ИСТОРИЯ
Не совсем, чтобы это была история этапов разработки роторных насосов, но все же... Генеральная идея разработана одним инженером настолько необычна, что ею невозможно не восхищаться.Это был 1947 год. Место действия — Хартфорд, Коннектикут. Дизельная энергетика собиралась сделать исторический шаг вперед. В то время мир высокоскоростной дизельной энергетики в США был очень ограничен. Менее 5 процентов всех строящихся двигателей, даже для неавтомобильных применений, были дизелями. Дизельная энергетика доказала, что имеет реальные преимущества. Но для многих применений их цена была непомерной. Малый или средний высокоскоростной дизельный двигатель просто стоил слишком дорого по сравнению с бензиновым аналогом. Проблема высокой стоимости была связана с системами впрыска дизельного топлива, которые были доступными в то время. Требовалась более простая, менее дорогая конструкция устройств впрыска топлива, для того чтобы дизели смогли эффективно конкурировать в области малых или средних двигателей.
Решение проблемы пришло от человека, который устанавливал и обслуживал дизель-электрические генераторные установки в Нью-Йорке. Его звали Вернон Руса. Он принес свое предложение в компанию Stanadyne.
Руса отказался от традиционного рядного инжекторного насоса с насосным элементом для каждого цилиндра двигателя. Вместо этого он использовал
один насосный агрегат для питания всех цилиндров. Таким образом,
новый насос имел одинаковое количество деталей независимо от количества
цилиндров Затем Руза объединил эту простую насосную систему с концепцией дозирования топлива на входе. Это сделало насос почти самоуправляемым и означало, что фактический регулятор мог быть простым, недорогим механизмом, что еще более снизило стоимость и сложность насоса. Результатом стала революционно новая конструкция одноцилиндровый, оппозитный, поршневой, дозирующий ротационный распределительный тип дизельного топливного насоса. Это был самый маленький и очень простой топливный насос, который когда-либо видел мир, по гораздо более низкой цене, чем что-либо доступное ранее. Он открыл новый мир для производителей и пользователей дизельных двигателей - мир, который с тех пор расширяется.
Успех не пришел в одночасье к насосу Roosa Master. В отрасли было полно скептиков, которые говорили, что он никогда не будет производиться в коммерческих целях. Требовалось пять лет тестирования и разработки, прежде чем была совершена единственная продажа. Затем, в марте 1952 года,
поступил первый заказ на производство. Hercules Motors Corporation сделала заказ на насосы для тракторов Oliver Cletrac.
Вслед за Hercules в 1953 году компания Continental Motors стала заказчиком у Stanadine . Buda Engine Company, которая позже стала частью Allis Chalmers, пришла следом, и к 1956 году двигатели Waukesha использовали роторный распределительный насос. В течение всего этого периода инженеры Roosa Master были заняты работой над тем, чтобы сделать насос еще более простым, более универсальным и менее дорогим. Работа над топливным насосом Roosa Master началась в мае 1947 года. С 1947 по 1952 год деятельность была сосредоточена на лабораторных разработках
и экспериментальных исследованиях. В 1952 году было начато производство насоса Model «A». Эта модель оставалась в производстве до 1955 г.
Рисунок 1. Сравнение размеров насоса распределительного типа (слева) и традиционного рядного насоса.Период между 1955 и 1958 годами был этапом разработки, в течение которого были представлены насосы Model «B» и Model «D». Model «B»,
с литым в песчаные формы корпусом, была предшественником
Model «D» литой конструкции, а Model «D» была заменена Model «DB», производство которой началось в 1958 году.
Целью создания Model «DB» была стандартизация. Она включала все основные особенности своих предшественников, Model «A», Model «B» и Model «D», в один стандартный корпус со встроенными плюсами.
Аксессуары, такие как автоматическое опережение и электрическое отключение можно было встроить прямо в корпус DB.
Один клапан подачи был расположен в центре ротора, обеспечивая
улучшенную равномерность частичной нагрузки. Благодаря собственной конструкции насоса DB, система управления опережением начала подачи топлива расширила скоростные характеристики дизеля, а следовательно, и диапазон мощности, чтобы еще больше потеснить использование бензиновых двигателей. Кроме того, насос обеспечивал улучшенную совместимость с регулятором, что было особенно привлекательно для
производителей дизельных двигателей. Самое главное, насос модели DB
мог быть установлен как горизонтально, так и вертикально.
