Układ wtrysku silnika wysokoprężnego - wtrysk bezpośredni z pompą rotacyjną VP 30, 37 i VP 44

Stale rosnące ceny paliw skłoniły producentów do przyspieszenia rozwoju silników wysokoprężnych. Do końca lat 80. oprócz silników benzynowych grali tylko na drugich skrzypcach. Głównymi winowajcami były ich masywność, hałas i wibracje, których nie zrekompensowało nawet znacznie mniejsze zużycie paliwa. Sytuację powinno pogorszyć zbliżające się zaostrzenie wymogów prawnych w zakresie redukcji emisji zanieczyszczeń w spalinach. Podobnie jak w innych dziedzinach, wszechmocna elektronika wyciągnęła pomocną dłoń do silników wysokoprężnych.

Pod koniec lat 80-tych, a zwłaszcza w latach 90-tych, stopniowo wprowadzono elektroniczne sterowanie silnikiem wysokoprężnym (EDC), które znacznie poprawiło osiągi silników wysokoprężnych. Głównymi zaletami okazały się lepsze rozpylenie paliwa uzyskane dzięki wyższemu ciśnieniu, a także elektronicznie sterowany wtrysk paliwa zgodny z aktualną sytuacją i potrzebami silnika. Wielu z nas pamięta z doświadczeń życiowych, jakie „godzinie” spowodowało wprowadzenie w przyjazny sposób legendarnego silnika 1,9 TDi. Niczym zapach magicznej różdżki, dotychczas nieporęczny 1,9 D / TD stał się zwinnym sportowcem o wyjątkowo niskim zużyciu energii.

W tym artykule opowiemy, jak działa rotacyjna pompa wtryskowa. Najpierw wyjaśnimy, jak działają mechanicznie sterowane pompy rotacyjne, a następnie pompy sterowane elektronicznie. Przykładem jest pompa wtryskowa firmy Bosch, która była i pozostaje pionierem i największym producentem układów wtryskowych do silników wysokoprężnych w samochodach osobowych.

Jednostka wtryskowa z pompą rotacyjną dostarcza paliwo jednocześnie do wszystkich cylindrów silnika. Dystrybucja paliwa do poszczególnych wtryskiwaczy odbywa się za pomocą tłoka rozdzielacza. W zależności od ruchu tłoka pompy rotacyjne dzielą się na osiowe (z jednym tłokiem) i promieniowe (z dwoma do czterech tłoków).

Obrotowa pompa wtryskowa z tłokiem osiowym i rozdzielaczami

Do opisu posłużymy się znaną pompą Bosch VE. Pompa składa się z pompy zasilającej, pompy wysokociśnieniowej, regulatora prędkości i wyłącznika wtrysku. Pompa łopatkowa podaje paliwo do przestrzeni ssącej pompy, skąd paliwo wchodzi do sekcji wysokiego ciśnienia, gdzie jest sprężane do wymaganego ciśnienia. Tłok rozdzielacza wykonuje jednocześnie ruch ślizgowy i obrotowy. Ruch ślizgowy jest powodowany przez osiową krzywkę mocno połączoną z tłokiem. Umożliwia to zasysanie paliwa i doprowadzanie go do przewodu wysokiego ciśnienia układu paliwowego silnika przez zawory ciśnieniowe. Dzięki ruchowi obrotowemu tłoka sterującego uzyskuje się to, że rowek rozdzielczy w tłoku obraca się przeciwnie do kanałów, przez które przewód wysokiego ciśnienia poszczególnych cylindrów jest połączony z przestrzenią głowicy pompy nad tłokiem. Paliwo jest zasysane podczas ruchu tłoka do dolnego martwego punktu, gdy przekroje kanału wlotowego i rowki w tłoku są względem siebie otwarte.

Obrotowa pompa wtryskowa z tłokami promieniowymi

Pompa rotacyjna z promieniowymi tłokami zapewnia wyższe ciśnienie wtrysku. Taka pompa zawiera od dwóch do czterech tłoków, które przesuwają pierścienie krzywkowe, które są zamocowane w tłoku w swoich cylindrach, w kierunku przełącznika wtrysku. Pierścień krzywkowy ma tyle występów ile dany cylinder silnika. Gdy wał pompy obraca się, tłoki poruszają się wzdłuż toru pierścienia krzywkowego za pomocą rolek i wpychają występy krzywkowe do przestrzeni wysokiego ciśnienia. Wirnik pompy zasilającej jest połączony z wałem napędowym pompy wtryskowej. Pompa zasilająca przeznaczona jest do dostarczania paliwa ze zbiornika do wysokociśnieniowej pompy paliwowej pod ciśnieniem wymaganym do jej prawidłowej pracy. Paliwo jest dostarczane do tłoków promieniowych przez wirnik rozdzielacza, który jest sztywno połączony z wałem pompy wtryskowej. Na osi wirnika rozdzielacza znajduje się centralny otwór, który łączy przestrzeń wysokiego ciśnienia tłoków promieniowych z otworami poprzecznymi do podawania paliwa z pompy podającej i podawania paliwa pod wysokim ciśnieniem do wtryskiwaczy poszczególnych cylindrów. Paliwo wypływa do dysz w momencie połączenia przekrojów otworu wirnika i kanałów w stojanie pompy. Stamtąd paliwo przepływa przez przewód wysokiego ciśnienia do poszczególnych wtryskiwaczy cylindrów silnika. Regulacja ilości wtryskiwanego paliwa następuje poprzez ograniczenie przepływu paliwa płynącego z pompy zasilającej do części wysokociśnieniowej pompy.

Elektronicznie sterowane rotacyjne pompy wtryskowe

Najbardziej rozpowszechnioną sterowaną elektronicznie wysokociśnieniową pompą rotacyjną stosowaną w pojazdach w Europie jest seria Bosch VP30, która wytwarza wysokie ciśnienie za pomocą osiowego silnika tłokowego, oraz VP44, w której tworzy pompę wyporową z dwoma lub trzema tłokami promieniowymi. Przy pompie osiowej możliwe jest osiągnięcie maksymalnego ciśnienia w dyszy do 120 MPa, a przy pompie promieniowej do 180 MPa. Pompa jest sterowana przez elektroniczny system sterowania silnikiem EDC. We wczesnych latach produkcji system sterowania był podzielony na dwa układy, z których jeden sterowany był przez układ sterowania silnikiem, a drugi przez pompę wtryskową. Stopniowo zaczęto stosować jeden wspólny sterownik umieszczony bezpośrednio na pompie.

Pompa odśrodkowa (VP44)

Jedną z najpopularniejszych pomp tego typu jest promieniowa pompa tłokowa VP 44 firmy Bosch. Pompa ta została wprowadzona w 1996 roku jako wysokociśnieniowy układ wtrysku paliwa do samochodów osobowych i lekkich pojazdów użytkowych. Pierwszym producentem, który zastosował ten system, był Opel, który zainstalował pompę VP44 w czterocylindrowym silniku wysokoprężnym swojej Vectry 2,0/2,2 DTi. Po nim nastąpiło Audi z silnikiem 2,5 TDi. W tym typie start wtrysku i regulacja zużycia paliwa są w pełni sterowane elektronicznie za pomocą elektrozaworów. Jak już wspomniano, całym układem wtryskowym sterują albo dwie oddzielne jednostki sterujące, oddzielnie dla silnika i pompy, albo jedna dla obu urządzeń znajdujących się bezpośrednio w pompie. Jednostka(y) sterująca(e) przetwarza sygnały z wielu czujników, co wyraźnie widać na poniższym rysunku.

Z konstrukcyjnego punktu widzenia zasada działania pompy jest zasadniczo taka sama jak w przypadku systemu napędzanego mechanicznie. Wysokociśnieniowa pompa paliwowa z rozdziałem promieniowym składa się z pompy łopatkowej z zaworem regulacji ciśnienia i przepustnicy przepływu. Jego zadaniem jest zasysanie paliwa, wytworzenie ciśnienia wewnątrz akumulatora (ok. 2 MPa) oraz tankowanie za pomocą wysokociśnieniowej pompki tłokowej promieniowej, która wytwarza ciśnienie niezbędne do dokładnego rozpylenia-wtrysku paliwa do cylindrów (do ok. 160 MPa). . ). Wałek rozrządu obraca się razem z pompą wysokociśnieniową i dostarcza paliwo do poszczególnych cylindrów wtryskiwaczy. Szybki zawór elektromagnetyczny służy do pomiaru i regulacji ilości wtryskiwanego paliwa, która jest sterowana sygnałami o zmiennej częstotliwości impulsów za pośrednictwem el. urządzenie znajduje się na pompie. Otwarcie i zamknięcie zaworu określa czas, w którym paliwo jest podawane przez pompę wysokiego ciśnienia. Na podstawie sygnałów z czujnika kąta cofania (położenia kątowego cylindra) wyznacza się chwilowe położenie kątowe wału napędowego i krzywki podczas cofania, prędkość obrotową pompy wtryskowej (w porównaniu z sygnałami z wału korbowego czujnika) i obliczana jest pozycja przełącznika wtrysku w pompie. Zawór elektromagnetyczny reguluje również położenie przełącznika wtrysku, który odpowiednio obraca pierścień krzywkowy pompy wysokociśnieniowej. W rezultacie wały napędzające tłoki prędzej czy później stykają się z pierścieniem krzywkowym, co prowadzi do przyspieszenia lub opóźnienia rozpoczęcia sprężania. Zawór przełączający wtrysk może być otwierany i zamykany w sposób ciągły przez jednostkę sterującą. Czujnik kąta skrętu znajduje się na pierścieniu, który obraca się synchronicznie z pierścieniem krzywkowym pompy wysokiego ciśnienia. Generator impulsów znajduje się na wale napędowym pompy. Postrzępione punkty odpowiadają liczbie cylindrów w silniku. Gdy wałek rozrządu się obraca, rolki zmiany biegów poruszają się po powierzchni pierścienia krzywkowego. Tłoki są wpychane do wewnątrz i podnoszą ciśnienie paliwa do wysokiego ciśnienia. Sprężanie paliwa pod wysokim ciśnieniem rozpoczyna się po otwarciu elektrozaworu sygnałem z jednostki sterującej. Wałek rozdzielacza przesuwa się do położenia przed wylotem sprężonego paliwa do odpowiedniego cylindra. Paliwo jest następnie przesyłane przez zawór zwrotny przepustnicy do wtryskiwacza, który wtryskuje je do cylindra. Wtrysk kończy się zamknięciem elektrozaworu. Zawór zamyka się w przybliżeniu po pokonaniu dolnego martwego punktu tłoków promieniowych pompy, początek wzrostu ciśnienia jest kontrolowany przez kąt zachodzenia krzywek (sterowany przełącznikiem wtrysku). Wtrysk paliwa zależy od prędkości, obciążenia, temperatury silnika i ciśnienia otoczenia. Jednostka sterująca ocenia również informacje z czujnika położenia wału korbowego i kąta wału napędowego w pompie. Jednostka sterująca wykorzystuje czujnik kąta do określenia dokładnego położenia wału napędowego pompy i przełącznika wtrysku.

1. - Łopatkowa pompa wytłaczająca z zaworem regulacji ciśnienia.

2. – czujnik kąta obrotu

3. - element sterujący pompą

4. - pompa wysokiego ciśnienia z wałkiem rozrządu i zaworem spustowym.

5. - wyłącznik wtrysku z zaworem przełączającym

6. - elektrozawór wysokiego ciśnienia

Pompa osiowa (VP30)

Podobny elektroniczny układ sterowania można zastosować do pompy rotacyjnej, takiej jak pompa Bosch typu VP 30-37, która jest stosowana w samochodach osobowych od 1989 roku. W osiowej pompie paliwowej VE sterowanej mechanicznym regulatorem mimośrodowym. efektywny skok i dawka paliwa określają położenie dźwigni zmiany biegów. Oczywiście bardziej precyzyjne ustawienia są osiągane elektronicznie. Regulator elektromagnetyczny w pompie wtryskowej jest regulatorem mechanicznym i jego układami dodatkowymi. Jednostka sterująca określa położenie regulatora elektromagnetycznego w pompie wtryskowej, biorąc pod uwagę sygnały z różnych czujników kontrolujących pracę silnika.

Na koniec kilka przykładów wspomnianych pomp w konkretnych pojazdach.

Obrotowa pompa paliwowa z osiowym silnikiem tłokowym VP30 wykorzystuje np. Ford Focus 1,8 TDDi 66 kW

VP37 wykorzystuje silnik 1,9 SDi i TDi (66 kW).

Obrotowa pompa wtryskowa z tłokami promieniowymi VP44 stosowane w pojazdach:

Opel 2,0 DTI 16V, 2,2 DTI 16V

Audi A4 / A6 2,5 TDi

BMW 320d (100 kW)

Podobną konstrukcją jest rotacyjna pompa wtryskowa z tłokami promieniowymi Nippon-Denso w Mazde DiTD (74 kW).