Trysky přímého vstřikování

end-logo
Sdílejte:

Přímé vstřikování paliva do spalovacího prostoru může proběhnout až po výměně náplně, tj. po vytlačení zbytků hoření. K přípravě zapálitelné směsi musí dojít během kratší doby než u jiných druhů vstřikování, u druhých se směs vytváří před výměnou náplně, tj. před nasáváním do spalovacího prostoru. Z tohoto důvodu jsou nároky na vstřikovací trysky mnohem větší. Průměr kapiček vstřikovaného paliva musí být řádově menší a rychlost paprsku vstřiku dostatečně vysoká, aby i při nejvyšších otáčkách motoru došlo k vytvoření zápalné směsi, která by beze zbytku shořela. To je do značné míry ovlivněno i tvarem kužele vstřikovaného paliva, aby se dosáhlo jeho minimálního styku s vnitřními stěnami válce a dobré homogenizace jeho směsi se vzduchem v celém rozsahu otáček motoru a jeho zatížení. Těmto potřebám bývá přizpůsobováno provedení výstupu paliva z trysky.

Přímé vstřikování do spalovacího prostoru se provádí dvěma způsoby:

  1. Vstřikováním tekutého paliva.
  2. Vstřikováním částečně vytvořené směsi vzduchu a paliva.

Ad 1.

Soustavy vstřikující tekuté palivo se vyznačují vysokým tlakem tohoto media a krátkou dobou vstřiku. Oba parametry mají být v širokých mezích nezávislé na otáčkách motoru.

Vysoký tlak paliva vyžaduje použití pístového čerpadla poháněného od hřídele motoru. Při činnosti takových čerpadel dochází ke změnám výstupního tlaku, jak v průběhu jednotlivých otáček, tak při změnách jejich počtu v celém pracovním rozsahu motoru. Proto musí být palivo dodáváno z čerpadla do zásobníku, ve kterém je udržován stálý tlak regulátorem ovládaným elektronicky. Zásobník musí být dostatečně pružný, aby tlumil tlakové pulsace vlivem periodického otevírání a uzavírání vstřikovacích trysek a kolísání proudu paliva dodávaného čerpadlem. Ale musí být i dostatečně tuhý, aby se v něm tlak dostatečně rychle přizpůsobil potřebám motorového provozu. Tlak paliva v zásobníku musí být v celém provozním rozsahu motoru nezávislý jak na vstřikovaném tak na z čerpadla dodávaném množství paliva. Proto je k zásobníku, provedeném ve tvaru trubky z hliníku, připojen regulátor tlaku, který jej udržuje na předprogramované hodnotě. Tlak je kontrolován snímačem, který přenáší informaci do řídící jednotky, jejíž výstupní signál koriguje odchylky. Zásobník je současně rozdělovacím potrubím pro trysky. Odtud jeho anglický název „common rail“.

Vysokotlaké vstřikovací trysky, které jsou připojeny bezprostředně k zásobníku, musí vyhovět řadě požadavků, včetně malých zastavovacích rozměrů. Protože okamžikem svého otevření určují začátek vstřiku a délkou otevření množství vstřikovaného paliva a také potřebou lineárního průběhu vstřiku, musí velmi rychle reagovat na signál z řídící jednotky a mít vhodnou konstrukci, aby palivo při jejich otevření proudilo rovnoměrně. Velký význam má provedení výstupního otvoru, který určuje potřebný tvar kužele vstřikovaného paliva.

Jedna z použitých konstrukcí (výrobek Bosch), schématicky zakreslená na obrázku, používá kotvy vtahované od vinutí elektromagnetu k otvírání vstřikovacího otvoru trysky přes táhlo s ní spojené. Pokud je elektromagnet bez signálu, je kotva tlačena k dolnímu dorazu pružinou a tryska uzavírá vstřikovací otvor, čímž brání dodávce paliva přicházejícího pod tlakem ze zásobníku. Přivedením signálu je tryska otevřena a po skončení signálu ji síla pružiny opět uzavře. Protože pružina působí na větší plochu než tlak paliva, nemůže dojít k otevření trysky bez působení signálu ve vinutí elektromagnetu.

Podle požadavků na tvar kužele vstřikovaného paliva se volí provedení vstřikovacích otvorů. Kromě možností volby tvaru se přihlíží i k dokonalosti přípravy směsi při nejvyšších tlacích paliva a odolnosti proti karbonizaci.

Mnohootvorová vstřikovací tryska je charakteristická ostře ohraničenými jednotlivými paprsky vstřikovaného paliva, tvořícími „plášť“ kužele s určitým vrcholovým úhlem, obdobně jako u vznětových motorů. Ovšem při podstatně nižších vstřikovacích tlacích u zážehových motorů bývá jak tvar paprsku, tak dokonalost rozprášení kapiček často nedostačující.

Tryska typu A se otevírá vně, čímž uvolňuje dávkovací průřez a tak se vytváří plášť dutého kužele. Ovšem i u ní je rozprášení kapiček paliva poněkud horší než u trysku typu I. Naproti tomu má podstatně větší odolnost proti karbonizaci.

U trysky typu I, která se otevírá dovnitř, dochází k rotaci paprsku vstřikovaného paliva po „plášti“ dutého kužele, takže jeho kapičky jsou velmi dobře rozprášené, což je spolu s poměrnou necitlivostí vůči znečistění otvoru a rozsáhlou možností tvarování kužele velmi výhodné, takže tento typ bude zřejmě nejpoužívanější.

U řady nových vozidel je použito palivového okruhu bez zpětného odvodu přebytečného paliva do nádrže. Regulátor tlaku je umístěn v bezprostřední blízkosti palivového čerpadla v nádrži. Tím jednak odpadá zpětné potrubí od motoru k nádrži a navíc se snižuje teplota paliva v ní. To pak způsobuje pokles emisí uhlovodíku odpařováním a zlepšuje tak účinnost soustavy regenerace odvětrávaného paliva.

Po použití v takových soustavách vyvinula fa Bosch vstřikovací trysku typu EV6, která má velmi dobré tepelné vlastnosti a nevytváří problémy při teplých startech.

Ad 2.

U vstřikování částečně vytvořené směsi vzduchu a paliva je část procesu tvorby směsi provedena mimo spalovací prostor. Tím se může doba tvorby směsi prodloužit. Smísením paliva pro vstřikování s množstvím vzduchu potřebným pro stechiometrické složení provedené mimo válec motoru, může být dosaženo rozprášením na kapičky kolem 10 um již při tlaku paliva asi 600 kPa, případně s tlakem vzduchového dílu asi 550 kPa. Takto vytvořená emulze palivo/vzduch je zavedena do spalovacího prostoru průtokovým kanálem, což je řízeno elektromagnetickým ventilem. U dvoudobých motorů maloobsahových skutrů se používá mechanického řízení, u víceválcových motorů automobilů, a to i u čtyřdobých, je potřebné řízení elektronické.

Konstantní tlak vzduchového dílu pro dílčí přípravu směsi je vytvářen pístovým kompresorem poháněných od hřídele motoru. Tlakový vzduch přichází do zásobníku, který přejímá spolu se vstřikováním paliva i roli komory tvorby směsi. V ní se již tvoří dílčí směs, zcela nezávisle na pochodech v pracovním válci. Její přepouštění následuje prostřednictvím elektromagnetického, elektronicky řízeného ventilu. Pro víceválcové motory je komora mnohdy společná pro všechny válce a elektromagnetické ventily jsou řízeny jednotlivě. Elektromagneticky ovládaný ventil pro vstřikování emulze palivo/vzduch do spalovacího prostoru je hlavním prvkem soustavy.

Do mísicí komory se nejprve vstřikuje přesně odměřené množství paliva během doby 1.5 až 10 ms při tlaku asi 650 kPa. Potom je do komory vháněn stlačený vzduch, čímž se vytvoří emulze. Přitom dosahují kapičky paliva průměru kolem 8 um (8 tisícin mm).

Malé průměry kapiček, které jsou tímto způsobem dosažitelné dovolují rychlé odpaření paliva vstříknutého s emulzí do pracovního prostoru válce. Tím je trvání úplné tvorby směsi ve vlastním spalovacím prostoru podstatně zkráceno. Během tohoto děje může ve válci vzniknout protitlak v důsledku stlačovaného vzduchu při kompresním zdvihu. Pokud by nebyl kompenzován tlakem paliva, ovlivnil by rychlost vstřikování a tím i průměr kapiček. Klesne-li rozdíl tlaků pod 100 kPa, zvětší se průměr kapiček až nad 20 um.

Vzhledem k tomu, že vstřikování paliva je prováděno při jeho tlaku, srovnatelném se soustavami vstřikování do sacího kanálu, je i zde používáno obdobných vstřikovacích trysek i elektromotorem poháněným palivových čerpadel. Trysky jsou pak spojovány v jednom tělese se vzduchovými tryskami, nebo s ventily vstřikování emulze palivo/vzduch. Důležité je i umístění celého dílu ve spalovacím prostoru válce, aby kužel vstřikované emulze vytvořil u zapalovací svíčky v okamžiku zážehu zápalnou směs.

Přizpůsobení poměru palivo/vzduch ve vstřikované emulzi podle požadovaného vzduchového čísla ve spalovacím prostoru, je možné prostřednictvím délky vstřiku jejích složek.

V palivové soustavě je dále vložen regulátor tlaku, který je napojen na stlačený vzduch, aby se vytvořil potřebný tlakový rozdíl mezi palivem a vzduchem.

Na obrázku je uspořádání vstřikování v hlavě čtyřventilového čtyřdobého motoru.

Ohodnoťte článek


banner pro vstup do katalogu MJauto
Sdílejte: