečného
a požadovaného začátku vstřiku, koriguje
Obrázek 38 Signál snímače pohybu jehly trysky
řídící jednotka na základě diference těchto
časů polohu přesuvníku střídavými změnami signálu nastavujícího polohu regulačního
ventilu, který je buď zavřen nebo otevřen.
4.3.6 Výpadek signálu
Není-li regulační ventil buzen, je regulační ventil trvale otevřen, závada je zapsána do paměti
a výkon motoru je snížen o 30% (nouzový režim).
4.3.7 Snímač zdvihu jehly vstřikovací trysky
(obr. 36)
Je umístěn ve snímači začátku vstřiku a je většinou umístěn na některém vnitřním vstřikovači.
Indikuje otevření a zavření vstřikovací trysky. Řídící jednotka zjistí z tvaru signálu počátek
a konec vstřiku.
4.3.8 Funkce
Při otevření nebo zavření vstřikovací trysky indukuje jehla v cívce indukčního snímače
napěťový impulz. Překročení prahového napětí indukovaným signálem je považováno řídící
jednotkou za počátek vstřiku. (obr. 38)
4.3.9 Regulace dávkování paliva
Požadovaná hodnota se stanoví z údajů o poloze akceleračního pedálu, otáček motoru
a hodnot korekčních veličin z charakteristiky. Elektromagnetický nastavovač regulačního
šoupátka (obr. 36) je řízený šířkově modulovaným (PWM) signálem. Magnetické pole natáčí
nastavovací hřídel s excentrickým čepem, který posunuje regulační šoupátko na pístu
rozdělovače.
Tím se otevírá dříve nebo později příčný přepouštěcí kanál pístu a tím se zmenšuje
nebo zvětšuje dávka vstřikovaného paliva. Při středních otáčkách je rychlost regulace natolik
rychlá, že může změna proběhnout mezi dvěma následnými vstřiky do válce. Poloha
regulačního šoupátka (resp. poloha nastavovacího hřídele) je snímačem přenášena do řídící
jednotky, srovnávána s požadovanou polohou a regulací korigována.
35
Studijní opora
4.3.10 Snímač polohy nastavovacího hřídele
Rozlišují se:

Otočný potenciometr (snímač úhlu natočení)
Má kluznou odporovou dráhu tvaru mezikruží a otočného jezdce. Úbytek napětí
na části dráhy, mezi začátkem a otočným kontaktem jezdce je úměrný odporu a tedy
úhlu natočení. Potenciometr se opotřebovává otěrem dráhy.

Indukční diferenciální snímač úhlu natočení
(obr. 39)
Na magneticky měkkém jádře jsou
dvě opačně vinuté cívky (referenční
a měřící). Jádra cívek jsou obdobou
U-jádra s magnetickou zkratující
spojkou v podobě tyčky.
Magnetické obvody obou cívek
uzavírají tyčky z magnetického
materiálu. Na poloze tyčky závisí Obrázek 39 Indukční diferenciální snímač úhlu
natočení
magnetický odpor, tím indukčnost
cívky a také její reaktance v obvodu střídavého proudu. Napětí UA na měřící cívce
tedy závisí na úhlu natočení φ magnetické zkratovací spojky. Snímač pracuje velmi
přesně a bez opotřebení, protože je bezkontaktní. (7)
36
Studijní opora
4.4 Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty (Bosch VP44)
Jedná se o elektricky regulovatelné vstřikovací čerpadlo (EDC) s řídící jednotkou
integrovanou na skříni čerpadla. Je schopno vyvinout vstřikovací tlak až 190 MPa a může
pracovat v jakékoliv poloze (obr. 40).
Obrázek 40 Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty (Bosch VP44)
4.4.1 Princip činnosti
Hnací hřídel má otáčky vačkového hřídele motoru a pohání rozdělovací hřídel vysokotlakého
čerpadla s radiálními písty. Kladky na zdvihátkách vysokotlakých pístů se odvalují
po vnitřním obvodu prstence s vnitřními radiálními vačkami a stlačují písty proti tlaku paliva,
vnikajícího do vysokotlakého prostoru nízkotlakým přívodem a kanálkem v rozdělovacím
hřídeli z vnitřního prostoru skříně čerpadla.
Vysokotlaký elektromagnetický ventil určuje skutečný počátek vstřiku a vstřikované
množství. Elektromagnetický regulační ventil přesuvníku vstřiku určuje časování činnosti
vysokotlakého radiálního čerpadla, tedy intervalu, ve kterém je k dispozici palivo
pod vysokým tlakem. Nastavování se uskutečňuje natáčením vačkového prstence. Pak může
vysokotlaký ventil řídit přesně časování a dávkování vstřikování paliva.
4.4.2 Funkce
Vstřikovací čerpadlo VP44 má tyto funkce:
● čerpání paliva z nádrže
● stlačování a rozdělování paliva
● časování vstřiku
● dávkování paliva pro vstřik
37
Studijní opora
Čerpání paliva z nádrže
Palivo je čerpáno z palivové nádrže
lamelovým
čerpadlem,
poháněným
hnacím hřídelem, do vnitřního prostoru
vstřikovacího čerpadla (obr. 41). Na rozdíl
od jednopístového axiálního čerpadla
s rozdělovačem není vyplněn palivem
celý vnitřní prostor čerpadla, ale jen malý
prostor, tlakový zásobník paliva, v čele
Obrázek 41 Schéma pohybu paliva v čerpadle VP44
hlavy rozdělovače paliva, uzavřený
pružnou membránou (obr. 43). Tento zásobník zajišťuje vyšší vstupní tlak pro plnění
vysokotlakého čerpadla, které má v závislosti na otáčkách čerpadla tyto hodnoty:



