Injectiesysteem dieselmotor - directe injectie met roterende pomp VP 30, 37 en VP 44

De constant stijgende brandstofprijzen hebben fabrikanten ertoe aangezet de ontwikkeling van dieselmotoren op te voeren. Tot het einde van de jaren 80 speelden ze naast benzinemotoren alleen de tweede viool. De belangrijkste boosdoeners waren hun volumineusheid, lawaai en trillingen, die niet werden gecompenseerd door een zelfs aanzienlijk lager brandstofverbruik. De situatie had moeten verergeren door de aanstaande aanscherping van de wettelijke vereisten om de uitstoot van verontreinigende stoffen in uitlaatgassen te verminderen. Net als op andere gebieden heeft de almachtige elektronica een helpende hand geboden aan dieselmotoren.

Eind jaren 80, maar vooral in de jaren 90, werd geleidelijk de elektronische dieselmotorregeling (EDC) ingevoerd, waardoor de prestaties van dieselmotoren aanzienlijk verbeterden. De belangrijkste voordelen bleken een betere brandstofverneveling door hogere druk, evenals elektronisch gestuurde brandstofinjectie in overeenstemming met de huidige situatie en de behoeften van de motor. Velen van ons zullen zich uit het echte leven herinneren wat voor soort "go-ahead" de lancering van de legendarische 1,9 TDi-motor veroorzaakte. Als een toverstaf is de tot nu toe omvangrijke 1,9 D / TD een wendbare atleet geworden met een extreem laag energieverbruik.

In dit artikel vertellen we je hoe een roterende injectiepomp werkt. We zullen eerst uitleggen hoe mechanisch gestuurde lobbenpompen werken en daarna elektronisch gestuurde pompen. Een voorbeeld is de injectiepomp van Bosch, de pionier en grootste fabrikant van injectiesystemen voor dieselmotoren in personenauto's.

De injectie-eenheid met een roterende pomp levert gelijktijdig brandstof aan alle cilinders van de motor. De distributie van de brandstof naar de afzonderlijke injectoren wordt uitgevoerd door een verdeelzuiger. Afhankelijk van de beweging van de zuiger zijn lobbenpompen onderverdeeld in axiaal (met één zuiger) en radiaal (met twee tot vier zuigers).

Roterende injectiepomp met axiale zuiger en verdelers

Voor de beschrijving gebruiken we de bekende Bosch VE pomp. De pomp bestaat uit een voedingspomp, een hogedrukpomp, een toerentalregelaar en een injectieschakelaar. De schottenpomp levert brandstof aan de aanzuigruimte van de pomp, van waaruit de brandstof het hogedrukgedeelte binnenkomt, waar het wordt gecomprimeerd tot de vereiste druk. De verdelerzuiger voert tegelijkertijd een glijdende en roterende beweging uit. De schuifbeweging wordt veroorzaakt door een axiale nok die stevig met de zuiger is verbonden. Hierdoor kan brandstof worden aangezogen en via de drukkleppen naar de hogedrukleiding van het brandstofsysteem van de motor worden gevoerd. Door de draaibeweging van de stuurzuiger wordt bereikt dat de verdeelgroef in de zuiger tegenover de kanalen draait waardoor de hogedrukleiding van de afzonderlijke cilinders is aangesloten op de pompkopruimte boven de zuiger. Brandstof wordt aangezogen tijdens de beweging van de zuiger naar het onderste dode punt, wanneer de dwarsdoorsneden van het inlaatkanaal en de groeven in de zuiger naar elkaar toe open staan.

