z. 118 Transport 2017
Mateusz Bor, Tomasz Borowczyk, Marek Idzior,
Wojciech Karpiuk, Rafał Smolec
Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Instytut Silników Spalinowych i Transportu
KONSTRUKCJA POMPY O NAPĘDZIE
HIPOCYKLOIDALNYM W UJĘCIU
ZASTOSOWANIA PALIW TRUDNYCH
Rękopis dostarczono: maj 2017
Streszczenie: Nowoczesne pompy paliwa generują bardzo wysokie ciśnienia wtrysku, które
przekładają się bezpośrednio na występowanie znacznych sił w układzie napędowym pompy smarowanym z wykorzystaniem przetłaczanego paliwa. Zmiana paliwa, a co za tym idzie zmiana jego właściwości fizyko-chemicznych, jest przyczyną wielu uszkodzeń w mechanizmach napędowych pomp typu krzywka-wałek mimośrodowy. Obecnie coraz większy udział w rynku paliw zyskują paliwa alternatywne, z których najbardziej popularnym paliwem są estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego. Istnieją również inne paliwa, takie jak wykazująca dobry potencjał aplikacyjny suspensja węglowo-wodna (CWS), której wykorzystanie zostało szerzej opisane w niniejszej publikacji. W artykule została przedstawiona autorska idea zastosowania napędu hipocykloidalnego w konstrukcji pompy paliwa do silników o zapłonie samoczynnym. Konstrukcja ta charakteryzuje się między innymi nowatorskim rozwiązaniem układu napędowego tłoczków sekcji w stosunku do pomp tradycyjnych. Zaproponowano ponadto niezależny układ smarowania elementów ruchowych pompy. Te i inne cechy predysponują to rozwiązanie do zastosowania w pompie paliw alternatywnych w tym tzw. paliw trudnych.
Słowa kluczowe: common rail, hipocykloida, suspensja węglowo-wodna
1. WSTĘP
Zarówno w Europie jak i na całym świecie od wielu lat obserwowana jest tendencja do poszukiwania i wdrażania paliw alternatywnych oraz zwiększania udziału napędów o zerowej emisji substancji toksycznych i szkodliwych. Dużą uwagę poświęca się silnikom o zapłonie samoczynnym, ponieważ zagadnienie redukcji emisji jest dla nich szczególnie istotne. Układy napędowe wykorzystujące silnik o zapłonie samoczynnym stanowią nadal bardzo duży udział w transporcie drogowym (rys. 1) i szczególnie w pojazdach ciężarowych czy też w transporcie wodnym nie należy spodziewać się w najbliższych latach wdrożenia napędów elektrycznych. Gęstość energii zgromadzonej w paliwie jest nadal znacznie bardziej korzystna w przypadku paliw zasilających silniki o zapłonie
samoczynnym, toteż w transporcie drogowym, lub w statkach morskich zastosowanie dużych i ciężkich ogniw stanowi zbyt dużą barierę. Biorąc powyższe pod uwagę wydaje się, iż z wielu względów trend skupiający się na poszukiwaniu paliw alternatywnych dla silników ZS jest bardzo zasadny. Intensywnie eksploatowane złoża ropy naftowej będą stopniowo zanikały. Oszacowanie czasu wyczerpania złóż ropy naftowej jest bardzo trudne, ponieważ z roku na rok zmienia się zużycie, związane z jednej strony z wprowadzaniem napędów alternatywnych i ogólnym wzrostem sprawności napędów, z drugiej zaś ze wzrostem liczby pojazdów. Trudno również dokładnie określić istniejące zasoby ropy naftowej, ponieważ nowe pokłady są wciąż odkrywane i nie ma możliwości wyznaczenia dokładnej objętości pozostałych kopalin.
