Do czego Paliwa Wtrysk

Co znaczy WTRYSK PALIWA: Wtrysk paliwa - to jest sposób dostarczenia paliwa do silnika spalinowego. Wtrysk jest użytkowany powszechnie w silnikach wysokoprężnych (przeważnie silnik z wtryskiem bezpośrednim, rzadziej silnik z wtryskiem pośrednim) i w takich konstrukcjach stosuje się tak zwany układ hydraulicznego mechanizmu wtrysku paliwa.W silnikach o zapłonie iskrowym można podzielić układy pod względem rodzaju i rozmieszczenia wtryskiwaczy paliwa: - wtrysk jednopunktowy (SPI - Single Point Injection, CPI - Central Port Injection) - jeden wtryskiwacz umieszczony w kolektorze dostarcza paliwo dla wszystkich cylindrów, - wtrysk wielopunktowy (MPI - Multi Point Injection) - każdy cylinder ma osobny wtryskiwacz, umieszczony w kolektorze, przed zaworem dolotowym, - wtrysk bezpośredni (DI - Direct Injection) - wtryskiwacz umieszczony jest w cylindrze.z racji na sterowanie różnymi wtryskiwaczami w układzie MPI rozróżnia się rozwiązania: - sekwencyjne (SFI - sequential fuel injection, SPFI, SEFI) - każdy wtryskiwacz jest sterowany niezależnie i ma niezależnie wyliczany okres zadziałania, czasem także dawkę paliwa, typowo dla każdego cylindra oddzielnie - grupowe (batched) - wtryskiwacze połączone są ekipami i sterowane zależnie, układ wylicza dawkę dla "uśrednionego" cylindra czy kolektora (na przykład popularne starsze układy Forda EECIV z rodzaju MPI mają tylko dwie ekipy dla silników V6 i V8, "prawą" i "lewą") - wspólne - aktualnie nieużywane, układ MPI jest sterowany razem, jak pojedynczy układ SPI, tyle iż z różnymi wtryskiwaczami.Wtrysk paliwa w takich silnikach zapewnia lepszą kontrolę dawkowania paliwa w porównaniu z rozwiązaniami gaźnikowymi (dokładniejsze sterowanie wtryskiwaczami poprzez odpowiedni układ sterujący, aktualnie powszechnie - poprzez komputer sterujący robotą silnika) i lepsze wymieszanie z powietrzem (poprzez rozpylenie pod znacznym większym ciśnieniem i w lepszych uwarunkowaniach, w porównaniu do gaźnika), co pozwala na jego lepsze (zupełne i całkowite) spalenie przy mniejszym współczynniku nadmiaru powietrza.Spaliny z silnika z wtryskiem zawierają mniej tlenku węgla, niepożądanych tlenków azotu i niedopalonych węglowodorów w relacji do zasilania gaźnikowego, które praktycznie wyszło z użycia w aplikacjach silników spalinowych w samochodach. Historycznie występowały układy wtryskowe sterowane mechanicznie, hydraulicznie i elektromechanicznie, aktualnie powszechnie występuje sterowanie wtryskiem elektroniczne i komputerowe.przedmioty układu wtrysku paliwa:Dla układu wtrysku paliwa silnika o zapłonie iskrowym można wyróżnić następujące najważniejsze przedmioty:Układ zasilania paliwem:w odróżnieniu do gaźnika, który jest urządzeniem utrzymującym poziom paliwa i podciśnieniowo rozpylającym je w zwężce Venturiego, kosztem energii powietrza zasysanego poprzez silnik, układ wtryskowy operuje ciśnieniem dostarczonym z zewnątrz, typowo poprzez pompy paliwa (historycznie używano w egzotycznych aplikacjach zbiorników z paliwem pod ciśnieniem). Aktualnie powszechnie użytkowane są pompy elektryczne, w nie wszystkich aplikacjach spotyka się pompy mechaniczne i połączenia układów pomp mechanicznych i elektrycznych. Typowy układ zasilania utrzymuje stabilne założone konstrukcyjnie Ciśnienie paliwa, użytkowane są regulatory ciśnienia albo odpowiednie sterowanie pomp. Założona wysokość ciśnienia paliwa podawanego do wtrysku zależy raczej od konstrukcji silnika i wtryskiwaczy (umieszczenie wtryskiwaczy, ich umiejętności rozpylania i zamykania), typowo wynosi od kilku do kilkudziesięciu bar (znacząco więcej przy wtrysku bezpośrednim), to jest bardzo istotny wyznacznik pracy układu. Innym istotnym wyznacznikiem jest odpowiednia wydajność układu pod ciśnieniem roboczym.Historycznie używano układów o zmiennym ciśnieniu i wydajności podawanego paliwa, szczególnie przy sterowaniu wtryskiem czysto mechanicznie. Aktualnie układy takie zostały wyparte poprzez elektroniczne sterowanie czasem otwarcia wtryskiwaczy przy stałym ciśnieniu (sterowanie impulsowe).WtryskiwaczePaliwo podawane poprzez układ zasilania trafia odpowiednimi przewodami albo kolektorami do wtryskiwaczy, przy wtrysku pośrednim rozmieszczonych typowo w układzie dolotowym, względnie blisko zaworów dolotowych (by mieszanka paliwowo-powietrzna trafiała w całości i jak najszybciej do cylindrów) albo, przy wtrysku bezpośrednim, umieszczonych wprost w głowicy cylindra (analogicznie do świec zapłonowych). Wtryskiwacze są szybkimi i precyzyjnymi zaworami, otwierającymi przepływ paliwa na założony czas, rzędu milisekund, i zespolonymi z odpowiednią dyszą, rozpylającą wypływające pod ciśnieniem paliwo, w celu jak najszybszego odparowania i wymieszania z powietrzem w układzie dolotowym albo w cylindrze. Dysze zintegrowane (a więc w praktyce - całe wtryskiwacze) charakteryzuje, przy założonym ciśnieniu zasilania paliwem i jego rodzaju, przepływ paliwa podawany w litrach/minutę i tym podobne jednostkach, i kształt rozpylanej "chmury" paliwa, podawany na przykład jako kąt stożka rozpylanej "chmury" - to są istotne wskaźniki dobierane pod kątem całego układu i silnika. Aktualnie powszechnie stosowane wtryskiwacze to zawory sterowane elektromagnetycznie z iglicą ułożoną podłużnie wzg. dyszy i kanału paliwa. Historycznie używano zaworów sterowanych elektrycznie, pneumatycznie, mechanicznie itd, z wieloma układami przedmiotów zamykających - jednym z głównych czynników wpływających na upowszechnienie układów wtrysku paliwa było opanowanie produkcji prostych, precyzyjnych i niezawodnych wtryskiwaczy elektromagnetycznych, w miejsce rozbudowanych mechanicznie i zawodnych zespołów. Należy zauważyć, iż wtryskiwacze pracują tysiące razy na minutę, w podwyższonej temp., i oczekuje się od nich powtarzalności pracy i trwałości poprzez sporo lat, co stawia spore wyzwania użytym materiałom i technologiom.Układ sterujący:Typowo wtryskiwacze są sterowane poprzez układ elektroniczny, będący częścią kompleksowego układu sterowania silnikiem, kolokwialnie zwanego komputerem silnika. W nowoczesnych rozwiązaniach to jest układ, który mierzy, typowo, kilkadziesiąt parametrów pracy silnika i jego osprzętu, i dane o parametrach ruchu pojazdu (na przykład szybkość) i ustalane poprzez kierowcę (na przykład położenie pedałów gazu i hamulca), przetwarza je dzięki wbudowanego komputera, wyliczając w okresie rzeczywistym (a więc - tysiące razy na minutę) wskaźniki wyjściowe dla układów silnika i pojazdu, dla silnika beznzynowego o zapłonie iskrowym główne sygnały wyjściowe to czynniki dla układu zapłonu iskrowego i czynniki dla sterowania wtryskiwaczy paliwa. Układ sterujący typowo jest hybrydą technologii analogowej (pomiary, formowanie sygnałów, filtracja), cyfrowej (mikrokomputer wyliczający wskaźniki wyjściowe z danych wejściowych i zapisanych w pamięci tablic i algorytmów dla danego silnika i pojazdu) i przedmiotów "siłowych" jak zasilacze i stopnie wyjściowe sterujące zapłonem i wtryskiem paliwa. Dodatkowymi częściami nowoczesnych układów są podsystemy autodiagnostyki, sygnalizacji stanu czy usterek, czy także zapewniające redundancję (awaryjne działanie przy uszkodzeniach na przykład czujników czy mikrokomputera), i tym podobne Opanowanie i potanienie odpowiednich technologii elektronicznych i dostatecznie szybkich i "pojemnych" mikrokomputerów było drugim istotnym faktorem, który spowodował upowszechnienie układów wtryskowych paliwa, poprzednie rozwiązania wtrysku, z regulatorami pneumatycznymi, hydraulicznymi, uproszczonymi elektrycznymi i tym podobne, były zawodne i nieprecyzyjne, i brały pod uwagę drobny ułamek liczby parametrów uwzględnianych w nowoczesnych rozwiązaniach.Czujniki:Dla właściwej pracy układu sterującego wtryskiem potrzebny jest szereg danych wejściowych o stanie pracy silnika, pojazdu, intencjach prowadzącego, i tym podobne Należy zauważyć, iż w tak postawionych zagadnieniach regulacyjnych nie ma górnego limitu opomiarowania układu, i liczba czujników i parametrów wejściowych jest ograniczona tylko inwencją producenta i kosztami, jednak pewne czujniki są z definicji konieczne do właściwej pracy układu, ew. są wymagane poprzez prawo. Fundamentalne w aktualnie stosowanych układach to: - Czujnik położenia wału korbowego - daje wiadomości o obrotach i fazie pracy poszczególnych cylindrów, synchronizuje pracę układu sterowania z mechaniką silnika i jego stanem pracy (na przykład obroty jałowe, max.) - Czujnik przepływu powietrza dolotowego (czasem w formie czujnika ciśnienia) - daje informację o ilości powietrza zasysanego poprzez silnik w jednostce czasu - Czujnik albo czujniki zawartości tlenu w spalinach (sondy lambda) - daje informację o rzeczywistej stechiometrii spalania w silniku (mieszanka uboga, bogata) i pozwala utrzymać najlepszy skład mieszanki i spalin w danym momencie pracy silnika.Dodatkowo używa się szeregu innych czujników i parametrów, np: - położenia przepustnicy (albo przepustnicy elektronicznej, bez mechanicznego połączenia z pedałem gazu) - położenia pedału hamulca, wskaźniki pracy skrzyni biegów - położenia wałka (wałków) rozrządu - prędkości pojazdu - temp. silnika, powietrza dolotowego, paliwa - ciśnienia paliwa - czujnik spalania stukowego (wibracji)Zasada działania:Układ sterujący wtryskiem paliwa jest zespołem regulatorów, które mają, we współpracy z układem sterowania zapłonem, utrzymywać optymalne wskaźniki pracy silnika w różnych stanach. Kluczowymi miernikami optimum są czystość spalin, ekonomia silnika i osiągi silnika (moc, okres obrotowy). Przewarzająca część układów pracuje w trzech głównych stanach: - w otwartej pętli sterowania (open loop) - pewne wskaźniki wejściowe z czujników są poza "tolerancją" programu mikrokontrolera, wylicza on "zgrubnie" wskaźniki wtrysku paliwa (i ew. zapłonu) aby zapewnić w ogóle stabilną pracę silnika, osiągi umożliwiające jazdę i możliwie ekonomiczne spalanie; to jest typowy stan na przykład po uruchomieniu zimnego silnika - w zamkniętej pętli sterowania (closed loop) - najważniejsze wskaźniki wejściowe z czujników mieszczą się w założonych tolerancjach, co pozwala mikrokontrolerowi na precyzyjne wyliczanie dawki paliwa (i ew. przesunięcia zapłonu), opierając się na wbudowanych algorytmów i tablic, opisujących pracę silnika. To jest stan normalnej pracy, aktualnie typowo wiodącym wyznacznikiem wejściowym jest sonda lambda i czujnik przepływu (ew. ciśnienia) powietrza w układzie dolotowym, układ stara się utrzymać spalanie stechiometryczne przy ubogiej mieszance i właściwych charakterystykach silnika, reagując na zmienną sytuację (obroty, okres obrotowy, przepustnica, wskaźniki powietrza dolotowego, itd). - w trybie awaryjnym - układ przechodzi w stan awaryjny w przypadku uszkodzenia mikrokontrolera i tym podobne (typowo wykrywane to jest układami typu watchdog i tym podobne), jeżeli komputer przestaje sterować wtryskiem paliwa i zapłonem, rolę tę przejmują łatwe układy elektroniczne (na przykład timery), które zapewniają "zgrubne" sterowanie i pracę silnika i jazdę, normalnie przy bardzo złej ekonomii spalania i osiągach.W aktualnie użytkowanych układach w przypadku wystąpienia trybu awaryjnego albo zbyt długiej pracy w trybie otwartej pętli, czy uszkodzeniach najważniejszych czujników, układ sygnalizuje kierowcy awarię kontrolką "check engine" (pomarańczowy napis albo piktogram silnika)