Roterende injectiepomp met radiale zuigers

De rotatiepomp met radiale zuigers zorgt voor een hogere injectiedruk. Zo'n pomp bevat twee tot vier zuigers, die de nokkenringen, die in de zuiger in hun cilinders zijn bevestigd, naar de injectieschakelaar bewegen. De nokkenring heeft evenveel nokken als de gegeven motorcilinder. Terwijl de pompas roteert, bewegen de zuigers langs het traject van de nokkenring met behulp van rollen en duwen de nokkenuitsteeksels in de hogedrukruimte. De rotor van de voedingspomp is verbonden met de aandrijfas van de injectiepomp. De voedingspomp is ontworpen om brandstof van de tank naar de hogedrukbrandstofpomp te voeren met de druk die nodig is voor de juiste werking. De brandstof wordt aan de radiale zuigers toegevoerd via de verdelerrotor, die vast is verbonden met de injectiepompas. Op de as van de verdelerrotor bevindt zich een centraal gat dat de hogedrukruimte van de radiale zuigers verbindt met dwarsgaten voor de toevoer van brandstof vanuit de voedingspomp en voor het afvoeren van hogedrukbrandstof naar de injectoren van de afzonderlijke cilinders. De brandstof komt uit in de verstuivers op het moment dat de doorsneden van de rotorboring en de kanalen in de pompstator worden verbonden. Van daaruit stroomt de brandstof via een hogedrukleiding naar de afzonderlijke injectoren van de motorcilinders. De regeling van de hoeveelheid ingespoten brandstof vindt plaats door de brandstofstroom die van de voedingspomp naar het hogedrukgedeelte van de pomp stroomt te beperken.

Elektronisch geregelde roterende injectiepompen

De meest gebruikte elektronisch gestuurde hogedrukrotatiepomp die in voertuigen in Europa wordt gebruikt, is de Bosch VP30-serie, die hoge druk genereert met een axiale zuigermotor, en de VP44, waarin hij een verdringerpomp met twee of drie radiale zuigers creëert. Met een axiale pomp is het mogelijk om een ​​maximale spuitdopdruk tot 120 MPa te bereiken en met een radiale pomp tot 180 MPa. De pomp wordt aangestuurd door het elektronische motorbesturingssysteem EDC. In de beginjaren van de productie was het besturingssysteem verdeeld in twee systemen, waarvan het ene werd aangestuurd door het motormanagementsysteem en het andere door de injectiepomp. Geleidelijk aan begon men één gemeenschappelijke controller direct op de pomp te gebruiken.

Centrifugaalpomp (VP44)

Een van de meest voorkomende pompen van dit type is de VP 44 radiale plunjerpomp van Bosch. Deze pomp werd in 1996 geïntroduceerd als een hogedruk brandstofinjectiesysteem voor personenauto's en lichte bedrijfswagens. De eerste fabrikant die dit systeem gebruikte was Opel, die een VP44-pomp installeerde in de viercilinder dieselmotor van zijn Vectra 2,0 / 2,2 DTi. Daarna volgde Audi met een 2,5 TDi motor. Bij dit type worden de start van de injectie en de regeling van het brandstofverbruik volledig elektronisch geregeld door middel van magneetventielen. Zoals eerder vermeld, wordt het gehele injectiesysteem bestuurd door twee afzonderlijke regeleenheden, afzonderlijk voor de motor en pomp, of één voor beide apparaten die zich direct in de pomp bevinden. De regeleenheid(en) verwerkt signalen van een aantal sensoren, dit is duidelijk te zien in onderstaande figuur.

Vanuit ontwerpoogpunt is het werkingsprincipe van de pomp in wezen hetzelfde als dat van een mechanisch aangedreven systeem. De hogedrukbrandstofpomp met radiale verdeling bestaat uit een schottenkamerpomp met een drukregelklep en een doorstroomsmoorklep. Zijn taak is om brandstof op te zuigen, druk in de accumulator te creëren (ongeveer 2 MPa) en bij te tanken met een hogedruk radiale zuigerpomp die de nodige druk creëert voor fijne verstuiving-injectie van brandstof in de cilinders (tot ongeveer 160 MPa) . ). De nokkenas draait samen met de hogedrukpomp en levert brandstof aan de afzonderlijke injectorcilinders. Een snelmagneetventiel wordt gebruikt om de hoeveelheid ingespoten brandstof te meten en te regelen, die wordt aangestuurd door signalen met een variabele pulsfrequentie via de el. de unit bevindt zich op de pomp. Het openen en sluiten van de klep bepaalt de tijd gedurende welke brandstof door de hogedrukpomp wordt toegevoerd. Op basis van de signalen van de achteruithoeksensor (hoekpositie van de cilinder), wordt de momentane hoekpositie van de aandrijfas en de nokkenring tijdens het achteruitrijden bepaald, het toerental van de injectiepomp (in vergelijking met de signalen van de krukas sensor) en de positie van de injectieschakelaar in de pomp worden berekend. Het magneetventiel past ook de positie van de injectieschakelaar aan, die de nokkenring van de hogedrukpomp overeenkomstig roteert. Als gevolg hiervan komen de assen die de zuigers aandrijven vroeg of laat in contact met de nokkenring, wat leidt tot een versnelling of vertraging bij het starten van de compressie. De injectie-omschakelklep kan door de besturing continu worden geopend en gesloten. De stuurhoeksensor zit op een ring die synchroon draait met de nokkenring van de hogedrukpomp. De pulsgenerator bevindt zich op de aandrijfas van de pomp. De gekartelde punten komen overeen met het aantal cilinders in de motor. Wanneer de nokkenas draait, bewegen de schakelrollen langs het oppervlak van de nokkenring. De zuigers worden naar binnen geduwd en brengen de brandstof onder hoge druk. Compressie van brandstof onder hoge druk begint na het openen van de magneetklep door een signaal van de regeleenheid. De verdeelas beweegt naar een positie voor de uitlaat voor gecomprimeerde brandstof naar de overeenkomstige cilinder. De brandstof wordt vervolgens via de gasklep naar de injector geleid, die deze in de cilinder injecteert. De injectie eindigt met het sluiten van de magneetklep. De klep sluit ongeveer na het bereiken van het onderste dode punt van de radiale zuigers van de pomp, het begin van de drukverhoging wordt geregeld door de nokoverlappingshoek (gecontroleerd door de injectieschakelaar). Brandstofinjectie wordt beïnvloed door snelheid, belasting, motortemperatuur en omgevingsdruk. De regeleenheid evalueert ook informatie van de krukaspositiesensor en de aandrijfashoek in de pomp. De regeleenheid bepaalt met behulp van de hoeksensor de exacte positie van de aandrijfas van de pomp en de injectieschakelaar.

1. - Schoepenextrusiepomp met drukregelklep.

2. – rotatiehoeksensor

3. - pompbedieningselement

4. - hogedrukpomp met nokkenas en aftapkraan.

5. - injectieschakelaar met omschakelklep

6. - hogedruk magneetventiel

Axiale pomp (VP30)

Een soortgelijke elektronische besturing kan worden toegepast op een draaizuigerpomp, zoals de Bosch type VP 30-37 pomp, die sinds 1989 in personenauto's wordt toegepast. In een VE axiale brandstofpomp geregeld door een mechanische excentrische regelaar. de effectieve rij- en brandstofdosering bepalen de stand van de versnellingspook. Nauwkeurigere instellingen worden natuurlijk elektronisch bereikt. De elektromagnetische regelaar in de injectiepomp is een mechanische regelaar en zijn aanvullende systemen. De regeleenheid bepaalt de positie van de elektromagnetische regelaar in de injectiepomp, rekening houdend met signalen van verschillende sensoren die de prestaties van de motor bewaken.

Tot slot nog enkele voorbeelden van de genoemde pompen in specifieke voertuigen.

Roterende brandstofpomp met axiale zuigermotor VP30 gebruikt bijv. Ford Focus 1,8 TDDi 66 kW

VP37 maakt gebruik van een 1,9 SDi en TDi motor (66 kW).

Roterende injectiepomp met radiale zuigers VP44 gebruikt in voertuigen:

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

Audi A4 / A6 2,5 TDi

BMW 320d (100 kW)

Een vergelijkbaar ontwerp is een roterende injectiepomp met Nippon-Denso radiale zuigers in de Mazde DiTD (74 kW).