Pompa wtryskowa – nawet pancerne rozwiązania czasami wymagają uwagi

Starsze silniki diesla zawsze były głośne, miały dużą pojemność, nie generowały zbyt dużej mocy. Ale ich wielką zaletą była niezawodność i trwałość, a poza tym nikt nie narzekał na wysokie zużycie paliwa. Wiele z tych silników pracuje do dziś w nastoletnich i ponad dwudziestoletnich samochodach osobowych i dostawczych.

Pompy wtryskowe potrafiły pracować bez awarii nawet przez pół miliona kilometrów przebiegu. Względnie prosta konstrukcja mechaniczna, z minimalną ilością elektroniki sprawowała się znakomicie. Jednak przegrała. Jej największym wrogiem okazała się ekologia (normy emisji spalin Euro) a także walka o każdy mililitr spalanego paliwa. W związku z tym niezbędna była coraz większa precyzja w dawkowaniu paliwa, które musiało być też podawane pod coraz większym ciśnieniem. Pompy wtryskowe stosowano do lat dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia.

W 1997 roku pojawił się układ Common Rail. Wysokociśnieniowy, precyzyjny, bardziej ekologiczny, sprawiający, że silniki stały się cichsze i jeszcze bardziej oszczędne. I to on zaczął być stosowany przez wszystkich producentów. I tak jest do dziś, choć nie wiadomo, jaka będzie przyszłość. Najbliższe lata pokażą, czy pojawi się jego następca, czy też silniki diesla całkowicie odejdą do lamusa, stając się ofiarą coraz bardziej wyśrubowanych norm emisji spalin, zakazów wjazdu do miast i szaleństwa na punkcie elektromobilności.

Rodzaje pomp wtryskowych i ich budowa 

Do czasu wprowadzenia pompowtryskiwaczy i układów Common Rail, w silnikach diesla stosowano dwa rodzaje pomp – rzędowe i rozdzielaczowe. Przyjrzymy im się teraz bliżej.

Rzędowe pompy wtryskowe 

W silnikach diesla stosowano je od 1927 roku, ale pod maski aut osobowych trafiły dopiero w 1936 roku. Maksymalne ciśnienie wtrysku, generowane przez rzędowe pompy wtryskowe, sięgało 1100 barów.

Rzędowa pompa wtryskowa miała przed sobą szereg zadań - wytwarzała ciśnienie paliwa, odmierzała dawkę paliwa, dopasowywała kąt wtrysku do prędkości obrotowej jednostki napędowej, prowadziła regulację prędkości biegu jałowego a także prędkości maksymalnej.

Rzędowa pompa wtryskowa składa się z określonej liczby sekcji – jedna sekcja przypada na jeden cylinder silnika. Sekcje ułożone są w jednym rzędzie. Wspólny dla wszystkich sekcji jest wałek napędowy i metalowa listwa regulacyjna.

Każda sekcja zbudowana jest z następujących elementów

• Elementu tłoczącego, zwanego też parą zespoloną, składającego się z idealnie dopasowanych do siebie tłoczka oraz cylinderka. Obydwa elementy są chłodzone, smarowane i doszczelniane olejem napędowym
• Zaworu tłoczącego
• Króćca
• Śruby łączącej
• Kołnierza
• Ochraniacza
• Przeciwnakrętki
• Płytki regulacyjnej

W dolnej części pompy znajduje się wałek krzywkowy, napędzający sekcję za pomocą krzywki i popychacza rolkowego. Wałek smarowany jest olejem silnikowym.

Spójrzmy teraz na najważniejszy zespól pompy, czyli element tłoczący. Składa się on z dwóch elementów. To:

• Cylinderek otulający tłoczek, który posiada komorę wysokociśnieniową, a także otwór odpływowy i otwór dopływowy paliwa.
• Tłoczek o przekroju walca, który posiada odpowiednio ukształtowane szczeliny obwodowe i wzdłużne oraz wyfrezowaną śrubową krawędź sterującą.

