Purkštukai purškia degalus į dyzelinio variklio degimo kamerą. Jie turi didelę įtaką degiojo mišinio sudarymui ir degimui, taip pat variklio galiai, degiojo mišinio sudėčiai, variklio triukšmui. Kad purkštukai optimaliai atliktų savo funkcijas, jie turi būti pritaikyti varikliui. Todėl gaminami įvairių konstrukcijų, atsižvelgiant į įpurškimo sistemą.

Purkštukas yra centrinis įpurškimo sistemos elementas, kuriam sukurti, gaminti ir eksploatuoti reikalingas geras techninis išmanymas („know-how“).

Purkštukas turi lemiamą įtaką:

• įpurškimo proceso formavimui (sukurti tikslų kuro slėgio kitimą ir kiekio paskirstymą atitinkamo alkūninio veleno posūkio kampo laipsniui);

• optimaliam degalų išpurškimui ir paskirstymui degimo kameroje;

• sandariam degalų tiekimo sistemos atskyrimui nuo degimo kameros.

Kadangi purkštukai degimo kameroje nepridengti, juos nuolat veikia pulsuojamosios variklio ir įpurškimo sistemos mechaninės ir šiluminės apkrovos. Tekantys degalai turi aušinti purkštuką.

Stabdant varikliu, kai degalai nepurškiami, purkštuko temperatūra smarkiai padidėja. Todėl jo šiluminis atsparumas turi būti apskaičiuotas šiam darbo režimui.

Varikliuose su padalytomis degimo kameromis naudojami kaištiniai purkštukai, o tiesioginio įpurškimo varikliuose – daugiasraučiai purkštukai.

Purkštuką atidaro degalų slėgis. Purkštuko skylutės, įpurškimo trukmė ir įpurškimo proceso tėkmė nulemia įpurškiamų degalų kiekį. Kai slėgis krenta, purkštukas turi greitai ir patikimai užsidaryti. Užsidarymo slėgis yra mažiausiai 40 barų didesnis už maksimalų degimo slėgį, kad būtų išvengta nepageidaujamo papildomo įpurškimo arba degimo dujų įsiveržimo.

Purkštukai turi būti priderinti prie įvairių variklio darbo sąlygų:

• degimo proceso tipo (tiesioginio arba netiesioginio įpurškimo);

• degimo kameros formos;

• įpurškiamų srautų formos ir krypties;

• degalų srauto „prasiskverbimo jėgos“ ir degalų išpurškimo kokybės;

• įpurškimo trukmės;

• įpurškiamų degalų kiekio, tenkančio atitinkamo alkūninio veleno posūkio kampo laipsniui.

Standartizuoti matmenys ir konstrukcinės grupės leidžia atliekant minimalius tam tikrų detalių pakeitimus priderinti purkštukų veikimą prie įvairių sąlygų. Norint gauti didesnę galią esant mažesnėms degalų sąnaudoms, kuriami nauji varikliai turi tik tiesioginio įpurškimo sistemas.

Kaištiniai purkštukai

Naudojimas

Kaištiniai purkštukai naudojami varikliams su prieškameriais arba sukūrinėmis kameromis (padalyta degimo kamera, netiesioginis įpurškimas). Šiuose varikliuose degalus susmulkina oro turbulencijos. Įpurškimo srauto charakteristika šį degalų išpurškimo procesą gali dar pagerinti. Varikliams, turintiems tiesioginio įpurškimo sistemą, kaištiniai purkštukai netinka dėl to, kad slėgio pikai degimo kameroje gali atidaryti purkštuką.

Naudojami šių konstrukcijų kaištiniai purkštukai:

• standartiniai;

• droseliniai;

• su plokštuma ant adatos.

Konstrukcijos

Standartinis kaištinis purkštukas

Standartinio kaištinio purkštuko adatos gale yra kaištis, kuris, esant nedideliam laisvumui, įlenda į purkštuko korpuso purškimo skylutę. Keičiant kaiščio matmenis ir konstrukciją, įpurškiamų degalų srautą galima priderinti prie variklio reikalavimų.

Droselinis kaištinis purkštukas

Tai kaištinis purkštukas, turintis specialius kaiščio matmenis. Kaiščio forma leidžia formuoti įpurškimo proceso charakteristiką. Purkštuko adata iš pradžių atidaro tik labai siaurą žiedinį plyšį, kuris praleidžia mažai degalų (droselinis veikimas).

Didėjant slėgiui ir adatai kylant, praleidimo skersplotis didėja. Tik prieš adatos eigos pabaigą įpurškimo procesas sukuria „minkštesnį“ degimą nes slėgis degimo kameroje kyla lėčiau. Taigi dalinių apkrovų zonoje sumažėja degimo triukšmas. Tai reiškia, kad kaiščio forma kartu su droseliavimo plyšiu ir purkštuko spyruoklės charakteristika formuoja norimą įpurškimo charakteristiką.

Kaištiniai purkštukai su plokštuma ant adatos

Ant šio purkštuko droselinio kaiščio yra nušlifuota plokštuma, kuri papildomai atsidarant (esant nedidelei adatos eigai) žiediniam plyšiui atidaro pratekėjimo kanalą. Dėl padidėjusio tūrinio srauto šioje zonoje išvengiama teršalų prilipimo. Todėl purkštukai su nušlifuota adatos plokštuma koksuojasi mažiau ir tolygiau.

Žiedinis plyšys tarp purškimo skylutės ir droselinio kaiščio yra labai mažas (10 μm). Nušlifuota plokštuma dažniausiai būna lygiagreti adatos ašiai. Specialiomis geometrinėmis priemonėmis, pvz., suapvalintais kaiščiais arba profiliuotais paviršiais, galima priderinti purkštuką prie variklio reikalavimų. Taip sumažinamas variklio triukšmas dalinių apkrovų zonose ir pagerinamos važiavimo savybės.

Daugiasraučiai purkštukai

Naudojimas

Daugiasraučiai purkštukai naudojami tiesioginio įpurškimo sistemas turinčiuose varikliuose. Įstatymo padėtį dažniausiai nulemia variklio konstrukcija. Skirtingais kampais išdėstytos įpurškimo skylutės turi būti nukreiptos degimo kamerai tinkama kryptimi.

Daugiasraučiai purkštukai skirstomi į:

• purkštukus su skylutėmis, išeinančiomis į snapelio ertmę;

• purkštukus su skylutėmis lizde.

Be to, pagal dydį daugiasraučiai purkštukai skirstomi į:

• P tipo su 4 mm skersmens adata (su skylutėmis, išeinančiomis į snapelio ertmę arba esančiomis lizde);

• S tipo su 5 ir 6 mm skersmens adata (su skylutėmis, išeinančiomis į snapelio ertmę; dideliems varikliams).

Daugiasraučių purkštukų atsidarymo slėgis yra 150–350 barų.

Sandara

Purškimo skylutės išdėstytos aplink purkštuko snapelį. Skaičius ir skersmuo priklauso nuo:

• reikalingo įpurkšti degalų kiekio;

• degimo kameros formos;

• oro sūkurio degimo kameroje.

Purškimo skylučių skersmuo viduje yra truputį didesnis nei išorėje. Šį skirtumą parodo k koeficientas. Purškimo įtekėjimo skylučių briaunelės gali būti suapvalinamos hidroerozinio apdirbimo būdu – skystyje esančios abrazyvinės dalelės suapvalina briaunas. Hidroerozinis apdirbimas gali būti taikomas ir purkštukams su skylutėmis, išeinančiomis į snapelio ertmę, ir purkštukams su skylutėmis adatos lizde.

Tikslas:

• optimizuoti srauto charakteristikas;

• sumažinti briaunų nudilimą, kurį sąlygoja degaluose esančios abrazyvinės dalelės;

• sumažinti debito tolerancijas.

Purkštukai turi būti kruopščiai pritaikyti nurodytoms variklio darbo sąlygoms. Purkštuko konstrukcija nulemia:

• dozuotą įpurškimą (įpurškimo trukmę ir įpurškiamų degalų kiekį, tenkantį atitinkamo alkūninio veleno posūkio kampo laipsniui);

• degalų išpurškimą (čiurkšlių skaičių, formą ir degalų išpurškimo smulkumą);

• degalų paskirstymą degimo kameroje;

• sandarumą.

Konstrukcijos

Degalai, esantys žemiau purkštuko adatos lizdo, išgaruoja pasibaigus degimui, todėl smarkiai padidina angliavandenilių emisiją. Dėl to svarbu, kad šis degalų kiekis (liekamasis arba kenksmingasis kiekis) būtų kuo mažesnis.

Be to, adatos lizdo ir snapelio formos turi lemiamą įtaką purkštuko atsidarymo ir užsidarymo savybėms ir variklio suodžių bei NOx emisijoms.

Šie reikalavimai privertė sukurti įvairias purkštukų konstrukcijas.

Yra dvi pagrindinės konstrukcijos:

• purkštukai su skylutėmis, išeinančiomis į snapelio ertmę;

• purkštukai su skylutėmis lizde.

Naudojami skirtingi purkštukai su skylutėmis, išeinančiomis į snapelio ertmę.

Purkštukai su skylutėmis, išeinančiomis į snapelio ertmę

Šių purkštukų purškimo skylutės išdėstytos aplink snapelio ertmę. Jei snapelis apvalus, purškimo skylutės gręžiamos mechaniškai arba elektroeroziniu būdu, atsižvelgiant į konstrukciją. Purkštukų su kūginiu snapeliu skylutės gręžiamos elektroeroziniu būdu. Yra purkštukų su skirtingų matmenų cilindrinėmis ir kūginėmis snapelio ertmėmis.

Purkštukai su skylutėmis lizde

Kad būtų mažesnis liekamasis kuro kiekis, kartu ir mažesnė CH emisija, purškimo skylučių įtekėjimo angos yra purkštuko korpuso lizde. Esant uždarytam purkštukui, jo adata uždengia šias angas. Tad nėra tiesioginio snapelio ertmės ir degimo kameros sujungimo. Snapelio ertmės tūris yra stipriai sumažintas, palyginti su purkštukais, kurių skylutės išeina į snapelio ertmę, taip pat yra daug mažesnė apkrovos riba, todėl jie gali būti gaminami tik su 1 mm skersmens skylutėmis. Snapelio forma yra kūginė. Purškimo skylutės gręžiamos elektroeroziniu būdu.

Speciali purškimo skylučių forma, dubliuojamoji adatos kreipiančioji arba kompleksinė adatos smaigalio forma pagerina srautų paskirstymą ir mišinio sudarymą.

Čiurkšlių formos

Į lengvųjų automobilių variklius įpurškiamų degalų čiurkšlė dažniausiai būna ilga ir plona, nes šių variklių degimo kamerose yra sukuriamas stiprus sūkurys. Sunkvežimių varikliuose sūkurys daug mažesnis. Todėl čiurkšlė yra trumpesnė ir platesnė. Net ir esant dideliam sūkuriui, įpurškiamų degalų srautai neturi susidurti vienas su kitu. Priešingu atveju degalai būtų purškiami į zonas, kuriose degimas jau vyksta ir todėl trūksta oro. Tai sąlygotų stiprų suodžių susidarymą.

Daugiasraučiuose purkštukuose būna iki šešių (lengvųjų automobilių) arba dešimties (sunkvežimių) skylučių. Tobulinimo tikslas – dar padidinti skylučių skaičių ir jų skersmenį (>0,12 mm), kad būtų galima kuo tiksliau paskirstyti degalus.

Purkštukų tobulinimas

Atsižvelgiant į ypač dinamišką naujų, labai apkrautų variklių ir funkcionalių įpurškimo sistemų (pvz., daugkartinio įpurškimo) kūrimą, būtina nuolat tobulinti purkštukus. Be to, daug požymių rodo, kad patobulinta purkštuko konstrukcija ateityje galima pagerinti dyzelinio variklio darbą.

Svarbiausi tikslai yra:

• minimizuoti pirminę emisiją, kad būtų galima sumažinti brangaus deginių apdorojimo išmetimo trakte (pvz., dalelių filtrų) sąnaudas arba visiškai jų išvengti;

• sumažinti degalų sąnaudas;

• optimizuoti variklio triukšmą.

Yra įvairių purkštukų tobulinimo sričių ir kūrimo įrankių. Be to, nuolat kuriamos naujos medžiagos, atsparios didelei ilgalaikei apkrovai. Daugkartinis įpurškimas taip pat turi įtakos purkštukų konstrukcijai. Kitokių degalų (pvz., sintetinių) naudojimas turi įtakos purkštuko konstrukcijai dėl skirtingos klampos arba kitokių srauto savybių. Šiems pakeitimams reikalingos ir naujos gamybos technologijos, pavyzdžiui, purškimo skylučių gręžimas lazeriu.