Rys. 1. Prognozowane zmiany udziału napędów pojazdów do roku 2050
Istotne znaczenie w procesie redukcji zużycia paliw ma udoskonalanie konstrukcji silników spalinowych. Wymagania emisyjne oraz oczekiwania użytkowników determinują wzrost sprawności termicznej i mechanicznej zespołów napędowych. Najnowsze trendy rozwojowe skupiają się na zastosowaniu zmiennego stopnia sprężania w celu uzyskania wysokiej wydajności oraz użyciu układów łączonych (silnik spalinowy + generator elektryczny), w których osprzęt silnika jest napędzany poprzez silnik elektryczny połączony z generatorem. Oznacza to iż w stratach mechanicznych bardzo duży udział mają straty związane z napędem osprzętu. W związku z tym istnieje konieczność minimalizacji poboru mocy przez urządzenia takie jak np. pompa wody, pompa oleju czy też pompa wtryskowa. Te ostatnie, ze względu na duży wydatek i ciśnienia wtrysku cechuje pobór mocy, osiągający dla charakterystyki pełnej mocy w punkcie mocy maksymalnej nawet kilka kilowatów. Nawet niewielkie ograniczenie poboru mocy przez pompę, zważając na jej moc maksymalną może mieć wydatny wpływ na zwiększenie sprawności całego układu napędowego, co dowodzi, iż prowadzenie prac w tym zakresie jest bardzo zasadne.
Problematyka doskonalenia pomp bardzo mocno przenika się z aplikacją paliw alternatywnych, w tym trudnych. W pojęciu paliw trudnych zawierają się paliwa
silnikowe, które w porównaniu do oleju napędowego stawiają wyższe wymagania odnośnie składowania, przetłaczania i tworzenia mieszaniny palnej. W kontekście ograniczonych zasobów ropy naftowej, pomimo konieczności adaptacji silników spalinowych stosowanie takich paliw wydaje się być uzasadnione, ponieważ uzyskane parametry pracy silników spalinowych z ich wykorzystaniem nierzadko są bardziej korzystne z ekologicznego punktu widzenia. Szczególnie w ujęciu silników stosowanych w pojazdach ciężarowych i statkach wodnych bardzo dobry potencjał aplikacyjny wykazuje paliwo węglowo-wodne. Do jego niezaprzeczalnych zalet można zaliczyć m.in. niski koszt produkcji, prosty transport i powszechne występowanie podstawowych składników tj. węgla oraz wody. Liczne badania oraz symulacje wskazują również na bardzo duży potencjał suspensji w redukcji emisji tlenków azotu, które to dla silników o wysokiej sprawności stanowią główny problem na drodze do spełnienia rygorystycznych norm emisji spalin. Niestety, ze względu na zupełnie odmienne wskaźniki lepkości, gęstości oraz skład paliw, zachodzi potrzeba znacznej modyfikacji układów podaży paliwa, a w szczególności wysokociśnieniowych pomp. W ideę zastosowania paliw trudnych bardzo dobrze wpisuje się proponowana przez autorów wysokociśnieniowa pompa o napędzie hipocykloidalnym.
2. PROBLEMATYKA WYSOKOCIŚNIENIOWYCH
POMP TYPU COMMON RAIL
2.1. Budowa oraz problemy eksploatacyjne
Za proces tworzenia wysokiego ciśnienia w układzie odpowiada pompa paliwa. Pompy te w układach typu common rail (CR) są konstruowane jako promieniowe pompy tłoczkowe o jednej, dwóch lub trzech sekcjach tłoczących, których tłoczki są zazwyczaj napędzane z wykorzystaniem krzywki osadzonej na mimośrodowym wałku. Wszystkie pary cierne pomp są smarowane z wykorzystaniem paliwa, które najpierw trafia do korpusu, w którym jest osadzony wałek napędowy, a następnie poprzez kanaliki jest transportowane do sekcji tłoczącej. W przypadku pomp trójsekcyjnych kąt rozwarcia pomiędzy cylindrami wynosi 120o, pompy dwusekcyjne mają zazwyczaj układ
przeciwsobny (Continental) lub też cylindry umieszczone w osiach prostopadłych. W pojazdach ciężarowych spotyka się również pompy o większej liczbie sekcji tłoczących, umieszczonych rzędowo. Przekrój typowej pompy z zaznaczonym obiegiem paliwa został przedstawiony na rysunku 2.Zależnie od aplikacji pompy CR mogą być zintegrowane z niskociśnieniową pompą podającą. Ze względów konstrukcyjnych należy wyodrębnić dwa możliwe rodzaje tłoczkowych pomp promieniowych:
x z krzywką zewnętrzną (Delphi DFP-1, Denso HP2),
x z krzywką wewnętrzną (liczne rozwiązania, wliczając najnowsze konstrukcje, np. Bosch CP4i).
Rys. 2. Schemat ideowy konstrukcji pompy Bosch typu CP4 : 1 – głowica pompy, 2 – podłączenie do zasobnika paliwa, 3 – regulator wydatku, 4 – przelew, 5 – dopływ paliwa, 6 – zawór regulacji
przelewu, 7,8 – filtry paliwowe, 9 – wałek napędowy wraz z krzywką, 10 – rolka, 11 – sprężyna tłoczka sekcji, 12 – tłoczek, 13 – zawór wysokociśnieniowy, 14 – zawór niskociśnieniowy[4]
W obecnie produkowanych pompach smarowanie odbywa się z wykorzystaniem paliwa, jako medium separującego pary cierne. Z uwagi na bardzo duże naciski jednostkowe w układzie, wszelkie zmiany parametrów paliwa prowadzą do pogorszenia warunków współpracy, a w skrajnym przypadku do zerwania filmu olejowego i pracy w obrębie tarcia suchego. Niewłaściwa praca pomp przetłaczających, tudzież zaworów doprowadzających paliwo do układu, również skutkuje pogorszeniem smarowania i w efekcie uszkodzeniem precyzyjnych elementów pompy. Analiza istniejących konstrukcji doprowadziła do wniosku, że w każdym z przypadków, szczególnie w warunkach niedoboru paliwa jako czynnika smarującego, para trybologiczna jest szczególnie narażona na uszkodzenia. Jest to efektem powstawania siły bocznej, prostopadłej do kierunku tłoczka sprężającego paliwo. Skutkiem ubocznym powstawania siły normalnej do osi tłoczka jest również jego ukosowanie w cylindrze, prowadzące do nadmiernego zużycia, potęgowanego przez niedobór lub niewłaściwą jakość paliwa. Jakość paliwa, rozumiana przede wszystkim jako smarność ma kluczowe znaczenie dla trwałości całej aparatury wtryskowej [7]. Liczne publikacje z zakresu trybologii w układach typu common rail dowodzą, iż poza zanieczyszczeniami paliwa główną przyczyną uszkodzenia pomp wtryskowych jest niewłaściwy parametr smarności paliwa, określany poprzez normę jakości paliwa za pomocą rozmiaru śladu po normatywnej próbie tarcia z wykorzystaniem badanego paliwa jako środka smarnego. Metoda ta (HFRR) służy do określenia maksymalnej przekątnej powstałego odcisku na poziomie 460 μm.
2.2. Proponowane rozwiązanie pompy o napędzie hipocykloidalnym
Napęd tłoczków pomp należy do najważniejszych mechanizmów konstrukcyjnych pomp wtryskowych. Liczne uszkodzenia pomp są często powodowane przez błędy
konstrukcyjne w obrębie napędu tłoczka. Przykładowo - w pompach Bosch typu CP1 dochodzi do uszkadzania mechanizmu przekazującego (koszyczka, płytki), w pompach typu CP4 dochodzi do ukosowania rolki przekazującej napęd z krzywki na tłoczek. W przypadku wysokociśnieniowej pompy Delphi niewłaściwy zarys krzywki powoduje zbyt duże obciążenia mechaniczne, doprowadzając do mikroskrawania w obrębie rolki oraz krzywki. Ponadto, ze względu na specyfikę tegoż napędu istnieje problem ukosowania tłoczka. Z tych i wielu innych powodów istotne było zaproponowanie mechanizmu eliminującego układ krzywki i popychacza, nie wywierającego nacisku bocznego na tłoczek. Analiza i dyskusja istniejących rozwiązań pod kątem możliwości zastosowania ich w napędzie pomp doprowadziła do tezy, iż w proponowanej pompie należy zastosować mechanizm hipocykloidalny. Mechanizm ten opiera się na wykorzystaniu zespołu dwóch kół zębatych – o zazębieniu zewnętrznym oraz wewnętrznym. W przypadku zachowania stosunku średnic podziałowych koła dużego do koła małego, wynoszącego ½, wypadkową ruchu punktu koła o zazębieniu zewnętrznym stanowi linia prosta. Zgodnie z twierdzeniem Kopernika jeśli wewnątrz dużego okręgu toczy się bez poślizgu okrąg o promieniu dwa razy mniejszym, to dowolny, lecz ustalony punkt małego okręgu porusza się prostoliniowo po średnicy dużego. Ten model matematyczny został wykorzystany w opracowanym rozwiązaniu pompy hipocykloidalnej. Autorzy pracy przygotowali kilka wariantów konstrukcyjnych pompy – jeden z nich przedstawiono na rysunku 3. Tłoczki sekcji (1) są połączone z czopem wałka (2) na sztywno. Wałek jest połączony z kołem zębatym o zazębieniu zewnętrznym (3) mimośrodowo, gdzie mimośród stanowi połowę średnicy podziałowej dużego koła (4). W chwili wymuszenia ruchu obiegowego małego koła zębatego wałek (2) porusza czop ruchem prostoliniowym o określonym torze [5].
Rys. 3. Mechanizm pompy hipocykloidalnej : 1 – sekcja tłocząca, 2 – wałek osadzony mimośrodowo, 3 – koło zębate o zazębieniu zewnętrznym, 4 – koło zębate o zazębieniu
3. ZASTOSOWANIE POMPY HIPOCYKLOIDALNEJ
W UKŁADACH WTRYSKU PALIW TRUDNYCH
3.1. Najważniejsze cechy paliw węglowo-wodnych
Suspensje węglowo-wodne (ang. Coal Water Slurry) stanowią mieszaninę rozdrobnionego węgla, w postaci cząsteczek o różnej wielkości (1 – 200 μm) oraz wody. W ramach mieszaniny zmienia się udział węgla w suspensji oraz rozdrobnienie cząsteczek. Parametry te mają istotny wpływ na charakter procesu spalania i w dużej mierze są zależne od urządzenia, w którym suspensja jest spalana. Proces pozyskiwania suspensji jest dwutorowy. W celach badawczych CWS otrzymuje się najczęściej poprzez fizyczne zmieszanie wody z cząsteczkami węgla. Określa się rozmiary ziarna, rozdrabniając cząsteczki węgla z wykorzystaniem adekwatnej technologii (młyny mechaniczne, metody hydrauliczne). Równolegle następuje aktywacja wody, w celu uzyskania właściwej stabilności roztworu. Tak przygotowane składniki są ze sobą mieszane i przechowywane do 7 dni. W celu wydłużenia stabilności wykorzystuje się proces mieszania, pozwalający na skuteczne wydłużenie czasu składowania. Istotną różnicą pomiędzy ropą naftową a suspensją jest wartość opałowa, wynosząca w zależności od stosunku wody i węgla około 20 – 21 MJ/kg. Oznacza to, że w celu uzyskania zbliżonych parametrów silnika niezbędne będzie zwiększenie ilości (objętości) paliwa wtryskiwanego w jednym cyklu pracy. Można stwierdzić, że cechy fizyczne suspensji węglowo-wodnej (tab. 1) czynią ją atrakcyjnym paliwem do zasilania silników [6].
