Upload
aida-brkic
View
418
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERZITET U SARAJEVU
FAKULTET ZA SAOBRAĆAJ I KOMUNIKACIJE
ODSJEK: Saobraćaj
SMJER: Cestovni saobraćaj
PREDMET: CESTOVNA VOZILA
SISTEMI ZA DOBAVU GORIVA KOD DIZEL MOTORA
Kandidati: Mentor:
Dženis Mahmutović Prof. dr. Ivan Filipović
Dalila Ahmetović
Đejlana Aganović
Sarajevo, mart 2012. godine
1
SADRŽAJ
SADRŽAJ ................................................................................................................................................... 1
UVOD ....................................................................................................................................................... 2
1.Sistem za napajanje gorivom diesel - motora ...................................................................................... 3
1.1.Dovod goriva u diesel - motor ....................................................................................................... 4
2.Pumpe visokog pritiska......................................................................................................................... 6
2.1.Linijska (redna) pumpa visokog pritiska ........................................................................................ 6
2.2.Rasteretni ventil ............................................................................................................................ 8
2.3.Rotacione klipne distribucione pumpe ....................................................................................... 10
2.4.Pumpe visokog pritiska za sistem pumpa-brizgač ....................................................................... 10
3. Brizgači............................................................................................................................................... 12
4.Common Rail ...................................................................................................................................... 16
5.Ostali pribor instalacije za ubrizgavanje ............................................................................................. 20
5.1. Regulator .................................................................................................................................... 20
5.2.Čistač goriva – filter za gorivo ..................................................................................................... 22
6.Najvažnije karakteristike instalacija za dobavu goriva u dizel motorima ........................................... 23
ZAKLJUČAK ............................................................................................................................................. 25
LITERATURA ........................................................................................................................................... 26
2
UVOD
U ovom seminarskom radu, na temu „Sistemi za dobavu goriva kod dizel motora“ mi smo
na najbolji i najkraći mogući način pokušali predstaviti sam sistem dobave goriva. Sistem za
dobavu goriva je jedan od najznačajnijih sistema motornih vozila, te smo mi uz pomoć knjige
„Cestovna vozila“ , skripte „Motori i motorna vozila“ prof. dr. Ivana Filipovića, Skripta
„Motori s unutarnjim izgaranjem“ grupe autora (Ivan Mahalec, Zoran Lulić ,
Darko Kozarac), te nekih web stranica raznih proizvođača uradili ovaj seminarski.
Sam rad je koncipiran od šest manjih cjelina. Na samom početku objasnili smo osnovne
zadatke sistema te osnovne podjele. Zatim smo kroz naredne dijelove detaljnije obradili
osnovne komponente ovog veoma značajnog sistema motornih vozila. Malo više pažnje smo
posvetili sistemu Common Rail koji je jedan od najčešće upotrebljavanih i najnovijih sistema
za dobavu goriva, te smo se na kraju samo kratko osvrnuli na ostale komponente i samo
naveli najvažnije karakteristike instalacije za dobavu goriva.
3
1.Sistem za napajanje gorivom dizel - motora
Sistem za napajanje gorivom dizel-motora mora da omogući: 1
- ekonomičnost transformacije hemijske energije goriva u mehanički rad;
- nisku koncentraciju škodljivih produkata u izduvnim gasovima;
- miran i što je moguće bezbučniji rad;
- pogodnu regulaciju u odnosu na brzinski režim i nivo opterećenja;
- odgovarajuće «praćenje» toka doziranja i količine goriva na promjenjivim režimima
rada motora sa ciljem postizanja statičkih i dinamičkih karakteristika motora;
- nizak nivo mehaničkih i termičkih opterećenja i razumno dug vijek motora i instalacije
za dobavu goriva;
- kompaktnost instalacije za dobavu goriva i njen pogodan smještaj na motor;
- pouzdanost u radu, što manju komplikovanost opsluživanja i realnu cijenu
konstrukcije
Sistemi za napajanje goriva dizel motora mogu se podijeliti, uzimajući u obzir različite
aspekte, kao što su:
- vrsta pogona,
- način stvaranja visokog pritiska,
- način regulacije ubrizganog goriva, itd.
1 Ivan Filipović, 2011, Cestovna vozila, Mašinski fakultet, Sarajevo, 197str.
4
Slika1. Podjela sistema za dobavu gorivu prema pogonu i načinu ostvarenja visokog pritiska
Pored ovih podjela prisutne su i druge podjele, posebno komletnih instalacija, kao naprimjer
konvencionalni sistemi i sistemi sa elektronskim upravljanjem.
