Rozdzielaczowe pompy wtryskowe

Piotr Wróblewski

Rzędowe pompy regulacyjne nie były w stanie spełniać warunku powtarzalności parametrów regulowanych układu zasilania paliwem ze względu na konieczność okresowej regulacji. Czynność taka wiązała się z demontażem pompy, odczytem parametrów regulacyjnych i regulacją na stole probierczym.

 

  • W rozdzielaczowych pompach wtryskowych wykorzystywana jest pojedyncza sekcja tłocząca do obsługi wszystkich cylindrów. 
  • Dawka paliwa rozdzielana jest na poszczególne cylindry w wymaganej kolejności pracy cylindrów silnika. 
  • W porównaniu do pomp rzedowych, regulacja mechaniczna została zastąpiona elektroniczną regulacją początku wtrysku.
Reklama

W rozdzielaczowych pompach wtryskowych wykorzystywana jest pojedyncza sekcja tłocząca do obsługi wszystkich cylindrów. Dawka paliwa rozdzielana jest na poszczególne cylindry w wymaganej kolejności pracy cylindrów silnika. Regulacja mechaniczna została zastąpiona elektroniczną regulacją początku wtrysku. Odbywa się ona za pomocą hydraulicznego przestawiacza pompy sterowanego przez zawór elektromagnetyczny oraz elektroniczny regulator prędkości obrotowej. Regulator zbudowany jest z elektromagnetycznego nastawnika dawki paliwa i wbudowanego sterownika, który posiada odsłonięty otwór sterujący w tłokorozdzielaczu, i czujnika położenia pierścieniowego aparatu przesuwkowego. Wyróżnia się dwie generacje elektronicznego sterownika pompy, wynikające z modyfikacji osadzenia i zasady działania czujnika położenia dozownika.

Czujnik potencjometryczny sterownika EDC zastąpiono czujnikiem indukcyjnym HDK. Regulacja dawki paliwa tłoczonej do elektromagnetycznego wtryskiwacza od chwili inicjacji początku tłoczenia odbywa się na podstawie sygnałów z głównego sterownika silnika ECM. Początek wtrysku sterowany jest przez zawór elektromagnetyczny, który w wyniku swojej pracy zmienia wartość ciśnienia przekazywanego na tłoczek przestawiacza wtrysku. Rozdzielaczowa pompa wtryskowa napędzana jest za pośrednictwem paska od wału korbowego silnika. Prędkość obrotowa wałka wykonawczego pompy jest dwukrotnie mniejsza niż prędkość obrotowa wału korbowego.

Rozdzielaczowa pompa wtryskowa złożona jest z następujących mechanizmów: łopaty pompy przetłaczającej z zaworami: regulacyjnym ciśnienia i przelewowym dławiącym, czujnika kąta położenia wałka wykonawczego pompy, zespołu sterownika pompy, sekcji tłoczącej z tłoczkami osadzonymi promieniowo lub osiowo, wałka rozdzielacza i zaworu odcinającego, przestawiacza wtrysku wyposażonego w zawór elektromagnetyczny oraz zaworu elektromagnetycznego wysokiego ciśnienia.

 

Widok na rozdzielaczową pompę wtryskową. Na ilustracji „a” widoczne jest wejście sterowania elektrycznego. Ilustracja „b” przedstawia stronę zbliżoną do silnika. Wał pompy ze stożkowym czopem do montażu koła pasowego przedstawiony jest na ilustracji „c”. Wysokociśnieniowe króćce zasilające wtryskiwacze umieszczone są na tylnej ścianie pompy wtryskowej – „d”.

