Systém vstrekovania dieselového motora - priame vstrekovanie s rotačným čerpadlom VP 30, 37 a VP 44

Neustále rastúce ceny palív tlačili výrobcov na zintenzívnenie vývoja naftových motorov. Do konca 80. rokov hrali okrem benzínových motorov iba druhé husle. Na vine boli predovšetkým ich objemnosť, hlučnosť a vibrácie, ktoré neboli kompenzované ani výrazne nižšou spotrebou paliva. Situáciu malo zhoršiť chystané sprísnenie zákonných požiadaviek na zníženie emisií znečisťujúcich látok vo výfukových plynoch. Všemohúca elektronika, podobne ako v iných oblastiach, podala pomocnú ruku naftovým motorom.

Koncom 80. rokov, ale najmä v 90. rokoch, bolo postupne zavedené elektronické ovládanie naftového motora (EDC), ktoré výrazne zlepšilo výkon naftových motorov. Hlavnými výhodami sa ukázala byť lepšia atomizácia paliva dosiahnutá vyšším tlakom, ako aj elektronicky riadené vstrekovanie paliva v súlade s aktuálnou situáciou a potrebami motora. Mnohí z nás si z reálnych skúseností zapamätajú, aké „pokračovanie“ spôsobilo uvedenie legendárneho motora 1,9 TDi na trh. Ako mávnutím čarovného prútika sa z doteraz objemného 1,9 D / TD stal svižný športovec s extrémne nízkou spotrebou energie.

V tomto článku vám povieme, ako funguje rotačné vstrekovacie čerpadlo. Najprv vysvetlíme, ako fungujú mechanicky ovládané čerpadlá s rotačným lalokom a potom elektronicky riadené čerpadlá. Príkladom je vstrekovacie čerpadlo od spoločnosti Bosch, ktorá bola a zostáva priekopníkom a najväčším výrobcom vstrekovacích systémov pre naftové motory v osobných automobiloch.

Vstrekovacia jednotka s rotačným čerpadlom dodáva palivo súčasne do všetkých valcov motora. Distribúcia paliva do jednotlivých vstrekovačov je zabezpečená rozdeľovacím piestom. V závislosti od pohybu piestu sú čerpadlá s rotačným lalokom rozdelené na axiálne (s jedným piestom) a radiálne (s dvoma až štyrmi piestami).

Rotačné vstrekovacie čerpadlo s axiálnym piestom a rozdeľovačmi

Na popis použijeme známe čerpadlo Bosch VE. Čerpadlo sa skladá z podávacieho čerpadla, vysokotlakového čerpadla, regulátora rýchlosti a vstrekovacieho spínača. Čerpadlo napájacej lopatky dodáva palivo do sacieho priestoru čerpadla, odkiaľ palivo vstupuje do vysokotlakového úseku, kde je stlačené na požadovaný tlak. Rozdeľovací piest vykonáva posuvný a rotačný pohyb súčasne. Kĺzavý pohyb je spôsobený axiálnou vačkou pevne spojenou s piestom. To umožňuje nasávanie paliva a jeho dodávanie do vysokotlakového potrubia palivového systému motora prostredníctvom tlakových ventilov. Vďaka rotačnému pohybu riadiaceho piestu sa dosiahne, že sa distribučná drážka v pieste otáča oproti kanálom, ktorými je vysokotlakové potrubie jednotlivých valcov spojené s priestorom hlavy čerpadla nad piestom. Palivo je nasávané počas pohybu piesta do spodnej úvrati, keď sú prierezy sacieho potrubia a drážky v pieste navzájom otvorené.

Rotačné vstrekovacie čerpadlo s radiálnymi piestami

Rotačné čerpadlo s radiálnymi piestami poskytuje vyšší vstrekovací tlak. Také čerpadlo obsahuje dva až štyri piesty, ktoré posúvajú vačkové krúžky, ktoré sú v piestoch upevnené vo svojich valcoch, smerom k vstrekovaciemu spínaču. Vačkový krúžok má toľko výstupkov ako daný valec motora. Pri otáčaní hriadeľa čerpadla sa piesty pohybujú po dráhe vačkového krúžku pomocou valcov a tlačia vačkové výčnelky do priestoru vysokého tlaku. Rotor podávacieho čerpadla je spojený s hnacím hriadeľom vstrekovacieho čerpadla. Napájacie čerpadlo je navrhnuté tak, aby privádzalo palivo z nádrže do vysokotlakového palivového čerpadla pri tlaku potrebnom pre jeho správnu činnosť. Palivo sa dodáva k radiálnym piestom cez rozdeľovací rotor, ktorý je pevne spojený s hriadeľom vstrekovacieho čerpadla. Na osi rotora rozdeľovača je stredový otvor, ktorý spája vysokotlakový priestor radiálnych piestov s priečnymi otvormi na prívod paliva z napájacieho čerpadla a na vypúšťanie vysokotlakového paliva do vstrekovačov jednotlivých valcov. Palivo vystupuje do trysiek v okamihu spojenia prierezov otvoru rotora a kanálov v statore čerpadla. Odtiaľ palivo prúdi vysokotlakovým potrubím k jednotlivým vstrekovačom valcov motora. K regulácii množstva vstrekovaného paliva dochádza obmedzením prietoku paliva prúdiaceho z napájacieho čerpadla do vysokotlakovej časti čerpadla.

Elektronicky riadené rotačné vstrekovacie čerpadlá

Najbežnejšie elektronicky riadené vysokotlakové rotačné čerpadlo používané vo vozidlách v Európe je rad Bosch VP30, ktorý generuje vysoký tlak pomocou axiálneho piestového motora a VP44, v ktorom vytvára objemové čerpadlo s dvoma alebo tromi radiálnymi piestami. Pri axiálnom čerpadle je možné dosiahnuť maximálny tlak v tryske až 120 MPa, pri radiálnom čerpadle až 180 MPa. Čerpadlo je riadené elektronickým riadiacim systémom motora EDC. V prvých rokoch výroby bol riadiaci systém rozdelený na dva systémy, z ktorých jeden bol riadený systémom riadenia motora a druhý vstrekovacím čerpadlom. Postupne sa začal používať jeden spoločný ovládač umiestnený priamo na čerpadle.

Odstredivé čerpadlo (VP44)

Jedným z najbežnejších čerpadiel tohto typu je radiálne piestové čerpadlo VP 44 od spoločnosti Bosch. Toto čerpadlo bolo predstavené v roku 1996 ako vysokotlakový systém vstrekovania paliva pre osobné a ľahké úžitkové vozidlá. Prvým výrobcom, ktorý použil tento systém, bol Opel, ktorý do štvorvalcového naftového motora svojej Vectry 44 / 2,0 DTi nainštaloval čerpadlo VP2,2. Nasledovalo Audi s motorom 2,5 TDi. V tomto type sú začiatok vstrekovania a regulácia spotreby paliva plne elektronicky riadené pomocou elektromagnetických ventilov. Ako už bolo spomenuté, celý vstrekovací systém je ovládaný buď dvoma oddelenými riadiacimi jednotkami, oddelene pre motor a čerpadlo, alebo jednou pre obe zariadenia umiestnené priamo v čerpadle. Riadiaca jednotka (jednotky) spracováva signály z niekoľkých senzorov, čo je jasne vidieť na obrázku nižšie.

Z konštrukčného hľadiska je princíp činnosti čerpadla v zásade rovnaký ako v mechanicky poháňanom systéme. Vysokotlakové palivové čerpadlo s radiálnym rozvodom pozostáva z lopatkového čerpadla s ventilom na reguláciu tlaku a prietokového škrtiaceho ventilu. Jeho úlohou je nasávať palivo, vytvárať tlak vo vnútri akumulátora (cca 2 MPa) a dopĺňať palivo vysokotlakovým radiálnym piestovým čerpadlom, ktoré vytvára potrebný tlak na jemné rozprášenie-vstrekovanie paliva do valcov (až do cca 160 MPa) . ). Vačkový hriadeľ sa otáča spolu s vysokotlakovým čerpadlom a dodáva palivo do jednotlivých valcov vstrekovačov. Na meranie a reguláciu množstva vstrekovaného paliva slúži rýchly elektromagnetický ventil, ktorý je ovládaný signálmi s premenlivou frekvenciou impulzov cez el. jednotka je umiestnená na čerpadle. Otváranie a zatváranie ventilu určuje čas, počas ktorého je palivo dodávané vysokotlakovým čerpadlom. Na základe signálov zo snímača uhla spätného chodu (uhlová poloha valca) sa určí okamžitá uhlová poloha hnacieho hriadeľa a vačkového krúžku počas spätného chodu, rýchlosť otáčania vstrekovacieho čerpadla (v porovnaní so signálmi z kľukového hriadeľa snímač) a vypočíta sa poloha spínača vstrekovania v čerpadle. Elektromagnetický ventil tiež upravuje polohu spínača vstrekovania, ktorý podľa toho otáča vačkovým krúžkom vysokotlakového čerpadla. Výsledkom je, že hriadele poháňajúce piesty sa skôr alebo neskôr dostanú do kontaktu s vačkovým krúžkom, čo vedie k zrýchleniu alebo oneskoreniu začiatku kompresie. Riadiaci jednotka môže vstrekovací prepínací ventil nepretržite otvárať a zatvárať. Snímač uhla riadenia je umiestnený na krúžku, ktorý sa synchrónne otáča s vačkovým krúžkom vysokotlakového čerpadla. Generátor impulzov je umiestnený na hnacom hriadeli čerpadla. Zubaté body zodpovedajú počtu valcov v motore. Keď sa vačkový hriadeľ otáča, radiace valce sa pohybujú po povrchu vačkového krúžku. Piesty sú zatlačené dovnútra a natlakujú palivo na vysoký tlak. Kompresia paliva pod vysokým tlakom začína po otvorení solenoidového ventilu signálom z riadiacej jednotky. Hriadeľ rozdeľovača sa posunie do polohy pred výstupom stlačeného paliva do zodpovedajúceho valca. Potom je palivo vedené cez škrtiaci ventil k vstrekovaču, ktoré ho vstrekuje do valca. Vstrekovanie končí zatvorením solenoidového ventilu. Ventil sa zatvára približne po prekonaní spodnej úvrati radiálnych piestov čerpadla, začiatok zvýšenia tlaku je riadený uhlom prekrytia vačky (ovládaným spínačom vstrekovania). Vstrekovanie paliva je ovplyvnené rýchlosťou, zaťažením, teplotou motora a okolitým tlakom. Riadiaca jednotka tiež vyhodnocuje informácie zo snímača polohy kľukového hriadeľa a uhla hnacieho hriadeľa v čerpadle. Riadiaca jednotka používa snímač uhla na určenie presnej polohy hnacieho hriadeľa čerpadla a spínača vstrekovania.

1. - Lopatkové extrúzne čerpadlo s tlakovým regulačným ventilom.

2. – snímač uhla natočenia

3. - ovládací prvok čerpadla

4. - vysokotlakové čerpadlo s vačkovým hriadeľom a vypúšťacím ventilom.

5. - spínač vstrekovania s prepínacím ventilom

6. - vysokotlakový solenoidový ventil

Axiálne čerpadlo (VP30)

Podobný elektronický riadiaci systém je možné použiť na rotačné piestové čerpadlo, ako napríklad čerpadlo Bosch typu VP 30-37, ktoré sa v osobných automobiloch používa od roku 1989. V palivovom čerpadle s axiálnym prietokom VE riadenom mechanickým excentrickým regulátorom. efektívny zdvih a dávka paliva určujú polohu radiacej páky. Presnejšie nastavenia sa samozrejme dosahujú elektronicky. Elektromagnetický regulátor v vstrekovacom čerpadle je mechanický regulátor a jeho ďalšie systémy. Riadiaca jednotka určuje polohu elektromagnetického regulátora vo vstrekovacom čerpadle, pričom zohľadňuje signály z rôznych senzorov, ktoré monitorujú výkon motora.

Na záver niekoľko príkladov spomínaných čerpadiel v konkrétnych vozidlách.

Rotačné palivové čerpadlo s axiálnym piestovým motorom VP30 používa napríklad Ford Focus 1,8 TDDi 66 kW

VP37 používa motor 1,9 SDi a TDi (66 kW).

Rotačné vstrekovacie čerpadlo s radiálnymi piestami VP44 používané vo vozidlách:

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

Audi A4 / A6 2,5 TDi

BMW 320d (100 kW)

Podobnú konštrukciu má rotačné vstrekovacie čerpadlo s radiálnymi piestami Nippon-Denso v Mazde DiTD (74 kW).