Grzegorz Szewc

IV MDESS

Układy Zasilania Silników Spalinowych

Laboratorium 10

Temat: Wyznaczanie charakterystyki hydraulicznej elementu tłoczącego.

1. Wstęp teoretyczny.

Układ tłoczący, przy określonym skoku roboczym i ciśnieniu tłoczenia, w dokładnie określonej pozycji wału korbowego silnika, podaje poprzez przewód wtryskowy do wtryskiwacza odpowiednią dawkę paliwa. W układzie tłoczącym rzędowej pompy wtryskowej najważniejszym zespołem jest element tłoczący składający się z cylindra i tłoka, umożliwiający przetłoczenie paliwa pod wysokim ciśnieniem, poprzez zawór tłoczący i króciec do wtryskiwacza. Przy konstruowaniu elementu tłoczącego powinny być uwzględnione dwa zasadnicze warunki:

1. szczelność połączenia elementu od góry (od strony czoła cylindra) z gniazdem zaworu tłoczącego,

2. szczelność suwliwego połączenia tłoka i cylindra, z jednoczesnym zapewnieniem smarowania połączenia.

W obydwu przypadkach należy brać pod uwagę wartość ciśnienia tłoczonego paliwa, bliskiego w ekstremalnych warunkach 100 Mpa. Ze względów technologicznych nie mogą być wykonane jako jedna część: cylinder elementu tłoczącego, gniazdo zaworu oraz króciec i dlatego muszą one być wzajemnie uszczelniane. Jest to możliwe, lecz pod warunkiem odpowiedniej obróbki wzajemnie dociskanych powierzchni i zastosowania właściwej siły docisku. Powierzchnie muszą być wykonane z największą dokładnością, przy zastosowaniu specjalnych obrabiarek. Podczas montowania elementu tłoczącego tłok dobiera się do cylindra z luzem wynoszącym ok. 2 mikrometrów, a następnie sprawdza się prawidłowość doboru pneumatycznie lub hydraulicznie. Pojedynczy układ tłoczący występuje tylko w jednosekcyjnej pompie wtryskowej. Znacznie częściej stosuje się wielosekcyjne układy tłoczące z mechanizmami napędowymi, które tworzą pompę wtryskową. Prawidłowe funkcjonowanie takiego zespołu układów tłoczących wymaga zapewnienia możliwości wyregulowania: wstępnego skoku tłoka oraz jednakowych dawek wszystkich układów tłoczących. Poza tym wszystkie układy tłoczące (sekcje) muszą tłoczyć tę samą dawkę przy różnych obciążeniach silnika, a zatem muszą mieć wspólną listwę regulacyjną zmieniającą jednocześnie dawkę paliwa we wszystkich sekcjach.

Stosowane obecnie elementy tłoczące pomp wtryskowych rzędowych pracują na zasadzie sterowania suwakowo-szczelinowego , zwanego również sterowaniem za pomocą skośnej krawędzi sterującej tłoka. Tłok i cylinder są do siebie dokładnie dopasowane w celu zapewnienia szczelności połączenia przy wysokich ciśnieniach i małych prędkościach obrotowych pompy, podczas rozruchu silnika. Odpowiednie smarowanie współpracujących części zapewniają przecieki oleju napędowego. Tłok ma z zewnątrz nacięty kanał odprowadzający i skośnie wykonaną krawędź sterującą. W cylindrze mogą być wykonane jeden lub dwa otwory przepływowe. Jeżeli są przewidziane dwa otwory przepływowe, to otwór położony naprzeciw krawędzi sterującej jest otworem przelewowym, a drugi - wlotowym. Jeżeli pompa wtryskowa jest smarowana z układu smarowania silnika, to olej napędowy przeciekający przez szczelinę między tłokiem i cylindrem mógłby wywołać nadmierne rozcieńczenie oleju smarującego. W celu uniknięcia tego zjawiska stosuje się elementy tłoczące bezprzeciekowe. Charakteryzują się one obecnością w cylindrze pierścieniowego kanalika, w którym przeciekający od góry olej napędowy rozpręża się, a następnie przez otwór odpływowy wraca do otworu wlotowego cylindra.

Najczęściej stosuje się tłok z dolną krawędzią sterującą, o stałym początku i zmiennym końcu tłoczenia. Niski poziom hałasu, emisji dymu i toksycznych składników spalin można uzyskać za pomocą układów tłoczących wyposażonych w tłoki z górną krawędzią sterującą, umożliwiające zmianę początku tłoczenia ze wzrostem obciążenia silnika.

Jeżeli w projektowanym układzie z jedną tylko krawędzią sterującą skok listwy regulacyjnej okaże się za duży, to wówczas zaleca się stosowanie tłoków z dwiema krawędziami sterującymi: dolną i górną o zmiennych: początku i końcu tłoczenia.

