Palivové systémy benzínových a naftových motorov

Energetický systém zabezpečuje hlavnú funkciu elektrárne - dodávku energie z palivovej nádrže do spaľovacieho motora (ICE), ktorý ju premieňa na mechanický pohyb. Je dôležité vyvinúť ho tak, aby motor vždy dostával benzín alebo naftu v správnom množstve, nie viac a nič menej, vo všetkých najrozmanitejších režimoch prevádzky. A ak je to možné, uložte svoje parametre čo najdlhšie bez straty presnosti práce.

Účel a činnosť palivového systému

Na zväčšenom základe sú funkcie systému rozdelené na transport a dávkovanie. Vybavenie prvého zahŕňa:

• palivová nádrž, kde je uložená zásoba benzínu alebo nafty;
• pomocné čerpadlá s rôznymi výstupnými tlakmi;
• filtračný systém na hrubé a jemné čistenie, s usadzovacími nádržami alebo bez nich;
• palivové potrubia z ohybných a pevných hadíc a potrubí s príslušnými armatúrami;
• prídavné zariadenia na vetranie, rekuperáciu pár a bezpečnosť v prípade nehôd.

Dávkovanie potrebného množstva paliva je vykonávané systémami rôznych úrovní zložitosti, medzi ktoré patria:

• karburátory v zastaraných motoroch;
• riadiace jednotky motora so systémom snímačov a akčných členov;
• vstrekovače paliva;
• vysokotlakové čerpadlá s dávkovacími funkciami;
• mechanické a hydraulické ovládanie.

Dodávka paliva úzko súvisí so zásobovaním motora vzduchom, ale stále ide o odlišné systémy, takže spojenie medzi nimi sa uskutočňuje iba prostredníctvom elektronických ovládačov a sacieho potrubia.

Organizácia dodávky benzínu

Zásadne odlišné sú dva systémy zodpovedné za správne zloženie pracovnej zmesi – karburátor, kde rýchlosť dodávky benzínu je daná rýchlosťou prúdu vzduchu nasávaného piestami, a vstrekovanie pod tlakom, kde systém iba monitoruje režimy prúdenia vzduchu a motora, dávkovanie paliva samo.

karburátor

Dodávka benzínu pomocou karburátorov je už zastaraná, pretože s ňou nie je možné dodržiavať environmentálne normy. Nepomohlo ani použitie elektronických či vákuových systémov v karburátoroch. Teraz sa tieto zariadenia nepoužívajú.

Princípom činnosti karburátora bolo prechádzať cez jeho difúzory prúd vzduchu smerujúci do sacieho potrubia. Špeciálne profilované zúženie difúzorov spôsobilo pokles tlaku v prúde vzduchu v porovnaní s atmosférickým tlakom. Kvôli vzniknutému poklesu bol z postrekovačov dodaný benzín. Jeho množstvo bolo limitované tvorbou palivovej emulzie v zložení určenom kombináciou palivových a vzduchových lúčov.

Karburátory boli ovládané malými zmenami tlaku v závislosti od prietoku, konštantná bola len hladina paliva v plavákovej komore, ktorá sa udržiavala pumpovaním a uzatváraním vstupného uzatváracieho ventilu. V karburátoroch bolo veľa systémov, z ktorých každý bol zodpovedný za svoj vlastný režim motora, od štartovania až po menovitý výkon. Toto všetko fungovalo, ale kvalita dávkovania sa nakoniec stala nevyhovujúcou. Nedalo sa presne nastaviť zmes, ktorá bola nevyhnutná pre vznikajúce katalyzátory výfukových plynov.

Vstrekovanie paliva

Vstrekovanie s pevným tlakom má zásadné výhody. Vytvára ho elektrické čerpadlo inštalované v nádrži s integrovaným alebo diaľkovým regulátorom a udržiava sa s požadovanou presnosťou. Jeho hodnota je rádovo niekoľko atmosfér.

Benzín do motora privádzajú vstrekovače, čo sú solenoidové ventily s rozprašovačmi. Otvárajú sa, keď dostanú signál z elektronického systému riadenia motora (ECM), a po vypočítanom čase sa zatvoria, čím sa uvoľní presne toľko paliva, koľko je potrebné na jeden cyklus motora.

Spočiatku sa používala jedna dýza umiestnená na mieste karburátora. Takýto systém sa nazýval centrálne alebo jedno vstrekovanie. Nie všetky nedostatky boli odstránené, takže modernejšie konštrukcie majú samostatné trysky pre každý valec.

Distribuované a priame (priame) vstrekovacie systémy sa delia podľa umiestnenia trysiek. V prvom prípade vstrekovače dodávajú palivo do sacieho potrubia, blízko ventilu. V tejto zóne je zvýšená teplota. Krátka cesta do spaľovacieho priestoru neumožňuje kondenzácii benzínu, čo bol problém pri jedinom vstrekovaní. Okrem toho bolo možné rozfázovať tok a vypúšťať benzín striktne v okamihu, keď sa otvorí sací ventil konkrétneho valca.

Systém priameho vstrekovania funguje ešte efektívnejšie. Pri umiestnení dýz v hlavách a priamom zavedení do spaľovacej komory je možné využiť najmodernejšie metódy viacnásobného vstrekovania v jednom alebo dvoch cykloch, vrstveného zapaľovania a komplexného vírenia zmesi. To zvyšuje efektivitu, ale vytvára problémy so spoľahlivosťou, ktoré vedú k vyšším nákladom na diely a zostavy. Potrebujeme najmä vysokotlakové čerpadlo (vysokotlakové palivové čerpadlo), špeciálne trysky a zabezpečenie čistenia sacieho traktu od nečistôt recirkulačným systémom, pretože teraz nie je do sania dodávaný benzín.

Palivové zariadenia pre dieselové motory

Prevádzka so vznetovým zapaľovaním HFO má svoje špecifiká spojené s ťažkosťami jemného rozprašovania a vysokou kompresiou nafty. Preto má palivové vybavenie len málo spoločného s benzínovými motormi.

Samostatné vstrekovacie čerpadlo a jednotkové vstrekovače

Vysoký tlak potrebný na kvalitné vstrekovanie do vysoko stlačeného horúceho vzduchu vytvárajú vysokotlakové palivové čerpadlá. Podľa klasickej schémy sa k jeho piestom, to znamená k párom piestov vyrobeným s minimálnymi vôľami, palivo dodáva pomocným čerpadlom po dôkladnom vyčistení. Piesty sú poháňané motorom cez vačkový hriadeľ. Rovnaké čerpadlo vykonáva dávkovanie otáčaním piestov cez ozubenú tyč pripojenú k pedálu a vstrekovací moment je určený synchronizáciou s hriadeľmi na rozvod plynu a prítomnosťou ďalších automatických regulátorov.

Každý pár plunžrov je spojený vysokotlakovým palivovým potrubím so vstrekovačmi, čo sú jednoduché pružinové ventily vedené do spaľovacích komôr. Pre zjednodušenie konštrukcie sa niekedy používajú takzvané pump-injektory, ktoré v sebe spájajú funkcie vysokotlakových palivových čerpadiel a postrekovačov vďaka pohonu sily od vačiek vačkových hriadeľov. Majú svoje vlastné piesty a ventily.

Typ hlavného vstrekovania Common Rail

Princíp elektronického ovládania trysiek napojených na spoločné vysokotlakové vedenie sa stal dokonalejší. Každý z nich má elektrohydraulický alebo piezoelektrický ventil, ktorý sa otvára a zatvára na príkaz elektronickej jednotky. Úloha vstrekovacieho čerpadla sa obmedzuje iba na udržiavanie požadovaného tlaku v koľajnici, ktorý by sa týmto princípom mohol dostať až na 2000 atmosfér alebo viac. To umožnilo presnejšie ovládať motor a prispôsobiť ho novým normám toxicity.

Aplikácia spätného vedenia paliva

Okrem priameho prívodu paliva do motorového priestoru sa niekedy používa aj spätný odvod cez samostatné spätné vedenie. To má rôzne účely, od uľahčenia regulácie tlaku v rôznych bodoch systému až po organizáciu nepretržitého obehu paliva. V poslednej dobe sa spätný tok do nádrže používa zriedka, zvyčajne je potrebný len na riešenie lokálnych problémov, napríklad ovládanie hydrauliky trysiek s priamym vstrekovaním.