Jak to działa w praktyce? Paliwo trafia do tłoczka za pomocą otworu dopływowego pod ciśnieniem do 0,15 MPa. Tłoczek porusza się w górę i zamyka otwór dopływowy paliwa.  Na skutek nacisku tłoczka, ciśnienie oleju napędowego w komorze wysokociśnieniowej cylinderka osiąga wartość do 120 MPa. Gdy ciśnienie paliwa przekroczy ciśnienie otwarcia zaworu wtryskiwacza, olej napędowy jest wtryskiwany do komory spalania danego cylindra.

Skok tłoczka jest zawsze ten sam. Regulacja dawki paliwa (od zera do dawki maksymalnej), odbywa się w wyniku obrotu tłoczka. Do obrotu tłoczka wykorzystywana jest metalowa listwa regulacyjna, która oddziałuje na zębatki tulejki regulacyjne. Listwa obraca wszystkimi tłoczkami pompy (w czterocylindrowym silniku będą cztery tłoczki).

Rzędowe pompy wtryskowe mogą być połączone z układem smarowania silnika samochodu, ale są też takie, w których olej trzeba uzupełniać i kontrolować jego poziom. Po wymianie filtra paliwa albo wtryskiwacza, pompa musi być odpowietrzana.

Sporo problemów sprawia obsługa serwisowa pomp. Wykwalifikowany mechanik musi co pewien czas sprawdzać (i regulować w razie potrzeby) kąt wyprzedzenia wtrysku, prędkość obrotową biegu jałowego, a także dokonać szeregu pomiarów, między innymi dawki paliwa.

Największą zaletą pomp rzędowych jest ich wysoka trwałość i prostota napraw. Największą wadą  stały się problemy dotyczące emisji substancji szkodliwych, a także nieco wyższe zużycie paliwa, niż w przypadku nowych, wysokociśnieniowych i precyzyjnych rozwiązań. Poza tym pompy zajmują dużo miejsca pod maską i wymuszają określony sposób ich montażu.

Rozdzielaczowe pompy wtryskowe 

Pierwsze pompy tego typu pojawiły się już w latach sześćdziesiątych ubiegłego stulecia. Ich popularność wzrosła nieco później. Rozdzielaczowe pompy wtryskowe zaczęły powoli zastępować pompy rzędowe. Miało na to wpływ wiele czynników. Pompy rozdzielaczowe mają mniejszą masę od rzędowych, są niezależne od układu smarowania silnika, mogą być sterowane elektronicznie, jak również można je montować w dowolnym miejscu silnika.

Pompy tego typu osiągnęły bardzo dużą popularność. Przykładem mogą być pompy wtryskowe firmy Bosch VP44, zastosowane w produkowanej przez koncern Volkswagen rodzinie silników TDI.

Zasadnicza różnica w stosunku do pomp rzędowych polega na tym, że w rozdzielaczowych jest tylko jeden zespół tłoczący, niezależnie od liczby cylindrów (w rzędowych – jeden na każdy cylinder). Pompa rozdzielaczowa jest smarowana i chłodzona za pomocą oleju napędowego. Nie wymaga smarowania olejem silnikowym.

Rozdzielczowa pompa wtryskowa zbudowana jest z następujących elementów:

• Wałka napędu (na którym zabudowana jest pompa łopatkowa, podająca paliwo, koło napędzające regulator dawki paliwa i tarcza krzywkowa)
• Pompy łopatkowej o dużej wydajności (do 180 l/h) - pompa podaje stałą ilość paliwa z każdym obrotem. Paliwo jest kierowane do wtryskiwaczy, jak również do smarowania i odbierania ciepła z pracujących elementów pompy. Pompa wyposażona jest w zawór regulacji ciśnienia.
• Układu napędzającego skok tłoka roboczego
• Pary precyzyjnej, odpowiedzialnej za sprężanie oleju napędowego. Jej zasadniczym elementem jest tłoczek. Jest on napędzany przez układ napędowy, który nadaje mu ruch obrotowy oraz przez tarczę krzywkową, która nadaje mu ruch posuwisto – zwrotny.

