Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Koncepční řešení laboratoře palivových soustav vznětových motorů
Bakalářská práce
Brno 2006
Vedoucí diplomové práce:
Vypracoval:
Doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc.
Martin Špaček
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma……………………………………….
……………………………………………………………………………………….. vypracoval(a) samostatně a použil(a) jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně,dne…………………………..
Podpis
……………………
Poděkování
Děkuji panu doc.Ing.Miroslavu Havlíčkovi, CSc. za metodické vedení a cenné rady, které mi během řešení této bakalářské práce vždy ochotně poskytoval.
Annotation Automotive industry is developing and automobile systems are more sophisticated and complex than they have ever been before. It is connected with increasing demands on tests of engines and their fuel delivery systems with emphasis on their engine exhaust emission, according to strict international limits and standards. Fuel delivery systems are tested, adjusted and their variables are measured in the laboratories of fuel delivery system of compression ignition oil engines (CI engines). Test apparatuses of fuel pumps and fuel injection valves should be standard equipment in modern laboratories of fuel delivery system of CI engines. These equipments must be operated only by skilled workers, who are properly trained by companies producing and selling the equipment for laboratories.
1. Úvod.................................................................................................................. 1 2. Palivová soustava vznětového motoru........................................................... 2 3. Základní rozdělení palivových soustav ......................................................... 3 3.1 Palivové soustavy se stejným počtem vstřikovacích jednotek jako je počet válců motoru ....................................................................................................... 3 3.1.1 Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem ........................ 3 Princip činnosti....................................................................................................... 3 3.1.2 Samostatné vstřikovací jednotky .......................................................... 4 3.2 Palivová soustava motoru s rotačním vstřikovacím čerpadlem .................. 4 3.2.1 Rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem ................................... 5 3.2.2 Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty ................................... 5 3.3 Nové palivové soustavy s elektronickou regulací ........................................ 6 3.3.1 Sdružené vstřikovací jednotky PDE ..................................................... 6 3.3.2 Sdružený vstřikovací systém PLD........................................................ 7 3.3.1 Vstřikovací systém s tlakovým zásobníkem Common Rail ................. 8 4. Vstřikovače .................................................................................................... 11 4.1 Standardní vstřikovač ................................................................................ 11 4.2 Dvoupružinový vstřikovač se snímačem pohybu jehly............................. 12 4.3 Vstřikovač s elektromagnetickým ventilem .............................................. 12 5. Vstřikovací trysky .......................................................................................... 14 6. Způsoby vstřikování...................................................................................... 15 6.1 Konvenční vstřikování .............................................................................. 15 6.2 Vstřikování u systému s tlakovým zásobníkem ........................................ 16 7. Dopravní palivová čerpadla ......................................................................... 17 8. Čistění paliva ................................................................................................. 18 9. Palivové potrubí ............................................................................................ 19 9.1 Nízkotlaké palivové potrubí ....................................................................... 19 9.2 Vysokotlaké potrubí ................................................................................... 20 10. Zkoušení a seřizování vstřikovacího zařízení............................................ 21 10.1 Zkušební stanice na vstřikovací čerpadla pro dieselový motor............... 21 10.2 Zkoušky a seřizování vstřikovačů ........................................................... 27 10.2.1 Seřízení vstřikovače.......................................................................... 27 10.2.2 Testování vstřikovačů systému Common Rail ................................. 28 11. Koncepční řešení laboratoře palivových soustav vznětových motorů ... 31 12. Závěr............................................................................................................. 36 13. Literatura..................................................................................................... 37
1
1. Úvod Ve své bakalářské práci jsem se zabýval problematikou vznětových motorů, a to konkrétně laboratoři palivových soustav. Myslím si, že dnes problematika vznětových motorů nejde přehlédnout, protože celé zemědělství, stavebnictví, doprava a jiná odvětví našeho hospodářství jsou na vznětových motorech závislá. Vzhledem k těmto skutečnostem je nutné, aby nastavení parametrů palivové soustavy bylo přesné a optimální. S přibývajícími nároky na dopravu se kladou vysoké požadavky na palivovou soustavu. Já jsem se zaměřil na palivovou soustavu vznětových motorů, na jejich zkušební zařízení, zkoušení a seřizování vstřikovacího zařízení. Dnešní směr v oblasti palivových soustav vznětových motorů určují hlavně sdružené vstřikovací jednotky, které pracují s vysokými otvíracími tlaky, a systémy Common Rail, které mají ve své soustavě zásobník tlaku. Naproti tomu je ještě dnes stále dost strojů se vznětovými motory, kde je použito klasické řadové vstřikovací čerpadlo.
2
2. Palivová soustava vznětového motoru Palivová soustava musí zajistit dodávku stejného množství paliva do všech válců ve stanoveném okamžiku a množství. Dodávka paliva musí odpovídat požadovanému průběhu točivého momentu motoru a její regulace musí být plynulá a snadná. Palivo musí být do válce dodávané s velkou přesností a v některých případech i v několika samostatných vstřikovacích. Pro dokonalé rozprášení se u motorů s přímím vstřikem používají vysoké tlaky (až 200MPa). Na funkci palivové soustavy závisí průběh spalování ve válci a tedy i dosahované parametry a ekonomika práce motoru. Palivový systém vznětového motoru je tvořen nízkotlakou a vysokotlakou části.Nízkotlaká část zajišťuje dopravu paliva z nádrže přes čistič k vysokotlaké části. Kromě dopravy paliva zajišťuje z pravidla také chlazení vstřikovacího čerpadla. Vysokotlaká část zajišťuje vytvoření vysokého tlaku paliva, jeho dopravu ke vstřikovačům a dávkování paliva přes trysku do spalovacího prostoru.
3
3. Základní rozdělení palivových soustav 3.1 Palivové soustavy se stejným počtem vstřikovacích jednotek jako je počet válců motoru
3.1.1 Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem K hlavním částem této palivové soustavy (obr. 3.1) patří: Zařízení pro dopravu a čištění paliva (nízkotlaký okruh): -
palivová nádrž (1) se sítkem
-
nízkotlaké palivové potrubí
-
dopravní (podávací) palivové čerpadlo (2)
-
jemný čistič paliva (3)
Vstřikovací zařízení (vysokotlaký okruh): -
řadové vstřikovací čerpadlo (4)
-
vysokotlaké palivové potrubí
-
vstřikovače (7)
Princip činnosti Dopravní podávací čerpadlo (2) nasává palivo z nádrže (1) a vytlačuje jej přes čistič paliva (3) do vstřikovacího čerpadla (4). V sacím potrubí dopravního čerpadla je podtlak 20 kPa až 150 kPa (1 bar až 1,5 bar). Vstřikovací čerpadlo (4) dodává palivo vysokotlakým potrubím do vstřikovací trysky upevněné ve vstřikovači (7). Ve vysokotlakém potrubí je tlak 25 MPa až 120 Mpa (250 bar až 1200 bar), případně i více a je závislý zejména na druhu motoru a způsobu vstřikování. Palivo, které zbývá po regulaci ve vstřikovacím čerpadle (4) a palivo, které proniká vlivem netěsností do horní části vstřikovače (7), se vrací zpětným potrubím (8) do nádrže.
4
Obr. 3.2 Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem
3.1.2 Samostatné vstřikovací jednotky Jsou umístěné většinou na bloku motoru (klikové skříni) a poháněné vačkovým hřídelem ventilového rozvodu motoru. Tento druh palivových soustav je rozšířen zejména u vznětových motorů s větším zdvihovým objemem (nákladní automobily, lokomotivy, lodní motory). Vstřikovací tlak se pohybuje až do 150 MPa (1500 bar) měřeno na výstupu z čerpadla. Toto uspořádání se v české literatuře označuje jako čerpadlo s cizím pohonem (PC) na rozdíl od řadových čerpadel s vlastním pohonem, tj. samostatným vačkovým hřídelem (PV, PP).
