Pompa paliwa

Pompa paliwa ma za zadanie dostarczenie paliwa do układu zasilania, zapewnienie odpowiedniego ciśnienia paliwa, przynajmniej równego ciśnieniu wymaganemu w układzie (zalecana jest nadwyżka ciśnienia podawanego przez pompę w stosunku do ciśnienia ustalanego przez regulator w celu utrzymania pełnego napełnienia układu) oraz zapewnienie odpowiedniego wydatku (większego od maksymalnego zużycia paliwa przez silnik). W niskociśnieniowych układach wtryskowych stosowane są dwa rodzaje pomp paliwa: pompa rotacyjna i pompa wirnikowa.

W pompie rotacyjnej wirująca tarcza zabierakowa napędzana jest bezpośrednio wałkiem silnika elektrycznego o stałym wzbudzeniu z wirnikiem omywanym paliwem. Na obwodzie tarczy znajdują się wycięcia, w których umieszczono rolki robocze. Rolki w czasie pracy są dociskane do mimoosiowo wykonanej bieżni siłą bezwładności. Paliwo znajdujące się w przestrzeni pomiędzy sąsiednimi rolkami ulega sprężeniu i opuszcza pompę przez króciec wylotowy pod zwiększonym ciśnieniem.

 

Przykłady budowy pompy rotacyjnej oraz schemat tarczy zabierakowej

Zawór przelewowy umieszczony w pompie zapobiega nadmiernemu wzrostowi ciśnienia pompy w razie wystąpienia zwiększenia przeciwciśnienia po stronie tłocznej. Zawór doprowadza wtedy paliwo na stronę ssawną, tworząc krótki obieg przepływu wewnątrz pompy. Zadaniem zaworu zwrotnego po stronie tłocznej jest utrzymanie resztkowego ciśnienia po wyłączeniu silnika. Chroni to przed tworzeniem się pęcherzy par paliwa.

Pompa wirnikowa umieszczona jest wewnątrz zbiornika paliwa w odpowiednim koszu, w którym znajduje się również czujnik poziomu paliwa oraz po stronie ssącej pompy siatkowy filtr paliwa. Warunkiem poprawnej pracy pompy jest jej całkowite zanurzenie w tłoczonym paliwie. Przepływające przez pompę paliwo chłodzi pompę oraz czyści szczotki i kolektor. Pompa wyposażona jest w zawór nadmiarowy, który łączy komorę tłoczenia z komorą ssania, kiedy ciśnienie w komorze tłoczenia przekroczy dopuszczalną wartość zapobiegając w ten sposób przegrzewaniu się silnika elektrycznego. Umieszczony w komorze tłoczenia zawór zwrotny zapobiega całkowitemu opróżnieniu układu zasilania, gdy pompa nie pracuje. Nominalna wydajność pompy zależy od prędkości wirnika, która z kolei zależy od napięcia zasilania.

 

Schemat umiejscowienia pompy wirnikowej, w środku pompa układu Multec

Pompa wirnikowa składa się z dwóch części: elektrycznej i mechanicznej. Część elektryczna to silnik prądu stałego, który napędza mechaniczną pompkę tłoczącą paliwo. Do napędu pomp wykorzystuje się silniki elektryczne ze wzbudzeniem od magnesów trwałych i z wirnikiem obmywanym paliwem. Nie zagraża to wybuchem, ponieważ w żadnych warunkach nie może wytworzyć się wybuchowa mieszanka paliwowo-powietrzna. Takie rozwiązanie napędu pozwoliło uprościć konstrukcję i zmniejszyć w znaczny sposób obciążenia termicznie oraz pobór mocy przez pompę. Przy zastosowaniu odpowiednich materiałów na ulegające szczególnie szybkiemu zużyciu komutator i szczotki uzyskano dużą niezawodność i trwałość pomp.

 

Schemat dwustopniowej pompy wirnikowej

Pompa wirnikowa jest najczęściej pompą dwustopniową, w której oba stopnie są pompami boczno–wirnikowymi zespolonymi w jednym wirniku – rysunek powyżej. Wieniec łopatkowy pompy jest otoczony kanałem bocznym znajdującym się w pokrywie obudowy od strony ssawnej oraz analogicznym kanałem w  pokrywie od strony wnętrza pompy. W czasie ruchu obrotowego wirnika paliwo w wieńcu łopatkowym uzyskuje energię kinetyczną, która zostaje zamieniona na energię ciśnienia w kanałach bocznych przylegających do wirującego wieńca.

Zasilanie elektryczne pompy niskociśnieniowej odbywa się przez przekaźnik – rysunek poniżej. Po włączeniu zapłonu pompa pracuje przez kilka sekund i jeżeli w tym czasie nie nastąpi próba uruchomienia silnika, to następuje jej wyłączenie.

Zanurzeniowa, niskociśnieniowa pompa wirnikowa stosowana jest również do zasilania wysokociśnieniowego układu wtrysku benzyny. W układzie tym pompa wykorzystywana jest do dostarczenia odpowiedniej ilości paliwa do pompy wysokociśnieniowej. Zasilanie elektryczne (sterowanie pompą wirnikową) jest analogiczne do układów wtrysku niskociśnieniowego.

 

Widok oraz schemat zasilania elektrycznego pompy paliwa PL 012

Pompa wysokiego ciśnienia ma za zadanie wytworzyć wysokie ciśnienie w układzie wtryskowym, rzędu kilkudziesięciu MPa. Z tego względu rozwiązania techniczne, wystarczające w przypadku pomp niskociśnieniowych (sprężanie paliwa pomiędzy rolkami, nadawanie paliwu energii kinetycznej w wieńcu łopatkowym), w przypadku pomp wysokociśnieniowych muszą zostać zastąpione przez rozwiązania bazujące na tłokowym przetłaczaniu paliwa. W zależności od położenia osi tłoczków pompy względem osi wałka napędowego wyliczyć można trzy rozwiązania wysokociśnieniowych pomp tłokowych: pompa promieniowa, osiowa i szeregowa – rysunek poniżej.

 

Typy pomp wysokiego ciśnienia wraz z oceną ich właściwości

Jak wynika z powyższego rysunku, najlepszym rozwiązaniem jest pompa promieniowa. Takie też pompy dominują wśród wysokociśnieniowych układów zasilania – rysunki poniżej. Pompa wysokociśnieniowa napędzana jest przez wał rozrządu (połączenie kołnierzowe po stronie poboru mocy silnika).

 

Schemat (a), budowa (b) i wygląd pompy promieniowej (c)
układu wtryskowego benzyny firmy Siemens

 

Schemat budowy pompy promieniowej układu wtryskowego benzyny
firmy Mitsubishi