Sistemul de injecție cu pompă injector (PD - Pumpe Düse)

    Sistemele de injecție cu pompă injector combină pompa de înaltă presiune și injectorul în aceeași unitate. Fiecare cilindru al motorului este prevăzut cu căte un injector pompă montat în chiulasă. Generarea presiunii se face cu ajutorul unui arbore cu came antrenat de arborele cotit al motorului. Sistemele de injecție cu pompă injector utilizate pe automobile sunt cu comandă electrică, controlul injecție fiind efectuat de calculatorul de injecție.

    Lipsa conductelor de înaltă presiune a permis creșterea presiunii de injecție la valori de peste 2000 bari, mult mai ridicată comparativ cu sistemele de injecție cu pompă rotativă.

Sistemul de injecție cu pompă injector (PD – Pumpe Düse)

Foto: Sistemul de injecție cu pompă injector (PD – Pumpe Düse)

    Primele injectoare pompă erau cu acționare mecanică și s-au utilizat pe motoare de autovehicule comerciale. Versiunile cu control electronic utilizează o supapă cu solenoid sau cristal piezoelectric pentru controlul injecției.

    Grupul VW s-a remarcat cu utilizarea sistemelor de injecție cu pompă injector pentru motorizările diesel. Bosch a demarat producția de sisteme de injecție cu pompă injector pentru motoarele de automobile în 1998.

    Injectoarele pompă produse de Bosch pot fi utilizare pe motorizări diesel pentru autovehicule comerciale sau automobile, cu capacități cilindrice de maxim 5 litri și puteri maxime de 312 CP.

Injector pompă (PD – Pumpe Düse)

Foto: Injector pompă (PD – Pumpe Düse)
Sursa: Bosch

    Prin asociere cu Bosch grupul VW a dezvoltat motorul 1.9 TDI care este echipat cu sistem de injecție cu pompă injector. Primele versiuni utilizau supape cu solenoid pentru controlul injecției.

    Ulterior grupul VW s-a asociat cu Siemens VDO pentru a dezvolta sisteme de injecție cu pompă injector cu supape piezoelectrice. Acestea puteau efectua injecții divizate, în funcție de regimul de funcționare al motorului, fiind capabile de 2 injecții pilot, 1 injecție principală și 2 post injecții. Automobilele echipate cu acest sistem de injecție au fost produse între 2004 și 2006 și îndeplineau normele de poluare Euro 5 pentru motorizări diesel.

Secțiune injector pompă (PD – Pumpe Düse)

Foto: Secțiune injector pompă (PD – Pumpe Düse)
Sursa: Bosch

    Comparativ cu sistemul de injecție precedent (cu pompă cu distribuitor rotativ) sistemul de injecție cu pompă injector a permis îmbunătățirea performanțelor dinamice ale motorului, reducerea zgomotului din timpul funcționării precum și reducerea emisiilor poluante și a consumului de combustibil.

    Avantajele sistemului de injecție cu pompă injector (comparativ cu pompă cu distribuitor rotativ):

  • presiune de injecție între 1920 ... 2500 bari
  • control precis al injecție pe fiecare ciclu de combustie
  • posibilitatea utilizării injecției pilot

Montarea injectoarelor pompă în chiulasă (PD – Pumpe Düse)

Foto: Montarea injectoarelor pompă în chiulasă (PD – Pumpe Düse)

  1. chiulasă
  2. ax culbutori
  3. culbutor
  4. corp injector
  5. conexiune electrică

    Injectoarele pompă sunt montare direct in chiulasă. Fiecare pompă este acționată prin intermediul unui culbutor de un arbore cu came. O parte din circuitul de alimentare cu combustibil (tur-retur) al fiecărei pompe este de asemenea prevăzut direct în chiulasă.

Montarea și mecanismul de acționare al injectorului pompă

Foto: Montarea și mecanismul de acționare al injectorului pompă
Sursa: VW

  1. chiulasă
  2. bujie incandescentă
  3. injector pompă
  4. culbutor
  5. ax culbutori
  6. rolă
  7. arbore came (camă)

    Injectorul pompă combină sistemul de generare a presiunii înalte (pompa) cu sistemul de dozaj al combustibilului (injectorul) în aceeași unitate. Fiecare cilindru este prevăzut cu un injector pompă. Ansamblul pompă injector trebuie să asigure:

  • generarea de presiune înaltă pentru fiecare ciclu de combustie
  • dozarea combustibilului în cilindru la momentul potrivit

    Pompa de joasă presiune a sistemului de alimentare cu combustibil este antrenată mecanic de arborele cotit al motorului. Este montată în partea laterală a chiulasei, împreună cu pompa de vacuum.

    Pompa de joasă presiune absoarbe combustibiul din rezervor, îl precomprimă până la maxim 7.5 bari și-l introduce în chiulasă unde alimentează sistemul de înaltă presiune.

Sistemul de alimentare cu combustibil – injecție pompă injector (PD – Pumpe Düse)

Foto: Sistemul de alimentare cu combustibil – injecție pompă injector (PD – Pumpe Düse)
Sursa: VW

  1. rezervor combustibil
  2. filtru motorină
  3. supapă de sens
  4. rotor pompă de joasă presiune
  5. supapă de limitare a presiunii
  6. separator
  7. tur (alimentare pompă injector)
  8. chiulasă
  9. retur (către rezervor)
  10. corp pompă joasă presiune
  11. supapă de sens
  12. orificiu (bypass supapă de sens)
  13. senzor temperatură combustibil
  14. radiator răcire combustibil
  15. restrictor

    Filtrul de combustibil (2) protejează sistemul de injecție de impurități sau contaminare cu apă. Supapa de sens (3) previne curgerea combustibilului înapoi în rezervor când motorul este oprit. Se deschide la o presiune de 1.2 bari. Supapa de limitare a presiunii (5) limitează presiunea generată de pompa de joasă presiune la 7.5 bari. Când acesta se deschide combustibilul este recirculat în admisie pompei de joasă presiune.

    Separatorul (6) are rolul de a colecta bulele de aer din combustibil care sunt trimise pe returul circuitului, către rezervor, prin intermediul restrictorului (15). Supapa de sens (11) menține presiunea în retur la aproximativ 2 bari. Când aceasta este închisă orificiul (12) este utilizat pentru evacuarea bulelor de aer din circuit.

    Senzorul de temperatură (13) măsoară temperatura combustibilului și trimite informația către calculatorul de injecție. Radiatorul (14) are rolul de a reduce temperatura combustibilului înainte să fie introdus înapoi în rezervor (1).

Componente injector pompă (PD – Pumpe Düse)

Foto: Componente injector pompă (PD – Pumpe Düse)
Sursa: Bosch

    Datorită presiunii foarte mari la care este comprimat combustibilul temperatura acestuia atinge valori ridicate. Din acest motiv motorul este prevăzut cu sistem adițional de răcire a combustibilului. Acesta este conectat la circuitul general de răcire al motorului, utilizează lichidul de răcire al motorului pentru transportul căldurii dar conține elemente specifice:

  • un radiator în filtrul de combustibil (pentru absorția căldurii din combustibil)
  • o pompă acționată electric
  • un radiator adițional pentru lichidului de răcire (disiparea căldurii)
  • un senzor de temperatură combustibi

    Pe baza informație primită de la senzor, dacă temperatura combustibilului ajunge la 70 °C, calculatorul de injecție comandă recircularea lichidului de răcire, cu ajutorul pompei electrice, prin circuitul de răcire adițional.

    Omogenizarea optimă a amestecului aer-combustibil este un factor cheie pentru o ardere completă, eficientă. Din acest motiv sunt foarte importante: masa combustibilului injectat, momentul injecției și presiunea de injecție.

    La un motor diesel, zgomotul combustiei este mai pronuntat comparativ cu un motor pe benzină. Zgomotul arderii poate fi redus prin divizarea injecției, utilizând o injecție pilot. Aceasta presupune injectarea, la o presiune de ordinul sutelor de bari, a unei cantități mici de combustibil inainte de injecția principală.

    Injecția pilot permite creșterea graduală a presiunii și temperaturii în cilindru, creștere care continuă în timpul injecției principale. În același timp, autoaprinderea injecției principale se face mai rapid datorită temperaturii ridicate produsă de injecția pilot. Prin utilizarea injecției pilot se evită astfel creșterea bruscă a presiunii în cilindru și implicit reducerea zgomotului combustiei.

Presiunea injecției divizate (PD – Pumpe Düse)

Foto: Presiunea injecției divizate (PD – Pumpe Düse)
Sursa: VW

    Pe lângă reducerea zogomotului de combustie, injecția pilot are rolul de a reduce emisiile de oxizi de azot. Prin evoluția graduală a procesului de combustie se evită creșterea bruscă, și la valori foarte mari a temperaturii din cilindru, către sfârșitul arderii. În același timp arderea este mai eficientă, completă, ceea ce permite reducerea cantității de oxigen rămasă în cilindru la sfârșitul arderii, deci implicit emisii de oxizi de azot mai scăzute.

    Injecția principală generează cuplul motor. Pentru a avea o combustie eficientă este necesar ca amestecul aer-combustibil să fie omogen. Cu cât presiunea de injecție este mai mare, cu atât combustibilul va fi dispersat în particule foarte fine în cilindru, ceea ce conduce la o ardere completă. Din acest motiv, o presiune cât mai mare de injecție contribuie atât la obținerea unui cuplu motor ridicat cât și la reducerea consumului de combustibil și a emisiilor poluante.

    Sfârșitul injecției are de asemenea impact asupra eficienței arderii. Este important, ca la sfârșitul injecției presiunea combustibilului să scadă brusc, pentru a permite închiderea completă a acului injectorului. În caz contrar, dacă scăderea presiunii se face lent, există riscul de injecție a combustibilului la presiune redusă. Dispersia combustibilului va fi insuficientă iar amestecul aer-combustibil neomogen, ceea ce conduce creșterea emisiilor poluante.

Secțiune componente injector pompă (PD – Pumpe Düse)

Foto: Secțiune componente injector pompă (PD – Pumpe Düse)
Sursa: VW

  1. corp pompă înaltă presiune
  2. arc revenire ac supapă control
  3. cilindru pompă
  4. garnitură etanșare
  5. supapă control injecție pilot
  6. garnitură etanșare
  7. chiulasă
  8. corp injector
  9. garnitură etanșare
  10. scaun injector
  11. ac injector
  12. arc revenire ac injector
  13. tur (alimentare pompă înaltă presiune)
  14. retur (către rezervor)
  15. solenoid
  16. ac supapa de control
  17. arc revenire piston pompă
  18. piston pompă
  19. culbutor
  20. ax culbutori
  21. rolă
  22. camă

    De reținut faptul că pompa de înaltă presiune este conectată la circuitul de alimentare (13) prin intermediul unor orificii prevăzute în corpul injectorului (8). De asemenea, comustibilul se întoarce în circuitul de retur (14) tot printr-un orificiu prevăzut între cele două garnituri de etanșare (4, 5).

    Procesul de injecție se desfășoară în mai multe faze. Prima fază constă în umplerea cilindrului (3) pompei de înaltă presiune. În această fază pistonul (18) este ridicat sub acțiunea arcului de revenire (17). Combustibilul, datorită presiunii generată de pompa de joasă presiune, umple volumul cilindrului (3). În faza de umplere solenoidul supapei de control (15) nu este alimentat cu energie electrică iar circuitul de alimentare (13) este conectat cu cel de retur (14).

Faza de umplere a cilindrului pompei de înaltă presiune (PD – Pumpe Düse)

Foto: Faza de umplere a cilindrului pompei de înaltă presiune (PD – Pumpe Düse)
Sursa: VW

    Cama (22) începe să acționeze culbutorul (19) care la râdul lui împinge pistonul (18) ce comprimă combustibilul. Presiunea începe să crească pe măsură ce pistonul reduce volumul combustibilului în cilindru (3). Solenoidul (15) este alimentat cu energie electrică de calculatorul de injecție iar acul supapei de control (16) închide legătura circuitului de alimentare (13) cu returul (14). Când presiunea depășește 180 de bari acul injectorului (11) se ridică iar combustibilul este pulverizat în cilindru. Această fază reprezintă debutul injecției pilot.

