Niskociśnieniowe pompy paliwa – budowa i działanie

Głównym zadaniem pompy jest oczywiście dostarczenie paliwa do układu zasilania. W niskociśnieniowych układach wtryskowych stosowano zazwyczaj dwa rodzaje pomp elektrycznych: rotacyjną i wirnikową.

W silnikach zasilanych gaźnikiem, gdzie zbiornik paliwa był umieszczony nad tymi elementami, problem transportu paliwa właściwie nie istniał. Potrzeba dogodnego i bezpiecznego umiejscowienia zbiornika paliwa wymusiła wprowadzenie pompy. Rozwiązań w ciągu lat było wiele, jak chociażby pompy membranowe. Jednak pod koniec XX wieku, gdy gaźniki zostały wyparte przez układy wtryskowe, w niskociśnieniowych układach zasilania dominowały elektryczne pompy paliwa.

Stosowano je w większości silników czterosuwowych, w których paliwo było tłoczone pod niskim ciśnieniem. Aby zapewnić utrzymanie ciągłości zasilania silnika, pompy musiały charakteryzować się pewną nadwyżką generowanego ciśnienia w stosunku do tego, które musiało panować w układzie zasilania. I tak w większości aut na rynku znajdowały się pompy paliwa wytwarzające ciśnienie zawierające się mniej więcej w przedziale od 0,2 bara (np. w silnikach gaźnikowych) do ok. 8 barów, np. w niektórych jednostkach z mechanicznym wtryskiem paliwa (np. K-Jetronic). W zupełności wystarczały one do zasilenia ówczesnych układów wtryskowych.

Pompa paliwa w takich układach zabudowana jest zwykle w zbiorniku paliwa (choć istnieją też rozwiązania z pompami zamontowanymi na zewnątrz zbiornika). Do kosza pompy zazwyczaj jest przymocowany czujnik poziomu paliwa wraz z potencjometrem i pływakiem. Dzięki umieszczeniu pompy w zbiorniku jest ona cała zanurzona w paliwie. Opływa ono także jej wewnętrzne części, jak chociażby umieszczony w niej silnik elektryczny. Paliwo jest w tym przypadku czynnikiem i chłodzącym, i smarującym. Bezpośrednie sąsiedztwo silnika elektrycznego z benzyną nie stanowi zagrożenia, ponieważ bez tlenu jest ona bezpieczną cieczą i nawet nie przewodzi prądu.

Wyróżnić można zatem dwa rodzaje stosowanych pomp paliwa: rotacyjną i wirnikową. Są one podobne w budowie, ale różni je kilka szczegółów. Zacznijmy od tej pierwszej. W rotacyjnej pompie paliwa ulokowany jest charakterystyczny dysk zabierakowy, połączony osiowo z wałkiem silnika elektrycznego. Na obwodzie dysku znajdują się prostokątne nacięcia, w których umieszczone są rolki robocze. Silnik elektryczny zabudowany w pompie zasilany jest zazwyczaj napięciem 12V. Jego praca powoduje obracanie się dysku wraz z rolkami roboczymi. Na skutek siły odśrodkowej są one wypychane i dociskane do bieżni umieszczonej mimośrodowo. W ten sposób paliwo znajdujące się między poszczególnymi rolkami jest sprężane i wypychane w kierunku wyjścia pompy.

Pompa wyposażona jest także w zawór przelewowy oraz zwrotny. Pierwszy z nich zapobiega nadmiernemu wzrostowi ciśnienia pompy w razie wytworzenia przeciwciśnienia po stronie tłocznej. Następuje wtedy otwarcie zaworu i doprowadzenie paliwa na stronę ssawną; tworzy się tym samym krótki obieg wewnątrz pompy. Z kolei zawór zwrotny umieszczony jest w króćcu wylotowym i jego zadaniem jest utrzymanie resztkowego ciśnienia po wyłączeniu silnika. Dzięki temu możliwy jest szybki rozruch jednostki po dłuższym postoju.

W pompie przepływowej (wirnikowej) elementem roboczym jest szybko obracający się wirnik łopatkowy, powodujący wzrost ciśnienia i energii kinetycznej pompowanej cieczy. Podobnie jak w pompie rotacyjnej wirnik łopatkowy jest osadzony na wspólnym wałku z silnikiem elektrycznym. Obrót wirnika silnika elektrycznego powoduje także ruch łopatek, dzięki czemu paliwo znajdujące się między nimi nabiera prędkości, a więc wzrasta także jego energia kinetyczna. Ta zostaje zamieniona na ciśnienie w kanałach bocznych przylegających do wirującego wieńca łopatkowego i trafia do komory tłoczenia. Pompy wirnikowe są tak samo wyposażone, zarówno w zawór przelewowy, jak i zawór zwrotny.

Pompy paliwa montowane w zbiorniku powinny zawsze mieć filtr powietrza znajdujący się na króćcu ssącym pompy. Pompa może być także zamontowana na zewnątrz zbiornika, wówczas filtr znajduje się na przewodzie zasilającym ją w paliwo. Zasilanie pompy paliwa odbywa się poprzez przekaźnik w taki sposób, aby po włączeniu zapłonu pompa pracowała tylko kilka sekund. Jeśli nie nastąpi uruchomienie silnika, pompa się wyłącza.

Opisane elektryczne pompy paliwa są używane nie tylko w niskociśnieniowych układach wtryskowych. W nich bowiem stanowią podstawowy element odpowiedzialny za dostarczenie paliwa do silnika. W wysokociśnieniowych układach wtryskowych są one również stosowane i służą do dostarczenia odpowiedniej ilości paliwa do wysokociśnieniowej pompy paliwa. Ich budowa i działanie są zupełnie inne, to temat na osobny artykuł.