STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA BRUNTÁL
ROČNÍKOVÁ PRÁCE
2011
Radek Hlavsa
STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA BRUNTÁL Silniční doprava
KONTROLA A OPRAVY VSTŘIKOVAÍCH ČERPADEL VZNĚTOVÝCH MOTORŮ Ročníková práce
Radek Hlavsa
Vedoucí maturitní práce: Pavel Mrkva Bruntál 2011
Střední průmyslová škola Bruntál, příspěvková organizace Kavalcova 1 792 01 BRUNTÁL E-mail:
[email protected] 555 559 711 http://www.sps-br.cz
ZÁVĚREČNÁ PRÁCE Téma Kontrola a opravy vstřikovacích čerpadel vznětových motorů Řešitel Radek Hlavsa Zadání Proveďte kontrolu vstřikovacího rotačního čerpadla a opravte případné zjištěné závady. Vypracujte o tomto zprávu.
Prohlašuji, že jsem tuto maturitní práci vypracoval/a samostatně. Literaturu a další zdroje, z nichž jsem při zpracování čerpal/a, řádně cituji a uvádím v seznamu použité literatury. Datum: 28.2.2011
Podpis:
Poděkování Rád bych poděkoval vedoucímu mé ročníkové práce p. Pavlu Mrkvovi za možnost výběru mé ročníkové práce a částečnému zasvěcení do problematiky rotačních čerpadel.
Abstrakt Tato závěrečná práce se zabývá jednopístovými vstřikovacími rotačními čerpadly s axiálním posuvem pístu a vícepístovými vstřikovacími rotačními čerpadly s radiálním posuvem pístu. Kromě tohohle rozdělení se také zabývá jejich mechanickými a elektronickými regulacemi. V této práci naleznete i jejich další rozdělení, princip činností a konstrukcí jejich částí a příslušenství. Dále zde naleznete kontroly některých komponent, seřízení a také opravy.
Klíčová slova: rotační vstřikovací čerpadlo, mechanická regulace, elektronická regulace, oprava, kontrola, komponenta
Obsah ÚVOD ...............................................................................................................................................10 1
Jednopístová vstřikovací čerpadla s rozdělovačem paliva .......................................................10 1.1
Nízkotlaký okruh palivové soustavy....................................................................................12
1.1.1
Čističe paliva ..............................................................................................................12
1.1.2
Lamelové (křídlové) dopravní palivové čerpadlo .........................................................12
1.1.3
Redukční ventil ..........................................................................................................12
1.1.4
Škrticí tryska ..............................................................................................................12
1.2
Vysokotlaká část vstřikovacího čerpadla ............................................................................12
1.2.1
Pohon pístu rozdělovače ............................................................................................13
1.2.2
Axiální vačka ..............................................................................................................13
1.2.3
Těleso rozdělovače ....................................................................................................13
1.2.4
Odměřování dávky paliva ...........................................................................................13
1.2.5
Výtlačný ventil ...........................................................................................................14
1.3
Mechanická regulace vstřikovacích čerpadel s rozdělovačem paliva ...................................14
1.3.1
Všerežimový odstředivý regulátor ..............................................................................14
1.3.1.1
Spouštění motoru...............................................................................................15
1.3.1.2
Regulace běhu naprázdno ..................................................................................15
1.3.1.3
Regulace při provozních otáčkách .......................................................................16
1.3.2
Omezovací odstředivý regulátor.................................................................................16
1.3.2.1
Konstrukce .........................................................................................................16
1.3.2.2
Spouštění motoru...............................................................................................16
1.3.2.3
Regulace běhu naprázdno ..................................................................................16
1.3.2.4
Regulace provozních otáček ...............................................................................16
1.4
Přesuvník vstřiku ...............................................................................................................17
1.5
Příslušenství vstřikovacích čerpadel s rozdělovačem paliva ................................................17
1.5.1
1.5.1.1
Konstrukce .........................................................................................................18
1.5.1.2
Princip činnosti ...................................................................................................18
1.5.2
1.6
Korekce dodávky paliva v závislosti na plnícím tlaku turbodmychadla (LDA) ...............17
Zastavení motoru .......................................................................................................18
1.5.2.1
Mechanický způsob zastavení motoru ................................................................18
1.5.2.2
Elektronický způsob zastavení motoru (ELAB) .....................................................19
1.5.2.3
Další druhy příslušenství .....................................................................................19
Elektronická regulace vstřikovacích čerpadel s rozdělovačem paliva (EDC) .........................19
1.6.1
Hlavní části systému EDC............................................................................................20
1.6.2
Řídicí jednotka ...........................................................................................................20
2
1.6.3
Nastavovací ústrojí .....................................................................................................20
1.6.4
Regulace počátku vstřiku ...........................................................................................20
Vícepístová radiální vstřikovací čerpadla s rozdělovačem paliva .............................................21 2.1
Nízkotlaká část vstřikovacího čerpadla ...............................................................................21
2.1.1 2.2
Vysokotlaká část vstřikovacího čerpadla ............................................................................22
2.2.1
Vysokotlaké čerpadlo s radiálními písty ......................................................................22
2.2.2
Rozdělování paliva .....................................................................................................22
2.2.3
Dávkování paliva ........................................................................................................23
2.2.4
Přesuvník vstřiku ........................................................................................................23
2.3
2.2.4.1
Účel....................................................................................................................24
2.2.4.2
Konstrukce .........................................................................................................24
2.2.4.3
Princip činnosti ...................................................................................................24
Řídicí systém s elektronickou regulací EDC .........................................................................25
2.3.1
Snímače .....................................................................................................................25
2.3.1.1
Snímače teploty .................................................................................................25
2.3.1.2
Snímač otáček klikového hřídele.........................................................................25
2.3.1.3
Snímač úhlu natočení .........................................................................................26
2.3.1.4
Snímač zdvihu vstřikovací trysky .........................................................................26
2.3.1.5
Měřič hmotnosti vzduchu s vyhřívaným filmem (HFM) .......................................26
2.3.1.6
Snímač plnicího tlaku..........................................................................................26
2.3.2
Řídicí jednotky ...........................................................................................................27
2.3.2.1
Řídicí jednotka čerpadla .....................................................................................27
2.3.2.2
Řídicí jednotka motoru .......................................................................................27
2.3.3
3
Přepouštěcí ventil ......................................................................................................21
Akční členy.................................................................................................................27
2.3.3.1
Vysokotlaký elektromagnetický ventil.................................................................27
2.3.3.2
Elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku .......................................................27
2.3.3.3
Řídicí jednotka doby žhavení ..............................................................................27
2.3.3.4
Elektromagnetické převodníky ...........................................................................27
2.3.3.5
Regulace škrticí klapky........................................................................................27
Kontroly a opravy ....................................................................................................................28
Závěr ................................................................................................................................................29 Použité informační zdroje ................................................................................................................30 Seznam použitých obrázků ...............................................................................................................30
Přílohy
Příloha č. 1 - Obrázky (součástí tohoto dokumentu) Příloha č. 2 - CD s elektronickou podobou mé ročníkové práce ve formátech .docx a PDF
ÚVOD Rotační čerpadla se používají u vznětových motorů osobních automobilů a mohou dosáhnout tlaku paliva až 1850 bar a výkonu až 150 kW. Rozdělují se na jednopístové s axiálním pohybem pístu, a vícepístové s protiběžným radiálním pohybem pístu. Dále se rozdělují podle mechanické a elektronické regulace. Téma jsem si vybral, abych se dozvěděl trochu více o rotačních čerpadlech. Rotační vstřikovací čerpadla řeší kromě tlaku, předvstřiku a velikost dávky paliva také hlavně emisní normy a spotřebu paliva.
10
1
Jednopístová vstřikovací čerpadla s rozdělovačem paliva
V těchto čerpadlech je jen jeden pístek, který vytváří vstřikovací tlak pro všechny válce. Na jedno otočení kolem své osy vstříkne palivo do všech válců. Tyto čerpadla jsou vhodná spíše pro osobní automobily a malé užitkové automobily. Jejich hlavní výhody jsou malá hmotnost, pevná konstrukce, nezávislost na mazacím systému motoru, a zaručenost jak stejného počátku dopravy paliva do všech válců tak stejné velikosti jeho dodávky. Tyto čerpadla existují ve třech základních typech:
VE – maximální vstřikované množství paliva až 120 mm3, maximální otáčky 4500 ot/min VE EDC - maximální vstřikované množství paliva až 70 mm3, maximální otáčky 4200 ot/min VE MV - maximální vstřikované množství paliva až 70 mm3, maximální otáčky 4500 ot/min
Všechny 3 druhy čerpadel mohou mít přímý a nepřímý vstřik. Jejich maximální výkon na válec je 25 HP. Nejpoužívanější jsou VP29 a VP30 (Obr. č. 30). Obě tato čerpadla mají elektronickou regulaci EDC.
(1) - hnací hřídel (2) - lamelové čerpadlo (3) - redukční ventil (4) - škrticí tryska (5) - pohon regulátoru (6) - kladkový kruh (7) - axiální vačka (8) - píst rozdělovače (9) - regulační šoupátko (10) - přívodní kanál (11) - výtlačný kanál (12) - příčný přepouštěcí kanál (13) - plnicí drážka (14) - rozdělovací drážka (15) - držák výtlačného ventilu Obr. č. 1 Schéma palivové soustavy *1+
(16) - výtlačný ventil (17) - elektromagnetický zastavovací ventil (18) - hlava rozdělovače (19) - odstředivé závaží (20) - regulační pouzdro (21) - pákový regulační systém (22) - regulační pružina (23) - ovládací páka (24) - nastavovací páka (25) - šroub pro nastavení velikosti dodávky paliva (26) - přesuvník vstřiku (27) - palivová nádrž (28) - čistič paliva (29) - vnitřní prostor čerpadla
11
1.1
Nízkotlaký okruh palivové soustavy
Do nízkotlakého okruhu patří palivová nádrž, čističe paliva, lamelové dopravní čerpadlo, redukční ventil a škrticí tryska. Palivo je nasáváno z nádrže pomocí dopravního čerpadla, které je umístěno na hřídeli vstřikovacího čerpadla. Dopravní čerpadlo vytváří nízký tlak paliva, který je závislý na otáčkách čerpadla. Tlak je regulován škrtící tryskou a redukčním ventilem. Palivo zajišťuje i mazání čerpadla. 1.1.1
Čističe paliva Jejich hlavním úkolem je odstranění vody a mechanických nečistot o velikosti 4 μm až 6 μm.
Hrubé čističe bývají umístěny před dopravním čerpadlem a zachytávají hrubší nečistoty. Vyrábí se z jemného drátěného pletiva nebo z mosazných děrovaných a prohýbaných plechů. Jemné čističe bývají vyrobeny z plsti, bavlněných provazců, tkaniny nebo papíru.
Druhy: 1) čističe s papírovou čistící vložkou a) čističe s vinutou čistící vložkou b) hvězdicový čistič 2) dělené čističe 3) vícestupňové čističe 4) čističe paliva s možností předehřívání paliva 5) paralelní čističe 1.1.2
Lamelové (křídlové) dopravní palivové čerpadlo (obr. č. 2)
Zajišťuje dopravu paliva do vstřikovacího čerpadla. Rotor čerpadla je pevně spojen s hnacím hřídelem a je umístěn výstředně ve skříni čerpadla. V rotoru jsou čtyři lamely, které se posouvají v radiálních drážkách a jdou přitlačovány odstředivou silou ke stěně. Mezi skříní a rotorem díky výstřednému uložení vznikají prostory s proměnlivým objemem, tím vzniká přetlak a podtlak. 1.1.3
Redukční ventil (obr. č. 3)
Zajišťuje optimální tlak ve vnitřním prostoru vstřikovacího čerpadla. Je spojen s výtlačnou a sací stranou dopravního čerpadla. Při větším tlaku ve výtlačné části než je potřeba se vlivem tlaku působícího na šoupátko otevře pístek šoupátka, což zapříčiní otevření přepouštěcího kanálku a snížení tlaku. Velikost tlaku, který otevírá redukční ventil je dán tuhostí pružiny. 1.1.4
Škrticí tryska (obr. č. 4)
Zajišťuje odtok paliva zpět do nádrže. Je na víku vstřikovacího čerpadla a je spojena s jeho vnitřním prostorem. V trysce jsou malé otvory, kterými v závislosti na tlaku proudí množství paliva. V závislosti na tlaku tvoří tyto otvory ve vnitřní části čerpadla pro palivo odpor. Pokud je v čerpadle správný tlak je činnost redukčního ventilu i škrticí klapky v rovnováze.
1.2
Vysokotlaká část vstřikovacího čerpadla
Ve vysokotlaké části vstřikovacího čerpadla se získává tlak potřebný pro vstříknutí paliva do válců. Palivo je vytlačováno přes výtlačný ventil, vysokotlaké palivové potrubí a vstřikovač se vstřikovací tryskou.
12
1.2.1
Pohon pístu rozdělovače
Píst rozdělovače je přes spojovací části poháněn od hnacího hřídele. Na hnacím hřídeli a na axiální vačce jsou výstupky, které zapadají do křížového kotouče. Axiální vačka mění rotační pohyb hnacího hřídele na rotační a posuvný pohyb pístu rozdělovače. Píst rozdělovače je uložen v axiální vačce, která se odvaluje po kladkovém kruhu. Aby kladka vlivem vysoké rychlosti otáčení neodskakovala, jsou zde použity vratné pružiny. Ty zároveň zajišťují pohyb pístu směrem k dolní úvrati. 1.2.2
Axiální vačka (Obr. č. 1, poz. 7; Obr. č. 29)
Svými výstupky ovlivňuje dobu a velikost vstřiku paliva, proto mezi jednotlivými druhy motorů nelze měnit axiální váčky. Je umístěna na hnacím hřídeli čerpadla a odvaluje se po kladkovém kruhu. 1.2.3
Těleso rozdělovače
Je tvořeno pístem rozdělovače s vyrovnávajícím kotoučem, můstkem s pružinami, regulačním šoupátkem a hlavou rozdělovače. Kvůli těsnosti se musí povrch lapovat ale i přesto jsou malé netěsnosti potřebné kvůli mazání pístu rozdělovače. Pokud je nutná výměna, musí se měnit celé těleso rozdělovače! 1.2.4
Odměřování dávky paliva Dělí se na fáze přívodu (poz. a, d) a výtlaku paliva (poz. b, c). Rozdělovací píst musí vykonat dvakrát tolik zdvihů, kolik je v motoru válců. Nasávání paliva probíhá při pohybu pístu (8)z horní úvratě do dolní. Otevřeným přívodním kanálem (10) se nasává palivo nad píst (41). Přívod paliva je ukončen v dolní úvrati pístu a je otevřena rozdělovací drážka (14). Při pohybu pístu do horní úvrati se stlačuje palivo a zvětšuje se tlak. Ten otevře výtlačný ventil a palivo proudí přes vysokotlaké trubky ke vstřikovači. Dodávka paliva je ukončena v době kdy regulační šoupátko (9) otevře příčný přepouštěcí kanálek (12) v pístu rozdělovače (8). V tuto dobu se uzavře výtlačný ventil, protože klesne tlak a je ukončena dodávka paliva do vstřikovačů. Během pohybu pístu z dolní do horní úvrati proudí přes otevřený přepouštěcí kanálek palivo (12) do vnitřní části čerpadla, současně se otevírá přívodní kanálek (10). Při dalším pohybu pístu tedy z horní do dolní úvrati se uzavře přepouštěcí kanálek. Tím se plní prostor nad pístem palivem. (DÚ) - dolní úvrať (HŮ) - horní úvrať (8) - píst rozdělovače (9) - regulační šoupátko (10) - přívodní kanál
Obr. č. 5 Odměřování dávky paliva *1+
13
(11) - výtlačný kanál (12) - příčný přepouštěcí kanál (13) - plnicí drážka (14) - rozdělovací drážka (41) - vysokotlaký prostor
1.2.5
Výtlačný ventil
Zabraňuje nežádoucímu vstřiku paliva a snižuje tlak ve vysokotlakém potrubí po ukončení výtlaku paliva, tím je jasně dána i doba vstřiku. Je otevírán tlakem paliva a uzavírán při poklesu tlaku ventilovou pružinou. Při sacím zdvihu čerpadla, kdy se nad píst nasává palivo je výtlačný ventil uzavřen. Výtlačné ventily mohou být: a) s rovnoobjemovým odlehčením (obr. č. 6) Po skončení výtlaku dochází ke zvětšení objemu ve vstřikovacím potrubí o tzv. odlehčovací objem, který se nemění ani s otáčkami ani s velikostí vstřikovaných dávek paliva. Nevýhodou těchto ventilů je, že nesplňují dopravní charakteristiky kladené na moderní vstřikovací čerpadla, proto jsou postupně nahrazovány ventily s rovnotlakým odlehčením. b) s rovnotlakým odlehčením (obr. č. 7) Zaručuje konstantní tlak ve vstřikovacím potrubí od ukončení vstřiku až po další otevření výtlačného ventilu. Kvůli značné složitosti, velkému počtu dílu a velkému prostoru nad ventilem se tyto ventily nehodí pro malá čerpadla.
