Celem układu zasilania jest wytworzenie mieszanki paliwowo-powietrznej w proporcjach gwarantujących jak najlepsze i najbardziej ekonomiczne jej wykorzystanie w procesie spalania. Silniki z zapłonem samoczynnym są wyposażone w układy zasilania z bardzo precyzyjnie wykonanych podzespołów a przez to wymagają uważnego i starannego serwisowania, gdyż większość (ok. 70%) problemów silnika pochodzi właśnie z defektów tego układu. W skład omawianego układu wchodzą urządzenia, które oczyszczają i doprowadzają do komór spalania powietrze i paliwo.

Filtry powietrza

Maszyny wykorzystywane w rolnictwie, wyposażone w silniki wysokoprężne, działają przeważnie w otoczeniu o dużym zapyleniu. Cząstki o dużej średnicy oraz twardości, które dostają się do cylindrów powodują szybsze zużycie podzespołów silnika. We współczesnych silnikach do filtracji powietrza używane są filtry kombinowane, składające się z filtru bezwładnościowego oraz pochłaniającego.

Filtr bezwładnościowy separuje cząsteczki pyłu poprzez zawirowania bądź nagłą i częstą zmianę kierunku przepływu strumienia powietrza. Z powodu większej masy cząsteczki pyłu nie mogą zmieniać kierunku wraz z powietrzem i przedostają się do osadników.

Filtr pochłaniający zbudowany jest z siatki metalowej, wiórów bądź innego materiału, z których budowane są wkłady filtrujące, przez które przepływa zanieczyszczone powietrze, pozostawiając cząstki pyłu w szczelinach filtru. By zapewnić większą efektywność filtra, stosuje się olej, który tworzy kąpiel olejową lub zwilża się wkłady filtrujące. Są to tak zwane filtry mokre. Skuteczność pochłaniania zanieczyszczeń filtrów z kąpielą olejową ocenia się na 99%.

Filtr kombinowany. Zanieczyszczenia o większych gabarytach są wyłapywane z powietrza w pierwszej fazie za pomocą filtra bezwładnościowego i składowane w osadniku, następnie tak przygotowane powietrze jest oczyszczane za pomocą kąpieli olejowej i mokrych wkładów filtrujących. Tak oczyszczony strumień powietrza zasysany zostaje do komory spalania silnika. Filtry te są bardzo efektywne - potrafią zatrzymać ponad 99.5% wszystkich zanieczyszczeń. Aby filtry działały poprawnie należy systematycznie je oczyszczać, najczęściej wykonuje się to co 50-100 godzin a w przypadku pracy o dużym zapyleniu oczyszczać należy nawet kilka razy dziennie. Oczyszczanie filtrów kombinowanych sprowadza się do usunięcia z osadnika oraz z miski olejowej i przewodów zanieczyszczeń. Do tego należy także wypłukać w nafcie lub oleju napędowym wkłady filtrujące.

Komory spalania silników z zapłonem samoczynnym.

Z biegiem czasu silniki wysokoprężne zmieniały się, ewoluowały. Dotyczy to również kształtu komór spalania. Najczęstszą postacią komory w silnikach dieslowskich jest niedzielona komora spalania z bezpośrednim wtryskiem paliwa bez zawirowania powietrza lub z zawirowaniem oraz komora wirowa, która jest usytuowana w głowicy silnika. Kształt komory spalania ma znaczący wpływ na jakość pracy silnika wysokoprężnego. Przykładowym silnikiem, w którym zastosowano komory z bezpośrednim wtryskiem paliwa jest silnik ciągnika Ursus C-330 oraz C-360, natomiast przykładem silnika z komorami wirowymi jest silnik ciągnika DT-75.

Układ zasilania paliwem.

Układ zasilania paliwem w silniku wysokoprężnym jest zbudowany z następujących części:

  • zbiornik
  • przewody niskiego ciśnienia
  • pompa zasilająca
  • filtry paliwowe
  • urządzenia wtryskowe, w skład których wchodzą: pompa wtryskowa, wtryskiwacze, przewody wysokiego ciśnienia.

Pompa zasilająca pobiera paliwo ze zbiornika i tłoczy go przez filtry paliwowe. Przefiltrowane paliwo jest doprowadzane do pompy wtryskowej, a dalej pod wysokim ciśnieniem, wytworzonym w pompie wtryskowej, poprzez wtryskiwacze do komór spalania silnika. Naddatek, a także pochodzące z przecieków, paliwo jest odprowadzane z powrotem do zbiornika.

Zbiornik oraz przewody paliwowe.

