Inovativní těsnicí koncepty vysokotlakého injektoru typu common rail

Abstract

Vznětové motory zaujímají první místo mezi pohonnými jednotkami civilních námořních a říčních plavidel. Vzhledem k jejich používanému palivu, kterým je často mazut, představují také významný činitel ve znečišťování životního prostředí. Jedna z možností, jak snížit emise tuhých částic produkované těmito motory, je zvýšení vstřikovacího tlaku. Tato práce se věnuje hledání nového těsnícího konceptu pro sestavu vstřikovacího injektoru Common Rail pro středněotáčkové vznětové motory výkonnostní třídy 500 ? 1500 kW/válec. Nejvyšší vstřikovací tlak dnešních systémů typu Common Rail, přibližně 2100 ? 2500 bar, dosahují moderní motory nákladních silničních vozidel. Ačkoli je základní funkční princip injektorů lodních i vozidlových motorů shodný, nelze považovat použitou technologii jako volně přenositelnou mezi těmito dvěma odvětvími. Důvodem jsou nejen odlišné rozměry injektorů, ale též pracovní podmínky a požadavky, které jsou na ně kladeny. Vstřikovače typu Common Rail jsou hydraulické systémy ovládané magnetickým ventilem nebo aktuátorem s piezokrystalem, ve kterých vstřikované palivo zároveň plní roli pracovního media pro pohon pracovního zdvihu jehly injektoru. Toto propojení umožňuje jednodušší stavbu, zároveň však přináší komplikace, především vysoké mechanické a teplotní zatížení komponent, únavu materiálu a korozi. V rámci této práce byl nejprve díl existujícího prototypu vstřikovače zkoumán za účelem odhalení slabých míst a jeho geometrie byla optimalizována pro zvýšení životnosti. Tento díl poté sloužil jako výchozí bod pro odvození zjednodušených zkušebních vzorků. Byly navrženy 4 inovativní těsnicí koncepty, u kterých byla prostřednictvím 2D a 3D analýzy pomocí metody konečných prvků předpovězena míra jejich těsnicích vlastností. U dvou z těchto konceptů byly zhotoveny zkušební vzorky a podrobeny zkouškám na zvlášť zkonstruovaném zkušebním zařízení.