1.3
Mechanická regulace vstřikovacích čerpadel s rozdělovačem paliva
Používá se kvůli udržení stálých otáček motoru. Bez této regulace by otáčky motoru buď klesaly až do zastavení motoru nebo stoupaly až do maximálních otáček. U osobních automobilů se většinou používají kombinace všerezimového a odstředivého regulátoru. Druhy regulace jsou:
1.3.1
výkonnostní (otáčková) - tato regulace nastavuje zcela sama bez cizího zásahu množství paliva potřebné k udržení otáček. omezovací - ovládá pouze volnoběžné a maximální otáčky. Mezi těmito otáčkami je regulátor mimo provoz. Množství vstřikovaného paliva závisí na poloze pedálu plynu, motor si mimo činnost regulátoru volí podle zatížení otáčky sám. všerežimová regulace - kombinací výkonnostního a omezovacího regulátoru. Regulátor ovládá tak jako u omezovací regulace volnoběžné a maximální otáčky. Ovládacím ostrojím však lze nastavit jednu nebo více pracovních hodnot, které jsou při změně zatížení udržovány v dané toleranci tak jako u regulace výkonnostní stupňová regulace - v zásadě je to výkonnostní regulace. Regulace probíhá v několika otáčkových stupních. V určitém rozsahu lze měnit otáčky plynule. Tato regulace je též nazývána rychlostní. regulace pro agregáty - používá se zejména u strojů, kde je důležité v různých stupních zatížení dodržení stejných otáček. Jedná se zejména o motory pro pohon elektrických točivých zdrojů. Všerežimový odstředivý regulátor
Je poháněn hřídelem od čerpadla a je uložen otočně na čepu, který je pevně spojen se skříní čerpadla. Ovládá velikost dodávky paliva díky mechanismu, který je tvořen spouštěcí, napínací a nastavovací pákou. Mechanismus mění polohu díky změně polohy regulačního pouzdra. Regulační pouzdro mění pohyb díky radiálnímu posuvu odstředivých závaží, které vyvolává jeho axiální pohyb.
14
1.3.1.1
Spouštění motoru
Při spouštění motoru je odstředivé závaží (19) a regulační pouzdro (20) v klidové poloze. Páka pro spuštění (43), kterou pružina (44) tlačí k regulačnímu pouzdru se otáčí kolem bodu (M2) a tlačí kulovým čepem do regulačního šoupátka (9). Jak je z obrázku patrné, tak musí píst rozdělovače (8) vykonávat největší zdvih, tím pádem je při startu motoru dodávána největší dodávka paliva. Maximální dávku lze nastavit pomocí nastavovacího šroubu (obr. č. 1, poz. 25), který pohybuje s nastavovací pákou (obr. č. 1 poz. 24). Pružina běhu naprázdno (48), která je mezi napínací pákou a regulační pružinou pohne již při malých otáčkách s napínací pákou, která se otáčí kolem bodu (M2), tím se pohne i regulační šoupátko, to zapříčiní změnu velikosti dodávky paliva na volnoběžnou dávku (8) - píst rozdělovače (43) - spouštěcí páka (9) - regulační šoupátko (12) - příčný přepouštěcí kanál (19) - odstředivé závaží (20) - regulační pouzdro (42) - napínací páka
(44) - pružina spouštěcí páky (48) - pružina běhu naprázdno (a) - dráha spouštěcí páky (M2) - otočný bod pro části (42), (43) (Z1) - minimální zdvih (spouštění motoru)
Obr. č. 8 Spouštění motoru [1]
1.3.1.2
Regulace běhu naprázdno
Po nastartování motoru a uvolnění akceleračního pedálu se ovládací páka (23) otočí k seřizovacímu šroubu volnoběžných otáček (33). Spouštěcí páka dosedá na výstupek na napínací páce. Napínací páka stlačí při dalším pohybu pružinu běhu naprázdno (48). Vzdálenost (c), která je mezi napínací pákou a pružinou běhu naprázdno se vymezí, napínací páka dosedne na čep a přesune regulační šoupátko do polohy pro běh naprázdno. Pokud píst udělá zdvih o délce (Z2), dochází k přepouštění paliva.
(a) - dráha spouštěcí páky (M2) - otočný bod pro části (42), (43)
(8) - píst rozdělovače (9) - regulační šoupátko (12) - příčný přepouštěcí kanál (19) - odstředivé závaží (20) - regulační pouzdro (42) - napínací páka (43) - spouštěcí páka (44) - pružina spouštěcí páky (48) - pružina běhu naprázdno (Z2) - minimální zdvih (běh naprázdno)
Obr. č. 9 Běh naprázdno [1]
15
1.3.1.3
Regulace při provozních otáčkách
Ovládací páka je v poloze, která odpovídá určitému počtu otáček a je nastavována akceleračním pedálem. Při větších otáčkách než volnoběžných vypadávají z regulace spouštěcí pružina a pružina pro běh naprázdno. Nyní má regulační funkci na starost regulační pružina. Změnou polohy akceleračního pedálu se mění poloha ovládací páky. Pohyb páky se přenáší na regulační pružinu, čímž se vyvolává větší síla než síla vyvolávaná odstředivými závažími. Tím pádem se regulační i spouštěcí páky pootočí okolo bodu (M2) a svým pohybem pootočí regulačním šoupátkem do polohy pro plnou dodávku paliva, otáčky motoru rychle narostou. Až se vyrovná síla odstředivých závaží se silou pružiny, přesune se regulační šoupátko do polohy, která odpovídá daným otáčkám. Pokud otáčky klesnou, vzrostou i otáčky, které působí na odstředivé závaží, které tlačí regulační pouzdro (20) směrem doprava. Regulační pouzdro tlačí na páky, které se otáčejí kolem bodu M2 a tlačí na regulační šoupátko, které se pohybuje směrem doleva, tím pádem je dodávaná menší dodávka paliva a otáčky klesají. Pokud otáčky motoru vzrostou nad maximální dovolenou hodnotu, tak bude síla vyvolaná odstředivým závažím tak velká, že posune regulačním pouzdrem tak moc, že páky posunou regulační šoupátko do polohy pro nulovou dodávku paliva. Pokud zatížení motoru vzrůstá, otáčky motoru klesají a regulační pouzdro vykonává pohyb směrem doleva a páky posunují regulační šoupátko doprava, čímž otáčky vzrostou. Pokud zatížení motoru vzrůstá a regulační šoupátko je v poloze pro maximální dodávku a otáčky i přesto klesají, tak je motor přetížený a řidič musí podřadit. 1.3.2 1.3.2.1
Omezovací odstředivý regulátor Konstrukce
Od všerežimového odstředivého regulátoru se omezovací liší pouze v provedení regulační pružiny. V tomto případě je použita pružina tlačná, která je uložená ve vedení. Napínací páka a regulační pružina je spojena čepem. 1.3.2.2
Spouštění motoru
Při spouštění motoru, jsou všechny části v klidu. Spouštěcí pružina (44) tlačí spouštěcí páku (43) na regulační pouzdro a díky kulovému čepu se regulační šoupátko posunuje doprava, je nastaveno na spouštěcí dávku. 1.3.2.3
Regulace běhu naprázdno (obr. č. 10)
Při volnoběhu je ovládací páka přesunuta do polohy pro běh naprázdno. Při narůstajících otáčkách se zvedá i odstředivá síla odstředivého závaží (19), které pohne s regulačním pouzdrem směrem k spouštěcí páce, která vlivem síly odstředivého závaží překonává pružinu běhu naprázdno (48) a páka se otočí kolem kulového čepu a regulační šoupátko je posunuto do polohy pro volnoběžnou dávku paliva. 1.3.2.4
Regulace provozních otáček
Se změnou polohy pedálu plynu se mění i poloha ovládací páky. Měkký přechod mezi volnoběžnými otáčkami a neregulovatelnou oblastí zajišťuje vložená pružina (51) na kterou působí napínací páka. Neregulovatelná oblasti je dosaženo po dosednutí napínací páky na osazení čepu (47). Velikost neregulovatelné oblasti je dána tuhostí regulační pružiny (22). Při změně polohy pedálu plynu se přenáší přímo na regulační šoupátko. Při otáčkách, které jsou nad maximální přípustnou hodnotou se vlivem síly vyvolané odstředivým závažím posune regulační pouzdro směrem doprava a překonává tuhost regulační pružiny. Regulační pouzdro pak posune pákami, které se otočí přes kulový čep a posunou regulační šoupátko směrem ke klesající dodávce paliva.
16
1.4
Přesuvník vstřiku (obr. č. 11) Je umístěn ve spodní části vstřikovacího čerpadla. S rostoucími otáčkami čerpadla roste tlak paliva v čerpadle. Tento tlak paliva je přiveden kanálkem v pístku (55) a působí na píst proti pohybu pružiny. Se zvyšujícím se tlakem paliva se posouvá píst předsuvnou vstřiku. Tento pohyb se přenáší přes smykadlo (52) a čep (53) na kladkový kruh (6) a tímto kruhem pootáčí o úhel předvstřiku, tzn., že čím větší jsou otáčky čerpadla, tím větší je tlak paliva v čerpadle a tím více se posune píst přesuvníku vstřiku (54) a tím více se natočí kladkový kruh a palivo se začne vstřikovat do spalovacího prostoru dříve.
(6) - kladkový kruh (7) - axiální vačka (52) - smykadlo (54) - píst přesuvníku vstřiku
(6a) - kladka (8) - píst rozdělovače (53) - čep
Obr. č. 12 Umístění přesuvníku vstřiku *1+
1.5
Příslušenství vstřikovacích čerpadel s rozdělovačem paliva
(22) - regulační pružina (42) - napínací páka (58) - membrána (59) - tlačná pružina (60) - řídicí kužel (61) - kolík (62) - dorazová páka (64) - přípojka (65) - nastavovací čep (M1) - otočný bod páky (62)
Obr. č. 13 Zařízení pro korekci paliva v závislosti na plnícím tlaku turbodmychadla (LDA) [1]
1.5.1
Korekce dodávky paliva v závislosti na plnícím tlaku turbodmychadla (LDA)
Tato korekce přizpůsobuje v závislosti na plnícím tlaku turbodmychadla plnou dávku paliva. LDA je zkratka německého slova LadeDruckAbhängiger Vollastanschlag.
17
1.5.1.1
Konstrukce
Je umístěno v horní části čerpadla. Zařízení LDA je rozděleno na 2 komory které rozděluje membrána (58). V horní části je přes přípojku (64) přiváděn tlak turbodmychadla a ve spodní části je tlak atmosférický. Tlak, který je přiváděn od turbodmychadla tlačí na membránu, která tlačí proti tlačné pružině (59). Předpětí tlačné pružiny lze nastavit šroubem. Membrána je pevně spojena s nastavovacím čepem (65) na kterém je řídicí kužel (60). Tvar řídicího kužele kopíruje kolík (61), ten přenáší pohyb na dorazovou páku (62). Dorazová páka mění polohu napínací páky (42). 1.5.1.2
Princip činnosti
Při nízkých otáčkách, kdy tlak vzduchu přiváděný od turbodmychadla nedokáže přetlačit membránu, se neprovádí žádna korekce. Korekce začne, až když tlak vzduchu přetlačí membránu, která se začne pohybovat proti tlačné pružině a tlačí do nastavovacího čepu. Vlivem tvaru řídicího kužele se mění poloha kolíku, který pootáčí s pákou dorazu. Páka dorazu se otáčí kolem bodu (M1). Díky tažné pružině (22) dohází k tomu, že se napínací páka (42) spojí s dorazovou pákou, která tlačí na kolík, který kopíruje pohyb řídicího kuželu. Díky tomuto spojení se přenáší pohyb od kolíku až na napínací páku, která pohybuje s regulačním šoupátkem směrem do polohy zvětšující se dávky paliva. Při snižující se dávce paliva je tomu naopak. 1.5.2
Zastavení motoru
Je nutno zajistit přerušení dodávky paliva. U těchto čerpadel lze použít mechanické nebo elektrické zastavení. 1.5.2.1
Mechanický způsob zastavení motoru
Provádí se přes pákový mechanismus, který je umístěn na víku regulátoru. Mechanismus je tvořen vnější ovládací pákou „stop“ (66) a vnitřní ovládací pákou „stop“ (67). Řidič ovládá lanovým převodem vnější páku, která když se pootočí vlevo, tak vnitřní páka se pootočí vpravo a bude působit na spouštěcí páku (43). Spouštěcí páka se pootočí kolem bodu (M2) a posune regulační šoupátko (9) do polohy pro nulovou dodávku paliva, tzn., že přepouštěcí kanálek bude trvale otevřen. (8) - píst rozdělovače (9) - regulační šoupátko (12) - příčný přepouštěcí kanál (42) - napínací páka (43) - spouštěcí páka (66) - vnější ovládací páka „stop“ (67) - vnitřní ovládací páka „stop“ (M2) - otočný bod pro části (42), (43)
Obr. č. 14 Mechanický způsob zastavení motoru (LDA) [1]
18
1.5.2.2
Elektronický způsob zastavení motoru (ELAB)
Zkratka ELAB pochází z německého slova Elektrische Abstellvorrichtung. Tento způsob zastavení motoru funguje tak, že po vypnutí zapalování neprochází elektromagnetem (17) proud, takže nevzniká magnetické pole, tudíž se ventil neotevírá a ventilová pružina ho uzavře. Tím je přerušen přívod paliva z přívodního kanálu (10) do prostoru nad píst (41).
(8) - píst rozdělovače (10) - přívodní kanál (17) - elektromagnet (18) - hlava rozdělovače (41) - vysokotlaký prostor
Obr. č. 15 - Elektrický způsob zastavení motoru (ELAB) [1]
1.5.2.3
Další druhy příslušenství
1.6
korekční zařízení pro zahrnutí vlivu změn atmosférického tlaku (ADA) zařízení pro změnu počátku dodávky paliva v závislosti na zatížení (LFB) zařízení pro usnadnění spouštění studeného motoru (KSB) zařízení pro omezení závislosti velikosti volnoběžných otáček na teplotě (TLA)
Elektronická regulace vstřikovacích čerpadel s rozdělovačem paliva (EDC) EDC je z anglického slova Electronic Diesel Control. Reguluje činnost vstřikovacího čerpadla v celém režimu jeho pracovní činnosti. Elektronická regulace zohledňuje oproti mechanické regulaci daleko více požadavků, proto je kvalitnější. EDC zajišťuje dodávku paliva s takovou přesností, která je u mechanických regulátoru nedosažitelná.
Obr. č. 16 Blokové schéma systému elektronické regulace EDC
19
1.6.1
Hlavní části systému EDC (obr. č. 16) Elektronická regulace EDC se skládá ze 3 hlavních části:
1.6.2
Snímače - zjišťují provozní podmínky a převádějí různé fyzikální veličiny na elektrické signály Řídicí jednotka - zpracovává informace ze snímačů a vytváří výstupní signály pro akční členy Akční členy – přijímají signály z ŘJ a převádějí je na mechanický pohyb
Řídicí jednotka
Nastavuje vstřikovač paliva a elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku. Dále může řídit systémy jako např. žhavení, recirkulace spalin, tlak turbodmychadla. Polohu nastavovače velikosti dávky paliva zajišťuje ŘJ pomocí snímače polohy regulačního šoupátka který je tvořen potenciometrem. Ten v závislosti na poloze mění svůj elektrický odpor. Nastavovač regulačního šoupátka je proveden elektromagnetem a regulační šoupátko se nastavuje taktováním 1.6.3
Nastavovací ústrojí
Čep nastavovacího ústrojí je spojen s regulačním šoupátkem (9) a mění jeho polohu, tím odkrývá nebo zakrývá přepouštěcí kanálek. Pomocí vhodného snímače je snímán úhel natočení, a tedy také dodávky paliva, která odpovídá určitým otáčkám.
(8) - píst rozdělovače (9) - regulační šoupátko (17) - elektromagnetický zastavovací ventil
(68) - snímač polohy regulačního šoupátka (69) - elektromagnetické ovládání změny dodávky paliva (70) - elektromagnetický ventil pro regulaci počátku vstřiku
Obr. č. 17 Nastavovací ústrojí velikosti dodávky paliva *1+
1.6.4
Regulace počátku vstřiku K regulaci se používá přesuvník vstřiku. Tlak paliva je ovládán elektromagnetickým ventilem (obr. č. 17, poz. 70). Pokud je ventil otevřen tak je tlak paliva nízký a předstih je malý, po uzavření ventilu dojde ke zvýšení tlaku a zvětšení předvstřiku. Činnost elektromagnetického ventilu zařizuje ŘJ.
20
2
Vícepístová radiální vstřikovací čerpadla s rozdělovačem paliva
Byla vyvinuta pro rychloběžné vznětové motory s přímým vstřikem paliva. Jsou schopna vyvinout tlak až 1850 bar, běžně se však pohybují okolo 1500 bar. Od roku 2010 se vyrábí už jen čerpadla typu VR MV. Tyto čerpadla jsou pro přímý vstřik paliva, jejich maximální vstřikované množství paliva je 135 mm3, jejich maximální otáčky 4500 ot/min a jejich maximální výkon na válec je 50 HP. Nejpoužívanější čerpadlo je VP44 (Obr. č. 31), někdy též označováno VR44. Toto čerpadlo má elektronickou regulaci EDC
(1) - palivová nádrž (5) - vysokotlaké palivové potrubí (2) - pomocné čerpadlo umístěné v nádrži (6) - vstřikovač (3) - jemný čistič paliva (7) - řídicí jednotka motoru (4) - rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty Obr. č. 18 Palivová soustava s radiálním vstřikovacím čerpadlem a rozdělovačem paliva *2+
2.1
Nízkotlaká část vstřikovacího čerpadla
Nízkotlaká část má za úkol zajistit dostatečné množství paliva pro vysokotlakou část. Hlavní části jsou lamelové dopravní čerpadlo, redukční ventil a přepouštěcí ventil. 2.1.1
Přepouštěcí ventil (obr. č. 19)
Má stejný úkol jako škrtící tryska u jednopístových rotačních čerpadel. Zajišťuje chlazení a odvzdušnění vstřikovacího čerpadla. Palivo přes něj odtéká zpět do palivové nádrže. Uvnitř ventilu je pružina (2), která tlačí na kuličkový ventil (2). Pokud tlak paliva překoná sílu pružiny, kuličkový ventil se nadzvedne a palivo odtéká přes zpětné potrubí do nádrže. Ve ventilu je umístěna ještě škrtící tryska, která má velmi malý průměr a je vyústěná do zpětného potrubí. Je to kvůli samočinnému odvzdušnění nízkotlakého okruhu.
21
2.2
Vysokotlaká část vstřikovacího čerpadla
Vysokotlaká část má za úkol vytvořit dostatečně vysoký tlak potřebný pro vstřikování. Dochází zde i k rozdělování a odměřování dávky. Do vysokotlaké části patří vysokotlaké čerpadlo (13), výtlačný ventil (6), vysokotlaký elektromagnetický ventil (5), těleso rozdělovače paliva (14) a řídicí jednotka (2). 2.2.1
Vysokotlaké čerpadlo s radiálními písty Má za úkol vytvořit tlak potřebný pro vstřikování paliva. Čerpadlo je poháněno hnacím hřídelem (19), na jehož konci jsou vodicí drážky (16) ve kterých jsou posuvně uložená zdvihátka (17) s kladkami (15). Kladky se pohybují po vnitřní dráze prstence (9), ve kterém se pohybuje hnací hřídel. Prstenec má radiální vačky, jejichž počet odpovídá počtu válců motoru. Ve vysokotlakém čerpadle je i rozdělovací hřídel (4), kterou pohání hnací hřídel pomocí unášeče, který zapadá do vodicích drážek (16). V rozdělovacím hřídeli jsou radiální písty (3), které se opírají o zdvihátka (17) a kopírují prstenec (9). Vysokotlaký prostor (18) se střídavě zmenšuje a zvětšuje.
(3) - radiální píst (4) - rozdělovací hřídel (9) - prstenec s vnitřními radiálními vačkami (15) - kladka
(16) - vodicí drážka hnacího hřídele (17) - zdvihátko (18) - vysokotlaký prostor (19) - hnací hřídel čerpadla
Obr. č. 20 Vysokotlaké čerpadlo s radiálními písty [2]
2.2.2
Rozdělování paliva
Rozdělování paliva se provádí prostřednictvím tělesa rozdělovače paliva. Rozdělování paliva se dělí do dvou fází a to fáze plnění a výtlačná fáze
Fáze plnění - ventil je otevřen a radiální písty jsou tlačeny od osy rozdělovacího hřídele. Přes nízkotlaký přívod, kruhový kanálek a jehlu ventilu proudí palivo ze skříně čerpadla do kanálku v rozdělovacím hřídeli a plní vysokotlaký prostor. Přebytek paliva odtéká zpět do skříně čerpadla přes kanálek. Výtlačná fáze - ventil je uzavřen a radiální písty jsou díky radiálním vačkám tlačeny k ose rozdělovacího hřídele a palivo je stlačováno. Rotační pohyb rozdělovacího hřídele propojí vysokotlaký prostor s rozdělovacím kanálkem a palivo je vytlačováno pod vysokým tlakem přes výtlačný ventil, výtlačné hrdlo a vysokotlaké potrubí ke vstřikovačům. Počet výtlačných kanálku je stejný jako počet válců motoru.
22
2.2.3
Dávkování paliva
Dodávka paliva je dána dobou uzavření jehly elektromagnetického ventilu. Jehla zavírá v dolní úvrati radiální vačky pomocí impulsu z řídicí jednotky. Jakmile je uzavře, začíná výtlak. Řídicí jednotka dostává přesnou informaci o počátku dodávky pliva pomocí BIP ventilu (z angl. Begin of Injection Perid). Výtlak paliva trvá do doby, než se elektromagnetický ventil opět otevře. Jakmile je ventil otevřen, tak palivo proudí do zásobníku paliva, kde je membrána, které tlumí tlakové pulsace. Tlak paliva v zásobníku podporuje plnící fázi čerpadla pro další výtlak. Pokud se elektromagnetický ventil nezavírá, je přerušen výtlak paliva a tím dojde k zastavení motoru. Z tohoto důvodu zde již nepotřebujeme elektromagnetický zastavovací ventil (ELAB) jak tomu je u rotačních čerpadel s axiálním posuvem pístu. 2.2.4
Přesuvník vstřiku
(7) - elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku (9) - prstenec s vačkami (10) - lamelové dopravní čerpadlo (31) - kulový čep (32) - píst přesuvníku vstřiku (33) - přívodní/odtokový kanálek (34) - regulační šoupátko (35) - výtlačná strana dopravního čerpadla
(36) - sací strana dopravního čerpadla (37) - přívod paliva z nádrže (38) - vratná pružina (39) - pružina řídicího pístu (40) - řídicí píst (41) - kruhový regulační prostor (42) - škrticí tryska
Obr. č. 23 - Přesuvník vstřiku *2+
23
2.2.4.1
Účel
Účelem přesuvníku vstřiku je v závislosti na stoupajících otáčkách měnit počátek výtlaku paliva ze vstřikovacího čerpadla, a tím optimalizovat předvstřik paliva. 2.2.4.2
Konstrukce
Je ovládán hydraulicky tzn. tlakem paliva. Je umístěn ve skříni vysokotlakého čerpadla. Prstenec s vačkami má na spodní straně kulový čep (31), kterým zasahuje do kruhového vybrání pístu přesuvníku (32). Píst přesuvníku mění svůj axiální pohyb na radiální pohyb prstence s vačkami. Uvnitř pístu přesuvníku je regulační šoupátko (34), které svým pohybem otevírá a zavírá řídicí otvor v pístu. Polohu šoupátka řídí píst (40) na který působí předpjatá pružina. Tlak, který působí na řídicí píst určuje elektromagnetický ventil přesuvníku (7), který je ovládán řídicí jednotkou čerpadla. 2.2.4.3
Princip činnosti Regulace počátku vstřiku (úhel předvstřiku) - U téhle regulace hrají hlavní roli zatížení, otáčky motoru a teplota motoru. Podle toho určí řídicí jednotka motoru požadovaný úhel předvstřiku. Hodnoty úhlů předvstřiků jsou uloženy v 3D datovém poli. Regulátor počátku vstřiku porovnává neustále v řídicí jednotce čerpadla skutečný úhel předvstřiku s požadovanou hodnotou. Pokud nastane odchylka, řídicí jednotka mění střídu napěťového signálu, který jde do magnetického ventilu (7). O skutečné hodnotě úhlu předvstřiku informuje snímač úhlu natočení nebo snímač zdvihu jehly. Zvětšení úhlu předvstřiku - Pokud je píst přesuvník vstřiku (32) v klidové poloze, tak jej přidržuje vratná pružina (38). Během provozu je tlak ve vnitřním prostoru regulován redukčním ventilem. Tento regulovaný tlak působí jako řídicí tlak přes trysku (42) na kruhový regulační prostor (41). Pokud je elektromagnetický ventil (7) uzavřen, tak se řídicí píst (40) posouvá s šoupátkem (34) proti pružině (39). Tím se otevírá přívodní kanál (33) a za píst přesuvníku (32) natéká palivo. Tlak přitékajícího paliva posouvá píst přesuvníku směrem doprava. Pohyb pístu se přenáší přes kulový čep (31) na rotační pohyb prstence (9). Pootočení prstence proti pohybu hnacího hřídele vede k dřívějšímu výtlaku paliva. Otočení prstence může být maximálně 20°. Zmenšení úhlu předvstřiku - Ke zmenšení uhlů předvstřiku musí poklesnout řídicí tlak. To zařídí elektromagnetický ventil (7), který je taktován řídicí jednotkou. Při poklesu řídicího tlaku se posouvá řídicí píst (40) směrem doleva. Ke zmenšení úhlu předvstřiku dojde, až když regulační šoupátko otevře přepouštěcí kanálek (33) a palivo odtéká z prostoru za pístem. Pružina (38) tlačí na píst přesuvníku (32), který je tlačen do výchozí polohy (na obr. 28 doleva). Tím dojde ke zmenšení úhlu předvstřiku. Regulace řídicího tlaku - Řídicí tlak je regulován elektromagnetickým ventilem (7) který je taktován řídicí jednotkou. Řídicí jednotka dokáže elektromagnetický ventil taktovat tak, že řídicí píst dokáže zaujmout jakoukoli pozici mezi krajními polohami úhlu předvstřiku. K taktování lze dochází pomocí tzv. střídy. Pokud je zapotřebí např. většího předvstřiku, tak řídicí jednotka čerpadla upraví střídu tak aby byl elektromagnetický ventil více uzavírán, tím odtéká méně paliva a zvedne se řídicí tlak. Řídící píst se tak pohybuje směrem ke zvětšení úhlu předvstřiku.
24
2.3
Řídicí systém s elektronickou regulací EDC (obr. č. 24)
U rotačních čerpadel s radiálními písty je EDC rozdělena stejně jako u rotačních čerpadel s axiálním pohybem pístu do 3 skupin.
2.3.1 2.3.1.1
Snímače - zjišťují provozní podmínky a převádějí různé fyzikální veličiny na elektrické signály ŘJ motoru a ŘJ čerpadla - zpracovává informace ze snímačů a vytváří výstupní signály pro akční členy Akční členy - přijímají signály z ŘJ a převádějí je na mechanické veličiny. Akční členy ovládá řídicí jednotka pomocí koncových výkonových stupňů, nebo řídicí jednotka posílá signály dalším systémům
Snímače Snímače teploty Používají se ke zjištění teploty motoru, plnícího vzduchu, oleje a paliva. Uvnitř snímače je materiál s negativní teplotní charakteristikou - NTC, ten se zvyšující se teplotou snižuje elektrický odpor snímače a naopak. Teplota motoru - snímač je umístěn v okruhu chladicí kapaliny (obr. 29, poz. 12). Z teploty chladicí kapaliny se odvozuje teplota motoru. Teplota plnicího vzduchu - snímač je umístěn v plnicím potrubí (obr. 29, poz. 14). Teplota oleje - snímač je umístěn v motorovém oleji. Teplota paliva – snímač je umístěn ve vstřikovacím čerpadle. (1) - elektrické připojení (2) - těleso snímače (3) - NTC - rezistor
Obr. č. 25 NTC rezistor
2.3.1.2
Snímač otáček klikového hřídele
Snímač otáček motoru je jeden z nejdůležitějších snímačů. Z jeho signálu se kromě otáček motoru určuje i poloha pístu ve válci. Tyhle dvě veličiny jsou hlavními veličinami pro výpočet množství vstřikovaného paliva a vypočítávají se ze signálu indukčního snímače otáček klikového hřídele. Indukční snímač tvoří cívka vedle které je ozubené kolo. Uvnitř cívky je trvalý magnet. Pokud se ozubené kolo bude točit, tak se bude vlivem vynechání zubu se měnit velikost magnetické pole a do cívky se bude indukovat střídavé napětí. Toto napětí je signálem pro řídicí jednotku. Řídicí jednotka si podle frekvence napěťových impulsů vypočítá otáčky ozubeného kola. Pokud je potřeba určovat i polohu ozubeného kola je ve vhodném místě vynechán minimálně jeden zub. V tomto místě je signál na hodnotě 0V.
25
2.3.1.3
Snímač úhlu natočení
Snímač úhlu natočení pracuje na stejném principu jako indukční snímač otáček klikového hřídele. Okamžité otáčky hnacího hřídele čerpadla jsou hlavní veličinou pro řídicí jednotku čerpadla. V případě vynechání snímače otáček klikového hřídele slouží signál z tohoto snímače jako náhradní signál pro určení otáček pro řídicí jednotku motoru. Na hnacím hřídeli vstřikovacího čerpadla (5) je umístěno impulsní ozubené kolo (3) s velmi jemným ozubením. Toto kolo má na svém obvodu rovnoměrně velké mezery. Počet mezer odpovídá počtu válců motoru. Tak jako u snímače otáček klikového hřídele i tady snímá ozubené kolo indukční snímač. Indukční snímač (2) je uložen v prstencovém držáku (4). Držák se pootáčí spolu s přesuvníkem vstřiku. Signál je do řídicí jednotky přenášen flexibilní vodivou fólií (1). Tento signál se využívá pro: Určení momentální úhlové pozice Měření okamžitých otáček vstřikovacího čerpadla Určení skutečné polohy přesuvníku vstřiku vůči poloze klikového hřídele
(1) - flexibilní vodivá fólie (2) - indukční snímač (3) - impulsní ozubené kolo snímače
(4) - prstencový držák snímače (5) - hnací hřídel čerpadla
Obr. č. 26 Indukční snímač úhlu natočení prstenec s vačkami
2.3.1.4
Snímač zdvihu jehly vstřikovací trysky (obr. č. 27)
Tento snímač je nutné použít pro správnou činnost EDC systému. Používá se u motorů s přímým vstřikem. Tento snímač zjišťuje skutečný počátek vstřiku paliva. Většinou je umístěn na třetím válci. Snímač je tvořen cívkou s ornamentním magnetem. Jestliže se zvedne jehla trysky a spustí se vstřikování, zasune se tlačný čep do indukčního snímače vstřikovače a tím se změní velikost magnetického pole a do cívky se indukuje napěťový signál. Řídicí jednotka si podle tohoto snímače a podle snímače polohy klikového hřídele vypočítá aktuální předstřik a porovná ho s daty uloženými v paměti. 2.3.1.5
Měřič hmotnosti vzduchu s vyhřívaným filmem (HFM)
Měřič hmotnosti je montován za vzduchovým filtrem. Uvnitř snímače je platinový film, který je vyhříván na konstantní teplotu elektrickým proudem. Okolo filmu proudí vzduch, který ho ochlazuje. Aby se udržela konstantní teplota je potřeba měnit elektrický proud, který vyhřívá film. Na měřiči hmotnosti vzduchu je deska s elektrickým obvodem, která velikost spotřebovaného proudu převede na napěťový signál, která je signálem pro řídicí jednotku. 2.3.1.6
Snímač plnicího tlaku
Určuje absolutní tlak v plnicím potrubí v rozsahu od 0,5 bar do 3 bar. Ve snímači jsou dva prvky, které pracují na principu piezoefektu. Výstupní napěťový signál je přiváděn do řídicí jednotky motoru.
26
2.3.2
Řídicí jednotky
Tenhle systém má dvě řídicí jednotky. Řídicí jednotku motoru a řídicí jednotku čerpadla. Tohle rozdělení je nutné kvůli přehřívání komponent řídicí jednotky a kvůli tomu, aby se zamezilo možnému rušení, které způsobují vysoké proudy, které jsou až 20 A. 2.3.2.1
Řídicí jednotka čerpadla
Je umístěna na čerpadle a je chlazená palivem. Přijímá signály ze snímače úhlu natočení a ze snímače teploty paliva. Spolu s údaji z řídicí jednotky motoru jsou vyhodnocovány pro určení množství a okamžiku vstřiku paliva. Na řídicí jednotce čerpadla je devítipólový konektor, který umožňuje propojení řídicí jednotky čerpadla s řídicí jednotkou motoru. Přes tento konektor probíhá komunikace mezi těmito jednotkami. 2.3.2.2
Řídicí jednotka motoru
Zpracovává veškeré signály snímačů, které jsou umístěny na motoru a v okolním prostředí. Z těchto signálů vypočítává signály pro akční členy. Řídicí jednotka motoru má 105-134 pólový konektor, přes který jsou napojené snímače, akční členy a napájení. 2.3.3 2.3.3.1
Akční členy Vysokotlaký elektromagnetický ventil
Je umístěn ve vysokotlaké části čerpadla a pomocí řídicí jednotky ovládá množství vstřikovaného paliva. 2.3.3.2
Elektromagnetický ventil přesuvníku vstřiku (Obr. č. 23, poz. 7)
Ovládá pomocí řídicí jednotky píst přesuvníku vstřiku. Pomocí taktování se určuje poměr sepnutí a nesepnutí ventilu, což určuje množství paliva, které proteče ventilem. Poměr se mění podle potřeby požadované polohy přesuvníku vstřiku. 2.3.3.3
Řídicí jednotka doby žhavení
Řízení doby žhavení vykonává výkonové relé. Žhavení je důležité pro studené starty kdy ohřívá nasávaný vzduch a pro správnou tvorbu emisí kde se žhavení používá i při chodu studeného motoru. Dobu předžhavení určuje teplota chladicí kapaliny. 2.3.3.4
Elektromagnetické převodníky
Jsou u regulace plnicího tlaku a u recirkulace spalin. U těchto regulací jsou ventily nebo klapky ovládány mechanickopneumaticky na bázi přetlaku nebo podtlaku. Elektromagnetickým ventilem jsou převáděny signály z řídicí jednotky na přetlak nebo podtlak. 2.3.3.5
Regulace škrticí klapky
U vznětových motorů je škrticí klapka kvůli zvýšení množství recirkulace spalin, kdy se snižuje přetlak v sacím potrubí. Škrticí klapka funguje jen při malých otáčkách. Kvůli doběhu motoru se používá i při vypínání motoru.
27
3
Kontroly a opravy
Na většinu kontrol tohoto druhu čerpadel potřebujeme speciální zkušební stolici (obr. č. 28) a kabel se speciálním konektorem podle druhu čerpadla. Nedoporučuju kontrolovat ani opravovat tyto čerpadla doma bez speciálního vybavení, ale odvést je do specializovaných servisů, kde mají speciální vybavení a vyškolené pracovníky. Kontrolu čerpadla jsme prováděli podle seřizovacích předpisových hodnot, které najdeme v programu Bosch ESI[tronic]. V tomto programu najdeme kompletní průběh kontroly a seřízení od potřebné výbavy přes jednotlivé kroky až po tisk protokolu opravy. Závadám na čerpadle můžeme předejít různými způsoby. Například včasnou a pravidelnou výměnou palivového filtru. Další typ jak předejít závadě je nechat v nádrži vždy tolik paliva, aby nedošlo k zavzdušnění a po chvíli i přidření čerpadla. A hlavně rotože je čerpadlo mazáno jen palivem tak samozřejmě tankovat jen kvalitní naftu, popřípadě přidávat aditiva na zvýšení mazivosti. Ve škole jsme provedli s technikem z firmy Bosch kontrolu rotačního vstřikovacího čerpadla s axiálním pohybem pístu a systémem EDC. Ze začátku se čerpadlo zdálo nefunkční, protože nevytlačovalo palivo do odměrných válců. Proto jsme ho rozdělali, abychom se podívali, jak to vevnitř vlastně vypadá. Po rozdělání čerpadla jsme ho důkladně proměřili, abychom zjistili, jestli není chyba uvnitř čerpadla například ve špatném kontaktu. Brzy jsme ale přišli na to, že byla špatně zapojena externí řídicí jednotka, ze které nevycházely správné signály do čerpadla. Po správném zapojení bylo už vše pořádku, a proto jsme mohli začít samotnou kontrolu čerpadla. Čerpadlo jsme kontrolovali na výtlak. To znamená, že čerpadlo musí při určitých otáčkách za určitý čas vytlačit určité množství paliva. Přesné hodnoty jsou udány v předpisových hodnotách. Jsou udány i s tolerancemi, protože se počítá s lehkým opotřebením čerpadla a ne vždy stejnými podmínkami. Pokud však čerpadlo vytlačí špatné množství paliva včetně tolerance, musí se opravit. Jelikož nám čerpadlo vytlačovalo špatné množství, které bylo kvůli rozebrání čerpadla, tak jsme posunuli hlavou čerpadla. Po lehkém posunutí hlavy čerpadla v řádech desetin milimetru jsme provedli zkoušku znova. Tenhle postup jsme opakovali do doby, než bylo vytlačené množství správné. Tímto jsme naši zkoušku ukončili. Další zkoušky již nebyly možné, jelikož si technik s sebou odvezl i zkušební kabel, který naše škola nevlastní. Další závada může nastat na elektromagnetickém zastavovacím ventilu. To poznáme tak, že vozidlo nestartuje i přes to, že je žhavení v pořádku a je i dostatek paliva. Abychom se ujistili, že je chyba opravdu zde, tak zkontrolujeme v motorovém prostoru drát, který vede k čerpadlu. Ten musí být nepřerušený. Pokud je na první pohled nepřerušený, tak sepneme spínací skříňku a ventil musí slyšitelně cvaknout. Poté odpojíme a připojíme konektor ventilu a ventil musí opět slyšitelně cvaknout. Pokud ventil necvaká tak je chyba v napětí nebo je vadný ventil. Proměříme tedy drát a zjistíme, jestli je vadný. Pokud je dát pořádku a ventil necvaká, je ventil špatný. Pokud má motor špatný volnoběh, který je zpravidla mimo 900-980 ot/min, tak ho upravíme. Na čerpadle je šroub, který je na kontramatku. Najdeme ho u páky přidavače, při nesešlápnutém plynu se o něj matka opírá. Povolíme kontramatku a šroubem pootáčíme. Po tom co najdeme optimální rozsah otáček, opět dotáhneme kontramatku. Mezi další nejčastější poruchy patří obtížné spouštění motoru, nebo že motor nelze spustit vůbec. U téhle možnosti může být problémů víc. Například vadné žhavicí svíčky nebo špatná funkce předžhavení. Další závadou u spouštění motoru může být ucpaný nebo přerušený přívod paliva do čerpadla. Pokud máme vysokou spotřebu paliva, může být na vině špatně seřízená dodávka paliva vstřikovacího čerpadla nebo třeba vysoké volnoběžné otáčky. Mezi další příčiny vysoké spotřeby patří ucpaný odvod paliva, dostatečně neutěsněná palivová soustava nebo jen znečištěný vzduchový filtr. Nejčastějším problémem bývá u naftových vstřikovacích čerpadel zanesení filtru nebo zavzdušnění palivové soustavy.
28
Závěr Nejdříve jsem si rozdělil rotační čerpadla do základních skupin, se kterýma jsem pak pracoval. Jednotlivé skupiny čerpadel jsem podrobně popsal po stránce jednotlivých dílů a principu činností. Následně jsem popsal mou kontrolu čerpadla, kterou jsem prováděl ve škole i s několika dalšími kontrolami a opravami které jsem popsal jen po teoretické stránce, protože jsem je v praxi nezkoušel, neboť nám ve škole chyběl kabel, který jsme měli k dispozici jen po dobu zkoušky čerpadla s technikem z firmy Bosch. V mé práci se nevyskytuje protokol seřizovacích hodnot, podle kterého se celá kontrola odvíjí z důvodu, ž se mi jej nepodařilo včas sehnat. Opravené, repasované čerpadlo je řádově 3-4 krát levnější než čerpadlo zcela nové. Ovšem i cena opraveného čerpadla vás může zaskočit, neboť se pohybuje okolo 20.000 korun i více. V současné době se rotační vstřikovací čerpadla nahrazují vstřikovacím systémem common rail, který dokáže vytvořit větší vstřikovací tlak, má lepší emisní hodnoty, tišší chod motoru a spoustu dalších výhod.
29
Použité informační zdroje 1
JAN, Zdeněk; ŽDÁNSKÝ, Bronislav. AUTOMOBILY 4 Příslušenství. 5. přepracované vydání. Brno : Avid s.r.o., 2007. Jednopístová vstřikovací čerpadla s rozdělovačem paliva, s. 229-224. ISBN 97880-903671-8-0.
2
JAN, Zdeněk; ŽDÁNSKÝ, Bronislav. AUTOMOBILY 4 Příslušenství. 5. přepracované vydání. Brno : Avid s.r.o., 2007. Vícepístová radiální vstřikovací čerpadla s rozdělovačem paliva, s. 245-256. ISBN 978-80-903671-8-0.
3
Servis naftových motorov AGÁT DIESEL s.r.o. *online+. 2002 *cit. 2011-02-23+. Oprava naftových čerpadiel, trysiek, náhradné diely AGÁT DIESEL s.r.o. Dostupné z WWW:
.
4
Seznam použitých obrázků Obr. č. 1 - Schéma palivové soustavy *1+ Obr. č. 2 - Lamelové (křídlové) dopravní palivové čerpadlo *1+ - příloha č. 1 Obr. č. 3 - Redukční ventil *1+ - příloha č. 1 Obr. č. 4 - Škrticí tryska *1+ - příloha č. 1 Obr. č. 5 - Odměřování dávky paliva *1+ Obr. č. 6 - Výtlačný ventil s rovnoobjemovým odlehčením *1+ - příloha č. 1 Obr. č. 7 - Výtlačný ventil s rovnotlakým odlehčením *1+ - příloha č. 1 Obr. č. 8 - Odměřování dávky paliva *1+ Obr. č. 9 - Běh naprázdno *1+ Obr. č. 10 - Odstředivý omezovací regulátor běh naprázdno *1+ - příloha č. 1 Obr. č. 11 - Přesuvník vstřiku *1+ - příloha č. 1 Obr. č. 12 - Umístění přesuvníku vstřiku *1+ Obr. č. 13 - Zařízení pro korekci paliva v závislosti na plnícím tlaku turbodmychadla (LDA) [1] Obr. č. 14 - Mechanický způsob zastavení motoru (LDA) *1+ Obr. č. 15 - Elektrický způsob zastavení motoru (ELAD) *1+ Obr. č. 16 - Blokové schéma systému elektronické regulace EDC *1+ Obr. č. 17 - Nastavovací ústrojí velikosti dodávky paliva *1] Obr. č. 18 - Palivová soustava s radiálním vstřikovacím čerpadlem a rozdělovačem paliva *2+ Obr. č. 19 - přepouštěcí ventil *2+ - příloha č. 1 Obr. č. 20 - Vysokotlaké čerpadlo s radiálními písty *2+ Obr. č. 21 - Plnící fáze rozdělovače paliva *2+ - příloha č. 1 Obr. č. 22 - Výtlačná fáze rozdělovače paliva *2+ - příloha č. 1 Obr. č. 23 - Přesuvník vstřiku *2+ Obr. č. 24 - Řídicí systém EDC u palivové soustavy s rotačním vstřikovacím čerpadlem s radiálními písty *2+ - příloha č. 1 Obr. č. 25 - NTC rezistor Obr. č. 26 - Indukční snímač úhlu natočení prstenec s vačkami Obr. č. 27 - Dvoupružinový vstřikovač se snímačem zdvihu jehly *2+ - příloha č. 1 Obr. č. 28 - Zkušební stolice *3+ - příloha č. 1 Obr. č. 29 - Axiální vačka *4+ - příloha č. 1
30
Obr. č. 30 - Čerpadlo VP29/30 *4+ - příloha č. 1 Obr. č. 31 - Čerpadlo VP44 *4+ - příloha č. 1
31
Příloha č. 1
(1) - hnací hřídel (3) - redukční ventil (2a) - rotor čerpadla (30) - skříň čerpadla (2b) - lamela Obr. č. 2 Lamelové (křídlové) dopravní palivové čerpadlo *1+
Obr. č. 3 Redukční ventil *1+
Příloha č. 1
Obr. č. 4 Škrticí tryska *1+
(1) - držák ventilu (výstupní hrdlo) (2) - zpětná škrticí tryska (23) - ventilová pružina
(4) - sedlo ventilu (5) - dřík ventilu (6) - odlehčovací píst
Obr. č. 6 Výtlačný ventil s rovnoobjemovým odlehčením *1+ - příloha č. 1
Příloha č. 1
(1) - držák ventilu (výstupní hrdlo) (2) - vedení ventilové pružiny (3) - ventilová pružina (výtlačný ventil (4) - výtlačný ventil (5) - vyrovnávací ventil
(6) - talíř pružiny (7) - ventilová pružina (vyrovnávací ventil) (8) - seřizovací objímka (9) - sedlo ventilu (10) - seřizovací podložka
Obr. č. 7 Výtlačný ventil s rovnotlakým odlehčením *1+ - příloha č. 1
(9) - regulační šoupátko (19) - odstředivé závaží (22) - regulační pružina (23) - ovládací páka (33) - seřizovací šroub volnoběžných otáček (42) - napínací páka (43) - spouštěcí páka (44) - pružina spouštěcí páky
(47) - čep regulační pružiny (48) - pružina běhu naprázdno (50) - doraz napínací páky (51) - vložená pružina (a) - dráha pružin pro spouštění a běh naprázdno (b) - dráha vložené pružiny (M2) - otočný bod pro části (42), (43) (z2) - minimální zdvih (běh naprázdno)
Obr. č. 10 Odstředivý omezovací regulátor běh naprázdno *1+
Příloha č. 1
(6) - kladkový kruh (6a) - kladka (30) - skřín vstřikovacího čerpadla (52) - smykadlo (53) - čep
(54) - píst přesuvníku vstřiku (55) - kanálek v pístu přesuvníku (56) - víko (57) - pružina přesuvníku
Obr. č. 11 Přesuvník vstřiku *1+
(1) - těleso ventilu (2) - tlačná pružina (3) - kuličkový ventil
(4) - škrticí tryska (5) - do zpětného potrubí Obr. č. 19 Přepouštěcí ventil [2]
Příloha č. 1
(3) - radiální píst (4) - rozdělovací hřídel (5) - vysokotlaký elektromagnetický ventil (6) - výtlačný ventil (18) - vysokotlaký prostor (20) - řídicí pouzdro (21) - jehla ventilu (22) - rozdělovací kanálek
(23) - kruhový kanálek (24) - nízkotlaký přívod paliva (25) - kanálek zpětného odvodu paliva (26) - hlava rozdělovače paliva (27) - výtlačné hrdlo (28) - výtlačný kanálek (29) - zásobník tlaku paliva (30) - membrána zásobníku tlaku paliva
Obr. č. 21 Plnící fáze rozdělovače paliva [2]
Obr. č. 22 Výtlačná fáze rozdělovače paliva *2+
Příloha č. 1
(1) - palivová nádrž (17) - turbodmychadlo (2) - jemný čistič paliva (18) - elektropneumatický převodník regurkulace výfukových plynů (3) - vstřikovací čerpadlo (19) - elektropneumatický převodník regulace plnicího tlaku (4) - řídicí jednotka čerpadla (20) – podtlakové čerpadlo (5) - vysokotlaký elektromagnetický ventil (21) - akumulátor (6) – elektromag. ventil přesuvníku vstřiku (22) – přístrojová deska (7) – přesuvník vstřiku (23) – snímač akceleračního pedálu (8) – řídicí jednotka motoru (24) – spínač spojkového pedálu (9) – vstřikovač se snímačem pohybu jehly trysky (10) – žhavicí svíčka (25) – spínač brzdových světel (11) – řídicí jednotka doby žhavení (26) – signál rychlosti jízdy (12) – snímač teploty chladicí kapaliny (27) – ovládání tempomatu (13) – indukční snímač ot. klikvého hřídele (28) – kompresor klimatizace se spínačem (14) – snímač teploty plnicího vzduchu (29) – indikace diagnostiky s přípojkou pro diagnostické zařízení (15) – snímač hmotnosti nasávaného vzduchu (16) – snímač plnicího tlaku Obr. č. 24 Řídicí systém EDC u palivové soustavy s rotačním vstřikovacím čerpadlem
Příloha č. 1
(1) - držák trysky (2) - indukční snímač pohybu jehly (3) - tlačná pružina (4) - vodicí podložka
(5) - tlačná pružina (6) - tlačný čep (7) - převlečná matice (8) - jehla trysky
Obr. č. 27 Dvoupružinový vstřikovač se snímačem zdvihu jehly *2+
Příloha č. 1
Obr. č. 28 Zkušební stolice
Obr. č. 29 - Axiální vačka
Příloha č. 1
Obr. č. 30 - Čerpadlo VP29/30
Obr. č. 31 - Čerpadlo VP44