 

Zasada pracy rozdzielaczowej pompy wtryskowej

Reklama

Tłoczenie i rozdzielanie paliwa na poszczególne wtryskiwacze odbywa się mechanicznie. Paliwo pobierane jest bezpośrednio ze zbiornika za pośrednictwem pompy zasilającej przez filtr do łopatkowej pompy przetłaczającej umieszczonej na wałku napędowym pompy. Zadaniem łopatkowej pompy przetłaczającej jest zasysanie paliwa, wytworzenie zadanego ciśnienia i zasilenie paliwem sekcji tłoczącej. Łopatkowa pompa przetłaczająca osadzona na wałku napędowym zasysa paliwo, wytwarza ciśnienie i zasila paliwem sekcję tłoczącą. Pompa rozdzielaczowa posiada wbudowany pierścień mimośrodowy. Przez siły sprężystości własnej sprężyn i siły odśrodkowej osadzone przesuwnie łopatki pompy w wycięciach koła łopatkowego przylegają do powierzchni pierścienia. W kadłubie pompy znajdują się dwa wybrania umożliwiające dopływ paliwa do pompy oraz odpływ powrotny paliwa z pompy. Paliwo doprowadzone do pompy łopatkowej jest przetłaczane przez łopatki przez obrót koła łopatkowego w kierunku odpływu. Usytuowana mimośrodowo bieżnia wewnętrzna pierścienia zmniejsza pojemność komory podczas ruchu obrotowego koła łopatkowego, sprężając dostarczone paliwo. Wartość ciśnienia paliwa wytworzona przez pompę łopatkową zależy od prędkości obrotowej wałka wykonawczego. Wzrost ciśnienia paliwa ponad wartość nominalną powoduje ruch tłoczka zaworu regulującego ciśnienie i odsunięcie przestrzeni otworu, przez który paliwo doprowadzane jest do pompy łopatkowej. Zmniejszenie ciśnienia paliwa uruchamia mechanizm sprężynowy, który przesuwa tłoczek zaworu, powodując przesłonięcie otworów promieniowych. Ciśnienie otwarcia zaworu regulującego ciśnienie paliwa zależy od siły wstępnego nacisku sprężyn. Nadmiar tłoczonego przez pompę paliwa przepływa wewnętrznymi kanałami pompy, co powoduje chłodzenie wewnętrznych mechanizmów pompy oraz umożliwia usunięcie pęcherzyków powietrza w dopływającym paliwie. Zadane ciśnienie paliwa w pompie utrzymywane jest przez zawór regulacji ciśnienia połączony z dopływem pompy. W kołnierzu pompy zespołu głowicy rozdzielczej wbudowana jest tulejka sterująca, która stanowi bezpośredni element współpracujący wałka rozdzielacza w zespole kinematycznym. Sekcję tłoczącą pompy tworzą tłoczki osadzone promieniowo na wałku rozdzielacza. Liczba tłoczków zależy od liczby cylindrów silnika. Pod tym względem wyróżnia się rozdzielaczowe pompy z 2, 3 i 4 tłoczkami. Pierścień krzywkowy jest umieszczony na zewnątrz głowicy wałka rozdzielacza. Kołnierz pompy oraz tulejka sterująca wyposażone są w kanał przepływowy prowadzący do przewodów wysokociśnieniowych wtryskiwaczy. Określona dawka paliwa jest rozdzielana przy pomocy dozatora i tłokorozdzielacza. Tłokorozdzielacz wykonuje dwa ruchy: posuwisty, w wyniku którego paliwo przesyłane jest do komory sprężania i tłoczone do dalszych sekcji, oraz obrotowy, przez który następuje rozdzielenie paliwa na poszczególne sekcje wtryskiwaczy. Ruch posuwisto-obrotowy tłokorozdzielacza jest realizowany za pośrednictwem ruchu obrotowego tarczy krzywkowej, po rolkach pierścienia rolkowego. Dwie sprężyny wewnętrzne powrotne tłokorozdzielacza dociskają tarczę krzywkową do rolek zawartych w koszu rolkowym. Ruch obrotowy pobierany przez napęd wałka w wyniku osadzenia na nim tarczy zabierakowej napędza wałek wraz z umieszczonymi na nim tłoczkami. Wznios bieżni krzywkowej wyznacza ruch posuwisto-zwrotny tłoczków podczas obrotu wałka rozdzielacza. W momencie zsunięcia rolek popychaczy z wierzchołków krzywek tłoczki pod wpływem siły ciśnienia paliwa wytworzonego przez pompę łopatkową są rozsuwane na zewnętrzną stronę. Komora ograniczona powierzchnią międzytłoczkową wypełnia się określoną ilością paliwa. Krzywki pierścienia w wyniku ruchu obrotowego wałka rozdzielacza wypychają tłoczki do wewnątrz. Paliwo zgromadzone w przestrzeni komory międzytłokowej ulega sprężaniu. W głowicy hydraulicznej, czyli kadłubie tłokorozdzielacza, wbudowano kanały przepływowe, przez które paliwo dostaje się do komory sprężania, gniazda iglicy wykonawczego zaworu elektromagnetycznego, kanału i przestrzeni między tłoczkami sekcji tłoczącej oraz kanału rozdzielczego. W fazie napełniania komory wykonawczy zawór elektromagnetyczny jest otwarty, umożliwiając przepływ paliwa do sekcji tłoczącej. Paliwo w wyniku działania ciśnienia przez kanał pierścieniowy dopływa do przestrzeni około iglicowej, wypełniając komorę wysokiego ciśnienia. Nadmiar tłoczonego paliwa odprowadzany jest przelewem. W fazie tłoczenia tłoczki w wyniku działania krzywek pierścienia wykonują ruch w kierunku strony wewnętrznej. W tej fazie pracy pompy zawór elektromagnetyczny jest zamknięty. Paliwo pod dużym ciśnieniem transportowane jest przez kanał rozdzielczy połączony z odpływem oraz przez zwrotny zawór dławiący do przewodów wtryskiwaczy. Cykl pracy tłoczenia i rozdzielania paliwa w czasie jednego obrotu wałka wykonawczego rozdzielacza powtarza się i zależy od liczby zasilanych cylindrów. Ze względu na możliwość powstania zakłóceń na skutek przepływu prądu o dużej wartości, sterowanie elektroniczne dawką paliwa w promieniowej rozdzielaczowej pompie jest realizowane przez sterownik pompy oraz sterownik silnika.

Na podstawie sygnałów przesłanych z czujników elektroniczny system sterowania wtryskiem określa parametry rozruchu nienagrzanego silnika, do których zalicza się: początek wtrysku, masę i temperaturę zasysanego powietrza, położenie i prędkość obrotową wału korbowego, ciśnienie doładowania, temperaturę paliwa i temperaturę silnika. Rozdzielaczowa pompa wtryskowa jest utwierdzona do kadłuba silnika w przestrzeni głowicy silnika w pobliżu układu napędu rozrządu, głównie po prawej stronie komory silnika. Badanie stanu technicznego rozdzielaczowej pompy wtryskowej wymaga znajomości przeglądowych przyczyn usterek i sposobu ich wykrywania.

Oznaczenia silników z grupy VW z rozdzielaczową pompą wtryskową:

  • moc znamionowa 55 kW (75 KM) – typ silnika AFF,
  • moc znamionowa 66 kW (90 KM) – typ silnika AGR, ALH, AHU, AHH,
  • moc znamionowa 81 kW (110 KM) – typ silnika AHF, ASV, AFN, AVG.

Diagnostyka rozdzielaczowych pomp wtryskowych

Pierwszą omawianą wartością do zdiagnozowania jest kąt wyprzedzenia tłoczenia. Jest on równoznaczny z kątem wyprzedzania wtrysku. Pomiar kąta wyprzedzenia tłoczenia weryfikuje się na podstawie danych dotyczących położenia tłokorozdzielacza pompy względem punktu GMP położenia tłoka na pierwszym cylindrze. Regulację kąta wyprzedzenia wtrysku realizuje się przez zmianę ustawienia pompy względem wału wykonawczego pompy napędzanego paskiem rozrządu. Podczas pomiaru kąta wyprzedzenia tłoczenia w rozdzielaczowej pompie wtryskowej należy kolejno:

  • zdemontować pokrywę silnika,
  • odszukać znaki odniesienia znajdujące się na kole zamachowym w komorze sprzęgła, stanowiące podstawę do określenia punktu GMP,
  • ustawić tłok pierwszego cylindra przez obrót wału korbowego,
  • zdemontować zaślepkę między przewodami wysokiego ciśnienia (na tylnej ściance kadłuba pompy),
  • wkręcić czujnik zegarowy wyposażony w adapter,
  • nastawić czujnik zegarowy na wartość napięcia wstępnego równego 2 mm,
  • obrócić kilkakrotnie wał korbowy silnika w kierunku przeciwnym do kierunku jego pracy – do chwili stabilizacji wskazówki czujnika zegarowego,
  • skalibrować czujnik zegarowy, ustawiając wskazówkę w punkcie zero,
  • obrócić wał korbowy w kierunku zgodnym z kierunkiem pracy – do momentu ustawienia pierwszego cylindra w punkcie GMP,
  • odczytać wskazanie czujnika,
  • porównać wyniki uzyskanego pomiaru z wartością kontrolną zawartą w instrukcji pojazdu.

Niesprawności pompy spowodowane usterką elektryczną regulacji początku wtrysku są rejestrowane w pamięci diagnostycznej sterownika silnika. Dodatkowe niesprawności hydrauliczne lub te wywołane niepoprawną pracą rejestratorów przejściowych mogą stanowić usterkę utajnioną, niewykrywalną dla funkcji samodiagnozy sterownika silnika. W takim przypadku w celu wykrycia usterki danego podzespołu wykonuje się pomiary bezpośrednie przebiegów sygnałów elektrycznych za pomocą oscyloskopu. Najczęstszą przyczynę usterki rozdzielaczowej pompy wtryskowej stanowią: nierównomierna praca silnika na biegu jałowym lub przy małej prędkości obrotowej silnika, trudność w uruchomieniu nienagrzanego silnika, ograniczenie mocy silnika oraz zwiększenie emisji szkodliwych substancji w spalinach. Regulacja początku wtrysku paliwa zależy również od sprawności czujnika położenia wału korbowego, czujnika temperatury silnika, czujnika wzniosu iglicy rozpylacza oraz nastawnika początku wtrysku. Ich diagnostykę należy prowadzić za pomocą standardowych procedur za pośrednictwem diagnozy szeregowej przy użyciu diagnoskopu lub pomiaru napięcia zasilania, połączenia masy i przebiegów sygnałów przy pomocy miernika uniwersalnego lub oscyloskopu. W razie znacznych odchyłek wartości mierzonych można dokonać manualnej regulacji kąta wyprzedzenia wtrysku przez odkręcenie śrub mocujących pompę wtryskową i jej obrót w wymaganym kierunku korekcyjnym. Po wykonaniu regulacji zawsze należy wykonać ponowny pomiar wartości kąta wyprzedzenia wtrysku. Wartość kąta wyprzedzenia tłoczenia zawsze maleje w stosunku do GMP wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału korbowego silnika, co można zaobserwować podczas dynamicznej próby pomiaru kąta wyprzedzenia wtrysku np. z użyciem diagnoskopu lub specjalistycznych mierników do diagnozy pomp wtryskowych.

