Układy zasilania silników wysokoprężnych koncernu V.A.G. cz. 3.

Hans Haase, Creative Commons

Pompowtryskiwacze sterowane zaworem piezoelektrycznym PPD 1.1 stosowane w szesnastozaworowych jednostkach wysokoprężnych koncernu V.A.G. stanowią technologiczną ewolucję poprzedniej generacji typu PDE-P2 wyposażonej w zawór elektromagnetyczny.

Zwiększenie wydajności oraz lepszą sprawność uzyskano dzięki modyfikacjom elementów wewnątrz piezoelektrycznego pompowtryskiwacza. Ograniczenie przestrzeni wysokociśnieniowej wraz z wyeliminowaniem tłoczka wyrównującego pozwoliło zmniejszyć zapotrzebowanie na moc potrzebną do pracy wtryskiwacza. Zastosowanie piezoelektrycznego elementu sterującego poprawiło dokładność i szybkość poszczególnych faz wtrysku paliwa. Jednocześnie zachowano gabaryty oraz sposób montażu samego pompowtryskiwacza bez konieczności modyfikacji głowicy silnika.

Pompowtryskiwacze drugiej generacji z zaworem elektromagnetycznym (typ PDE-P2) w sekcji wysokociśnieniowej wyposażone są w tłok o średnicy nominalnej 8 mm oraz w trzy komory wysokiego ciśnienia wraz z tłoczkiem wyrównującym. Aby ograniczyć zużycie paliwa, w nowej wersji typu PPD 1.1 wyeliminowano dwie komory wysokiego ciśnienia oraz tłoczek wyrównujący. Pozwoliło to na zmniejszenie średnicy tłoka pompowtryskiwacza do 6,35 mm oraz redukcję jego masy oraz wartości sił bezwładności, które na niego działają. Dodatkowo tłok pompowtryskiwacza o mniejszej średnicy ograniczył zapotrzebowanie mocy do jego napędu oraz zredukował poziom hałasu, który generował.

Reklama

Faza przedwtrysku – napełnianie komory wysokiego ciśnienia paliwem

Komora wysokiego ciśnienia powiększa swoją objętość, gdy tłok za pośrednictwem sprężyny przesuwa się w górę (ilustracja 1A). Ruch tłoka określa popychacz sterowany profilem krzywki wałka rozrządu, następuje napełnienie komory wysokiego ciśnienia, gdyż iglica zaworu pozostaje otwarta i kanałem dopływowym paliwo dostaje się wprost do komory wysokiego ciśnienia. Piezoelektryczny zawór nie jest w tym czasie wysterowany. Faza przedwtrysku następuje podczas ruchu tłoka w górę, a sam ruch przebiega z niewielką prędkością, co zapewnia specjalnie dobrany profil krzywki wałka rozrządu sterującej pompowtryskiwaczem.

© Audi

Ilustracja 1. A – napełnianie komory wysokiego ciśnienia paliwem, B – początek fazy przedwtrysku.
Oznaczenia na rysunku: 1 – krzywka pompowtryskiwacza na wałku rozrządu, 2 – rolkowy popychacz dźwigniowy, 3 – sprężyna tłoka, 4 – tłok pompowtryskiwacza, 5 – piezoelektryczny zawór sterujący, 6 – iglica zaworu piezoelektrycznego, 7 – komora wysokiego ciśnienia, 8 – zawór zwrotny, 9 – sprężyna iglicy rozpylacza,
10 – tłoczek zamykający, 11 – iglica rozpylacza, 12 – multiplikator przesunięcia, 13 – o-ringi uszczelniające,
14 – kanał odpływowy paliwa, 15 – kanał dopływowy paliwa, 16 – tłumik iglicy, 17 – głowica silnika,
18 – kanał chłodzący w korpusie pompowtryskiwacza.

Reklama

Początek fazy przedwtrysku

Zmiana kierunku ruchu i wzrost prędkości tłoka spowodowany jest obrotem krzywki sterującej pompowtryskiwacza (ilustracja 1B). Strumień paliwa dostarczany jest do kanału dopływowego aż do chwili, gdy piezoelektryczny zawór zostanie wysterowany i zamknięty. Rozpoczyna się proces wzrostu ciśnienia paliwa w komorze wysokiego ciśnienia do momentu, gdy zostanie przekroczony pułap wynoszący 130 barów, dzięki czemu iglica rozpylacza otwiera się, zapoczątkowując przedwtrysk. Zmniejszenie ciśnienia przedwtrysku pozwala na ograniczenie hałasu typowego dla pracy silnika wysokoprężnego na biegu jałowym. Pompowtryskiwacz z elektromagnetycznym zaworem sterującym realizuje przedwtrysk przy wyższym ciśnieniu paliwa równym 160 barów, uwzględniając mechaniczno-hydrauliczną regulację tłoczkiem wyrównującym. Typowo elektroniczna regulacja przedwtrysku z zastosowaniem pompowtryskiwacza piezoelektrycznego PPD 1.1 pozwoliła zwiększyć liczbę przedwtrysków oraz precyzyjnie odmierzyć dawkę sterującą, zachowując zmienny odstęp pomiędzy przedwtryskiem, wtryskiem głównym i powtryskiem.

Zakończenie fazy przedwtrysku

Sterownik silnika wysyła sygnał do otwarcia danego zaworu piezoelektrycznego pompowtryskiwacza. Ciśnienie przepływającego paliwa (w kierunku kanału dopływowego) w rozpylaczu maleje, co powoduje zamknięcie sprężyny rozpylacza (ilustracja 2A).

© Audi

Ilustracja 2. A – zakończenie fazy przedwtrysku, B – początek fazy wtrysku głównego.

Specjalnie ukształtowana zwężka w korpusie pompowtryskiwacza ma za zadanie zdławić strumień paliwa do kanału dopływowego, dzięki czemu otwarciu ulega zawór zwrotny i wzrasta ciśnienie w komorze. Iglica rozpylacza zostaje szybciej zamknięta, gdyż na tłoczek zamykający oddziałuje podwyższone ciśnienie paliwa w komorze sprężyny. Sterownik silnika na podstawie analizy parametrów pracy jednostki napędowej reguluje liczbę przedwtrysków, która może wahać się pomiędzy 0 a 2. 

Rozpoczęcie fazy wtrysku głównego

Wysterowanie zaworu piezoelektrycznego inicjuje proces zamknięcia zaworu iglicowego i wzrost ciśnienia paliwa w komorze sprężyny. Tłok pompowtryskiwacza poruszany przez popychacz przesuwa się w dół (ilustracja 2B), zmniejszając objętość komory wysokiego ciśnienia. Rozpylacz zostaje otwarty, gdy ciśnienie paliwa znacząco przekroczy wartość ciśnienia w fazie przedwtrysku. Maksymalne ciśnienie wtrysku głównego może osiągnąć pułap 2200 barów dla zapewnienia pełnej mocy silnika. Zastosowanie szerszego zakresu ciśnień wtrysku paliwa (130–2200 barów) wpłynęło na ograniczenie emisji szkodliwych składników.

Zakończenie fazy wtrysku głównego

Sygnałem kończącym fazę wtrysku głównego jest otwarcie piezoelektrycznego zaworu sterującego pompowtryskiwaczem. Następuje spadek ciśnienia paliwa w rozpylaczu, dzięki czemu dawka paliwa dostaje się do kanału dopływowego oraz do komory sprężyny rozpylacza przez otwarty zawór zwrotny (ilustracja 3A).
Iglica rozpylacza dociskana jest do gniazda za pośrednictwem narastającego ciśnienia w komorze sprężyny oddziaływającego na tłoczek zamykający.

© Audi

Ilustracja 3. A – zakończenie fazy wtrysku głównego, B – rozpoczęcie fazy powtrysku.

Rozpoczęcie fazy powtrysku

Tłok pompowtryskiwacza kontynuuje przemieszczanie się w dół, gdy piezoelektryczny element sterujący zostaje zamknięty, co prowadzi do wzrostu ciśnienia oraz otwarcia rozpylacza i rozpoczęcia fazy powtrysku (ilustracja 3B). Zarówno czas, jak i dawka powtrysku uzależnione są od parametrów fazy regeneracji filtra cząstek stałych i aktywowane są tylko i wyłącznie w czasie trwania regeneracji filtra DPF.

Zakończenie fazy powtrysku

Ciśnienie paliwa ulega zmniejszeniu, gdyż piezoelektryczny element sterujący otwiera się, inicjując proces zamykania się rozpylacza i faza powtrysku zostaje zakończona (ilustracja 4).

© Audi

Ilustracja 4. Zakończenie fazy powtrysku.

Kolejny cykl pracy pompowtryskiwacza obejmuje fazę przedwtrysku, która charakteryzuje się niewielkim ciśnieniem otwarcia rozpylacza, więc ciśnienie paliwa w komorze sprężyny musi zostać zredukowane, czemu sprzyja wydłużony czas między fazami powtrysku a przedwtrysku. Odpowiednia synchronizacja i czas realizacji poszczególnych faz zapewnia specjalny profil krzywek wałka rozrządu sterujących pracą pompowtryskiwaczy.

Zawór zwrotny

Zawór zwrotny odpowiada za stabilizację wysokiego ciśnienia w komorze sprężyny podczas poszczególnych faz wtrysku. Strumień paliwa wracającego z rozpylacza kierowany jest do kanału dopływowego, gdzie zostaje zdławiony za pomocą zwężki pompowtryskiwacza, której zadaniem jest utrzymywanie ciśnienia w jego wnętrzu na określonym pułapie. Stopniowy wzrost ciśnienia w pompowtryskiwaczu otwiera sprężynę zaworu zwrotnego, pozwalając na przepływ paliwa do przestrzeni komory sprężyny. Tam rozpoczyna się proces zwiększenia ciśnienia paliwa.

Komora sprężyny rozpylacza

Iglica rozpylacza zamykana jest przez sprężynę umieszczoną w specjalnej komorze. Komora sprężyny rozpylacza to przestrzeń, w której paliwo pod wysokim ciśnieniem (zarówno w fazach wtrysku głównego, jak i w czasie zamykania rozpylacza) wspomaga pracę sprężyny. Za regulację siły wspomagającej pracę sprężyny rozpylacza odpowiada zawór zwrotny wraz z tłoczkiem zamykającym.

Tłoczek zamykający

Tłoczek zamykający ma za zadanie skutecznie i szybko wspomagać zamknięcie sprężyny rozpylacza. Ponadto wysokie ciśnienie paliwa w komorze sprężyny rozpylacza naciska na powierzchnię tłoczka zamykającego, pozwalając na wzrost ciśnienia niezbędny do realizacji poszczególnych faz wtrysku oraz zamykając samą iglicę, tak by ta nie mogła otworzyć się przy niewielkim ciśnieniu. Do wykonania kolejnego pełnego cyklu wtrysku (fazy: przedwtrysku, wtrysku głównego i powtrysku) niezbędne jest „rozładowanie” ciśnienia z komory sprężyny rozpylacza za pomocą specjalnej szczeliny przebiegającej dookoła tłoczka zamykającego. Zastosowanie tłoczka zamykającego pozwoliło wyeliminować tłoczek wyrównujący stosowany w pompowtryskiwaczach z elektromagnetycznym zaworem sterującym.

Szesnastozaworowe silniki wysokoprężne koncernu V.A.G. mogą być wyposażone w pompowtryskiwacze sterowane zaworem piezoelektrycznym o dwóch różnych oznaczeniach. Wcześniejsze modele posiadały pompowtryskiwacze o oznaczeniu PPD 1.0, a późniejsze – PPD 1.1. Dokładna identyfikacja typu pompowtryskiwacza musi być dokonana z uwzględnieniem oznaczeń i numerów seryjnych, gdyż ich przypadkowa zamiana spowoduje nieprawidłowości w pracy jednostki napędowej. 

O Autorze

Inżynier mechanik, autor materiałów szkoleniowych dla branży motoryzacyjnej, audytor branży motoryzacyjnej

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę