Sistem vbrizgavanja dizelskega motorja - direktni vbrizg z rotacijsko črpalko VP 30, 37 in VP 44

Nenehno naraščajoče cene goriv so proizvajalce spodbudile, da pospešijo razvoj dizelskih motorjev. Do konca 80. let so poleg bencinskih motorjev igrali le drugo violino. Glavni krivci so bili njihova prostornost, hrup in vibracije, ki pa jih ni kompenzirala niti bistveno manjša poraba goriva. Razmere bi se morale poslabšati zaradi prihajajočega zaostrovanja zakonskih zahtev za zmanjšanje emisij onesnaževal v izpušnih plinih. Tako kot na drugih področjih je tudi vsemogočna elektronika pomagala dizelskim motorjem.

V poznih 80. letih, še posebej pa v 90. letih, je bilo postopno uvedeno elektronsko krmiljenje dizelskih motorjev (EDC), kar je bistveno izboljšalo delovanje dizelskih motorjev. Glavne prednosti so se izkazale za boljšo atomizacijo goriva, doseženo z višjim tlakom, pa tudi elektronsko nadzorovano vbrizgavanje goriva v skladu s trenutnimi razmerami in potrebami motorja. Marsikdo izmed nas se bo iz resničnih izkušenj spomnil, kakšen »napredek« je povzročil izstrelitev legendarnega motorja 1,9 TDi. Tako čarobna palica je doslej zajetna 1,9 D / TD postala okretna športnica z izjemno nizko porabo energije.

V tem članku vam bomo povedali, kako deluje rotacijska črpalka za vbrizgavanje. Najprej bomo razložili, kako delujejo mehansko krmiljene vrtljive črpalke, nato pa črpalke z elektronskim krmiljenjem. Primer je Boscheva črpalka za vbrizgavanje, ki je bila in ostaja pionir in največji proizvajalec sistemov za vbrizgavanje dizelskih motorjev v osebnih avtomobilih.

Enota za vbrizgavanje z vrtljivo črpalko dovaja gorivo hkrati v vse valje motorja. Porazdelitev goriva do posameznih injektorjev poteka z razdelilnim batom. Odvisno od gibanja bata se vrtljive črpalke delijo na osne (z enim batom) in radialne (z dvema do štirimi bati).

Rotacijska črpalka za brizganje z aksialnim batom in razdelilniki

Za opis bomo uporabili dobro znano črpalko Bosch VE. Črpalko sestavljajo napajalna črpalka, visokotlačna črpalka, regulator hitrosti in stikalo za vbrizgavanje. Črpalka dovodne lopatice dovaja gorivo v sesalni prostor črpalke, od koder gorivo vstopi v visokotlačni odsek, kjer se stisne do zahtevanega tlaka. Bat razdelilnika hkrati izvaja drsno in rotacijsko gibanje. Drsno gibanje povzroča aksialna odmična gred, trdno povezana z batom. To omogoča sesanje goriva in dovod v visokotlačni vod sistema za gorivo motorja skozi tlačne ventile. Zaradi rotacijskega gibanja krmilnega bata se doseže, da se razdelilni utor v batu vrti nasproti kanalom, skozi katere je visokotlačni vod posameznih jeklenk povezan s prostorom glave črpalke nad batom. Gorivo se sesa med premikanjem bata na spodnjo mrtvo točko, ko sta prereza sesalnega kanala in utorov v batu odprta.

Rotacijska črpalka za brizganje z radialnimi bati

Rotacijska črpalka z radialnimi bati zagotavlja višji tlak vbrizgavanja. Takšna črpalka vsebuje od dva do štiri bate, ki premikajo odmične obroče, ki so pritrjeni v batu v svojih valjih, proti stikalu za vbrizgavanje. Odmični obroč ima toliko ušes kot dani cilinder motorja. Ko se gred črpalke vrti, se bati s pomočjo valjev premikajo vzdolž poti odmičnega obroča in potiskajo izbokline odmikačev v prostor pod visokim pritiskom. Rotor napajalne črpalke je priključen na pogonsko gred črpalke za vbrizgavanje. Krmilna črpalka je zasnovana za dovajanje goriva iz rezervoarja v visokotlačno črpalko za gorivo pri tlaku, ki je potreben za njegovo pravilno delovanje. Gorivo se dovaja do radialnih batov skozi rotor razdelilnika, ki je trdno povezan z gredjo črpalke za vbrizgavanje. Na osi rotorja razdelilnika je osrednja luknja, ki povezuje prostor visokega tlaka radialnih batov s prečnimi luknjami za dovod goriva iz dovodne črpalke in za odvajanje visokotlačnega goriva do injektorjev posameznih jeklenk. Gorivo priteče v šobe v trenutku povezovanja prerezov izvrtine rotorja in kanalov v statorju črpalke. Od tam gorivo teče skozi visokotlačni vod do posameznih injektorjev valjev motorja. Regulacija količine vbrizganega goriva poteka z omejevanjem pretoka goriva, ki teče iz dovodne črpalke v visokotlačni del črpalke.

Rotacijske brizgalne črpalke z elektronskim krmiljenjem

Najpogostejša elektronsko krmiljena visokotlačna rotacijska črpalka, ki se uporablja v vozilih v Evropi, je Boscheva serija VP30, ki ustvarja visok tlak z aksialnim batnim motorjem, in VP44, v kateri ustvarja prostorninsko črpalko z dvema ali tremi radialnimi bati. Z aksialno črpalko je možno doseči maksimalni tlak šob do 120 MPa, z radialno črpalko pa do 180 MPa. Črpalko krmili elektronski sistem za krmiljenje motorja EDC. V prvih letih proizvodnje je bil krmilni sistem razdeljen na dva sistema, enega je krmilil sistem za upravljanje motorja, drugega pa črpalka za vbrizgavanje. Postopoma se je začel uporabljati en skupni krmilnik, ki se nahaja neposredno na črpalki.

Centrifugalna črpalka (VP44)

Ena najpogostejših tovrstnih črpalk je radialna batna črpalka VP 44 iz Boscha. Ta črpalka je bila predstavljena leta 1996 kot visokotlačni sistem vbrizgavanja goriva za osebna vozila in lahka gospodarska vozila. Prvi proizvajalec, ki je uporabil ta sistem, je bil Opel, ki je v štirivaljni dizelski motor svoje Vectre 44 / 2,0 DTi vgradil črpalko VP2,2. Sledil je Audi z motorjem 2,5 TDi. Pri tem tipu sta vbrizgavanje in regulacija porabe goriva v celoti elektronsko nadzorovana s pomočjo elektromagnetnih ventilov. Kot smo že omenili, celoten sistem vbrizgavanja nadzirata bodisi dve ločeni krmilni enoti, ločeno za motor in črpalko, ali ena za obe napravi, ki se nahajata neposredno v črpalki. Krmilne enote obdelujejo signale iz številnih senzorjev, kar je jasno razvidno iz spodnje slike.

Z vidika načrtovanja je načelo delovanja črpalke v bistvu enako načelu sistema z mehanskim pogonom. Črpalka za vbrizgavanje z radialno porazdelitvijo je sestavljena iz črpalke z lopatico s krmilnim ventilom za tlak in ventilom za plin. Njegova naloga je sesanje goriva, ustvarjanje tlaka v akumulatorju (približno 2 MPa) in dolivanje goriva z visokotlačno radialno batno črpalko, ki ustvarja potreben tlak za fino razprševanje-vbrizgavanje goriva v valje (do približno 160 MPa). . ). Odmična gred se vrti skupaj z visokotlačno črpalko in dovaja gorivo v posamezne cilindre injektorjev. Hiter elektromagnetni ventil se uporablja za merjenje in uravnavanje količine vbrizganega goriva, ki ga nadzirajo signali s spremenljivo frekvenco impulza preko el. enota se nahaja na črpalki. Odpiranje in zapiranje ventila določa čas, v katerem gorivo dovaja visokotlačna črpalka. Na podlagi signalov senzorja povratnega kota (kotni položaj valja) se določi trenutni kotni položaj pogonske gredi in odmičnega obroča med vzvratno vožnjo, hitrost vrtenja črpalke za vbrizgavanje (v primerjavi s signali iz ročične gredi) senzor) in položaj stikala za vbrizgavanje v črpalki se izračuna. Elektromagnetni ventil prilagaja tudi položaj vbrizgalnega stikala, ki ustrezno obrača odmični obroč visokotlačne črpalke. Posledično gredi, ki poganjajo bate, prej ali slej pridejo v stik z odmičnim obročem, kar vodi do pospeška ali zamude pri začetku stiskanja. Preklopni ventil za vbrizgavanje lahko krmilna enota neprekinjeno odpira in zapira. Senzor kota krmiljenja je nameščen na obroču, ki se vrti sinhrono z odmičnim obročem visokotlačne črpalke. Generator impulzov se nahaja na pogonski gredi črpalke. Nazobčane točke ustrezajo številu valjev v motorju. Ko se odmična gred vrti, se premični valji premikajo po površini odmičnega obroča. Bati se potisnejo navznoter in tlačijo gorivo do visokega tlaka. Stiskanje goriva pod visokim tlakom se začne po odprtju elektromagnetnega ventila s signalom iz krmilne enote. Razdelilna gred se premakne v položaj pred izhodom stisnjenega goriva v ustrezen valj. Gorivo se nato skozi povratni ventil za plin dovaja do injektorja, ki ga vbrizga v valj. Injekcija se konča z zapiranjem elektromagnetnega ventila. Ventil se zapre približno po premagovanju spodnje mrtve točke radialnih batov črpalke, začetek dviga tlaka nadzira kot prekrivanja odmikača (krmili stikalo za vbrizgavanje). Na vbrizgavanje goriva vplivajo hitrost, obremenitev, temperatura motorja in tlak okolice. Krmilna enota ocenjuje tudi podatke iz senzorja položaja ročične gredi in kota pogonske gredi v črpalki. Krmilna enota s pomočjo senzorja kota določi točen položaj pogonske gredi črpalke in stikala za vbrizgavanje.

1. - Lopatna ekstruzijska črpalka z ventilom za regulacijo tlaka.

2. – senzor kota vrtenja

3. - krmilni element črpalke

4. - visokotlačna črpalka z odmično gredjo in izpustnim ventilom.

5. - stikalo za vbrizgavanje s preklopnim ventilom

6. - visokotlačni elektromagnetni ventil

Aksialna črpalka (VP30)

Podoben elektronski krmilni sistem je mogoče uporabiti za vrtljivo batno črpalko, kot je črpalka tipa Bosch VP 30-37, ki se v osebnih avtomobilih uporablja od leta 1989. V črpalki za gorivo z osnim tokom VE, ki jo upravlja mehanski ekscentrični regulator. efektivna vožnja in odmerek goriva določata položaj prestavne ročice. Seveda so natančnejše nastavitve dosežene elektronsko. Elektromagnetni regulator v črpalki za vbrizgavanje je mehanski regulator in njegovi dodatni sistemi. Krmilna enota določa položaj elektromagnetnega regulatorja v črpalki za vbrizgavanje ob upoštevanju signalov različnih senzorjev, ki nadzorujejo delovanje motorja.

Za konec še nekaj primerov omenjenih črpalk v posebnih vozilih.

Rotacijska črpalka za gorivo z aksialnim batnim motorjem VP30 uporablja npr. Ford Focus 1,8 TDDi 66 kW

VP37 uporablja motor 1,9 SDi in TDi (66 kW).

Rotacijska črpalka za brizganje z radialnimi bati VP44 uporablja v vozilih:

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

Audi A4 / A6 2,5 TDi

BMW 320d (100 kW)

Podobna zasnova je rotacijska vbrizgalna črpalka z radialnimi bati Nippon-Denso v Mazde DiTD (74 kW).