Pojemność zbiornika paliwa jest najczęściej przewidziana na 10 do 23 godzin pracy silnika. Przeważnie wykonany z blachy stalowej od wewnątrz zabezpieczony specjalnym lakierem. Wlew zabezpieczony jest gęstym sitkiem, które wstępnie oczyszcza paliwo z większych zanieczyszczeń. Aby wyrównać ciśnienie panujące w zbiorniku z zewnętrznym konstruktorzy umieścili w pokrywie zbiornika niewielki otwór. Oprócz tego zabezpiecza to zbiornik przed wybuchem, przede wszystkim w okresie upałów. Podczas tankowania paliwa należy uważać by duże zanieczyszczenia nie dostały się do paliwa. Materiał, wykorzystywany najczęściej na przewody paliwowe niskiego ciśnienia, to miedź. Oprócz miedzi stosuje się tworzywa sztuczne odporne na działanie paliw.

Pompa zasilająca.

Pompa zasilająca ma za zadanie ciągłe i równomierne dostarczanie paliwa do pompy wtryskowej oraz wymuszenie przepływu przez filtry. W silnikach wysokoprężnych mają zastosowanie głównie pompy zasilające tłoczkowe, które napędzane są od wałka krzywkowego pompy wtryskowej. Przy rozruchu zimnego silnika, przy dłuższym postoju, można skorzystać z ręcznej pompki aby napełnić przewody paliwem i skrócić znacznie rozruch silnika. Pobieranie oleju napędowego z baku oraz jego późniejsze tłoczenie następuje w momencie rozprężania sprężyny tłoczka przy ruchu zwrotnym tłoczka. Ruch tłoczka w odwrotnym kierunku, wymuszony przez popychacz sprawia, że paliwo jest przetłaczane z malejącej komory górnej do zwiększającej swoją objętość komory dolnej. Jeżeli ilość paliwa dostarczanego do układu jest większa od zapotrzebowania to zwiększające się ciśnienie w dolnej komorze powoduje równoważenie nacisku od sprężyny tłoczka aż do momentu unieruchomienia go w położeniu pośrednim.

Oczyszczanie paliwa

Olej napędowy znajdujący się w zbiorniku jest zanieczyszczony różnymi drobinami, z reguły niedostrzegalnymi przez oko ludzkie. Cząsteczki brudu wielkości zaledwie 0.001mm nie mieszczą się pomiędzy bardzo starannie dobrane elementy pompy wtryskowej i są bardzo groźne dla silnika.

Za czyszczenie paliwa z drobin są odpowiedzialne filtry, tworzące przeszkodę dla zanieczyszczeń ale nie zatrzymującą paliwa. W osadniku zatrzymują się największe zanieczyszczenia oraz cząsteczki wody. Dodatkowo do osadnika można założyć filtr siatkowy.

Filtry paliwowe można podzielić stosując wiele kryteriów. Ze względu na dokładność filtracji można podzielić je na: filtry wstępnego oczyszczania - usuwającego z paliwa drobiny powyżej 0.6mm średnicy oraz filtry dokładnego oczyszczania, zatrzymujące cząsteczki brudu większe od 0.001mm.

Silniki wysokoprężne stosowane w ciągnikach rolniczych są wyposażone przeważnie w filtry wstępnego i dokładnego oczyszczania. Pierwszy rodzaj filtrów jest wykonany z filcu bądź siatki, do wykonania drugiego natomiast, stosuje się gęsty filc, papier albo bawełnę. Filtr filcowy zbudowany jest ze szkieletu, na który nawinięty jest materiał filtracyjny, przez który przepływa paliwo.

Warstwę zanieczyszczeń z osadnika należy usunąć z obudowy filtru po przepracowanych każdych 20 godzinach. Gruntowne czyszczenie filtrów należy wykonać w okresach podanych przez producenta (średnio co 200 godzin pracy) stosując się ściśle do wskazówek podanych w instrukcji obsługi.

Urządzenia wtryskowe. Do grona urządzeń wtryskowych stosowanych w silnikach z zapłonem samoczynnym zalicza się pompę wtryskową z regulatorem obrotów, przewody wysokiego ciśnienia oraz wtryskiwacze. Tłoczek pompy wtryskowej, pod wpływem działania sprężyny w kierunku napędzającej go krzywki, przesuwa się, odsłaniając szczelinę ssącą, którą wpływa paliwo do komory cylinderka. Podczas ruchu powrotnego tłoczek przemieszcza się pod wpływem obracającej się krzywki, zamyka dopływ paliwa do cylinderka. Paliwo zostaje wtłoczone przez zawór odcinający do przewodu wysokiego napięcia a następnie do wtryskiwacza. W odpowiednim momencie następuje wtrysk rozpylonego paliwa do komory spalania. W zależności od typu silnika ciśnienie przy którym następuje rozpylenie paliwa jest różne i waha się od 100 do 200 kG/cm2.

Pompa wtryskowa należy do najbardziej złożonych i dokładnie wykonanych urządzeń układu zasilania. Głównymi elementami pompy są sekcje tłoczące. Ilość sekcji tłoczących w pompie jest identyczna jak liczba cylindrów w silniku. Istotne zadanie w sekcji tłoczącej realizuje specjalnie uformowany zawór odcinający uniemożliwiający powrót oleju napędowego znajdującego się w przewodach wysokiego ciśnienia z powrotem do pompy oraz chroni silnik przed wyciekami nierozpylonego paliwa do cylindra silnika. Ilość paliwa dostarczaną przez pompę można zmieniać reagując na obciążenie silnika. Dokonuje się to poprzez przekręcenie tłoczka w cylinderku przy pomocy listwy zębatej. Dzięki obrotowi główki tłoczka w cylinderku i nie zmieniającym się skoku tłoczka uzyskuje się możliwość dawkowania paliwa od zera do wielkości maksymalnych, ograniczonych konstrukcyjnie. Za pomocą dźwigni gazu następuje przemieszczenie listwy zębatej, a ta powoduje jednoczesny obrót wszystkich tłoczków pompy wtryskowej. Dzięki temu do każdej komory spalania wpływa taka sama ilość paliwa. Dodatkowo pompy wtryskowe mogą być wyposażone w dodatkowe mechanizmy umożliwiające zwiększenie dawki paliwa na czas uruchamiania silnika. W celu automatycznego utrzymywania stałej prędkości obrotowej pomimo zmieniającego się obciążenia silnika stosuje się regulator obrotów. Niepoprawne działanie lub brak regulatora może spowodować uszkodzenie a nawet zniszczenie silnika.

Działanie regulatora jest oparte na sile odśrodkowej. Wirujące ciężarki regulatora w czasie pracy silnika ulegają sile odśrodkowej i rozchylają się. Przy pomocy układu dźwigniowego odbywa się przemieszczenie listwy zębatej pompy wtryskowej i rotacja tłoczków w kierunku malejącego podawania paliwa. Prędkość obrotowa maleje, a co za tym idzie, maleje siła odśrodkowa oddziałująca na ciężarki regulatora. Sprężynki pokonują siłę odśrodkową i ściągają ciężarki do środka, przesuwając z powrotem listwę zębatą pompy i powiększając dawkę paliwa. Tym sposobem regulator oscyluje w przybliżeniu wokół zadanej prędkości obrotowej silnika. Obszar rozwijanych prędkości obrotowych nowoczesnych silników uzależniony jest od położenia dźwigni lub pedału gazu, przez które ustawia się początkowe napięcie sprężyn regulatora. Pomiędzy wtryskiwaczami a pompą wtryskową znajdują się przewody wysokiego ciśnienia, zrobione z ciągnionych stalowych rurek o średnicy wewnętrznej 2-3mm. Ciśnienie paliwa wytworzone w pompie wtryskowej jest bardzo duże, przełamuje opór sprężyny we wtryskiwaczu, unosi iglicę i odkrywa otwór wylotowy. Przez otwór odbywa się wtrysk paliwa do komory spalania. Wielkość ciśnienia podczas wtrysku jest uzależniona od siły napięcia sprężyny. Wtryskiwacze, które posiadają zawór iglicowy oddzielający przewód wysokiego ciśnienia od komory spalania nazywa się wtryskiwaczami zamkniętymi, a te które nie posiadają żadnego zamknięcia stojącego na drodze od pompy do wylotu rozpylacza mają nazwę otwartego. Nadmiar paliwa przeciekający pomiędzy iglicą a korpusem rozpylacza spływa z powrotem do zbiornika poprzez kanał przelewowy i przewód odprowadzający.

Obsługa układu zasilania silników wysokoprężnych.

Poprawne funkcjonowanie układu zasilania jest uzależnione ot systematycznego i dokładnego wykonywania prac zaplanowanych w fabrycznej instrukcji obsługi. Przy wykonywaniu dowolnych działań mających związek z obsługą układu zasilania, niezbędne jest utrzymanie bezwarunkowej czystości. Paliwo, które ma być zastosowane do zasilania silników, przed użyciem należy zostawić do odstania na kilka dni - taki zabieg powoduje osadzenie na dnie zbiornika dużą część zanieczyszczeń. Podczas używania pompy trzeba zwrócić uwagę by rura ssąca, w czasie poboru paliwa, była podniesiona od dna zbiornika o kilkanaście centymetrów. Najczęstszą usterką układu zasilania jest przedostanie się powietrza do instalacji zasilania (tzw. zapowietrzenie). Pompa wtryskowa przestaje wtedy tłoczyć paliwo do wtryskiwaczy, silnik nieruchomieje. Aby odpowietrzyć układ zasilania, konieczne jest poluzowanie śrub odpowietrzających, umieszczonych w pompie wtryskowej, filtrach, a później pompować paliwo ręczną pompą aż do momentu wypłynięcia czystego paliwa bez cząsteczek powietrza z filtrów, przewodów i pompy. Układ zasilania to najdokładniejszy i zarazem najwrażliwszy obwód stymulujący pracę silnika i z tego powodu wszelkie działanie powiązane z jego regulacją czy też regeneracją należy podjąć w wyspecjalizowanym zakładzie naprawczym.