Systém vstřikování dieselového motoru - přímé vstřikování rotačním čerpadlem VP 30, 37 a VP 44

Neustále rostoucí ceny pohonných hmot přiměly výrobce zintenzivnit vývoj naftových motorů. Do konce 80. let hráli kromě benzínových motorů pouze druhé housle. Na vině byla především jejich objemnost, hlučnost a vibrace, které nebyly kompenzovány ani výrazně nižší spotřebou paliva. Situaci mělo zhoršit chystané zpřísnění zákonných požadavků na snížení emisí znečišťujících látek ve výfukových plynech. Stejně jako v jiných oborech všemocná elektronika podala pomocnou ruku vznětovým motorům.

Na konci 80. let, ale zejména v 90. letech, bylo postupně zaváděno elektronické řízení vznětových motorů (EDC), což výrazně zlepšilo výkon vznětových motorů. Hlavní výhodou se ukázala být lepší atomizace paliva dosažená vyšším tlakem a také elektronicky řízené vstřikování paliva v souladu s aktuální situací a potřebami motoru. Mnozí z nás si z reálných zkušeností zapamatují, jaké „go-dopredu“ způsobilo uvedení legendárního motoru 1,9 TDi na trh. Jako mávnutím kouzelného proutku se z dosud objemného 1,9 D / TD stal hbitý sportovec s extrémně nízkou spotřebou energie.

V tomto článku vám řekneme, jak funguje rotační vstřikovací čerpadlo. Nejprve si vysvětlíme, jak fungují mechanicky ovládaná čerpadla s rotačním lalokem a poté elektronicky řízená čerpadla. Příkladem je vstřikovací čerpadlo od společnosti Bosch, která byla a zůstává průkopníkem a největším výrobcem vstřikovacích systémů pro vznětové motory v osobních automobilech.

Vstřikovací jednotka s rotačním čerpadlem dodává palivo současně do všech válců motoru. Distribuce paliva do jednotlivých vstřikovačů se provádí pomocí rozdělovače. V závislosti na pohybu pístu se rotační laloková čerpadla dělí na axiální (s jedním pístem) a radiální (se dvěma až čtyřmi písty).

Rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem a rozdělovači

K popisu použijeme známé čerpadlo Bosch VE. Čerpadlo se skládá z napájecího čerpadla, vysokotlakého čerpadla, regulátoru otáček a vstřikovacího spínače. Čerpadlo krmné lopatky dodává palivo do sacího prostoru čerpadla, odkud palivo vstupuje do vysokotlaké sekce, kde je stlačeno na požadovaný tlak. Rozdělovací píst provádí klouzavý a rotační pohyb současně. Kluzný pohyb je způsoben axiální vačkou pevně spojenou s pístem. To umožňuje nasávání paliva a jeho dodávku do vysokotlakého potrubí palivového systému motoru přes tlakové ventily. Díky rotačnímu pohybu ovládacího pístu je dosaženo toho, že se distribuční drážka v pístu otáčí proti kanálům, kterými je vysokotlaké vedení jednotlivých válců spojeno s prostorem hlavy čerpadla nad pístem. Palivo je nasáváno během pohybu pístu do spodní úvrati, když jsou průřezy sacího potrubí a drážky v pístu navzájem otevřené.

Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty

Rotační čerpadlo s radiálními písty zajišťuje vyšší vstřikovací tlak. Takové čerpadlo obsahuje dva až čtyři písty, které pohybují vačkovými kroužky, které jsou upevněny v pístu ve svých válcích, směrem ke vstřikovacímu spínači. Vačkový prstenec má tolik výstupků jako daný válec motoru. Při otáčení hřídele čerpadla se písty pohybují po dráze vačkového prstence pomocí válečků a tlačí výstupky vačky do prostoru vysokého tlaku. Rotor napájecího čerpadla je spojen s hnacím hřídelem vstřikovacího čerpadla. Podávací čerpadlo je navrženo tak, aby dodávalo palivo z nádrže do vysokotlakého palivového čerpadla pod tlakem nezbytným pro jeho správnou činnost. Palivo je dodáváno k radiálním pístům přes rotor rozdělovače, který je pevně spojen s hřídelem vstřikovacího čerpadla. Na ose rotoru rozdělovače je centrální otvor, který spojuje vysokotlaký prostor radiálních pístů s příčnými otvory pro přívod paliva z napájecího čerpadla a pro vypouštění vysokotlakého paliva do vstřikovačů jednotlivých válců. Palivo vychází do trysek v okamžiku spojení průřezů vrtání rotoru a kanálů ve statoru čerpadla. Odtud palivo proudí vysokotlakým potrubím k jednotlivým vstřikovačům válců motoru. Regulace množství vstřikovaného paliva nastává omezením průtoku paliva proudícího z napájecího čerpadla do vysokotlaké části čerpadla.

Elektronicky řízená rotační vstřikovací čerpadla

Nejběžnějším elektronicky řízeným vysokotlakým rotačním čerpadlem používaným ve vozidlech v Evropě je řada Bosch VP30, která generuje vysoký tlak pomocí axiálního pístového motoru, a VP44, ve které vytváří objemové čerpadlo se dvěma nebo třemi radiálními písty. U axiálního čerpadla lze dosáhnout maximálního tlaku v trysce až 120 MPa, u radiálního čerpadla až 180 MPa. Čerpadlo je řízeno elektronickým řídicím systémem motoru EDC. V prvních letech výroby byl řídicí systém rozdělen do dvou systémů, z nichž jeden byl řízen systémem řízení motoru a druhý vstřikovacím čerpadlem. Postupně se začal používat jeden společný ovladač umístěný přímo na čerpadle.

Odstředivé čerpadlo (VP44)

Jedním z nejběžnějších čerpadel tohoto typu je radiální pístové čerpadlo VP 44 od společnosti Bosch. Toto čerpadlo bylo představeno v roce 1996 jako vysokotlaký systém vstřikování paliva pro osobní automobily a lehká užitková vozidla. Prvním výrobcem, který tento systém použil, byl Opel, který do čtyřválcového vznětového motoru svého Vectra 44 / 2,0 DTi nainstaloval čerpadlo VP2,2. Následovalo Audi s motorem 2,5 TDi. U tohoto typu je začátek vstřikování a regulace spotřeby paliva plně elektronicky řízena pomocí elektromagnetických ventilů. Jak již bylo zmíněno, celý vstřikovací systém je řízen buď dvěma samostatnými řídicími jednotkami, samostatně pro motor a čerpadlo, nebo jednou pro obě zařízení umístěná přímo v čerpadle. Řídicí jednotka (y) zpracovává signály z řady senzorů, což je jasně vidět na obrázku níže.

Z konstrukčního hlediska je princip činnosti čerpadla v podstatě stejný jako u mechanicky poháněného systému. Vstřikovací čerpadlo s radiálním rozvodem se skládá z lopatkového čerpadla s tlakovým regulačním ventilem a škrticím ventilem průtoku. Jeho úkolem je nasát palivo, vytvořit tlak uvnitř akumulátoru (cca 2 MPa) a tankovat vysokotlakým radiálním pístovým čerpadlem, které vytváří potřebný tlak pro jemné rozprášení-vstřik paliva do válců (až cca 160 MPa) . ). Vačkový hřídel se otáčí společně s vysokotlakým čerpadlem a dodává palivo do jednotlivých válců vstřikovačů. K měření a regulaci množství vstřikovaného paliva slouží rychlý elektromagnetický ventil, který je řízen signály s proměnnou frekvencí pulzů přes el. jednotka je umístěna na čerpadle. Otevírání a zavírání ventilu určuje dobu, po kterou je palivo dodáváno vysokotlakým čerpadlem. Na základě signálů ze snímače zpětného úhlu (úhlová poloha válce) je určena okamžitá úhlová poloha hnacího hřídele a vačkového kroužku při reverzaci, rychlost otáčení vstřikovacího čerpadla (ve srovnání se signály z klikového hřídele snímač) a vypočítá se poloha spínače vstřikování v čerpadle. Elektromagnetický ventil také upravuje polohu vstřikovacího spínače, který podle toho otáčí vačkovým prstencem vysokotlakého čerpadla. V důsledku toho se hřídele pohánějící písty dříve nebo později dostanou do kontaktu s vačkovým kroužkem, což vede ke zrychlení nebo zpoždění začátku komprese. Řídicí jednotka může nepřetržitě otevírat a zavírat přepínací ventil vstřikování. Snímač úhlu řízení je umístěn na prstenci, který se synchronně otáčí s vačkovým kroužkem vysokotlakého čerpadla. Generátor impulzů je umístěn na hnacím hřídeli čerpadla. Zubaté hroty odpovídají počtu válců v motoru. Když se vačkový hřídel otáčí, řadící válce se pohybují po povrchu vačkového kroužku. Písty jsou tlačeny dovnitř a natlakují palivo na vysoký tlak. Komprese paliva pod vysokým tlakem začíná po otevření elektromagnetického ventilu signálem z řídicí jednotky. Hřídel rozdělovače se přesune do polohy před výstupem stlačeného paliva do příslušného válce. Palivo je poté vedeno škrticím zpětným ventilem do vstřikovače, který jej vstřikuje do válce. Vstřikování končí uzavřením elektromagnetického ventilu. Ventil se zavírá přibližně po překonání spodní úvrati radiálních pístů čerpadla, začátek nárůstu tlaku je řízen úhlem překrytí vačky (ovládáno spínačem vstřikování). Vstřikování paliva je ovlivněno rychlostí, zatížením, teplotou motoru a okolním tlakem. Řídicí jednotka také vyhodnocuje informace ze snímače polohy klikového hřídele a úhlu hnacího hřídele v čerpadle. Řídicí jednotka pomocí snímače úhlu určuje přesnou polohu hnacího hřídele čerpadla a spínače vstřikování.

1. - Lopatkové vytlačovací čerpadlo s tlakovým regulačním ventilem.

2. – snímač úhlu natočení

3. - ovládací prvek čerpadla

4. - vysokotlaké čerpadlo s vačkovým hřídelem a vypouštěcím ventilem.

5. - spínač vstřikování s přepínacím ventilem

6. - vysokotlaký solenoidový ventil

Axiální čerpadlo (VP30)

Podobný elektronický řídicí systém lze aplikovat na rotační pístové čerpadlo, například čerpadlo Bosch typu VP 30-37, které se v osobních automobilech používá od roku 1989. V palivovém čerpadle s axiálním průtokem VE ovládaném mechanickým excentrickým regulátorem. efektivní zdvih a dávka paliva určují polohu řadicí páky. Přesnějšího nastavení je samozřejmě dosaženo elektronicky. Elektromagnetický regulátor ve vstřikovacím čerpadle je mechanický regulátor a jeho další systémy. Řídicí jednotka určuje polohu elektromagnetického regulátoru ve vstřikovacím čerpadle, přičemž bere v úvahu signály z různých senzorů, které řídí výkon motoru.

Na závěr pár příkladů zmíněných pump u konkrétních vozidel.

Rotační palivové čerpadlo s axiálním pístovým motorem VP30 používá např. Ford Focus 1,8 TDDi 66 kW

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

Rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty VP44 používané ve vozidlech:

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

Audi A4 / A6 2,5 TDi

BMW 320d (100 kW)

Obdobnou konstrukcí je rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními písty Nippon-Denso v Mazde DiTD (74 kW).