Sleeve metering vs scroll metering la pompele de injecție Caterpillar® (CAT®) 3304 · 3306 · 3406

Înainte de common rail și de injectoarele electronice, CAT® și-a construit propriile sisteme de injecție mecanică — două generații distincte care încă lucrează pe mii de motoare 3304, 3306 și 3406 aflate în exploatare. În 11 minute afli cum dozează fiecare, prin ce diferă la calibrare, ce se uzează primul și ce opțiuni de piese mai există azi pentru fiecare.

Sistemul sleeve metering a fost prezentat de inginerii CAT® DeKeyser, Gates și Parks în lucrarea SAE Technical Paper 750079 (1975): o familie de pompe de injecție ușoare, de turație mare, pentru motoarele de putere medie din camioane și aplicații industriale. Pompa, governorul și pompa de transfer stau într-o singură carcasă, iar întregul ansamblu e uns chiar de motorina sub presiune din carcasă. Sistemul a echipat motoarele în linie 3304 și 3306, plus V8-ul 3208 (1975 – 1999), unde a primit și varianta întărită HSMFS — Heavy Sleeve Metering Fuel System.

Aici se impune o corecție onestă: în materiale de popularizare — inclusiv într-un teaser demo mai vechi al acestui hub — sleeve metering apare amestecat cu pompele în linie Bosch. Confuzia e explicabilă, dar falsă: pompele Bosch PE dozează prin rotirea unui plunger cu helix acționat de cremalieră, pe când sleeve metering folosește un manșon care translatează axial — arhitectură proiectată și fabricată de CAT®. Abia sistemul CAT® următor, scroll metering, se apropie conceptual de principiul helix-ului — dar și acela e proiect intern, nu licență.

New Scroll Fuel System a intrat în producție în 1980 pe motoarele seriei 3300 și a devenit schimbarea majoră a lui 3406B la lansarea din 1983 — factor-cheie pentru emisii, performanță și consum. Față de pompa lui 3406 (pre-B), cu antrenare lungă impusă de spațiul de sub compresorul de aer, pompa New Scroll e mai scurtă și mai masivă, iar arborele ei cu came e mai mare și mai greu, cu lift mai rapid și durată mai scurtă: presiuni de injecție mai mari într-un timp de injecție mai mic.

Fiecare cilindru are propria pompă cu trei piese lăpuite împreună: plunger, barrel și sleeve (manșon) — seturi împerecheate din fabrică, interzis de amestecat. Barrel-ul e fix, plungerul e ridicat de camă la fiecare rotație, iar manșonul glisează pe plunger, comandat de governor. Orificiile de umplere și descărcare sunt găurite chiar în plunger: injecția începe când plungerul urcă suficient în barrel ca să închidă orificiul de admisie — punct fix, dat de geometrie — și se termină când orificiul de descărcare iese deasupra muchiei manșonului și presiunea scapă în carcasă. Cu cât manșonul stă mai sus, cu atât doza e mai mare.

Particularitatea sistemului e carcasa presurizată: pompa de transfer ține corpul pompei plin cu motorină, iar combustibilul unge toate piesele în mișcare. Pe 3208, literatura de service dă 205 ± 35 kPa (30 ± 5 psi) la sarcină plină, cu o supapă de purjare continuă reglată la 48 ± 7 kPa care întoarce în rezervor ≈ 34 l/h la high idle — debit care scoate aerul și răcește pompa; valorile pentru aranjamentele 3304/3306 se citesc pe S/N. Consecința practică: orice pierdere de presiune în carcasă — filtru înfundat, supapă bypass obosită, aer pe traseu — dereglează direct dozarea și pornirea.

Governorul e pur mecanic: contragreutăți pe un suport rotitor lucrează ca niște basculatoare împotriva unui arc de turație, printr-un rulment axial și un riser. Când sarcina crește și turația cade, arcul împinge riser-ul și pârghiile ridică manșoanele pe toate pompele simultan; când sarcina dispare, greutățile înving arcul și manșoanele coboară. Fără asistență hidraulică, fără electronică — de aici faima de simplitate a sistemului.

La New Scroll Fuel System, pompa de transfer alimentează un manifold intern la ≈ 240 kPa (35 psi). Cu plungerul la punctul mort inferior, motorina intră în barrel prin două orificii deschise simultan: bypass closed port și spill port. Pe măsură ce cama ridică plungerul, o parte din combustibil e împinsă înapoi prin bypass, până când capul plungerului închide ambele orificii — din acest punct fix începe injecția.

Finalul îl dă scroll-ul — muchia elicoidală frezată în plunger. La un punct al cursei, scroll-ul descoperă spill port-ul, presiunea cade brusc și duza se închide, iar restul combustibilului iese pe canalul plungerului, de-a lungul elicei, prin spill. Cremaliera (rack) comandată de governor nu mai mută un manșon, ci rotește plungerul: unghiul elicei față de spill port stabilește cursa utilă, deci doza. Pe conducta de înaltă presiune, o supapă reverse flow check păstrează presiune reziduală în linie după injecție — pregătește ciclul următor și taie picurarea duzei.

Sistemul păstrează și unitatea de avans automat de injecție — mecanism pe care îl avea, montat pe capătul arborelui cu came al motorului, și sleeve metering: greutăți centrifugale, arcuri și culisoare, unse cu ulei de motor, care rotesc progresiv calarea pompei cu până la 5° între ralanti și turația nominală. Presiunile de deschidere ale duzelor urcă și ele: 83 – 162 bar pe seria 3300, respectiv 165 – 214 bar pe 3406. Sistemul a fost rafinat continuu — în 1988 helix-ul frontal al camshaft-ului de pompă a trecut de la 10° la 15° pentru o unitate de avans nouă, iar în 1991 s-au schimbat lagărele și profilul camelor.

Ambele sisteme sunt pompe în linie cu un element pe cilindru, antrenate de propriul arbore cu came și dozate prin controlul finalului de injecție. De aici încolo, aproape nimic nu e interschimbabil: piesele de dozare, legătura cu governorul, sculele și vocabularul de reglaj diferă.

Calibrarea are aceeași logică pe ambele sisteme — stabilești mecanic poziția de zero, apoi măsori cursa cu un comparator cu cadran — iar în literatura CAT® măsurarea se numește în ambele cazuri „fuel setting”; ce diferă sunt punctele de zero și sculele. La sleeve metering, procedura documentată pe 3208 aduce comparatorul 3P1567 la zero cu pârghia governorului în poziția Full Load și cu știftul de zero 5P0298 montat. La scroll, zero-ul se ia pe cremalieră cu grupul de scule 6V6070 (Special Instruction SEHS8024), iar pentru o citire corectă arcul de overfueling se comprimă cu scula 6V7941 — parte din același grup. Valorile-țintă propriu-zise — milimetri de cursă, debit pe banc — sunt specifice fiecărui aranjament și se citesc exclusiv pe S/N. Verificarea finală se face pe banc de probă, cu duze și conducte etalon.

Semnele că pompa cere banc de probă — nu doar „un reglaj din șurub”:

• pornire grea la cald, dar acceptabilă la rece — indiciu de jocuri mărite în seturile lăpuite;
• motorul nu mai atinge turația nominală sub sarcină sau „nu mai trage” pe rampă;
• ralanti instabil (hunting) care nu dispare după aerisirea circuitului;
• fum negru la accelerare, consum în creștere la aceeași producție orară;
• debit inegal între elemenți la proba pe banc — diferențele între cilindri nu se văd din parcare.

Recondiționarea corectă înseamnă dezasamblare completă, seturi uzate înlocuite doar ca set împerecheat, etanșări, arcuri și componente critice noi, recalibrarea pârghiilor de manșon, respectiv a cremalierei, cu sculele dedicate — și proba finală pe banc. Piața oferă azi atât rebuild pe pompa ta, cât și pompe reman la schimb, cu garanții tipice de 12 luni de la instalare. Pentru flote, schimbul e mai rapid; rebuild-ul păstrează pompa originală a motorului — argument la revânzare.

Motorina standard de la pompă conține azi până la 7% biodiesel (B7). Pentru sistemele mecanice vechi, riscul documentat nu e pompa în sine, ci elastomerii: garniturile și furtunurile din cauciuc natural sau nitrilic — uzuale înainte de ≈ 1993 — se degradează în contact cu esterii metilici (FAME), în timp ce Viton și PTFE rezistă. La sleeve metering miza e dublă: carcasa pompei e plină de combustibil, deci o etanșare cedată înseamnă scurgeri și pierderea presiunii care unge și dozează.

Recomandarea prudentă PARTS CAT pentru B7: la prima recondiționare cere explicit kit de etanșări compatibil biodiesel (Viton/FKM), scurtează intervalul filtrelor imediat după trecerea pe B7 și drenează regulat separatorul de apă — circuitele acestor pompe au fost proiectate cu separatoare care rețin ≈ 95% din apă tocmai pentru că dozarea fină nu iartă coroziunea. Pentru amestecuri peste B7 nu există o omologare documentată a acestor sisteme — tratează de la caz la caz, cu rebuilder-ul tău.

Pe partea de piese, situația din 2025 e bună — dar codurile cer încadrare corectă. Pentru 3306, parts.cat.com confirmă grupul pompă-regulator 119-3842 (PUMP GP-GOV), oferit reman la schimb de rebuilderi; echivalentele 104-5088, 110-7445 și 136-5955 apar doar ca cross-reference de rebuilder — de confirmat pe S/N. Un element de pompare (grupul plunger & barrel al unui cilindru) confirmat pentru 3204/3304/3306 e 1W-6539, cu echivalentele aftermarket 110-7549, 7N-7168 și 8N-9130 — tot de confirmat pe S/N. Pentru 3406B/C, 108-6630 e o pompă de injecție confirmată, iar ansamblul plunger & barrel 108-2104 — aceeași piesă sub referința Cat Reman 20R-5289 — e comun cu 3408C/3412. Se mai confirmă pompele de transfer 1W-1700 (nouă) / 0R-3008 (Reman) și kitul de garnituri sleeve metering 6N-3723. Maparea exactă cod → sistem → S/N se confirmă întotdeauna înainte de comandă. Restul deciziei — nou vs reman vs rebuild la pompele mecanice CAT® — l-am detaliat în articolul-frate al acestui hub.