1.1.Dovod goriva u dizel - motor
U ovom poglavlju ćemo jednostavno opisati sistem dopremanja goriva u dizel-motor, a u
narednim poglavljima će pojedinačno biti opisan pojedini dijelovi ovog sistema.
Rezervoar goriva (1) na sebi obavezno sadrži mjesto za nasipanje goriva sa oduškom za zrak
iz rezervoara, mjerač nivoa goriva, grubi prečistač (usisnu korpu u rezervoaru) na vodu kojim
se gorivo transportuje preko niskotlačne pumpe (2) i otvor na najnižoj tački rezervoara, za
ispuštanje goriva. Na niskotlačnoj pumpi (2) se nalazi jedan grubi prečistač goriva (2a) i ručna
pumpa (2b) za punjenje sistema gorivom prije startovanja motora, ukoliko je instalacija za
gorivo bila ispražnjena zbog rastavljanja i opravki na motoru. Od niskotlačne pumpe gorivo
se transportuje preko sistema prečistača (3) (jednog ili više prečistača) do pumpe visokog
pritiska (4). Od pumpe visokog pritiska (4) gorivo ide preko cijevi visokog pritiska (6) na
brizgače (5), koji gorivo ubrizgavaju, u tačno definisanoj količini i određenom vremenu u
cilindar motora sus.
5
Na instalaciji se nalaze prelivni ventil (7) i povratni odnosno prelivni vodovi (8) od prečistača
(3), pumpe visokog pritiska (4) i od brizgača (5), koji vraćaju višak goriva u rezervoar (1). Na
pumpi visokog pritiska nalazi se regulator broja obrtaja (9) i varijator ugla predubrizgavanja
(10), koji imaju ulogu regulisanja nominalnog, odnosno maksimalnog broja obrtaja motora i
ugla početka potiskivanja goriva na pumpi visokog pritiska, odnosno ugla predubrizgavanja.
Slična instalacija je i za sistem pumpa-cijev-brizgač sa elektronskom kontrolom pojedinih
parametara, u prvom redu ugla predubrizgavanja i regulacije dobave količine goriva. Kod
ovakvih instalacija nalazi se elektronska upravljačka jedinica, koja na osnovu informacija o
parametrima stanja na motoru sui, posredno preko odgovarajućih aktuatora i prenosnih
elemenata, vrši upravljanje pojedinih parametara na sistemu dobave goriva.
Pumpa visokog pritiska dobiva pogon od radilice motora, preko jednog prenosnika. 2
Slika 2: Instalacija za napajanje gorivom sa linijskom pumpom (sistem pumpa-cijev-brizgač)
2 Ivan Filipović, 2011, Cestovna vozila, Mašinski fakultet, Sarajevo, 199 str.
6
2.Pumpe visokog pritiska
Pumpe visokog pritiska predstavljaju najvažniju komponentu u sistemu dobave goriva u dizel
motorima. Ova činjenica proizilazi iz same konstrukcije diesel motora, jer se gorivo u
cilindrima pali pod visokim pritiskom, ali ga je takođe potrebno i ubrizgati u cilindar pod
visokim pritiskom. Ovaj proces se obavlja korištenjem različitih mehaničkih sklopova u
kojima pumpe visokog pritiska čine osnovu. Pumpe visokog pritiska se nazivaju i «bosch
pumpama» iz razloga što 97% svjetske proizvodnje ovih sklopova predstavljaju rješenja
njemačkog industrijskog proizvođača Bosch, po kome su ove pumpe i dobile ime. Osnovni
zadatak pumpi visokog pritiska je da obezbijede potiskivanje odgovarajuće količine goriva
prema brizgaču i motoru sui sa pritiskom potiskivanja koji će omogućiti kvalitetno
raspršivanje goriva u cilindru motora. Kvalitetno raspršivanje podrazumijeva dobivanje što
sitnijih kapljica raspršenog goriva u toku cijelog procesa ubrizgavanja.
Zavisno od namjene motora (putnička vozila, kamioni, brodovi, itd.) i koncepta instalacije za
dobavu goriva, može se napraviti gruba podjela pumpi visokog pritiska na:
1. linijske (redne) pumpe visokog pritiska. Koriste se u koncepciji sistema dobave
goriva pumpa-cijev-brizgač,
2. distribucione pumpe visokog pritiska. Koriste se u koncepciji sistema dobave goriva
pumpa-cijev-brizgač,
3. pumpe visokog pritiska za sistem pumpa-brizgač,
4. pumpe visokog pritiska za sisteme common rail-a.3
U nastavku našeg seminarskog rada ćemo dati kraći opis ovih pumpi.
