1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zbadanie elementów układów zasilania silnika o zapłonie samoczynnym z sekcyjną pompa wtryskową.

2. Wstęp.

Common rail - nowoczesna wersja systemu bezpośredniego wtrysku paliwa w silnikach Diesla. W tradycyjnym układzie wtrysku paliwa w silnikach Diesla, pompa sekcyjna wytwarza tylko w określonych, dla poszczególnych cylindrów, momentach ciśnienie, które otwiera wtryskiwacz i paliwo zostaje rozpylone w cylindrze lub komorze spalania. Ten system wymaga korektora dawki paliwa (przy pompie sekcyjnej), gdyż dawka paliwa rośnie w funkcji obrotów (bez tego silnik charakteryzowałby się niestatecznością obrotów). Nowszym rozwiązaniem jest pompa rozdzielaczowa, nie wymagająca już korektora dawki. W systemie Common rail pompa wytwarza cały czas ciśnienie, akumulator ciśnienia wyrównuje ciśnienie, zaś wtryskiwacze otwierane są elektronicznie. Właśnie rozwój elektroniki i precyzji obróbki wtryskiwaczy (mikrodawki paliwa) sprawił, że system common-rail mógł się zrealizować w praktyce. W systemie tym wtrysk odbywa się pod znacznie wyższym ciśnieniem (nawet o około 10 razy wyższym niż ma to miejsce w klasycznych układach wtryskowych). Rozwój elektroniki umożliwił praktyczne wykorzystanie systemu akumulatorowego pod szyldem Common rail. Sterowanie elektroniczne oraz szybkie otwieranie i zamykanie wtryskiwacza (znikomy czas zwłoki) pozwala na podział dawki paliwa na 3 etapy: dawka pilotująca, dawka właściwa oraz dawka dopalająca. W kolejnych generacjach silnika Common rail jak np. MultiJet Fiata liczba etapów wtrysku może być większa niż 3 i nie musi być stała - może się zmieniać w zależności od takich czynników jak obciążenie silnika, obroty itp. Silniki Common rail charakteryzują się:

·         lepszym spalaniem paliwa,

·         wysoką sprawnością termodynamiczną,

·         mniejszym wydzielaniem ciepła,

·         mniejszym hałasem,

·         mniejszą emisją spalin niż silniki poprzedniej generacji.

·         łatwością uzyskania wysokich parametrów użytkowych (moc, moment obrotowy).

Wiele wspomnianych zalet wynika z podziału dawki paliwa na kilka etapów. Ponieważ wszystkie rodzaje paliw do silników diesla charakteryzują się tzw. zwłoką zapłonu - zastosowanie małej dawki pilotażowej przed GMP pozwala na podanie dawki właściwej w obszar zapłonu dawki pilotażowej - przez co praca silnika jest bardziej miękka i cicha - przy zachowaniu wysokiej sprawności termodynamicznej silnika. Silniki zasilane systemem Common Rail (lub też pompowtryskiwaczami) wymagają dobrej jakości oleju napędowego, wtryskiwacze pracują pod dużym ciśnieniem każde zanieczyszczenie paliwa może przyczynić się do powstania uszkodzeń. Silniki Common rail zostały jako pierwsze użyte przez Fiata w modelach Alfa Romeo w 1997 roku, a technologia jest powszechnie używana przez Fiata pod nazwą JTD oraz MultiJet. Różni ich nie tylko oznaczenie producenta (JTD, HDI, DCI, CDI, TDCI, CRDI, CDTI, CTDI czy TDI w modelach koncernu VW, który również zdecydował się na stosowanie systemu CR, także w jednostkach skonstruowanych jako silniki z pompowtryskiwaczami - np. 2.0TDI), ale także generacja systemu. Obecnie najpowszechniej stosowany jest system Common Rail tzw. II generacji. Charakteryzuje się on ciśnieniem 1600 bar i wielofazowością wtrysku (do 7 faz, najczęściej 5). Powoli wchodzi do sprzedaży III generacja systemu zasilania CR, jednak obecnie (maj 2007) jeszcze rzadko stosowany (np. Audi w silniku 3.0 TDI - silnik ten jako pierwszy z grupy VW nie wykorzystuje pompowtryskiwaczy ze względu na twardą pracę i wysoki poziom hałasu oraz niższą kulturą pracy jednostek zasilanych za pomocą pompowtryskiwaczy potocznie oznaczanych jako TDI-PD, Renault 2.0dCi 175KM a także 1.5 dCi 105KM, silnik koncernu PSA 1.6 (HDI, TDCI czy po prostu D - takie oznaczenie stosuje Volvo)). Również firma Toyota opracowała zaawansowany silnik oznaczony D4D. I generacja CR już jest praktycznie nie stosowana w nowych samochodach osobowych. Jednak na rynku wtórnym powszechnie spotyka się silniki Diesla zasilane tym systemem. Charakteryzuje się on ciśnieniem wtrysku rzędu 1350 bar. System ten jest stosowany też do zasilania silników samochodów ciężarowych.

