Pompa + wtryskiwacz = pompowtryskiwacz. Wyjaśniamy działanie

Kiedy Fiat wprowadzał na rynek samochodów osobowych układ zasilania paliwem Common Rail, mniej więcej w tym samym czasie Volkswagen zaczął sprzedawać samochody z silnikami Diesla o bezpośrednim wtrysku paliwa opartym na pompowtryskiwaczach. Postaram się opisać ich dość skomplikowaną budowę oraz działanie.

Jak sama nazwa wskazuje, pompowtryskiwacz jest elementem, który łączy w sobie funkcje pompy wtryskowej i wtryskiwacza sterowanego elektrozaworem. Na każdy cylinder przypada jeden pompowtryskiwacz. Paliwo dostarczane jest do nich przewodami, w których nie panuje wysokie ciśnienie. Wytwarzane jest ono dopiero w specjalnych komorach pompowtryskiwaczy. Dzięki niewielkiej objętości, wysokie ciśnienie może być uzyskane bardzo szybko. Jego wartość, tak jak i wtrysk początkowy, właściwy oraz ilość dostarczanego paliwa są sterowane elektronicznie za pośrednictwem elektrozaworu. Gwarantuje to dobre spalanie mieszanki i relatywnie wysoką moc przy stosunkowo niewielkim zużyciu paliwa.

Budowa pompowtryskiwacza nie jest prosta, ale można wyróżnić w nim kilka elementów, które mają istotny wpływ na jego pracę. Ta przede wszystkim odbywa się w jego cylindrze, w którym ruchem posuwisto-zwrotnym porusza się tłok-iglica, nazywana także tłoczkiem pompy. Poniżej znajduje się komora wysokiego ciśnienia, w której obieg paliwa zamykany jest przez iglicę elektrozaworu (w położeniu zamkniętym). Niżej znajduje się złożony element, składający się z zaworu przelewowego (w momencie przesunięcia się zaworu w dół, paliwo może przepływać dalej w dół cylindra), podtrzymywanego sprężyną, która także naciska na iglicę wtryskiwacza. Ta znowu pod wpływem siły od tej sprężyny, zatyka na samym dole pompowtryskiwacza otwory (gniazdo), którymi wtryskiwane jest paliwo do komory spalania. Wzdłuż bocznych ścianek cylindra znajdują się kanaliki, którędy dopływa paliwo.

Na tłoczek pompy ruch jest przenoszony z wałka rozrządu za pośrednictwem rolek dźwigni wtryskiwaczy. Rolka toczy się po krzywce, która posiada ostre załamanie. Dzięki temu ciśnienie może narastać bardzo szybko. Reszta krzywki ma łagodny kształt, co zapewnia spokojny ruch rolki, a tym samym zapobiega powstawaniu pęcherzyków powietrza w dostarczanym do komory wysokiego ciśnienia paliwie. Dociera ono do niej w momencie unoszenia się tłoczka pompy pod wpływem sprężyny. Komora zwiększa swoją objętość, a pompa paliwa tłoczy do niej paliwo. Iglica elektrozaworu pozostaje w spoczynku (brak sygnału z ECU) pozostawiając wszystkie kanały paliwowe otwarte.

Pompowtryskiwacz ma dwie fazy pracy. Pierwszą z nich jest wstępna faza napełniania. Odbywa się ona tuż przed wtryskiem właściwym, kiedy kształt krzywki zapoczątkuje przesuwanie się tłoczka w dół cylindra. Sterownik w odpowiednim momencie zadecyduje o zapoczątkowaniu „przedwtrysku” i uruchomi elektrozawór, który wypchnie iglicę z gniazda. Ta natomiast zamknie przepływ pomiędzy komorą wysokiego ciśnienia, a otworami wlotowymi. W wyniku dalszego przesuwania się tłoczka pompy w dół, zacznie rosnąć ciśnienie.

Osiągnięcie pewnej wartości ciśnienia, spowoduje ściśnięcie sprężyny (wewnętrznej, z zaworem przelewowym) od dołu  i uniesienie się iglicy wtryskiwacza. Nastąpi wtrysk wstępny. Dalsze narastanie ciśnienia spowoduje ponowne ściśnięcie sprężyny – tym razem także od góry, w wyniku czego zostanie uchylony zawór przelewowy. Dzięki temu ciśnienie w komorze gwałtownie spadnie, a iglica wtryskiwacza powróci na swoje miejsce. Wtrysk wstępny zostaje zakończony.

Iglica elektrozaworu pozostaje mimo to w tej samej pozycji. Tuż po przylgnięciu iglicy wtryskiwacza do gniazda, rolka dźwigni pompowtryskiwacza zacznie toczyć się po „najostrzejszej” części krzywki. Tłoczek pompy gwałtownym ruchem w dół spowoduje nagły wzrost ciśnienia. Siła będzie na tyle duża, że sprężyna wtryskiwacza będzie ściskana z dwóch stron i nawet otwarty zawór przelewowy nie spowoduje takiego spadku ciśnienia, aby zapobiec uniesieniu się iglicy wtryskiwacza. Następuje wtrysk zasadniczy.

Ciśnienie może osiągnąć wartość nawet 2050 barów przy wyższych obrotach silnika i pełnym obciążeniu, kiedy wymagana jest większa dawka paliwa. Maksymalny czas wtrysku nie powinien przekroczyć 30[sup]o [/sup]obrotu wału korbowego, ponieważ może to doprowadzić do trudności w spalaniu paliwa przy dużych prędkościach obrotowych. Dla utrzymania tej wartości czasowej wtrysku, podczas pracy na wysokich obrotach odstęp między „przedwtryskiem”, a wtryskiem zasadniczym jest znacznie zmniejszony. Bardzo istotne jest tutaj precyzyjne sterowanie punktem przerwania wtrysku, co realizowane jest przez elektrozawór. Otwarcie elektrozaworu oraz uniesienie się tłoczka pompy do góry powoduje zakończenie wtrysku.

Pompowtryskiwacze mają wiele zalet, z których najważniejszą jest duże ciśnienie wtrysku sięgające w najnowszych rozwiązaniach nawet 2400 barów. Jest to możliwe dzięki wyeliminowaniu przewodów wysokiego ciśnienia (wytworzenie wysokiego ciśnienia w niewielkiej komorze jest znacznie łatwiejsze), które wpływały także niekorzystnie na dawkowanie paliwa w wyniku pulsacji. Duże ciśnienie wtrysku przekłada się także na możliwość osiągnięcia wysokich parametrów mocy jednostki napędowej przy niewielkim spalaniu.

Pompowtryskiwacze charakteryzuje jednak dość twarda praca w porównaniu do Common Rail. Trudno również uzyskać obecne wysokie normy czystości spalin. Koncern VAG powoli odchodzi o tej technologii na rzecz Common Rail. Jakie są główne różnice pomiędzy tymi dwoma układami bezpośredniego wtrysku paliwa? Ich porównanie ukaże się już niedługo.

Zobacz także:

Kulturalne diesle, czyli jak działa Common Rail