Wtryskiwacz

Na poniższym rysunku przedstawiono dwie, spotykane najczęściej odmiany wtryskiwaczy: wtryskiwacz czopikowy (ang. – pintle–type) i otworowy (ang. – hole–type).

Pomimo dużego podobieństwa budowy wtryskiwaczy zwykle nie można ich stosować zamiennie ze względu na różnice parametrów związane z  określonym układem wtryskowym lub nawet silnikiem. Parametrami tymi są np. ciśnienie otwarcia wtryskiwacza (we wtryskiwaczach mechanicznych) lub oporność cewki elektromagnetycznej (we wtryskiwaczach elektromagnetycznych). Wtryskiwacze mogą różnić się w sposób zasadniczy sposobem ukształtowania ujścia, co wiąże się z odmiennym ukształtowaniem strugi rozpylanego paliwa i jej jakości.

 

Porówanie przekrojów oraz schematów gniazd wtryskiwacza czopikowego oraz otworowego

Wtryskiwacze czopikowe

Generują strugę w kształcie stożka z kroplami o średniej wielkości. Wtryskiwane paliwo, opływając czop iglicy wtryskiwacza, ulega odchyleniu w stożek. Kształt czopika determinuje wielkość kąta wierzchołkowego stożka rozpylanego paliwa (najczęściej od 10 do 30°). Powinien on być możliwie duży, ze względu na korzyści płynące z powiększenia powierzchni styku paliwo–powietrze. Ograniczeniem dla powiększania rozwartości stożka paliwa jest zjawisko zwilżania ścianek kolektora dolotowego. We wtryskiwaczach czopikowych bardzo istotna jest dokładność wykonania czopa. Nawet małe niedokładności potrafią zmienić wygląd strugi paliwa, często towarzyszy temu powiększenie średnicy kropel.

 

Rozpylacze czopikowe:
a) z czopikiem cylindrycznym, b) z czopikiem stożkowym

Przykład zmniejszenia masy iglicy wtryskiwacza

Rozpylacze z czopikiem cylindrycznym wytwarzają zwartą strugę kropel o dużym zasięgu i małym kącie rozpylenia. Iglica jest zakończona cylindrycznym czopikiem ze stożkową przylgnią. Czopik wchodzi luźno do otworu wylotowego, przy czym jest wymagana współosiowość czopika i otworu przy zachowaniu luzu promieniowego 10–20 mm. Średnica otworu wylotowego jest duża i wynosi od l do 3 mm w zależności od wymiarów rozpylacza.

Rozpylacze z czopikiem stożkowym wytwarzają strugę kropel o zwiększonym kącie rozpylenia i skróconym zasięgu strugi w porównaniu z rozpylaczami z czopikiem cylindrycznym. Wynika to z charakterystycznego kształtu czopika, który składa się z cylindrycznego dławika i stożkowego rozpryskiwacza. Dobierając długość czopika do jego skoku, można uzyskać takie przekroje przepływowe, które zapewniają najdogodniejsze rozdzielenie dawki paliwa na poszczególne fazy wtrysku.

Czas opóźnienia odpowiedzi wtryskiwacza (czas od powstania impulsu elektrycznego do rozpoczęcia ruchu iglicy) można zmniejszyć przez zmiany konstrukcji iglicy i obwodu elektrycznego. O ile konstrukcje obwodów elektrycznych niewiele się różnią, o tyle iglice wtryskiwaczy mogą mieć rozmaitą postać i masy.

Wtryskiwacze otworowe

Otwór wyjściowy paliwa w postaci prostego kalibrowanego wiercenia jest znacznie prostszy w porównaniu z wtryskiwaczem czopikowym. Ujście zamyka awór płytkowy, który nie bierze udziału w formowaniu strugi paliwa. Wtryskiwacze jednootworowe generują strugę paliwa w kształcie prostej, ąskiej strugi, o dość dużej średnicy kropli. Odznaczają się zwykle dużą prędkością wypływu strugi, rzędu 20 m/s. Najczęściej umieszcza się je w taki sposób, aby ich wąski strumień padał dokładnie na grzybek zaworu dolotowego. Gdy wtryskiwacz jest budowany jako tarczowo–uderzeniowy (ang. – targed impact injector), można otrzymać strugę paliwa o średniej średnicy kropli podobnej do wtryskiwaczy czopikowych.