volnoběh 0,3 až 0,4 MPa
částečná zátěž 0,4 až 1,5 MPa
plná zátěž 1,5 až 2,0 MPa
Přesuvník vstřiku (obr. 42)
Natočení vačkového prstence způsobí dřívější
nebo pozdější najíždění kladek (stlačujících písty)
na
radiální
vačky.
Je-li
vysokotlaký
elektromagnetický ventil uzavřen, vytlačuje
vysokotlaké
radiální
čerpadlo
palivo
do vstřikovačů pod vysokým tlakem, určeným
odporem vstřikovacích trysek. Otevřením ventilu
je ukončen výtlak paliva do vstřikovačů a palivo Obrázek 42 Přesuvník vstřiku paliva
nastavený na větší úhel
se přepouští pod nízkým tlakem zpět do
předvstřiku
tlakového zásobníku paliva.
Nastavením (natočením) vačkového prstence je určeno časové okno, ve kterém může být
vstřikováno palivo vysokotlakým pístovým čerpadlem.
Funkce
Větší vstřikovací tlaky u VP44 vyžadují při natáčení vačkového prstence větší síly, než jsou
síly při natáčení kladkového kruhu u čerpadla s axiálním pístem. Díky hydraulickému
převodníku (řídícího pístu s regulačním šoupátkem) jsou pohyby přesuvníku (řízené
elektromagnetickým ventilem přesuvníku) rychlé a umožňují přesnou regulaci.
Zvětšení úhlu předstřiku
V klidové poloze je píst přesuvníku vstřiku přidržován vratnou pružinou v základní
(volnoběžné) poloze. Řídící elektromagnetický ventil řízený PWM signálem se chová
při rychlém otvírání a zavírání jako proměnná škrtící tryska. Dokáže trvale měnit řídící tlak
tak, aby mohl řídící píst udržovat v jakékoliv poloze mezi polohami malého (základního)
a velkého úhlu předvstřiku. Při zavřeném řídícím ventilu stlačuje tlak paliva řídící píst proti
38
Studijní opora
síle pružiny (doprava) a regulační šoupátko otevře přítok paliva před píst přesuvníku a tlačí jej
proti síle (větší) pružiny (na obrázku směrem doprava) do polohy zvětšení úhlu předvstřiku.
Zmenšení úhlu předvstřiku
Každým otevřením (na krátký okamžik nebo trvale) řídícího ventilu se odpouští palivo
z kruhového regulačního prostoru, klesá jeho tlak na řídící píst, regulační šoupátko odpouští
palivo z prostoru před pístem přesuvníku, a ten je přesouván vratnou pružinou směrem
k menšímu úhlu předvstřiku.
Fáze činnosti vysokotlakého pístového čerpadla
Fáze plnění (obr. 43)
Kladky
sjíždějí
z vrcholů
vnitřních
radiálních vaček a písty jsou radiálně
vytlačovány tlakem paliva (z tlakového
zásobníku s membránou) a odstředivými
silami směrem od osy rotace. Vysokotlaký
elektromagnetický ventil je otevřený (cívka
je bez proudu) a palivo může proudit
z tlakového zásobníku do vysokotlakého
prostoru.
Obrázek 43 Fáze plnění vysokotlakého prostoru
čerpadla
Výtlačná fáze / počátek vstřiku (obr. 44)
Vysokotlaký elektromagnetický dávkovací
ventil
vysune
kotvu
elektromagnetu
při proudovém impulzu z klidové polohy
(spínací
proud
=
20A,
udržovací
proud = 13A) a uzavře jehlou ventilu
vysokotlaký prostor. Jakmile po náběhu kladek
na vačky překročí tlak paliva otevírací tlak
vstřikovače, dojde ke vstříknutí paliva.
Obrázek 44 Výtlačná fáze / počátek vstřiku
Konec vstřiku
Po vstříknutí požadované dávky paliva přeruší řídící jednotka budící proud elektromagnetu.
Pružina zatlačí jehlu zpět a tím otevře vysokotlaký prostor směrem k tlakovému zásobníku
paliva s tlumící membránou pro vyrovnávání rázů v průtoku paliva. Rázy by jinak narušovaly
rovnoměrný chod lamelového čerpadla. Napružená membrána pak urychlí začátek plnění
vysokotlakého prostoru.
39
Studijní opora
Na obrázku 45 je pak zjednodušené
schéma regulačních smyček řídicího
systému VP44, týkajících se řízení
časování a dávkování vstřiků paliva.
Přestane-li fungovat některý snímač,
přestane fungovat odpovídající regulační
smyčka a řídící jednotka pracuje
v nouzovém režimu.
(8)
Obrázek 45 Řízení a regulační smyčky VP44
4.5 Sdružené vstřikovače (vstřikovací jednotky)
Palivová soustava se sdruženými vstřikovacími jednotkami PDE (Pumpe-Düse-Element),
nebo UIS (Unit-Injector-System) nemá vstřikovací čerpadlo a vysokotlaké potrubí, protože
jednotlivé vstřikovače mají vlastní vysokotlaká jednopístová čerpadla (obr. 46). Tyto sdružené
vstřikovací jednotky dosahují vstřikovacího tlaku až 220 MPa.
Obrázek 46 Sdružený vstřikovač (vstřikovací
jednotka)
40
Studijní opora
4.5.1 Pohon vstřikovacích jednotek
Vačkový hřídel motoru má navíc vstřikovací vačky. Zdvih vačky se přenáší na píst čerpadla
prostřednictvím vahadla s kladkou. Vstřikovací vačka má strmou náběžnou hranu, která
stlačuje píst čerpadla velkou rychlostí. Tím se dosáhne velmi rychle vysokého vstřikovacího
tlaku. Sestupná strana vstřikovací vačky je plochá. Píst čerpadla se vrací tlakem pružiny
pomalu a plynule zpět nahoru.
4.5.2 Dodávka paliva vstřikovacím jednotkám
Vstřikovací
jednotky
dostávají
palivo
z palivového čerpadla, poháněného vačkovým
hřídelem (obr. 47).
Palivo nevyužité ke vstřiku ochlazuje části
vstřikovací jednotky. Protéká zpětným vedením
z hlavy válce kolem snímače teploty přes chladič
Obrázek 47 Dodávka paliva
paliva zpět do palivové nádrže.
Obrázek 48 Fáze činnosti sdružené vstřikovací jednotky
4.5.3 Fáze plnění
(obr. 48a)
Píst čerpadla se vysouvá silou zvedací pružiny z vysokotlakého prostoru. Elektromagnetický
ventil není vybuzen, jeho jehla je v klidové poloze a neuzavírá přítok paliva do vysokotlakého
prostoru, který se plní palivem.
41
Studijní opora
4.5.4 Počátek předvstřiku
(obr. 48b)
Píst čerpadla je tlačen vahadlem a vytlačuje palivo z vysokotlakého prostoru v režimu
předvstřiku, který je řízen řídící jednotkou. Ta vybudí elektromagnetický ventil, jeho jehla je
vtlačena do sedla a uzavře cestu z vysokotlakého prostoru k přívodu paliva. Tím začne
narůstat tlak. Při tlaku 18 MPa je překonána síla přítlačné pružiny vstřikovací trysky, její jehla
se zvedne a začne předvstřik.
4.5.5 Konec předvstřiku
(obr. 48c)
Předvstřik trvá jen velmi krátce a vstříkne se jen 1,5 mm3 paliva. Rostoucí tlak stlačí
odlehčovací píst, tím se zvětší objem vysokotlakého prostoru, na okamžik poklesne tlak
a jehla uzavře trysku. Tím předvstřik skončí. Po stlačení pístu je pružina trysky předepnuta
větší silou. K dalšímu zvednutí jehly a tím otevření trysky pro hlavní vstřik je proto potřeba
větší tlak paliva než při předvstřiku.
4.5.6 Počátek hlavního vstřiku
Krátce po uzavření trysky jehlou narůstá ve vysokotlakém prostoru opět tlak.
Elektromagnetický ventil zůstává uzavřen a píst čerpadla se pohybuje dolů. Při tlaku 30 MPa
překoná tlak paliva sílu předepnuté pružiny trysky a jehla znovu otevře trysku. Tlak stoupá
při dalším pohybu pístu až na 220 MPa, protože tryska nestačí odvádět palivo rychlostí
odpovídající zmenšování vysokotlakého prostoru (obr. 48d).
4.5.7 Konec hlavního vstřiku
Ukončením buzení cívky elektromagnetického ventilu proudem ukončí řídící jednotka vstřik.
Jehla elektromagnetického ventilu je zvednuta pružinou ze sedla a otevře cestu pro zpětnou
cestu paliva. Tlak paliva poklesne, jehla uzavře trysku a odlehčovací píst je zatlačen pružinou
trysky do výchozí polohy. Tím skončí hlavní vstřik (obr. 48e).
4.5.8 Řízení dávkování a časování vstřiků
Řídící jednotka řídí dávkování a časování vstřiků pomocí elektromagnetických ventilů
sdružených vstřikovacích jednotek. (9)
42
Studijní opora
4.6 Palivová soustava vznětového motoru s tlakovým zásobníkem
– Common Rail
Obrázek 49 Palivová soustava s tlakovým systémem (Common Rail System)
U vstřikování s tlakovým zásobníkem je palivo čerpáno vysokotlakým čerpadlem
do společného (common) vysokotlakého zásobníku tvaru trubky (angl. Rail = zábradlí,
sběrnice) a z něj je vedeno k jednotlivým vstřikovačům, řízeným elektromagnetickými
ventily (obr. 49 ).
Vstřikovací tlak v zásobníku je nastavován řídící jednotkou pomocí řízeného regulátoru tlaku
v závislosti na otáčkách motoru. Vysokotlaké čerpadlo je poháněno přes ozubený převod
klikovým hřídelem.
Vidlicové motory mají rozdělovací zásobník a dva zásobníky pro obě řady válců (obr. 50).
Řídící
jednotka
vypočítává
v závislosti na provozní a okolní
situaci
optimální
hodnoty
vstřikovacích veličin, kterými
jsou:
● počátek vstřiku
● vstřikované množství
● průběh vstřikování
Obrázek 50 Palivová soustava s tlakovými zásobníky
8válcového vidlicového motoru
43
Studijní opora
4.6.1 Složení palivové soustavy
Soustava s tlakovým zásobníkem má tyto části:
Nízkotlaká část:
Dělí se na:
Obsahuje:
část čerpání paliva z nádrže
středotlakou dopravní část
část zpětného toku paliva do nádrže
palivovou nádrž, předehřívač paliva, čistič paliva, palivové dopravní
čerpadlo, elektromagnetický uzavírací ventil, chladič navráceného
paliva
Vysokotlaká část:
Obsahuje:
