1.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z elementami aparatury paliwowej silników z zapłonem iskrowym oraz zbadanie działania pompki paliwowej.

2. Wstęp.

Układ zasilania jest zespołem urządzeń zapewniających wytworzenie i dostarczanie odpowiedniej ilości i wymaganej jakości mieszanki paliwowo-powietrznej. Budowa tego układu zależy od typu silnika. W silnikach o zapłonie iskrowym stosowane sa dwa rodzaje układu zasilania: gaźnikowy (przechodzący do historii) i wtryskowy (obecnie powszechnie stosowany). Natomiast w silnikach wysokoprężnych stosuje się wyłącznie wtryskowy układ zasilania, w którym wtryskiwacz wtryskuje paliwo do komory wstępnej, komory wirowej bądź bezpośrednio do cylindra pod ciśnieniem 10 - 20 MPa (w najnowszych układach ponad 100MPa).

              Elementy aparatury paliwowej silnika z zapłonem iskrowym to:

1.      Filtr paliwa czyści zanieczyszczone paliwo. Filtry paliwa stosowane w układzie zasilania silników o zapłonie samoczynnym powinny filtrować cząstki pyłków większe niż 3 μm oraz wytrącać zawartą w paliwie wodę. Natomiast filtry paliwa stosowane w silnikach benzynowych powinny filtrować cząstki pyłków większe niż 10 μm. Filtrowanie benzyny jest łatwiejsze niż oleju napędowego, gdyż benzyna ma mniejszą gęstość i lepkość niż olej jest jednak bardziej łatwopalna.

2.      Gaźnik - urządzenie tworzące mieszankę paliwowo-powietrzną o odpowiednim składzie w silnikach spalinowych benzynowych. W gaźniku następuje dozowanie paliwa, jego odparowanie i wymieszanie par paliwa z powietrzem oraz dostarczenie odpowiedniej ilości wytworzonej mieszanki poprzez kolektor dolotowy do cylindra. Jest częścią układu zasilania silnika spalinowego.

3.      Zbiornik paliwa.

4.      Pompa paliwa. Wcześniej powszechnie stosowane były pompy zasilające napędzane mechanicznie. Są to z reguły pompy przeponowe, w których ruch przepony jest wymuszany przez mimośród umieszczony na wałku rozrządu. Ruch przepony ku dołowi powoduje zasysanie do pompy paliwa przez zawór ssawny, natomiast ruch przepony ku górze wytłaczanie zassanego paliwa przez zawór tłoczny do gaźnika. Pompy z napędem mechanicznym praktycznie już sienie używa i zastały one zastąpione przez pompy elektryczne.

5.      Przewody paliwowe.

Pierwszym aparatem dozującym benzynę do tłokowych silników spalinowych o zapłonie iskrowym był gaźnik uzupełniany przez urządzenia dodatkowe. Mimo prób automatyzacji i dołączania do gaźników dodatkowych układów usprawniających ich działanie, nie uzyskano zadawalającej poprawy, adekwatnej do ponoszonych kosztów. Gaźniki zostały wyparte przez układy wtrysku benzyny. W pierwszych mechanicznych układach wtryskowych benzyny stosowane były wtryskiwacze robocze otwierane hydraulicznie. Sterowanie dawką paliwa polega na przesuwaniu tłoka sterującego. Wywołuje to zmianę wielkości przekroju prostokątnych szczelin sterujących w tulei szczelinowej rozdzielacza paliwa. Regulacja strumienia paliwa w rozdzielaczu jest jednak obarczona wieloma niemierzalnymi zakłóceniami (związanymi z mechanicznymi elementami układu wtryskowego) oraz charakteryzuje się zwłoką działania (brak jest możliwości precyzyjnego odmierzania dawki paliwa z wtrysku na wtrysk). Układy wtrysku mechanicznego zastąpione zostały układami wtrysku elektromagnetycznego. System zasilania składa się z elektrycznej pompy paliwa zanurzonej w zbiorniku paliwa, przewodów paliwowych, przewodów powrotnych, filtra paliwa, listwy paliwowej, regulatora ciśnienia paliwa z wtryskiwaczami. Ciśnienie w systemie zasilania wytwarza zanurzona w zbiorniku pompa paliwa. Wydatek pompy paliwa jest tak zaprojektowany, że pompa zapewnia ciśnienie paliwa przewyższające maksymalne zapotrzebowanie silnika. Ten nadmiarowy wydatek gwarantuje prawidłową dawkę paliwa we wszystkich warunkach pracy silnika. Podstawowa funkcja regulatora ciśnienia to zabezpieczenie stałości spadku ciśnienia na wtryskiwaczu. Nadmiar paliwa z regulatora odprowadzany jest z powrotem do zbiornika paliwa.

