Wtrysk paliwa

Wtrysk paliwa ? sposob dostarczenia paliwa do silnika spalinowego .

Wtrysk paliwa jest stosowany powszechnie w silnikach wysokopr??nych oraz w silnikach o zapłonie iskrowym . W silnikach o zapłonie iskrowym wtrysk paliwa praktycznie wyparł z u?ycia zasilanie ga?nikowe .

Historycznie wyst?powały układy wtryskowe sterowane mechanicznie, hydraulicznie i elektromechanicznie, obecnie powszechnie wyst?puje sterowanie wtryskiem elektroniczne poprzez układ komputerowy.

Układy wtryskowe w silnikach wysokopr??nych [ edytuj | edytuj kod ]

W silnikach wysokopr??nych najcz??ciej stosowany jest wtrysk bezpo?redni , rzadziej wtrysk po?redni i w tych konstrukcjach silnikow stosuje si? tzw. układ hydraulicznego systemu wtrysku paliwa .

Układy wtryskowe w silnikach o zapłonie iskrowym [ edytuj | edytuj kod ]

W silnikach o zapłonie iskrowym układy wtryskowe mo?na podzieli? pod wzgl?dem rodzaju i rozmieszczenia wtryskiwaczy paliwa:

wtrysk jednopunktowy (SPI ? Single Point Injection, CPI ? Central Port Injection) ? jeden wtryskiwacz umieszczony w kolektorze dostarcza paliwo dla wszystkich cylindrow ,
wtrysk wielopunktowy (MPI ? Multi Point Injection) ? ka?dy cylinder ma osobny wtryskiwacz, umieszczony w kolektorze, przed zaworem dolotowym,
wtrysk bezpo?redni (DI ? Direct Injection) ? wtryskiwacz umieszczony jest w cylindrze,
wtrysk bezpo?redni w mieszance uwarstwionej ? wtryskiwacz umieszczony jest w cylindrze.

Ze wzgl?du na sterowanie wieloma wtryskiwaczami w układzie MPI rozro?nia si? rozwi?zania:

sekwencyjne (SFI ? Sequential Fuel Injection, SPFI, SEFI) ? ka?dy wtryskiwacz jest sterowany niezale?nie i ma niezale?nie wyliczany moment zadziałania, czasem te? dawk? paliwa, typowo dla ka?dego cylindra oddzielnie,
grupowe (batched) ? wtryskiwacze poł?czone s? grupami i sterowane zale?nie, układ wylicza dawk? dla ?u?rednionego” cylindra czy kolektora (np. popularne starsze układy Forda EEC-IV z rodzaju MPI maj? tylko dwie grupy dla silnikow V6 i V8 , ?praw?” i ?lew?”),
wspolne ? obecnie nieu?ywane, układ MPI jest sterowany wspolnie, jak pojedynczy układ SPI, tyle ?e z wieloma wtryskiwaczami.

Wtrysk paliwa w silnikach o zapłonie iskrowym zapewnia lepsz? kontrol? dawkowania paliwa w porownaniu z rozwi?zaniami ga?nikowymi (dokładniejsze sterowanie wtryskiwaczami przez odpowiedni układ steruj?cy, obecnie powszechnie ? przez komputer steruj?cy prac? silnika) i lepsze wymieszanie z powietrzem (przez rozpylenie pod znacznym wi?kszym ci?nieniem i w lepszych warunkach, w porownaniu do ga?nika), co pozwala na jego lepsze ( zupełne i całkowite ) spalenie przy mniejszym wspołczynniku nadmiaru powietrza .

Spaliny z silnika z wtryskiem paliwa zawieraj? mniej tlenku w?gla , niepo??danych tlenkow azotu i niedopalonych w?glowodorow w stosunku do zasilania ga?nikowego .

Elementy układu wtrysku paliwa [ edytuj | edytuj kod ]

Dla układu wtrysku paliwa silnika o zapłonie iskrowym mo?na wyro?ni? nast?puj?ce kluczowe elementy:

Układ zasilania paliwem [ edytuj | edytuj kod ]

W przeciwie?stwie do ga?nika, ktory jest urz?dzeniem utrzymuj?cym poziom paliwa i podci?nieniowo rozpylaj?cym je w zw??ce Venturiego , kosztem energii powietrza zasysanego przez silnik, układ wtryskowy operuje ci?nieniem dostarczonym z zewn?trz, typowo przez pompy paliwa (historycznie u?ywano w egzotycznych aplikacjach zbiornikow z paliwem pod ci?nieniem). Obecnie powszechnie stosowane s? pompy elektryczne, w niektorych aplikacjach spotyka si? pompy mechaniczne i poł?czenia układow pomp mechanicznych i elektrycznych. Typowy układ zasilania utrzymuje stabilne zało?one konstrukcyjnie ci?nienie paliwa, stosowane s? regulatory ci?nienia lub odpowiednie sterowanie pomp. Zało?ona wysoko?? ci?nienia paliwa podawanego do wtrysku zale?y głownie od konstrukcji silnika i wtryskiwaczy (umieszczenie wtryskiwaczy, ich zdolno?ci rozpylania i zamykania), typowo wynosi od kilku do kilkudziesi?ciu barow (znacznie wi?cej przy wtrysku bezpo?rednim), jest to bardzo wa?ny parametr pracy układu. Innym wa?nym parametrem jest odpowiednia wydajno?? układu pod ci?nieniem roboczym.

Historycznie u?ywano układow o zmiennym ci?nieniu i wydajno?ci podawanego paliwa, szczegolnie przy sterowaniu wtryskiem czysto mechanicznie. Obecnie układy takie zostały wyparte przez elektroniczne sterowanie czasem otwarcia wtryskiwaczy przy stałym ci?nieniu (sterowanie impulsowe).

Wtryskiwacze [ edytuj | edytuj kod ]

Paliwo podawane przez układ zasilania trafia odpowiednimi przewodami lub kolektorami do wtryskiwaczy , przy wtrysku po?rednim rozmieszczonych typowo w układzie dolotowym, wzgl?dnie blisko zaworow dolotowych (aby mieszanka paliwowo-powietrzna trafiała w cało?ci i jak najszybciej do cylindrow) lub, przy wtrysku bezpo?rednim, umieszczonych wprost w głowicy cylindra (analogicznie do ?wiec zapłonowych). Wtryskiwacze s? szybkimi i dokładnymi zaworami, otwieraj?cymi przepływ paliwa na zało?ony czas, rz?du milisekund, i zespolonymi z odpowiedni? dysz?, rozpylaj?c? wypływaj?ce pod ci?nieniem paliwo, w celu jak najszybszego odparowania i wymieszania z powietrzem w układzie dolotowym lub w cylindrze. Dysze zintegrowane (czyli w praktyce ? całe wtryskiwacze) charakteryzuje, przy zało?onym ci?nieniu zasilania paliwem i jego rodzaju, przepływ paliwa podawany w litrach/minut? itp. jednostkach, oraz kształt rozpylanej ?chmury” paliwa, podawany np. jako k?t sto?ka rozpylanej ?chmury” ? s? to wa?ne parametry dobierane pod k?tem całego układu i silnika. Obecnie powszechnie u?ywane wtryskiwacze to zawory sterowane elektromagnetycznie z iglic? uło?on? podłu?nie wzg. dyszy i kanału paliwa. Historycznie u?ywano zaworow sterowanych elektrycznie, pneumatycznie, mechanicznie itd., z ro?nymi układami elementow zamykaj?cych ? jednym z głownych czynnikow wpływaj?cych na upowszechnienie układow wtrysku paliwa było opanowanie produkcji prostych, dokładnych i niezawodnych wtryskiwaczy elektromagnetycznych, w miejsce rozbudowanych mechanicznie i zawodnych zespołow. Nale?y zauwa?y?, ?e wtryskiwacze pracuj? tysi?ce razy na minut?, w podwy?szonej temperaturze, i oczekuje si? od nich powtarzalno?ci pracy i trwało?ci przez wiele lat, co stawia du?e wyzwania u?ytym materiałom i technologiom.

Układ steruj?cy [ edytuj | edytuj kod ]

Typowo wtryskiwacze s? sterowane przez układ elektroniczny, b?d?cy cz??ci? kompleksowego układu sterowania silnikiem, potocznie zwanego komputerem silnika. W nowoczesnych rozwi?zaniach jest to układ, ktory mierzy, typowo, kilkadziesi?t parametrow pracy silnika i jego osprz?tu, oraz dane o parametrach ruchu pojazdu (np. pr?dko??) i ustalane przez kierowc? (np. poło?enie pedałow gazu i hamulca), przetwarza je za pomoc? wbudowanego komputera, wyliczaj?c w czasie rzeczywistym (czyli ? tysi?ce razy na minut?) parametry wyj?ciowe dla układow silnika i pojazdu, dla silnika benzynowego o zapłonie iskrowym najwa?niejsze sygnały wyj?ciowe to impulsy dla układu zapłonu iskrowego i impulsy dla sterowania wtryskiwaczy paliwa. Układ steruj?cy typowo jest hybryd? technologii analogowej (pomiary, formowanie sygnałow, filtracja), cyfrowej (mikrokomputer wyliczaj?cy parametry wyj?ciowe z danych wej?ciowych oraz zapisanych w pami?ci tablic i algorytmow dla danego silnika i pojazdu) oraz elementow ?siłowych” jak zasilacze i stopnie wyj?ciowe steruj?ce zapłonem i wtryskiem paliwa. Dodatkowymi cz??ciami nowoczesnych układow s? podsystemy autodiagnostyki, sygnalizacji stanu czy usterek, czy te? zapewniaj?ce redundancj? (awaryjne działanie przy uszkodzeniach np. czujnikow czy mikrokomputera), itp.

Opanowanie i potanienie odpowiednich technologii elektronicznych i dostatecznie szybkich i ?pojemnych” mikrokomputerow było drugim wa?nym czynnikiem, ktory spowodował upowszechnienie układow wtryskowych paliwa, wcze?niejsze rozwi?zania wtrysku, z regulatorami pneumatycznymi, hydraulicznymi, uproszczonymi elektrycznymi itp., były zawodne i niedokładne, i brały pod uwag? drobny ułamek liczby parametrow uwzgl?dnianych w nowoczesnych rozwi?zaniach.

Czujniki [ edytuj | edytuj kod ]

Dla wła?ciwej pracy układu steruj?cego wtryskiem potrzebny jest szereg danych wej?ciowych o stanie pracy silnika, pojazdu, intencjach kieruj?cego, itp. Nale?y zauwa?y?, ?e w tak postawionych zagadnieniach regulacyjnych nie ma gornego limitu opomiarowania układu, i liczba czujnikow i parametrow wej?ciowych jest ograniczona tylko inwencj? producenta i kosztami, jednak pewne czujniki s? z definicji niezb?dne do wła?ciwej pracy układu, ew. s? wymagane przez prawo. Podstawowe w obecnie u?ywanych układach to:

czujnik poło?enia wału korbowego ? daje informacje o obrotach i fazie pracy poszczegolnych cylindrow, synchronizuje prac? układu sterowania z mechanik? silnika i jego stanem pracy (np. obroty jałowe, maksymalne),
czujnik przepływu powietrza dolotowego (czasem w formie czujnika ci?nienia) ? daje informacj? o ilo?ci powietrza zasysanego przez silnik w jednostce czasu,
czujnik lub czujniki zawarto?ci tlenu w spalinach (sondy lambda) ? daje informacj? o rzeczywistej stechiometrii spalania w silniku (mieszanka uboga, bogata) i pozwala utrzyma? optymalny skład mieszanki i spalin w danym momencie pracy silnika.

Dodatkowo u?ywa si? szeregu innych czujnikow i parametrow, np:

poło?enia przepustnicy (lub przepustnicy elektronicznej, bez mechanicznego poł?czenia z pedałem gazu),
poło?enia pedału hamulca, parametry pracy skrzyni biegow ,
poło?enia wałka (wałkow) rozrz?du,
pr?dko?ci pojazdu,
temperatury silnika, powietrza dolotowego, paliwa,
ci?nienia paliwa,
czujnik spalania stukowego (wibracji).

Zasada działania [ edytuj | edytuj kod ]

Układ steruj?cy wtryskiem paliwa jest zespołem regulatorow, ktore maj?, we wspołpracy z układem sterowania zapłonem, utrzymywa? optymalne parametry pracy silnika w ro?nych stanach. Głownymi kryteriami optimum s? czysto?? spalin, ekonomia silnika i osi?gi silnika (moc, moment obrotowy).

Wi?kszo?? układow pracuje w trzech głownych stanach:

w otwartej p?tli sterowania ( open loop ) ? pewne parametry wej?ciowe z czujnikow s? poza ?tolerancj?” programu mikrokontrolera, wylicza on ?zgrubnie” parametry wtrysku paliwa (i ew. zapłonu) by zapewni? w ogole stabiln? prac? silnika, osi?gi pozwalaj?ce na jazd? i mo?liwie ekonomiczne spalanie; jest to typowy stan np. po uruchomieniu zimnego silnika;
w zamkni?tej p?tli sterowania ( closed loop ) ? kluczowe parametry wej?ciowe z czujnikow mieszcz? si? w zało?onych tolerancjach, co pozwala mikrokontrolerowi na dokładne wyliczanie dawki paliwa (i ew. przesuni?cia zapłonu), na podstawie wbudowanych algorytmow i tablic, opisuj?cych prac? silnika. Jest to stan normalnej pracy, obecnie typowo wiod?cym parametrem wej?ciowym jest sonda lambda i czujnik przepływu (ew. ci?nienia) powietrza w układzie dolotowym, układ stara si? utrzyma? spalanie stechiometryczne przy ubogiej mieszance i wła?ciwych charakterystykach silnika, reaguj?c na zmienn? sytuacj? (obroty, moment obrotowy, przepustnica, parametry powietrza dolotowego, itd);
w trybie awaryjnym ? układ przechodzi w stan awaryjny w razie uszkodzenia mikrokontrolera itp. (typowo wykrywane jest to układami typu watchdog itp.), je?li komputer przestaje sterowa? wtryskiem paliwa i zapłonem, rol? t? przejmuj? proste układy elektroniczne (np. timery ), ktore zapewniaj? ?zgrubne” sterowanie i prac? silnika i jazd?, na ogoł przy bardzo złej ekonomii spalania i osi?gach.

W obecnie stosowanych układach w razie wyst?pienia trybu awaryjnego lub zbyt długiej pracy w trybie otwartej p?tli, czy uszkodzeniach kluczowych czujnikow, układ sygnalizuje kierowcy awari? kontrolk? ?check engine” (pomara?czowy napis lub piktogram silnika).