22100-0E020 Valjak – Kinematika kontakta, dubina kućišta i potpis krhotina u sklopovima radijalnih pumpi Denso HP3/HP4

Valjak 22100-0E020 je najmanji element za prijenos opterećenja u sklopu Toyotinih 1GD-FTV i 2GD-FTV pumpi visokog pritiska, a ipak nosi najveći kontaktni napon po jedinici površine. Nalazi se između bregastog prstena i papuče klipa. Kako se bregasta režnja diže, valjak pretvara rotacijsko kretanje u linearni hod klipa, dok održava trenje dovoljno niskim da preživi na dizelu kao jedinom mazivu. Kada se valjak degradira, pumpa ne gubi jednostavno pritisak. Počinje stvarati očvrsle čestice čelika koje putuju nizvodno u šinu, ventil za ograničavanje tlaka i ulaz injektora. Taj put kontaminacije je razlog zašto stanje valjaka zaslužuje pažnju izvan vizuelne provjere.

Savršen valjak bi se kotrljao bez klizanja. U radijalnoj pumpi ne može. Kontakt bregastog prstena i kontakt papučice imaju različite radijuse i različite površinske brzine. Razlika proizvodi malu, ali upornu komponentu klizanja na jednom interfejsu. Ovo proklizavanje je normalno i uzeto je u obzir u dizajnu. Postaje destruktivno kada se procenat klizanja poveća. Uzroci uključuju istrošeni džep za cipele koji više ne drži valjak ravno, bregasti prsten sa uglačanim ili izgrebanim režnjem ili valjak koji je izgubio profil krune. Kada se klizanje podigne, film za podmazivanje se raspada i počinje kontakt metala s metalom. Valjak 22100-0E020 je blago krunisan kako bi se to postiglo, a ta kruna se prva gubi kada habanje počne.

Kontakt između okrunjenog valjka i grebena je linijski kontakt pod velikim opterećenjem. Rezultirajuća raspodjela naprezanja nije ravnomjerna. Vrhunski stres se javlja malo ispod površine. Zbog toga su valjci kaljeni u kućištu, a ne kroz kaljeni. Čvrsto, plitko kućište otporno je na habanje, dok čvrsto jezgro podržava kućište i sprečava stvaranje podzemnih pukotina. Ako je kućište pretanko, vršno naprezanje leži u mekšem materijalu i ljuspicama. Ako je kućište predebelo, jezgro postaje krhko i valjak se može slomiti pod udarnim opterećenjem. Originalni 22100-0E020 valjci koriste kontroliranu dubinu kućišta usklađenu s očekivanim spektrom opterećenja. Poprodajni valjci sa nespecificiranom dubinom kućišta čest su izvor ranog lomljenja.

Dizel ima nisku viskoznost u poređenju sa motornim uljem, a njegov viskozitet dodatno opada kako temperatura goriva raste. Zbog toga je film za podmazivanje između valjka i grebena tanak, često u rasponu ispod mikrona. Završna obrada površine postaje kritična na ovoj skali. Prosjek hrapavosti koji radi u mjenjaču je ovdje previše grub. Površine valjaka su superfinisane kako bi se smanjio kontakt sa neravninama. Kada temperatura goriva poraste iznad normalnog radnog prozora, ili kada se gorivo aerira, film se urušava i počinje kontakt s neravninom. Zato valjak može otkazati u motoru koji nikada nije ostao bez ulja, ali je radio vruće ili gazirano gorivo.

Valjcima se stvara prepoznatljiv uzorak krhotina. Čestice su obično ravne, nalik na pahuljice i magnetne, sa svijetlim metalnim izgledom kada su svježe. Oni se koncentrišu u kućištu filtera i na magnetnom odvodnom čepu ako je ugrađen. Za razliku od ostataka habanja injektora, koji su često finiji i tamniji, ostaci valjaka se u početku pojavljuju u rasponu od 100-500 mikrona. Jednom kada ove čestice stignu do sjedišta ventila za ograničavanje tlaka ili ulaza mlaznice, brzo slijedi sekundarna oštećenja. Filter koji se otvori nakon pritužbe o niskom tlaku u šinama može stoga ukazati na to da li je osnovni uzrok uzvodno u pumpi ili nizvodno u injektoru. Ovaj pojedinačni korak inspekcije često preusmerava popravku dalje od nepotrebne zamene injektora.

P1: Može li istrošeni valjak 22100-0E020 uzrokovati nizak tlak u šinama bez kvara pumpe?
Da. Klizni valjak smanjuje efikasnost pumpanja pri velikoj brzini, što se pojavljuje kao gubitak pritiska pod opterećenjem. Pumpa i dalje može proći test male brzine dok ne radi na radnoj brzini.

P2: Zašto je dubina valjka važnija od ukupne tvrdoće?
Najveći kontaktni napon se javlja ispod površine. Dubina kućišta određuje da li taj vrh leži u tvrdom ili mekom materijalu. Tvrda površina s pogrešnom dubinom kućišta i dalje može da se razbije.

P3: Kako gazirano gorivo oštećuje valjak?
Vazduh smanjuje debljinu filma i mazivost. Kontakt sa neravninama se povećava, temperatura površine raste, a ljuštenje počinje ranije nego što bi to bilo s gorivom bez zraka.

P4: Mogu li uglačati valjak sa zarezima i ponovo ga koristiti?
Ne. Poliranjem se uklanja profil krune i menja stepenovani prečnik. Oba utiču na klizanje i pristajanje u džep. Zamjena je jedina pouzdana opcija.

P5: Kako izgledaju ostaci valjaka u filteru goriva?
Ravne magnetne čestice nalik na pahuljice sa svijetlim metalnim izgledom, obično veće od ostataka habanja injektora. Njihovo prisustvo ukazuje uzvodno do pumpe.

P6: Da li su valjci ocijenjeni i usklađeni sa cipelama tokom rekonstrukcije?
Da. Valjci su rangirani po prečniku u mikronskim koracima i usklađeni sa zazorom džepova na cipelama. Mešanje razreda bez podudaranja povećava klizanje ili predopterećenje.