POMPA DE INJECTIE
1. Rolul functional
Pompele de injectie care intra in
componenta echipamentelor de injectie au un rol complex si variat. In
primul rand, pentru obtinerea unor caracteristici optime ale jetului de
combustibil injectat in cilindrul motorului, pompele de injectie trebuie sa
dezvolte presiuni de refulare (injectie) foarte mari (300…1100 bar si
uneori mai mari – de exemplu, la pompele-injector). In al doilea rand, pompele
de injectie trebuie sa permita dozarea cantitatii de combustibil pe ciclu
in concordanta cu regimul de functionare, asigurand totodata si uniformitatea
dozei de combustibil la toti cilindrii motoarelor policilindrice. In al
treilea rand, pompele de injectie trebuie sa asigure avansul la injectie
optim, limitarea duratei injectiei si caracteristica de injectie optima. De
asemenea, pompele de injectie trebuie sa fie fiabile, durabile, sa aiba
constructie simpla, cost scazut si o exploatare cat mai simpla.
Problema esentiala a pompelor de
injectie o constituie realizarea presiunilor mari de injectie, solicitate de
necesitatea pulverizarii fine a combustibilului. Aceste presiuni pot fi
asigurate numai de catre pompele cu piston. Pentru aceste valori ale presiunii
de injectie (sute de bar), apar insa probleme deosebite in legatura cu precizia
de executie a pistonului si cilindrului pompei, precum si cu etansarea acestui
cuplu de piese fata de mediul exterior. Singura modalitate de etansare
eficienta o constituie reducerea jocului dintre pistonul si cilindrul pompei la
valori de 1,5…3 mm si
practicarea unei executii cu lungimea pistonului sporita in raport cu diametrul
sau. Aceasta presupune operatii de rectificare fina, cu abateri de forma (de la
calitatea prelucrarii suprafetelor si de la pozitia lor reciproca) extrem de
stranse, precum si operatii de rodare si de “imperechere” a pistonului cu
cilindrul, care devin astfel cu regim interzis de interschimbabilitate.
2. Principiul de functionare
Schema de principiu a unei pompe de
injectie cu piston este prezentata in figura 2.89.a. Elementul de pompare se
compune din cilindrul 1 si pistonul 2. Combustibilul este aspirat, prin
supapa de aspiratie 3, in spatiul C, in momentul in care pistonul se
deplaseaza in cursa de aspiratie sub actiunea arcului 4. Deplasarea pistonului in cursa de refulare are loc sub actiunea
camei 5 si a tachetului 6. Combustibilul din spatiul C este comprimat si refulat la presiuni
de sute de bari catre spatiul R,
prin supapa de refulare 7.
Se constata deci ca, pentru realizarea procesului de injectie, pistonul
pompei efectueaza o cursa de aspiratie si una de refulare. Antrenarea
pistonului in cursa de refulare se face rigid, prin cama profilata. Aceasta
prezinta ca avantaj principal posibilitatea alegerii legii de miscare a
pistonului, astfel incat sa se asigure caracteristica de injectie optima si sa
fie satisfacute conditiile unei bune pulverizari a combustibilului. Din acest
motiv, antrenarea pistonului cu cama profilata are, in prezent, o raspandire
aproape generala. Antrenarea pistonului in cursa de refulare se poate face si
elastic, prin arc. La antrenarea elastica insa, legea de deplasare a pistonului
nu poate fi controlata; in schimb, procesul de injectie este scos de sub
influenta turatiei, ceea ce favorizeaza pulverizarea si uniformitatea dozelor
de combustibil injectat la turatii reduse. Antrenarea elastica a pistonului este specifica doar
echipamentelor de injectie cu acumulare (vezi subcapitolul 3).
Marimea dozei refulate se stabileste
in concordanta cu necesitatile regimului de functionare al motorului, prin
fractionarea cursei de refulare a pistonului intr-o cursa utila su, variabila (fig.2.89.b),
si, cel mai des, in doua curse moarte sm1
si sm2, una fixa si
cealalta variabila sau ambele variabile. Cursa utila su se plaseaza, de obicei, in portiunea de viteza maxima
a pistonului (fig.2.89.b).
In forma prezentata in figura 2.89.a,
pompa de injectie cu piston refuleaza in spatiul R intreaga cantitate de combustibil aspirata in spatiul C. Pentru corelarea dozei de
combustibil refulata cu regimul de functionare al motorului, fie se comanda din
exterior sectiunea de curgere a, fie
se utilizeaza o cama cu profil variabil deplasabila axial.
Clasificarea pompelor de
injectie
Din punct de vedere constructiv,
pompele de injectie se impart in doua grupe: a) cu cursa constanta si b) cu
cursa variabila. La randul lor, pompele de injectie cu cursa constanta a
pistonului pot fi: 1) cu supape si 2) cu piston sertar.
In figura 2.90.a este prezentata
schema pompei cu supape, avand cursa pistonului constanta. In figura 2.90.b
este prezentata schema pompei de injectie tot cu cursa pistonului constanta,
insa aceasta este cu piston sertar de tip rotitor. Pompa de injectie avand
cursa pistonului reglabila este prezentata in figura 2.90.c.
Componenta si functionarea pompelor de injectie mentionate este urmatoarea:
prin rotirea camei 9 se actioneaza
rola 8 si tachetul 7, care determina deplasarea pistonului
2 si presarea combustibilului din
cilindrul 1. Prin supapa de refulare
4, combustibilul presat la nivelul
presiunii de injectie este trimis catre injector. In cazul pompei de injectie
din figura 2.90.a, refularea se intrerupe in momentul in care se deschide
supapa de refulare 5, actionata prin
dispozitivul de reglare 10. Datorita
energiei potentiale de deformatie a arcului 6, pistonul 2 efectueaza
cursa de umplere; combustibilul patrunde in cilindrul pompei prin supapa de
aspiratie 3 (fig. 2.90.a si c). La
pompa cu piston-sertar (fig.2.90.b), lipseste supapa de aspiratie 3, iar reglarea cantitatii de
combustibil refulat se face prin rotirea pistonului 2. La pompa din figura 2.90.c, reglarea se face prin deplasarea
axiala a camei 9.
In cazul pompelor de injectie din
figura 2.90.a si b, se refuleaza numai o fractiune din cantitatea de
combustibil aspirata in cilindrul 1.
Acestea sunt pompe cu aspiratie invariabila si descarcare partiala. Ele
prezinta ca principal avantaj refularea combustibilului la viteze mari ale
pistonului. In acest sens, cursa utila su
(fig.2.89.b) se plaseaza intre cursele moarte sm1 si sm2,
unde vitezele sunt reduse.
Pompa din figura 2.90.c este de tipul
cu aspiratie variabila si descarcare totala. Dupa acest principiu de reglare
este construita si pompa cu element unic de refulare si distribuitor rotativ,
raspandita in prezent la MAC-urile cu turatii inalte, utilizate in tractiunea
rutiera. La aceste pompe, doza de combustibil corespunzatoare fiecarui regim de
functionare a motorului se aspira integral in spatiul de aspiratie, dupa care
este refulata in totalitate catre injector.
O clasificare completa a pompelor de
injectie este prezentata in tabelul 2.2.
Tabelul 2.2. Clasificarea pompelor de injectie cu piston
|
Criteriul
de clasificare
|
Posibilitati
de realizare
|
Exemple
constructive
|
|
1. Metoda de reglare a
dozei de combustibil
|
1.1. Prin aspiratie
invariabila si refulare partiala
|
1.1.1. Prin supa-pa
comandata
|
a. Pompe cu supapa care
comanda sfarsitul injectiei (Dekkel)
|
|
1.1.2. Prin lami-nare
|
b. Pompe cu supapa de
by-pass-are a refularii (fara aplicatie
|
|
1.1.
Prin ser-tar
|
c. Pompe cu piston sertar
si supapa de aspiratie
|
|
d. Pompe cu piston sertar
fara supapa de aspiratie*
|
|
1.2. Prin aspiratie
variabila si refulare totala
|
1.2.1. Prin vari-atia
cursei pisto-nului
|
e. Pompe cu cama cu profil
variabil
|
|
f. Pompe cu cama cu profil
constant si culbutor cu punct de oscilatie variabil
|
|
1.2.2. Prin lami-narea
variabila a aspiratiei
|
g. Pompe cu distribuitor
rotativ*
|
|
2. Modul de plasare a
camelor de injectie
|
2.1. Pe arborele cu came
propriu
|
h. Pompe in linie*
|
|
i. Pompe cu distribuitor
rotativ
|
|
2.2. Pe arborele de
distributie al motorului
|
j. Pompe individuale*
|
|
k. Pompe injector
|
|
Modul de de-servire a cilindri-lor motorului
|
1. Fiecare cilindru este
deservit de cate un element de refulare
|
l. Pompe individuale
|
|
m. Pompe in linie
|
|
n. Pompe injector
|
|
2. Toti cilindrii
motorului sunt deserviti de acelasi element de refulare
|
o. Pompe cu distribuitor
rotativ
|
*Au raspandirea cea
mai mare (pompele in linie, individuale si pompele-injector sunt pompe cu
piston-sertar).
Cele mai raspandite sunt pompele cu
piston-sertar, cu sau fara arbore cu came propriu. Pompele din prima categorie
sunt formate dintr-un numar de elemente de refulare, egal cu numarul de
cilindri ai motorului, unite intr-un bloc unic; actionarea elementelor de
refulare se efectueaza prin intermediul unui arbore cu came comun, cuprins in
corpul pompei. Dispunerea elementelor de refulare in lungul arborelui cu came a
consacrat acestor pompe denumirea de pompe de injectie in linie sau pompe de
injectie monobloc.
Pompele din categoria a doua sunt
constituite, in general, din cate un element de refulare destinat fiecarui
cilindru al motorului. Elementul de refulare este realizat deci sub forma unei
pompe de injectie individuale si este actionat prin intermediul unei came de
injectie plasata, de regula, pe arborele de distributie al motorului. Exista si
constructii de pompe fara arbore cu came propriu (pentru unele MAC-uri racite
cu aer, de cilindree mica si turatie ridicata) la care doua, trei si, mai rar,
patru elemente de refulare sunt unite intr-un bloc unic.
In categoria pompelor individuale
intra si pompele-injector, constructii care unesc in acelasi ansamblu si pompa
de injectie si injectorul, eliminandu-se astfel conducta de inalta presiune –
sursa permanenta de fenomene care perturba desfasurarea normala a procesului de
injectie.
4. Pompa de injectie cu piston-sertar
Datorita avantajelor insemnate pe care
le prezinta:
a)
asigurarea inceputului si
sfarsitului procesului de injectie la viteze mari ale pistonului-sertar
(presiuni mari de injectie);
b)
posibilitatea reglarii dozei de
combustibil injectate prin simpla rotire a pistonului in cilindru;
c)
constructie simpla;
d)
siguranta sporita in functionare;
e)
deservire usoara.
pompele de
injectie cu piston-sertar au astazi o raspandire aproape generala.
Pompa de injectie cu piston-sertar
functioneaza astfel: cilindrul se umple cu combustibil la sfarsitul cursei
descendente, cand pistonul descopera orificiile de alimentare (fig.2.91.a si
b). La inceputul cursei ascendente, pompa nu refuleaza, deoarece, initial,
orificiile de alimentare sunt deschise (fig. 2.91.c). Dupa ce pistonul a
acoperit cu partea sa superioara orificiile de alimentare (cursa h1
– preliminara), pistonul continua sa urce, presand combustibilul (fig. 2.91.d
si e), cursa numindu-se de “comprimare” (cursa h2). Cand presiunea
din cilindru invinge tensiunea resortului supapei de refulare, combustibilul
este trimis spre injector (fig. 2.91.f), cursa numindu-se cursa activa (de
refulare) h Ea dureaza pana in momentul in care marginea elicoidala a
pistonului deschide orificiile de alimentare (fig. 2.91.g) si combustibilul
este trimis prin aceste orificii inapoi, in partea de joasa presiune. De acum
si pana cand pistonul ajunge in PMI are loc a doua cursa moarta h4.
Reglarea dozei de combustibil injectate se realizeaza prin rotirea
pistonului-sertar in jurul propriei axe. Ca urmare, daca in plina sarcina,
lungimea rampei elicoidale este maxima si pistonul refuleaza doza maxima (fig.
2.92.a), la rotirea pistonului-sertar, cursa utila a pistonului se micsoreaza
datorita reducerii inaltimii rampei elicoidale in dreptul orificiilor de
alimentare (fig. 2.92.b si c). Cursa utila se anuleaza si pompa nu refuleaza
atunci cand canalul pistonului-sertar vine in dreptul orificiilor de
alimentare, asigurand legatura permanenta dintre cilindrul pompei si aceste
orificii.
Referitor la reglarea dozei de
combustibil injectate in cilindrul motorului, trebuie mentionat ca acest reglaj
poate fi realizat modificand fie momentul sfarsitului injectiei, fie momentul
inceputului injectiei, fie ambele momente (reglajul combinat). In primul caz
(fig. 2.9a), inceputul injectiei (punctul A) ramane constant indiferent de
regimul de functionare al motorului. Sfarsitul injectiei (punctele B1,
B2, B3) poate fi modificat si, prin aceasta se modifica
si cursa de refulare a pompei. Acest procedeu de reglare este folosit, in
general, la MAC-uri care functioneaza la turatie constanta (motoare auxiliare
sau motoare principale cuplate cu EPR).
In cazul in care se modifica inceputul
injectiei (figura 2.9b), injectia va incepe in A1, A2,
sau A3, in timp ce sfarsitul injectiei (punctul B) ramane constant.
Acest procedeu se utilizeaza, cu precadere, la motoarele principale cuplate
direct cu propulsorul de tip EPF, la care variatia sarcinii se realizeaza
concomitent cu variatia turatiei.
La procedeul de reglaj combinat (fig. 2.9c), se modifica atat
inceputul injectiei (punctele A1, A2, A3), cat
si sfarsitul injectiei (punctele B1, B2, B3).
Acest procedeu se aplica la MAC-uri cu domenii mari de variatie atat a turatiei,
cat si a puterii.
Procedeul de reglaj utilizat are
influenta asupra desfasurarii procesului de ardere si a economicitatii
motorului. Astfel, daca nu se modifica sfarsitul injectiei, atunci la turatii
reduse, arderea se prelungeste in destindere, marind pierderile termice. Daca
se mentine constant inceputul injectiei, atunci la turatii reduse creste durata
avansului la injectie, ceea ce duce la
cresterea rapida a presiunii fluidului motor, inainte ca pistonul sa ajunga in
pmi.
Refularea combustibilului se
realizeaza prin intermediul unei supape care intrerupe legatura dintre conducta
de inalta presiune si cilindrul pompei de injectie, in intervalul dintre doua
curse utile. Cand cursa de refulare inceteaza, supapa se aseaza pe scaun sub
actiunea resortului propriu, impiedicand aspiratia combustibilului din conducta
de inalta presiune, ceea ce ar face imposibila reluarea injectiei.
Supapa de refulare indeplineste si o a
doua functiune: descarca conducta de inalta presiune de presiunile reziduale
inalte, dar, in special, asigura intreruperea brusca a injectiei, ameliorand
astfel fenomenul de picurare.
Conform tipizarii Bosh, producatoare de echipament de injectie tipizat din anul 1927,
pompele de injectie se impart conventional in mai multe marimi, diferentiate
prin valoarea cursei de refulare a pistonului-sertar (inaltimea de ridicare pe
cama de injectie). Marimea pompei se identifica printr-un simbol literal, care
se include in simbolul general al pompei. De regula, simbolul marimii se
plaseaza intre simbolul prin care se identifica numarul sectiunilor de pompare
si cel care exprima valoarea diametrului pistonului-sertar. De exemplu, pompa
de injectie cu simbolul general PFR 1 K
65 A 33212 este o pompa de injectie de marime K (cursa de refulare a pistonului este de 7 mm), cu o singura
sectiune de pompare si cu valoarea diametrului pistonului-sertar de 6,5 mm.
Pompele de injectie de o anumita
marime pot fi realizate in mai multe variante constructive, executandu-se
pistoane cu diametre diferite, tipizate. In acest fel, se obtine o plaja
intinsa de valori pentru debitul de combustibil refulat, reusindu-se, cu
aceeasi marime de pompa, sa se deserveasca o gama diversa de motoare.
Marimea pompei de injectie se alege in
functie de parametrii constructivi si functionali ai motorului pe care aceasta
urmeaza sa-l echipeze, utilizand nomograme oferite de firmele constructoare:
Bosch, Bryce-Berger, l’Orange, Friedman-Maier, Yanmar, WZM (Delta), MOTORPAL,
MEFIN-Sinaia etc. Pentru utilizarea nomogramelor este necesara si cunoasterea
valorii cantitatii de combustibil injectat pe ciclu (teoretic, egala cu doza
refulata de elementul de pompare in timpul cursei utile). Aceasta se poate
determina cu relatia:
QI = 10Pe.ce/(inpr60) [mm3/cursa] (2.12)
In care Pe este puterea efectiva a motorului, in kW; ce – consumul specific de
combustibil, in g/kWh; i – numarul
de cilindri ai motorului; np
– turatia axului cu came al pompei de injectie, in rot/min si r - densitatea combustibilului, in kg/dm