2.1.Linijska (redna) pumpa visokog pritiska
Linijske pumpe visokog pritiska, ne ulazeći u opremu pumpi, mogu se podjeliti prema načinu
regulacije potisnute količine goriva, na:
- pumpe sa mehaničkom regulacijom potisnute količine goriva i
- pumpe sa elektronskom regulacijom potisnute količine goriva
3 Ivan Filipović, 2011, Cestovna vozila, Mašinski fakultet, Sarajevo, 203 str.
7
Slika 3. Djelomični presjek šestocilindrične linijske pumpe visokog pritiska sa
mehaničkom regulacijom
Izgled jedne linijske redne šestocilindrične pumpe visokog pritiska, sa mehaničkom
regulacijom potisnute količine goriva, dat je na slici 3. Bregasto vratilo pumpe (1) je
pogonjeno, najčešće preko zupčastog prenosnika, od radilice motora sui. Na pumpi se nalaze
mehanički centrifugalni regulator broja obrtaja (2) i varijator ugla predubrizgavanja (3),
takođe mehanički centrifugalni. Niskotlačnu pumpu za gorivo (4) pokreće ekscentar na
bregastom vratilu. Niskotlačna pumpa (4) dovodi gorivo, preko sistema prečistača, u
niskotlačni kolektor (5), odakle gorivo ulazi u nadklipni prostor pumpe visokog pritiska.
U nadklipnom prostoru pumpe visokog pritiska gorivo pod visokim pritiskom se potiskuje
preko cijevi visokog pritiska, koja je spojena sa pumpom na priključku (6), do brizgača i
motora sui.
8
2.2.Rasteretni ventil
Natklipni prostor pumpe odvojen je od cijevi visokog pritiska rasteretnim ventilom. Njegovi
osnovni zadaci:
a) da razdvoji natklipni prostor pumpe od cijevi visokog pritiska kada ne traje potiskivanje;
b) da u svom povratnom hodu rastereti zapreminu visokog pritiska (kućišta rasteretnog
ventila, cijev visokog pritiska i unutrašnju zapreminu brizgača) i onemogući da, zbog
reflektovanih talasa, dođe do naknadnog ubrizgavanja goriva;
c) da svojim rasterećenjem reguliše nivo stalnog pritiska u zapremini između ventila i
brizgača i na taj način smanji zakašnjenje između početka potiskivanja i početka
ubrizgavanja goriva.
U praksi se susreću sistemi rasteretnih ventila:
- sa konstantnom rasteretnom zapreminom (VR= const.),
- sa konstantnim statičkim (zaostalim) pritiskom (po= const.) između dva ubrizgavanja,
- sa konstantnom rasteretnom zapreminom i dodatnom prigušnicom.
Izgled rasteretnog ventila sa konstantnom rasteretnom zapreminom, koji je i najčešće
zastupljen u praksi, dat je na slici 4. Ventil sa klipom (1), koji je prikazan na sjedištu vođice
klipa (3), pod prednaponom opruge (2), se nalazi u kućištu rasteretnog ventila (5). Rasteretni
hod klipa ventila (hRv) i prečnik klipa ventila (dv) su označeni na slici 190. Na osnovu ovih
oznaka, rasteretna zapremina se računa kao:
9
Slika 4. Rasteretni ventil VR=const
Vođica opruge (4), data u formi kao na slici 4, iskorištena je u cilju smanjenja zapremine
kućišta rasteretnog ventila (Vkl). Ova zapremina predstavlja tzv. „mrtvu zapreminu“ i njeno
smanjenje pozitivno utiče na hidrodinamičke karakteristike goriva, što će se kasnije detaljnije
objasniti. Kada je zapremina Vkl srazmjerno mala, u odnosu na kompletnu visokotlačnu
zapreminu sistema, oblik vođice (4) na slici 4 se izostavlja. Osnovna karakteristika ventila je
rasteretna zapremina (VR), kojom se od trenutka razdvajanja zapremine visokog pritiska(VS)
i nadklipnog prostora, do trenutka sjedanja klipa ventila na sjedište, uvećava zapremina
visokog pritiska za vrijednost VR , odnosno pritisak u zapremini visokog pritiska pada za Δp.4
4 Ivan Filipović, 2011, Cestovna vozila, Mašinski fakultet, Sarajevo, 209 str.
10
2.3.Rotacione klipne distribucione pumpe
Ove pumpe su dobile naziv rotacione zbog toga što uređaj za distribuciju goriva (distributor)
prema pojedinim cilindrima motora sui vrši rotaciju oko vlastite ose. Kretanje klipova, koji
stvaraju visoki pritisak u gorivu, zavisno od konstrukcije, može biti u pravcu ose distributora
(aksijalne pumpe- visoki pritisak kod ove pumpe ostvaruje se aksijalnim kretanjem klipa
pumpe (kretanje u pravcu ose distributora) i normalno na osu distributora (radijalne pumpe-
ove pumpe se razlikuju od rotacionih aksijalnih pumpi po konstrukciji, broju i načinu kretanja
klipova koji stvarju visoki pritisak u gorivu, naime ovdje se klipovi za stvaranje visokog
pritiska goriva kreću radijalno u odnosu na osu obrtanja pogonskog vratila).
2.4.Pumpe visokog pritiska za sistem pumpa-brizgač
Sa stanovišta hidrodinamičkih karakteristika sistem pumpa-brizgač daleko je kvalitetniji od
sistema pumpa-cijev-brizgač, gdje se u cijevima javljaju deformacije potisne karakteristike od
pumpe, isparavanje goriva, a često je prisutna i pojava kavitacije. Sistem pumpa-cijev-brizgač
ima jedinu prednost što je fleksibilniji za ugradnju na različite motore. Zbog ovih osobina
danas se masovno koristi sistem pumpa-brizgač. Kod ovog sistema otpada cijev visokog
pritiska, koja spaja pumpu visokog pritiska i brizgač, kao i rasteretni ventil. Prema
konstruktivnoj izvedbi ovi sistemi se dijele na:5
sistem gdje je klip pumpe odvojen od brizgača, veza je preko kratkog kanala
hidrauličnim putem,
klip pumpe i igla brizgača su iz jednog dijela.
Prema načinu regulacije potisnute količine goriva postoje i ovdje:
pumpe sa mehaničkom regulacijom potisnute količine goriva,
pumpe sa elektronskom regulacijom potisnute količine goriva.
5 Ivan Filipović, 2011, Cestovna vozila, Mašinski fakultet, Sarajevo, 213 str.
11
Prikaz konstruktivne izvedbe pumpe visokog pritiska sistema pumpa-brizgač, sa mehaničkom
regulacijom potisnute količine goriva i sa kratkim kanalom između pumpe i brizgača, dat je
na slici 5.
Slika 5.Sistem pumpa-brizgač sa kratkim kanalom i mehaničkom regulacijom potisnute količine goriva
Velika prednost sistema pumpa - brizgač u odnosu na sistem pumpa – cjevovod – brizgač leži
u nepostojanju zapremine ispunjene gorivom između pumpe i brizgača.Impuls potiskivanja
klipa prenosi se praktično nedeformisan na brizgač, nema fluida većeg kapaciteta koji bi
izazvao deformaciju impulsa. Glavni nedostatak sistema pumpa - brizgač u odnosu na sistem
pumpa – cijev - brizgač leži u znatno manjoj adaptibilnosti na motoru.
12
3. Brizgači
Uloga brizgača je da ubrizgavaju gorivo i da ga rasporede u radnom prostoru motora zavisno
od procesa stvaranja smjese i sagorijevanja. Kod motora sa nepodijeljenim radnim prostorom
i zapreminskim stvaranjem smjese potrebno je da se gorivo fino rasprši i ujedno ravnomjerno
raspodijeli, dok se kod površinskog stvaranja smješe gorivo nanosi na zid komore u vidu
tankog filma.Postoje takoder razlike u odnosu na mlaz goriva iz brizgača ako je u pitanju
stvaranje smjese i sagorijevanje u podijeljenom radnom prostoru (pretkomore, vihome
komore). Ako se uzmu u obzir specifičnosti, kao i razne veličine komora, onda je jasno da
postoji niz različitih konstrukcija brizgača, pogotovo se razlikuju donji dijelovi sa mlaznicama
koji ulaze u radni prostor.
Podjela brizača će biti prikazana na slici koja slijedi:
Slika 6. Podjela brizgača
13
Slika 7 Presjek brizgača s različitim konstrukcionim rješenjima
Slika 8. Brizgač
Obzirom da uvijek postoji potreba kontrolisanog procesa ubrizgavanja goriva, odnosno
kontrolisanog procesa izgaranja, u cilju uspostave optimalnih energetskih i ekoloških
parametara motora sui, brizgač ima ključnu ulogu u tom procesu. Prvi pokušaji uvođenja
kontrolisanog procesa ubrizgavanja, tzv. stepenastog ubrizgavanja, koje se može najlakše
objasniti preko dijagrama hoda igle, datog na slici 9, ostvareno je sa brizgačima sa dvije
opruge.
