Palivová soustavaPalivová soustavavznětového motoru vznětového motoru
s řadovým čerpadlems řadovým čerpadlem
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Radek HladnýDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz; ISSN 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.
Provozuje národní ústav pro vzdělávání, školské poradenské zařízení a zařízení pro další vzdělávání pedagogických pracovníků (NÚV) .
Charakteristika a použití palivové soustavy s řadovým čerpadlem
Vysokého tlaku, který je potřeba k jemnému rozptýlení paliva, se dosahuje pomocí samostatných pístových čerpadel, která jsou pro jednotlivé válce umístěna v řadě v jednom tělese čerpadla.
Řadová čerpadla s mechanickou regulací se dříve využívala u všech vznětových motorů nákladních automobilů, autobusů a traktorů.
Vstřikovací tlaky mohou být až120 MPa.
Přehled částí palivové soustavy
Nízkotlaká část :Nádrž, hrubý čistič s odkalovací nádobkou, podávací čerpadlo, jemný čistič, palivový kanál vstřikovacího čerpadla, nízkotlaké potrubí a hadice, vratné potrubí
Vysokotlaká část :Pracovní jednotky vstřikovacího čerpadla, vysokotlaké potrubí, vstřikovače.
Přehled části palivové soustavy na traktoru
◄─
◄◄──
◄─
◄─
◄◄──
◄◄──◄◄──
◄─ ◄─
◄─
◄─
Vstřikovače
Vstřikovacíčerpadlo
Jemný čistič
Palivová nádrž
Ruční pumpička
Hrubý čistič
Podávací čerpadlo
──
─
───
────
───
── ──
───
─ vysokotlaké potrubí
─ nízkotlaké potrubí
─ vratné (přepadové) potrubí
◄◄──
◄◄──
◄ ◄─ ─
Palivový systém – nízkotlaká část
Palivová nádržNádrž bývá vyrobena z plechu,
u osobních a lehkých nákladních vozidel také z plastu. Vzhledem ke spotřebě motoru a dojezdu vozidla bývá u užitkových vozidel podstatně větší než u osobních automobilů.
U nákladních automobilů bývá umístěna za kabinou vedle rámu vozidla.
Palivový systém – nízkotlaká část
Nízkotlaké potrubíPotrubí tvoří jednak měděné nebo ocelové trubky, jednak hadice z pryže odolávající účinkům nafty, často chráněné drátěným ocelovým obalem.Spoje hadic bývají nejčastěji pomocí upravených koncovek a dutého šroubu.
Palivový systém – nízkotlaká část
Hrubý čistič palivaJe umístěn mezi nádrží a podávacím
čerpadlem na přístupném místě. Tvoří jej držák se skleněnou odkalovací nádobkou, v níž je jemné drátěné sítko. To zachycuje hrubší nečistoty, které by mohly způsobit problémy v činnosti pístového podávacího čerpadla.
Nádobka je uchycena pomocí třmenu, takže se dá snadno demontovat a vyčistit.
Palivový systém – nízkotlaká část
Podávací čerpadloJeho úkolem je nasát naftu z nádrže a tlakem ji dopravit přes jemný čistič do palivového kanálu vstřikovacího čerpadla.Používají se mechanicky poháněná pístová čerpadla umístěná většinou na vstřikovacím čerpadle. Jsou poháněná excentrem na jeho vačkové hřídeli, popř. s pohonem od motoru.Čerpadla mohou být jednočinná nebo dvojčinná.
Může být na něm umístěn hrubý čistič a ruční pumpička.
◄─Ruční pumpička
Podávací čerpadlo─►
Hrubý čistič paliva─►
Pružina
Píst s přepouštěcímventilem
Tlačná tyčka
Palivový systém – nízkotlaká část
Jednočinné podávací čerpadlo - činnost
Při odklonění excentru tlačí pružina píst doprava a před pístem se vytlačuje palivo směrem k jemnému čističi. Současně vzniká vlevo za pístem podtlak a proto se sem nasává přes sací ventil od hrubého čističe nafta.
Působením excentru na tyčku se píst posouvá doleva a přes přepouštěcí ventil v pístu se palivo přetlačuje z levé strany pístu na pravou.
sánívýtlak
─►přepouštění─►
◄─
◄─◄─
◄─
◄─
◄─◄─ ◄─
Palivový systém – nízkotlaká část
Ruční pístové čerpadlo Po čištění palivové soustavy, při
vyčerpání nádrže nebo úniku paliva je třeba soustavu odvzdušnit. Palivo totiž slouží k mazání některých částí v soustavě, ale především vzduch v palivu způsobuje problémy v dávkování paliva a motor by nešel spustit.
Ruční pístová pumpička bývá umístěna na přístupném místě a často přímo na podávacím čerpadle a má za úkol nasát palivo z nádrže a dopravit jej do vstřikovacího čerpadla a vytlačit přitom přes odvzdušňovací otvory vzduch ze soustavy.
sánívýtlak
Ruční pumpička─►
◄─
◄─
Palivový systém – nízkotlaká část
Jemný čistič palivaJeho úkolem je zbavit palivo mechanických nečistot až do velikosti několika tisícin milimetru.Nachází se mezi podávacím a vstřikovacím čerpadlem. Jedná se o filtr s jednou papírovou filtrační vložkou nebo dvoustupňový čistič , který může mít 1.hrubší plstěnou vložku a 2.jemnou papírovou vložku. Vnitřní část papírové vložky může být vinutá nebo hvězdicová. Součástí filtru bývá na dně odkalovací šroub pro vypouštění nečistot a vody. Na víku bývá jeden nebo více odvzdušňovacích šroubů (modré šipky).
─►
─►
─►
─►
─►
Palivový systém – nízkotlaká část
Palivový kanál vstřikovacího čerpadla Je to podélný kanál v horní části vstřikovacího čerpadla, kterým se přivádí palivo
ke všem vstřikovacím jednotkám. Také na tomto kanálu jsou umístěny odvzdušňovací šrouby. Udržování konstantního tlaku v nízkotlaké části soustavy zajišťuje regulační ventil, který bývá na vstřikovacím čerpadle nebo jemném čističi. Přebytek paliva se vrací do nádrže a může být ohříván od výfukového potrubí.
Palivový kanál─► ◄─Palivový kanál
Regulační ventil
Palivový systém – vysokotlaká část
Pracovní jednotka vstřikovacího čerpadla – význam, pohon, částiJejím úkolem je odměřit dávku paliva pro jeden válec a toto palivo dopravit vysokým tlakem ke vstřikovači a jeho prostřednictvím do spalovacího prostoru motoru.
Vstřikovací čerpadlo má tolik jednotek kolik má motor válců.
Čerpadlo bývá poháněno přes ozubený převod přímo nebo přes spojku od motoru.
Otáčky vačkového hřídele čerpadla jsou u čtyřdobého motoru poloviční, tj. každá jednotka dodá palivo do jednoho válce 1 krát za 2 otáčky.
Vysokotlaké hrdlo─►
Výtlačný ventil─►
Válec jednotky─►
Píst jednotky─►
Regulační pouzdro─►
Ozubený segment pouzdra─►
Vratná pružina─►
Zdvihátko─►
◄─ Palivový kanál
Vačka─►
Miska pružiny─►
Pružina výtl. ventilu─►
Regulační tyč
─►
Palivový systém – vysokotlaká částPracovní jednotka vstřikovacího čerpadla – činnostPři pohybu pístu do DÚ pomocí pružiny odkryje pístek horní hranou
plnící kanál ve válečku a výtlačný prostor se doplní palivem z palivového kanálu.
Při pohybu pístku do HÚ pomocí vačky a zdvihátka se nejdříve palivo vrací do kanálu. Skutečná tvorba tlaku a začátek dodávky nastane prakticky těsně před uzavřením přepouštěcího kanálku horní hranou pístku. Vytvořený tlak otevře výtlačný ventil a palivo může být přes vstřikovač vstřiknuto do motoru. Dodávka paliva skončí poklesem tlaku jeho únikem do palivového kanálu po odkrytí přepouštěcího kanálku šikmou dolní hranou drážky na pístu.
Plnící kanál
Přepouštěcíkanál
─►
─►
─►
Pístek
Konec dodávky
Pístek Pístek Pístek
Plnění
─►
─►
Počátek dodávky Přepouštění
─► ─►
─►
─►
─►
─►
─►─►
DÚ pístku HÚ pístku
─►
─► ─►
─►
Svi
slá
drá
žka
Šroubovitá regulační hrana
─►
Palivový systém – vysokotlaká částVýtlačný ventil vstřikovací jednotkyJeho úkolem je uzavírat propojení mezi výtlačným
prostorem jednotky a vysokotlakým potrubím. Zabraňuje uzavřením zpětnému proudění paliva a
pomáha rychlému poklesu tlaku v potrubí, aby se rychle uzavřela vstřikovací tryska a nedocházelo k dostřiku.
Ventil je v hrdle tlačen do kuželového sedla pružinou. Aby došlo k jeho otevření musí být tlakem překonána pružina a ventil se musí zvednout nejen ze sedla, ale ještě o výšku odlehčovacího pístku. Ten po zavření ventilu svým objemem zajistí zvětšení objemu ve vysokotlakém vedení a tím rychlejší pokles tlaku a uzavření trysky.
Počátek dodávky
─►
─►
─►─►
─►
─►
◄─Těleso ventilu
kuželové sedlo
─►
─►výtlačný ventil─►
odlehčovací píst─►
◄─osazení pro pružinu
Palivový systém – vysokotlaká částPracovní jednotka vstřikovacího čerpadla – regulace množství palivaRegulace množství paliva se provádí pootáčením pístků jednotek pomocí hřebenové regulační
tyče. Tyč je ovládána přes pedál akcelerátoru nebo regulátorem.
Svislá drážka v pístku propojuje horní a dolní část pístku, přičemž v dolní výtlačné části má pístek šikmou regulační hranu. Vzdálenost horní hrany a šikmé hrany pístku vůči přepouštěcímu kanálku ve válečku určuje množství vstříknutého paliva. Nachází-li se šikmá drážka proti přepouštěcímu kanálku, všechno palivo, které by se mělo vytlačit se vrací do nízkotlaké části, nevytvoří se tedy vstřikovací tlak a dodávka paliva je nulová.
Počátek dodávky Konec dodávky - větší dávka
Nulová dodávka
─►
─►
─►
Konec dodávky- menší dávka
─►
──────────
────
────
────
──
──
──
──
──
──
──
──
◄
◄
◄
◄
Výt
lačn
ý zd
vih
Výt
lačn
ý zd
vih
Palivový systém – vysokotlaká část
Vysokotlaké potrubíToto potrubí je vždy tvořeno ocelovými bezešvými tlustostěnnými trubkami, které mohou být pro velmi vysoké tlaky i vrtané.
Potrubí ke všem vstřikovačům by mělo mít stejnou délku a ohyby nesmí být ostré.
Spoje potrubí bývají zásadně prostřednictvím kužele a převlečné matice. Kužel může být na trubce vylisován nebo připájen.
Palivový systém – vysokotlaká část
VstřikovačeÚkolem vstřikovače je zajistit vstříknutí
jemně rozptýleného paliva do spalovacího prostoru.
Hlavními částmi vstřikovače je držák trysky a tryska.
Vstřikovač má vstupní vysokotlakou přípojku a přepadovou nízkotlakou přípojku.
Otvírací tlak vstřikovače je možné seřizovat předpětím pružiny a to výměnnými podložkami nebo seřizovacím šroubem.
Přepad paliva
Závěrná matice
↑
Tlačná tyčka
Převlečná matice
Vstřikovací tryska
Vysokotlaký vstup paliva
Tlačná pružina
Seřizovací šroub
◄─
Držák trysky
←
← ←
←
←
←
←
Palivový systém – vysokotlaká část
Vstřikovače - činnostPalivo je pod vysokým tlakem přivedeno
do vstřikovače a kanálkem v držáku trysky a tělese trysky je přivedeno k jehle trysky. Tlak působí zespod na kuželovou plochu v místě zvětšeného průměru jehly trysky. Jehla je současně tlačena v opačném směru pružinou přes tlačnou tyčku do sedla a tryska je tak zavřena. Jakmile síla tlaku paliva překoná předpětí pružiny, jehla se nadzvedne ze sedla a uvolní průřez pro výstřik paliva do spalovacího prostoru. Poklesem tlaku se pak zase tryska pružinou uzavře. Palivo, které unikne netěsností jehly v trysce se dostává přes vnitřní prostor vstřikovače a přepadem se vrací do nádrže.
◄─
◄─
◄─
◄─
◄─
Síla pružiny
Síla od tlaku paliva
Palivový systém – vysokotlaká část
Čepová vstřikovací tryska
Tyto trysky se používají u motorů s nepřímým vstřikem paliva. Otvírací tlak bývá 12 – 15 MPa.
Na konci jehly trysky za těsnícím kuželem se nachází válcový nebo kuželový čep, který zajišťuje po nadzvednutí jehly nasměrování paprsku paliva. Plného průtoku paliva je dosaženo až po úplném zvednutí jehly a širšího paprsku se dosahuje kuželovým čepem trysky.
Palivový systém – vysokotlaká část
Otvorová vstřikovací tryska
Tyto trysky se používají u motorů s přímým vstřikem paliva. Otvírací tlak bývá 17 – 25 MPa.
Pod jehlou trysky se nachází v tělese trysky 1 - 5 výstřikových otvorů. Jejich velikost, počet, rozmístění i celkový úhel kuželového paprsku vstřiku závisí na konkrétním řešení spalovacího prostoru motoru.
Příslušenství vstřikovacího čerpadla
Regulátory - významVelkou nevýhodou naftových motorů je to,
že nedokážou udržet otáčky bez toho, že by se měnila poloha regulační tyče; motor zrychluje či zpomaluje. K odstranění tohoto nedostatku potřebuje vstřikovací čerpadlo vždy regulátor. Ten může být mechanický nebo elektronický (EDC).
Příslušenství vstřikovacího čerpadla
Odstředivé regulátory – druhy, použití
a) Omezovací – slouží k regulaci volnoběžných otáček a zabraňuje překročení maximálních otáček motoru. Mezi těmito otáčkami nezasahuje. Používá se u běžných osobních i nákladních automobilů.
b) Výkonnostní – dle odebíraného výkonu upravuje potřebné množství paliva k udržení nastavených otáček, např. ručním plynem. Používá se např. u traktorů.
c) Všerežimový – kombinuje omezovací a výkonnostní regulaci
Regulační tyčOdstředivé regulátory – druhy, použití
a) Omezovací – slouží k regulaci volnoběžných otáček a zabraňuje překročení maximálních otáček motoru. Mezi těmito otáčkami nezasahuje. Používá se u běžných osobních i nákladních automobilů.
b) Výkonnostní – dle odebíraného výkonu upravuje potřebné množství paliva k udržení nastavených otáček, např. ručním plynem. Používá se např. u traktorů.
c) Všerežimový – kombinuje omezovací a výkonnostní regulaci
excentr
Regulační páka
Hřídel ovládací páky
─►
Úhlové pákyzávaží
pružiny
Vodící čep
─►
─►─►
─►
─►
─►
─►
─►
─►
───
Příslušenství vstřikovacího čerpadlaOmezovací regulátor – princip regulace dávky
Regulátor se nachází na konci vačkové hřídele. Odstředivá síla působí na dvě závaží, která jsou přitlačována k nosiči závaží pružinami. Pohyb závaží se přenáší úhlovými pákami na vodící čep (smykadlo) a regulační páku, spojenou s regulační tyčí.
Regulační páka je ve střední části uložena na excentricky umístěném čepu (Motorpal) nebo kameni kulisy (Bosch). Pokud řidič ovládá dávku, pohybuje pomocí ovládací páky a excentru regulační pákou, která se chová jako jednoramenná.
Zasahuje-li regulátor, posunuje vodící čep spodním koncem s regulační pákou a ta se chová jako dvouramenná, takže horním koncem pohybuje opačným směrem s regulační tyčí. Otočným bodem je pak excentr nebo kámen kulisy.
Schéma regulátoru MOTORPAL
Příslušenství vstřikovacího čerpadlaOmezovací regulátor – činnost
V každém závaží se nachází minimálně 2 pružiny. Vnější – volnoběžná se opírá jedním koncem o dno závaží a druhým o sedlo svorníku. Vnitřní – omezovací se opírá o dolní pohyblivé sedlo svorníku a horní.
Při volnoběhu se změnou otáček pohybují závaží mezi nosičem a dolním sedlem vlivem změn sily odstředivé a volnoběžných pružin.
Při zvýšení otáček se opřou závaží o dolní doraz a odstředivá síla nepřekoná sílu dalších-omezovacích pružin.
Teprve při dosažení omezovacích (jmenovitých) otáček je překonána síla pružin, závaží se oddálí a přes převod stahují regulační tyč k nulové dodávce paliva
Poloha horní hrany závaží při regulaci volnoběhuje mezi liniemi 1 a 2
Poloha horní hrany závaží při překročení jmenovitých otáček je mezi liniemi 2 a 3
Příslušenství vstřikovacího čerpadlaPřesuvník vstřiku
Je to zařízení, které má za úkol měnit počátek vstřiku paliva s ohledem na provozní stav motoru. Dříve se využívalo mechanické ovládání řidičem jen pro start motoru, pak se využívala odstředivá automatická regulace.
Přesuvník tvoří vložený člen mezi pohonem vstřikovacího čerpadla a vačkový hřídel čerpadla. Umožňuje vzájemné pootočení hnací a hnané části a tím změnu počátku vstřiku. U automatického, odstředivě ovládaného přesuvníku, se s rostoucími otáčkami pootáčí hřídel čerpadla (pohybem závaží (Z)) ve směru otáčení, takže vačky dříve nabíhají na zdvihátka a palivo se tak vstřikuje dříve. (Na obrázcích vpravo bez hnané části přesuvníku, která se montuje na hřídel čerpadla. Mezi půlkruhovým osazením a pružinami (*)zapadají čepy (č), spojené s hnanou částí.
Základní předstih vstřiku – nízké otáčky
Maximálníní předstih vstřiku – vysoké otáčky
Hnací část
Hnaná část ─►
─►
**
*
*
č
čč
č
z
z z
zz
Příslušenství vstřikovacího čerpadla
Přidavač paliva • Nachází se na konci regulační tyče
a tvoří její pohyblivý doraz, čímž může zajistit při startu zvýšenou dávku paliva. Při aktivaci přidavače a plném sešlápnutí pedálu akcelerátoru při startu se více posune hřebenová tyč a pístky se natočí na vyšší dodávku paliva.
• Ovládání přidavače může být :- pákové – lankem či táhlem z místa řidiče- tlačítkové či čepové – u traktorů (nedá se ovládat z místa řidiče)- elektromagnetické – je součástí přetlakového korektoru a činnost je aktivována jen při startu díky elektromagnetu , spínači a rozpínacímu relé
Příslušenství vstřikovacího čerpadla
Korektory • Pozitivní korekce – pro dosažení většího
převýšení točivého momentu musí z jmenovitého stavu dávka paliva s klesajícími otáčkami mírně vzrůstat – u omezovacího regulátoru je tento korektor součástí regulátoru
• Negativní korekce – Přetlakový korektor (LDA)Používá se u přeplňovaných motorů s vyššími plnícími tlaky a zajišťuje zmenšení dávky paliva při volnoběžných otáčkách, kdy je plnící tlak a tím i hmota vzduchu ve válci malá.Při prudkém sešlápnutí pedálu akcelerátoru nebo prudkém zatížení pak zajišťuje postupné zvětšování paliva v závislosti na postupném zvyšování plnícího tlaku. Prakticky tvoří korektor pohyblivý doraz hřebenové regulační tyče.
