Studium konstrukcji pompy wtryskowej o napędzie hipocykloidalnym
[ 1 ] Instytut Silników Spalinowych i Napędów, Wydział Inżynierii Lądowej i Transportu, Politechnika Poznańska | [ P ] pracownik
EN Study of the design of a hypocycloidal injection pump
2022
monografia naukowa
polski
PL Przedmiotem niniejszej monografii jest konstrukcja autorskiej pompy wtryskowej stanowiąca substytut wysokociśnieniowych pomp paliwowych. Urządzenie jest wyposażone w innowacyjny, niestosowany wcześniej w pompach, napęd, który w swym działaniu wykorzystuje przekładnię hipocykloidalną. Z uwagi na szereg nietypowych cech konstrukcji możliwe jest dostosowanie jej do konkretnej aplikacji. Tym samym potencjał użycia zaproponowanej pompy wykracza poza zastosowania jedynie motoryzacyjne, stanowiące pierwotną genezę zainteresowania się autora niniejszą tematyką. W pracy przedstawiono etapy powstawania konstrukcji pompy (od zdefiniowania problemów po wykonanie prototypu) oraz analizę najważniejszych jej cech. We wstępie podkreślono znaczenie układów wtryskowych dla poprawy ekologiczności współczesnych silników. Scharakteryzowano przy tym ogólnie układ typu common rail, który jest najczęściej obecnie wykorzystywanym systemem wtryskowym silników o zapłonie samoczynnym. W dalszej części (w rozdziale drugim), opierając się na gruntownej analizie współcześnie stosowanych konstrukcji układów wtryskowych, wskazano szereg ich niekorzystnych cech. Przedstawiono typowe uszkodzenia pomp wysokociśnieniowych wraz z przyczynami ich pojawienia się. Analiza problemu została poparta charakterystyką tendencji rozwojowych dotyczących układów wtryskowych. Zaprezentowana ocena doprowadziła do zaproponowania konstrukcji pompy opierającej się na napędzie hipocykloidalnym. W rozdziale trzecim opisano kolejne kroki tworzenia nowej konstrukcji. Przedstawiono w nim obliczenia wstępne, m.in. dotyczące analizy ruchu elementu wykonawczego. Zaprezentowano warianty konstrukcyjne, jakie uwzględnia ochrona patentowa wynalazku. Przeprowadzono ponadto analizę porównawczą wersji jedno- i dwusekcyjnej pompy. Wykonana ocena rozkładu sił umożliwiła wykazanie istotnych zalet pompy z napędem hipocykloidalnym w porównaniu z rozwiązaniami klasycznymi, tj. wykorzystującymi napęd krzywkowy. W kolejnym kroku, za pomocą MES, dokonano szczegółowej analizy wytrzymałościowej pompy, skupiając się na dwóch najbardziej obciążonych elementach konstrukcyjnych. Rozdział ten zamyka omówienie zagadnienia uszczelnienia sekcji tłoczącej, związanego z możliwością użycia niezależnego układu smarowania. W rozdziale czwartym przedstawiono najważniejsze cechy użytkowe, jakimi charakteryzuje się zaproponowane rozwiązanie. Zwrócono przy tym uwagę na możliwość użycia w konstrukcji efektu desorpcji gazu z roztworu z nukleacją pęcherzy gazowych. Koncepcja ta opiera się na rozpuszczeniu gazu w paliwie za pomocą pompy wtryskowej, a następnie odwróceniu zjawiska i uwolnieniu gazu z roztworu podczas jego wtrysku. Pozwala to na uzyskanie szeregu korzyści, poczynając od odciążenia konstrukcji pompy, na obniżeniu emisji związków szkodliwych występujących w spalinach kończąc. W zakresie analizy efektu desorpcji podjęto w książce problematykę dotyczącą kawitacyjnych przepływów paliwa występujących podczas procesu. Przeprowadzono ponadto analizę możliwości wykonania z materiałów ceramicznych elementów konstrukcyjnych pompy. Porównano nowoczesne materiały ceramiczne (Al2O3, SSiC) z najczęściej wykorzystywanym w tego typu aplikacjach materiałem klasycznym (stal 100Cr6). Zaprezentowano ponadto możliwość użycia w pompie opatentowanego wzmacniacza hydraulicznego. Rozdział zamyka ocena koncepcji użycia w pompie paliwa nietypowego. Analizę przedstawiono na przykładzie suspensji węglowo-wodnej. W podsumowaniu studium konstrukcji pompy o napędzie hipocykloidalnym zestawiono najważniejsze cechy koncepcji i dokonano ich krytycznej analizy.
Poznań, Polska
Politechnika Poznańska
2022
169
978-83-7775-662-1
80