3.2 Palivová soustava motoru s rotačním vstřikovacím čerpadlem Pro dopravu paliva v nízkotlaké větvi jsou použita zpravidla dvě čerpadla. Jedno zubové s elektrickým pohonem a druhé lopatkové, které je součástí vstřikovacího čerpadla zajišťují elektronické řídící jednotky. Ostatní části nízkotlaké větve palivové soustavy jsou obdobné konstrukce jako u systémů s řadovým čerpadlem. Na rozdíl od řadových čerpadel mají rotační vstřikovací čerpadla pouze jeden výtlačný element pro všechny válce a pomocí rozdělovače je palivo rozdělováno
5 k jednotlivým vstřikovačům. U součastných vznětových motorů se používají dva typy rotačních vstřikovacích čerpadel s axiálním pístem a s radiálními písty.
3.2.1 Rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem Dopravu paliva do skříně
vstřikovacího čerpadla zajišťuje nejčastěji rotační
lopatkové čerpadlo, které je součástí vstřikovacího čerpadla. Centrálně uložený rotační píst vstřikovacího čerpadla, který se otáčí spolu s vačkovým kotoučem, vytváří tlak a rozděluje palivo k jednotlivým válcům. Během jedné otáčky hřídele pohonu vykoná píst tolik zdvihů, kolika válcům motoru musí dodat palivo. Vačkový hřídel se odvaluje po prstenci kladek , čímž zajišťuje jak rotaci, tak i zdvih pístu. Rozváděcí drážky a kanálky v pístu a ve válci čerpadla zajišťují při rotaci pístu přivedení tlakového paliva přes rozdělovací hlavu a vysokotlaké potrubí k jednotlivým válcům motoru. U rotačních čerpadel s mechanickým odstředivým a elektronickým regulátorem otáček je dodávka paliva nastavována pomocí regulačního šoupátka na pístu ovládaném regulátorem otáček. Šoupátkem se nastavuje konec dodávky. Počátek dodávky čerpadla lze nastavit pootočením prstence s kladkami přesuvníkem vstřiku. U čerpadla s axiálním pístem ovládaného elektromagnetickým ventilem dávkuje elektronicky řízený vysokotlaký elektromagnetický ventil vstřikovanou dávku místo regulačního šoupátka. Řídící a regulační signály jsou zpracovány ve dvou elektronických řídících jednotkách (řídící jednotka čerpadla a motoru).
3.2.2 Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty Dopravní nízkotlaké lopatkové čerpadlo které je součástí vstřikovacího čerpadla, dodává palivo z nádrže. Místo axiální vačky u vstřikovacích čerpadel s axiálním pístem přebírá vytváření vysokého tlaku čerpadlo s radiálními písty. Čerpadlo je tvořeno vačkovým prstencem a dvěma až čtyřmi radiálními písty. Při otáčení rotoru s písty ve vačkovém prstenci posouvají vačky písty proti sobě. Palivo je z prostoru nad písty vytlačováno přes rotační rozvaděč s řídící drážkou, kterým je přiváděno přes vysokotlaké potrubí k jednotlivým vstřikovačům. Vysokotlaký
6 elektromagnetický ventil, spojený s vysokotlakým prostorem nad pístem čerpadla , dávkuje vstřikované množství. Počátek dodávky se přestavuje pootočením vačkového kroužku prostřednictvím přesuvnému vstřiku. Řídicí a regulační signály pro nastavení vstřikovacího množství paliva vytváří řídící jednotku čerpadla a motoru.
3.3 Nové palivové soustavy s elektronickou regulací Rozvoj elektroniky umožňuje lepší využití již dříve známých systémů a vytváří předpoklady pro vznik netradičních palivových soustav. Vedle již zmiňovaných řadových a rotačních vstřikovacích čerpadel s elektronickou regulací sem patří:
3.3.1 Sdružené vstřikovací jednotky PDE Sdružený
vstřikovací
systém
je
systém
s časově
řízenými
jednotlivými
vstřikovacími čerpadly, které jsou ovládány vačkovým hřídelem motoru. Tímto vstřikovacím systémem se vytváří vstřikovací tlak až 205 MPa. Vysoký tlak paliva zajišťuje optimální rozprášení paliva, čímž vzrůstá výkon a točivý moment a součastně se zmenšují emise výfukových plynů a spotřeba paliva. Sdružený vstřikovací systém (též nazývá čerpadlo-tryska), je umístěn hlavě válců.
Sdružený vstřikovač slučuje do jednoho dílu: - vstřikovací čerpadlo - řídící jednotku - vstřikovací trysky
Každý válec je vybaven jedním sdruženým vstřikovačem. Sdružené vstřikovače vytvářejí vysoký tlak potřebný k vstříknutí paliva do spalovacího motoru.Tím odpadne původní vstřikovací vedení a vstřikovací čerpadlo, což se projevuje na vlastnosti vstřikování (minimalizace kolísání tlaku). Řídící jednotka motoru řídí sdružené vstřikovače tak, že palivo je vstřikováno do spalovacího prostoru se správným množstvím a ve správném okamžiku.
7 Sdružené vstřikovače jsou poháněny vačkovým hřídelem. Vačkový hřídel má k pohonu sdružených vstřikovač přídavné vačky. Ovládání zajišťuje kladkové vahadlo. Vstřikovací vačka má strmý náběžný bok a plochý úběžný bok. Strmý bok způsobuje, že píst čerpadla je tlačen vysokou rychlostí dolů a tím rychle vznikne vysoký vstřikovací tlak. Plochý úběžný bok nechá píst čerpadla pomalu přejít zpět nahoru do výchozí polohy.Tak může palivo odtékat bez bublinek do vysokotlakého prostoru sdruženého vstřikovače.
Sdružený vstřikovací systém čerpadlo-tryska může pracovat s předvstřikováním. Toto předběžné vstřikování však neřídí řídící jednotka nýbrž funguje čistě na mechanicko-hydraulicky přes tlumící jednotku v sdruženém vstřikovači.
Zpětný tok do sdružené vstřikovače má následující úkoly: - chlazení vstřikovače - odvádění prosáklého paliva na pístu čerpadla - odloučení parcích bublinek a přívodu paliva
Sdružené vstřikovače mají vlastní jištění, aby v případě vadné funkce nedošlo k nekontrolovatelnému vstřikování. Pokud zůstane elektromagnetický ventil otevřen, nemůže dojít ke vstřikování, protože palivo je přes přívod paliva tlačeno zpět a tím se nemůže zvýšit tlak. Je-li elektromagnetický ventil stále uzavřen nemůže palivo proudit do vysokotlakého prostoru. V tomto případě může dojít maximálně jednomu vstřikování.
3.3.2 Sdružený vstřikovací systém PLD Nazývaný také systém čerpadlo-vedení-tryska pracuje na stejném principu jako systém čerpadlo-tryska (UIS). Na rozdíl od systému čerpadlo-tryska je těleso vstřikovače propojeno s jednotkou vstřikovacího čerpadla krátkým vysokotlakým potrubím. Také tento systém má jednu samostatnou vstřikovací jednotku pro každý válec motoru. Vstřikovací čerpadlo je namontováno na bloku motoru a je poháněno vačkou na vačkovém hřídeli rozvodu. Také u sdruženého vstřikovacího systému jsou doba a počátek vstřiku regulovaný elektronicky, pomocí rychle spínaného vysokotlakého elektromagnetického ventilu. U starších konstrukcí motorů s uvedeným
8 vstřikovacím systémem je jednotka vstřikovacího čerpadla stejné konstrukce jako u řadových čerpadel s regulací natáčením pístů pomocí regulační tyče ovládané regulátorem. Základní nastavení stejné dodávky paliva na všech válcích motoru se pak dosáhne pootočením válce každého čerpadla přímo na motoru. Rovnoměrnost dodávky paliva se kontroluje nepřímo měřením teploty spalin ve výfukových kanálech jednotlivých válců.
3.3.1 Vstřikovací systém s tlakovým zásobníkem Common Rail U vstřikovacího systému Common Rail je odděleno vytváření tlaku a vstřikování paliva. Princip činnosti je zřejmý z obr. 3.2. Vstřikovací tlak je vytvářen vysokotlakým čerpadlem (1) nezávisle na otáčkách motoru a na vstřikované dávce. Palivo pro vstřikování je připraveno ve vysokotlakém zásobníku (Railu) (2). Vstřikovaná dávka je určena řidičem (polohou pedálu), okamžik vstřiku a vstřikovací tlak jsou vypočteny z polí hodnot uložených v elektronické řídicí jednotce. Vstřikování je realizováno vstřikovačem (4) na každém válci prostřednictvím elektromagneticky řízeného ventilu (3).