Również w przypadku wtryskiwaczy otworowych poprzez redukcję masy trzpienia dąży się do zmniejszenia opóźnienia wzniosu iglicy w stosunku do chwili podania impulsu. W rozwiązaniu firmy Magneti Marelli, wtryskiwacze z płaskim gniazdem (ang. flat–seat injector) wskutek skrócenia długości trzpienia są lżejsze w porównaniu z rozwiązaniami klasycznymi o 70%, co skraca czas ich otwierania o 21 %.

Wtryskiwacze jednootworowe są tańsze w produkcji i bardziej odporne na zanieczyszczenia. Rozwinięciem wtryskiwaczy otworowych są wtryskiwacze wielootworowe, w których struga paliwa kształtowana jest poprzez kilka małych kalibrowanych otworów u wylotu wtryskiwacza. Wtryskiwacze wielootworowe generują średnią średnicę kropli o wielkości pomiędzy wtryskiwaczami czopikowymi a jednootworowymi. Otwory wylotowe wtryskiwacza wierci się na specjalnych płytkach, które są mocowane do końcówki wtryskiwacza za pomocą gwintowanej tulejki. Rozmieszczenie otworów oraz wzajemne położenie ich osi umożliwiają precyzyjne kształtowanie strugi paliwa. Przykładem może być rozwiązanie, w którym wtryskiwacz dzieli paliwo na dwie strugi, aby skierować je do dwóch zaworów dolotowych.

Rysunek poniższy przedstawia zdjęcia wykonane metodą dyfuzyjno–świetlną strug wytwarzanych przez trzy podstawowe typy wtryskiwaczy (czopikowy, wielootworowy i jednootworowy). Czas trwania impulsu wtryskowego podanego dla każdego wtryskiwacza wynosił 4,5 ms, zdjęcia wykonano kolejno w  odstępach dwusekundowych po podaniu impulsu otwarcia.

 

Typowe rozwiązania ujścia wtryskiwaczy oraz przykłady strug generowanych przez poszczególne końcówki:

a) wtryskiwacz jednootworowy,
b) wtryskiwacz czopikowy,
c) wtryskiwacz dwustrumieniowy,
d) wtryskiwacz czterootworowy–plytkowy

Wtryskiwacze elektroaerozolowy

W tych wtryskiwaczach paliwo jest jonizowane ujemnie. Przy wylocie z rozpylacza znajduje się anoda która przyciągając zjonizowane cząstki paliwa powoduje odchylenie strugi paliwa. Pozwala to na zwiększenie powierzchni rozpylonego paliwa poprzez zmniejszenie kropel paliwa i uzyskanie większej powierzchni filmu paliwowego. Powoduje to zmniejszenie grubości filmu paliwowego co pozwala na szybsze nagrzewanie i odparowywanie paliwa co przyspieszenie powstawania homogenicznej mieszanki paliwowo-powietrznej.

Sterowanie wartością prądu na anodzie (odchyleniem strugi) odbywa się w czasie rzeczywistym, co oznacza możliwość zmiany strugi z wtrysku na wtrysk, a nawet w czasie trwania pojedynczego wtrysku.

  Zasada działania wtryskiwacza elektroaerozolowego oraz kształt strugi paliwa w zależności od natężenia prądu anody od lewej: 0 m A, 2 m A oraz 3,1 m A

 

Zmiany stosowanego ciśnienia wtrysku benzyny

 

Sposoby sterowania wtryskiwaczami

Charakterystyki wtryskiwaczy

Wtryskiwacze wtrysku jednopunktowego

Wtryskiwacze wtrysku wielopunktowego

Wtryskiwacze wtrysku bezpośredniego