W celu ułatwienia rozruchu silnika na krawędzi odcinającej tłoka wykonuje się uskok opóźniający początek tłoczenia. Wartość kąta opóźniającego tłoczenie wynosi najczęściej 5…10^o kąta obrotu wałka krzywkowego pompy wtryskowej. Podczas rozruchu rowek znajduje się naprzeciwko otworu wlotowego cylindra. Jest to jednocześnie położenia tłoka, w którym uzyskuje się dawkę rozruchową, zwiększoną względem dawki nominalnej o 10…50%. Po uruchomieniu silnika tłok wraca do normalnego położenia pracy; powrót ten zapewnia regulator prędkości sprzężony z listwą regulacyjną pompy.

2. Przebieg ćwiczenia.

Ćwiczenie polega na wyznaczeniu charakterystyki hydraulicznej elementu tłoczącego rzędowej pompy wtryskowej. Wykonane zostały dwie charakterystyki:

• liniowa (badanie wydatku przepływającego paliwa w zależności od położenia liniowego przy obrotowym ustawieniu tłoczka odpowiadającemu dawce maksymalnej),

• kątowa (badanie wydatku przepływającego paliwa w zależności od położenia kątowego tłoczka względem cylinderka przy niezmiennym położeniu liniowym).

Charakterystyką hydrauliczną opisującą działanie i właściwości tłoczka sekcji tłoczącej jest przebieg zmian przekroju czynnego zaworu μ_zf_z w funkcji wzniosu tłoczka h_t oraz obrotu kątowego tłoczka α_t

oraz

gdzie:

μ_z - współczynnik przepływu paliwa przez gniazdo zaworu.

2.1. Wyniki pomiarów.

Charakterystyka liniowa ϕ=0

Δp [kg/cm^2]	Q [cm^3/min]	h [mm]
1	30	0,015
1	25	0,03
1	31	0,04
1	36	0,05
1	42	0,06
1	50	0,07
1	58	0,08
1	68	0,09
1	72	0,1
1	78	0,11
1	80	0,12
1	88	0,13
1	96	0,14
1	102	0,15
1	112	0,16
1	118	0,17
1	124	0,18
1	136	0,19
1	138	0,2
1	148	0,21
1	156	0,22
1	172	0,24
1	192	0,26
1	220	0,28
1	240	0,3
1	240	0,32
1	256	0,34
1	280	0,36
1	304	0,38
1	320	0,4
1	344	0,42
1	352	0,44
1	352	0,46
1	376	0,48
1	400	0,5
1	416	0,52
1	448	0,54

Charakterystyka kątowa

Δp [kg/cm^2]	Q [cm^3/min]	ϕ [ o]
1	22	0
1	156	1
1	376	2
1	720	3

2.2. Obliczenia:

Olej kalibrol: gęstość ρ=841 [kg/m³]

Przykład obliczeń dla jednego z pomiaru:

2.3. Wyniki obliczeń i charakterystyki.

Charakterystyka liniowa		Charakterystyka kątowa
Skok tłoczka h [mm]	μF [mm^2]	Kąt obrotu tłoczka [ ^o]	μF [mm^2]
0,015	0,010	0	0,0075189
0,03	0,008	1	0,053315835
0,04	0,010	2	0,128504833
0,05	0,012	3	0,246073084
0,06	0,014
0,07	0,017
0,08	0,019
0,09	0,023
0,1	0,024
0,11	0,026
0,12	0,027
0,13	0,030
0,14	0,032
0,15	0,034
0,16	0,038
0,17	0,040
0,18	0,042
0,19	0,046
0,2	0,047
0,21	0,050
0,22	0,053
0,24	0,058
0,26	0,065
0,28	0,075
0,30	0,082
0,32	0,082
0,34	0,087
0,36	0,095
0,38	0,103
0,4	0,109
0,42	0,117
0,44	0,120
0,46	0,120
0,48	0,128
0,5	0,136
0,52	0,142
0,54	0,153

Charakterystyka hydrauliczna elementu tłoczącego liniowa:

Charakterystyka hydrauliczna elementu tłoczącego kątowa:

3. Wnioski.

Z przeprowadzonych badań i uzyskanych charakterystyk można łatwo zauważyć, że dla przesuwu liniowego tłoczka wartość przekroju efektywnego jest proporcjonalna do wartości przesuwu tłoczka w cylinderku. Natomiast, jeśli chodzi o obrót tłoczka względem cylinderka wzrost efektywnego przekroju nie jest liniowy a ilość wypływającego paliwa jest większa niż przy przesuwie liniowym. Przyczyną tego stanu rzeczy jest fakt, iż podczas pomiaru efektywnego przekroju przy przesuwie linowym tłoczek nie był ustawiony na maksymalną dawkę. Uzyskane wartości przepływu efektywnego są zbliżone do wartości nominalnych.

---