Obr. 3.2 Princip činnosti vstřikovacího systému Common Rail
Vstřikovací systém
s tlakovým zásobníkem nabízí větší flexibilitu při řešení
vstřikování než konvenční vačkou poháněné systémy: široký rozsah použití (od motorů pro osobní automobily až po motory s výkonem 300 kW na válec), vysoký vstřikovací tlak (až 140 Mpa), proměnný předvstřik,
9 možnost rozdělení dávky na úvodní, hlavní a následný vstřik, přizpůsobení vstřikovacího tlaku provoznímu stavu motoru. Hlavní části palivového systému Common Rail (obr. 3.3) jsou podávací čerpadlo, palivový filtr (4), vysokotlaké čerpadlo (1), vysokotlaké potrubí, tlakový akumulátor (8), vstřikovače (13) a řídicí jednotka (6). Podávací čerpadlo může být např. zubové, lamelové a další s mechanickým nebo elektrický pohonem, které neustále nasává palivo z nádrže a přes filtr ho dopravuje do vysokotlakého čerpadla. Vysokotlaké čerpadlo nevytlačuje palivo přímo ke vstřikovačům nýbrž do tlakového akumulátoru, kde je udržován stejný paliva. Proto musí čerpadlo stále pracovat. Nejčastěji se jedná o radiální čerpadlo se třemi písty, které vykonávají stále stejný zdvih a jsou mazány palivem. Jeho umístění je na bloku motoru stejně jako u konvečních čerpadel. Zdvih pístů čerpadla je odvozen od excentricky uložené váčky. Nad každým pístem je talířový sací ventilek, který se otevírá podle tlakových poměrů paliva nad a pod ním.
Obr.
3.3
systému
Schéma s tlakovým
vstřikovacího zásobníkem
Common Rail 1-vysokotlaké čerpadlo,2 - odpojovací ventil elementu,3-regulační ventil tlaku, 4-čistič
paliva,
5-nádrž,
6-řídící
jednotka, 7-napájení žhavící svíčky, 8vysokotlaký zásobník, 9-snímač tlaku v zásobníku, 10-omezovač průtoku, 11pojistný ventil, 12-snímač teploty, paliva, 13-vstřikovač, 14-žhavící svíčka, 15-snímač teploty chladící kapaliny, 16-snímač otáček motoru, 17-snímač otáček vačkového hřídele
Pístem je palivo vytlačováno přes kuličkový ventil do regulátoru tlaku (3) a odtud do tlakového akumulátoru (8). Při nízkých otáčkách, kdy není tak velká spotřeba paliva, je zbytečné, aby čerpadlo podávalo plný dopravní výkon. Proto se používá odpojení jednoho až dvou elementů čerpadla. Odpojení je zajištěno otevřením sacího ventilu (5) pomocí elektromagnetu (6). Ventil zůstává otevřený i při výtlaku, což zajistí snížení příkonu pohonu čerpadla a současně snížení zahřívání paliva při průtoku do přepadu.
10 Pohon čerpadla je odvozen od pohonu rozvodu motoru. Tlak paliva ve vysokotlakém zásobníku je nastavován a udržován regulačním ventilem (10) v závislosti na zatížení motoru. Vysokotlaký zásobník akumuluje palivo dopravované od čerpadla a současně tlumí kmitání tlaku vzniklé dopravou a vstřikováním. Velikost udržovaného tlaku se pohybuje mezi 40 až 135 Mpa. Na zásobník (obr. 3.3) jsou napojena vysokotlaká potrubí k jednotlivým vstřikovačům, snímač tlaku (9) a pojistný ventil (11) s přepadovým potrubím. Vstřikovače (13) jsou elektromagneticky ovládány z řídicí jednotky (6), která rozhoduje o množství a okamžiku vstřik paliva. Komunikace mezi řídicí
jednotkou
Common
Railu
a
ostatními
řídicími
jednotkami
probíhá
prostřednictvím digitální sběrnice CAN-Bus využívané také k diagnostice. Způsob řízení palivové soustavy přes digitální sběrnici CAN-Bus je rozšířený u velké části traktorových motorů.
Obr. 3.4 Příčný řez vysokotlakým čerpadlem Common Rail
11
4. Vstřikovače Vstřikovače jsou koncovou částí palivové soustavy vznětových motorů. U palivové soustavy se vstřikovacím čerpadlem je palivo dopravováno pře výtlačný ventil a vysokotlaké potrubí do tělesa vstřikovače. Délka vysokotlakého potrubí k jednotlivým válcům musí být stejná. Tím se zajistí stejné podmínky (časový průběh tlakových vln v potrubí) pro dopravu paliva k jednotlivým vstřikovačům.
Obr. 4.1 Vstřikovač standardní 1-závit pro vysokotlaké potrubí, 2-štěrbinový čistič 3-tlačný čep, 4-seřizovací šroub, 5-pojistná matice, 6-krycí matice, 7-průtočný šroub, 8-odpadní potrubí, 9-vstřikovací tryska, 10-převlečná matice, 11-těsnění
4.1 Standardní vstřikovač Používá se u motorů se vstřikovacím čerpadlem. Hlavní části vstřikovače (obr. 4.1) tvoří těleso, pružina, tlačný čep, tryska, přívodní kanál paliva a odpad paliva. Vstřikovací tryska je částí vstřikovače, která rozprašuje palivo ve spalovacím prostoru. Pomocí seřizovacího šroubu (4) se mění předpětí pružiny umístěné v tělese vstřikovače, která přes čep (3) tlačí jehlu vstřikovací trysky (9) do sedla. Tím se nastavuje vstřikovací tlak paliva. Vstřikovač je namontován do otvoru v hlavě válce a vstřikovací tryska ústí do spalovacího prostoru.
12
4.2 Dvoupružinový vstřikovač se snímačem pohybu jehly Dvoupružinové vstřikovače používané u motorů s řadovými nebo rotačními čerpadly jsou dalším vývojovým stadiem standardních vstřikovačů. Slouží k redukci hluku vzniklého při spalování. Ve vstřikovači jsou za sebou umístěny dvě pružiny. Při otevírání trysky působí na jehlu pouze jedna pružina, která určuje otevírací tlak. Druhá pružina se opírá o dorazové pouzdro, které omezuje úvodní zdvih jehly. Pro zajištění optimálního provozu vznětového motoru je důležitou veličinou počátek vstřiku. Jeho snímání u motorů s elektronickým řízením umožňuje přestavování vstřiku podle zatížení a otáček v uzavřeném regulačním okruhu. K tomu slouží vstřikovač se snímačem pohybu jehly. Snímač je tvořen cívkou, do níž se při otevření trysky zasouvá magnetický čep. Pohyb jehly indukuje v cívce magnetický tok. Signál ze snímače se přímo zpracovává vyhodnocovacím obvodem v řídicí jednotce. Překročení určitého prahového napětí slouží vyhodnocovacímu obvodu jako signál pro počátek vstřiku. Na motoru je zpravidla použit jeden vstřikovač se snímačem, jehož údaje slouží pro nastavení vstřiku.
4.3 Vstřikovač s elektromagnetickým ventilem Motory s tlakovým zásobníkem Common Rail jsou opatřeny vstřikovačem (obr. 4.2), v jehož tělese je pružina, píst, tlakové kanálky, odpad paliva a elektromagnetický ventil. Palivo z tlakového zásobníku je přivedené tlakovým kanálkem k trysce (10) stejně jako přes přívodní škrtící otvor (7) nad ovládací píst (9). Při uzavřeném elektromagneticky ovládaném ventilu (5) převládá hydraulická síla na píst (9) nad silou vytvořenou hydraulickým tlakem na kuželovou plochu mezikruží jehly (11). Proto je jehla tlačena do sedla a uzavírá přístup paliva do spalovacího prostoru. Při aktivování elektromagnetického ventilu je otevřen odtokový škrtící otvor (6). Tím klesá tlak v prostoru nad ovládacím pístem (8) a s ním také síla na píst (9). Hydraulická síla působící na kužel jehly (11), zvedne jehlu ze sedla a palivo je vstřikováno do spalovacího prostoru. Palivo, které proteče odtokovým škrtícím otvorem a které prosákne kolem jehly trysky, se přes zpětný odvod vrací do nádrže. Hydraulické
13 otevírání trysky je použito pouze proto, že sílu nutnou pro rychlé otevření trysky není možné dosáhnout přímo elektromagnetickým ventilem
Obr. 4.2
Vstřikovač Common Rail s elektromagnetickým
ventilem 1-konektor, 2-elektromagnet, 3-odpad paliva, 4-přívod paliva z tlakového zásobníku, 5-kulička ventilu, 6-odtokový škrtící otvor, 7-přívodní škrtící kanál, 8-prostor nad pístem, 9-ovládací píst, 10-přívodní kanál k trysce, 11-jehla trysky
14
5. Vstřikovací trysky
U motorů s přímým vstřikem paliva se používají otvorové vstřikovací trysky. Otvorové trysky se podle počtu otvorů dělí na jedno a víceotvorové. U současných motorů se používají víceotvorové trysky, které mají pod těsnicím kuželem a sedlem kanálek, do něhož ústí vstřikovací otvory. Ty svírají vrcholový úhel, pod kterým je palivo rozprašováno do spalovacího prostoru. Vrcholový úhel, počet otvorů, jejich průměr a rozmístění závisí na tvaru spalovacího prostoru. Počet otvorů bývá 1-12, s průměrem 0,05 až 0,2 mm a vrcholovým úhlem kužele 15 – 180°. Zdvih jehly je 0,2 – 0,8 mm a je omezený dorazem.
Obr. 5.1 Otvorová vstřikovací tryska 1-polohovací otvor, 2-těleso trysky, 3-jehla, 4-přívodní kanál paliva, 5-tlaková komora, 6-těsnící kužel, 7-výstřikové otvory, δ-vrcholový úhel vstřikovacího kužele
Tryska vstřikovače (obr. 5.1) je otevíraná hydraulicky tlakem paliva. Palivo přiváděné od vstřikovacího čerpadla pod vysokým tlakem protéká tlakovým kanálkem (4) k trysce. Zvednutí jehly (3) a otevření přítoku tlakového paliva k otvorům trysky (7) je zajištěno prostřednictvím hydraulického tlaku, který působí na kuželovou plochu mezikruží jehly proti předpětí pružiny umístěné v tělese vstřikovače. Palivo proudí kolem kužele jehly (6) a je vstřikováno do válce. Při poklesu tlaku paliva pružina zatlačí jehlu do sedla, čímž ji utěsní. Palivo, které prosákne kolem jehly (3) je z tělesa vstřikovače odváděno přepadem zpět do nádrže. Hodnoty vstřikovacích tlaků se u motorů s přímým vstřikem pohybují v rozmezí 15 – 200 Mpa.
15
6. Způsoby vstřikování
6.1 Konvenční vstřikování U konvenčních vstřikovacích systémů s řadovými a rotačními vstřikovacími čerpadly (bez ovládání elektromagnetickým vysokotlakým ventilem) je palivo vstřikováno výlučně jako hlavní vstřik bez úvodní nebo následné vstřikované dávky. Tvoření tlaku a příprava vstřikované dávky jsou spojeny s vačkou a pístem.
To má následující důsledky pro proces vstřikování: vstřikovací tlak roste s rostoucími otáčkami a vstřikovanou dávkou, během vstřikování vzrůstá tlak, ale ke konci klesá na zavírací tlak trysky.
Následkem toho jsou: malá množství vstřikovaná nižšími tlaky, špičkový vstřikovací tlak je více než dvojnásobek středního vstřikovacího tlaku, průběh vstřiku se blíží tvarem trojúhelníků, jak je požadováno pro příznivé spalování (obr. 6.1.) Pro zatížení dílů čerpadla a jeho pohonu je rozhodující špičkový vstřikovací tlak. Ten je u konvečních vstřikovacích systémů měřítkem pro kvalitu tvorby směsi ve spalovacím prostoru.
Obr. 6.1 Průběh vstřiku u konvenčního vstřikování a u vstřikovacího systému common rail pm-střední vstřikovací tlak, ps-špičkový vstřikovací tlak, pR-tlak v zásobníku
16
6.2 Vstřikování u systému s tlakovým zásobníkem Pro ideální postup vstřikování jsou dodatečně přidány ke konvečnímu postupu ještě následující požadavky: vstřikovací tlak a množství mají být v každém provozním bodu stanoveny navzájem nezávisle, vstřikovaná dávka má být na začátku vstřiku co nejmenší (během průtahu vznícení mezi začátkem vstřiku a začátkem hoření). Tyto požadavky jsou u systému s tlakovým zásobníkem realizovány úvodním a hlavním vstřikem. Za proces vstřikování odpovídají především: elektromagnetickými ventily ovládané vstřikovače, tlakový zásobník, vysokotlaké čerpadlo, elektronická řídicí jednotka, snímače provozních hodnot motoru. Tlak v zásobníku je vytvářen nezávisle na otáčkách motoru. Vstřikovaná dávka je při daném tlaku úměrná době sepnutí elektromagnetického ventilu a nezávislá na otáčkách motoru a čerpadla (časově řízené vstřikování). Úvodní vstřik může být před horní úvratí až 90°. Při úvodním vstřiku je dodáváno do válce malé množství paliva (1 až 4 mm), které způsobí tzv. předkondicování spalovacího prostoru (ve spalovacím prostoru se zvýší teplota a tlak). To vede ke snížení hluku spalování, spotřeby paliva a v mnoha případech také emisí. Hlavním vstřikem je dodávána energie pro práce odevzdávanou motorem. Ta odpovídá průběhu točivého momentu motoru. U systému vstřikování s tlakovým zásobníkem zůstává velikost vstřikovacího tlaku během celého vstřiku téměř nezaměněná.
17
7. Dopravní palivová čerpadla Dopravní (podávací) čerpadla slouží k dopravě paliva z palivové nádrže do plnicí komory vstřikovacího čerpadla. Mezi palivovou nádrží a podávacím čerpadlem je zařazen uzavírací kohout a hrubý čistič paliva. Mezi podávacím čerpadlem a vstřikovacím čerpadlem je zařazen nejméně jeden jemný čistič paliva. Podávací čerpadlo je poháněno buď přímo motorem, nebo je součástí čerpadla vstřikovacího. Zvýšená tlaková hladina paliva ve vstřikovacím čerpadle, vyvolaná použitím dopravního čerpadla, se příznivě projeví zlepšením objemové účinnosti, rovnoměrností dodávky paliva a stability funkce vstřikovacího zařízení. Bohatý průtok paliva plnicí komorou vstřikovacího čerpadla přispívá i k dobrému chlazení vstřikovacích jednotek.
Pístová dopravní čerpadla Pístová čerpadla bývají obyčejně na boku skříně vstřikového čerpadla. Pokud má vstřikovací čerpadlo vlastní pohon, pohání se dopravní čerpadlo jednou z vaček vačkového hřídele nebo zvláštním výstředným kotoučem, umístěným mezi vačkami. Má-li vstřikovací čerpadlo cizí pohon, pohání se podávací čerpadlo vačkovým hřídelem ventilového rozvodu nebo má vlastní pohon.
18
8. Čistění paliva Životnost vstřikovacího zařízení je značně závislá na dokonalém vyčistění paliva. Nároky kladené na čističe jsou značné a neustále rostou. Čističe jsou obvykle uspořádány v palivovém systému tak, že čím blíže k vstřikovacímu čerpadlu, případně k trysce, tím je zařazen účinnější čistič. Poslední čistič bývá umístěn těsně před vstřikovací tryskou v její držáku.
Základní požadavky na čističe paliva •
možnost odvzdušnění
•
malý průtokový odpor
•
snadná vyměnitelnost čisticích vložek a jejich velká účinnost Čistič paliva zachycuje mechanické nečistoty obsažené v palivu a chrání tak písty
vstřikovacího čerpadla a trysky před nadměrným opotřebením. Hrubé čističe, které zachycují větší nečistoty, jsou umístěny zpravidla před vstupem paliva do dopravního čerpadla a bývají z jemného drátěného pletiva, nebo mosazných děrovaných a prohýbaných plechů. Jemné čističe mají vložky z plsti, bavlněných provazců, tkaniny nebo papíru.
Konstrukce čističe Čistič se skládá většinou z tělesa, ve kterém je umístěna čisticí vložka tak, aby jí bylo palivo nuceno protékat. Na nejvyšším místě čističe je umístěn odvzdušňovací šroub, který obvykle umožňuje odvzdušnění nejen čističe, ale většinou i celého palivového systému. V nejnižším místě je šroub, umožňující vypouštění kalu. Nadměrnému zvýšení tlaku u čističe, který je umístěn mezi dopravním a vstřikovacím čerpadlem, brání seřiditelný přepouštěcí ventil, umístěný obvykle na tělese čističe, který přepouští přebytečné palivo zpět do sacího systému dopravního čerpadla.
19
9. Palivové potrubí Potrubí od vstřikovacího čerpadla k tryskám je vysokotlaké, všechna ostatní potrubí jsou nízkotlaká. .
9.1 Nízkotlaké palivové potrubí Nízkotlakým potrubím rozumíme potrubí: o od nádrže k podávacímu čerpadlu, o od podávacího čerpadla k čističi, o od čističe ke vstřikovacímu čerpadla, o od přepouštěcího ventilu na čističi do nádrže, o od vstřikovacích jednotek do nádrže, o od vstřikovačů do nádrže. Poslední dvě potrubí nemusí být použita.
Druhy trubek Na trubky se používá materiál, který dobře odolává otřesům, kterým je potrubí vystaveno. Potrubí bývá ocelové, měděné nebo ze syntetické pryže (musí odolávat chemickým vlivům paliva) opatřené ochranným ocelovým obalem.
Spoje
dutým šroubem- Přípojka je k trubce připájena mosazí. Celek je připojen k redukci dutým šroubem, který je příčně provrtán, takže dovoluje průtok paliva. Mezi čelní plochy je vloženo měděné, hliníkové nebo fibrové těsnění,
rozlisovanou trubkou. Konec trubky je rozlisován a dutým šroubem přitažen k druhému dílu,
bez nutnosti úpravy trubky Potřebná délka trubky se nasune do příslušného otvoru ve spojované části. Oblý těsnicí kroužek se přitlačí přítlačným kroužkem a vtiskne převlečnou maticí do kuželovitě rozšířeného otvoru ve spojovaném dílu.
20 Na těsnost spojů je třeba klást velký důraz, a to zejména u potrubí, které vede od nádrže k podávacímu čerpadlu. V případě níže položené nádrže je v tomto potrubí podtlak a i velmi malá netěsnost v potrubí způsobí přisávání vzduchu, který je pak zdrojem poruch.
9.2 Vysokotlaké potrubí Druhy trubek Používají se ocelové bezešvé tlustostěnné trubky. Jejich světlost je závislá na dopravovaném množství paliva. Používají se trubky o rozměrech 6 x 1,5 mm až 10 x 5 mm. Vnitřní průměr trubky má na vstřikovací proces velmi značný vliv. Běžně používaná tolerance +/- 0,1 mm je velmi hrubá, a to zejména pro rychloběžné motory. Trubky ovlivňují vstřikovací proces i svou radiální pružností. Při tlacích do 100 MPa (1000 bar) se tento vliv příliš neuplatňuje. Pro vyšší vstřikovací tlaky je třeba zvolit zvlášť silnostěnné trubky, jejichž výroby je běžnou technologií velmi obtížná. Pro velmi vysoké tlaky (nad 150 MPa, tj. 1500 bar) se trubky vrtají z plného materiálu. Vysokotlaké trubky musí mít co nejmenší délku, musí být vedeny bez ostrých ohybů a mají být pokud možno stejně dlouhé. Délka se volí podle nejdelší potřebné trubky. Vysokotlaké výtlačné potrubí je za provozu vystaveno kmitům, a to jak ze strany vstřikovacího čerpadla, tak i ze strany vstřikovačů. Kmitání může být příčinnou praskání výtlačných trubek. Praskání lze čelit volbou co nejmenší délky trubek, případně jejich sevřením speciálními plastovými svorkami.
Spoje Trubky jsou ke vstřikovači (držáku trysky) nebo vstřikovacímu čerpadlu připojeny:
těsnicím kuželíkem, který je na trubku nasunut a připájen mosazí . Těsnicí kuželík je zatlačován do kuželové plochy druhého dílu převlečnou maticí. Tento spoj je pracný, má malou životnost a dnes se používá jen výjimečně,
těsnicím kuželíkem vylisovaným přímo z materiálu trubky. Mezi kuželík a převlečnou matici je nutno vložit ocelovou podložku.
21
10. Zkoušení a seřizování vstřikovacího zařízení Má-li mít motor předepsané parametry, musí být vstřikovací zařízení seřízeno podle seřizovacího předpisu pro daný motor. K provedení těchto zkoušek je třeba speciálního zkušebního zařízení. K základnímu zkušebnímu zařízení patří zkušební stanice na vstřikovací čerpadla a zkoušečky na seřizování vstřikovačů.
10.1 Zkušební stanice na vstřikovací čerpadla pro dieselový motor. Čerpadlo se musí nejdříve identifikovat. K tomu slouží buď objednací číslo nebo typové označení. Po identifikaci se čerpadlo rozebere. Je to v prvé řadě kvůli kontrole vnitřní části čerpadla, zda je čisté a bez mechanického poškození. Jakákoliv nečistota popř. zbytky různých chemikálií by mohly vážně poškodit zkušební vstřikovače, jejichž cena je od 10 000,- Kč až po 30 000,- Kč za kus. U kontinuálního měření dodávky hrozí rovněž poškození měřících komůrek a poškození této části se počítá na desetitisíce.
Obr. 10.1 identifikace čerpadla
22 Dalším důvodem je kontrola nastavení základních rozměrů, které lze najít v seřizovacím předpisu. Zde je důležité znát různé zkratky a označení. Pro příklad uvádím jen některé:
ELAB – elektromagnetický ventil pro odstavení nafty SVS – přesuvník vstřiku LDA – korektor dodávky v závislosti na tlaku turbodmychadla HBA – hydraulický korektor maximální dávky KSB – zařízení pro studený start-mění předvstřik LFB – změna předvstřiku při částečném zatížení ADA – korekce v závislosti na nadmořské výšce ARF – zpětné vedení výfukových plynů (taky EGR) TLA – zvýšení volnoběhu u studeného startu DDS – jednotka proti ukradení
V seřizovacím předpisu lze najít ještě další rozměry. Pro příklad uvedu některé pojmy týkající se rotačního čerpadla s axiálním pístem:
-
Rozměr ,,KF“ se měří na výtlačné hlavě a zaručuje správné předpětí hlavních pružin. Měří se v rozebraném stavu.
-
Rozměr ,,K“ taky měříme na výtlačné hlavě, ale v namontovaném stavu. Tento udává polohu pístu vůči konci pracovního prostoru vysokotlaké části výtlačné hlavy.
-
Rozměr ,,MS“ je velmi důležitý pro start a maximální otáčky. Měří se mezi pouzdrem regulátoru a pákou regulátoru v poloze na doraz dopředu, kdy se páka opře o kolík v čerpadle, nebo je nutné použít přípravků.
-
Rozměr ,,SVS max“ udává maximální tloušťku podložek v přesuvníku vstřiku. Při překročení této hodnoty se musí vyměnit pružina.
-
,,Zdvih LDA“ se kontroluje u čerpadel pro motory s turbodmychadlem. Tento zdvih měříme na pístu LDA a dá se vymezit podložkami nebo změnou polohy dorazového šroubu.
-
Rovinnost kladek na vačkové dráze musí být do 0,02 mm.
Před každým seřizováním je nutno připravit si zkušební stanici (dále jen EPS). Podle předpisu se vyberou zkušební vstřikovače, zkušební trubky a přepadový ventil. U
23 EDC čerpadel navíc zkušební kabel. K tomu se vybírá správná příruba pro uchycení čerpadla, spojka pro pohon a montuje se přívodní a přepadová hadice s příslušenstvím a přípravek pro měření dráhy přesuvníku vstřiku. Nutný je také přívod napětí pro ELAB dle udávané voltáže – 12/24V.
Vlastní seřízení se opět liší v závislosti na konstrukci čerpadla a jeho výbavě. Proto následující popis bude pro nejjednodušší verzi rotačního čerpadla, který bude pokračovat několika dalšími odlišnostmi.
Obr. 10.2 Bosh EPS 815 s KMA (komunálním měřením dodávky)
Základní čerpadlo: 1. Zahřátí čerpadla-velmi důležité pro přesnost měření. 2. Nastavení vstupního tlaku do čerpadla. 3. Kontrola a nastavení vnitřního tlaku-mění se pomocí přetlakového ventilu zasouváním nebo vysouváním aretačního kolíku. 4. Kontrola dráhy přesuvníku vstřiku-při rozdílu je nutno měnit podložky uvnitř přesuvníku a zároveň hlídat rozměr SVS max. 5. Maximální (hlavní) dodávka paliva-se seřizuje na šroubu dodávky. 6. Volnoběžné otáčky-se seřizují na hlavní páce. 7. Maximální otáčky-lze také seřídit na hlavní páce pomocí druhého dorazového šroubu. 8. Startovací dodávka-se nedá nastavit-pouze se kontroluje.
24 9. Množství v přepadu-se také pouze kontroluje, ale nepřímo nám ukazuje stav výtlačné hlavy a pístu. 10. Stop dodávka-je kontrolou funkce ELAB, kdy při odpojení přívodního napětí musí dojít k zastavení dodávky. 11. Další kontrolní měření, kdy se sledují měřené hodnoty v různých otáčkách. Všechna měření vyjma startu a volnoběhu se měří při plném plynu.
Čerpadlo s LDA: Už při montáži je nutné zkontrolovat LDA zdvih a doraz pro regulátor. Pro zkoušení navíc musíme přivést regulovatelný tlakový vzduch a tento nastavovat přesně dle předpisu. •
Všechny body se měří jako u základního čerpadla s tlakem přivedeným do LDA. Tlak se nepřivádí pouze pro volnoběh a start.
•
Maximální dodávka se nastavuje jako první s plným tlakem.
•
Dodávka bez tlaku do LDA se provádí v rámci bodu 11 a to tak, že natáčíme horním šroubem na víku LDA.
•
Dodávka při částečném tlaku je další kontrolní krok a dá se seřídit změnou předpětí pružiny LDA natáčením matice s ozubením přes odvětrání LDA.
Čerpadlo s HBA: Velmi specifické provedení korekce maximální dodávky. Tato je regulována přímo v závislosti na vnitřním tlaku v čerpadle. Proto je nejdůležitějším úkolem před seřízením hlavní dodávky zkontrolovat tento tlak ve všech předepsaných režimech. Toto provedení používá pouze Ford Transit.
Zvláštnosti nastavení volnoběhu: Volnoběžné otáčky se velmi často nastavují jinak, než u základního čerpadla. Hlavním důvodem bývá potřeba korigovat zejména otáčky u studeného motoru. Provedení bývá většinou s využitím páčky na boku víčka čerpadla. Tato páčka volnoběhu může mít jeden nebo dva dorazy. Při seřizování volnoběhu u čerpadel s boční páčkou je vždy nutné seřídit tzv. zbytkové množství, které se nastavuje na hlavní páce. Až pak se může nastavit volnoběh podle předpisu. U páčky se dvěma
25 dorazy se druhý doraz používá pro zvýšený volnoběh. Při nedodržení tohoto postupu bude mít motor nerovnoměrný chod na volnoběh a při přechodových otáčkách.
Nastavení LFB: Funkce LFB spočívá v úpravě předvstřiku při částečném zatížení. Při nesprávném nastavení motor může ,,klepat“ a nebo bude ,,tupý“ v přechodovém režimu jízdy. Čerpadlo vybavené touto regulací poznáme podle zalisované kuličky v horní části tělesa čerpadla ve přední části nad hřídelí regulátoru. Pro jeho nastavení se používají dva zpusoby: •
stará metoda – kdy nastavíme předepsané otáčky čerpadla a při maximální dodávce pootáčíme hřídelí regulátoru ven tak dlouho, dokud nezačne klesat vnitřní tlak v čerpadle. V tomto bodě pootočíme hřídelí zpět o 1/8 otáčky;
•
nová metoda – kdy nejdříve musíme nastavit částečnou dodávku a tuto zaaretujeme a poté začneme pootáčet hřídelí regulátoru, dokud hodnota vnitřního tlaku a zejména dráha přesuvníku vstřiku neodpovídá předpisu.
Nastavení ARF: Toto nastavení je přímo závislé na konstrukci ovládání. Na čerpadle se může seřídit poloha páky maximální dodávky vůči: a) mechanické klapce Seřizujeme ,,třetí doraz“, kdy mezi doraz a páku dodávky vložíme mezikus 12 mm silný a přitom musíme dosáhnout předepsané dodávky. b) podtlakovému ventilu Pouze pro přesně stanovenou dodávku musí začít otevírat podtlakový ovládací ventil ARF. c) potenciometru V tomto případě se pro otevření ARF ventilu sleduje změna napětí na výstupu potenciometru, která je rovněž uvedena v seřizovacím předpisu.
Seřízení a kontrola rotačních čerpadel s EDC: Tato čerpadla svou konstrukcí kopírují předchozí verze. Zásadní rozdíl je v regulaci. Ta je elektronická, a proto nelze přidávat dodávku mechanicky. K tomuto účelu potřebujeme přídavná zařízení pro simulaci a nastavení požadované dodávky.
26 Pro další seřizování rozlišujeme dva systémy regulace: -
s potenciometrem;
-
s HDK-cívka se zkratovým kroužkem, bez dotyku.
Pro oba systémy je zapotřebí přístroj EPS 865, který sdružuje několik funkcí: -
nastavení ovládacího proudu;
-
zobrazení signálu napětí ze snímače polohy;
-
výstup pro měření NTC čidla;
-
výstup pro připojení multimetru;
-
ovládání elektromagnetu přesuvníku vstřiku.
Všechny systémy mají společný krok-proměření výstupu z čerpadla přímo na konektoru.
Požadavky na zkušební stanici
Zkušební stanice (EPS) slouží k simulaci pracovního režimu vstřikovacích čerpadel a současné měření požadovaných hodnot. Proto musí zajistit následující funkce: -
upnutí čerpadla;
-
přenos točivého momentu na čerpadlo;
-
regulaci otáček v rozsahu 0-cca 3000 ot./min;
-
měření dodávky paliva v přesně definovaném počtu zdvihů;
-
regulaci vstupního tlaku do čerpadla 0-50 bar;
-
pravý i levý chod;
-
rovnoměrnost chodu;
-
měření teploty zkušební kapaliny v nádrži i v čerpadle;
-
měření tlaku v čerpadle 0-50 bar;
-
filtraci zkušební kapaliny;
-
výstup stejnosměrného napětí 12/24 V;
-
přídavné mazání (jen pro řadová čerpadla s tlakovým mazáním).
27 EPS rozdělujeme podle: -
výkonu-4, 7, 11, 15, 30 kW
-
pohonu-s hydraulickým měničem(starší konstrukce)
-
s elektronickou regulací-řada
-
způsobu měření dodávky-do odměrných baněk
-
kontinuálně
Používání zkušební kapaliny, která musí odpovídat normě ISO. Tato je nezaměnitelná! Její kvalita se sleduje a měla by se vyměnit po odzkoušení asi 200 čerpadel nebo po překročení viskozních parametrů, které se měří speciálním přípravkem.
10.2 Zkoušky a seřizování vstřikovačů Při montáži vstřikovací trysky do držáku je třeba dbát na její správnou polohu určenou ryskami.U trysek kolíkovaných je jejich správná poloha jednoznačně určena kolíky. Řádným dotažením tělesa vstřikovací trysky v držáku je třeba požadovanou těsnost v čelních rovinných plochách. Nadměrným dotažením však může dojít k deformaci tělesa a sevření jehly.
10.2.1 Seřízení vstřikovače Při seřizování otvíracího tlaku se součastně provádí kontrola těsnosti uložení jehly v tělese trysky, kontrola podtékání pod těsnícím sedlem jehly a kontrola funkce rozprachu.
Kontrola těsnosti uložení jehly v tělese trysky Otevírací tlak nastavit seřizovacím šroubem na 25 MPa, po odvzdušnění provést jeden odstřik, pustit páku přístroje a sledovat klesání ručičky manometru nebo na
28 displeji. V okamžiku kdy tlak poklesne na 20 MPa, uvést do chodu kontrolní stopky. Při poklesu tlaku na 15 MPa zjistit čas. Měření provést dvakrát, hodnoty obou měření se nesmějí od sebe lišit více než o 2 sekundy.
Kontrola podtékání pod těsnícím sedlem Vstřikovač nastavit na předepsaný otvírací tlak s přesností ±0,3MPa. Při postupném zvyšování tlaku pákou zkoušecího přístroje od nejnižšího tlaku až do tlaku o 2 MPa nižšího, než je předepsaný otvírací tlak, nesmí tryska v místech výstřikových otvorů zvlhnout po dobu 15 s. Při dalším zvyšování až do otevíracího tlaku se podtékání pod těsnícím sedlem jehly nekontroluje.
Kontrola funkce rozprachu Zkoušku dokonalosti funkce provést při předepsaném otevíracím tlaku a při tlaku o 3 MPa nižším. V obou případech při plynulém tlaku pákou zkoušecího přístroje musí být výstřik z trysky přerušovaný. Rychlost plynulého zvyšování tlaku musí být taková, aby intervaly přerušení nepřevyšovali 2 s. Zvuk při výstřiku musí být jasně ohraničený. Výška a zabarvení zvukového efektu závisí na konstrukci trysky. Dokonalé rozprášení – mlhovitý vzhled – zkušební kapaliny z výstřikových otvorů trysky musí nastat v obou případech při rychlém zdvihu pístu zkoušecího přístroje, to je nejméně 2 výstřiky za 1s. Jádro paprsku nebo tvoření kapek nesmí být pouhým okem viditelné. Místo zhuštění a odchýlení paprsku je nepřípustné. U čepových trysek, jejichž úhel rozprachu je menší než 10°, se dovoluje mírné zvýraznění jádra paprsku.
10.2.2 Testování vstřikovačů systému Common Rail Pomocí běžné zkoušečky trysek ani pomocí jejího speciálního provedení, zkoušku provést nelze. Pro testování vstřikovačů u systému Common Rail (CR) se používá zcela odlišný postup, u kterého musíme mít k dispozici diagnostický tester, např. některý z nových přístrojů BOSH řady KTS. V nabídce testovacích kroků pro diagnostiku systému CR se objevily tři nové kroky. Je to test komprese, porovnání volnoběžných otáček a porovnání dávky paliva na jednotlivých vstřikovačích.
29
Test komprese. U tohoto kroku se zjišťuje, jaký je mechanický stav motoru. Test by se měl provádět na zahřátém motoru.Tester odstaví dodávku paliva do systému a po startování, zhruba 6 až 10 sekund, se na obrazovce objeví výsledek, ze kterého se dá velmi přesně posoudit mechanický stav motoru. Maximální povolená tolerance pro tento test je rozdíl 5 otáček.
Porovnání volnoběžných otáček. Při tomto testovacím kroku je vyřazena z činnosti regulace rovnoměrnosti chodu motoru a po dobu cca 5 sekund se sledují otáčky jednotlivých válců. Tento test vypovídá za předpokladu dobrého mechanického stavu motoru o kvalitě vstřikování a spalování jednotlivých válců. Rozdílné otáčky jednotlivých válců jsou způsobeny různým přínosem jednotlivých válců na vytváření točivého momentu. Maximální tolerance je opět 5 otáček.
Porovnání dodávky paliva. V tomto zkušebním kroku tester zobrazuje korekce dodávky paliva pro jednotlivé válce. Korekce zvyšuje nebo snižuje základní vstřikovanou dodávku, tak aby byl zajištěn klidný chod motoru při volnoběhu. V případě, že je korekce dodávky paliva vyšší než např. ±2 mg /zdvih, je příslušný vstřikovač vadný, přicpaný nebo přidřený a je nutné vždy první vstřikovač s nejvyšší korekcí vyměnit. Vysoká korekce dodávky dalšího vstřikovače v pořadí zapalování může být způsobena snahou řídicí jednotky o zklidnění chodu motoru.
Jestli je vstřikovač vadný zjistíme samozřejmě z porovnání výše uvedených testů. Pokud má motor nerovnoměrný chod, horší starty, spotřebu paliva apod., je nutné pozorně číst ve výsledcích jednotlivých testovacích kroků. Test komprese je základní pro všechny motory. V případě, že je tento krok v pořádku, je nutné pokračovat dvěmi následujícími. Když se na některém z válců projeví výrazně nižší volnoběžné otáčky, je téměř jisté, že u testu porovnání dodávky bude mít válec výrazně vyšší dodávku, protože se řídicí jednotka motoru snaží vyrovnat chod motoru. Jedinou příčinou tohoto výsledku je (v případě správné komprese) vadný vstřikovač.
30 Jestliže zjistíme pomocí předchozích testů, že vstřikovač je vadný, je nutno jej vyměnit. Velmi důležité je dotažení vysokotlakých trubek ke vstřikovači. Předepsaný dotahovací moment je u osobních automobilů (Mercedesu, Alfy Romeo a Fiatu) 20 Nm a u PSA 23-25 Nm. POZOR!!
U PSA se musí při výměně vstřikovačů vždy dát nové vysokotlaké potrubí. U jiných značek lze provést výměnu pouze jednou. Důvodem jsou vysoké nároky na tyto trubky a velké nebezpečí prasknutí, což by při velkém tlaku mohlo způsobit vážný úraz. Problémy může způsobit i konektor na vstřikovači. Jeho povrch je pozlacen. Proto je možné sundat tento konektor maximálně 20x. Při vícenásobném sundání dojde k poškození pozlacené vrstvy a tím ke značnému zvýšení přechodového odporu. Toto zvýšení odporu může vést i k zastavení motoru řídicí jednotkou.
31
11. Koncepční řešení laboratoře palivových soustav vznětových motorů Při navrhování vybavení laboratoře a při výběru zkušebního zařízení, jakož i při plánování následného provozu laboratoře, je v součastné době nutno brát ohled především na nejvíce zdůrazňované aspekty, a to aspekt ekonomický a životní prostředí. Neméně důležitou složkou je bezpečnost provozu laboratoře a především obsluhujícího personálu.
Optimální využití plochy laboratoře Při navrhování vnitřního uspořádání laboratoře je třeba dbát na optimální využití plochy a prostoru. Je nutné se vyvarovat hluchých prostor bez jasného využití. Každý metr čtvereční plochy, nebo krychlový metr prostoru musí být rozumně využitý.
Podlaha zkušebny je zhotovena z betonové vrstvy. Betonový blok je uložen na vrstvu zhutněného písku. Zvolená betonová zálivková směs je Pagel V1/50. Její výhodou je vysoká pevnost a dále pak rychlé zrání. Při dodržení postupu a technologie po aplikaci je směs tuhá, a tudíž je kotva plně použitelná po 24 hodinách.
Protihluková úprava celého prostoru laboratoře nemusí být, protože zkušební zařízení není hlučné.
Požární a hygienické zabezpečení Zajištění a realizace hygienického zabezpečení dle odpovídajících součastných norem. Z hlediska hygienických a ekologických předpisů proveden návrh na způsob likvidace ropných produktů. Proveden návrh na realizaci protipožárního zabezpečení dle platných předpisů.
