Pompy paliwa w silnikach Diesla - budowa i zasada działania

Działanie wysokoprężnego silnika spalinowego w dużej mierze polega na dostarczaniu paliwa i odpowiedniej dawki powietrza do cylindrów. Następnie mieszanka paliwowo-powietrzna jest sprężana do wysokiego ciśnienia i dochodzi do jej samozapłonu. Wytworzona energia wprawia tłoki w ruch. Dzięki temu napęd przenoszony jest na wał korbowy, później na skrzynię biegów i ostatecznie porusza koła. Elementem odpowiedzialnym za dostarczenie paliwa jest pompa zasilająca. Transportuje ona paliwo ze zbiornika do cylindrów. Jest to jeden z ważniejszych elementów układu zasilającego. Rozróżniamy kilka jej rodzajów.

Pompy sekcyjne to pierwsze pompy stosowane do hydraulicznego wtrysku paliwa. Pompa taka składa się z zespołu pomp tłoczących paliwo (tak zwane sekcje wtryskowe). Każda sekcja obsługuje jeden cylinder, ale wszystkie są ze sobą połączone listwą zębatą, która obracając wszystkie tłoczki wzdłuż osi podłużnej, steruje dawką podawanego paliwa, a co za tym idzie - mocą jednostki napędowej.

Pompy te składają się z takich elementów, jak:

•przewody paliwowe,

•cylindry pompy,

•tłoczki,

•zawory odcinające,

•przewody wysokociśnieniowe,

•korektor dawki paliwa,

•wtryskiwacze oraz listwa zębata.

Pompy sekcyjne dzielimy na takie o stałym początku i zmiennym końcu wtrysku, zmiennym początku i stałym końcu wtrysku oraz o zmiennym początku i zmiennym końcu wtrysku.

Główną ich zaletą jest łatwa naprawa, a wady to:

•problemy ze spełnieniem norm emisji substancji szkodliwych,

•falujące obroty silnika,

•kłopoty z dopasowaniem dawki paliwa do poszczególnych sekcji pompy,

•wyższe zużycie paliwa w porównaniu z innymi technologiami oraz wysokie koszty produkcji (konieczność wyprodukowania wielu części z dużą precyzją).

Ponieważ pompy sekcyjne mają więcej wad niż zalet, zostały wycofane.

Lepszym i mniej awaryjnym rozwiązaniem było zastosowanie w silnikach wysokoprężnych hydraulicznych pomp paliwa. Rozróżniamy dwa rodzaje tych pomp: rzędowe oraz rotacyjne. Są one używane we współczesnych konstrukcjach. Drugi typ jest częściej spotykany ze względu na niewielkie rozmiary, masę, mniejsze koszty produkcji i nowoczesność.

W górnej części cylinderka umieszczony jest zawór tłoczny oraz otwory promieniowe. Jeden z tych otworów łączy przestrzeń z kanałem zasilającym, a drugi z kanałem upustowym. Paliwo zaczyna być tłoczone, gdy górna krawędź tłoczka zasłoni otwór zasilający. Trwa to do momentu odsłonięcia przez krawędź sterującą otworu spustowego.

Pompa wtryskowa rotacyjna (rozdzielaczowa)

Rotacyjną pompę wtryskową stosuje się w niskociśnieniowych układach wtryskowych. Jest ona zbudowana z następujących elementów:

•przewody doprowadzające paliwo,

•pompa zasilająca,

•obudowa,

•pompa przetłaczająca,

•wirnik z cylindrem i tłoczkami,

•układ kanałów (wlotowy, rozdzielczy, wylotowy),

•przewody wysokociśnieniowe zasilające wtryskiwacz i wtryskiwacze.

•niespełnianie aktualnych norm czystości spalin,

•wymagania czystości paliwa,

•malejąca prędkości tłoczenia na końcu dawki (co sprzyja podciekaniu wtryskiwaczy),

•wysokie wymagania materiałowe i konieczność uszlachetniającej obróbki powierzchni w związku z uderzeniami roboczymi tłoczków o powierzchnię krzywki,

•zwiększona dawka paliwa podczas rozruchu.

Pompy rozdzielaczowe mają więcej zalet niż pompy sekcyjne. Dla przykładu można wymienić:

•precyzyjniejsze dawkowanie paliwa,

•mniejsze jednostkowe zużycie paliwa,

•stateczność pracy,

•większa czystość spalin,

•mniej elementów wymagających dokładnej obróbki,

•dość niska cena,

•małe rozmiary.

Obecnie większość firm stosuje układ Common Rail. Jest on efektywniejszy ze względu na większe możliwości dopasowania dawki paliwa, pozwala też na spełnienie obecnie obowiązujących norm emisji spalin.

Zasada działania układu Common Rail

Układ Common Rail jest wyposażony w pompę wysokiego ciśnienia. Tłoczkowa pompa paliwa spręża je do bardzo dużego ciśnienia w nowoczesnych konstrukcjach. Jest ono tłoczone z pompy do ciśnieniowego zasobnika (tak zwanej szyny), połączonego z wtryskiwaczami.

Wprowadzenie układu Common Rail wymagało opanowania zaawansowanej technologii wytwarzania oraz odpowiedniego systemu sterowania. Pompa wysokiego ciśnienia, jak sama nazwa wskazuje, wytwarza ciśnienie około tysiąca barów. Wtryskiwacze z kolei podają mgłę paliwową w ciągu kilku milisekund. To pokazuje, jak precyzyjne musi być wykonanie tych podzespołów. Sterowanie odbywa się za pomocą elektronicznego sterownika. W czasie rzeczywistym oblicza on potrzebną dawkę wtrysku paliwa na cykl i dzieli ją na parę mniejszych części, żeby cała dawka nie została wtryśnięta od razu.

Zalety i wady układu Common Rail

Główną zaletą tego układu jest możliwość dowolnego kształtowania dawki wtrysku. Jest ona podzielona na kilka mniejszych, w związku z czym uzyskuje się wyższą sprawność silnika. Dzięki dobremu rozpyleniu dawki proces spalania przebiega sprawniej, a regulacja kąta wyprzedzenia zapłonu i ciśnienia wtrysku jest precyzyjniejsza. Przekłada się to na obniżenie hałasu oraz zmniejszenie emisji substancji szkodliwych.

W nowych samochodach konieczne jest montowanie filtrów cząstek stałych. Ich prawidłowa praca okupiona jest procesem regeneracji. Dzięki podziałowi dawki wtrysku w układach Common Rail możliwy jest tzw. powtrysk, czyli wtrysk paliwa w czasie suwu wydechu. Paliwo wraz ze spalinami trafia do filtra DPF, co pozwala na samoregenerację.

Do wad tego układu należą wysokie koszty wytwarzania oraz duża wrażliwość na jakość paliwa. Jest precyzyjnie wykonany, więc zatankowanie paliwa kiepskiej jakości może doprowadzić do jego zatarcia. Koszt wymiany tego podzespołu to nawet ponad 1500 zł.