Wtryskiwacz elektromagnetyczny jest w uproszczeniu zaworem sterowanym elektrycznie. Jeżeli przez jego cewkę przepływa prąd elektryczny o odpowiedniej wartości - wtryskiwacz jest otwarty, jeżeli prąd nie płynie - wtryskiwacz jest zamknięty. Jest to element praktycznie dwustanowy, w związku z czym dawkę przepływającego paliwa reguluje się nie za pomocą zmiany wartości prądu sterującego, lecz przez regulację czasu załączenia i wyłączenia. Zmiana dawki paliwa odbywa się zatem przez zmianę czasu otwarcia wtryskiwacza, przy utrzymywaniu stałej różnicy pomiędzy ciśnieniem w układzie paliwowym a ciśnieniem ośrodka, do którego wtryskiwane jest paliwo.

Jednopunktowe układy wtryskowe SPI (ang. - Single Point Injection ) posiadają jeden elektronicznie sterowany wtryskiwacz. Jest on zamontowany centralnie w stosunku do cylindrów, bezpośrednio nad przepustnicą we wspólnej z nią obudowie. Wtryskiwacz podaje paliwo przed przepustnicę synchronicznie do kolejnych suwów napełniania poszczególnych cylindrów. Podstawową wadą takiego rozwiązania jest niejednakowy rozdział mieszanki w cylindrach. Masa paliwa przeznaczonego do określonego cylindra, ze względu na stosunkowo dużą odległość pomiędzy miejscem wtrysku a zaworem dolotowym, może ulec zmniejszeniu lub zwiększeniu na rzecz pozostałych cylindrów. W układach wtrysku jednopunktowego jeden wtryskiwacz obsługuje wszystkie cylindry. Początek wtrysku praktycznie nie ma wpływu na pracę silnika.

Wielopunktowe układy wtrysku benzyny MPI (ang. - Multi-Point Injection) posiadają zamontowane w kanałach dolotowych wtryskiwacze w liczbie równej liczbie cylindrów. Główne zalety układów wtrysku wielopunktowego w porównaniu z układami wtrysku jednopunktowego to zwiększenie:

·         współczynnika napełniania spowodowane mniejszymi oporami w kanałach dolotowych, stawianych przepływowi mieszanki,

·         średniego ciśnienia użytecznego wskutek bardziej równomiernego dostarczania mieszanki do poszczególnych cylindrów,

·         zdolności do przyspieszeń w całym zakresie prędkości obrotowych i obciążeń dzięki szybszej reakcji układu na nowe warunki pracy.