Tłok posiada odpowiednio wyprofilowane szczeliny sterujące. Odpowiednie ciśnienie oleju napędowego uzyskiwane jest na skutek równoczesnego skoku tłoka i zamknięcia przez niego kanału dopływowego paliwa. Po osiągnięciu odpowiedniej wartości ciśnienia paliwa, unosi się tłoczek zaworu ciśnieniowego. Paliwo jest wówczas tłoczone do wtryskiwaczy.

• Układu regulacji dawki paliwa
• Układu regulacji początku wtrysku
• Mechanicznego regulatora prędkości obrotowej
• Przyspieszacza wtrysku rozruchu zimnego silnika, co ma na celu zmniejszenie emisji szkodliwych spalin i hałasu pracującego silnika.

Rozdzielaczowe pompy wtryskowe mogą wymagać okresowych regulacji:  początku tłoczenia (niezbędny jest czujnik zegarowego miernika przemieszczenia), prędkości biegu jałowego a także maksymalnej prędkości obrotowej. Obydwie wartości można regulować za pomocą śrub regulacyjnych.

Elektronizacja rozdzielaczowych pomp wtryskowych 

Aby usprawnić pracę rozdzielaczowych pomp wtryskowych, a także zmniejszyć hałas i emisję spalin, rozpoczęto ich elektronizację. W tym celu zaczęto stosować elektroniczne układy EDC.

Układ EDC składa się z następujących elementów:

• Sterownika elektronicznego, który określa dawkę paliwa, początek wtrysku, steruje zaworem recyrkulacji spalin EGR, a także ustala ciśnienie doładowania, realizowane przez turbosprężarkę.
• Czujników elektronicznych, przekazujących stale informacje do sterownika – między innymi prędkości obrotowej, temperatury płynu chłodzącego, ciśnienia powietrza dolotowego, ciśnienia doładowania, położenia pedału przyspieszenia
• Regulatora dawki paliwa, zaworu elektromagnetycznego w układzie recyrkulacji spalin EGR, regulatora pracy turbosprężarki itd.

EDC komunikuje się z czujnikami, regulatorami i innymi systemami za pomocą magistrali CAN.

Zastosowanie sterownika umożliwiło też dostosowanie jednostki napędowej do potrzeb takich systemów jak układ kontroli trakcji, system przeciwpoślizgowy ESP, przeciwkradzieżowego odcięcia zapłonu czy też tempomatu. EDC ma również możliwość wprowadzenia jednostki napędowej w tryb awaryjny z podświetleniem kontrolki check engine po wykryciu nieprawidłości.

Największą wadą pomp rozdzielaczowych, która przesądziła o zaprzestaniu ich produkcji, była niemożność spełnienia przez nie zaostrzonych norm emisji spalin. Z racji tego, że pompy były chłodzone i smarowane olejem napędowym, stały się bardzo wrażliwe na jego jakość. Pompy miały też wiele zalet – silniki nie były paliwożerne a pompy były trwałe. Pompy tego typu były szczególnie popularne w latach dziewięćdziesiątych. Przerwało to dopiero wejście do masowej produkcji wysokociśnieniowych układów Common Rail (w 1997 roku) i masowe przejście na ten typ wszystkich producentów silników diesla. 

Awarie pomp wtryskowych 

Jakie są typowe awarie pomp wtryskowych starszego typu?

• Niemożność uruchomienia silnika – powodem może być uszkodzenie wałka pompy albo awaria zaworu regulacji ciśnienia paliwa. W przypadku pompy rzędowej powodem może być też zatarcie na skutek braku oleju. W pompie mogły tez znaleźć się opiłki metalu.
• Problemy z rozruchem zimnego silnika – powodem może być awaria wałka, uszkodzenie krzywki, brak pracy ze strony jednej sekcji pompy rzędowej, a także zużycie eksploatacyjne zespołu tłoczącego
• Problemy z rozruchem ciepłego silnika – jak wyżej
• Utrata mocy przez silnik – zatarta lub odłączona jedna z sekcji pompy rzędowej, uszkodzony zawór regulacji ciśnienia paliwa, zanieczyszczona pompa. Powodem tej awarii może być też prozaiczna sprawa – zapchanie filtra powietrza albo paliwa.
• Falowanie obrotów silnika – powodem mogą być opiłki w pompie lub uszkodzony zawór regulacji ciśnienia
• Głośniejsza praca silnika
• Silniejsze dymienie – o barwie szarej lub czarnej

Co najczęściej powoduje usterki pomp wtryskowych?

• Stosowanie zanieczyszczonego oleju napędowego (np. oleju opałowego)
• Nieterminowa wymiana oleju silnikowego (w pompach rzędowych)
• Awarie elektryczne zaworów
• Zużycie mechaniczne poszczególnych elementów po dużych przebiegach
• Awarie elektroniki w pompach ze sterowaniem elektronicznym EDC
• Nieterminowa wymiana filtra paliwa (co powoduje przedostawanie się zanieczyszczonego paliwa do pompy)

Naprawa pomp wtryskowych  - jak przebiega i ile kosztuje?

Nim fachowcy zabiorą się za naprawę pompy wtryskowej, muszą dokładnie sprawdzić jej stan. W tym celu:

• Sprawdzają wszystkie połączenia, pod kątem szczelności i uszkodzeń mechanicznych
• Jeśli jednostka napędowa daje się uruchomić, kontrolują barwę spalin, poziom hałasu oraz stabilność (pod kątem ewentualnych wahań prędkości obrotowej)
• Sprawdzają stan filtra paliwa i filtra powietrza
• Dokonują dokładnych pomiarów – kąta początku tworzywa paliwa, kąta wyprzedzenia wtrysku, ciśnienia paliwa tłoczonego przez pompę itd.,

Jeśli taki test nie przyniesie rozwiązania, pompa jest demontowana z silnika i badana dokładnie na stanowisku probierczym.

Kierowca ma do wyboru zakup nowej pompy, albo regenerację posiadanej w dobrym warsztacie. To drugie rozwiązanie jest oczywiście wielokrotnie tańsze. Przynosi też spodziewany efekt. Auto wraca do pełnej sprawności. Dostępność części zamiennych do pomp jest bardzo duża.

Jaki jest koszt regeneracji pompy wtryskowej? Zazwyczaj zawiera się w przedziale od 500 do 600 zł. Regeneracja obejmuje wymianę wszystkich uszczelnień na nowe, wymianę uszkodzonych elementów na nowe, czyszczenie pozostałych elementów wraz z obudową, regulacje i montaż.

Zregenerowana przez fachowców pompa pracuje tak samo, jak urządzenie nowe.

Czasami potrzebne są inne metody – naprawa sterownika w silniku 1.8 TDDi Forda albo zmiana mapy w silniku 1.9 TDI AGR Volkswagena (gdzie typową usterką jest problem z uruchomieniem ciepłego silnika).

Nowe pompy wtryskowe kosztują minimum kilka tysięcy złotych. W przypadku nastoletnich i starszych aut, cena pompy może niebezpiecznie zbliżyć się do wartości auta. A to powoduje, że zabieg jest całkowicie nieopłacalny.

Używana pompa wtryskowa kosztuje zazwyczaj od 900 do 1300 zł. Jednak nikt nie jest w stanie określić, jaki jest rzeczywisty stan i jaka będzie rzeczywista trwałość takich części. Ich kupno obarczone jest bardzo dużym ryzykiem.

Najlepszym i najtańszym rozwiązaniem w przypadku awarii, uszkodzenia albo zużycia pompy wtryskowej pozostaje regeneracja. Na Motointegrator.com znajdziesz profesjonalistów w swojej okolicy, którzy przywrócą pełną sprawność pompie wtryskowej z Twojego samochodu.