Rotační vstřikovací čerpadla

Vstřikovací soustava s rotačním vstřikovacím čerpadlem se skládá z palivového vedení s čističem, rotačního vstřikovacího čerpadla s integrovaným podávacím čerpadlem, vysokotlakého vstřikovacího potrubí a vstřikovačů se vstřikovacími tryskami. Některé systémy mívají v palivové nádrži pomocné elektrické čerpadlo s malým výkonem pro zlepšení dopravy paliva ke vstřikovacímu čerpadlu. Rotační vstřikovací čerpadlo je poháněno rozvodovým mechanismem motoru, zpravidla řemenovým převodem. Podle způsobu řízení množství dělíme rotační vstřikovací čerpadla na čerpadla řízená hranou a čerpadla řízená magnetickými ventily. Řízení hranou znamená, že doba trvání vstřiku se mění pomocí řídicích hran, vývrtů a šoupátka, počátek vstřiku mění hydraulický přesuvník vstřiku. U řízení magnetickými ventily uzavírá vysokotlaký magnetický ventil vysokotlaký prostor a určuje tak počátek vstřiku a dobu vstřiku. Podle způsobu vytváření vysokého tlaku rozdělujeme rotační vstřikovací čerpadla na čerpadla s axiálním pístem a čerpadla s radiálními písty. Čerpadla s axiálním pístem stlačují palivo jedním pístem, pohybujícím se axiálně vůči hnací hřídeli čerpadla. Čerpadla s radiálními písty stlačují palivo více písty, uspořádanými radiálně vůči hnací hřídeli čerpadla. S radiálními písty lze vytvářet vyšší tlaky než s axiálním pístem. Podle způsobu regulovaní rozdělujeme rotační vstřikovací čerpadla na čerpadla s mechanickou regulací a čerpadla s elektronickým řízením (EDC). Mechanickou regulaci zajišťuje regulační pákový mechanismus s regulačním šoupátkem pro odměřování dávky paliva. Elektronickou regulaci provádí řídicí jednotka motoru pomocí akčních členů umístěných v čerpadle, a to na základě vstupních informací ze snímačů.

 

Obr. 1: Palivový systém s RVČ

 

Obr. 2: Pohon RVČ

 

Mechanicky regulované rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem (VE)

 

• Rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem odměřuje dávku paliva pro všechny válce jedním vysokotlakým elementem a pak ji přiděluje v pořadí vstřiků k jednotlivým válcům.

• Konstrukce rotačního vstřikovacího čerpadla VE

  • hnací hřídel

  • křídlové podávací čerpadlo (nízkotlaké)

  • mechanismus čelní vačky pro posuv pístu vysokotlakého elementu

  • odstředivý regulátor spolu s pákovým mechanismem a regulačním šoupátkem pro odměřování dávky paliva

  • válec vysokotlakého elementu jako hydraulický rozdělovač

  • hydraulický přesuvník vstřiku

  • elektromagnetický STOP-ventil

  • seřizovací prvky vstřikovacího čerpadla

 

• Hnací hřídel je uložena ve skříni čerpadla. Na hnací hřídeli jsou umístěny křídlové podávací čerpadlo, ozubené kolo pohonu regulátoru, kotoučová čelní vačka s opěrným kladkovým prstencem a píst výtlačného elementu. V tělese čerpadla je umístěn válec vysokotlakého elementu plnící funkci hydraulického rozdělovače. V rozdělovací hlavě čerpadla je na přívodu paliva elektromagnetický STOP-ventil k zastavení motoru, dále jsou v rozdělovací hlavě umístěny výtlačné ventily a jejich držáky ukončené závitem pro montáž vysokotlakého potrubí. Regulátor pracuje na principu odstředivé síly a pomocí pákového mechanismu zajišťuje změnu polohy regulačního šoupátka a tím i změnu dávky paliva. Hydraulický přesuvník vstřiku je umístěn příčně k podélné ose čerpadla, skládá se z pracovního válce s pružinou a silou tlaku paliva mění počátek vstřikování v závislosti na otáčkách. Na horní straně čerpadla je ovládací páka dávky paliva, její dorazy a seřizovací šrouby sloužící k nastavení minimální dávky paliva (chod naprázdno) a maximální dávky paliva (plné zatížení).

   

1 - rotační vstřikovací čerpadlo VE ; 2 - píst vysokotlakého elementu ; 3 - STOP-ventil ; 4 - křídlové podávací čerpadlo ; 5 - regulátor ; 6 - přesuvník vstřiku ; 7 - vstřikovač

Obr. 3: Mechanicky regulované RVČ VE

 

• Činnost rotačního vstřikovacího čerpadla VE: Křídlové podávací čerpadlo nasává palivo z palivové nádrže přes čistič paliva, pod nízkým tlakem ho dopravuje do vnitřního prostoru vstřikovacího čerpadla, odkud zásobuje vysokotlaký element. Přebytečné palivo je vedeno přes škrticí trysku zpět do palivové nádrže. Se stoupajícími otáčkami se proto zvyšuje tlak paliva ve vnitřním prostoru vstřikovacího čerpadla. Do prostoru vysokotlakého elementu se palivo dostává přívodním otvorem a plnicí drážkou v pístu. Píst rozdělovače je pomocí hnací hřídele uváděn do rotačního pohybu a kotoučovou čelní vačkou do posuvného (axiálního) pohybu. Kotoučová čelní vačka má tolik výstupků, kolik má motor válců. Kotouč čelní vačky se opírá o radiálně umístěné kladky kladkového prstence, což zabezpečuje periodický přímočarý vratný pohyb pístku rozdělovače. Otáčením pístu se otevírají a zavírají rozvodové otvory pístu a válce vysokotlakého elementu, stlačené palivo je pod vysokým tlakem přidělováno jednotlivým válcům motoru. Nárůst tlaku následuje okamžitě po uzavření přívodního otvoru posuvným pohybem pístu rozdělovače. Výtlak paliva začíná v okamžiku, kdy se plnicí drážka v pístu kryje s výtlačným otvorem. Vytvořeným vysokým tlakem se otevře výtlačný ventil v rozdělovací hlavě čerpadla a palivo je vytlačováno vysokotlakým potrubím ke vstřikovači příslušného válce. Konec výtlaku nastává v okamžiku, kdy regulační šoupátko uvolní příčný otvor v pístku rozdělovače a palivo začne odtékat zpět do vnitřního prostoru čerpadla. Regulace předvstřiku: Je-li rotační vstřikovací čerpadlo v klidu, je píst hydraulického přesuvníku udržován pružinou ve výchozí poloze, tzv. základní předvstřik. Od určitých otáček překoná tlak paliva ve vnitřním prostoru čerpadla sílu pružiny a posune píst přesuvníku do nové požadované polohy. Pohyb pístu je přes klouzátko kulisy a unášecí čep přenášen na otočně uložený kladkový prstenec, který se tímto natočí vůči kotoučové čelní vačce proti směru jejího otáčení; výtlak paliva tak nastane dříve a předvstřik se zvětší na požadovanou hodnotu.

Obr. 4: Činnost vysokotlakého elementu

 

Obr. 5: Činnost přesuvníku vstřiku

 

Elektronicky řízené rotační vstřikovací čerpadlo s axiálním pístem (VE)

• U elektronicky řízeného vstřikovacího čerpadla VE odpadají mechanické nastavovací prvky a dávku paliva stejně jako počátek vstřiku nastavuje řídicí jednotka motoru pomocí elektromagneticky ovládaných akčních členů. Elektronické řízení vstřikovacího čerpadla tedy zajišťuje přesnou regulaci množství vstřikovaného paliva, počátku vstřiku, volnoběžných otáček, maximálních (přeběhových) otáček a dále ještě řídí dobu žhavení, systém recirkulace výfukových plynů a regulaci plnícího tlaku, je-li motor vybaven turbodmýchadlem. Pro přesné řízení vstřikovacího systému jsou důležité správné vstupní informace do řídicí jednotky motoru ze snímačů. Řídicí jednotka tyto informace zpracuje a výsledkem je přesné ovládání akčních členů. Kromě toho provádí řízení motoru ještě neustálou kontrolu komponentů a funkcí vstřikovacího systému. Rozpoznané chyby se ukládají do paměti závad v řídicí jednotce a spolu s dalšími daty jsou přístupné při sériové diagnostice.

• Snímače zajišťující vstupní informace pro řídicí jednotku motoru

  • snímač hmotnosti nasávaného vzduchu
  • snímač polohy plynového pedálu
  • potenciometr polohy regulačního šoupátka
  • snímač otáček a polohy klikové hřídele
  • snímač zdvihu jehly
  • snímač teploty chladicí kapaliny
  • snímač teploty vzduchu
  • snímač teploty paliva
  • snímač tlaku plnicího vzduchu
  • spínač brzdového pedálu
  • spínač spojkového pedálu
  • signál rychlosti jízdy
  • napětí akumulátoru
  • tempomat
  • klimatizace atd.

• Akční členy ovládané řídicí jednotkou motoru

  • nastavovač dávky paliva (polohy regulačního šoupátka)
  • ventil regulace počátku vstřiku
  • ventil recirkulace spalin
  • ventil regulace plnícího tlaku
  • relé žhavení
  • další akční členy dle výbavy motoru

 

• Regulace dávky paliva: Akčním členem je otáčivý magnet, jehož hřídel s excentrickým čepem se natáčí a mění polohu regulačního šoupátka.

• Regulace počátku vstřiku: Akčním členem je elektromagnetický taktovací ventil, který reguluje tlak paliva působící na píst přesuvníku a tím mění hodnotu předvstřiku.

1 - snímač polohy regulačního šoupátka ; 2 - ventil nastavení dávky paliva ; 3 - regulační hřídel ; 4 - píst vysokotlakého elementu ; 5 - ventil nastavení počátku vstřiku ; 6 - regulační šoupátko

Obr. 6: Elektronicky řízené RVČ VE

 

Obr. 7: Přehled EDC systému s RVČ

 

Elektronicky řízené rotační vstřikovací čerpadlo s radiálními pístky (VR)

• Vstřikovací systém s elektronicky řízeným vstřikovacím čerpadlem VR má 2 řídicí jednotky – řídicí jednotku motoru a řídicí jednotku vstřikovacího čerpadla, která je integrována do tělesa čerpadla.

• Konstrukce rotačního vstřikovacího čerpadla VR

  • hnací hřídel

  • křídlové podávací čerpadlo (nízkotlaké)

  • rozdělovací hřídel s radiálními vysokotlakými elementy, zdvihátky a kladkami

  • prstencová vačka

  • těleso rozdělovače

  • elektromagnetický ventil pro regulaci dávky paliva

  • hydraulický přesuvník vstřiku

  • elektromagnetický ventil pro regulaci počátku vstřiku

  • snímač úhlu natočení pro určení polohy rozdělovací hřídele

 

1 - křídlové podávací čerpadlo ; 2 - snímač úhlu natočení ; 3 - rozdělovací hřídel ; 4 - tělěso rozdělovače ; 5 - řídicí jednotka čerpadla ; 6 - ventil pro regulaci dávky paliva ; 7 - ventil pro regulaci počátku vstřiku ; 8 - píst přesuvníku vstřiku ; 9 - prstencová vačka ; 10 - hnací hřídel

Obr. 8: Elektronicky řízené RVČ VR

 

• Činnost rotačního vstřikovacího čerpadla VR: Hnací hřídel pohání rovněž křídlové podávací čerpadlo a hřídel rozdělovače s vysokotlakými válci. Zdvihátka s kladkou se odvalují při tomto pohybu po dráze prstencové vačky a ovládají tak písty. Elektromagnetický ventil pro regulaci dávky paliva řídí jak plnění vysokotlakých elementů, tak vstřikování.

  • Plnění: Pokud se zdvihátka pohybují směrem od prstencové vačky, elektromagnetický ventil přepne na plnění. Palivo proudí pod tlakem vnitřního prostoru čerpadla do vysokotlakých elementů a tlačí písty směrem ven.

  • Rozdělování: Hřídel rozdělovače se otáčí v tělesu a v pořadí vstřiků propojuje kanálové spojení od elektromagnetického ventilu dále k vysokotlakému potrubí příslušného válce.

  • Výtlak: Pokud se zdvihátka pohybují směrem k prstencové vačce, elektromagnetický ventil přepne na výtlak. Písty pohybující se směrem dovnitř vytlačují palivo z elementu přes elmg. ventil, dále k vysokotlakému potrubí příslušného válce a do vstřikovače.

 

1 - rozdělovací hřídel ; 2 - přívod paliva z vnitřního prostoru čerpadla ; 3 - elektromagnetický ventil (otevřen) ; 4 - prostor vysokého tlaku

Obr. 9: Plnění

 

3 - elektromagnetický ventil (uzavřen) ; 4 - prostor vysokého tlaku

Obr. 10: Výtlak

 

• Přesuvník vstřiku: Natáčí prstencovitou vačku, jejíž poloha určuje počátek vstřiku. K tomu se opět využívá tlak paliva z vnitřního prostoru čerpadla, jehož síla závisí na otáčkách a frekvenci taktování elektromagnetického ventilu, který je umístěn v přívodu paliva k pístu přesuvníku.

Obr. 11: Menší předvstřik

 

Obr. 12: Větší předvstřik

 

Zdroje

• GSCHEIDLE, Rolf.  Příručka pro automechanika. 3. vyd. Praha: Sobotáles, 2007, 688 s. ISBN: 978-80-86706-17-7.
• Přehled systémů řízení vznětového motoru, BOSCH, 2009.

Obrázky:

• Obr. 1: Palivový systém s RVČ. Powerpointová prezentace BOSCH a ŠKODA pro pedagogické pracovníky
• Obr. 2: Pohon RVČ. Powerpointová prezentace BOSCH a ŠKODA pro pedagogické pracovníky
• Obr. 3: Autor neznámý. Mechanicky regulované RVČ VE. [online]. [cit. 18.7.2014]. Dostupné na www:http://www.oforde.wz.cz/images/image204.gif
• Obr. 4: Autor neznámý. Činnost vysokotlakého elementu. [online]. [cit. 18.7.2014]. Dostupné na www:http://www.oforde.wz.cz/images/image205.gif
• Obr. 5: Autor neznámý. Činnost přesuvníku vstřiku. [online]. [cit. 18.7.2014]. Dostupné na www:http://www.oforde.wz.cz/images/image207.gif
• Obr. 6: Elektronicky řízené RVČ VE. Powerpointová prezentace BOSCH a ŠKODA pro pedagogické pracovníky
• Obr. 7: Přehled EDC systému s RVČ. Powerpointová prezentace BOSCH a ŠKODA pro pedagogické pracovníky
• Obr. 8: Elektronicky řízené RVČ VR. Powerpointová prezentace BOSCH a ŠKODA pro pedagogické pracovníky
• Obr. 9: Plnění. Powerpointová prezentace BOSCH a ŠKODA pro pedagogické pracovníky
• Obr. 10: Výtlak. Powerpointová prezentace BOSCH a ŠKODA pro pedagogické pracovníky
• Obr. 11: Menší předvstřik. Powerpointová prezentace BOSCH a ŠKODA pro pedagogické pracovníky
• Obr. 12: Větší předvstřik. Powerpointová prezentace BOSCH a ŠKODA pro pedagogické pracovníky