Pierwsze układy wtrysku wielopunktowego podawały paliwo jednocześnie do wszystkich kanałów dolotowych, niezależnie od przebiegu procesu roboczego. Tymczasem początek wtrysku powinien być synchronizowany zgodnie z otwarciem zaworu dolotowego - ma to decydujący wpływ na rozkład mieszanki w cylindrze. Zdecydowany skok jakościowy układów MPI nastąpił w chwili, gdy liczba kluczy sterujących dorównała liczbie wtryskiwaczy. Uzyskano w ten sposób możliwość dowolnego kształtowania przebiegu wtrysku w każdym cylindrze osobno. Z tego względu takie układy wtrysku wielopunktowego wyróżnia się nazywając je układami sekwencyjnymi SFI (ang. - Sequential Fuel Injection). Układy jednopunktowego oraz wielopunktowego wtrysku benzyny tworzą w cylindrze mieszankę zbliżoną do homogenicznej, prawie zawsze stechiometryczną. Tworzenie mieszanki paliwowo-powietrznej odbywa się w trakcie dolotowym oraz wewnątrz cylindrów. Bezpośredni wtrysk benzyny do cylindra jest jednym ze sposobów uwarstwienia mieszanki w cylindrze. Układy takie znajdują się obecnie w fazie rozwoju, należy jednak zaznaczyć, że mieszanka uwarstwiona stosowana jest w tego typu silnikach jedynie dla małych obciążeń i małych prędkości obrotowych. Sygnał sterujący (czas otwarcia wtryskiwacza) ma charakter impulsu o pewnej długości czasowej. Dłuższy impuls oznacza zwiększenie wtryśniętej dawki paliwa. Algorytm sterowania wtryskiem składa się z kilku faz. Pierwsza faza wyznacza chwilę początku wtrysku bazując na pomiarze numeru cylindra oraz położenia wału korbowego (faza synchronizacji). Następnie w oparciu o warunki pracy silnika wybierana jest zadawana wartość współczynnika nadmiaru powietrza l (faza strategii). Znając wartość zadanego składu mieszanki następna faza (kalkulacja) szacuje masę zasysanego powietrza w oparciu o wskazania różnych zestawów czujników pomiarowych (charakterystyka statyczna napełniania) oraz model procesów zachodzących w kolektorze dolotowym (korekcja zjawisk dynamicznych). Następnie dokonywana jest korekcja czasu wtrysku zgodnie z aktualnym napięciem akumulatora (korekcja). W sytuacji, gdy zadana jest mieszanka stechiometryczna obliczenia kończy faza regulacji bazująca na obecnym i wcześniejszych wskazaniach czujnika tlenu (regulacja).

3. Przebieg ćwiczenia.

              Pomiar ciśnienia tłoczenia.

Ciśnienie tłoczenia, w zależności od typu pompy winno się zawierać w granicach 10-37 kN/m2.

Po odłączeniu napędu pompy ciśnienie to nie powinno zmniejszyć się w czasie 30 s więcej niż o 10 kN/m2.

Pomiar podciśnienia ssania.

Podciśnienie ssania, w zależności od typu pompy powinno zawierać się w granicach 30-53 kN/m2.

Po odłączeniu napędu pompy prędkości spadku podciśnienia nie powinna przekraczać 15 kN/m2 w ciągu 30 s.

4.Wyniki pomiarów i obliczania

Średnica dysz użyta do pomiaru odczytana z tabeli d=1,25 mm.

5.Wnioski

Po przeprowadzeniu badań stwierdzam, że pompka działa prawidłowo. Spadek ciśnienia ssania (podciśnienia) po 30 s nie przekroczył Δmax=15 kN/m2 zaś ciśnienie tłoczenia utrzymuje stałą wartość po 30 s. Okazało się, że badana pompka nie posiada nieszczelności i jest w pełni sprawna.

Z danych otrzymany podczas przeprowadzanie badań podczas zajęć obliczyliśmy spadek ciśnień tłocznego (nadciśnienia) i ssawnego (podciśnienia) w czasie 30s. Z uzyskanych obliczeń wynika iż wartości spadków ciśnień ssawnego oraz tłocznego mieści się w dopuszczalnych granicach. Wartość zmierzonych ciśnień mieści sie w granicach dopuszczalnych wartości ciśnień dla tłocznego a ssania osiągając wartości kolejno 29,41 i 22.55. Zatem pompa pracuje prawidłowo.