vysokotlaké čerpadlo, vysokotlaké palivové potrubí, vysokotlaký zásobník
paliva (Rail), vstřikovače na jednotlivých válcích
Řídicí systém:
Obsahuje: řídící jednotku, snímače, regulační ventil tlaku v zásobníku, elektromagnetické
ventily vstřikovačů, elektromagnetický uzavírací ventil (10)
4.6.2 Princip činnosti palivové soustavy – aneb opravdu hodně natlakovaná
trubka
Common Rail znamená v překladu něco jako společné potrubí. V tom je totiž uloženo celé
kouzlo systému CR. Ono zmíněné potrubí funguje jako tlakový zásobník, ve kterém je
připravena stlačená nafta.
Palivová soustava vznětových motorů se skládá z nízkotlaké a vysokotlaké části. V té
s menším tlakem to všechno začíná. Z nádrže nasává palivo takzvané podávací čerpadlo,
samozřejmě přes filtr. Množství paliva je řízeno elektromagnetickým taktovacím ventilem
a další regulační ventil udržuje konstantní hodnotu tlaku (400 kPa). Takto připravené palivo
dále proudí do vysokotlakého čerpadla a přebytečné palivo teče zpět do nádrže.
Ve vysokotlakém čerpadle končí nízkotlaká část a začíná ta vysokotlaká. A zde už se dějí
zajímavé věci.
Čerpadlo stlačí naftu na velmi vysoký tlak. Hodnoty se liší podle provedení a podle generace
vstřikovacího systému. Nejnovější systémy pracují s tlakem v okolí 2000 barů i výše.
Na rozdíl od ostatních provedení, v případě systému CR proudí palivo do zmíněného
tlakového zásobníku. Což je v podstatě trubka opatřena regulačním ventilem, který drží tlak
na požadované konstantní úrovni. Z tohoto zásobníku je palivo dále rozváděno
44
Studijní opora
ke vstřikovačům, které se jen otvírají a pouze uvolňují potřebnou dávku paliva. Přebytečné
palivo se opět vrací zpět.
Vstřikovačem je opatřen každý válec motoru a v podstatě lze říci, že se jedná o podobný
systém, jako je přímé vstřikování paliva u benzinových motorů. Moderní motory CR jsou
velmi často také vybaveny turbodmychadlem s proměnlivou geometrií lopatek.
Na konci celého procesu tedy stojí vstřikovače, které jsou řízeny řídící jednotkou pomocí
elektrických signálů. Zejména tato zařízení odlišují jednotlivé generace vstřikování
s tlakovým zásobníkem. Právě oni totiž rozhodují o kvalitě spalování a tudíž také o vlastním
chodu motoru, jeho síle a v neposlední řadě o množství vyprodukovaných emisí. Dávno se
přišlo na to, že “narvat“ do spalovacího motoru najednou celou dávku není to pravé.
U přímého vstřikování nafty to způsobuje tvrdý chod motoru, protože k explozi dojde
najednou.
4.6.3 Jak šel čas
Hned první generace CR používala dva vstřiky na jeden cyklus. Malý předvstřik, který měl
za úkol v podstatě ohřát spalovací prostor, a hlavní vstřik. Na počátku také stálo samotné
provedení vstřikovače, který byl ovládán elektromagnetickým ventilem. Jenže tato varianta
neposkytovala dostatečně rychlou odezvu na elektrický impuls a neumožňovala tak více
vstřiků během jednoho cyklu.
Druhá generace CR v podstatě kopírovala tu první. S tím rozdílem, že se pracovalo s vyššími
tlaky a hlavně byl přidán ještě jeden vstřik během cyklu. Takzvaný dovstřik má za úkol
“doladit“ dávku paliva. To přineslo určité zlepšení a přesnější dávkování.
S příchodem třetí generace se objevila zajímavá náhrada za elektromagnetické ovládání.
Elektromagnet s pružinou byl nahrazen takzvaným piezoelementem nebo piezo-inline
technikou. Největší výhoda a vlastně i důvod aplikace takovéto varianty je snížení emisí.
Tento systém totiž umožní plnit normu Euro 4 a to bez další úpravy výfukových plynů.
V současnosti se vyrábí už čtvrtá generace CR. Vstřikovač totiž dostává k dobru systém
HADI (Hydraulically Amplified Diesel Injector). Za tímto trochu zvláštním názvem se skrývá
hydraulicky posilovaný vstřikovač nafty. Oproti předchozím má navíc převodový píst, který
ještě zvyšuje tlak v systému. Uváděny jsou hodnoty 2500 barů (obr. 61).
Výhody jsou celkem logické. Tím, že je možné zvýšit tlak až ve vstřikovači, lze pracovat
v ostatních částech systému s podstatně nižším tlakem. To přináší jednodušší konstrukci,
menší nároky na potrubí a tak dále. Lepší rozprášení paliva zase přinese tolik žádané další
snížení emisí. Velkou výhodou je také fakt, že palivo není vstřikováno rázem, ale postupně se
zvyšujícím tlakem. Vícenásobné vstřiky jsou samozřejmostí.
45
Studijní opora
Systém common rail je v současnosti nejvyužívanější. A protože ho využívá mnoho
automobilek, můžeme se setkat s velkým počtem zkratek. Tak například Fiat ho označuje jako
JTD, Mercedes CDI, Citroën a Peugeot HDI, Ford TDCi, Hyundai CRDi, Renault dCi, Opel
CDTi, Toyota D-4D, koncern Vokswagen TDI CR a tak dále. (11)
4.6.4 Jednotlivé části
Nízkotlaká část:
Palivová nádrž
Palivová nádrž musí být odolná proti korozi a při dvojnásobku provozního přetlaku,
ale minimálně přetlaku 0,3 baru, těsná. Vznikající přetlak musí samostatně unikat vhodným
otvorem, bezpečnostním nebo podobným ventilem. Palivo nesmí vytékat plnícím uzávěrem
nebo zařízením pro vyrovnání tlaku ani na šikmé ploše, při jízdě zatáčkou nebo nárazech.
Palivová nádrž musí být oddělena od motoru tak, aby ani při nehodě nedošlo ke vznícení.
Palivové potrubí
Pro nízkotlakou část mohou být použity vedle ocelových trubek také pružná vedení s výztuží
z ocelového pletiva, která jsou těžko hořlavá. Musejí být uspořádány tak, aby byla
minimalizována mechanická poškození a aby se odkapávající nebo odpařující palivo
ani nehromadilo ani nemohlo vznítit. Palivová vedení nesmějí být při krutu vozidla, pohybu
motoru nebo podobném manévru omezena ve své funkci. Všechny díly vedoucí palivo musejí
být chráněny proti ohrožení provozním teplem. U autobusů nesmějí palivová vedení ležet
v prostoru pro cestující nebo řidiče a palivo se nesmí dopravovat vlivem zemské tíže. (12)
Palivové podávací čerpadlo
Zásobuje palivem vysokotlaké čerpadlo. V současné době se používají dva druhy těchto
čerpadel:
elektricky poháněné válečkové komorové čerpadlo
zubové čerpadlo poháněné přes mechanický převod vačkovým hřídelem.
Dodává v závislosti na otáčkách 40 l – 120 l 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.
Musí dodávat palivo při tlaku 0.3 MPa – 0,7 MPa při 50% - 60% jmenovitém napětí
akumulátoru. Protože tento požadavek při jmenovitém napětí vede k tomu, že se
při volnoběhu a částečném zatížení čerpá několikanásobek potřebného množství paliva,
přechází se k tomu, že se stejnosměrné elektromotory pro elektrická palivová čerpadla
napájejí přes řídící jednotku šířkově modulovaným pulzním proudem. Změnou šířky pulzů
a tím i otáček motoru se může čerpané množství přizpůsobit provozním podmínkám, čímž lze
ušetřit hnací výkon, zamezit zbytečnému zahřívání paliva a prodloužit životnost čerpadel.
46
Studijní opora
Obrázek 51 Elektrické palivové podávací čerpadlo
Podle způsobu montáže rozlišujeme čerpadla:
Tato čerpadla se skládají z (obr. 51):
 uzavíracího víka s elektrickými
konektory, zpětným ventilem a výstupní
přípojkou čerpadla
 elektromotoru s vinutou kotvou
a buzením s permanentními magnety
 vlastního čerpadla
in line – samostatná čerpadla
in tank – čerpadla instalovaná v nádrži
Válečkové výstředníkové čerpadlo (obr. 52) je čerpadlo
objemové. V objemových čerpadlech se nasává palivo
do rotujících komůrek zvětšujících svůj objem, který se pak
zmenšuje při pohybu k vysokotlaké straně. Objemová čerpadla
dosahují výstupního tlaku více než 0,4 MPa a mají při poklesu
napětí dostatečně vysoký čerpací výkon. Jsou relativně hlučná
a vydávají silné pulzační zvuky. (13)
Obrázek 52 Válečkové výstředníkové
podávací čerpadlo
Palivový filtr
(obr. 53)
Nečistoty v palivu mohou vést ke škodám na součástech
čerpadla, tlakových ventilech a vstřikovacích tryskách. Použití
speciálních,
pro
požadavky
vstřikovacích
zařízení
přizpůsobených
filtrů
je
proto
předpokladem
pro bezporuchový provoz a dlouhou životnost.
Palivo může obsahovat vodu ve formě:
■ vázané (emulze)
■ nevázané (např. tvoření kondenzátu následkem změny
teplot)
Když se tato voda dostane do vstřikovacího systému, mohou
na základě koroze vzniknout poškození.
Obrázek 53 Palivový filtr
Systém vstřikování s tlakovým zásobníkem potřebuje stejně
jako jiné vstřikovací systémy palivový filtr se sběrnou
nádobkou na vodu. Voda musí být v příslušných intervalech
odpuštěna. Se vzrůstajícím počtem vznětových motorů
47
Studijní opora
v osobních vozidlech vychází najevo potřeba automatického hlásiče vody. Ukazuje
prostřednictvím varovné kontrolky, že musí být vypuštěna voda (povinnost v zemích,
ve kterých se vyskytuje vysoký podíl vody v palivu). (14)
Vysokotlaká část:
Vysokotlaké čerpadlo
(obr. 54)
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.
Obrázek 54 Vysokotlaké palivové čerpadlo první
generace
Sací zdvih
Překročí-li podávací tlak otvírací tlak vstupního podávacího ventilu (50 – 150 kPa) vstupuje
palivo přes sací ventil do válce, ve kterém se píst pohybuje směrem k dolní úvrati (tedy
nasává).
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 – 5 kW). 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 regulátor tlaku.
Vysokotlaký zásobník (Rail) uchovává palivo pod vysokým tlakem a vyrovnává výkyvy tlaku.
48
Studijní opora
Protože je objem zásobníku mnohem větší než jednotlivé odebírané dávky pro vstřik
nebo vstupující dávky při přetlaku v pístových jednotkách čerpadla, zůstává tlak v zásobníku
přibližně konstantní.
Snímač tlaku paliva v zásobníku
(obr. 55)
Obrázek 55 Snímač tlaku paliva a tlakový regulační
ventil na vysokotlakém zásobníku paliva
Je umístěný přímo na zásobníku
a předává signál řídící jednotce.
Elektronický
převodník
tlak/napětí
snímače je napájen napětím 5 V.
S rostoucím tlakem na membránu
snímače roste její průhyb a tím elektrický
odpor na ní nanesené piezoodporové
vrstvy.
Při tlaku 150 MPa udává firma Bosch
průhyb membrány až 1 mm a úbytek napětí 4,5 V, při nízkém tlaku pak signál jen 0,5 V. Při
absenci signálu počítá řídící jednotka s náhradní hodnotou a v nouzovém režimu nastaví vyšší
volnoběžné otáčky.
Tlakový regulační ventil
(obr. 55)
Může být namontován přímo na vysokotlakém zásobníku nebo na vysokotlakém čerpadle.
Tlakovým regulačním ventilem nastavuje řídící jednotka mezní tlak pro vysokotlaký zásobník
v závislosti na provozním stavu a ventil udržuje tento tlak konstantní.
Funkce
V bezproudovém stavu je do sedla vtlačována uzavírací kulička kotvou elektromagnetu
tlačenou pružinou. Tlak je regulován průtočným množstvím, na principu proměnného
škrtícího ventilu. Samotná pružina udrží tlak 10 MPa. Tlak se zvýší, přidá-li se k síle pružiny
síla elektromagnetu, buzeného šířkově modulovaným pulzním signálem. Tlak lze zvýšit
při volnoběhu na 40 MPa a při plné zátěži až na 185 MPa.
Vysokotlaké čerpadlo 2. generace
(obr. 56)
Na regulaci tlaku v zásobníku se dále podílí
při běhu teplého motoru měření množství
dodávaného paliva (regulace přítoku).
Při volnoběhu propouští vstupní dávkovací
proporcionální ventil do vysokotlakého
čerpadla jen malé množství paliva
a při plné zátěži přiměřeně více. Regulací
množství paliva vpouštěného
Obrázek 56 Vysokotlaké čerpadlo druhé generace
49
Studijní opora
do vysokotlakého čerpadla je možné snížit teplotu paliva i výkon potřebný k pohonu čerpadla.
Při běhu studeného motoru je tlak ve vysokotlakém zásobníku dále regulován přepouštěním
paliva přes tlakový regulační ventil zpět do nádrže.
Vstřikovač (obr. 57)
Elektromagneticky řízený vstřikovač umožňuje
přesné řízení časování i dávkování vstřiků včetně
předvstřiků a dodatečných vstřiků.
Konstrukce
Vstřikovač má tyto části:
● elektromagnetický ventil
● ovládací píst ventilu
● vysokotlaký ovládací prostor
● vstřikovací tryska
Obrázek 57 Elektromagneticky ovládaný
vstřikovač
Funkce
Vstřikovač uzavřen (klidový stav)
Přívodem proudí palivo jednak přes přívodní škrtící trysku do vysokotlakého ovládacího
prostoru nad pístem a také pod nadzvedávací kuželovou plochu jehly.
Kulička pod kotvou ventilu je tlačena silou tlačné pružiny do sedla a uzavírá odtokovou
škrtící trysku. Tlak na čelní plochu ovládacího pístku společně se silou pružiny převažují
nad nadzvedávacím tlakem a vstřikovací tryska zůstává uzavřena jehlou stlačovanou pístkem,
bez ohledu na tlak přiváděného paliva.
Vstřikovač otevírá (počátek vstřiku)
Při vybuzení elektromagnetického ventilu přitáhne cívka kotvu z klidové polohy mezi dvěma
tlačnými pružinami a uvolní tlak na kuličku. Přes odtokovou škrtící trysku pak odtéká
z ovládacího prostoru nad pístem více paliva, než do něj přitéká přes přívodovou škrtící
trysku, tlak na čelní plochu pístu poklesne a píst se nadzvedne tlakem paliva na nadzvedávací
kužel jehly proti síle pružiny. Jehla otevře vstřikovací trysku a začne vstřik.
Vstřikovač zavírá (konec vstřiku)
Přestane-li být buzena cívka ventilu řídící jednotkou, přesune se kotva působením obou
pružin do klidové polohy a zatlačí kuličku do sedla. Tím uzavře odtok přes odtokovou škrtící
trysku a v prostoru nad pístem se obnoví vysoký tlak. Píst stlačí jehlu trysky a tím se ukončí
vstřik. Rychlost uzavření závisí na průtoku paliva přívodní škrtící tryskou.
50
Studijní opora
Vícefázové vstřikování
(obr. 58)
Při vstřikování s předvstřikem, hlavním
vstřikem a dodatečným vstřikem jsou
potřeba rychlé elektromagneticky řízené
vstřikovače, buzené velkým proudem.
Používá se proud až 20 A při napětí
přibližně 100 V. K získání okamžité energie
pro velký proudový impulz při zapínání
elektromagnetu se využívá kondenzátor
Obrázek 58 Průběh třífázového vstřiku
velké kapacity v ovládacím obvodu. Při
velkém vybíjecím proudu se předá energie
z elektrického pole kondenzátoru do vznikajícího magnetického pole cívky.
Piezoelektricky řízený vstřikovač
(obr. 59)
Elektromagnetické ovládání škrtícího ventilu je možné nahradit piezoelektrickým ovládáním,
které je přibližně čtyřikrát
rychlejší
a
umožňuje
rozfázování vstřiku až na sedm
samostatných vstříknutí. Lze
tím dosáhnout změkčení chodu
motoru a snížení škodlivých
emisí. (15)
Zmíněná náhražka za magnet
je jakási věc, která je
v případě výrobku Siemens
složena ze 300 plátků křemene
o celkové výšce tří centimetrů.
Fór je v tom, že pokud do této
věci přivedete napětí 140 V,
Obrázek 59 Piezoelektrický vstřikovač
věc se prodlouží o 0,8 mm. Tento zdvih je zvětšen
dvojnásobně pomocí páky, jinak princip celého
vstřikovače je stejný, jako v případě ovládání
elektromagnetem.
Obrázek 60 Vstřik u piezoelektrického vstřikovače
51
Studijní opora
Obrázek 61 Piezoelektrický vstřikovač u CR 4. generace
Díky piezoelementu trvá proces otevření a uzavření vstřikovací trysky přibližně jednu
desetitisícinu vteřiny. Během jednoho cyklu tak lze vstříknout palivo pět a vícekrát (obr. 60).
(16)
Obrázek 62 Komponenty řídícího systému EDC s řízením vstřikovacího systému Common Rail
(17)
52
Studijní opora
1. Co u palivových soustav vznětových motorů znamená zkratka EDC?
2. Jaké provedení palivových soustav vznětových motorů s EDC znáte?
3. Charakterizujte a popište palivovou soustavu vznětového motoru se sdruženými
vstřikovači
4. Charakterizujte a popište palivovou soustavu vznětového motoru s tlakovým
zásobníkem
53
Studijní opora
5 Přeplňování motorů
Zdůraznit význam přeplňování vznětových motorů na výkonu motoru. Vysvětlit způsoby
regulace otáček dmýchadla v závislosti na provozních podmínkách motoru.
Klíčová slova: přeplňování motoru, dmychadlo, turbína, regulace tlaku
Obecně je výkon motoru při daném spalovacím prostoru dán:
zdvihovým objemem, otáčkami klikové hřídele, středním indikovaným tlakem v motoru.
Střední indikovaný tlak v motoru je dán množstvím nasátého vzduchu a tomu odpovídající
dodávkou paliva, nebo množstvím nasáté směsi u zážehových motorů. Množství vzduchu se
dá měnit přeplňováním. Množství vzduchu vyjadřuje tzv. součinitel plnění.
Součinitel plnění udává poměr mezi skutečnou náplní čerstvého plynu ve válci a teoreticky
možnou náplní válce na jeden pracovní oběh (tab. 1).
Přeplňování motorů znamená přeplňování
válců, to je doprava většího množství
vzduchu do stejného objemu válců a tomu
odpovídající zvýšená dodávka paliva. Tím se
zvýší výkon motoru. (18)
Tabulka 1
Součinitel plnění u motorů bez
přeplňování a s přeplňováním
dynamické
Způsoby přeplňování:
cizí
pulzní
rezonanční
s pohonem od výfukových plynů – turbo
s pohonem mechanickým – od klikové hřídele
dmychadlo s komorovým prostorem – Comprex
5.1 Dynamické přeplňování
Princip: Čerstvé plyny proudící v sacím potrubí mají určitou pohybovou energii. Otevřením
sacího ventilu se vyvolá zpětná tlaková vlna. Tlaková vlna se pohybuje proudem plynů zpět
rychlostí zvuku a naráží na otevřeném konci sacího potrubí na klidné prostředí. Zde se tlaková
vlna opět odráží a pohybuje se zpět směrem k sacímu ventilu. Pokud tato zpětná tlaková vlna
zasáhne sací ventil, když je právě otevřený, způsobí zlepšení plnění válce. Vzniká efekt
přeplňování. Frekvence kmitání (vlnění) závisí na délce sacího potrubí a rychlosti proudění
v potrubí, dané otáčkami motoru.
54
Studijní opora
5.1.1 Dynamické pulzní
přeplňování
Každý válec má samostatné sací
potrubí určité délky. Vhodnou volbou
délky sacího potrubí se kmity ovlivňují
tak, aby se tlaková vlna pohybovala
otevřeným sacím ventilem dovnitř
motoru a způsobila tím lepší naplnění
válce.
Obrázek 63 Souvislost mezi délkou sacího potrubí
s využitím kmitů a otáčkami
Platí: V nižších otáčkách motoru je vhodné dlouhé a tenké sací potrubí motoru, ve vyšších
otáčkách naopak krátké a široké (obr. 63).
Splnění tohoto požadavku se konstrukčně řeší sacím potrubím s proměnnou délkou (obr. 64).
Zde se kombinují krátká a dlouhá sací
potrubí. V dolní oblasti otáček proudí
vzduch dlouhým, tenkým sacím potrubím.
Zkrácené větve potrubí se uzavírají
klapkami nebo rotačním šoupátkem.
Při horní oblasti otáček se šoupátko či
klapky elektropneumaticky nebo elektricky
otevřou a všechny válce nasávají přímo
krátkým širokým sacím potrubím.
Obrázek 64 Laděná sací soustava s využitím kmitů
5.1.2 Dynamické rezonanční přeplňování
Pokud se frekvence sání daná otáčkami shoduje s frekvencí kmitů vln ve sloupci plynu,
dochází k rezonanci. Rezonance způsobuje další dynamické zvýšení tlaku plnění.
Rezonanční sací potrubí
(obr.65)
Obrázek 65 Soustava rezonančních sacích potrubí
U tohoto systému rezonančního potrubí se
například připojením druhého potrubí B
k prvnímu
potrubí
A
otevřením
nebo zavřením klapky mění vlastní
frekvence sací soustavy. To způsobí
optimální plnění válců v široké oblasti
provozních otáček a zlepšení průběhu
točivého momentu motoru. (19)
5.2 Cizí přeplňování
Princip:
V průběhu sacího zdvihu se vnějším dmychadlem dopravuje větší množství čerstvého plynu,
než by se do válce dostalo přirozeným sáním. Na konci sání je náplň již předběžně stlačena.
55
Studijní opora
5.2.1 Dmychadlo bez mechanického pohonu
Turbodmychadlo poháněné výfukovými plyny (obr. 66, obr. 67)
Dmychadlo je poháněno turbínou, využívající tepelné energie výfukových plynů. Zřejmého
účinku přeplňování je dosaženo až ve středních nebo vyšších otáčkách. Kromě toho mají tato
dmychadla určité zpoždění reakce na rychlé změny, protože výfukové plyny na základě
setrvačnosti nemohou sledovat rychlé změny zatížení. Dmychadla pracují s malými ztrátami
a neodebírají pro svůj pohon užitečný výkon.
Obrázek 66 Konstrukce turbodmychadla
poháněného výfukovými plyny
Obrázek 67 Schéma motoru s turbodmychadlem
poháněným výfukovými plyny
Obrázek 68 Rotor turbodmychadla
Rotor (obr. 68) tvoří turbínové kolo s hřídelí a dmychadlové (kompresorové) kolo.
Turbodmychadla dosahují otáček 50 000 až 240 000 ot.min-1. Výfukové plyny motoru
pohánějí v turbíně turbínové kolo a to společnou hřídelí kompresorové kolo.
Kompresor (dmychadlo) nasává čerstvý vzduch (směs) a po stlačení plní motor. Stlačením
v dmychadle se plnící vzduch zahřeje na teplotu až 180°C.
Chlazení plnícího vzduchu a plnící tlaky
Tabulka 2
Dmychadlem stlačený, zahřátý vzduch může
být před vstupem do válců ochlazen. Zvýší
se hustota vzduchu pro plnění válců. Větší
hmotnost vzduchu při stejném objemu
umožňuje použití většího množství paliva.
K chlazení vzduchu se používají takzvané
mezichladiče (angl. Intercooler), to je
Plnicí tlak v závislosti na chlazení
plnicího vzduchu
56
Studijní opora
výměníky tepla typu vzduch-vzduch, nebo kapalina-vzduch (tab. 2).
Tlaky plnění motoru přeplňovaného dmychadlem nesmí překročit tlaky stanovené výrobcem,
jinak by se mohl motor zničit.
Regulace tlaku přeplňování
Vedle nebezpečí zničení motoru vysokými tlaky plnění je velikost turbodmychadla
dimenzována tak, aby se docílilo efektu přeplňování i při středních otáčkách a malých
rychlostech proudění výfukových plynů. Důsledkem toho je, že při vysokých otáčkách motoru
a velkých množstvích výfukových plynů je plnící tlak dmychadla buď nepřípustně vysoký,
nebo jsou jeho otáčky nepřípustně vysoké. Proto se musí plnící tlak regulovat, obvykle
změnou výkonu turbíny.
Způsoby regulace plnícího tlaku:
mechanicko-pneumatická regulace
elektronická regulace
regulace změnou průtočného průřezu (např.
nastavitelnými rozváděcími lopatkami turbíny)
Mechanicko-pneumatická regulace plnícího tlaku (obr. 69)
Obrázek 70 Řídící ventil plnicího tlaku
Obrázek 69 Mechanicko-pneumatická regulace
plnicího tlaku
Snížení výkonu turbíny se dosahuje
vedením části výfukových plynů obtokem
do výfukového potrubí (by-pass). Obtok je
řízen regulačním ventilem, ovládaným
plnícím tlakem dmychadla (obr. 70). Plnící
tlak působí na membránu tlakového
snímače proti síle pružiny. Jakmile se
předepnutí pružiny plnícím tlakem
překoná, ventil se otevře a odpustí část
výfukových plynů do obtoku.
Obrázek 71 Regulace plnicího tlaku s obtokovou
klapkou
57
Studijní opora
Regulační ventil tlaku plnění může být umístěn na libovolném místě výfukové soustavy
před turbínou výfukových plynů. Místo ventilu se může použít řídící klapka (obr. 71).
Přitom je klapka, otvírající a zavírající obtok, spojena s řídícím prvkem, tj. tlakovým
snímačem, umístěným většinou ve skříni dmychadla, jednoduchým mechanizmem, obvykle
jen táhlem. Dostatečnou vzdáleností tlakového snímače od horkých částí turbodmychadla
s regulační klapkou není tepelné zatížení membrány snímače příliš velké a celé regulační
zařízení je provozně spolehlivé.
U zážehových motorů při uzavřené škrtící klapce (brzdění motorem), vytlačuje dmychadlo
do velkého protitlaku, který brání proudění a rotor s kolem dmychadla je brzděn tak, že
při náhlých změnách zatížení dochází ke zpoždění reakce dmychadla.
Aby se tento nežádoucí jev omezil a dmychadlo
při prudkém přechodu na plné zatížení otevřením
škrtící klapky se mohlo roztáčet bez omezení,
používá se v sací soustavě pojistný obtokový
ventil, řízený tlakem v sací soustavě (obr. 72).
Tento obtokový ventil (angl.Wastegate) se
nárůstem
tlaku
ve
výtlaku
dmychadla,
při uzavřené škrtící klapce otvírá a z větší části
přepouští stlačený vzduch zpět do sání dmychadla.
Obrázek 72 Obtokový ventil
Elektronická regulace plnícího tlaku
(obr. 73)
Optimální plnící tlak určuje řídící jednotka
z okamžité polohy škrtící klapky a signálu
snímače klepání. Jako korekční veličiny
slouží teplota nasávaného vzduchu, teplota
motoru a otáčky motoru.
Činnost:
Tlakový snímač sleduje plnící tlak a řídící
jednotka ovládá taktovací ventil. Taktovací
poměr (tzv. střída), řídí časový průtokový
průřez ventilu.
Obrázek 73 Elektronická regulace plnicího tlaku
58
Studijní opora
Příliš nízký plnící tlak:
Taktovací ventil otevře spojení mezi výtlakem a sáním dmychadla (obr. 74).
Na regulační ventil působí malý plnící tlak. Zůstane uzavřen. Turbína je poháněna celým
proudem výfukových plynů.
Příliš vysoký plnící tlak:
Snímač plnícího tlaku ohlásí řídící jednotce
pro regulaci tlaku plnění příliš vysoký plnící
tlak. Taktovací ventil uzavře spojení mezi
výtlakem a sáním dmychadla. Plnící tlak
v řídícím vedení vzroste a působí
na regulační ventil. Ten se otevře a proud
Obrázek 74 Taktovací ventil
plynů v turbíně se zmenší.
„Overboost“- (angl. přeplnění):
Jde o krátkodobé zvýšení plnícího tlaku, například při akceleraci. Jestliže se plynový pedál
rychle sešlápne, signál koncového spínače jeho polohy (angl. kick-down), prostřednictvím
řídící jednotky a taktovacího ventilu uzavře regulační ventil. Celý proud výfukových plynů je
veden přes turbínu, její výkon vzroste a plnící tlak dmychadla rovněž vzroste. Po dosažení
požadované rychlosti jízdy se opět obnoví původní rovnováha.
Regulace plnícího tlaku změnou průřezu
turbíny
(obr. 75)
Turbodmychadlo, kde plnící tlak je
regulován změnou geometrických rozměrů
průtočného průřezu turbíny (angl. Variable
Turbine Geometry – VTG), musí mít
zařízení zaručující změnu průřezu, např.
nastavitelné rozváděcí lopatky. Regulace
probíhá nezávisle na rychlosti proudění
výfukových plynů, dané otáčkami motoru.
Obrázek 75 Regulace plnicího tlaku (VTG)
Činnost:
Nízké otáčky motoru:
Aby byl k dispozici velký točivý moment
i při nízkých otáčkách motoru, musí být
plnící tlak vysoký. K dosažení potřebného
vysokého výkonu turbíny se její rozváděcí
lopatky nastaví tak, aby vstupní průřez byl
malý (úzký). Zúžení způsobí vysokou
rychlost proudu výfukových plynů
Obrázek 76 Poloha rozdělovacích klapek
59
Studijní opora
a současně působí dynamický tlak proudu výfukových plynů na vnější oblast lopatek turbíny
(velké rameno – velký moment). Otáčky turbíny se zvětší a tím se zvětší i plnící tlak (obr. 76).
Vysoké otáčky motoru:
Rozváděcí lopatky turbíny uvolní velký vstupní průřez, aby bylo možno zachytit velké
množství výfukových plynů i při vysokých otáčkách. Tím se dosáhne požadovaného tlaku
plnění, ale nepřekročí se (obr. 76).
Protože pro každý provozní stav lze polohou rozváděcích lopatek turbíny nastavit optimální
plnící tlak, odpadá obtokové vedení turbíny (by-pass).
Ovládání rozváděcích lopatek:
mechanické
elektropneumatické
5.2.2 Dmychadlo s mechanickým
pohonem
Rootsovo dmychadlo (obr. 77)
Dmychadlo je poháněno přímo od klikové
hřídele
motoru
přes
elektromagneticky
ovládanou spojku. Spojka dmychadlo odpojuje
například při chodu naprázdno a naopak
připojuje například při akceleraci s plným
zatížením. K pohonu dmychadla se však musí Obrázek 77 Rootsovo dmychadlo
s elektromagnetickou spojkou
vynaložit část užitečného výkonu motoru, jejíž
velikost závisí na aktuálním plnícím tlaku a otáčkách motoru. (20)
1. K čemu slouží a v čem spočívá přeplňování motorů?
2. K čemu slouží mezichladiče plnícího vzduchu?
3. Jaké znáte způsoby regulace plnícího tlaku?
60
Studijní opora
6 Tvorba směsi ve vznětových motorech
Objasnit princip činnosti soupravy žhavení, jakožto dnes běžně používaného pomocného
startovacího zařízení, které napomáhá studenému startu vznětových motorů a rovněž se podílí
na snižování emisí ve výfukových plynech krátce po startu, kdy ještě není motor zahřátý
na provozní teplotu.
Klíčová slova: přímé vstřikování, nepřímé vstřikování, žhavení, žhavicí svíčky
6.1 Porovnání způsobů vstřikování
U vznětových motorů se používají dva odlišné typy vstřikování:
● přímé vstřikování DI (direct injection) – vstřikování do neděleného spalovacího prostoru
● nepřímé vstřikování IDI ( indirect injection) – vstřikování do vstřikovací komůrky
děleného spalovacího prostoru, oddělené kanálem od prostoru válce
6.1.1 Vznětové motory s nepřímým vstřikováním (komůrkové motory)
(obr. 78)
Podle tvaru dělíme vedlejší
komůrky vznětových motorů
na tlakové komůrky a virové
komůrky. Ke vstřikování se
používají čepové trysky
(obr. 26).
Komůrka je vytvořena v hlavě
válce a do komůrky ústí
vstřikovací tryska i žhavicí
svíčka. Komůrka je spojena
s hlavním
spalovacím
Obrázek 78 Nepřímé vstřikování
prostorem radiálním kanálem
(tlaková
komůrka)
resp.
tangenciálním kanálem (virová 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.
61
Studijní opora
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.
6.1.2 Vznětové motory s přímým vstřikováním
(obr. 79)
Palivo je vstřikováno přímo do válců otvorovými tryskami
tlakem až 220 MPa do horkého vzduchu (přímý vstřik
do vzduchu). Spalovací prostor je tvořen zahloubením
ve dně pístu ( pístu) a plochou horní stěnou válce včetně
ventilů. Víření vzduchu potřebné k mísení paliva
při nasávání je možné dosáhnout vhodným tvarem sacího
kanálu a tvarem dna pístu.
Měkčího nárůstu tlaku ve válcích a tím klidnějšího chodu
motoru je možné dosáhnout vstřikem menšího množství
paliva ještě před hlavním vstřikem, tzv. předvstřikem. Obrázek 79 Přímé vstřikování
Ve srovnání s komůrkovými motory mají vznětové motory
s přímým vstřikováním díky menšímu povrchu spalovacího prostoru menší tepelné ztráty
a tím lepší účinnost (při využití energie paliva). Tyto motory potřebují zařízení pro studený
start jen při velmi nízkých teplotách okolí.
Tato zařízení jsou však běžnou součástí motorů kvůli omezení škodlivých emisí při studeném
startu a při zahřívání motoru.
Hlavní předností vznětových motorů s přímým vstřikováním oproti komůrkovým motorům je
menší spotřeba palivové směsi (až o 20%). Hlučný běh dřívějších vznětových motorů se daří
odstranit předvstřikem. Z uvedených důvodů již dnes vznětové motory s přímým
vstřikováním vytlačily téměř úplně komůrkové motory. (21)
6.2 Nastavování vícekanálového sacího potrubí
(obr. 80)
Má-li každý z válců dva sací ventily, má
ve více ventilovém rozvodu každé sací
potrubí dva kanály, a to šroubovitý sací kanál
a plnicí kanál, uzavíraný klapkou. Uzavírací
klapky plnicích kanálů jsou nastavované
řídící jednotkou. Klapky v sacích potrubích
všech válců jsou nastavovány jedním
Obrázek 80 Nastavování vícekanálového sacího potrubí
62
Studijní opora
motorem, ovládaným pulzním šířkově modulovaným signálem řídící jednotky.
Činnost:
Nízké otáčky a částečné zatížení:
Všechny klapky jsou uzavřeny. Do válců proudí prudce určité množství vzduchu jen
šroubovitými kanály a spirálovitě víří ve válcích, což zajistí i při chudé směsi dobré promísení
a tím dokonalé spálení bez vzniku pevných zplodin.
Vysoké otáčky a plné zatížení:
Klapky plnicích kanálů jsou stále otevřeny a motor má ve všech režimech nejlepší poměr
paliva a vzduchu ve směsi, má tedy optimální výkon i složení spalin. (22)
6.3 Pomocný startovací systém
Úlohou je usnadnit rozběh studeného vznětového motoru, zajistit plynulý a stabilní
volnoběh a snížit škodlivé emise.
S klesající teplotou klesá schopnost vznětového motoru nastartovat. Menší kompresní tlaky
a větší tepelné odvody studenými stěnami spalovacího motoru snižují teplotu stlačené směsi.
Za těchto okolností není bez pomocného systému start možný. Dále hrozí nebezpečí
zvýšených emisí (vzniku bílého a černého kouře).
K usnadnění startu vznětových motorů osobních automobilů se používají žhavicí svíčky.
U motoru s přímým vstřikováním může být v sacím potrubí umístěna žhavicí spirála
nebo vyhřívací objímka.
Tyčinkové (kolíkové, tužkové) žhavicí svíčky
(obr. 81)
Rozlišují se dva typy tyčinkových žhavicích svíček:
samoregulační tyčinkové žhavicí
svíčky
elektronicky regulované tyčinkové
žhavicí svíčky
Samoregulační tyčinkové žhavicí svíčky
Konstrukce
Obsahují žhavicí a regulační spirálu
z niklového drátu zapojené v sérii. Materiály
obou spirál mají kladné teplotní součinitele
odporu (PTC), avšak různých hodnot.
Obrázek 81 Konstrukce tyčinkových žhavicích
svíček
63
Studijní opora
Samoregulace
Po zapnutí žhavicí svíčky protéká velký proud, který silně zahřívá žhavicí spirálu a jejím
teplem se ohřívá kromě okolí i regulační spirála, která po zahřátí zvětší svůj elektrický odpor.
Tím poklesne společný proud a také počáteční velký výkon žhavicí spirály, který se
stabilizuje.
Samoregulační tyčinkové žhavicí svíčky mají většinou jmenovité napětí 11,5 V. Po zapnutí
dosáhnou potřebné žhavicí teploty 850°C za 2 až 7 sekund. Po ohřátí regulační spirály se
vyhřívací výkon stabilizuje na hodnotě 100 až 120 W. Regulační spirála má větší PTC
(kladný teplotní součinitel odporu) než topná spirála a menší tepelnou setrvačnost, proto je
účinným regulátorem.
Reléová ovládací jednotka žhavení
(obr. 82)
Ovládací jednotka spíná paralelně zapojené
žhavicí svíčky tak, aby podpořily optimálně
tvorbu palivové směsi.
Konstrukce ovládací jednotky
Ovládací
jednotka
se
skládá
z elektronického
časového
spínače
s kontrolkou připravenosti a výkonového Obrázek 82
relé pro spínání napájení žhavicích svíček.
Zapojení reléové ovládací jednotky
žhavení
Funkce žhavicího systému
(obr. 83)
Systém má tři po sobě následující provozní
režimy:
▪ předžhavení
▪ startovací žhavení
▪ provozní žhavení
Obrázek 83 Průběh teploty žhavicích svíček
Předžhavení
Je-li klíček zapalování otočen v poloze 1 (svorka 15), nastaví ovládací jednotka na základě
signálu snímače teploty chladicí kapaliny dobu předžhavení. Při teplotě chladicí kapaliny
nad 60°C se předžhavení nezapíná.
Startovací žhavení
Po zhasnutí indikace předžhavení pokračuje ještě 5 s žhavení. V této době by měl být motor
nastartován. Připojení přes svorku 50 zaručuje žhavení po celou dobu startování.
64
Studijní opora
Provozní žhavení
Po studeném startu následuje provozní žhavení. Je-li spínač volnoběhu rozpojen a tím
indikováno zatížení motoru, je provozní žhavení přerušeno. Při návratu do volnoběhu se
provozní žhavení opět zapíná. Provozní žhavení se při teplotě nad 60°C, nebo po 3 minutách
provozu vypne.
Elektronicky řízené žhavení
Pro minimalizaci doby rozžhavení je zkrácena regulační spirála žhavících svíček představující
pro žhavící vlákno předřadný odpor. Žhavící svíčky na jmenovité napětí 5 až 8 V jsou
při napětí 11 V žhaveny šířkově modulovaným pulzním proudem. Při počátečním zvýšeném
výkonu dosáhnou žhavící svíčky během jedné až dvou sekund teploty 1000°C. To umožní
start klíčkem (bez nažhavovací prodlevy) i při extrémně nízkých teplotách. Elektronická řídící
jednotka je vybavena polovodičovými výkonovými spínacími prvky pro spínání žhavícího
proudu, které nahrazují relé používaná dříve a umožňují řídit výkon (střední hodnotu)
šířkovou modulací pulzního proudu. Každá svíčka může být samostatně řízena, kontrolována
a testována.
Žhavící spirála a vyhřívací objímka
Jsou jako topné jednotky montovány do společné sběrné části sacího potrubí. Samoregulační
PTC topné jednotky dosahují při výkonu přibližně 600W povrchové teploty přibližně
900 až 1100°C a předehřívají nasávaný vzduch.
PRACOVNÍ ZÁSADY
Demontáž tyčinkových žhavicích svíček
● Je třeba brát v úvahu předepsané povolovací a utahovací momenty a používat momentový
klíč. Protože se mezi vyhřívací tyčinkou a hlavou válce usazují a zapékají pevné spaliny,
může se při vytáčení svíčky vykroutit tyčinka z držáku a zůstat zapečená v hlavě válce.
● Pokud se žhavicí svíčky nedají uvolnit předepsaným momentem, je třeba motor spustit
a ohřát a zkusit svíčky uvolnit na teplém motoru.
Montáž tyčinkových žhavicích svíček
● Před montáží nových žhavicích svíček je nutné vyčistit kanál v hlavě válce speciálním
výstružníkem
Test funkce
● Žhavící svíčky je možné připojit jenom na jmenovité napětí. Vymontovanou svíčku je
možné připojit na napětí jen na 1 až 3 sekundy, protože by se bez odvodu tepla hlavou válce
přehřála a zničila. (23)
65
Studijní opora
1. Jaké jsou rozdíly v činnosti a konstrukci vznětových motorů s přímým a nepřímým
vstřikem?
2. Jaký je účel žhavení vznětových motorů?
3. Jaké provozní režimy má systém žhavení a co se v nich děje?
4. Uveďte zásady montáže a demontáže žhavicích svíček motoru a podmínky testu jejich
funkce
66
Studijní opora
Seznam literatury
1. kolektiv, Rolf Gscheidle a. Příručka pro automechanika. [překl.] Iva Michňová a Zdeněk Michňa.
Praha : Sobotáles, 2001. str. 535. ISBN 80-85920-76-X.
2. —. Příručka pro automechanika. [překl.] Zdeněk Michňa, RNDr. Jiří Handlíř,CSc. Iva Michňová.
Praha : EUROPA - SOBOTÁLES cz., 2007. str. 294. ISBN 978-80-86706-17-7.
3. —. Příručka pro automechanika. [překl.] Iva Michňová a Zdeněk Michňa. Praha : Sobotáles, 2001.
stránky 535 - 543. ISBN 80-85920-76-X.
4. —. Příručka pro automechanika. [překl.] Zdeněk Michňa, RNDr. Jiří Handlíř, CSc. Iva Michňová.
Praha : EUROPA - SOBOTÁLES cz., 2007. stránky 292 - 294. ISBN 978-80-86706-17-7.
6. —. Příručka pro automechanika. [překl.] Zdeněk Michňa, RNDr Jiří Handlíř, CSc Iva Michňová.
Praha : EUROPA SOBOTÁLES cz., 2007. stránky 298 - 299. ISBN 978-80-86706-17-7.
Praha : EUROPA - SOBOTÁLES cz., 2007. str. 304. ISBN 978-80-86706-17-7.
11. Dittrich, Lukáš. Common Rail: systému čerpadlo-tryska odzvonilo. ZaVolantem.cz. [Online] 09. 09
2008. [Citace: 16. 01 2012.] http://www.zavolantem.cz/clanky/common-rail-systemu-cerpadlotryska-odzvonilo. ISSN 1803-0084.
12. Dr.-Ing. Ralf Isenburg, Dipl.-Ing. (FH) Micha Münzrnmay. Systém vstřikování nafty s tlakovým
zásobníkem Common Rail. [překl.] Ing. Radan Staněk Ing. Miloš Chlup. Praha : Robert Bosch GmbH,
1999. stránky 12 - 13. ISBN 80-902585-6-5.
13. kolektiv, Rolf Gscheidle a. Příručka pro automechanika. [překl.] Zdeněk Michňa, RNDr. Jiří
Handlíř, CSc. Iva Michňová. Praha : EUROPA - SOBOTÁLES cz., 2007. str. 248. ISBN 978-80-86706-177.
14. Dr.-Ing. Ralf Isenburg, Dipl.-Ing. (FH) Micha Münzrnmay. Systém vstřikování nafty s tlakovým
zásobníkem Common Rail. [překl.] Ing. Radan Staněk Ing. Miloš Chlup. Praha : Robert Bosch GmbH,
1999. str. 16. ISBN 80-902585.
67
Studijní opora
15. kolektiv, Rolf Gscheidle a. Příručka pro automechanika. [překl.] Zdeněk Michňa, RNDr. Jiří Handlíř
Iva Michňová. Praha : EUROPA - SOBOTÁLES cz., 2007. stránky 305 - 306. ISBN 978-80-86706-17-7.
16. Dittrich, Lukáš. Common Rail: systému čerpadlo-tryska odzvonilo. ZaVolantem.cz. [Online] 09. 09
2008. [Citace: 16. 01 2012.] http://www.zavolantem.cz/clanky/common-rail-systemu-cerpadlotryska-odzvonilo. ISSN 1803-0084.
17. kolektiv, Rolf Gscheidle a. Příručka pro automechanika. [překl.] Zdeněk Michňa, RNDr. Jiří
Handlíř, CSc., Iva Michňová. Praha : EUROPA - SOBOTÁLES cz., 2007. str. 307. ISBN 978-80-86706-177.
18. —. Příručka pro automechanika. [překl.] Zdeněk Michňa Iva Michňová. Praha : Sobotáles, 2001.
str. 371. ISBN 80-85920-76-X.
stránky 371 - 372. ISBN 80-85920-76-X.
ISBN 80-85920-76-X.
21. —. Příručka pro automechanika. [překl.] Zdeněk Michňa, RNDr. Jiří Handlíř, CSc., Iva Michňová.
Praha : EUROPA - SOBOTÁLES, 2007. stránky 289 - 290. ISBN 978-80-86706-17-7.
22. —. Příručka pro automechanika. Praha : EUROPA - SOBOTÁLES, 2007. ISBN 978-80-86706-17-7.
23. —. Příručka pro automechanika. [překl.] Zdeněk Michňa, RNDr. Jiří Handlíř, CSc., Iva Michňová.
Praha : EUROPA - SOBOTÁLES, 2007. stránky 290 - 292. ISBN 978-80-86706-17-7.
68
Studijní opora
Seznam obrázků
Obrázek 1
Obrázek 2
Obrázek 3
Obrázek 4
Obrázek 5
Obrázek 6
Obrázek 7
Obrázek 8
Obrázek 9
Obrázek 10
Obrázek 11
Obrázek 12
Obrázek 13
Obrázek 14
Obrázek 15
Obrázek 16
Obrázek 17
Obrázek 18
Obrázek 19
Obrázek 20
Obrázek 21
Obrázek 22
Obrázek 23
Obrázek 24
Obrázek 25
Obrázek 26
Obrázek 27
Obrázek 28
Obrázek 29
Obrázek 30
Obrázek 31
Obrázek 32
Obrázek 33
Obrázek 34
Obrázek 35
Obrázek 36
Obrázek 37
Obrázek 38
Obrázek 39
Obrázek 40
Obrázek 41
Obrázek 42
Palivová soustava vznětového motoru s řadovým vstřikovacím čerpadlem .................. 8
Pístové podávací čerpadlo ............................................................................................... 9
Schéma jednočinného dopravního čerpadla ................................................................... 9
Vinutá čistící vložka ....................................................................................................... 10
Hvězdicovitá filtrační vložka .......................................................................................... 11
Komorový čistič ............................................................................................................. 11
Palivový komorový čistič se zásobníkem vody .............................................................. 11
Dvojitý komorový čistič se zásobníkem vody ................................................................ 12
Předehřívání paliva tepelným výměníkem v okruhu chladicí kapaliny ......................... 12
Řadové vstřikovací čerpadlo .......................................................................................... 13
Vstřikovací jednotka řadového vstřikovacího čerpadla ................................................ 14
Řez vstřikovací jednotkou řadového vstřikovacího čerpadla ........................................ 14
Přeprava paliva ve vstřikovací jednotce ........................................................................ 15
Píst vstřikovací jednotky s přidanou regulační hranou................................................. 16
Výtlačný ventil s odlehčovacím pístkem ...................................................................... 16
Regulátor otáček ........................................................................................................... 16
Regulátor při nejvyšších otáčkách (plné zatížení)......................................................... 17
Pružný doraz regulační tyče .......................................................................................... 18
Pozitivní korekce............................................................................................................ 18
Negativní korekce .......................................................................................................... 19
Samočinný přesuvník vstřiku ......................................................................................... 19
Jednopružinový a dvoupružinový vstřikovač................................................................. 20
Tepelně izolační objímka ............................................................................................... 21
Otvorová a čepová tryska .............................................................................................. 22
Otvorové vstřikovací trysky ........................................................................................... 22
Čepová tryska ................................................................................................................ 23
Ruční tester vstřikovačů ................................................................................................ 23
Palivová soustava se vstřikovacím čerpadlem s rozdělovačem paliva .......................... 25
Lamelové čerpadlo ........................................................................................................ 26
Redukční ventil .............................................................................................................. 26
Škrtící tryska .................................................................................................................. 27
Princip činnosti rozdělovače paliva ............................................................................... 27
Odstředivý regulátor (volnoběh) ................................................................................... 28
Přesuvník vstřiku a akcelerátor studeného startu......................................................... 29
Určení dolní úvrati pístu rozdělovače............................................................................ 30
Jednopístové vstřikovací čerpadlo s rozdělovačem s elektronickou regulací ............... 34
Ventil přesuvníku vstřiku s regulačním ventilem .......................................................... 34
Signál snímače pohybu jehly trysky ............................................................................... 35
Indukční diferenciální snímač úhlu natočení ................................................................. 36
Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty (Bosch VP44) ....................................... 37
Schéma pohybu paliva v čerpadle VP44 ........................................................................ 38
Přesuvník vstřiku paliva nastavený na větší úhel předvstřiku ....................................... 38
69
Studijní opora
Obrázek 43
Obrázek 44
Obrázek 45
Obrázek 46
Obrázek 47
Obrázek 48
Obrázek 49
Obrázek 50
Obrázek 51
Obrázek 52
Obrázek 53
Obrázek 54
Obrázek 55
Obrázek 56
Obrázek 57
Obrázek 58
Obrázek 59
Obrázek 60
Obrázek 61
Obrázek 62
Obrázek 63
Obrázek 64
Obrázek 65
Obrázek 66
Obrázek 67
Obrázek 68
Obrázek 69
Obrázek 70
Obrázek 71
Obrázek 72
Obrázek 73
Obrázek 74
Obrázek 75
Obrázek 76
Obrázek 77
Obrázek 78
Obrázek 79
Obrázek 80
Obrázek 81
Obrázek 82
Obrázek 83
Fáze plnění vysokotlakého prostoru čerpadla............................................................... 39
Výtlačná fáze / počátek vstřiku ..................................................................................... 39
Řízení a regulační smyčky VP44 ..................................................................................... 40
Sdružený vstřikovač (vstřikovací jednotka) ................................................................... 40
Dodávka paliva .............................................................................................................. 41
Fáze činnosti sdružené vstřikovací jednotky ................................................................. 41
Palivová soustava s tlakovým systémem (Common Rail System) ................................. 43
Palivová soustava s tlakovými zásobníky 8válcového vidlicového motoru ................... 43
Elektrické palivové podávací čerpadlo .......................................................................... 47
Válečkové výstředníkové podávací čerpadlo................................................................ 47
Palivový filtr ................................................................................................................... 47
Vysokotlaké palivové čerpadlo první generace ............................................................. 48
Snímač tlaku paliva a tlakový regulační ventil na vysokotlakém zásobníku paliva ....... 49
Vysokotlaké čerpadlo druhé generace .......................................................................... 49
Elektromagneticky ovládaný vstřikovač ........................................................................ 50
Průběh třífázového vstřiku ............................................................................................ 51
Piezoelektrický vstřikovač ............................................................................................. 51
Vstřik u piezoelektrického vstřikovače .......................................................................... 51
Piezoelektrický vstřikovač u CR 4. generace.................................................................. 52
Komponenty řídícího systému EDC s řízením vstřikovacího systému Common Rail..... 52
Souvislost mezi délkou sacího potrubí s využitím kmitů a otáčkami ............................ 55
Laděná sací soustava s využitím kmitů .......................................................................... 55
Soustava rezonančních sacích potrubí .......................................................................... 55
Konstrukce turbodmychadla poháněného výfukovými plyny ....................................... 56
Schéma motoru s turbodmychadlem poháněným výfukovými plyny........................... 56
Rotor turbodmychadla .................................................................................................. 56
Mechanicko-pneumatická regulace plnicího tlaku........................................................ 57
Řídící ventil plnicího tlaku.............................................................................................. 57
Regulace plnicího tlaku s obtokovou klapkou ............................................................... 57
Obtokový ventil ............................................................................................................. 58
Elektronická regulace plnicího tlaku.............................................................................. 58
Taktovací ventil.............................................................................................................. 59
Regulace plnicího tlaku (VTG)........................................................................................ 59
Poloha rozdělovacích klapek ......................................................................................... 59
Rootsovo dmychadlo s elektromagnetickou spojkou ................................................... 60
Nepřímé vstřikování ...................................................................................................... 61
Přímé vstřikování ........................................................................................................... 62
Nastavování vícekanálového sacího potrubí ................................................................. 62
Konstrukce tyčinkových žhavicích svíček....................................................................... 63
Zapojení reléové ovládací jednotky žhavení ................................................................. 64
Průběh teploty žhavicích svíček..................................................................................... 64
70
Studijní opora
Seznam tabulek
Tabulka 1
Tabulka 2
Součinitel plnění u motorů bez přeplňování a s přeplňováním ........................................ 54
Plnicí tlak v závislosti na chlazení plnicího vzduchu .......................................................... 56
71
Studijní opora
Posudek odborného garanta
72
Projekt Moravskoslezského kraje TIME je zaměřen na podporu odborného
vzdělávání a návrh podmínek a nástrojů k nastavení krajského systému
specifického
odborně
a
profesně
orientovaného
dalšího
vzdělávání
pedagogických pracovníků (DVPP) v Moravskoslezském kraji pro potřeby
vybraných kategorií pedagogických pracovníků středních odborných škol.
Vzdělávací programy byly vytvořeny školními týmy metodiků odborného
vzdělávání z partnerských škol, které zapojily do realizačních týmů významné
odborníky z praxe a zástupce zaměstnavatelů s cílem zajistit co nejtěsnější
vazby na potřeby praxe i vývojových tendencí v příslušném oboru. Tyto týmy
zajišťují celý proces přípravy i realizace vzdělávacích programů od tvorby,
pilotního ověření, inovace na základě zpětné vazby a získaných poznatků,
následnou realizaci v rámci vzdělávání pedagogů jiných škol i akreditaci
těchto programů pro potřeby DVPP. Takto mohou být výstupy projektu dále
šířeny prostřednictvím pilotních partnerských škol, které v roli regionálního
oborového centra zajistí specifické DVPP pro potřeby učitelů odborných
předmětů, učitelů odborného výcviku a praktického vyučování z vybraných
oblastí i po ukončení tohoto krajského projektu.
)
73

2 Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem

Transkript

Podobné dokumenty

ZDE - k622 - analýza dopravních nehod

handmuster aussen RevB offen.indd

Libor Hadrava

Řízené vznětové systémy

merged_document_2

Biosférická rezervace - Biosphärenreservat Oberlausitzer Heide

EX4 / EX5 / EX6 / EX7 / EX8

Snímače síly a zrychlení

Fyzická a mapová příprava žactva DH10 až DH14

sr-tp-sps-04-03b

PDF verze

SKOL_SD-VPD - Jak najít závadu na palivové soustavě BOSCH VE

Emise vznětového motoru a systém SCR