Debutul injecției pilot (PD – Pumpe Düse)

Foto: Debutul injecției pilot (PD – Pumpe Düse)
Sursa: VW

   Creșterea presiunii în cilindrul pompei (3) determină și deschiderea supapei de control a injecției pilot (5). Acestă deschidere are ca efect:

  • creșterea volumului în cilindrul pompei (3), ceea ce conduce la scăderea presiunii și închiderea injectorului (sfârșitul injecției pilot)
  • precomprimarea arcului de revenire (12) al acului injectorului (11) la o valoare mai mare

Sfârșitul injecției pilot (PD – Pumpe Düse)

Foto: Sfârșitul injecției pilot (PD – Pumpe Düse)
Sursa: VW

    Deplasarea pistonului pompei (18) continuă, combustibilul fiind comprimat la presiuni din ce în ce mai mari. Când presiunea ajunge la aproximativ 300 de bari acul injectorului (11) se ridică și începe injecția principală. Deoarece volumul dislocat de pistonul pompei (18) este mai mare decât volumul de combustibil injectat în cilindrul motorului, presiunea crește continuu până la valori de 1870 ... 1920 de bari.

Injecția principală (PD – Pumpe Düse)

Foto: Injecția principală (PD – Pumpe Düse)
Sursa: VW

    Sfârșitul injecției are loc în momentul în care calculatorul de injecție comandă deschiderea acului supapei de control (16). Circuitul de alimentare (13) este conectat la retur (14), presiunea combustibilului din cilindru (3) scade brusc iar injectorul se închide. De asemenea, supapa de control a injecției pilot (5) revine în poziția inițială.

Sfârșitul injecției (PD – Pumpe Düse)

Foto: Sfârșitul injecției (PD – Pumpe Düse)
Sursa: VW

    Sistemele de injecție cu pompă injector funcționează cu presiuni foarte mari ale combustibilului (2000 – 2500 bari). Din acest motiv primele motorizări ce utilizează acest sistem de injecție au fost cele pentru autovehicule comerciale. Ulterior au fost adoptate și pe motoarele de automobile datorită potențialului de a crește performațele motorului și a reduce emisiile poluante.

    Dezavantajul major al acestui sistem de injecție comparativ cu unul cu rampă comună (common rail) este costul adoptării acestui sistem. În cazul sistemului de injecție cu pompă injector, proiectarea motorului trebuie să se facă ținând cont și de sistemul de injecție. Chiulasa trebuie proiectată special deoarece conține o parte a circuitului de alimentare precum și mecanismul de acționare al pompelor de înaltă presiune. De asemenea se impune utilizarea unui sistem de răcire adițional pentru combustibil.

    Evoluția sistemelor de injecție cu rampă comună s-a făcut continuu, presiune maximă de injecție ajungând la valori de până la 2500 de bari. Acest fapt a determinat reorientarea producătorilor de automobile, aceștia adoptând sistemele de injecție cu rampă comună în detrimentul celor cu pompă injector.

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

OsDeRos
Marți, 16 Decembrie 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Laurentiu
Marți, 16 Decembrie 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
@danielr1

Motoarele diesel Euro 4 pentru automobile nu necesita filtru de particule. Din acest motiv nu este neaparat necesar sa avem post injectie (pentru regenerarea filtrului) => se pot utiliza injectoare cu solenoid.

Motoarele diesel Euro 5 necesita filtru de particule, care trebuie regenerat. Pentru cresterea temperaturii pe evacuare este necesara post injectie si implicit injectorul trebuie sa fie capabil de cel putin 3 injectii (pilot, principala si post). Din acest motiv injectorele piezoelectrice, fiind mai rapide, sunt utilizate. Cu toate acestea exista si injectoare cu solenoid care pot efectua 3 injectii pe ciclu si echipeaza motoare diesel Euro 5.

Raportează comentariul
Dragosh92
Luni, 15 Decembrie 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Dragosh92
Luni, 15 Decembrie 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
danielr1
Luni, 15 Decembrie 2014
la inceputul articolului se explica: injecții divizate, în funcție de regimul de funcționare al motorului, fiind capabile de 2 injecții pilot, 1 injecție principală și 2 post injecții, asta referitor la piezo.

1. la varianta cu solenoid prezentata amanuntit in articol exista doar o singura injectie pilot si nici o postinjectie?

Raportează comentariul

Login

Logo motorul anului