Paliwo jest wtryskiwane do komory spalania przez rozpylacz stanowiący precyzyjny, nierozdzielny podzespół wtryskiwacza. Określenie precyzyjny wynika stąd, że części rozpylacza – igła i korpus wykonywane są bardzo dokładnie:
- luz między igłą a korpusem wynosi, w zależności od typu rozpylacza, 0,002 mm (2 mikrometry) do 0,004 mm (4 mikrometry),
- błędy kształtu igły i powierzchni wewnętrznych korpusu rozpylacza są poniżej 0,001 mm (poniżej 1 mikrometra).
Rys. 1. Dokładności wykonania rozpylacza – błędy kształtu i położenia mierzone w mikrometrach.
Typy rozpylaczy
W zależności od systemu wtrysku paliwa, określanego rodzajem komory spalania, stosuje
się dwa typy rozpylaczy:
- rozpylacze czopikowe (jednootworowe), występujące w systemach wtrysku pośredniego – z komorą dzieloną - wirową, wstępną lub zasobnikową,
- rozpylacze otworowe, występujące w systemach wtrysku bezpośredniego – z komorą niedzieloną, ukształtowaną w denku tłoka.
Wśród tych dwóch typów rozpylaczy występują setki rodzajów i odmian rozpylaczy różniących się między sobą konstrukcją korpusu i igły, wymiarami oraz charakterystyką pracy rozpylacza.
Charakterystyka przepływowa (hydrauliczna) rozpylacza
Podstawowym parametrem rozpylacza jest jego charakterystyka przepływowa (hydrauliczna), opisująca zmiany przekroju przepływowego w rozpylaczu w funkcji wzniosu igły, a zatem zmiany ilości paliwa wypływającego z rozpylacza.
Kształt tej charakterystyki wpływa na ekonomikę (zużycie paliwa), własności dynamiczne i ekologiczne silnika (emisję hałasu, sadzy oraz składników toksycznych w spalinach).
Charakterystyka przepływowa rozpylacza zależy od konstrukcji rozpylacza i jego wymiarów, i tak:
- w rozpylaczach czopikowych od: skoku dławienia, luzu dławienia, skoku igły oraz innych szczegółów konstrukcyjnych (średnicy czopika, wskaźnika różnicowego),
- w rozpylaczach otworowych od: skoku igły, różnicy kątów stożka igły i gniazda
w korpusie rozpylacza, wskaźnika różnicowego, średnicy i długości studzienki, ilości,średnicy oraz długości otworków rozpylających.
Charakterystyka przepływowa rozpylacza czopikowego
Charakterystyka przepływowa rozpylacza czopikowego o działaniu dławiącym wyróżnia się wydłużonym, płaskim odcinkiem dławienia decydującym o emisji hałasu i węglowodorów oraz odcinkiem stromo wznoszącym się do góry, wpływającym na zużycie paliwa i poziom zadymienia spalin.
Ten płaski odcinek dławienia zależy od skoku dławienia i wielkości pierścieniowej szczeliny pomiędzy otworem a czopikiem na igle, zwanej luzem dławienia. Na ogół, skok dławienia wynosi, w zależności od zastosowania rozpylacza (samochody osobowe lub ciężarowe), 0,2 do 0,7 mm a luz dławienia – 0,005 do 0,039 mm.
W celu uzyskania cichszej pracy silnika, ułatwienia rozruchu i zapewnienia bardziej równomiernej pracy silnika na biegu jałowym stosuje się rozpylacze, w których na czopiku igły wykonano równoległe lub skośne spłaszczenie (dawniej, w tym celu wiercono w rozpylaczu dodatkowy otworek pomocniczy, który podczas eksploatacji szybko ulegał zakoksowaniu – były to tak zwane rozpylacze “Pintaux”).
Ponadto, czopik igły posiada dodatkową fazę w celu łagodniejszego przejścia charakterystyki przepływowej rozpylacza z odcinka płaskiego do stromo wznoszącego się. Dzięki temu obniża się poziom hałasu i zmniejsza emisję węglowodorów przy częściowych obciążeniach silnika.
Rys. 2. Typy rozpylaczy: a – rozpylacz czopikowy, b – rozpylacz otworowy; dcr- – średnica czopika; dor – średnica otworu rozpylającego rozpylacza czopikowego; hd – skok dławienia; Ld = dor- dcr – luz dławienia; a – kąt rozpylania strugi; ag – kąt gniazda stożkowego; di – średnica igły; dg – średnica gniazda;hi – skok igły; ds – średnica studzienki; ls – długość studzienki; dr – średnica otworka rozpylającego w rozp.otworowym;lr – długość otworka rozpylającego; ß- kąt wtrysku; y – kąt nachylenia wtrysku; lc – długość wystawania czopa igły
Rys. 3. Charakterystyki przepływowe (wydatku paliwa w funkcji wzniosu igły) rozpylaczy otworowych i czopikowych:
1 – rozpylacz czopikowy zwykły
2 – rozpylacz czopikowy o działaniu dławiącym
3 – rozpylacz otworowy o małym przekroju otworków rozpylających
4 – rozpylacz otworowy o dużym przekroju otworków rozpylających
Charakterystyka przepływowa rozpylacza otworowego
Charakterystyka przepływowa rozpylacza otworowego wyróżnia się, w porównaniu z charakterystyką rozpylacza czopikowego, znacznie szybszym przyrostem (powiększaniem) przekroju przepływowego w funkcji wzniosu igły, uzależnionym od wielkości szczeliny pomiędzy stożkiem uszczelniającym igły a krawędzią studzienki, różnicy kątów stożków na igle i w korpusie oraz średnicy otworków rozpylających. W celu zwiększenia odporności rozpylacza na zakoksowywanie oraz zmniejszenia emisji węglowodorów, stosuje się studzienki o małej objętości.
Rys. 5. Przykłady rozpylaczy otworowych o różnych wskaźnikach różnicowych spowodowanych różną wielkością średnicy gniazda:
a – duży wskaźnik różnicowy 3.5 /6 (powyżej 0,5)– rozpylacz głośno chrypi w całym zakresie ruchów dźwignią
b – mały wskaźnik różnicowy 2.5 / 6 (poniżej 0,5) – rozpylacz chrypi cicho i miękko, a w pewnych zakresach ruchów dźwignią występuje zanik chrypienia
Rys. 6. Rozpylacze otworowe ze studzienką i typu “VCO” – bez studzienki:
a - ze studzienką walcową i kulistym zakończeniu korpusu rozpylacza:
1-krawędź gniazda korpusu rozpylacza
2-powierzchnia stożka tłumiącego igły
3-krawędź uszczelniająca igły
4-wierzchołek igły
5-otworek rozpylający
6-wlot otworka rozpylającego
7-studzienka
8-promień przejścia zewnętrznej powierzchni kulistej w stożkową korpusu rozpylacza
9-zewnętrzna powierzchnia stożkowa korpusu rozpylacza
10- gniazdo uszczelniające korpusu rozpylacza
11-tłumiący stożek igły rozpylacza
b - ze studzienką walcową i stożkowym zakończeniu korpusu rozpylacza
c - ze studzienką stożkową i stożkowym zakończeniu korpusu rozpylacza
d - bez studzienki – typu VCO, w którym wloty otworków rozpylających są zamykane igłą rozpylacza
Wskaźnik różnicowy rozpylacza
Właściwości dynamiczne rozpylacza: szybkość podnoszenia się igły (szybkość otwarcia rozpylacza), prędkość wypływu paliwa przez otworki rozpylające oraz czas trwania wtrysku, zależą od wskaźnika różnicowego rozpylacza, określającego stosunek średnicy gniazda do średnicy igły. W praktyce, średnica gniazda nie jest mniejsza od 2,2 mm, gdyż powodowałoby to dławienie dopływu paliwa do otworków rozpylających oraz duże zużycie kawitacyjne gniazda rozpylacza. Średnica igły rozpylacza wynosi, w zależności od wielkości rozpylacza:6 lub 5 mm dla rozpylaczy wielkości “S” oraz 4,5 lub 4 mm – dla rozpylaczy wielkości “P”.
Najczęściej spotykane są następujące wskaźniki różnicowe: dla rozpylaczy wielkości “S”: 3/6 oraz 2,5/6 zaś dla rozpylaczy wielkości “P”: 2/4 oraz 2,6/4,5.
Rys. 4. Charakterystyki przepływowe różnych typów rozpylaczy.
Rozpylacze bezstudzienkowe (typu VCO)
Z punktu widzenia własności ekologicznych silnika, wytrzymałości tzw. części sferycznej korpusu rozpylacza oraz własności dźwiękowych rozpylacza, ważnym parametrem konstrukcyjnym są wymiary studzienki – przestrzeni znajdującej się poniżej gniazda rozpylacza.
Produkowane są dwa rodzaje rozpylaczy otworowych: ze studzienką i bez studzienki – z igłą zamykającą wloty do otworków rozpylających, znajdujących się w części stożkowej korpusu rozpylacza ( rozpylacze typu VCO – “Valve Cover Orifice”).
Rozpylacze otworowe ze studzienką mogą posiadać różne kształty studzienki (w celu zapewnienia odpowiednich własności wytrzymałościowych rozpylacza):
- walcowy z kulistym lub stożkowym zakończeniem korpusu rozpylacza oraz
- stożkowy ze stożkowym zakończeniem korpusu.
Im mniejsze wymiary studzienki, tym mniej paliwa zbiera się i odparowuje po zakończeniu wtrysku, a zatem mniejsza jest emisja węglowodorów i skłonność rozpylacza do zakoksowywania otworków rozpylających.
Najnowsze rodzaje rozpylaczy typu VCO, posiadają studzienkę o minimalnej objętości. Takie rozpylacze mają, w porównaniu z rozpylaczami ze studzienką, znacznie mniejszą wytrzymałość, stąd są to zazwyczaj rozpylacze wielkości P o długości otworka rozpylającego 1 mm i stożkowym kształcie zakończenia korpusu rozpylacza. Igła w tych rozpylaczach posiada dodatkowy stożek, poprawiający własności hydrauliczne rozpylacza.
Konstrukcje igieł rozpylaczy
Igła rozpylacza, w zależności od zastosowania rozpylacza w silniku, może posiadać: w najstarszych rozwiązaniach – zakończenie w postaci części cylindrycznej (tzw. “szyjki”) oraz stożka (często ze stępionym czubkiem w celu dopasowania stożka do zmniejszonej przestrzeni studzienki), dwa stożki, w których część cylindryczna (szyjka) zastąpiona została stożkiem - taki kształt zapewnia większą odporność rozpylacza na zużycie kawitacyjne, a dodatkowe stępienie czubka igły umożliwia jej współpracę z bezstudzienkowym gniazdem rozpylacza.
Rozpylacze występujące w wysokociśnieniowych układach wtryskowych, na przykład typu Common Rail, posiadają igłę z podwójnym prowadzeniem, co zapobiega utracie stateczności igły, przysłonięciu tylko niektórych otworków rozpylających i tworzeniu się nierównomiernych strumieni wypływającego paliwa.
Skok igły
Ważnym parametrem, z punktu widzenia własności hydraulicznych rozpylacza oraz czasu trwania wtrysku, jest skok igły. Skok igły powinien być jak najmniejszy, ale na tyle duży, aby przekrój przepływowy przez gniazdo był o 30% większy od łącznego przekroju przepływowego przez otworki rozpylające. Zbyt duży skok igły powoduje opóźnienie zamknięcia rozpylacza, niepożądany wyciek paliwa, przedmuchy spalin do wnętrza rozpylacza, tworzenie się osadów węglowych wewnątrz rozpylacza.
Skok igły w rozpylaczach czopikowych, z uwagi na występujący skok dławienia, wynosi 0,4 do 1,1 mm, a w rozpylaczach otworowych jest znacznie mniejszy – 0,2 do 0,35 mm.
Materiały na rozpylacze i ich obróbka cieplna
Rozpylacze podczas pracy na silniku podlegają znacznym obciążeniom mechanicznym i cieplnym. Są to nagłe uderzenia igły w stożek uszczelniający w korpusie rozpylacza z częstotliwością 10 000 razy na minutę (w silniku samochodu osobowego).
Przegrzanie rozpylacza (temperatura w pobliżu otworków rozpylających powyżej 2000C) powoduje jego odbarwienie, koksowanie otworków rozpylających, zakleszczanie się igły.
Dlatego też, korpusy rozpylaczy wykonuje się ze stali stopowych, do nawęglania lub azotowania, zawierających chrom, nikiel, molibden. Korpusy rozpylaczy czopikowych wykonywane są również ze stopowej stali łożyskowej do hartowania.
Trwałość i niezawodność eksploatacyjna rozpylacza zależy od wielkości i grubości warstwy utwardzonej na stożku rozpylacza. Jeżeli warstwa utwardzona jest zbyt cienka lub wcale nie występuje to trwałość rozpylacza jest niewielka. Poprzez nawęglanie uzyskuje się grubą ale o mniejszej twardości warstwę w porównaniu z azotowaniem, zapewniającym warstwę cienką ale o dużej twardości.
Twardość po obróbce cieplno-chemicznej korpusu rozpylacza przy powierzchni stożka uszczelniającego nie powinna być niższa od 60 HRC.
Korpusy wszystkich rozpylaczy produkowanych przez WUZETEM (otworowych i czopikowych) poddawane są unikalnej obróbce cieplno-chemicznej zwanej azotonawęglaniem, która w praktyce stosowana jest dla silnie obciążonych mechanicznie i cieplnie części aparatury wtryskowej, jak na przykład pompowtryskiwacze. Twardość na stożku uszczelniającym w rozpylaczach WUZETEM jest sprawdzana dla każdej partii produkcyjnej rozpylaczy i jest znacznie powyżej 60 HRC.
Materiał jest przedrukiem z poradnika warsztatowego firmy Wuzetem pt. “Obsługa wtryskiwaczy silników diesla”
Komentarze (0)