14
Slika 9.6
Upravo zbog toga u novije vrijeme se počinju primjenjivati brizgači sa prinudnim otvaranjem
koji umjesto solenoidnog ventila koriste piezoelektrični aktuator koji ima daleko kraće
vrijeme djelovanja, odnosno brže reakcije od komande do izvršenja funkcije otvaranja ili
zatvaranja brizgača. Zahvaljujući korištenju piezoelektričnih elemenata, koji se, pri dovođenju
napona na krajeve šire, može se upravljati sa procesom ubrizgavanja, gdje je omogućeno:
- veći broj ubrizgavanja u toku jednog ciklusa,
- vrlo kratka vremena ubrizgavanja,
- precizno doziranje količine goriva.
Nedostatak piezoelektričnih elemenata (aktuatora) je što im je širenje vrlo malo pri dovođenju
napona na njih. Zbog toga se mora ugrađivati dosta veliki broj piezoelektričnih elemenata, što
povećava dimenzije brizgača, ili se moraju konstruisati posebni prenosni mehanizmi koji
uvećavaju regulacioni hod u odnosu na mali hod piezoelektričnog aktuatora. Slikovit prikaz
mogućnosti regulacije ubrizganih količina goriva u toku jednog ciklusa najbolje se vidi na
slici 10, gdje je predstavljena karakteristika ubrizgavanja goriva u funkciji vremena za slučaj
višestepenog ubrizgavanja. Sve veličine na ovoj slici su promjenjive i zavise od radnih uslova
motora, kojima se preko upravljačke jedinice u svakom trenutku definiše vrijeme početka i
trajanje kao i karakter promjene ubrizgane količine goriva.
6 Ivan Filipović, 2011, Cestovna vozila, Mašinski fakultet, Sarajevo, 215 str
15
Slika 10.7
Najčešće pominjane karakteristike brizgača su:
- pritisak otvaranja i zatvaranja brizgača,
- maksimalni hod igle brizgača i
- protočna karakteristika brizgača
7 Ivan Filipović, 2011, Cestovna vozila, Mašinski fakultet, Sarajevo, 216 str.
16
4.Common Rail
Ovaj se uređaj još naziva i uređajem za ubrizgavanje sa spremnikom goriva pod visokim
pritiskom. Zbog toga što je pritisak za cijelo vrijeme ubrizgavanja gotovo stalan, naziva se i
ubrizgavanjem sa stalnim pritiskom. Sama ideja i nije posve nova. Prve izvedbe s
elektroničkom regulacijom bile se na sporohodnim brodskim motorima još 1979. g.
Glavna prepreka primjeni kod mnogo bržih automobilskih motora bila je ta što tada još nisu
postojali dovoljno brzi elektromagnetski ventili za ubrizgavanje. Primjerice ako ubrizgavanje
goriva traje 20°KV tada to kod četverotaktnog motora pri brzini vrtnje od 4000 min-1 traje
svega 0.8ms. To zahtijeva veliku brzinu zatvaranja i otvaranja ventila za ubrizgavanje, kao i
veliku pouzdanost i izdržljivost. Izvedbu poznatu pod nazivom Common Rail zajednički su
razvili Daimler-Benz, Bosch i Fiat, a u serijskoj se proizvodnji pojavila 1997. godine.
Dok danas ove uređaje proizvodi i firma Delphi. Uređaj se sastoji od klipne pumpe k visokog
pritiska koja dobavlja gorivo u zajednički spremnik pod visokim pritiskom (Common Rail). Iz
spremnika se gorivo cijevima odvodi do elektromagnetskih ventila za ubrizgavanje koje
otvara i zatvara elektronički upravljački uređaj. Poseban brzi regulator održava pritisak u
spremniku visokog pritiska za vrijeme ubrizgavanja praktički konstatnim.
Najveći pritisak ubrizgavanja iznosi kod:
1. Common Rail 1 (1997.godine) 1350 bar,
2. Common Rail 2 (2000.) 1600 bar,
3. Common Rail 3 (2003.), piezo-ventili, višestruko glavno ubrizgavanje1800 bar,
4. Common Rail 4 (~2007.) > 2200 bar
U odnosu na druge sisteme ubrizgavanja Common Rail ima ove osnovne prednosti:8
1.Ubrizgavanje se vrši elektromagnetskim ventilima pa je izbor početka, kraja i trajanja
ubrizgavanja potpuno slobodan i nije ograničen geometrijskim oblikom brijega kao u pumpi s
mehaničkim ubrizgavanjem
8 Grupa autora, 2010, Skripta „Motori s unutarnjim izgaranjem“, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb,
232-234 str.
17
2. Pritisak ubrizgavanja je konstantan od početka do kraja ubrizgavanja.Iako pumpa brizgaljka
ubrigava gorivo pod najvećim pritiskom od 2100 bar, a Common Rail kod 1600 bar, prosječni
pritisak za vrijeme ubrizgavanja veći je kod Common Raila. U stvarnosti se pritisak
za vrijeme ubrizgavanja mijenja ali su te promjene zbog brze regulacije vrlo male i
zanemarive u odnosu na druge sisteme ubrizgavnja. Npr. kod nazivnog tlaka od 1300
bar oscilacije tlaka iznose ± 20 bar.
3.U jednom radnom ciklusu motora gorivo se može ubrizgavati nekoliko puta. To je od velike
prednosti jer omogućuje dobro regulirano predubrizgavanje koje je važno za smanjenje
buke izgaranja. Također omogućuje naknadno ubrizgavanje u taktu ekspanzije i ispuhavanja,
nužno za rad uređaja za smanjivanje štetne emisije (čestica i NOx).
4. Pumpa visokog pritiska ne treba biti sinhronizirana s koljenastim vratilom motora. Time
pogon pumpe i njezin smještaj postaju jednostavnijima.
Slika 11.Uređaj za ubrizgavanje goriva sa spremnikom pod pritiskom - Common-Rail.
(Crveno – gorivo pod visokim pritiskom, žuto – gorivo pod niskim pritiskom. Oznake: ECU –
elektronički upravljački uređaj; F0 – predfilter; F – filter; P – dobavna pumpa goriva; S – spremnik
goriva; davačii:nKV–broja obrtaja motora, αBV–ugla bregastog vratila, pT– pritisak nabijanja zraka u
turbopunjaču, tz – temperatura zraka, tM – temperatura motora)
18
Slika 12. Uporedni dijagram uobičajenog ubrizgavanja i sistema Common Rail9
Pritisak goriva za vrijeme ubrizgavanja kod Common Raila cijelo vrijeme je stalan.
Prednosti kod visokih pritisaka ubrizgavanja:
Ravnomjerna i fina raspodjela goriva u komori za sagorijevanje
Odlična mješavina gorivo/zrak
Optimalo sagorijevanje
Slika 13.Ventil za ubrizgavanje goriva u zatvorenom položaju (lijevo) i otvorenom(desno)
(Oznake:1–povrat goriva, 2–električni priključak, 3–regulacijski član (elektromagnetski ventil), 4–
dovod goriva pod visokim tlakom iz Raila, 5–kuglasti ventil, 6–izlazna prigušnica, 7–ulazna
prigušnica, 8–upravljačka zapremina, 9–upravljački klip, 10–dovodni kanal prema sapnici, 11 – igla
sapnice)
9 Grupa autora, 2010, Skripta „Motori s unutarnjim izgaranjem“, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb,
233 str.
19
Otvaranje i zatvaranje brizgaljke (Slika 13.) vrši se pomoću elektromagnetskog regulacijskog
ventila. Pokretni dio ventila, koji je ujedno kotva elektromagneta, ima vrlo malu masu tako da
je za njegovo pomicanje dovoljna vrlo mala sila. Kotva elektromagneta pritisnuta je s gornje
strane tvrđom oprugom, a s donje je poduprta mekšom. U zatvorenom stanju kroz
elektromagnet (3) ne teče nikakva struja te rezultirajuća sila opruga dovoljna je da drži
kuglasti ventil (5) zatvorenim jer visoki pritisak djeluje na kuglicu na vrlo maloj površini.
Zbog toga što je kuglasti ventil zatvoren, igla sapnice pritisnuta je na sjedište silom pritiska
goriva koja djeluje u upravljačkom volumenu (8) na gornju stranu upravljačkog klipa (9) i
silom opruge smještene s gornje strane igle. Tim se silama suprotstavlja sila pritiska goriva na
donju stranu igle. Zahvaljujući malim poprečnim presjecima izloženim pritisku goriva i
malim dimenzijama brtvenih ploha, iglu u zatvorenom stanju drži vrlo mala rezultirajuća sila.
Otvaranje ventila započinje tako što elektronička upravljačka jedinica (ECU) propusti struju u
elektromagnet (3) koji privuče kotvu i tako otvori kuglasti ventil (5). Pritisak u upravljačkom
volumenu (8) naglo opadne, pa sila pritiska goriva s donje strane podigne iglu sapnice i
gorivo se ubrizgava u cilindar. U otvorenom stanju kotva je privučena vrlo blizu
elektromagnetu pa je za njeno držanje sada dovoljna znatno manja struja od relativno
velikog početnog impulsa potrebnog za povlačenje udaljene kotve. Kad se prekine struja,
rezultirajuća sila opruga pritisne kotvu prema dolje i zatvori kuglasti ventil. Treba uočiti da se
zazatvaranje sapnice opet koristi sila pritiska goriva pa je dovoljna vrlo mala sila u opruzi igle
jer ona treba nadvaladati samo razliku sila pritiska goriva s donje i gornje strane. Zahvaljujući
tome dimenzije brizgaljke su vrlo male pa je ona idealna za motore s 4 ventila po cilindru jer
se može provući između ventila tako da se gorivo ubrizgava na idealnom mjestu u sredini
cilindra. Protok goriva kroz brizgaljku mora biti znatno veći od količine potrebne za
ubrizgavanje jer se veliki dio goriva koristi za upravljanje kretanjem upravljačkog klipa (9),
odnosno igle sapnice (11). Velika brzina otvaranja i zatvaranja sapnice za ubrizgavanje
omogućena je time što elektromagnetski regulacijski ventil ima vrlo malu masu pokretnoga
dijela koja prevaljuje vrlo mali put pa je zato dovoljna mala privlačna sila, mase svih
pokretnih dijelova u brizgaljci su vrlo male, kuglicu regulacijskog ventila pritisak goriva
pritišće na vrlo maloj površni, a na iglu djeluje rezultirajuća sila pritiska goriva na gornjoj i
donjoj strani. Zahvaljujući elektroničkom upravljanju, tlak ubrizgavanja se može dobro
prilagoditi potrebama procesa izgaranja u cilindru. Primjenom elektronike tačnost
ubrizgavanja se povećala, a kvarovi su postali drugačiji.10
10
Grupa autora, 2010, Skripta „Motori s unutarnjim izgaranjem“, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, 234 str.
20
5.Ostali pribor instalacije za ubrizgavanje
U ostali pribor instalacije za ubrizgavanje spadaju:
a) Pumpa niskog pritiska, često čini isti sklop sa pumpom visokog pritiska
b) Regulator broja obrtaja, također čini, najčešće, jedan sklop sa pumpom visokog pritiska
c) Varijator promjene početka potiskivanja goriva u funkciji broja okretaja
d) Korektori količine potisnutog goriva u zavisnosti od nekog parametra (najčešće broja
okretaja, pritiska zraka na ulazu u motor nadpunjenih motora i si.).
e) Prečistači goriva
f) Cijevi visokog pritiska
g) Sigurnosni i prelivni ventili
Spremnik za gorivo moguće je podići na dovoljnu visinu samo kod stacionarnih motora da bi
se obezbijedio povoljan protok goriva do pumpe visokog pritiska. Kod ostalih motora
najčešće je potrebno ovaj dotok goriva obezbijediti posebnom pumpom.
5.1. Regulator
Zadatak regulatora u sistemu za ubrizgavanje goriva je da održava konstantan broj obrtaja u
praznom hodu motora. Osim toga, regulator sprječava prekoračenje maksimalno dopuštenog
broja obrtaja. Uglavnom se ugrađuju sa pumpama visokog pritiska. Momentna krivulja
Diezelovog motora, naročito nenabijenog, vrlo sporo opada s povećanjem brzine vrtnje, pa bi
opala na nulu tek kad bi brzina vrtnje dostigla višestruku vrijednost brzine nazivne brzine.
Takvo mehaničko opterećenje motor ne bi izdržao. Ta se opasnost naročito pojavljuje kod
naglog rasterećenja motora, kada dolazi do naglog povećanja njegove brzine vrtnje. Zato
regulator iznad nazivne brzine vrtnje naglo smanjuje količinu ubrizgavanog goriva i
onemogućava povećanje brzine vrtnje iznad nmax.11
11
Grupa autora, 2010, Skripta „Motori s unutarnjim izgaranjem“, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb,
222 str.
21
Prema konstruktivnoj izvedbi uređaja za regulaciju ili upravljanje ubrizgavanjem dizel goriva
regulatori se mogu podjeliti na:
Mehaničke
Hidrauličke
Pneumatske
Elektronske
Pored osnovne zadaće tj. regulacija broja obrtaja regulatori danas imaju još jednu značajnu
zadaću a to je da praktično upravljaju brzinskim karakteristikama procesa ubrizgavanja a sve
to u cilju njihovog optimiranja na svim brzinskim režimima opterećenja.
Često se vrši podjela regulatora na:
Jednorežimske
Dvorežimske
Sverežimske
Varijator promjene početka potiskivanja goriva visokotlačne pumpe mijenja ugao početka u
funkciji broja obrtaja. Ako je dužina cijevi visokog pritiska L, onda će se vrijeme putovanja
talasa pritiska od pumpe do brizgača računati kao:
gdje je sa a označena brzina zvuka ( u dizel gorivu za uslove u instalaciji visokog pritiska u
prosjeku iznosi a=1350 m/s )
22
5.2.Čistač goriva – filter za gorivo
Za siguran rad motora vrlo je važno gorivo koje mora biti čisto. Gorivo se pomoću pumpe
usisava iz rezervoara u uređaj za ubrizgavanje. Gorivo sa sobom nosi prljavštinu iz rezervoara
i kapljice vode, što može dovesti do prestanka rada motora. Filter goriva služi za
zaustavljanje tih nečistoća, te je neophodno filter češće kontrolirati i čistiti. Filteri su postali
posebno važni rastom broja motora s direktnim ubrizgavanjem. Čak i najsitnije čestice mogu
prouzročiti velika oštećenja na komponentama sistema za direktno ubrizgavanje. Najveći i
najznačajniji proizvođač filtera je Bosch. Ovi filteri s ugrađenom naprednom tehnologijom
filtera i mikro pore samih filtera spriječavaju neredovito doticanje goriva. Budući da Bosch
razvija i proizvodi kompletne sisteme za direktno ubrizgavanje goriva, ovi filteri su
prilagođeni kako bi savršeno uskladili rad cjelokupnog sistema.
Slika 14 . Filter goriva
23
6.Najvažnije karakteristike instalacija za dobavu goriva u dizel motorima
Karakteristike instalacija za dobavu goriva u dizel motorima mogu se podjeliti na:
unutarnje karakteristike u samoj instalaciji za dobavu goriva kod dizel motora
izlazne karakteristike iz instalacije za dobavu goriva koje imaju direktan utjecaj na
karakteristike motora
U unutarnje karakteristike u samom sistemu ubrajaju se:
1. Karakteristike pritiska goriva u funkciji vremena, na karakterističnim mjestima
instalacije (natklipni prostor, kućište rasteretnog ventila, cijev visokog pritiska,
brizgač)
2. Promjena brzine kretanja goriva u instalaciji, od natklipnog prostora do izlaza iz
brizgača
3. Kinematski parametri (put, brzina i ubrizgavanje) klipa rasteretnog ventila hv i igle
brizgača hi
Najvažnije izlazne karakteristike su:
1. Karakteristike mlaza goriva (domet mlaza, ugao širenja mlaza, dimenzije kapljica
goriva u mlazu)
2. Karakteristika ubrizgavanja qc (mm3/°BV) koja predstavlja promjenu ubrizgane
količine goriva po uglu bregastog vratila ili po vremenu u jednom ciklusu ubrizgvanja
3. Ciklusna dobava goriva po ciklusu i cilindru
gdje su ᵠa i ᵠb uglovi početka i kraja ubrizgavanja goriva na bregastom vratilu,
4. Brzinske karakteristike ciklusne dobave goriva
qc=f(n) kako vanjske tako i parcijalne karakteristike.
24
Na osnovu prethodnih parametara definisane su i osnovne karakteristike mlaza raspršenog
goriva:
- domet mlaza lm = f(t);
- ugao širenja mlaza γm;
- distribucija veličine raspršenih kapljica (srednji i stvarni prečnici kapljica).
Na osnovu ovih parametara može se kvalitativno i kvantitativno ocijeniti nivo pripremljenosti
goriva za miješanje sa zrakom i kvalitet sagorijevanja.
25
ZAKLJUČAK
U ovom seminarskom radu smo na najkraći mogući način pokušali predstaviti sistem
za dobavu goriva, što nije bilo jednostavno zbog same kompeksnosti i opširnosti teme.
Mi smo u ovom radu izdvojili samo neke elemente ovog sistema tj. ono što je po
našem mišljenju najznačajnije. Sistem za dobavu goriva može biti mehanički i
elektronički. Osnovni zadatak sistema je da obezbjedi ekonomičnost transformacije
hemijske energije goriva u mehanički rad,nisku koncentraciju škodljivih produkata u
izduvnim gasovima, miran i što je moguće bezbučniji rad, nizak nivo mehaničkih i
termičkih opterećenja, pouzdanost u radu i dr. Najvažnije komponente ovog sistema su
rezervoar goriva, cijevi, pumpe visokog pritiska, regulacioni ventil te brizgači. Danas
se sve više koristi sistem Common Rail ( cijevi pod visokim pritiskom). Ostali dijelovi
inastalacije su pumpa niskog pritiska, regulator broja obrtaja, varijator, prečistači
goriva, cijevi visokog pritiska te sigurnosni i prelivni ventil.
26
LITERATURA
1) Filipović, Ivan, 2011, Cestovna vozila, Mašinski fakultet, Sarajevo
2) Filipović, Ivan, 2006, Motori i motorna vozila, Mašinski fakultet, Tuzla
3) Mahalec Ivan , Lulić Zoran, Kozarac Darko, 2010, Motori s unutarnjim
izgaranjem, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb