Σύστημα ψεκασμού κινητήρα ντίζελ - άμεσος ψεκασμός με περιστροφική αντλία VP 30, 37 και VP 44

Οι συνεχώς αυξανόμενες τιμές των καυσίμων ανάγκασαν τους κατασκευαστές να εντείνουν την ανάπτυξη κινητήρων ντίζελ. Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του '80, έπαιζαν μόνο δεύτερο βιολί μετά τους βενζινοκινητήρες. Οι κύριοι ένοχοι ήταν ο όγκος, ο θόρυβος και οι κραδασμοί τους, που δεν αντισταθμίστηκαν ακόμη και από σημαντικά χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου. Η κατάσταση επρόκειτο να επιδεινωθεί από την επικείμενη αυστηροποίηση των νομοθετικών απαιτήσεων για τη μείωση των εκπομπών ρύπων στα καυσαέρια. Όπως και σε άλλους τομείς, τα παντοδύναμα ηλεκτρονικά άπλωσαν χείρα βοηθείας στους κινητήρες ντίζελ.

Στα τέλη της δεκαετίας του '80, αλλά ιδιαίτερα στη δεκαετία του '90, εισήχθη σταδιακά ο ηλεκτρονικός έλεγχος κινητήρα ντίζελ (EDC), ο οποίος βελτίωσε σημαντικά την απόδοση των κινητήρων ντίζελ. Τα κύρια πλεονεκτήματα ήταν ο καλύτερος ψεκασμός του καυσίμου, που επιτυγχάνεται μέσω της υψηλότερης πίεσης, καθώς και η ηλεκτρονικά ελεγχόμενη έγχυση καυσίμου σύμφωνα με την τρέχουσα κατάσταση και τις ανάγκες του κινητήρα. Από πραγματική εμπειρία, πολλοί από εμάς θυμόμαστε τι προκάλεσε με την καλή έννοια ένα "proask" στην εισαγωγή του θρυλικού κινητήρα 1,9 TDi. Ως δια μαγείας, το μέχρι τότε ογκώδες 1,9 D/TD έχει μεταμορφωθεί σε έναν ευκίνητο αθλητή με εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

Σε αυτό το άρθρο θα εξηγήσουμε πώς λειτουργεί μια περιστροφική αντλία έγχυσης. Αρχικά θα εξηγήσουμε πώς λειτουργούν οι μηχανικά ελεγχόμενες περιστροφικές αντλίες και στη συνέχεια οι ηλεκτρονικά ελεγχόμενες αντλίες. Ένα παράδειγμα είναι η αντλία ψεκασμού της Bosch, η οποία ήταν και παραμένει ο πρωτοπόρος και μεγαλύτερος κατασκευαστής συστημάτων έγχυσης για κινητήρες ντίζελ σε επιβατικά αυτοκίνητα.

Η μονάδα ψεκασμού με περιστροφική αντλία τροφοδοτεί ταυτόχρονα με καύσιμο όλους τους κυλίνδρους του κινητήρα. Η διανομή του καυσίμου σε μεμονωμένα ακροφύσια πραγματοποιείται από ένα έμβολο διανομής. Ανάλογα με την κίνηση του εμβόλου, οι περιστροφικές αντλίες χωρίζονται σε αξονικές (με ένα έμβολο) και ακτινικές (με δύο έως τέσσερα έμβολα).

Περιστροφικές αντλίες έγχυσης με αξονικό έμβολο και διανομείς

Για την περιγραφή θα χρησιμοποιήσουμε τη γνωστή αντλία VE της Bosch. Η αντλία αποτελείται από μια αντλία τροφοδοσίας, μια αντλία υψηλής πίεσης, έναν ελεγκτή ταχύτητας και έναν διακόπτη έγχυσης. Η αντλία πτερυγίων τροφοδοσίας παρέχει καύσιμο στον χώρο αναρρόφησης της αντλίας, από όπου το καύσιμο εισέρχεται στο τμήμα υψηλής πίεσης, όπου συμπιέζεται στην απαιτούμενη πίεση. Το έμβολο διανομέα εκτελεί μια ολισθαίνουσα και ταυτόχρονα περιστροφική κίνηση. Η κίνηση ολίσθησης προκαλείται από ένα αξονικό έκκεντρο σταθερά συνδεδεμένο με το έμβολο. Αυτό διασφαλίζει ότι το καύσιμο αναρροφάται και παρέχεται στη γραμμή υψηλής πίεσης του συστήματος καυσίμου του κινητήρα μέσω των βαλβίδων παροχής. Η περιστροφική κίνηση του εμβόλου ελέγχου διασφαλίζει ότι η αυλάκωση ελέγχου στο έμβολο περιστρέφεται απέναντι από τα κανάλια μέσω των οποίων η γραμμή υψηλής πίεσης των μεμονωμένων κυλίνδρων συνδέεται με τον χώρο της κεφαλής της αντλίας πάνω από το έμβολο. Το καύσιμο αναρροφάται κατά τη μετακίνηση του εμβόλου προς το κάτω νεκρό σημείο, όταν οι διατομές του καναλιού αναρρόφησης και οι αυλακώσεις στο έμβολο είναι ανοιχτές μεταξύ τους.

Περιστροφικές αντλίες έγχυσης με ακτινικά έμβολα

Η περιστροφική αντλία με ακτινικά έμβολα παρέχει υψηλότερη πίεση ψεκασμού. Μια τέτοια αντλία περιέχει δύο έως τέσσερα έμβολα τα οποία μετακινούν τους δακτυλίους εκκέντρου που είναι στερεωμένοι στο έμβολο στους κυλίνδρους τους προς το διακόπτη έγχυσης. Ο δακτύλιος έκκεντρου έχει τόσες ωτίδες όσο ένας δεδομένος κύλινδρος κινητήρα. Καθώς ο άξονας της αντλίας περιστρέφεται, τα έμβολα κινούνται κατά μήκος της διαδρομής του δακτυλίου έκκεντρου με τη βοήθεια κυλίνδρων και σπρώχνουν τους λοβούς του έκκεντρου στον χώρο υψηλής πίεσης. Ο ρότορας της αντλίας τροφοδοσίας συνδέεται με τον κινητήριο άξονα της αντλίας έγχυσης. Η αντλία τροφοδοσίας έχει σχεδιαστεί για να παρέχει καύσιμο από τη δεξαμενή στην αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης στην πίεση που απαιτείται για τη σωστή λειτουργία της. Η παροχή καυσίμου στα ακτινικά έμβολα πραγματοποιείται μέσω του ρότορα του διανομέα, ο οποίος είναι άκαμπτα συνδεδεμένος με τον άξονα της αντλίας έγχυσης. Στον άξονα του ρότορα του διανομέα υπάρχει μια κεντρική οπή που συνδέει τον χώρο υψηλής πίεσης των ακτινωτών εμβόλων με εγκάρσιες οπές για παροχή καυσίμου από την αντλία τροφοδοσίας και για έξοδο καυσίμου υψηλής πίεσης στα μπεκ των μεμονωμένων κυλίνδρων. Το καύσιμο εισέρχεται στα ακροφύσια τη στιγμή της σύνδεσης των διατομών της οπής του ρότορα και των καναλιών στον στάτορα της αντλίας. Από εκεί, το καύσιμο ρέει μέσω ενός αγωγού υψηλής πίεσης προς τα μεμονωμένα μπεκ των κυλίνδρων του κινητήρα. Η ποσότητα του εγχυόμενου καυσίμου ελέγχεται περιορίζοντας τη ροή του καυσίμου που ρέει από την αντλία τροφοδοσίας στο τμήμα της αντλίας υψηλής πίεσης.

Περιστροφικές αντλίες έγχυσης με ηλεκτρονικό έλεγχο

Η πιο κοινή ηλεκτρονικά ελεγχόμενη περιστροφική αντλία υψηλής πίεσης που χρησιμοποιείται σε οχήματα στην Ευρώπη είναι η σειρά VP30 της Bosch, η οποία παράγει υψηλή πίεση με κινητήρα αξονικού εμβόλου και η VP44, στην οποία δημιουργεί μια αντλία θετικού εκτοπίσματος με δύο ή τρία ακτινικά έμβολα. Με μια αξονική αντλία είναι δυνατό να επιτευχθεί μέγιστη πίεση στο ακροφύσιο έως 120 MPa και με μια ακτινική αντλία έως 180 MPa. Η αντλία ελέγχεται από το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου κινητήρα EDC. Στα πρώτα χρόνια της παραγωγής, το σύστημα ελέγχου χωριζόταν σε δύο συστήματα, το ένα από τα οποία ελεγχόταν από το σύστημα διαχείρισης του κινητήρα και το άλλο από την αντλία ψεκασμού. Σταδιακά, άρχισε να χρησιμοποιείται ένας κοινός ελεγκτής που βρίσκεται ακριβώς πάνω στην αντλία.

Φυγοκεντρική αντλία (VP44)

Μία από τις πιο κοινές αντλίες αυτού του τύπου είναι η αντλία ακτινικού εμβόλου τύπου VP 44 της Bosch. Αυτή η αντλία εισήχθη το 1996 ως σύστημα έγχυσης καυσίμου υψηλής πίεσης για επιβατικά αυτοκίνητα και ελαφρά επαγγελματικά οχήματα. Ο πρώτος κατασκευαστής που χρησιμοποίησε αυτό το σύστημα ήταν η Opel, η οποία τοποθέτησε μια αντλία VP44 στον τετρακύλινδρο κινητήρα ντίζελ του Vectra 2,0/2,2 DTi. Ακολούθησε η Audi με τον κινητήρα 2,5 TDi. Σε αυτόν τον τύπο, η εκκίνηση του ψεκασμού και η ρύθμιση ροής καυσίμου ελέγχονται πλήρως ηλεκτρονικά μέσω ηλεκτρομαγνητικών βαλβίδων. Όπως αναφέρθηκε ήδη, ολόκληρο το σύστημα έγχυσης ελέγχεται είτε από δύο ξεχωριστές μονάδες ελέγχου, χωριστά για τον κινητήρα και την αντλία, είτε μία και για τις δύο συσκευές που βρίσκονται απευθείας στην αντλία. Οι μονάδες ελέγχου επεξεργάζονται σήματα από έναν αριθμό αισθητήρων, οι οποίοι φαίνονται καθαρά στο παρακάτω σχήμα.

Από σχεδιαστική άποψη, η αρχή λειτουργίας μιας αντλίας είναι ουσιαστικά η ίδια με αυτή ενός μηχανικά κινούμενου συστήματος. Η αντλία ακτινικής έγχυσης αποτελείται από μια αντλία πτερυγίου θαλάμου με βαλβίδα ελέγχου πίεσης και γκάζι ροής. Το καθήκον του είναι να αναρροφά καύσιμο, να δημιουργεί πίεση μέσα στον συσσωρευτή (περίπου 2 MPa) και να ανεφοδιάζεται με ακτινική αντλία εμβόλου υψηλής πίεσης που δημιουργεί την απαραίτητη πίεση για λεπτή ψεκασμό-έγχυση καυσίμου στους κυλίνδρους (έως περίπου 160 MPa). . ). Ο εκκεντροφόρος, μαζί με την αντλία υψηλής πίεσης, περιστρέφεται και μεταφέρει καύσιμο στους μεμονωμένους κυλίνδρους μπεκ ψεκασμού. Η ταχεία ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση και τη ρύθμιση της ποσότητας του καυσίμου που ψεκάζεται, η οποία ελέγχεται από σήματα μεταβλητής συχνότητας παλμού μέσω ενός el. συσσωμάτωμα που βρίσκεται στη μύτη. Το άνοιγμα και το κλείσιμο της βαλβίδας καθορίζει το χρόνο κατά τον οποίο τροφοδοτείται καύσιμο από την αντλία υψηλής πίεσης. Με βάση τα σήματα από τον αισθητήρα αντίστροφης γωνίας (θέση γωνίας κυλίνδρου), προσδιορίζεται η στιγμιαία γωνιακή θέση του άξονα μετάδοσης κίνησης και του εκκεντροφόρου δακτυλίου κατά την αναστροφή, υπολογίζεται η ταχύτητα περιστροφής της αντλίας έγχυσης (σε σύγκριση με τα σήματα από τον αισθητήρα στροφαλοφόρου άξονα) και τη θέση του διακόπτη έγχυσης στην αντλία. Η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ελέγχει επίσης τη θέση του διακόπτη έγχυσης, ο οποίος περιστρέφει ανάλογα τον εκκεντροφόρο δακτύλιο της αντλίας υψηλής πίεσης. Ως αποτέλεσμα, οι άξονες που κινούν τα έμβολα αργά ή γρήγορα έρχονται σε επαφή με τον δακτύλιο έκκεντρου, γεγονός που οδηγεί σε επιτάχυνση ή καθυστέρηση στην έναρξη της συμπίεσης. Η βαλβίδα μεταγωγής έγχυσης μπορεί να ανοίγει και να κλείνει συνεχώς χρησιμοποιώντας τη μονάδα ελέγχου. Ο αισθητήρας γωνίας περιστροφής βρίσκεται σε έναν δακτύλιο που περιστρέφεται σε συγχρονισμό με τον έκκεντρο δακτύλιο της αντλίας υψηλής πίεσης. Ο κωδικοποιητής παλμών βρίσκεται στον κινητήριο άξονα της αντλίας. Τα οδοντωτά σημεία αντιστοιχούν στον αριθμό των κυλίνδρων στον κινητήρα. Όταν ο εκκεντροφόρος περιστρέφεται, οι κύλινδροι αλλαγής ταχυτήτων κινούνται κατά μήκος της επιφάνειας του εκκεντροφόρου δακτυλίου. Τα έμβολα ωθούνται προς τα μέσα και πιέζουν το καύσιμο σε υψηλή πίεση. Η συμπίεση του καυσίμου υπό υψηλή πίεση ξεκινά μετά το άνοιγμα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας στο σήμα της μονάδας ελέγχου. Ο άξονας διανομής μετακινείται σε μια θέση μπροστά από το κανάλι εξόδου συμπιεσμένου καυσίμου στον αντίστοιχο κύλινδρο. Στη συνέχεια, το καύσιμο ταξιδεύει μέσω του αγωγού μέσω της βαλβίδας ελέγχου του γκαζιού προς τον εγχυτήρα, ο οποίος το εγχέει στον κύλινδρο. Η έγχυση τελειώνει με το κλείσιμο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας. Η βαλβίδα κλείνει περίπου μετά το κάτω νεκρό κέντρο των ακτινικών εμβόλων της αντλίας, η έναρξη της αύξησης της πίεσης ελέγχεται από τη γωνία επικάλυψης των έκκεντρων (ελεγχόμενη από τον διακόπτη έγχυσης). Ο ψεκασμός καυσίμου επηρεάζεται από την ταχύτητα, το φορτίο, τη θερμοκρασία του κινητήρα και την πίεση περιβάλλοντος. Η μονάδα ελέγχου αξιολογεί επίσης πληροφορίες από τον αισθητήρα θέσης στροφαλοφόρου άξονα και τη γωνία περιστροφής του κινητήριου άξονα στην αντλία. Χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα γωνίας, η μονάδα ελέγχου καθορίζει την ακριβή θέση του άξονα μετάδοσης κίνησης της αντλίας και του διακόπτη έγχυσης.

1. - Αντλία διέλασης πτερυγίων με βαλβίδα ελέγχου πίεσης.

2. – αισθητήρας γωνίας περιστροφής

3. - στοιχείο ελέγχου αντλίας

4. - αντλία υψηλής πίεσης με εκκεντροφόρο και βαλβίδα αποστράγγισης.

5. - διακόπτης έγχυσης με βαλβίδα μεταγωγής

6. - ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα υψηλής πίεσης

Αξονική αντλία (VP30)

Ένα παρόμοιο ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου μπορεί να εφαρμοστεί σε μια περιστροφική αντλία με αξονικά έμβολα, ένα παράδειγμα είναι η αντλία τύπου Bosch VP 30-37, η οποία χρησιμοποιείται σε επιβατικά αυτοκίνητα από το 1989. Στην αξονική αντλία καυσίμου VE που ελέγχεται από έναν μηχανικό έκκεντρο ρυθμιστή. Η χρήσιμη διαδρομή και η δόση καυσίμου καθορίζουν τη θέση του μοχλού ταχυτήτων. Φυσικά, πιο ακριβείς ρυθμίσεις επιτυγχάνονται χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό έλεγχο. Ο ηλεκτρομαγνητικός ρυθμιστής στην αντλία έγχυσης είναι ένας μηχανικός ρυθμιστής και τα πρόσθετα συστήματά του. Η μονάδα ελέγχου καθορίζει τη θέση του ηλεκτρομαγνητικού ρυθμιστή στην αντλία ψεκασμού, λαμβάνοντας υπόψη τα σήματα από διάφορους αισθητήρες που παρακολουθούν την απόδοση του κινητήρα.

Τέλος, μερικά παραδείγματα των αναφερόμενων αντλιών σε συγκεκριμένα οχήματα.

Περιστροφική αντλία καυσίμου με κινητήρα αξονικού εμβόλου VP30 χρησιμοποιεί πχ Ford Focus 1,8 TDDi 66 kW

VP37 χρησιμοποιεί κινητήρα 1,9 SDi και TDi (66 kW).

Περιστροφική αντλία έγχυσης με ακτινικά έμβολα VP44 χρησιμοποιείται σε οχήματα:

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

Audi A4/A6 2,5 TDi

BMW 320d (100 kW)

Παρόμοιος σχεδιασμός είναι μια περιστροφική αντλία έγχυσης με ακτινικά έμβολα Nippon-Denso στο Mazde DiTD (74 kW).