Wtrysk mechaniczny, czyli ewolucja zasilania silników - cz. 2

Wtrysk paliwa stosowany był na długo przed rozwojem elektroniki i systemów cyfrowych. Wtrysk całkowicie mechaniczny nie może oczywiście dorównywać obecnym układom opartym o mikrokontrolery z "zaszytymi"  mapami wtrysku. Nie umniejsza to jednak jego wkładu w rozwój motoryzacji.

Stymulatorem rozwoju wtrysku paliwa był silnik z zapłonem samoczynnym. W silniku ZS początek wtryskiwania paliwa jest czynnikiem determinującym chwilę nastąpienia zapłonu. Wymusiło to zbudowanie wysokociśnieniowej pompy wtryskowej i wtryskiwacza umieszczonego bezpośrednio w komorze spalania lub komorze wstępnej ew. wirowej. Popularność zdobyły rzędowe pompy wielotłoczkowe. Na każdy z cylindrów przypadała jedna sekcja z tłoczkiem poruszanym przy pomocy krzywki.

Skok tłoczka był zawsze taki sam. Za dawkowanie odpowiadała śrubowo skręcona krawędź tłoczka współpracująca z otworem przelewowym. Zależnie od tego o jaki kąt był obrócony tłoczek, otwór był uchylony przez dłuższy lub krótszy okres. O ustawieniu kąta decydowała zębata listwa sterująca - jej wysuniecie odpowiadało wciśnięciu pedału przyspieszenia.

Oczywiście to pewne uproszczenie: pompa wtryskowa zwykle zawiera dodatkowe regulatory wpływające na listwę. Uniemożliwiają one np. rozbieganie silnika.

Zaletą takiej pompy jest niewątpliwie prostota (pomimo obecności kilku sekcji) i niezawodność. Niestety każda z sekcji wymaga osobnej kalibracji. Stąd pompy rzędowe ustąpiły miejsca bardziej zaawansowanym pompom rozdzielaczowym: osiowym i promieniowym.

Pompy wielosekcyjne można dalej spotkać w niektórych silnikach przemysłowych lub w wyczynowych silnikach Diesla używanych w zawodach "przeciągania ciągnikiem" (ang. tractor pulling). Te ostatnie przekraczają moc 2000 KM z ośmiolitrowych jednostek R6. Gwoli ścisłości: ich seryjne odpowiedniki wyposażone są w Common Rail lub elektronicznie sterowane pompy rozdzielaczowe.

Na zdjęciu otwierającym artykuł znajduje się silnik z zapłonem iskrowym (benzynowy) Mercedesa 300 SL. Nietrudno zauważyć, że został wyposażony w pompę rzędową i wtrysk bezpośredni. Korzyść? Nie ma zwężki gaźnika, a paliwo paruje dopiero w komorze spalania. Dzięki temu do cylindrów może dostać się więcej powietrza, co oznacza wyższy moment obrotowy i, w konsekwencji, większą moc.

Pomysł nie przetrwał próby czasu. W silniku ZI trzeba dbać o skład mieszanki paliwowo-powietrznej, wydatek pompy powinien nadążać za ilością dostarczanego powietrza. Obecnie, w dobie elektroniki, wystarczyłaby mapa zależności dawki paliwa od prędkości obrotowej silnika i uchylenia przepustnicy.

50 lat temu nie było to takie proste. Druga kwestia to gorsze właściwości smarujące benzyny niż oleju napędowego, odbijające się na trwałości układu wtryskowego.

Wcześniej opisywane systemy dawkowały paliwo w sposób przerywany, raz na cykl pracy silnika. Rewolucji dokonał układ K-Jetronic, gdzie wtryskiwacze (7) znajdowały się w kolektorze dolotowym, a paliwo podawane było ciągłym strumieniem. Regulacja dawki odbywała się przez zmianę ciśnienia paliwa dostarczanego do wtryskiwaczy.

Ciśnienie wytwarzała elektryczna pompa paliwa (3). Dostarczała ona benzynę do zespołu regulacji ciśnienia (1) wyposażonego w wychylną tarczę spiętrzającą. Wpływające powietrze unosiło tarczę, w następstwie powodując zwiększenie ciśnienie paliwa. W ten sposób ilość wtryskiwanego paliwa była proporcjonalna do ilości pobieranego powietrza. Tarczę spiętrzającą można nazwać przodkiem obecnych przepływomierzy.

Niestety układ nie był tak prosty jak mogłoby się wydawać. Bo jak np. zrealizować procedurę rozruchową i pracę zimnego silnika? Potrzebny był dodatkowy (piąty w silniku czterocylindrowym) wtryskiwacz rozruchowy (11). Umieszczano go dalej od głowicy by paliwo miało czas na odparowanie. O jego pracy decydował wyłącznik termiczno-czasowy (13) umieszczony w kadłubie. Był on oparty o element bimetalowy, wyginający się pod wpływem temperatury i rozłączający obwód.

By czas jego działania nie był zależny wyłącznie od temperatury silnika, ale też od czasu jego pracy, w środku montowano dodatkową grzałkę. Tak wiele było potrzeba by umożliwić rozruch silnika, dziś wystarczy tylko kilka linijek kodu. Później pojawił się częściowo zelektronizowany KE-Jetronic. Sterownik miał tylko częściowy wpływ na ciśnienie benzyny.