32
Zkušební zařízení
Na zkušební stolici Bosh EPS 815 a diagnostickém zařízení Bosh KTS 650 se provádí: •
kontroly a seřizování vstřikovacích čerpadel
•
kontrola a opravy čerpadel Common Rail CP1,CP2, CP3 a čerpadel VP 29/30, VP44
•
kontrola vstřikovačů Common Rail
•
Kontrola a seřízení vstřikovačů 1-pružinových a 2-pružinových
BOSH EPS 815 Důležitou součástí vybavení dílny je zkušební stolice EPS 815 s kontinuálním měřením a možností tisku protokolu o seřízení. Zkušební stanice provádí opravy všech typů vstřikovacích čerpadel BOSCH a ZEXEL, opravy vysokotlakých čerpadel Common Rail CP1, CP2, CP3, opravy čerpadel BOSCH VP 29/30, VP44. Dále také opravy čerpadel LUCAS. Na stolici lze seřizovat rotační a řadová vstřikovací čerpadla BOSCH všech typů včetně elektronicky řízených.
Obr. 11.1 Bosh KTS 815
33 Tester elektronických systémů Bosh KTS 650 S tímto mobilním elektronickým testerem lze provést kompletní diagnostiku elektronických systémů vozu. KTS 650 spolu s elektronickým systémem informací ESI [tronic] umožňuje : -
vyčtení a vymazání paměti závad
-
zobrazení skutečných hodnot snímačů a akčních členů
-
test akčních členů
-
základní nastavení
-
nulování servisních intervalů Obr. 11.2 Bosh KTS 650
a další funkce podle typu řídící jednotky.
Zkoušečky vstřikovacích trysek Zkušební přístroj NC 253 Je určen ke kontrole a seřizování vstřikovačů vznětových motorů do vnějšího průměru dříku 25 mm, se závitem na přívodním hrdle M12x1,5 a M14x1,5. Zkušební přístroj umožňuje seřizovat a měřit otevírací tlak vstřikovače, kontrolovat jeho funkci a zkoušet těsnost vstřikovací trysky, se současným zobrazením naměřené hodnoty doby poklesu tlaku vstřikovače v sekundách.Měření tlaku a doby poklesu se provádí digitálním tlakoměrem s mikroprocesorem, do něhož se přivádí signál z tenzometrického snímače tlaku. Všechny hodnoty při měření se zobrazují na dvouřádkovém displeji přístroje, včetně doby poklesu tlaku v sekundách. Zkušební přístroj má uzavřený okruh kontrolní kapaliny. Rozstřikovaná kontrolní kapalina ze vstřikovače je zachycována v uzavřeném skleněném válci, ze kterého stéká zpět do zásobníku kontrolní kapaliny. Digitální tlakoměr je vestavěn do pouzdra z nárazuvzdorné hmoty ABS. Veškeré ovládání přístroje se provádí pomocí těsné foliové klávesnice se čtyřmi ovládacími tlačítky: vpravo, vlevo, nahoru a dolu. LCD displej je umístěn za okénkem pod fólií.
34 Zkušební přístroj umožňuje současné zobrazení několika měřených údajů na LCD displeji. S využitím moderní mikroprocesorové techniky lze digitálně ovládat všechny jeho funkce a využít nabídku až 10 nastavitelných programů měření poklesu tlaku.
Přístroj umožňuje - Kontrolu otevíracího tlaku vstřikovače - Kontrolu a měření těsnosti vstřikovače - Kontrolu těsnosti vedení a sedla vstřikovací trysky - Kontrolu funkce vstřikovací trysky Obr. 11.3 Zkušební přístroj NC 253
Zkušební přístroj NC 251
Aby bylo možno v provozu vznětových motorů rychle ověřit správnou funkci vstřikovačů a vstřikovacích trysek, vyrábí Motorpal. zkoušečky vstřikovačů NC 251. Jejich předností je možnost zkoušení přímo na vznětovém motoru, bez demontáže vstřikovačů.
Zkoušečkou je možno provádět zkoušení Bez demontáže: -Předepsané hodnoty otevíracího tlaku vstřikovače -Volnost pohybu jehly vstřikovací trysky pozorováním výchylky manometru Po demontáži vstřikovače z motoru: -Kontrolu otevíracího tlaku vstřikovače -Volnost pohybu jehly vstřikovací trysky -Kontrolu těsnosti sedla vstřikovací trysky -Kontrolu těsnosti vysokotlakého potrubí
Obr. 11.4 Zkušební přístroj NC 251
35 Pro bezporuchový provoz a bezvadnou funkci vstřikovačů a vstřikovacích trysek je bezpodmínečně nutné dodržovat předepsané otevírací tlaky vstřikovačů. Odborná montáž vstřikovačů do vznětových motorů spolu s používáním čistého paliva zajistí spokojenost uživatelů.
Montážní nářadí Pro správnou montáž, demontáž a opravy vstřikovacího zařízení je nutné, mimo běžného normalizovaného nářadí, používat též speciální nářadí a přípravky za tím účelem vyráběné a dodávané.
Obr. 11.5 Montážní nářadí
36
12. Závěr Zkoušení a seřizování palivové soustavy je neodmyslitelnou částí v automobilovém odvětví. Pro splnění norem Euro-I a Euro II, ale především pro budoucí, ještě přísnější mezní hodnoty emisí, již nestačí dosavadní obvyklá praxe seřizování vstřikovacích čerpadel vznětových motorů. Proto stále více dílen přechází na elektronickou měřicí a zkušební techniku. V práci jsou popsány palivové soustavy vznětových motorů, jejich zkoušení a seřizování na zkušebním zařízení, a je provedeno koncepční řešení laboratoře palivových soustav vznětových motorů. Na zkoušení a seřizování vstřikovacích čerpadel vznětových motorů byla vybrána elektronicky řízená zkušební stanice Bosch EPS 815. Lze na ní zkoušet a seřizovat vstřikovací čerpadla ve všech rozsazích otáček a zatížení rychleji a s vyšší přesností. Tím byla elektronická měřicí technika, která byla doposud z cenových důvodů k dispozici pouze ve výstupní kontrole ve výrobě, zpřístupněna také dílnám. Zkušební stanice má výkon pohonu 7,5 kW. Doposud neobvyklá plynulá regulace otáček umožňuje elektronicky kontrolovat a seřizovat důležité parametry vstřikovacích čerpadel, např. dávky, počátek dodávky, pořadí vstřiku a rovnoměrnost dávek za přesně definovaných otáček a zatížení. Podle nároků dílny je elektronická zkušební stanice volitelně kombinováná se systémem pracujícím na principu odměrných válců nebo s kontinuální analýzou dávek. Kontinuální analýza dávek obsahuje výkonný počítač, přes jehož klávesnici lze zadávat požadované hodnoty pro jednotlivá čerpadla a výsledky měření zpracovat co nejrychleji. Tato data lze také vytisknout přes protokolovou tiskárnu. Pro usnadnění práce bude v budoucnosti možné zadávat data také z CD-ROM. Pro zkoušení a seřizování vstřikovačů jsou vybrány přístroje Bosh KTS 650 na zkoušení vstřikovačů Common Rail , MOTORPAL NC 253 umožňuje seřizovat a měřit otevírací tlak vstřikovače, kontrolovat jeho funkci a zkoušet těsnost vstřikovací trysky, se současným zobrazením naměřené hodnoty doby poklesu tlaku vstřikovače v sekundách a MOTORPAL NC 251, jehož předností je možnost zkoušení přímo na vznětovém motoru, bez demontáže vstřikovačů.
37
13. Literatura 1.
INDRA, J.: Palivové soustavy vozidlových vznětových motorů. 1. vydání. Praha: Vydavatelství SNTL, 1984. 192 s.
2.
JAN,
Z.;ŽĎÁRSKÝ,
B.: Automobily 4. 1.
vydání.
Brno:
Nakladatelství Avid, s.r.o., 2003. 266 s. 3.
VLK, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel. 1. vydání. Brno: Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, 2001. 792 s.
4.
BUER, F a kolektiv: Traktory. 1 vydání. Praha: nakladatelství Profi Press, s.r.o, 2006
5.
6.
Odborná literatura:
Formule, číslo 3/05
Automobil, 1996, 1997, 1998, 1999
Firemní materiály MOTORPAL AG, Jihlava
Firemní materiály BOSH, Praha
Webové stránky:
www.bosh.cz
www.motorpal.cz
www.auto.cz