Из-за более низкой мощности, необходимой для привода насоса, он мог быть приведен в действие меньшими шестернями, чем другие типы топливных насосов. Это означало, что насос мог быть установлен вертикально в месте, обычно используемом для распределителя зажигания на блоке бензинового двигателя. Эта универсальность была призвана сэкономить производителям двигателей тысячи долларов, позволяя им использовать один и тот же базовый блок как для бензиновых, так и для дизельных двигателей.
Это открыло путь производителям сельскохозяйственного оборудования для перехода с производства собственных бензиновых двигателей, к производству дизельных двигателей с минимальными затратами на оснастку. Этот шаг оказал огромное влияние на рост производства высокоскоростных дизелей в стране. Сегодня более 90% сельскохозяйственных и промышленных тракторов, производимых в этой стране, работают на дизельном топливе. Но в середине 1950-х годов все было наоборот. Переход на дизельное топливо на фермах набрал обороты в конце 1950-х годов, когда производители сельскохозяйственного оборудования начали предлагать дизельные тракторы по цене, конкурентоспособной с их бензиновыми аналогами. Производители сельскохозяйственного оборудования смогли сделать это, поскольку начали производить собственные высокоскоростные дизельные двигатели. Они смогли производить эти двигатели по цене,
немного превышающей стоимость их бензиновых аналогов, во многом благодаря экономии, достигнутой за счет использования роторных
распределительных топливных насосов. Вскоре Allis Chalmers, Ford, International Harvester, John Deere, J.I. Case и Minneapolis Moline стали пользователями насосов. К 1961 году практически каждый дизельный сельскохозяйственный трактор, произведенный в этой стране, был оснащен насосом Roosa Master.
Первое поколение дизельных двигателей, произведенных этими производителями, в основном представляло собой модифицированные
блоки бензиновых двигателей, чтобы минимизировать затраты на
инструменты, связанные с выходом на новое производство.
Вскоре появились новые поколения дизельных двигателей.
Фермеры, наконец, смогли воспользоваться всеми преимуществами дизельной техники за очень небольшую надбавку. И они воспользовались этим! Высокоскоростной дизельный двигатель становился важным фактором в жизни американцев. Производители дизельных двигателей были не единственными компаниями, заинтересованными в новой конструкции.
Внедрение насоса также оказало большое влияние на производителей традиционного оборудования для впрыска топлива по всему миру. Перспектива получения лицензии на производство роторного
распределительного насоса была, очевидно, очень желательной, если
эти производители собирались конкурировать в области меньших, высокоскоростных двигателей.
1 мая 1953 года было подписано соглашение, предоставляющее CAV Ltd., Лондон, Англия, права на производство и продажу насосов конструкции
Roosa Master для Соединенного Королевства, с дальнейшим расширением на другие части мира в последующих соглашениях.
Рисунок 2. Ранняя конфигурация ТНВД RoosaMasterТЕХНИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Общее описание – Внешний вид типичного насоса показан на рис. 3, а внутреннее сечение на рис. 4. Основными вращающимися компонентами являются приводной вал (1), распределительный ротор (2), лопасти перекачивающего насоса (5) и компоненты регулятора (11). Приводной вал сцеплен с распределительным ротором в гидравлической головке. Приводной конец ротора включает в себя два насосных плунжера. Плунжеры приводятся в действие по направлению друг к другу одновременно внутренним кулачковым кольцом через ролики и башмаки, которые распологаются в пазах на приводном конце ротора. Количество выступов кулачка обычно равно количеству цилиндров двигателя.
Рисунок 3. ТНВД RoosaMaster. [/b][/i]
Рисунок 5. Подкачивающая секция насосаПодкачивающая секция, расположенная в задней части ротора, представляет собой лопастной насос, смонтированный в торцевой крышке. В торцевой крышке также размещается сетчатый фильтр на входе топлива и регулятор давления подкачки. Давление, создаваемое подкачивающим насосом, автоматически компенсируется с учетом изменения вязкости вследствие изменений температуры и различных классов топлива. Ротор распределителя включает в себя два зарядных порта и одно осевое отверстие с одним выпускным портом для обслуживания всех выходов головки к трубкам подачи топлива к форсункам (трубкам высокого давления ТВД). Гидравлическая головка содержит постель, в которой вращается ротор, дозирующий клапан, зарядные порты и выходные штуцеры головки. Трубки высокого давления, ведущие к форсункам, крепятся к этим штуцерам. Распределительные насосы содержат встроенный механический регулятор, регулирующий требуемую скорость вращения двигателя. Регуляторы могут быть как всережимными, так и минимально-максимального типа.
Центробежная сила грузов передается через рукоятку регулятора и через рычаг на дозирующий клапан. Дозирующий клапан может быть закрыт, чтобы перекрыть подачу топлива через рычаг с независимым управлением запорным рычагом.
Автоматическое регулирование начала подачи топлива — это гидравлический механизм, который делает раньше или задерживает начало подачи топлива из насоса. Более подробное описание каждой области насоса будет рассмотрено на следующих страницах.
Отфильтрованное, топливо под низким давлением из топливного бака , расположенного выше ТНВД, или под действием подъемного насоса проходит через входной экран перекачивающего насоса. Лопастной насос состоит из стационарной гильзы и четырех подпружиненных лопастей, которые находятся в пазах ротора. При избыточном давлении топливо сбрасывается на вход подкачивающего насоса с за счет смещения поршня регулятора давления. Кривая давления контролируется смещением насоса, жесткостью пружины и предварительной нагрузкой, а также конфигурацией регулирующего паза. Поэтому давление увеличивается со скоростью вращения. Подкачивающий насос работает стабильно в широком диапазоне вязкости, определяемом различными сортами дизельного топлива при различных температурах. Тонкая пластина с отверстие, расположена в пружинной регулирующей заглушке. Поток через отверстие такого типа практически не зависит от изменений вязкости. Дополнительное смещающее давление прикладывается к пружинной стороне поршня и определяется линейным потоком вокруг регулирующего поршня и потоком через отверстие. При использовании холодного или вязкого топлива происходит уменьшенный поток через зазор поршня и втулки . При использовании горячего или маловязкого топлива расход через зазор увеличивается, и давление внутри пружинной камеры увеличивается. Регулирующая пружина и более высокие силы смещающего давления объединяются для управления площадью щели. Этот контроль поддерживает почти постоянное давление насоса перекачки в широком диапазоне вязкостей топлива и, таким образом, поддерживает стабильную автоматическую работу опережения при различных типах топлива и температурах.
Рисунок 6. Ротор и плунжеры Рис. 6 показывает разобранный вид ротора и насосных плунжеров. Кулачковые ролики контактируют с внутренней поверхностью кулачкового кольца и толкают плунжеры на встречу друг к другу для впрыска топлива. Башмаки действуют как толкатели между роликами и плунжерами.
На рисунке 7 показана фаза наполнения под-плунжерного пространства. В определённом положении при вращении ротора, его два входных канала совмещаются с зарядными кольцевыми портами в гидравлической головке. Топливо из подкачивающего насоса, управляемое открытием дозирующего клапана, поступает в насосную камеру, заставляя плунжеры раздвигаться. Плунжеры движутся наружу на расстояние, пропорциональное количеству топлива, необходимого для следующего такта впрыска. Если регулятором впускается только небольшое количество, как на холостом ходу, плунжеры могут раздвинуться только на малое расстояние. Если требуется половинная нагрузка, заполняется приблизительно половина насосной камеры.
Рисунок 7. Наполнение плунжера Этот процесс именуется как регулирование на входе. Полная подача нагрузки контролируется максимальным ходом плунжера. Этот ход плунжера ограничен пластинчатой пружиной, поскольку он контактирует с краем башмаков.
Подача полной нагрузки осуществляется за счет максимального хода плунжеров. Этот ход ограничен пластинчатой пружиной.
Рисунок 8. Разрядка плунжера (подача топлива) 
Рисунок 9. Кулачковое кольцо, плунжеры и пластинчатая пружина Пластинчатая пружина (рис.9) ограничивает возможность раздвижения плунжеров более, чем позволяет положение пружины. Когда регулировочный винт вкручивается в тело ротора, центр пластинчатой пружины перемещается внутрь, а ее концы раздвигаются наружу. Это увеличивает максимальный ход плунжера. Выкручивание регулировочного винта дает обратный эффект. Установленная настройка сохраняется за счет конфигурации головки винта.
По мере того, как ротор продолжает вращаться (рис.
, впускные отверстия выходят из совмещения с впускными каналами, а выпускное отверстие ротора совмещается с одним из выпускных отверстий головки. Ролики набегают на противоположные кулачковые выступы, которые заставляют башмаки сдвигаться внутрь к плунжерам. В этот момент начинается нагнетание высокого давления. Дальнейшее вращение ротора перемещает (рис.
плунжеры к центру ротора. Во время хода подачи топливо из пространства между плунжерами вытесняется в осевой проход ротора через нагнетательный клапан к выпускному отверстию. Затем находящееся под давлением топливо проходит через выпускной штуцер, попадает в трубку высокого давления и открывает форсунку. Подача продолжается до тех пор, пока ролики не пройдут по кулачкам и не начнут двигаться наружу. Давление в осевом канале затем снижается, позволяя соплу форсунки закрыться.
ВЕРНОН Д. РУЗА Вернон Д. РУЗА родился на ферме в штате Нью-Йорк. Вернон Руза по наследству обрел дар изобретателя. Его отец, который разводил крупный рогатый скот, построил плотину для повышения уровня воды, построил ветряную мельницу и имел один из первых доильных аппаратов.
Увлеченный механикой в юности, Руза был вынужден бросить школу в возрасте 15 лет из-за финансовых неурядиц семьи. Его первая работа в качестве газовщика привела к тому, что он стал на год управляющим газовой станции. Он ушел, чтобы поступить в авиационную инженерную школу. Во время Депрессии, будучи механиком в крупной автобусной компании, он сначала заинтересовался дизельными двигателями и, затем, нашел работу по установке и обслуживанию дизельных электростанций. После этого он пошел работать в фирму на Лонг-Айленде, производящую дизельные электрические генераторы для домов в Нью-Йорке. Его изобретения простираются далеко за пределы создания насосов дизельных двигателей. Он имеет 350 патентов, как в США, так и за рубежом, которые занимают три толстых тома. Среди них степлер, бутановая зажигалка для уличных каминов, новая система смыва унитаза, флакон для снятия лака со щеточкой, наполнитель для бензобака и множество электрических коммутационных устройств. Изобретатель спонсирует образование. Он пожертвовал средства на создание кафедры прикладной науки Тринити-колледжа, где когда-то преподавал в качестве доцента, а в 1984 году выделил средства на кафедру технологии производства в инженерном колледже университета Хартфорда. Он также разработал и пожертвовал оборудование для производства персональных налобных фонарей для пожарных. Оценив потребность в генераторе с переменной скоростью и выходной мощностью, он сосредоточился на создании топливного насоса, который отвечал бы строгим требованиям этого применения, и год спустя он был в эксплуатации. Примерно в это же время вооруженные силы искали новый метод точного регулирования скорости генераторных установок. Рузе создал вторую конструкцию, более простую и чрезвычайно малую по размеру по сравнению с другими марками, с автономным плунжером, полностью герметичным от грязи, воды и утечки масла. Это модель, которая привлекла внимание
подразделения Stanadyne в Хартфорде в 1947 году. Руса приехал в Хартфорд в том же году и приступил к пятилетней программе по совершенствованию своего чудесного насоса, а позже и конструкции топливной форсунки и фильтра, которые стали широко использоваться. Он также спроектировал автоматическую сверлильную машину, необходимую для изготовления форсунок. Вернон тесно сотрудничал и пользовался уважением всех основных производителей двигателей по всему миру. В 1986 году он получил инженерную премию SAE Edward N. Cole. После 22 лет работы в Stanadyne, где он занимался развитием своего детища посредством многочисленных усовершенствований и разработки аксессуаров, Руса вышел на пенсию с поста вице-президента по исследованиям и разработкам, чтобы посвятить свое время независимым изобретениям, хотя он остался консультантом компании.
В свои 77 лет он все еще активно занимается разработкой новых продуктов в полностью оборудованной лаборатории в Западном Хартфорде, Коннектикут