Tablica 1
Wybrane parametry oleju napędowego oraz CWS [2]
paliwo CWS ON
parametr jednostka wartość
udział węgla % 35 – 55 (masowy) 80 – 88% (pierwiastka)
wartość opałowa kJ/kg 12600 – 18900 42300
lepkość kinematyczna (przy 40oC) mm2/s 1,5 – 2,5 2 – 4,5
gęstość kg/m3 1180 – 1220 820 – 845
temperatura składowania oC 5 – 60 > -15
rozmiar ziaren μm 0,5 – 120 -
trwałość dni 3 – 24 150
3.1. Wybrane cechy pompy w aspekcie przetłaczania CWS
Mechanizm hipocykloidalny stanowi zupełnie odmienną ideę sterowania ruchem tłoczka pompy w porównaniu z tradycyjnie wykorzystywaną krzywką. Zmiana elementu wymuszającego pociąga za sobą możliwość wykorzystania materiałów oraz rozwiązań, które są niemożliwe lub trudne do zaadoptowania w przypadku klasycznych pomp typu commom rail. Okazuje się, iż zwiększenie skoku tłoka, separacja systemu smarowania od
układu podaży paliwa czy też znaczne zminimalizowanie sił bocznych oddziałujących na nurnik istotnie podnosi potencjał aplikacyjny hipocykloidalnej pompy w ujęciu przetłaczania paliw trudnych. Jedną z najważniejszych korzyści wynikających z budowy pompy jest duży skok elementu roboczego (tłoczka lub nurnika) przy jednoczesnym zachowaniu małych gabarytów pompy, będący równy średnicy podziałowej dużego koła zębatego. W tradycyjnych pompach CR skok elementu roboczego jest nie większy niż 7 – 8 [mm]. Dla założonego modułu przekładni hipocykloidalnej wynoszącego 1 oraz liczby zębów 40 skok elementu wykonawczego wynosi 40 [mm]. Zwielokrotnienie skoku tłoczka, przy zachowaniu jego średnicy umożliwia uzyskanie znacznie większego wydatku na jeden cykl pracy. Cecha ta jest szczególnie istotna w przypadku zastosowania suspensji węglowo wodnych. W zależności od udziału węgla, paliwa te cechuje wartość opałowa nie przekraczająca wartości 20 MJ/kg dla udziału 45%. W praktyce oznacza to, iż do uzyskania podobnej energii w procesie spalania należy w suwie pracy podać do silnika ponad dwukrotnie większą ilość paliwa, niż w przypadku spalania oleju napędowego. Ponadto, wykorzystując ponad czterokrotnie zwiększony wydatek pompy w stosunku do konwencjonalnych rozwiązań można uzyskać stosunkowo łatwą adaptację silnika do zmiennej jakości (wartości opałowej) paliwa węglowo-wodnego, wynikającej z zastosowania różnego rodzaju węgla oraz zmiany proporcji mieszaniny. Wysoki udział wody w paliwie jest z jednej strony czynnikiem, który stanowi przeszkodę w uzyskaniu dużych wartości ciśnień w cylindrze, z drugiej zaś umożliwia wydatną redukcję emisji tlenków azotu (rys. 4).
Rys. 4. Zmniejszenie temperatury spalania w funkcji udziału wody w paliwie (wpływ na redukcję emisji NOx) [1]
Innym skutkiem uzyskania dużego skoku tłoczka jest możliwość łatwego wykorzystania i sterowania efektem implozji. Efekt ten polega na wprowadzeniu do jednej przestrzeni cieczy oraz gazu, który podczas wzrostu ciśnienia poprzez zmniejszanie objętości zostaje w niej rozpuszczony. Podczas procesu wtrysku, gdzie następuje spadek ciśnienia gaz zostaje uwolniony z cieczy, korzystnie wpływając na proces atomizacji strugi paliwa,
polepszając rozpylenie paliwa. Dzięki zwiększonemu skokowi, a tym samym zwiększonej objętości sekcji można łatwo wpływać na parametry mieszaniny paliwa i gazu. Dla CWS istotnym parametrem determinującym przebieg procesu wtrysku jest lepkość paliwa. Drugim, istotnym parametrem dla wyznaczenia charakterystycznych wielkości określających rozpylenie paliwa jest jego gęstość. Parametr ten, dla wyżej wymienionych składów masowych wynosi ok 1200 kg/m3. Jest on zatem zdecydowanie wyższy niż dla
powszechnie stosowanych olejów napędowych (około 835 kg/m3). Wobec powyższych,
zastosowanie efektu implozji wydaje się być szczególnie korzystne w przypadku CWS. Paliwo to jest mieszaniną fazy ciekłej oraz stałej, co wpływa na pogorszenie warunków spalania. Efekt implozji stanowi ważny wkład w polepszenie jakości wtrysku paliwa, a tym samym polepszenie jakości jego spalania [3].
W proponowanym rozwiązaniu pompy wyeliminowano problem powstawania sił bocznych w układzie napędowym. Dla napędu krzywkowego pompy siła boczna na tłoczku sięga wartości nawet do 300 N. Poza zwiększonym zużyciem w obszarze krzywka-tłoczek (popychacz) następuje niekorzystne ukosowanie tłoka, prowadzące do zwiększonego zużycia powierzchni bocznej cylindra, a tym samym zmniejszenia szczelności sekcji. W licznych pompach zastosowano dodatkowy element prowadzący, który to jest obciążany siłą boczną, jednak jest to rozwiązanie niekorzystne ze względu na zwiększoną liczbę par ciernych i bezwładność elementów ruchomych. W związku z brakiem sił bocznych możliwe jest zastosowanie ceramicznych materiałów inżynierskich na współpracujące ze sobą powierzchnie tłoczka i cylinderka. W przypadku przetłaczania paliw o obniżonej jakości, takich jak CWS twarde powierzchnie warstw ceramicznych przyczyniają się do niwelowania zużycia precyzyjnej pary tłoczka i cylinderka poprzez występujące mikrocząsteczki węgla oraz zanieczyszczenia organiczne. Istotne dla zasilenia silnika z wykorzystaniem pompy hipocykloidalnej jest również pokrycie powierzchni zaworów pompy warstwą materiałów ceramicznych. Szybki i burzliwy przepływ suspensji podczas suwu ssania oraz tłoczenia pompy, determinowany przez duży skok tłoczka wywołuje bardzo niekorzystne zjawiska ścierne, których wpływ można wydatnie obniżyć poprzez pokrycie wyżej wymienionych elementów napylaną warstwą ceramiczną.
Jak wspomniano wcześniej, w rozwiązaniu pompy hipocykloidalnej napęd tłoczków posiada oddzielny układ smarowania. W ramach koncepcji zewnętrznego układu smarującego odrzucony został pomysł wykorzystania oleju będącego w obiegu silnika spalinowego. Pomimo prostoty rozwiązania jest ono niekorzystne z punktu widzenia zanieczyszczeń obecnych w obiegu smarowania oraz niedostatecznego ciśnienia oleju w magistrali, wynikającego z ulokowania pompy w górnej części silnika. Proponowany układ zawiera pompę oleju z napędem elektrycznym. Dzięki temu, w połączeniu z układem kontroli temperatury możliwe jest dostosowanie jej wydatku do chwilowego obciążenia mechanizmów oraz regulacja pracy wentylatora w obrębie wymiennika ciepła (rys. 5). Jako czynnik smarujący został zaproponowany syntetyczny olej przekładniowy, dostosowany do przenoszenia dużych, zmiennych obciążeń. Wszystkie obecnie stosowane w pojazdach samochodowych pompy są smarowane z wykorzystaniem tłoczonego paliwa. W praktyce oznacza to brak możliwości przetłaczania paliw takich jak suspensja węglowo-wodna, czy nawet innych paliw trudnych, dla których parametry smarności oraz obecność cząstek będą uniemożliwiały uzyskanie poprawnych warunków pracy. Zastosowanie oddzielnego układu smarowania umożliwia uniknięcia problemu osadzania się sproszkowanego węgla w łożyskowaniu pompy, kanałach olejowych, krawędziach stopy
zęba i innych punktach mechanizmu zapewniającego motorykę tłoka. Duże naciski jednostkowe wynikające z ciśnienia spiętrzania w przypadku klasycznej pary krzywka – wałek mimośrodowy w obecności CWS przyczynią się do bardzo szybkiego procesu niszczenia powierzchni ślizgowych i ich zacierania.
Rys. 5. Koncepcja układu smarowania : 1 – pompa paliwa, 2 – pompa oleju, 3 – wymiennik ciepła wraz z wentylatorem, 4 – czujniki temperatury, 5 – układ sterujący systemem smarowania
4. PODSUMOWANIE
Alternatywne paliwa były, są i będą bardzo ważnym tematem w ujęciu naukowym i gospodarczym. Właściwy rozwój tej branży jest bardzo pożądany globalnie, ale również lokalnie. Liczne regiony są bogate w surowce, które mogą zostać z powodzeniem przetworzone i wykorzystane do zasilania różnych źródeł energii. Przedstawiona w artykule suspensja węglowo-wodna wydaje się być szczególnie atrakcyjna z punktu widzenia rodzimej gospodarki. Duże pokłady węgla, jak i duże jego odpady wynikające z procesów wydobywania, przetwarzania i składowania, po poddaniu obróbce mogą stanowić bardzo dobre źródło energii, również do zasilania silników o zapłonie samoczynnym. Wprawdzie zasilanie silników w pojazdach osobowych z wykorzystaniem CWS jest problematyczne, ze względu na sam proces składowania i większą miniaturyzację osprzętu takiego jak choćby wtryskiwacze paliwa, jednak w przypadku silników o dużej pojemności suspensja wykazuje bardzo dobry potencjał aplikacyjny.
Naturalnie, zastosowanie paliw o odmiennych właściwościach fizyko-chemicznych determinuje potrzebę modernizacji silnika i jego osprzętu. Korozyjne działanie wody, czy też intensywne procesy ścierne będące pochodną występujących ziaren wymuszają zmianę zastosowanych materiałów oraz koncepcji pracy poszczególnych urządzeń. Z punktu widzenia procesu spalania bardzo ważne jest zapewnienie właściwych parametrów podaży paliwa. Zaproponowane rozwiązanie pompy hipocykloidalnej doskonale wpisuje się w tematykę szeroko pojętych paliw trudnych. Duży wydatek pompy, brak wpływu paliwa na mechanizm napędzający tłoczek czy zastosowanie supertwardych materiałów odpornych na ścieranie to jedne z wielu cech predestynujących nowatorskie rozwiązanie pompy hipocykloidalnej do zastosowania w silnikach zasilanych paliwami trudnymi.
Bibliografia
1. Mitianiec W.: Combustion process of direct injected water-coal mixture in diesel engine. Combustion Engines, 2016.
2. Idzior M., Karpiuk W., Bor M., Smolec R.: Ocena możliwości zastosowania paliw węglowo-wodnych do zasilania silników o zapłonie samoczynnym. Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe, Radom 2016.
3. Borkowski J., Szada-Borzyszkowski W.: Możliwości i konsekwencje zastosowania zawiesiny węglowo-wodnej jako paliwa alternatywnego do zasilania silników diesla. Autobusy, Radom 2014. 4. Gunther H.: Układy wtryskowe Common Rail w praktyce warsztatowej. Budowa, sprawdzanie,
diagnostyka. WKŁ, Warszawa 2014.
5. Bor M., Borowczyk T., Idzior M., Karpiuk W., Smolec R.:Analysis of hypocycloid drive application in a highpressure fuel pump. Combustion Engines, 2017.
6. Glushkov D.: The Research of Coal-Water Slurry Fuel Ignition and Artificial Composite Liquid Fuel Droplets in Academic Context. Procedia - Social and Behavioral Sciences, Tomsk 2015.
7. Karpiuk W., Borowczyk T., Bieliński M.: Problemy eksploatacyjne układów wtryskowych typu common rail. Logistyka-Nauka, 2014.
CONSTRUCTION OF THE HYPOCYCLOID PUMP IN TERMS OF THE USE OF DIFFICULT FUELS
Summary: Modern fuel pumps generates very high injection pressures, which directly translate into
significant forces in the fuel injection pump driving system. Changing the fuel and thus changing its physicochemical properties causes many damages in the eccentric cam-shaft drive. At present, an increasing share of the fuel market is derived from alternative fuels, of which the most popular fuel is the methyl esters of rapeseed oil fatty acids, while other fuels such as coal-water slurry are available. The article presents the idea of applying hypocycloid propulsion in the construction of a fuel pump for compression-ignition engines. This design is characterized by, among other things, a different solution of the drive of the pumping section compared to traditional pumps. An independent lubrication system for the pump movement components was also proposed. These and other features predispose this solution for use in an alternative fuel pump including the so-called difficult fuels.
Keywords: common rail, hypocycloid, coal-water slurry
Publikacja powstała w ramach realizacji projektu "Nowa generacja pomp wtryskowych typu common rail" w programie Lider V (Lider/015/273/L-5/13/NCBR/2014), finansowanego ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.
