POMPA DE INJECTIE

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 s_u, variabila (fig.2.89.b), si, cel mai des, in doua curse moarte s_m1 si s_m2, una fixa si cealalta variabila sau ambele variabile. Cursa utila s_u 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 s_u (fig.2.89.b) se plaseaza intre cursele moarte s_m1 si s_m2, 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

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:

Q_I = 10P_e.c_e/(in_pr [mm³/cursa] (2.12)

In care P_e este puterea efectiva a motorului, in kW; c_e - consumul specific de combustibil, in g/kWh; i - numarul de cilindri ai motorului; n_p - turatia axului cu came al pompei de injectie, in rot/min si r - densitatea combustibilului, in kg/dm