Pompa sekcyjna jest zespołem pomp tłoczących paliwo (tzw. sekcje wtryskowe), każda z sekcji obsługujących jeden cylinder. Wszystkie sekcje są połączone ze sobą listwą zębatą która obracając wszystkie tłoczki wzdłuż osi podłużnej steruje dawką podawanego paliwa (mocą silnika).Podczas pracy silnika tłoczek pompy sekcyjnej wykonuje ruch posuwisto – zwrotny (podanie dawki paliwa) natomiast podczas zmiany mocy (zmiany dawki paliwa) dochodzi do tego ruch obrotowy tłoczka względem cylindra za pomocą listwy zębatej.

Pompa rozdzielaczowa jest urządzeniem stosowanym do hydraulicznego wtrysku paliwa w silniku o zapłonie samoczynnym. Jest to pompa wirnikowa, wewnątrz której jest cylinder i tłoczki podające dawkę paliwa. Podczas pracy silnika jego parametry (moc) odbywa się poprzez dławienie dopływu z pompy zasilającej. Pompy rozdzielaczowa ma jedna charakterystykę o zmiennym początku i stałym końcu wtrysku. Z tego powodu instalacja hydraulicznego wtrysku paliwa wymaga regulatora kąta wyprzedzenia wtrysku. Pompy rozdzielaczowe były bardzo popularne (począwszy od początku lat w 70-tych XX wieku) silnikach służących do napędu pojazdów (szczególnie samochodów osobowych) i są produkowane oraz stosowane do dziś. Jednak z uwagi na kwestie ekologii (normy czystości spalin) i emisję dwutlenku węgla na jednostkę pracy (i wynikające z tego zużycie paliwa przez pojazd) są stopniowo wypierane przez nowsze systemy hydraulicznego wtrysku paliwa do których zaliczamy:

Pompowtryskiwacz jest to urządzenie do hydraulicznego wtrysku paliwa w silniku o zapłonie samoczynnym. Pompowtryskiwacz składa się z cylindra w której ruch posuwisto–zwrotny odbywa tłok–iglica. W cylindrze, przy stożku iglicy znajduje się komora pompowtryskiwacza, a wzdłuż cylindra jest układ przewodów (kanalików) doprowadzających wstępnie sprężone paliwo. Działanie pompowtryskiwacza polega na:

·         ruchu tłoka – iglicy do góry, podczas ruchu iglicy, dochodzi do wypełnienia komory nagrzanym powietrzem z przestrzeni nad tłokiem (podczas suwu sprężania)

·         dopływie paliwa do komory pompowtryskiwacza, do jego wstępnego odparowania w nagrzanej komorze i dobrego wymieszania się z powietrzem (łącznie z częściowym utlenianiem się paliwa), co ma duże znaczenie w ograniczeniu do minimum tzw. zwłoki zapłonu.

·         ruchu tłoka – iglicy na dół, co sprawia wtryśnięcie odparowanego paliwa do przestrzeni nad tłokiem w pobliżu GMP.

Pompowtryskiwacze, w swej pierwotnej wersji były sterowane wyłącznie na drodze mechanicznej znanej jako układ silnika Cummins. Rozwój elektrozaworów a ściślej elektrozaworów o znikomym czasie zwłoki działania doprowadził do rozwoju pompowtryskiwaczy II generacji. Pozwalają one na podział dawki paliwa na dwie - dawkę wstępną (pilotażową) i dawkę zasadniczą. Dawka zasadnicza jest podawana z pewnym opóźnieniem po to, aby wtrysk odbył się w obszar początków samozapłonu dawki pilotażowej - przez co praca silnika jest cichsza i mniej "twarda" (łagodniejsze narastanie ciśnienia nad tłokiem).Rozwój elektroniki i elektronicznych układów wtryskowych (znanych pod postacią systemu common rail i pozwalających na podawanie dawki paliwa w kilku porcjach - w tym porcji dopalającej) sprawia, że tego typu system zasilania ma przewagę pod względem ekologicznym (spełnienie wysokich wymagań czystości spalin). Wiele wytwórni już dziś nie rozwija technologii pompowtryskiwaczy. Wspomniane elementy sprawią, iż w ciągu najbliższych lat produkcja nowych silników zasilanych pompowtryskiwaczami będzie stopniowo malała

3.Przebieg ćwiczenia.

Do badania pompy wtryskowej wykorzystujemy stół probierczy.

Wykonujemy następujące czynności:

1.            Ustawiamy obroty wału pompy na zadaną wartość. Mierzymy ilość wtryśniętego pilawa po 100 wtryśnięciach. Pomiaru dokonujemy zwiększając prędkość od 300 do 1100 obr/min co 100 obr/min.

2.            Mierzymy kąty między wtryśnięciem do poszczególnych sekcji w kolejności 1-5-3-6-2-4-1 za pomocą lampy stroboskopowej.

4. Wyniki pomiarów i obliczeń.

Tabela1.

Ilość paliwa wtryśniętego do poszczególnych sekcji przy różnych obrotach.