Wpływ kształtu tłoczka na przebieg zjawiska przesłaniania

Z powyższych względów jedynym dostępnym w praktyce sposobem ograniczenia bądź likwidacji zjawiska przesłaniania okna rozrządu przez końce tłoczków pozostaje mo-dyfikacja ich kształtu, umożliwiająca swobodny przepływ cieczy roboczej, a jednocześnie ograniczająca przyrost przestrzeni martwej. Wpływ takiej zmiany kształtu na przebieg zjawiska przesłaniania przedstawiono na rys. 3.24. Tłoczek zakończony powierzchnią pła-ską (rys. 3.24a) ogranicza czynną szerokość okna z b_o (wynikającego z zarysu krzywki i geometrii mechanizmu rozrządu) do btl. Ścięcie krawędzi tłoczka pozwala zwiększyć

czynną szerokość do b_tl (rys. 3.24b), przy czym jest ona zależna nie tylko od wzajemnego położenia tłoczka i tulei, ale również od kształtu i wymiarów ścięcia (por. rys. 3.24c i d).

Dla wyznaczenia wartości współczynnika otwarcia okna b_tl musi za każdym razem być równe minimalnemu wymiarowi poprzecznemu kanału utworzonego przez zespół: mostek rozrządu-okno rozrządu-końcówka tłoczka.

Rys. 3.24. Ograniczenie zjawiska przesłaniania okna rozrządu poprzez ścięcie zakończenia tłoczka

Rys. 3.25. Kształty zakończeń tłoczków: a) faza 30, b) faza 45, c) uskok 30, d) uskok 45

Przyrost przestrzeni martwej w pompie wywołany ścięciem końcówek tłoczków jest dużo mniejszy niż w przypadku rozsunięcia tłoczków i nie przekracza kilku procent objęto-ści skokowej. Do szczegółowych analiz przyjęto 4 wersje zakończenia tłoczka o kształtach pokazanych na rys. 3.25. Wymiary poszczególnych końcówek dobrano tak, aby wywołany zmianą kształtu tłoczków przyrost objętości martwej był we wszystkich przypadkach jed-nakowy. W pierwszej kolejności przyjęto, że wynosi on 1% objętości skokowej komory.

Analizę przeprowadzono oddzielnie dla obu jednostek E2H3F i F2H3F. Wyjściowa war-tość współczynnika względnej objętości przestrzeni martwej (z tłoczkami zakończonymi płasko i oddalonymi od siebie o 1 mm) dla pierwszej z nich wynosiła 11,2%, tak więc po zmianie kształtu tłoczków wzrosła ona do 12,2%. Otrzymane wyniki pokazano na rys. 3.26.

Dla celów porównawczych na rysunku tym pokazano też przebiegi uzyskane bez

uwzględ-3.3. Rozrząd sterowany krzywką 67 niania tłoczków (identyczny jak na rys. 3.19) i z tłoczkami zakończonymi płasko, oddalo-nymi w wewnętrznym położeniu zwrotnym o 1 mm. Przebieg ten odpowiada w przybliże-niu przebiegowi dla jednostki E2S4, pokazanemu na rys. 3.22. W przedziale kątów

w = 3040 współczynnik otwarcia okna spada mniej więcej o połowę.

Rys. 3.26. Wpływ kształtu zakończenia tłoczka na zmiany współczynnika otwarcia okna rozrządu jednostki E2H3F. Przyrost przestrzeni martwej wywołany podcięciem  1%

Zmiany kształtu końcówki tłoczka, nawet niewielkie, pozwalają natomiast na znaczną poprawę sytuacji. Najlepsze wyniki uzyskano dzięki uskokowi 45. Uskok 30 i faza 45

były praktycznie równoważne, a faza 30 w najmniejszym stopniu redukowała zjawisko przesłaniania. Pomimo identycznej objętości poszczególnych podtoczeń, różnice w osiąga-nych przez nie rezultatach były wyraźne  wartości współczynnika otwarcia okna różniły się o ponad 0,1. Wyniki uzyskane dla jednostki F2H3F dla tych samych kształtów tłoczka, przy analogicznym założeniu przyrostu przestrzeni martwej o 1%, pokazano na rys. 3.27.

W tym przypadku sumaryczna wartość przestrzeni martwej wyniosła 9,7% objętości sko-kowej. Problemy związane ze zjawiskiem przesłaniania w dużej jednostce F są jak widać poważniejsze. W porównaniu z jednostką E, współczynnik otwarcia okna przy tłoczkach zakończonych płasko spadł (przy w = 30 z 0,73 do 0,156). Przyrosty tego współczynnika spowodowane zmianą kształtu tłoczków mają natomiast zbliżone wartości, jak w przypad-ku jednostki mniejszej (maksymalnie: 0,19 dla uskoprzypad-ku 45, 0,16 dla uskoprzypad-ku 30 i fazy 45

oraz 0,11 dla fazy 30). W wyniku tego najkorzystniejszy przebieg dla jednostki F2H3F, odpowiadający tłoczkom zakończonym uskokiem 45, ma kształt bardzo zbliżony do prze-biegu charakteryzującego jednostkę E2H3F z tłoczkami płaskimi.

W dalszej kolejności zwiększono wymiary podcięć, zachowując pokazane powyżej kształty, tak że przyrost objętości martwej wyniósł 2,5%, a całkowita wartość m = 13,7%

dla jednostki E2H3F i 11,2% dla jednostki F2H3F. Dla jednostki E otrzymane rezultaty wskazują na daleko idącą redukcję zjawiska przesłaniania. Stosując tłoczki zakończone uskokiem 45, można mówić o praktycznej jego eliminacji. Stanowi to wyraźne potwier-dzenie słuszności proponowanego rozwiązania.

Rys. 3.27. Wpływ kształtu zakończenia tłoczka na zmiany współczynnika otwarcia okna rozrządu jednostki F2H3F. Przyrost przestrzeni martwej wywołany podcięciem  1%

Rezultaty uzyskane dla jednostki F wskazują na stopniową poprawę sytuacji, jednakże eliminacja zjawiska przesłaniania wymaga dalszego wzrostu wielkości podtoczenia. Co ważne, we wszystkich zaprezentowanych powyżej przypadkach uzyskano identyczną ko-lejność analizowanych kształtów tłoczka. Najlepsze rezultaty daje uskok 45  wersja d na rys. 3.25, nieco ustępują mu uskok 30 i faza 45, a zdecydowanie najgorszym rozwiąza-niem jest faza 30. Pozwala to na ograniczenie dalszych rozważań wyłącznie do uskoku 45

i eliminację wszystkich pozostałych kształtów.

Znając najlepszy kształt końcówki tłoczka, należy z kolei wyznaczyć wymiary podto-czenia gwarantujące eliminację zjawiska przesłaniania. W przypadku jednostki mniejszej (20 cm³/obr.) zagadnienie to zostało praktycznie rozwiązane. Uskok 45 o wielkości odpowiada-jącej 2,5% objętości skokowej jest bliski spełnienia tego warunku. Zwiększenie go do 33,5%

wyeliminuje w pełni wpływ tłoczków na przebieg otwierania okna. Sumaryczna objętość martwa komory cylindrowej wzrośnie przy tym do ok. 14,5% jej objętości skokowej.

Rys. 3.28. Wpływ wielkości podtoczenia na tłoczku na przebieg zmian współczynnika otwarcia okna rozrządu jednostki F2H3F. Kształt podtoczenia  uskok 45

3.3. Rozrząd sterowany krzywką 69 Szczegółowy przebieg zmian współczynnika otwarcia, w zależności od wymiarów podtoczenia dla uskoku 45, należy natomiast wyznaczyć dla większej jednostki F. Wyniki tych badań przedstawiono na rys. 3.28, przy czym wymiary podtoczenia dobrano tak, że jego objętość, przy zachowaniu stałych proporcji wymiarowych, wynosiła kolejno: 1,0%, 2,5%, 4,0%, 5,5% i 7,0% objętości skokowej komory cylindrowej. Odpowiadała temu suma-ryczna wielkość przestrzeni martwej w pompie, wynosząca odpowiednio: 9,7%, 11,2%, 12,7%, 14,2% oraz 15,7% objętości skokowej. Całkowite wyeliminowanie zjawiska przesła-niania okna przez tłoczki wymaga podtoczenia o wielkości odpowiadającej przyrostowi przestrzeni martwej o ok. 8%. Sumaryczna przestrzeń martwa wzrasta zatem z 8,7% do 16,7% objętości skokowej. Nie jest to jednak wzrost gwałtowny  dla porównania w produ-kowanych obecnie pompach przestrzeń martwa tylko w najlepszych konstrukcjach wynosi ok. 50% objętości skokowej, w pozostałych przekracza często 100%. W przypadkach gdy podtoczenie tłoczków ma wielkość 17% (czemu odpowiadają wartości przestrzeni martwej w przedziale 9,715,7%), zjawisko przesłaniania okna rozrządu przez tłoczki jest w rozma-itym stopniu widoczne.