Diagnostyka czujnika wzniosu iglicy rozpylacza

Na podstawie sygnałów z czujnika wzniosu iglicy rozpylacza wtryskiwacza, czujnika kąta obrotu wałka wykonawczego pompy wtryskowej oraz pozostałych czujników, określając aktualne obciążenie silnika, np. czujnika temperatury silnika i czujnika prędkości obrotowej wału korbowego, obliczany jest początek wtrysku paliwa według charakterystyki początku wtrysku zapisanej w pamięci sterownika. We wnętrzu wtryskiwacza znajduje się cewka, w której porusza się sworzeń igły rozpylacza ograniczony sworzniem regulacyjnym. Zmiana ruchu igły rozpylacza generuje zmienne pole magnetyczne, powodując zmianę wartości sygnału wyjściowego. Przebieg sygnału wyjściowego jest porównywany z przebiegiem sygnału stanowiącym odniesienia, co jest podstawą do ustalenia poprawności funkcjonowania czujnika wzniosu iglicy rozpylacza. Za przebieg procesu spalania związany z kątem wyprzedzenia wtrysku odpowiada wtryskiwacz z czujnikiem wzniosu iglicy, elektrozawór kąta wyprzedzenia wtrysku oraz sterownik silnika ECU. Czujnik wzniosu iglicy rozpylacza zasilany jest prądem około 40 mA. W fazie rozruchu silnika ruch popychacza igły rozpylacza zakłóca pole magnetyczne w cewce, generując zmienne napięcie sygnału. Początek wtrysku paliwa inicjowany jest za pośrednictwem sterownika silnika po przekroczeniu napięcia w zakresie około od 0,15 do 0,20 V. Przyrost napięcia sygnałowego można zaobserwować na oscylogramie. W celu dokładnego prześledzenia przebiegu tego sygnału należy wykonać przesunięcie na osi pomiarowej w menu oscyloskopu. Ułatwi to interpretację przebiegu sygnału i wykrycie usterki czujnika wzniosu iglicy rozpylacza. Sprawdzanie czujnika wzniosu iglicy rozpylacza zawartego we wtryskiwaczu przeprowadza się według zaleceń:

  • podłączyć złącze pomiarowe oscyloskopu między dwubiegunowe złącze czujnika wzniosu iglicy rozpylacza a przewód sterownika silnika,
  • odczytać charakterystykę sygnału napięciowego na ekranie oscyloskopu. Wartość napięcia sygnału czujnika wzniosu iglicy rozpylacza ulega zwieszeniu wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału korbowego, wpływając na zwiększenie dawki wtrysku paliwa. Podane wartości odnoszą się do silników wysokoprężnych o wtrysku bezpośrednim paliwa.

Brak sygnału wyjściowego świadczy o niesprawności cewki. W celu diagnozy należy:

  • sprawdzić za pomocą omomierza rezystancję cewki czujnika wzniosu iglicy rozpylacza, na zdjętym złączu wtykowym. Wartość nominalna powinna wynosić od 75 do 130 Ω.

 Jeżeli uzyskana wartość rezystancji cewki czujnika jest prawidłowa należy:

  • sprawdzić za pomocą woltomierza napięcie zasilania na wtyczce zasilania cewki ze sterownika. Prawidłowa wartość napięcia powinna wynosić od 11 do 12,8 V. Brak napięcia zasilania oznacza przerwę w obwodzie – prawdopodobnie przerwany przewód lub uszkodzenie sterownika. Po stwierdzeniu ciągłości przewodów zasilających miernikiem przez pomiar rezystancji należy uznać, że sterownik uległ uszkodzeniu.

Wartość szczytowa napięcia na biegu jałowym silnika generowanego przez czujnik wzniosu iglicy rozpylacza nie powinna przekroczyć 1,1–1,34 V. Przy zmianie prędkości obrotowej wału korbowego do poziomu maksymalnego wartość napięcia sygnału powinna zwiększyć się do około 5 V. W przypadku pomiarów oscyloskopowych należy zwrócić uwagę na płynną zmianę wartości napięcia na zmianę prędkości obrotowej wału korbowego. Są sytuację nietypowe, w których niepoprawny sygnał z jednego elementu pomiarowego lub wykonawczego może wpłynąć na nieprawidłową pracę innego podzespołu, powodując zapisanie kodu usterki w pamięci sterownika. W rzeczywistości jednak dany element może być sprawny. Stąd zawsze warto podjąć próbę analizy przebiegów sygnałów przy użyciu oscyloskopu.

O Autorze

Piotr Wróblewski

Pracownik naukowy WSKM Konin

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę