ระบบหัวฉีดเครื่องยนต์ดีเซล - ฉีดตรงด้วยปั๊มโรตารี่ VP 30, 37 และ VP 44

ราคาน้ำมันที่พุ่งสูงขึ้นอย่างต่อเนื่องได้ผลักดันให้ผู้ผลิตเร่งพัฒนาเครื่องยนต์ดีเซล จนถึงสิ้นยุค 80 พวกเขาเล่นเพียงไวโอลินตัวที่สองนอกเหนือจากเครื่องยนต์เบนซิน ผู้ร้ายหลักคือความเทอะทะ เสียง และการสั่นสะเทือน ซึ่งไม่ได้รับการชดเชยด้วยการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ สถานการณ์น่าจะรุนแรงขึ้นด้วยข้อกำหนดทางกฎหมายที่เข้มงวดขึ้นเพื่อลดการปล่อยมลพิษในก๊าซไอเสีย เช่นเดียวกับในด้านอื่น ๆ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีอำนาจทุกอย่างได้ให้ความช่วยเหลือแก่เครื่องยนต์ดีเซล

ในช่วงปลายยุค 80 แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุค 90 ได้มีการเปิดตัวระบบควบคุมเครื่องยนต์ดีเซลแบบอิเล็กทรอนิกส์ (EDC) ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีเซลอย่างมีนัยสำคัญ ข้อได้เปรียบหลักคือทำให้เป็นละอองของเชื้อเพลิงได้ดีขึ้นโดยผ่านแรงดันที่สูงขึ้น เช่นเดียวกับการฉีดเชื้อเพลิงที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ตามสถานการณ์ปัจจุบันและความต้องการของเครื่องยนต์ พวกเราหลายคนจะจำจากประสบการณ์จริงว่า "ไปข้างหน้า" แบบไหนที่ทำให้เกิดการเปิดตัวเครื่องยนต์ 1,9 TDi ในตำนาน เช่นเดียวกับไม้กายสิทธิ์ 1,9 D / TD ที่เทอะทะมาจนบัดนี้ได้กลายเป็นนักกีฬาที่ว่องไวโดยใช้พลังงานต่ำมาก

ในบทความนี้ เราจะบอกคุณว่าปั๊มฉีดแบบโรตารี่ทำงานอย่างไร ก่อนอื่นเราจะอธิบายวิธีการทำงานของปั๊มกลีบหมุนที่ควบคุมด้วยกลไกและปั๊มที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างคือปั๊มฉีดจาก Bosch ซึ่งเป็นผู้บุกเบิกและยังคงเป็นผู้ผลิตระบบหัวฉีดสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลรายใหญ่ที่สุด

ชุดหัวฉีดพร้อมปั๊มโรตารี่จ่ายเชื้อเพลิงให้กับกระบอกสูบทั้งหมดของเครื่องยนต์พร้อมกัน เชื้อเพลิงถูกแจกจ่ายไปยังหัวฉีดแต่ละตัวโดยลูกสูบผู้จัดจำหน่าย ปั๊มกลีบแบบหมุนจะแบ่งออกเป็นแนวแกน (มีหนึ่งลูกสูบ) และรัศมี (มีลูกสูบสองถึงสี่ลูกสูบ) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของลูกสูบ

ปั๊มฉีดโรตารี่พร้อมลูกสูบและตัวจ่ายในแนวแกน

สำหรับคำอธิบาย เราจะใช้ปั๊ม Bosch VE ที่มีชื่อเสียง ปั๊มประกอบด้วยปั๊มป้อน ปั๊มแรงดันสูง ตัวควบคุมความเร็ว และสวิตช์หัวฉีด ปั๊มใบพัดป้อนส่งเชื้อเพลิงไปยังพื้นที่ดูดของปั๊ม จากตำแหน่งที่เชื้อเพลิงเข้าสู่ส่วนแรงดันสูง ซึ่งจะถูกบีบอัดจนถึงแรงดันที่ต้องการ ลูกสูบผู้จัดจำหน่ายทำการเคลื่อนไหวแบบเลื่อนและหมุนได้พร้อมกัน การเคลื่อนที่แบบเลื่อนเกิดจากแกนลูกเบี้ยวที่เชื่อมต่อกับลูกสูบอย่างแน่นหนา ซึ่งช่วยให้เชื้อเพลิงถูกดูดเข้าและจ่ายไปยังท่อแรงดันสูงของระบบเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ผ่านวาล์วแรงดัน เนื่องจากการเคลื่อนที่แบบหมุนของลูกสูบควบคุม ทำให้ร่องกระจายในลูกสูบหมุนตรงข้ามกับช่องสัญญาณซึ่งสายแรงดันสูงของกระบอกสูบแต่ละอันเชื่อมต่อกับพื้นที่ส่วนหัวของปั๊มเหนือลูกสูบ เชื้อเพลิงจะถูกดูดเข้าไประหว่างการเคลื่อนที่ของลูกสูบไปยังจุดศูนย์กลางตายด้านล่าง เมื่อส่วนตัดขวางของท่อไอดีและร่องในลูกสูบเปิดเข้าหากัน

ปั๊มฉีดโรตารี่พร้อมลูกสูบเรเดียล

ปั๊มโรตารี่พร้อมลูกสูบแบบเรเดียลให้แรงดันฉีดที่สูงขึ้น ปั๊มดังกล่าวประกอบด้วยลูกสูบตั้งแต่สองถึงสี่ตัว ซึ่งจะเคลื่อนวงแหวนลูกเบี้ยวซึ่งติดอยู่ในลูกสูบในกระบอกสูบไปทางสวิตช์ฉีด วงแหวนลูกเบี้ยวมีจุดเชื่อมมากเท่ากับกระบอกสูบเครื่องยนต์ที่กำหนด เมื่อเพลาปั๊มหมุน ลูกสูบจะเคลื่อนที่ไปตามวิถีของวงแหวนลูกเบี้ยวโดยใช้ลูกกลิ้งและดันส่วนที่ยื่นออกมาของลูกเบี้ยวเข้าไปในพื้นที่แรงดันสูง โรเตอร์ของปั๊มป้อนเชื่อมต่อกับเพลาขับของปั๊มฉีด ปั๊มป้อนถูกออกแบบมาเพื่อจ่ายเชื้อเพลิงจากถังไปยังปั๊มเชื้อเพลิงแรงดันสูงที่แรงดันที่จำเป็นสำหรับการทำงานที่ถูกต้อง เชื้อเพลิงจะถูกส่งไปยังลูกสูบเรเดียลผ่านโรเตอร์ของตัวจ่ายซึ่งเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับเพลาปั๊มฉีด บนแกนของโรเตอร์จำหน่ายจะมีรูตรงกลางที่เชื่อมต่อช่องว่างแรงดันสูงของลูกสูบเรเดียลกับรูตามขวางเพื่อจ่ายเชื้อเพลิงจากปั๊มป้อนและสำหรับการจ่ายเชื้อเพลิงแรงดันสูงไปยังหัวฉีดของกระบอกสูบแต่ละอัน เชื้อเพลิงจะไหลเข้าสู่หัวฉีดในขณะที่เชื่อมต่อส่วนตัดขวางของรูโรเตอร์กับช่องในสเตเตอร์ปั๊ม จากนั้นเชื้อเพลิงจะไหลผ่านท่อแรงดันสูงไปยังหัวฉีดแต่ละตัวของกระบอกสูบเครื่องยนต์ การควบคุมปริมาณเชื้อเพลิงที่ฉีดเกิดขึ้นโดยการจำกัดการไหลของน้ำมันเชื้อเพลิงที่ไหลจากปั๊มป้อนไปยังส่วนปั๊มแรงดันสูง

ปั๊มฉีดโรตารีควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์

ปั๊มโรตารีแรงดันสูงที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันมากที่สุดในยานพาหนะในยุโรปคือ Bosch VP30 ซีรีส์ ซึ่งสร้างแรงดันสูงด้วยมอเตอร์ลูกสูบตามแนวแกน และ VP44 ซึ่งสร้างปั๊มดิสเพลสเมนต์บวกที่มีลูกสูบแนวรัศมีสองหรือสามตัว ปั๊มตามแนวแกนสามารถรับแรงดันหัวฉีดสูงสุดได้ถึง 120 MPa และปั๊มรัศมีสูงถึง 180 MPa ปั๊มถูกควบคุมโดยระบบควบคุมเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์ EDC ในช่วงปีแรก ๆ ของการผลิต ระบบควบคุมแบ่งออกเป็นสองระบบ ระบบหนึ่งควบคุมโดยระบบการจัดการเครื่องยนต์ และอีกระบบหนึ่งควบคุมโดยปั๊มหัวฉีด เริ่มใช้คอนโทรลเลอร์ทั่วไปหนึ่งตัวที่อยู่บนปั๊มโดยตรงทีละน้อย

ปั๊มหอยโข่ง (VP44)

หนึ่งในปั๊มประเภทนี้คือปั๊มลูกสูบแนวรัศมี VP 44 จาก Bosch ปั๊มรุ่นนี้เปิดตัวในปี 1996 โดยเป็นระบบฉีดเชื้อเพลิงแรงดันสูงสำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลและรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ขนาดเล็ก ผู้ผลิตรายแรกที่ใช้ระบบนี้คือ Opel ซึ่งติดตั้งปั๊ม VP44 ในเครื่องยนต์ดีเซลสี่สูบของ Vectra 2,0 / 2,2 DTi ตามมาด้วย Audi ที่มีเครื่องยนต์ 2,5 TDi ในประเภทนี้ การเริ่มต้นของการฉีดและการควบคุมการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดโดยใช้โซลินอยด์วาล์ว ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ระบบหัวฉีดทั้งหมดถูกควบคุมโดยชุดควบคุมแยกกันสองชุด แยกกันสำหรับเครื่องยนต์และปั๊ม หรือชุดหนึ่งสำหรับอุปกรณ์ทั้งสองที่อยู่ในปั๊มโดยตรง หน่วยควบคุมประมวลผลสัญญาณจากเซ็นเซอร์จำนวนหนึ่ง ซึ่งเห็นได้ชัดเจนในรูปด้านล่าง

จากมุมมองของการออกแบบ หลักการทำงานของปั๊มโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับของระบบขับเคลื่อนด้วยกลไก ปั๊มเชื้อเพลิงแรงดันสูงพร้อมการกระจายในแนวรัศมีประกอบด้วยปั๊มห้องใบพัดพร้อมวาล์วควบคุมแรงดันและวาล์วปีกผีเสื้อไหล หน้าที่ของมันคือการดูดเชื้อเพลิง สร้างแรงดันภายในหม้อสะสม (ประมาณ 2 MPa) และเติมเชื้อเพลิงด้วยปั๊มลูกสูบแนวรัศมีแรงดันสูงที่สร้างแรงดันที่จำเป็นสำหรับการฉีดเชื้อเพลิงแบบละอองอย่างละเอียดเข้าไปในกระบอกสูบ (สูงสุดประมาณ 160 MPa) . ). เพลาลูกเบี้ยวหมุนพร้อมกับปั๊มแรงดันสูงและจ่ายเชื้อเพลิงให้กับกระบอกสูบหัวฉีดแต่ละตัว โซลินอยด์วาล์วแบบเร็วใช้ในการวัดและควบคุมปริมาณของเชื้อเพลิงที่ฉีดเข้าไป ซึ่งควบคุมโดยสัญญาณที่มีความถี่พัลส์แปรผันผ่านทางเอล หน่วยตั้งอยู่บนปั๊ม การเปิดและปิดวาล์วจะกำหนดเวลาระหว่างที่ปั๊มแรงดันสูงจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง ขึ้นอยู่กับสัญญาณจากเซ็นเซอร์มุมถอยหลัง (ตำแหน่งเชิงมุมของกระบอกสูบ) ตำแหน่งเชิงมุมทันทีของเพลาขับและวงแหวนลูกเบี้ยวในระหว่างการพลิกกลับจะถูกกำหนด ความเร็วในการหมุนของปั๊มฉีด (เมื่อเทียบกับสัญญาณจากเพลาข้อเหวี่ยง เซ็นเซอร์) และคำนวณตำแหน่งของสวิตช์หัวฉีดในปั๊ม โซลินอยด์วาล์วยังปรับตำแหน่งของสวิตช์หัวฉีด ซึ่งจะหมุนวงแหวนลูกเบี้ยวของปั๊มแรงดันสูงตามลำดับ เป็นผลให้เพลาที่ขับลูกสูบไม่ช้าก็เร็วสัมผัสกับวงแหวนลูกเบี้ยวซึ่งนำไปสู่การเร่งความเร็วหรือความล่าช้าในการเริ่มอัด วาล์วเปลี่ยนหัวฉีดสามารถเปิดและปิดอย่างต่อเนื่องโดยชุดควบคุม เซ็นเซอร์มุมบังคับเลี้ยวอยู่บนวงแหวนที่หมุนพร้อมกันกับวงแหวนลูกเบี้ยวของปั๊มแรงดันสูง เครื่องกำเนิดพัลส์ตั้งอยู่บนเพลาขับของปั๊ม จุดขรุขระสอดคล้องกับจำนวนกระบอกสูบในเครื่องยนต์ เมื่อเพลาลูกเบี้ยวหมุน ลูกกลิ้งเปลี่ยนเกียร์จะเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวของวงแหวนลูกเบี้ยว ลูกสูบถูกดันเข้าด้านในและอัดแรงดันน้ำมันเชื้อเพลิงให้มีแรงดันสูง การอัดเชื้อเพลิงภายใต้แรงดันสูงเริ่มต้นหลังจากการเปิดโซลินอยด์วาล์วด้วยสัญญาณจากชุดควบคุม เพลาจำหน่ายจะเคลื่อนไปที่ตำแหน่งด้านหน้าช่องจ่ายเชื้อเพลิงอัดไปยังกระบอกสูบที่เกี่ยวข้อง จากนั้นเชื้อเพลิงจะถูกส่งผ่านเช็ควาล์วปีกผีเสื้อไปยังหัวฉีด ซึ่งจะฉีดเข้าไปในกระบอกสูบ การฉีดจะสิ้นสุดลงด้วยการปิดของโซลินอยด์วาล์ว วาล์วจะปิดโดยประมาณหลังจากเอาชนะจุดศูนย์กลางตายด้านล่างของลูกสูบเรเดียลปั๊ม การเริ่มต้นของแรงดันที่เพิ่มขึ้นจะถูกควบคุมโดยมุมทับซ้อนของลูกเบี้ยว (ควบคุมโดยสวิตช์การฉีด) การฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงได้รับผลกระทบจากความเร็ว โหลด อุณหภูมิเครื่องยนต์ และความดันแวดล้อม ชุดควบคุมยังประเมินข้อมูลจากเซ็นเซอร์ตำแหน่งเพลาข้อเหวี่ยงและมุมเพลาขับในปั๊มอีกด้วย ชุดควบคุมใช้เซ็นเซอร์วัดมุมเพื่อกำหนดตำแหน่งที่แน่นอนของเพลาขับของปั๊มและสวิตช์หัวฉีด

1. - ปั๊มอัดขึ้นรูป Vane พร้อมวาล์วควบคุมแรงดัน

2. – เซ็นเซอร์มุมการหมุน

3. - องค์ประกอบควบคุมปั๊ม

4. - ปั๊มแรงดันสูงพร้อมเพลาลูกเบี้ยวและวาล์วระบายน้ำ

5. - สวิตช์ฉีดพร้อมวาล์วเปลี่ยน

6. - โซลินอยด์วาล์วแรงดันสูง

ปั๊มตามแนวแกน (VP30)

สามารถใช้ระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่คล้ายกันกับปั๊มลูกสูบแบบหมุนได้ เช่น ปั๊ม Bosch ประเภท VP 30-37 ซึ่งใช้ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลมาตั้งแต่ปี 1989 ในปั๊มเชื้อเพลิงแบบไหลตามแนวแกน VE ที่ควบคุมโดยผู้ว่าราชการนอกรีตทางกล การเดินทางที่มีประสิทธิภาพและปริมาณเชื้อเพลิงจะกำหนดตำแหน่งของคันเกียร์ แน่นอนว่าสามารถตั้งค่าได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ตัวควบคุมแม่เหล็กไฟฟ้าในปั๊มฉีดเป็นตัวควบคุมทางกลและระบบเพิ่มเติม ชุดควบคุมจะกำหนดตำแหน่งของตัวควบคุมแม่เหล็กไฟฟ้าในปั๊มฉีด โดยคำนึงถึงสัญญาณจากเซ็นเซอร์ต่างๆ ที่ตรวจสอบประสิทธิภาพของเครื่องยนต์

สุดท้ายนี้ มีตัวอย่างบางส่วนของปั๊มที่กล่าวถึงในรถบางรุ่น

ปั๊มเชื้อเพลิงโรตารีพร้อมมอเตอร์ลูกสูบแกน VP30 การใช้งาน เช่น Ford Focus 1,8 TDDi 66 kW

VP37 ใช้เครื่องยนต์ 1,9 SDi และ TDi (66 กิโลวัตต์)

ปั๊มฉีดโรตารี่พร้อมลูกสูบเรเดียล VP44 ใช้ในยานพาหนะ:

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

Audi A4 / A6 2,5 TDi

บีเอ็มดับเบิลยู 320d (100 กิโลวัตต์)

การออกแบบที่คล้ายกันคือปั๊มฉีดแบบโรตารี่ที่มีลูกสูบเรเดียลของ Nippon-Denso ใน Mazde DiTD (74 กิโลวัตต์)